KR20150137033A

KR20150137033A - Hbt-cmos 하이브리드 전력 증폭기

Info

Publication number: KR20150137033A
Application number: KR1020150075317A
Authority: KR
Inventors: 권영우; 데이비드 보켈만; 마샬 메이플; 정주민
Original assignee: 아바고 테크놀로지스 제너럴 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2015-12-08
Also published as: KR20150137037A

Abstract

HBT(heterojunction bipolar transistor) 하이브리드 타입 RF(radio frequency) 전력 증폭기는 RF 신호를 수신하는 입력단, 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전구동단 및 출력단을 포함하고 상기 입력단, 전구동단 및 출력단은 제1 기판 안에 혹은 위에 장착되는 제1 장치 및 제2 기판 안에 혹은 위에 장착되어 상기 전구동단에 의해 증폭된 RF 신호를 더 증폭하는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 증폭 회로를 구비한 메인단(main stage)을 포함하는 제2 장치를 포함한다. 상기 메인단에 의해 더 증폭된 RF 신호는 상기 제1 장치의 출력단을 통해 출력된다.

Description

HBT-CMOS 하이브리드 전력 증폭기 {HBT (HYBRID POWER AMPLIFIER COMPRISING HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTOR) AND CMOS (COMPLEMENTARY METAL OXIDE SEMICONDUCTOR) DEVICE}

모바일 장치에는 RF(radio frequency) 신호를 수신 및 송신하기 위하여 신호를 증폭하는 전력 증폭기(power amplifier)가 필수적으로 사용된다. RF 전력 증폭기는 전구동단(pre-drive stage) 및 메인단(main stage)과, 전구동단 및 메인단의 증폭 회로를 각각 구동하는 바이어스 회로, 전구동단과 메인단 사이의 임피던스 정합 회로, 출력단에서의 출력 임피던스 정합 회로 및 RF 전력 증폭기의 동작을 제어하는 제어 회로 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어 회로는 전구동단 및 메인단의 증폭 회로를 제어할 수 있다.

이러한 전력 증폭기의 증폭회로로서, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 트랜지스터를 구비한 CMOS 집적회로에 의해 형성되는 CMOS 전력 증폭기 혹은 HBT(heterojunction bipolar transistor)를 구비한 집적회로에 의해 형성되는 HBT 전력 증폭기가 널리 사용된다. HBT는 좋은 선형성 및 높은 효율을 갖기 때문에, 우수한 RF 성능 및 높은 신뢰성을 가지며, 따라서 모바일 장치 전력증폭기 시장의 많은 부분을 차지해 왔다. 그러나 HBT 전력 증폭기를 구비한 IC는 그 웨이퍼 가격이 비싸고, IC 구성이 간단하지 않기 때문에, IC 제작 공정이 복잡해진다는 문제점이 있다.

한편, CMOS 트랜지스터를 구비한 IC를 사용한 CMOS 전력 증폭기는 생산 비용이 저렴하지만, CMOS 트랜지스터의 전력 손실이나, 비선형성으로 인해 RF 성능의 문제가 있다. 게다가, CMOS 트랜지스터의, 특히 PMOS(p-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터의 기생 입력 캐패시턴스가 크기 때문에, 넓은 대역의 주파수를 갖는 신호의 증폭에 사용되면 신호의 왜곡이 발생한다.

본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 하이브리드 RF(radio frequency) 전력 증폭기는 RF 입력단, RF 출력단, 상기 RF 입력단을 통해 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전(前)구동단 및 제어 회로를 포함하고, 상기 RF 입력단, 상기 RF 출력단, 상기 전구동단 및 상기 제어 회로는 제1 기판에 마련되는 제1 장치, 제2 기판에 마련되어 상기 전구동단의 출력을 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공하는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 증폭 회로를 포함하고, 상기 증폭된 RF 신호는 상기 RF 출력단을 통해 상기 하이브리드 RF 전력 증폭기의 출력으로서 제공되는 제2 장치, ESD(electrostatic discharge) 혹은 브레이크 다운(break down)으로부터 상기 HBT 증폭 회로를 보호하는 보호 회로를 포함하며, 상기 제어 회로가 생성한 제어 신호에 의해 상기 HBT 증폭 회로의 동작이 제어된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, RF 전력 증폭기는 RF 입력단, RF 출력단, 상기 RF 입력단을 통해 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전(前)구동단 및 제어 회로를 포함하고, 상기 RF 입력단, 상기 RF 출력단, 상기 전구동단 및 상기 제어 회로는 제1 기판에 마련되는 제1 장치, 제2 기판에 마련되어 상기 전구동단의 출력을 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공하는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 증폭 회로를 포함하고, 상기 증폭된 RF 신호는 상기 RF 출력단을 통해 상기 RF 전력 증폭기의 출력으로서 제공되는 제2 장치, 상기 제2 기판에 마련되어 상기 제어 회로가 생성하는 제어 신호에 의해 상기 HBT 증폭 회로를 바이어스(bias)하는 바이어스 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제어 신호에 의해 상기 HBT 증폭 회로의 동작을 제어한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, RF 전력 증폭기는 RF 입력단, RF 출력단, 상기 RF 입력단을 통해 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전(前)구동단, 제1 매칭(matching) 회로 및 제어 회로를 포함하고, 상기 RF 입력단, 상기 RF 출력단, 상기 전구동단, 상기 제1 매칭 회로 및 상기 제어 회로는 제1 기판에 마련되는 제1 장치, 제2 기판에 마련되어 상기 전구동단의 출력을 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공하는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 증폭 회로를 포함하는 제2 장치를 포함하되, 상기 제1 매칭 회로는 상기 전구동단의 출력을 상기 HBT 증폭 회로에 전달하며, 상기 증폭된 RF 신호는 상기 RF 출력단을 통해 상기 RF 전력 증폭기의 출력으로서 공급되며, 상기 제1 기판에 마련되어 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제1차 매칭 회로를 통하여 상기 HBT 증폭 회로에 바이어스 신호를 출력하도록 구성된 바이어스 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제어 신호를 통해 상기 HBT 증폭 회로의 동작을 제어한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 회로도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 회로도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 일부에 대한 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 일부에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한, 대역이 다른 여러 종류의 RF 신호에 대해 동작 가능한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한, 도 5에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 도 6에 도시된 바와 같은 하이브리드 RF 전력 증폭기의 IC들 간의 결합 방식을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한, 도 5 및 6에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기의 제1 변형례를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한, 도 5 및 6에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기의 제2 변형례를 나타내는 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한, 도 5 및 6에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기의 제3 변형례를 나타내는 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기를 나타내는 종단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한, 도 11에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기의 변형례를 나타내는 종단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한, 도 11에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기의 IC들 간의 결합 방식을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다.
도 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다.
도 17는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하도록 한다. 설명되는 실시예들은 오로지 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.

일반적으로, 발명의 설명과 청구항 내에서, 별다른 기재가 없다면, 단수로 기재된 경우에도 단수와 복수 모두를 포함한다. 이에 따라, 예컨대 “장치”라는 기재의 경우 하나의 장치 및 복수의 장치들을 모두 포함한다.

발명의 설명과 청구항 내에서, 또한 본래의 의미에 더하여, “상당한” 혹은 “상당히”라는 용어는 용인될 수 있는 한도 혹은 정도를 의미한다. 예컨대, “상당히 제거된다”라는 표현은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 해당 제거를 용인될 수 있는 것으로 간주함을 의미한다.

이하에서 사용될 용어들은 오로지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 제한하기 위함이 아니다. 이하에서 정의된 용어들은 일반적으로 이해될 수 있는, 혹은 문맥상 용인될 수 있는 범위에서 기술적, 과학적, 혹은 일반적인 의미 및 이하에서 정의된 의미 모두를 포괄한다.

위쪽, 아래쪽, 위, 아래, 위로 및 아래로 등의 상대적인 용어들은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 다양한 소자들 간의 관계를 설명하는 데에 이용될 수 있다. 이러한 상대적인 용어들은 도면에 묘사된 방향에 더하여 장치 및/또는 소자의 또 다른 방향을 망라한다. 예컨대, 장치가 도면의 관점을 기준으로 하여 뒤집힐 때, 다른 소자의 위쪽에 있다고 설명된 소자는 이 경우엔 아래쪽에 있게 된다. 또한, 다른 상대적인 용어들은 신호 경로와 같은 경로를 따라 특정한 부분의 상대적인 위치를 가리키는 데에 이용될 수 있다. 예컨대, 어떠한 경로를 통해 전송되는 신호가 제2 부분 이전에 제1 부분에 도달한다면, 제2 부분은 신호 경로를 따라서 제1 부분을 “따른다”라고 간주될 수 있다.

명세서 및 그에 따른 청구항에서 사용되는 바와 같이, 또한 본래의 의미에 더하여, “근사적으로”라는 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용인될 수 있는 한도 혹은 양을 의미한다. 예컨대, “근사적으로 같다”라는 표현은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 비교적 동일하다고 간주함을 의미한다.

일반적으로, 본 발명은 전력 증폭기, 더욱 구체적으로는 HBT(heterojunction bipolar transistor)를 포함하는 하이브리드 전력 증폭기에 관한 것이다. 실시예에 따라서는, 하이브리드 전력 증폭기는 RF(radio frequency) 전력 증폭기이다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 HBT(heterojunction bipolar transistor) 하이브리드 타입 RF(radio frequency) 전력 증폭기의 회로도이다.

도 1a에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)(이하에서는 전력 증폭기로 지칭될 수도 있음)는 IC(integrated circuit)(A)(이하에서는 제1 장치로 지칭될 수도 있음)를 포함한다. IC(A)는 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor) 장치를 포함한다. 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)는 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 IC(A)와 전기적으로 연결된 IC(B)(이하에서는 제2 장치로 지칭될 수도 있음)를 또한 포함한다. 특히 본 발명의 실시예에 따라, 구리 필러, 좀더 일반적으로 열 및 전기 전도성이 있는 필러에 대해서는 미국 특허출원번호 20120025269, 20120025370 및 20120049345들 중 하나로부터도 찾아볼 수 있다. 상기 미국 공개 특허들의 개시 내용은 본 명세서에 특별히 인용되어 있다. 게다가, 아래의 더욱 자세한 설명과 같이, 본 발명의 실시예에 따라서는, 필러는 전기적 연결뿐만 아니라 열 발산에 유용한 열적 연결도 제공한다.

아래의 더욱 자세한 설명과 같이, IC(B)는 HBT와, HBT의 바람직한 동작을 위한 회로 및 소자들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, IC(B)는 IC(A) 위에 스택(stack)되거나 장착될 수 있고, 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 IC(A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, IC(B)는 IC(A)에 인접하여 장착될 수 있고, 본딩 와이어를 통해 IC(A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 매개체(50)는 IC(B)를 IC(A)에 전기적으로 연결시킬 뿐만 아니라, 연결 매개체(50)를 통한 열발산도 가능하다. 대안적으로, IC(A)와 IC(B)는 PCB(printed circuit board) 라우팅(routing)에 의해, 전기적 연결에 필요한 접합점들이 서로 연결되도록 제작될 수 있다.

IC(A)는 기판(100)과, 기판(100) 위에 형성되어 RF 신호를 수신하는 입력단(102)(RF 입력단), 상기 입력단(102)을 통해 수신한 RF 신호를 증폭하는 전구동단(pre-drive stage)(110), 전구동단(110)의 출력에 연결되는 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(inter-stage impedance matching network)(120)(제1 정합 회로), 출력단(104), 출력단(104)에 그 일단이 연결되는 출력 임피던스 정합 회로(130)(제2 정합 회로) 및 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 전체적인 동작을 제어하는 제어 회로(140)를 포함할 수 있다. 제어 회로(140)는 프로세서 혹은 상용 회로일 수 있다. 제어 회로(140)는 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 내부 혹은 외부 소스(도시되지 않음)로부터 제공된 명령 신호에 대응할 수 있다. 전구동단(110)은 CMOS 트랜지스터(115)를 구비할 수 있고, 기판(100)은 CMOS 공정에 적합하고 해당 기판 위에 CMOS 소자가 형성된 반도체 웨이퍼일 수 있다. 대안적으로, IC(A)에는 CMOS 트랜지스터(115)를 구비한 전구동단(110)을 포함하는 SOI(silicon on insulator) 기판이 사용될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판(100)은 실리콘 혹은 유사한 반도체 물질(예를 들면, Si-Ge(silicon germanium))을 포함한다. 기판(100)은 다양한 장치 소자들을 형성하기 위해 도핑된 영역을 포함할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 이에 따라, 기판(100)은 도핑되지 않은 반도체(예를 들어, 실리콘) 기판에 비해 매우 큰 전기 전도도를 갖는다. 게다가, 실리콘은 비교적 개선된 정도의 열전도도를 제공한다. 따라서, 기판(100)은 개선된 전기적 성능 및 열 발산을 위해 적절한 전기 및 열 전도도를 제공하는 물질을 포함할 수 있다. IC(B)는 기판(200) 및 기판(200)위에 형성된 한 쌍의 HBT(215)를 구비한 차동 HBT 증폭 회로(210)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판(400)은 갈륨비소(GaAs)와 같은 다수의 3-5족 반도체 물질 중 하나를 포함할 수 있다. 차동 HBT 증폭 회로(210)는 HBT 소자와 CMOS 소자를 포함하는 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 메인단(main stage)의 증폭부로서 동작할 수 있으며, 차동 증폭 구조를 가질 수 있다.

인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120)는 전구동단(110)의 출력과 HBT 증폭회로(210)의 입력 사이에 마련되어, 이들 사이의 임피던스 정합 및 RF신호의 전달을 실시할 수 있다. 각각의 연결 매개체(50)는 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120)를 HBT(215)의 베이스에 연결하도록 장착된다. 출력 임피던스 정합 회로(130)는 그 타단이 차동 HBT 증폭 회로(210)에 연결되고, 상기 일단이 출력단(104)에 연결되어 차동 증폭 회로(210)와 출력단(104) 간의 임피던스 정합 및 RF 신호의 전달을 실시할 수 있다. 각각의 연결 매개체(50)는 HBT(215)의 컬렉터를 출력 임피던스 정합 회로(130)에 연결하도록 장착된다. 더 표현하자면, HBT(215)의 에미터는 연결 매개체(50)을 경유하여 그라운드에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, IC(B)는 한 개의 MMIC(monolithic microwave integrated circuit)일 수 있다.

이러한 구조를 갖는 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 RF 신호 처리에 관해 설명한다. IC(A)의 입력단(102)에 RF 신호가 수신되면, 제어 회로(140)의 제어 신호에 기초해, CMOS 트랜지스터(115)를 구비한 전구동단(110)에서 RF 신호를 메인단에서 처리할 수 있도록 증폭 및 조정한다. 전구동단(110)에서 출력된 RF 신호는 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120)를 거쳐 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 메인단인 IC(B)의 차동 HBT 증폭 회로(210)에 입력되고, 제어 회로(140)의 제어 신호에 기초해 차동 HBT 증폭 회로(210)에 의해 증폭된다. 차동 HBT 증폭 회로(210)에서 증폭된 RF 신호는 출력 임피던스 정합 회로(130)를 거쳐 출력단(104)을 통해 출력된다.

특히, 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 메인단에서의 증폭은 한 쌍의 HBT(215)로 구성되어 차동 증폭기의 구조를 갖는 차동 HBT 증폭 회로(210)에 의해 수행된다. 이에 따라, 상대적으로 적은 기생 캐패시턴스에 의해 넓은 대역폭이 확보되며, HBT의 높은 브레이크 다운(breakdown) 전압에 의한 높은 신뢰성이라는 특성도 갖게 된다.

게다가, 기판(100)은 CMOS공정 및 CMOS 소자의 제작에 적합한 반도체 웨이퍼이거나, 유사하게 적합한 SOI 기판이므로, IC(B)보다는 IC(A) 상에 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 훨씬 더 많은 부분이 형성될 수 있으며, 이로써 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)는 종래의 HBT 전력 증폭기에 비해 적은 비용으로 생산될 수 있다. 즉, 전구동단(110), 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120), 출력 임피던스 정합 회로(130) 및 제어회로(140) 등 다수의 소자가 기판(100) 위에 형성되며, 이로써 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)가 종래의 HBT 차동 전력 증폭기 구조에 비해 더욱 간단하게 설계될 수 있다.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예들과 관련된 하이브리드 RF 전력 증폭기는 차동(differential) 설정을 포함한다. 단, 이는 하나의 예시일 뿐이다. 더 일반적으로는, 실시예에 따라 회로의 단(stage)은 싱글 엔드(single-ended)에서 차동(differential)으로, 또한 그 역으로의 변환을 수행하는 적절한 트랜스포머(transformer)에 의해 싱글 엔드로, 혹은 차동으로 설정될 수 있다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 HBT(heterojunction bipolar transistor) 하이브리드 타입 RF(radio frequency) 전력 증폭기의 회로도이다. 제시된 바와 같이, RF 전력 증폭기는 싱글 엔드(single-ended)로 설정되어 있다. 도 1b의 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)는 IC(integrated circuit)(A)(이하에서는 제1 장치로 지칭될 수도 있음)를 포함한다. IC(A)는 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor) 장치를 포함한다. 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)는 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 IC(A)와 전기적으로 연결된 IC(B)를 또한 포함한다. 아래의 더욱 자세한 설명과 같이, IC(B)는 HBT와, HBT의 바람직한 동작을 위한 회로 및 소자들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, IC(B)는 IC(A) 위에 스택(stack)되거나 장착될 수 있고, 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 IC(A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, IC(B)는 IC(A)에 인접하여 장착될 수 있고, 본딩 와이어를 통해 IC(A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 위의 내용에서 암시된 바와 같이, 연결 매개체(50)는 IC(B)를 IC(A)에 전기적으로 연결시킬 뿐만 아니라, 연결 매개체(50)를 통한 열발산도 가능하다. 대안적으로, IC(A)와 IC(B)는 PCB(printed circuit board) 라우팅(routing)에 의해, 전기적 연결에 필요한 접합점들이 서로 연결되도록 제작될 수 있다.

IC(A)는 기판(100)과, 기판(100) 위에 형성되어 RF 신호를 수신하는 입력단(102)(RF 입력단), 입력단(102)에 의해 수신된 RF 신호를 증폭하는 전구동단(110)에 연결되는 임피던스 정합 회로(111)(제1 정합 회로), 전구동단(110)의 출력에 연결된 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120)(제2 정합 회로), 출력단(104)(RF 출력단), 출력단(104)에 그 일단이 연결되는 출력 임피던스 정합 회로(130)(제3 정합 회로) 및 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 전체적인 동작을 제어하는 제어 회로(140)를 포함할 수 있다. 특히, 임피던스 정합 회로(111)에 도시된 회로, 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120) 및 출력 임피던스 정합 회로(130)은 단지 예시적인 것이며, 본 정합 회로에 이용하기 적당한 다른 회로들이 본 발명을 이용하는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

제어 회로(140)는 프로세서 혹은 상용 회로일 수 있다. 제어 회로(140)는 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 내부 혹은 외부 소스(도시되지 않음)로부터 제공된 명령 신호에 대응할 수 있다. 전구동단(110)은 CMOS 트랜지스터(115)를 구비할 수 있고, 기판(100)은 CMOS 공정에 적합하고 해당 기판 위에 CMOS 소자가 형성된 반도체 웨이퍼일 수 있다. 대안적으로, IC(A)에는 CMOS 트랜지스터(115)를 구비한 전구동단(110)을 포함하는 SOI(silicon on insulator) 기판이 사용될 수도 있다.

또한, 실시예에 따라 회로의 단(stage)은 싱글 엔드(single-ended)에서 차동(differential)으로, 또한 그 역으로의 변환을 수행하는 적절한 트랜스포머(transformer)에 의해 싱글 엔드로, 혹은 차동으로 설정될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 일부에 대한 개략도이다. 도 1a 및 도 1b와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 2a의 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 IC(A)는 IC(A)위에 장착된 보호 회로(150)를 더 포함한다. 보호 회로(150)는 극단적인 상황에서의 동작으로 인한 심각한 손상(예컨대 정전기(electrostatic discharge, ESD) 또는 브레이크 다운(break down))으로부터 차동 HBT 증폭 회로(210)를 보호한다. 보호 회로(150)는 차동 HBT 증폭 회로(210)의 출력 신호의 전압을 검출하고, 검출된 전압을 제어 회로(140)에 피드백한다. 그리고 나서, 보호 회로(150)의 피드백에 근거하여, 제어 회로(140)는 차동 HBT 증폭 회로(210)이 안전 동작 영역(safe operation area, SOA)에서 동작할 수 있도록 바이어스 회로(260)를 제어한다. 보호 회로(150)는 메인단을 ESD로부터 보호하는 ESD 보호 회로를 포함할 수 있다. 보호 회로(150)는 기판(100) 위에 형성될 수 있으며, 저항, 다이오드, 전압 혹은 전류 보호를 위한 RC 필터 혹은 다른 회로 블록 및 신호 클리핑(clipping) 회로를 포함할 수 있다. 또한, 여기에 도시되지는 않았지만, 실시예에 따라, 보호 회로(150)는 IC(B)의 기판(200) 위에 형성될 수 있으며, 기판(100)과 기판(200) 모두의 위에 형성될 수도 있다.

도 2a의 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 IC(B)는 IC(B)의 차동 HBT 증폭 회로(210)를 바이어스 하는 바이어스 회로(260)를 더 포함할 수 있다. 바이어스 회로(260)는 기판(200) 위에 형성될 수 있으며, 에미터 팔로워(emitter follower) 회로에 의해 완충되는(buffered) 밴드 갭 레퍼런스(band-gap reference)와 같은 전압 레퍼런스(voltage reference), 혹은 전류 레퍼런스(current reference)로부터 전류 미러(current mirror)에 의해 형성된 전류로부터 유도되는 전압원(voltage source)을 포함할 수 있다. 바이어스 회로(260)의 동작은 IC(A)의 제어 회로(140)에 의해 제어된다. 차동 HBT 증폭 회로(210)의 HBT(215)의 에미터는 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 그라운드될 수 있다. 특히, HBT(215)의 에미터는 IC(A)의 그라운드에 전기적으로 연결될 수 있다. 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120)는 일반적인 럼프 소자(lumped R, L, C)에 의해 구성되어, 그 출력 측이 캐패시터(204)를 거쳐 HBT(215)의 베이스에 각각 접속될 수 있다.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 RF 전력 증폭기의 일부에 대한 개략도이다. 도 1a 및 1B와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 2b의 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 IC(A)는 차동 HBT 증폭 회로(210)의 출력 신호의 전압을 검출하고, 검출된 전압을 제어 회로(140)에 피드백함으로써 극단적인 상황에서의 동작으로 인한 심각한 손상(예컨대 ESD 또는 브레이크 다운(break down))으로부터 차동 HBT 증폭 회로(210)를 보호하는 보호 회로(150)를 포함할 수 있다. 보호회로(150)는 기판(100) 위에 형성될 수 있다. 또한, 여기에 도시되지는 않았지만, 실시예에 따라, 보호회로(150)는 기판(200) 위에 형성될 수도 있고, 기판(100)과 기판(200) 모두의 위에 형성될 수도 있다.

본 실시예에 의하면, 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120)는 1, 2차 코일을 갖는 트랜스포머(transformer)(120)를 포함할 수 있다. 연결 매개체(50)를 통해 트랜스포머의 1차 코일의 양단은 전구동단(110)의 출력단에, 트랜스포머의 2차 코일의 양단은 HBT(215)의 베이스에 각각 연결될 수 있다.

도 2b의 하이브리드 RF 전력 증폭기(10)의 IC(A)는 웨이퍼 기판(100) 상에 형성되어 HBT(215)를 바이어스하는 바이어스 회로(160)를 더 포함할 수 있다. 바이어스 회로(160)의 동작은 기판(100) 에 형성된 제어 회로(140)에 의해 제어된다. 바이어스 회로(160)는 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120), 즉, 도 2b에 도시된 바와 같이 트랜스포머의 2차 코일의 실질적인 중앙에 바이어스 신호를 전달함으로써 HBT(215)를 구동할 수 있다. 바이어스 신호를 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120)의 한 부분으로서 포함된 트랜스포머의 2차 코일을 통해 HBT(215)에 전달하는 구성에 의해, 도 2a에 도시된 저항(202)이나 캐패시터(204) 없이 HBT(215)를 구동할 수 있어, 사이즈 및 비용의 면에서 이점을 갖는다. 밸러스팅(ballasting)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 저항(202)은 바이어스 회로(160)의 출력과 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(120) 내에 위치한 트랜스포머의 2차 중앙 탭 사이에 직렬로 부가되거나, HBT(215)의 베이스들 혹은 에미터들과 직렬로 위치할 수 있다. 차동 HBT 증폭 회로(210)의 HBT(215)의 에미터 단자들은 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 그라운드될 수 있다. 특히, IC(A)의 접지에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한, 대역이 다른 여러 종류의 RF 신호에 대해 동작 가능한 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)의 회로도이다. 도 1a 및 도1B와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)는 하나의 IC(A’)와 하나의 IC(B’)를 포함할 수 있다. 상기 실시예들과 유사하게, IC(A’)는 CMOS 소자를, IC(B’)는 HBT 및 HBT의 바람직한 동작을 위한 부가적인 회로 및 소자들을 포함한다.

IC(A’)는 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 IC(B’)에 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, IC(B)는 IC(A) 위에 스택(stack)되거나 장착될 수 있고, 연결 매개체(50)에 의해 IC(A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, IC(B’)는 IC(A’)에 인접하게 장착될 수 있고, 본딩 와이어 등에 의해 IC(A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 매개체(50)는 IC(B’)를 IC(A’)에 전기적으로 연결시킬 뿐만 아니라, 기판(300) 및 기판(400)(아래에 설명됨)으로부터 발생하는 열도 더 효율적으로 발산되도록 한다. 대안적으로, IC(A’)와 IC(B’)는 PCB(printed circuit board) 라우팅(routing)에 의해, 전기적 연결에 필요한 접합점들이 서로 연결되도록 제작될 수 있다.

IC(A’)는 1개의 웨이퍼로 이루어질 수 있는 기판(300)과, RF 신호를 수신하는 n개의 입력단(302)과, 기판(300) 상에 형성되어 입력단으로부터 입력된 RF 신호를 각각 전달받아 증폭 및 조정하는 n개의 전구동단(310), 전구동단(310)의 출력에 각각 연결되는 n개의 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(320), n개의 출력단(304)과, n개의 출력단(304)에 각각 연결되는 n개의 출력 임피던스 정합 회로(330) 및 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)의 전체 동작을 제어하는 제어 회로(340)를 포함할 수 있다. 제어 회로(340)는 프로세서 혹은 상용 회로일 수 있다. 제어 회로(340)는 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)의 내부 혹은 외부 소스(도시되지 않음)로부터 제공된 명령 신호에 대응할 수 있다. 각 전구동단(310)은 CMOS 트랜지스터를 구비할 수 있고, 기판(300)은 CMOS 공정에 적합하고 해당 기판 위에 CMOS 소자를 구비한 반도체 웨이퍼일 수 있다. 대안으로서, IC(A’)는 CMOS 트랜지스터(115)를 구비한 전구동단(310)과, SOI(Silicon on Insulator) 기판을 포함한다.

IC(B’)는 기판(400) 안에 혹은 위에 장착된다. IC(B’)는 또한 기판(400) 위에 형성되는 n개의 차동 HBT 증폭 회로(410)를 포함할 수 있다. 기판(400)은 그 위에 HBT를 형성하는 데 적합한 반도체 웨이퍼일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판(400)은 갈륨비소(GaAs)와 같은 다수의 3-5족 반도체 물질 중 하나를 포함할 수 있다. 차동 HBT 증폭 회로(410)는 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)의 메인단의 증폭부로서 동작할 수 있으며, 차동 증폭 구조를 가질 수 있다. n개의 차동 HBT 증폭 회로(410)의 입력단들은 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 n개의 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(320)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. n개의 차동 HBT 증폭 회로(410)의 출력단들은 연결 매개체(50)에 의해 n개의 출력 임피던스 정합 회로(330)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)는 여러 소자들 사이에 전기적 연결을 제공하는 PCB(printed circuit board)(도시되지 않음) 위에 n개의 CMOS 트랜지스터와 n개의 HBT를 포함한다. 이와 같이, PCB를 통해, n개의 차동 증폭 회로(410)의 입력단들은 각각 n개의 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(320)와 전기적으로 연결되도록 제작될 수 있고, n개의 차동 HBT 증폭 회로(410)의 출력단들은 n개의 출력 임피던스 정합 회로(330)와 각각 전기적으로 연결되도록 제작될 수 있다. 이에 따라, 하이브리드 RF 전력증폭기(10’)는 각각 1개의 전구동단(310), 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(320), 차동 HBT 증폭 회로(410), 출력 임피던스 정합 회로(330)를 포함하는 n개의 RF 신호 경로를 가질 수 있다. 차동 HBT 증폭 회로(410)의 각각은 한 쌍의 HBT(415)를 포함할 수 있고, 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)의 메인단의 증폭부로서 동작할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, IC(B’)는 한 개의 MMIC(monolithic microwave integrated circuit)일 수 있다.

도 3의 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)는, IC(A’)에 RF 신호가 입력되면, 입력된 RF 신호의 종류에 따라 하나의 RF 신호 경로가 선택되고, 선택된 경로 내의 전구동단(310) 및 차동 HBT 증폭 회로(410)만이 제어 회로(340)에 의해 동작한다. 이러한 구성에 의해, UMTS 1(universal mobile telecommunications system 1), UMTS 5(universal mobile telecommunications system 5), GSM HB(global system for mobile communications high band), GSM LB(global system for mobile communications low band)와 같은 주파수 대역이 서로 다른 여러 RF 신호를 하나의 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)에 의해 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전구동단(310)의 입력 측과 출력 임피던스 정합 회로(330)의 출력 측에는 RF 스위치(도시되지 않음)가 마련되어, 도 3의 입력단 또는 출력단을 하나의 공통 단자 혹은 다수의 단자로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 하이브리드 RF 전력 증폭기(10’)의 n개의 출력 임피던스 정합 회로(330)의 출력 측에 n개의 듀플렉서 혹은 이와 유사한 필터를 연결하여, 안테나 또는 안테나 스위치 모듈에 연결해서 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)의 회로도이다. 도 1a 내지 3과 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 4의 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)는 IC(700)(이하에서는 제1 장치라 칭해질 수 있음)을 포함한다. IC(700)는 반도체 웨이퍼(도 4에는 도시되지 않음)로부터 제작될 수 있으며, 반도체 웨이퍼는 CMOS 공정에 적합하고 웨이퍼 위에 CMOS 소자를 구비한다. 이에 따라, IC(700)는 CMOS 소자를 포함한다. 대안적으로, IC(700)은 SOI(Silicon on Insulator) 기판(도 4에는 도시되지 않음) 위에 제작될 수도 있다. SOI 기판을 사용할 경우, CMOS 소자에 이용되는 전형적인 실리콘 기판 등의 다른 기판을 사용할 경우에 비해 RF 전력 증폭기의 성능이 더욱 향상될 수 있다.

도 4의 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)는 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)을 통해 IC(700)와 전기적으로 연결된 IC(800)(이하에서는 제2 장치라 칭해질 수 있음)을 또한 포함한다. 이하의 더욱 자세한 설명과 같이, IC(800)는 HBT와, HBT의 바람직한 동작을 위한 회로 및 소자들을 포함한다. IC(800)는 그 위에 HBT를 형성하는 공정에 적합한 반도체 웨이퍼(도 4에는 도시되지 않음)로부터, 혹은 그 웨이퍼 위에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼는 갈륨비소(GaAs)와 같은 다수의 3-5족 반도체 물질 중 하나를 포함할 수 있다. 차동 HBT 증폭 회로(810)는 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)의 메인단의 증폭부로서 동작할 수 있으며, 차동 증폭 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, IC(800)는 기판(900) 위에 장착된 IC(700) 위에 스택되거나 장착될 수 있다. IC(800)는 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)에 의해 IC(700)에 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, IC(800)는 IC(700)에 인접하여 기판(900) 위에 장착될 수 있다. 이러한 경우, IC(800)는 본딩 와이어를 통해 IC(700)에 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판(900)은 멀티 레이어(multi-layer) 회로 기판을 포함하는 다수의 PCB(printed circuit board) 중 하나 혹은 리드 프레임(lead frame)일 수 있다.

상술한 바와 같이, 연결 매개체(50)는 IC(800)와 IC(700)를 전기적으로 연결할 뿐만 아니라, 연결 매개체(50)를 통한 열발산도 가능하다. 대안적으로, IC(700)와 IC(800)는 PCB 라우팅(routing)에 의해, 전기적 연결에 필요한 접합점들이 서로 연결되도록 제작될 수 있다.

IC(800)는 HBT 증폭 회로(810) 및 바이어스 회로(820)을 포함할 수 있으며, 이들은 HBT 공정에 적합한 반도체 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 실시에에 따라, IC(800)는 MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit)일 수 있다.

IC(700)와 IC(800)은 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)를 통해 연결될 수 있다. IC(700)와 기판(900)도 구리 필러나 본딩 와이어와 같은 연결 매개체(50)를 통해 연결될 수 있다. 연결 매개체(50)는 전기적 연결을 제공할 뿐만 아니라 열발산도 할 수 있다. 이들의 연결을 위한 구체적인 구조는 후술한다.

CMOS 증폭 회로(710)는 CMOS 트랜지스터를 포함할 수 있고, RF 입력단(709IN)을 통해 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전구동단(pre-drive stage)으로서 동작할 수 있다. CMOS 증폭 회로(710)의 출력은 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)로 전달된다. 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)는 CMOS 증폭회로(710)와 HBT 증폭 회로(810) 사이에 배치되어, 이들 사이의 임피던스 정합을 수행한다.

HBT 증폭 회로(810)는 HBT 트랜지스터를 포함하고, 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)로부터 수신된 신호를 증폭하는 메인단(main stage)으로서 동작할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, HBT 증폭 회로(810)는 한 쌍의 HBT(811, 812)를 포함하는 공통 에미터(common-emitter) 차동 증폭 회로일 수 있다. 또한, 한 쌍의 HBT(811, 812)의 베이스들에는 캐패시터(804, 806)가 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, HBT 증폭 회로(810)는 여러 쌍의 HBT들을 포함하는 차동 증폭 회로일 수 있다. HBT 증폭 회로(210)의 출력단(즉, HBT의 콜렉터)은 출력 임피던스 정합 회로(730)의 출력단과 전기적으로 연결된다.

출력 임피던스 정합 회로(730)는 HBT 증폭 회로(810)와 RF 출력단(709OUT) 사이에서 임피던스 정합을 수행한다. 출력 임피던스 정합 회로(730)는 HBT 증폭 회로(810)의 HBT(811, 812)의 콜렉터들에 연결된 1차 권선(primary coil or winding)(731) 및 RF 출력단(709OUT)에 연결된 2차 권선(secondary coil or winding)(732)을 구비한 트랜스포머를 이용하여 임피던스 정합을 수행할 수 있다. HBT 증폭 회로(810)에 대해 DC 파워 서플라이(DC power supply)가 1차 권선(731)의 중앙 탭을 통해 공급된다. 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)도 이와 유사하게 구성될 수 있다. 실시예에 따라, RF 출력단(709OUT)은 SOI IC, 집적 수동 소자(integrated passive device, IPD) 혹은 기판(900)에 전기적으로 연결될 수 있다.

바이어스 회로(820)는 HBT 증폭 회로(810)의 두 HBT(811, 812)의 베이스들에 연결될 수 있다. 바이어스 회로(820)는 제어 회로(740)의 제어 신호에 따라 HBT 증폭 회로(810)를 바이어스한다. 실시예에 따라, 바이어스 회로(820)는 IC(800) 대신에 IC(700)상에 형성될 수도 있다. 제어 회로(740)는 바이어스 회로(820)에 전기적으로 연결되어 바이어스 회로(820)를 제어함으로써, HBT 증폭 회로(810)를 제어한다.

보호 회로(750)는, 극단적인 상황에서의 동작으로 인한 심각한 손상(예컨대 ESD 또는 브레이크 다운(break down))으로부터 차동 HBT 증폭 회로(810)를 보호하기 위하여, HBT 증폭 회로(810)의 출력을 검출하고 HBT 증폭 회로(810)의 전류-전압 상태를 제어 회로(740)에 피드백한다. 그러면, 제어 회로(740)는 보호 회로(750)의 피드백에 근거하여 HBT 증폭 회로(810)가 안전 동작 영역(safe operation area, SOA) 내에서 동작할 수 있도록 바이어스 회로(820)를 적절히 제어한다. 보호 회로(750)는 메인단을 ESD뿐 아니라 브레이크 다운으로부터도 보호하는, ESD 다이오드 스트링(ESD diode string)과 같은 ESD 보호 회로(ESD protection circuit)를 포함할 수 있다. 도 4에는 보호 회로(750)가 IC(700)상에 형성되는 것으로 도시되었지만, 실시예에 따라 IC(800)상에 형성될 수 있고, IC(700) 및 IC(800) 모두에 형성될 수도 있다.

본 실시예에서의 기판(900)은 라미네이트 기판(laminate substrate)일 수 있다. 실시예에 따라, IC(700)가 기판(900) 대신에 보드(board)에 곧바로 연결될 수도 있다.

상술한 바과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 4의 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)의 메인단(즉, HBT 증폭 회로(810))의 동작은 IC(800)에서 수행되고, 그 이외의 대부분의 동작은 IC(700)에서 수행된다. 증폭기의 RF 성능은 메인단에 주로 의존하기 때문에, IC(800)에 포함된 HBT 증폭 회로(810)를 메인단으로 사용하는 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)는 HBT 전력 증폭기에 견줄 만한 RF 성능을 가질 수 있다. 또한, 높은 선형성과, 낮은 입력 기생 캐패시턴스, 넓은 대역폭 및 높은 신뢰도도 확보할 수 있다. 한편, 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)의 제어 회로(740)는 IC(700)에 포함되어 있기 때문에, 제어 회로(740)는 CMOS 전력 증폭기처럼 간단하게 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)를 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)를 구성하는 대부분의 소자들이 IC(700)에 포함되어 있기 때문에, HBT 전력 증폭기에 비해 생산 단가를 낮출 수 있다.

이하에서는, 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)의 구체적인 구조에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기(70)의 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 1a 내지 4와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 하이브리드 RF 전력 증폭기는 기판(900)의 상면에 IC(700)(즉, 제1 장치)가 탑재되고, IC(700) 위에 IC(800)(즉, 제2 장치)가 스택(stack) 혹은 장착되는 구조를 갖는다. IC(800)의 하면과 IC(700)의 상면 사이에 배치되는 전도성 필러(500)를 통해 IC(700)와 IC(800)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, IC(700)는 기판(900)과 본딩 와이어(600)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. IC(700)와 IC(800)의 보다 구체적인 결합 방식에 대해서는 이하에서 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전도성 필러(500)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다. 이에 따라, 전도성 필러(500)는 또한 IC(800)으로부터 발생된 열이 열 발산체(thermal sink)(도시되지 않음)로 발산되기 위한 경로를 제공한다. 이러한 실시예에 의하면, 기판(900)은 이와 같은 열의 발산을 수행하기 위해 열 및 전기를 전도할 수 있는 물질 혹은 소자를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 전도성 필러는 구리나 금속 합금과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 또한 상기한 바와 같이, 전도성 필러(500)가 열과 전기의 전도에 유용하다 해도, 또 다른 방법이 고려될 수 있다. 예를 들면, 특정 에폭시 수지와 같은 열 및 전기적으로 전도성이 있는 물질이 전도성 필러(500) 대신 사용될 수 있다. 마지막으로 다시 언급하자면, 상기한 바와 같이, IC(700)가 제작되는 기판은 비교적 높은 열 및 전기 전도도를 갖는 도핑 실리콘을 포함할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 의한 도 6과 같은 하이브리드 RF 전력 증폭기의 IC(700)와 IC(800)의 결합 방식을 나타내는 도면이다. 도 1a 내지 6과 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 7a는 IC(800)의 하면을 나타내고, 도 7b는 IC(700)의 상면을 나타낸다. 즉, IC(800)의 소자들은 IC(800)의 하면에 마련될 수 있고, IC(700)의 소자들은 IC(700)의 상면에 마련될 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, IC(800)의 하면에는 HBT 증폭 회로(810)의 입력단(즉, HBT(811, 812)의 베이스(B))에 전기적으로 연결되는 제1 HBT 본딩 패드(870)들이 마련된다. 제1 HBT 본딩 패드(870)들의 위치에 대응되는 IC(700)의 상면에는 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)에 전기적으로 연결되는 제1 CMOS 본딩 패드(770)들이 마련된다. 제1 HBT 본딩 패드(870)들과 제1 CMOS 본딩 패드(770)들은 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(501)들을 통해 연결된다. 이에 따라, IC(700)의 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)와 IC(800)의 HBT 증폭 회로(810)가 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 필러(501)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

이와 유사하게, IC(800)의 하면에는 증폭회로(810)의 출력단(즉, HBT(811, 812)의 콜렉터(C))에 연결되는 제2 HBT 본딩 패드(880)들이 마련된다. 제2 HBT 본딩 패드(880)들의 위치에 대응되는 IC(700)의 상면에는 출력 임피던스 정합 회로(730)에 연결되는 제2 CMOS 본딩 패드(780)들이 마련된다. 제2 HBT 본딩 패드(880)들과 제2 CMOS 본딩 패드(780)들은 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(502)들을 통해 연결된다. 이에 따라, IC(700)의 출력 임피던스 정합 회로(730)와 IC(800)의 HBT 증폭 회로(810)가 전기적으로 연결될 수 있다. 도 7a 및 7B의 본딩 패드(770, 780, 870, 880)들이 거의 정사각형 모양을 하고 있지만, 이는 단지 도시에 지나지 않는다. 실시예에 따라, 본딩 패드(770, 780, 870, 880)들의 단면은 원 혹은 타원 등의 다른 모양을 가질 수 있다. 게다가, 실시예에 따라, 필러(502)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

도 7a의 IC(800)의 HBT 증폭 회로(810)의 HBT(811, 812)의 에미터(E)는 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(503)를 통하여 IC(700)의 상면에 마련된 접지에 연결된다. 게다가, 실시예에 따라, 필러(503)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

실시예에 따라, 1개의 필러(503) 대신에 복수 개의 구리 필러들이 사용될 수도 있다. 또한, 본딩 패드(770, 780, 870, 880)들이 마련되는 위치는 실시예에 따라 적절히 변형될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 도 5 및 6의 하이브리드 RF 전력 증폭기의 제1 변형례를 나타내는 종단면도이다. 도 1a 내지 7B와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다. 이 변형례에서는, IC(701)의 소자들은 IC(701)의 하면에 마련되고, IC(801)의 소자들은 IC(801)의 하면에 마련된다.

IC(701)는 반도체 웨이퍼(도 8에는 도시되지 않음)로부터 제작될 수 있으며, 반도체 웨이퍼는 CMOS 공정에 적합하고 웨이퍼 위에 CMOS 소자를 구비한다. 이에 따라, IC(701)는 CMOS 소자를 포함한다. 대안적으로, IC(701)은 SOI(silicon on insulator) 기판(도 8에는 도시되지 않음) 위에 제작될 수도 있다. SOI 기판을 사용할 경우, CMOS 소자에 이용되는 전형적인 실리콘 기판 등의 다른 기판을 사용할 경우에 비해 RF 전력 증폭기 혹은 다른 회로 소자(RF 스위치 등)의 성능이 더욱 향상될 수 있다.

IC(801)는 그 위에 HBT를 형성하는 공정에 적합한 반도체 웨이퍼(도 8에는 도시되지 않음)로부터, 혹은 그 웨이퍼 위에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼는 갈륨비소(GaAs)와 같은 다수의 3-5족 반도체 물질 중 하나를 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, IC(701)에는 IC(701)를 두께 방향으로 관통하는 적어도 하나의 관통 구멍(790)이 형성되고, 적어도 하나의 관통 구멍(790)의 내부에는 IC(701)의 상면과 하면을 전기적으로 연결하는 실리콘 관통 전극(through-silicon-via, TSV)(791)(내부 전극(conductive via)이라고도 할 수 있음)이 형성된다. 실리콘 관통 전극(791)의 상면과 IC(801)의 하면 사이에는 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(511)가 형성되고, 실리콘 관통 전극(791)의 하면과 기판(901)의 상면 사이에는 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(512)가 형성된다. 따라서, IC(801)의 하면에 형성된 소자들은 필러(511), 실리콘 관통 전극(791) 및 구리(전도성) 필러(512)를 통해 기판(901)의 상면에 전기적으로 연결될 수 있다. 실리콘 관통 전극(791)은 전기적 연결을 제공하는 것 외에도, IC(801)로부터 열을 발산시키기도 하는데, 이 경우에는 필러(511)와 필러(512)를 통해 기판(901) 쪽으로 발산시킨다. 이와 같이, 실시예에 따라, 필러(503)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

또한, 도 8과 같이, IC(701)에는 IC(701)를 두께 방향으로 관통하는 적어도 하나의 관통 구멍(799)이 형성되고, 관통 구멍(799)의 내부에는 IC(701)의 상면과 하면을 전기적으로 연결하는 내부 전극(conductive via)(796)이 형성된다. 특히, 내부 전극(796)은 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 상기한 바와 같이, 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다. 따라서, 내부 전극(796)은 전기적, 열적 연결을 모두 제공한다. 내부 전극(796)의 상면과 IC(801)의 하면 사이에는 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(513)가 형성된다. 따라서, IC(701)의 하면에 형성된 소자들은 내부 전극(796) 및 필러(513)를 통해 IC(801)의 하면에 형성된 소자들과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, IC(701)의 하면과 기판(901)의 상면은 이들 사이에 마련된 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(514)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 더해, 실시예에 따라서는, 필러(513, 514)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

실시예에 따라, IC(701)의 하면을 기판(901)의 상면에 전기적으로 연결하기 위해 하나 이상의 필러(514)가 포함될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 도 5 및 6의 하이브리드 RF 전력 증폭기의 제2 변형례를 나타내는 종단면도이다. 도 1a 내지 8와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

이 변형례에서는, IC(702)의 소자들은 IC(702)의 상면에 마련되고, IC(802)의 소자들은 IC(802)의 하면에 마련된다.

IC(702)는 반도체 웨이퍼(도 9에는 도시되지 않음)로부터 제작될 수 있으며, 반도체 웨이퍼는 CMOS 공정에 적합하고 웨이퍼 위에 CMOS 소자를 구비한다. 이에 따라, IC(702)는 CMOS 소자를 포함한다. 대안적으로, IC(702)는 SOI(silicon on insulator) 기판(도 9에는 도시되지 않음) 위에 제작될 수도 있다. SOI 기판을 사용할 경우, CMOS 소자에 이용되는 전형적인 실리콘 기판 등의 다른 기판을 사용할 경우에 비해 RF 전력 증폭기 혹은 다른 회로 소자(RF 스위치 등)의 성능이 더욱 향상될 수 있다.

IC(802)는 그 위에 HBT를 형성하는 공정에 적합한 반도체 웨이퍼(도 9에는 도시되지 않음)로부터, 혹은 그 웨이퍼 위에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼는 갈륨비소(GaAs)와 같은 다수의 3-5족 반도체 물질 중 하나를 포함할 수 있다.

도 9를 참조하면, 도 8의 경우와 유사하게, IC(802)의 하면에 형성된 소자들은 전도성(예컨대 구리) 필러(521), 실리콘 관통 전극(792) 및 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(522) 중 적어도 하나를 통해 기판(902)의 상면에 전기적으로 연결된다. 도 9에 도시된 바와 같이, IC(802)의 하면에 형성된 소자들 및 IC(702)의 상면에 형성된 소자들은 그들 사이에 형성된 적어도 하나의 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(523)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 더구나, 실시예에 따라, 필러(521)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, IC(702)에는 IC(702)를 두께 방향으로 관통하는 적어도 하나의 관통 구멍(795)이 형성되고, 관통 구멍(795)의 내부에는 IC(702)의 상면과 하면을 전기적으로 연결하는 내부 전극(797)이 형성된다. 특히, 내부 전극(797)은 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 상기한 바와 같이, 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다. 따라서, 내부 전극(797)은 전기적, 열적 연결을 모두 제공한다.

내부 전극(797)의 하면과 기판(902)의 상면 사이에는 적어도 하나의 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(524)가 형성된다. 따라서, IC(702)의 상면에 형성된 소자들은 내부 전극(797) 및 필러(524)를 통해 기판(902)의 상면과 전기적으로 연결된다. 이에 더해, 실시예에 따라서는, 필러(524)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 도 5 및 6의 하이브리드 RF 전력 증폭기의 제3 변형례를 나타내는 종단면도이다. 도 1a 내지 9와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

이 변형례에서는, IC(703)의 소자들은 IC(703)의 상면에 마련되고, IC(803)의 소자들은 IC(803)의 상면에 마련된다.

IC(703)는 반도체 웨이퍼(도 10에는 도시되지 않음)로부터 제작될 수 있으며, 반도체 웨이퍼는 CMOS 공정에 적합하고 웨이퍼 위에 CMOS 소자를 구비한다. 이에 따라, IC(703)는 CMOS 소자를 포함한다. 대안적으로, IC(703)는 SOI(silicon on insulator) 기판(도 10에는 도시되지 않음) 위에 제작될 수도 있다. SOI 기판을 사용할 경우, CMOS 소자에 이용되는 전형적인 실리콘 기판 등의 다른 기판을 사용할 경우에 비해 RF 전력 증폭기 혹은 다른 회로 소자(RF 스위치 등)의 성능이 더욱 향상될 수 있다.

IC(803)는 그 위에 HBT를 형성하는 공정에 적합한 반도체 웨이퍼(도 10에는 도시되지 않음)로부터, 혹은 그 웨이퍼 위에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼는 갈륨비소(GaAs)와 같은 다수의 3-5족 반도체 물질 중 하나를 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면, IC(803)에는 IC(803)를 두께 방향으로 관통하는 적어도 하나의 관통 구멍(894)이 형성되고, 관통 구멍(894)의 내부에는 IC(803)의 상면과 하면을 전기적으로 연결하는 내부 전극(896)이 형성된다. 특히, 내부 전극(896)은 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 상기한 바와 같이, 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다. 따라서, 내부 전극(896)은 전기적, 열적 연결을 모두 제공한다.

IC(803)의 상면에 형성된 소자들은 내부 전극(896) 및 적어도 하나의 본딩 와이어(631)를 통해 IC(703)의 상면에 형성된 소자들에 전기적으로 연결된다. IC(803)의 상면의 소자들은 도 4에 도시된 HBT 증폭 회로(810)과 같은 HBT 증폭 회로를 포함할 수 있다. IC(803)는 백사이드 비아(backside-via) 타입의 IC일 수 있다. IC(803)의 하면에는 접지면(ground plane)이 형성될 수 있다. 이에 더해, IC(803)는 내부 전극(896)을 통해 IC(703)의 접지 노드에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, IC(703)의 상면에 형성된 소자들은 본딩 와이어(632)를 통해 기판(903)의 상면에 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, IC(703)와 IC(803) 사이 및/또는 IC(703)와 기판(903) 사이에는 에폭시 수지가 마련될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기를 나타내는 종단면도이다. 도 1a 내지 10과 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기는 제1 IC(704)(즉, 제1 장치), 제2 IC(704')(즉, 제3 장치) 및 IC(805)(즉, 제2 장치)를 포함하며, 이들은 기판(904)상에 분리되어 탑재된다.

IC(704, 704’)는 반도체 웨이퍼(도 11에는 도시되지 않음)로부터 제작될 수 있으며, 반도체 웨이퍼는 CMOS 공정에 적합하고 웨이퍼 위에 CMOS 소자를 구비한다. 이에 따라, IC(704, 704’)는 CMOS 소자를 포함한다. 대안적으로, IC(704, 704’)는 SOI(silicon on insulator) 기판(도 11에는 도시되지 않음) 위에 제작될 수도 있다. SOI 기판을 사용할 경우, CMOS 소자에 이용되는 전형적인 실리콘 기판 등의 다른 기판을 사용할 경우에 비해 RF 전력 증폭기 혹은 다른 회로 소자(RF 스위치 등)의 성능이 더욱 향상될 수 있다.

IC(805)는 그 위에 HBT를 형성하는 공정에 적합한 반도체 웨이퍼(도 11에는 도시되지 않음)로부터, 혹은 그 웨이퍼 위에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼는 갈륨비소(GaAs)와 같은 다수의 3-5족 반도체 물질 중 하나를 포함할 수 있다.

본 실시예는 도 4의 IC(700)과 같은 IC가 제1 IC(704) 및 제2 IC(704') 로 분리된 경우를 의미한다. 예를 들어, 도 11의 제1 IC(704)에는 도 4의 RF 입력단(709IN), CMOS 증폭 회로(710) 및 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)와 같은 RF 입력단, CMOS 증폭 회로, 인터 스테이지 임피던스 정합 회로가 포함될 수 있고, 제2 IC(704')에는 도 4의 출력 임피던스 정합 회로(730), 제어 회로(740), 보호 회로(750)와 같은 출력 임피던스 정합 회로, 제어 회로, 보호 회로가 포함될 수 있다. 물론, 실시예에 따라 제어 회로 및 보호 회로는 제1 IC(704)에 포함될 수도 있다.

도 11의 IC(805)는 IC(805)의 상면과 하면을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 내부 전극(897)을 갖는 백사이드 비아(backside-via) 타입의 IC이다 특히, 내부 전극(897)은 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 상기한 바와 같이, 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다. 따라서, 내부 전극(897)은 전기적, 열적 연결을 모두 제공한다.

도 4의 HBT 증폭 회로(810)의 경우와 같이, IC(805)의 상면에 형성된 소자들은 내부 전극(897)을 통해 기판(904)에 전기적으로 연결될 수 있다. IC(805)의 상면에 형성된 소자들은 적어도 하나의 본딩 와이어(642)를 통해 제1 IC(704)의 상면에, 적어도 하나의 본딩 와이어(643)를 통해 제2 IC(104’)의 상면에 각각 연결될 수 있다. IC(805)의 하면에는 접지면(ground plane)이 형성될 수 있다. 또한, IC(805)는 내부 전극(897)을 통해 기판(904)의 접지 노드에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 또한, 제1 IC(704)는 적어도 하나의 본딩 와이어(641)를 통해, 제2 IC(704')는 적어도 하나의 본딩 와이어(644)를 통해 기판(904)에 각각 전기적으로 연결된다. 실시예에 따라, 제1 IC(704)는 SOI IC로 대체될 수 있고, 제2 IC(704')는 SOI IC 또는 IPD(integrated passive device)로 대체될 수도 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한, 도 11의 하이브리드 RF 전력 증폭기의 변형례를 나타내는 종단면도이다. 도 1a 내지 10과 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기는 제1 IC(705), 제2 IC(705') 및 IC(805)를 포함하며, 이들은 기판(905)상에 탑재된다. 제1 IC(705), 제2 IC(705') 및 IC(805)는 도 11의 제1 IC(704), 제2 IC(704') 및 IC(805)와 각각 대응되며, 대응되는 각 IC들은 대체로 같은 특성을 가지며, 이하에서는 이들에 대한 더 이상의 설명을 생략한다. 제1 IC(705)는 본딩 와이어(652)를 통해, 제2 IC(705’)는 본딩 와이어(654)를 통해 IC(805)에 각각 전기적으로 연결된다.

도 12에 도시된 본 실시예에 의하면, IC(805)는 기판(905)으로부터 돌출된 돌출부(915) 위에 탑재되며, 이로써 IC(805)의 상면은 제1 IC(705) 및 제2 IC(705’)의 상면과 상대적으로 거의 같은 높이에 위치할 수 있다. 이로써 본딩 와이어(652, 654)의 길이가 감소될 수 있고, 결과적으로 본딩 와이어에 의한 인덕턴스가 감소될 수 있다. 돌출부(915)는 또한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 조립 과정에서의 액체 다이 부착 물질(liquid die attach material)(도시되지 않음)의 유동을 제어한다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한, 도 11에 도시된 하이브리드 RF 전력 증폭기의 IC들 간의 결합 방식을 나타내는 도면이다. 도 1a 내지 12과 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 13을 참조하면, 제1 IC(704)의 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(도 4의 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)에 대응됨)의 출력단(774)은 본딩 와이어(642)를 통해 IC(805)의 HBT 증폭 회로의 입력단(874)에 전기적으로 연결될 수 있다. 출력단(774)은 복수 개의 본딩 패드들을 포함할 수 있으며, 상기 본딩 패드들은 도시된 바와 같이 정사각형에 가까운 모양일 수 있지만, 실시예에 따라서는 또 다른 모양일 수도 있다. 또한 IC(805)의 HBT 증폭 회로의 출력단(884)은 본딩 와이어(643)를 통해 제2 IC(704')의 출력 임피던스 정합 회로(도 4의 출력 임피던스 정합 회로(730)에 대응됨)의 입력단(784)에 연결될 수 있다. 입력단(784)은 복수 개의 본딩 패드들을 포함할 수 있으며, 상기 본딩 패드들은 도시된 바와 같이 정사각형에 가까운 모양일 수 있지만, 실시예에 따라서는 또 다른 모양일 수도 있다. 도 11의 설명 및 도 13의 본 실시예에 의하면, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 IC(704), 제2 IC(704') 및 IC(805)는 기판(904)상에 분리되어 탑재된다. IC(805)는 제1 IC(704)와 제2 IC(704')의 사이에 탑재된다. 실시예에 따라, 기판상에 분리되어 탑재되는 제1 IC(704), 제2 IC(704') 및 IC(805)의 위치는 변경될 수 있다. IC(805)의 상면에 형성된 소자들은 내부 전극(897)을 통해 기판(904)의 상면과 전기적으로 연결될 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다. 도 1a 내지 13과 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 14를 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기는 제1 IC(706), 제2 IC(706'), IC(806) 및 기판(906)을 포함한다. 본 실시예에 의하면, 제1 IC(706)의 소자들은 제1 IC(706)의 하면에 형성되며, 제2 IC(706’)의 소자들은 제2 IC(706’)의 하면에 형성된다. 또한, IC(806)의 소자들은 IC(806)의 하면에 형성되며, IC(806)는 플립 칩(flip-chip) 타입의 IC일 수 있다. 이를테면 도 4에 도시된 RF 입력단(709IN), CMOS 증폭 회로(710) 및 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720)와 같은 RF 입력단, CMOS 증폭 회로 및 인터 스테이지 임피던스 정합 회로가 도 14에 도시된 바와 같이 제1 IC(706)에 포함될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 출력 임피던스 정합 회로(730), 제어 회로(740), 보호 회로(750) 및 RF 출력단(709OUT)과 같은 출력 임피던스 정합 회로, 제어 회로, 보호 회로 및 RF 출력단이 도 14에 도시된 바와 같이 제2 IC(706’)에 포함될 수 있다. 제1 IC(706)는 적어도 하나의 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(551)에 의해 기판(906)에 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 필러(551)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다. 제2 IC(706’)는 적어도 하나의 전도성(구리 혹은 그 외의 적당한 전기 전도성 물질) 필러(553)에 의해 기판(906)에 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 필러(553)는 전기 전도성뿐 아니라 열 전도성도 갖춘 물질을 포함한다. 다수의 금속 및 합금이 이러한 특성을 충족하나, 다른 물질들도 고려될 수 있다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다. 도 1a 내지 14와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 15를 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기는 IC(707), IC(807) 및 기판(907)을 포함한다. 본 실시예에 의하면, IC(707)의 소자들은 IC(707)의 상면에 형성되며, IC(807)의 소자들은 IC(807)의 상면에 형성된다. 이를테면 도 4에 도시된 RF 입력단(709IN), CMOS 증폭 회로(710), 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720), 제어 회로(740) 및 보호 회로(750)와 같은 RF 입력단, CMOS 증폭 회로, 인터 스테이지 임피던스 정합 회로, 제어 회로 및 보호 회로가 도 15에 도시된 바와 같이 IC(707)에 포함될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 출력 임피던스 정합 회로(730) 및 RF 출력단(709OUT)과 같은 출력 임피던스 정합 회로 및 RF 출력단이 도 15에 도시된 바와 같이 기판(907)상에 제공될 수 있다. IC(707) 및 IC(807)는 기판(907)에 분리되어 탑재된다. IC(807)는 적어도 하나의 본딩 와이어(661)에 의해 기판(907)에 직접 연결될 수 있다. IC(807)의 상면에 형성된 소자들 역시 적어도 하나의 내부 전극(897)에 의해 기판(906)의 상면에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, IC(807)의 상면에 형성된 소자들은 적어도 하나의 본딩 와이어(652)를 통해 IC(707)의 상면에 연결될 수 있다. 본 실시예에 의하면, IC(807)에 포함된 HBT 증폭 회로의 출력단은 본딩 와이어(661)들을 통해 기판(907)에 포함된 출력 임피던스 정합 회로의 입력단에 전기적으로 연결된다. 기판(907)에 제공되는 RF 출력단(도시되지 않음)은 출력 임피던스 정합 회로의 출력단에 연결될 수 있다. IC(707)에 포함된 제어 회로(도시되지 않음)는 IC(807)에 포함된 HBT 증폭 회로를 제어할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 본딩 와이어(654)는 IC(707)의 상면과 기판(907)의 상면을 전기적으로 연결하기 위해 포함될 수 있다. 실시예에 따라, IC(807)은 구리 필러(전도성 필러)를 통해 기판(907)에 전기적으로 연결될 수도 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다. 도 1a 내지 15와 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 16을 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기는 IC(708), IC(808) 및 기판(908)을 포함한다. 본 실시예에 의하면, IC(708)의 소자들은 IC(708)의 하면에 형성된다. IC(808)의 소자들은 IC(808)의 하면에 형성되며, IC(808)는 플립 칩(flip-chip) 타입의 IC일 수 있다. IC(708) 및 IC(808)는 기판(907)상에 분리되어 탑재된다. 이를테면 도 4에 도시된 RF 입력단(709IN), CMOS 증폭 회로(710), 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720), 제어 회로(740), 보호 회로(750), 출력 임피던스 정합 회로(730) 및 RF 출력단(709OUT)과 같은 RF 입력단, CMOS 증폭 회로, 인터 스테이지 임피던스 정합 회로, 제어 회로, 보호 회로, 출력 임피던스 정합 회로 및 RF 출력단이 도 16에 도시된 바와 같이 IC(708)에 포함될 수 있다. IC(708)는 적어도 하나의 필러(551)에 의해 기판(908)에 전기적으로 연결될 수 있다. IC(808)는 필러(553)들에 의해 기판(908)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, IC(708)의 소자들은 필러(551, 553)들을 통해 IC(808)에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기의 종단면도이다. 도 1a 내지 16과 겹치는 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 17을 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 RF 전력 증폭기는 IC(711), IC(813) 및 기판(911)을 포함한다. 본 실시예에 의하면, IC(711)의 소자들은 IC(711)의 상면에 형성된다. IC(813)의 소자들은 IC(813)의 하면에 형성되며, IC(813)는 플립 칩(flip-chip) 타입의 IC일 수 있다. 이를테면 도 4에 도시된 RF 입력단(709IN), CMOS 증폭 회로(710), 인터 스테이지 임피던스 정합 회로(720), 제어 회로(740) 및 보호 회로(750)와 같은 RF 입력단, CMOS 증폭 회로, 인터 스테이지 임피던스 정합 회로, 제어 회로 및 보호 회로가 도 17에 도시된 바와 같이 IC(711)에 포함될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 출력 임피던스 정합 회로(730) 및 RF 출력단(709OUT)과 같은 출력 임피던스 정합 회로 및 RF 출력단이 도 17에 도시된 바와 같이 기판(911)상에 제공될 수 있다. IC(711) 및 IC(813)는 기판(911)에 분리되어 탑재된다. IC(813)는 필러(553)들에 의해 기판(911)에 전기적으로 연결될 수 있다. IC(711)의 상면에 형성된 소자들은 적어도 하나의 본딩 와이어(654)에 의해 기판(911)의 상면에 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에 의하면, IC(813)에 포함된 HBT 증폭 회로의 출력단은 필러(553)들을 통해 기판(911)에 포함된 출력 임피던스 정합 회로의 입력단에 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(911)에 제공되는 RF 출력단(도시되지 않음)은 출력 임피던스 정합 회로의 출력단에 연결될 수 있다. IC(711)에 포함된 제어 회로(도시되지 않음)는 본딩 와이어(654)들 및 필러(553)들을 통해 IC(814)에 포함된 HBT 증폭 회로를 제어할 수 있다.

본 발명의 개시에 있어, 다양한 반도체 구조들 및 능동 반도체 소자들이 다양한 물질 및 구조들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 상기 다양한 물질, 구조 및 인자들은 제한적으로 해석되어서는 안 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 개시에 있어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 필요한 물질이나 장치 측면에서 응용을 가하여 본 발명의 개시 내용을 구현할 수 있으나, 이 역시 첨부된 청구항의 범위 내로 해석될 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 다양한 변경이나 수정이 첨부된 청구항에 정의된 범위 내에서 수반될 수 있음이 고려되어야 한다.

Claims

하이브리드 RF(radio frequency) 전력 증폭기로서,
RF 입력단, RF 출력단, 상기 RF 입력단을 통해 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전(前)구동단 및 제어 회로를 포함하고, 상기 RF 입력단, 상기 RF 출력단, 상기 전구동단 및 상기 제어 회로는 제1 기판에 마련되는 제1 장치,
제2 기판에 마련되어 상기 전구동단의 출력을 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공하는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 증폭 회로를 포함하고, 상기 증폭된 RF 신호는 상기 RF 출력단을 통해 상기 하이브리드 RF 전력 증폭기의 출력으로서 제공되는 제2 장치,
ESD(electrostatic discharge) 혹은 브레이크 다운(break down)으로부터 상기 HBT 증폭 회로를 보호하는 보호 회로를 포함하며,
상기 제어 회로가 생성한 제어 신호에 의해 상기 HBT 증폭 회로의 동작이 제어되는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 제어 회로에 의해 상기 HBT 증폭 회로를 바이어스(bias)하는 바이어스 회로를 더 포함하는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 2항에 있어서,
상기 바이어스 회로는 상기 제1 기판에 마련되는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 2항에 있어서,
상기 바이어스 회로는 상기 제2 기판에 마련되는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 보호 회로는 상기 제1 기판에 마련되는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 보호 회로는 상기 제2 기판에 마련되는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 보호 회로는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 마련되는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 제1 장치는 상기 제1 기판에 마련되고 상기 전구동단의 출력을 상기 HBT 증폭 회로에 전달하는 제1 임피던스 정합 회로를 더 포함하는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 8항에 있어서,
상기 제1 장치는 상기 제1 기판에 마련되고 상기 증폭된 RF 신호를 상기 HBT 증폭 회로로부터 상기 RF 출력단에 전달하는 제2 임피던스 정합 회로를 더 포함하는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 HBT 증폭 회로는 한 쌍의 HBT를 구비한 차동 HBT 증폭 회로를 포함하는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 제2 장치는 MMIC(monolithic microwave integrated circuit)인
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 제2 장치는 상기 제1 장치에 마련되고 전도성 필러(conductive pillar)를 통해 상기 제1 장치에 전기적으로 연결되는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 1항에 있어서,
상기 제1 기판은 실리콘을 포함하고 상기 제2 기판은 갈륨비소(GaAs)를 포함하는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 13항에 있어서,
상기 제1 장치는 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor) 소자를 포함하는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
제 13항에 있어서,
상기 제1 기판은 SOI(silicon-on-insulator) 기판을 포함하는
하이브리드 RF 전력 증폭기.
RF 전력 증폭기로서,
RF 입력단, RF 출력단, 상기 RF 입력단을 통해 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전(前)구동단 및 제어 회로를 포함하고, 상기 RF 입력단, 상기 RF 출력단, 상기 전구동단 및 상기 제어 회로는 제1 기판에 마련되는 제1 장치,
제2 기판에 마련되어 상기 전구동단의 출력을 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공하는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 증폭 회로를 포함하고, 상기 증폭된 RF 신호는 상기 RF 출력단을 통해 상기 RF 전력 증폭기의 출력으로서 제공되는 제2 장치,
상기 제2 기판에 마련되어 상기 제어 회로가 생성하는 제어 신호에 의해 상기 HBT 증폭 회로를 바이어스(bias)하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는 상기 제어 신호에 의해 상기 HBT 증폭 회로의 동작을 제어하는
RF 전력 증폭기.
제 16항에 있어서,
상기 제2 장치는 상기 제1 장치에 마련되고 구리 필러(pillar)를 통해 상기 제1 장치에 전기적으로 연결되는
RF 전력 증폭기.
제 16항에 있어서,
상기 제1 기판은 실리콘을 포함하고 상기 제2 기판은 갈륨비소(GaAs)를 포함하는
RF 전력 증폭기.
제 18항에 있어서,
상기 제1 장치는 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor) 소자를 포함하는
RF 전력 증폭기.
제 18항에 있어서,
상기 제1 기판은 SOI(silicon-on-insulator) 기판을 포함하는
RF 전력 증폭기.
RF 전력 증폭기로서,
RF 입력단, RF 출력단, 상기 RF 입력단을 통해 수신된 RF 입력 신호를 증폭하는 전(前)구동단, 제1 매칭(matching) 회로 및 제어 회로를 포함하고, 상기 RF 입력단, 상기 RF 출력단, 상기 전구동단, 상기 제1 매칭 회로 및 상기 제어 회로는 제1 기판에 마련되는 제1 장치,
제2 기판에 마련되어 상기 전구동단의 출력을 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공하는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 증폭 회로를 포함하는 제2 장치를 포함하되, 상기 제1 매칭 회로는 상기 전구동단의 출력을 상기 HBT 증폭 회로에 전달하며, 상기 증폭된 RF 신호는 상기 RF 출력단을 통해 상기 RF 전력 증폭기의 출력으로서 공급되며,
상기 제1 기판에 마련되어 상기 제어 회로가 생성하는 제어 신호에 응답하여 상기 제1차 매칭 회로를 통하여 상기 HBT 증폭 회로에 바이어스 신호를 출력하도록 구성된 바이어스 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는 상기 제어 신호를 통해 상기 HBT 증폭 회로의 동작을 제어하는
RF 전력 증폭기.
제 21항에 있어서,
ESD(electrostatic discharge) 혹은 브레이크 다운(break down)으로부터 상기 HBT 증폭 회로를 보호하는 보호 회로를 더 포함하는
RF 전력 증폭기.
제 22항에 있어서,
상기 보호 회로는 상기 제1 기판에 마련되는
RF 전력 증폭기.
제 22항에 있어서,
상기 보호 회로는 트랜스포머(transformer)를 포함하며, 상기 트랜스포머는 상기 전구동단에 연결된 1차 코일 및 상기 HBT 증폭 회로에 연결된 2차 코일을 포함하고, 상기 바이어스 신호는 상기 트랜스포머의 상기 2차 코일을 통해 상기 HBT 증폭 회로로 공급되는
RF 전력 증폭기.
제 21항에 있어서,
상기 제2 장치는 상기 제1 장치에 마련되고 구리 필러를 통해 상기 제1 장치에 전기적으로 연결되는
RF 전력 증폭기.
제 21항에 있어서,
상기 제1 기판은 실리콘을 포함하고 상기 제2 기판은 갈륨비소(GaAs)를 포함하는
RF 전력 증폭기.
제 26항에 있어서,
상기 제1 장치는 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor) 소자를 포함하는
RF 전력 증폭기.
제 26항에 있어서,
상기 제1 기판은 SOI(silicon-on-insulator) 기판을 포함하는
RF 전력 증폭기.