SE517852C2 - Effekttransistormodul, effektförstärkare samt förfarande vid framställning därav - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 517 852 2 Modul 1 innefattar en rektangulär elektriskt ledande och värmeledande bottenplatta eller fläns 7 företrädesvis av metall, pà vars övre yta ett transistorchips 9 samt typiskt ett första 11 och ett andra kondensatorchips 13 är monterade.

Vidare innefattar modul 1 en isolerande, företrädesvis keramisk, ramkonstruktion eller isolator 15 monterad pà flänsens 7 övre yta så att den omger nämnda chips, samt ett lock 17 fastgjort vid ram 15.

Transistorchipset 9 är typiskt ett (Lateral Double Diffused Metal Oxide) chips av typen LDMOS och innefattar en rad parallellkopplade block som vardera innehåller en stor mängd parallellkopplade transistorceller. fler Desto högre uteffekt som önskas desto transistorceller erfordras. I fig. 2 illustreras en schematisk layout av transistorchipset 9 innefattande sju stycken block. till styrena och samtliga kollektorer I varje block parallellkopplas samtliga styren (gates) en anslutning eller padd för (drains) till en anslutning eller padd för kollektorerna. I det översta blocket indikeras padden för styrena med 19 och padden för kollektorerna med 21.

Emittrarna (sources) har anslutningar pà chipsets bak/undersida som är anslutna jord, t.ex. via fläns 7.

Högeffekttransistorer har vid hög frekvens mycket låga in- och utimpedanser. För att anpassa dessa till omgivande kretsar pà mönsterkort 5 krävs impedansanpassningsnät nära det aktiva chipset med transistorerna. dessa 29 och effekttransistormodulen 1. till anslutningsbleck 31, 33, företrädesvis av alloy 42, som sticker Vanligtvis konstrueras anpassningsnät med hjälp av bondtràdar 23, 25, 27, kondensatorchips 11, 13 inuti Bondtràdarna ansluter sedan raka och stumma ut fràn modul 1 för anslutning till nämnda omgivande kretsar. I fig. 2 är bondtràdar 25, 27 indikerade vid chipsets översta block. Varje annat block är givetvis anslutet via dess egna bondtràdar (icke visade). Svårigheter med att uppfylla snäva lO l5 20 25 30 517 852 3 toleranser vid av modulerna till oönskade spridningar i olika kritiska elektriska parametrar. tillverkning ger upphov Modulen l skruvas eller bultas fast vid kylare 3 varefter anslutningsblecken 31, 33 för hand löds fast vid mönsterkortets 5 omgivande kretsar via lödfogar 35, 37. För monteringen av modul 1 innefattar fläns 7 samt kylaren 3 typiskt häl eller urtagningar för mottagande av skruvar eller bultar (icke visat).

Anpassningsnätet ger ett extra tillskott till impedanserna, innan en yttre pä mönsterkortet förekommande impedansanpassning utförs. Placeringen av transistorchipset i. modulen är wycket kritisk, eftersom den påverkar bondtràdarnas längd och form och därmed. impedansanpassningen. Längd. och forni hos bondträdarna kan vara svära att definiera.

Transistorchipsets låga utimpedans orsakas av transistorchipsets kapacitans tillsammans med en relativt läg till till omgivande kretsar begränsas av detta faktum samt av induktans i matningsspänning. Möjligheterna god anpassning ledarna (särskilt bondtràdarna) mellan effekttransistormodulen och mönsterkortet.

Impedansanpassningen som krävs mäste därför utföras både inuti effekttransistormodulen och utanför pä mönsterkortet.

Spridningar i transistormodulens egenskaper, i kortens dimensioner och variationerna i komponentplaceringar gör att en effektförstärkare innefattande nämnda bör komponenter funktionstrimmas för att ge bästa prestanda. Toleransutjämning genom trimning är dock ej önskvärd av förstärkartillverkare.

Tillverkning utan trimning ger dock sällan optimala prestanda utan resulterar i kassering av transistormoduler.

Högeffekttransistormoduler av ovan nämnda slag kan vidare ej ytlödas (d.v.s. maskinlödas) tillsammans med övriga pä mönsterkortet ytlödda kretsar och därefter monteras, d.v.s. 10 l5 20 25 30 517 852 4 skruvas fast, vid en kylare eftersom modulerna belastas mekaniskt vid fastskruvningen. direkt till Den härvid uppkomna kraften överförs lödfogarna pà grund av de stumma anslutningsblecken, sä att lödfogarna skadas, t.ex. spricker.

Detta medför att transistorerna säsom nämns måste lödas manuellt, vilket är tidsödande, kostsamt och. medför' en. stor variation i kvalitet.

De raka och mycket stumma anslutningsblecken medför att de rörelser som uppkommer pá grund av temperaturvariationer direkt belastar lödfogarna mellan modulen och mönsterkortet. Vid denna belastning kommer lodet att plasticera och relaxera, vilket medför kongruensförskjutningar. När detta upprepas tillräckligt mànga gånger, börjar lödfogarna spricka sönder, vilket utgör felkällan vid drift. förstärkare blir i detta fall 5-10 är i stället för önskade 30 den huvudsakliga Livslängden för en ar.

Befintliga kapslar till transistorer har företrädesvis en metallfläns och en keramisk isolator. Bäde flänsen och isolatorn mäste ha en viss tjocklek av rent mekaniska skäl och transistormodulen blir därför tjockare än kretskortet (vilket normalt mäter 0,8 mm). En fördjupning mäste därför fräsas ur i kylaren för att kunna sänka ned transistormodulens fläns, se fig. 1. Detta medför ökade tillverkningskostnader och risk för ojämnheter i botten pä fördjupningarna. En sådan ojämn monteringsyta medför risk för att kapslarna böjs vid inskruvning, sä att chipsen spricker. Vidare försämras kylningen.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en effekttransistormodul avsedd för radiofrekvenstillämpningar, särskilt för användning i ett förstärkarsteg i en radiobasstation, som är i avsaknad av l0 l5 20 25 30 517 852 5 åtminstone något av de problenx sonx är förknippade med känd teknik.

Det är härvidlag ett särskilt tillhandahålla en ändamål med föreliggande uppfinning att effekttransistormodul som reducerar problemen med hög induktans och hög resistans, samt med stora parameterspridningar, förknippade med trådbondning.

Det är ett ytterligare ändamål med tillhandahålla en uppfinningen att effekttransistormodul som erbjuder möjligheter till förbättrad impedansanpassning.

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning framkommer i nedanstående beskrivning.

Enligt en första aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålls således en effekttransistormodul som innefattar ett stödorgan, ett effekttransistorchips anordnat därpå, yttre elektriska anslutningar utstickande från modulen för extern anslutning, samt inre elektriska förbindningar anslutna mellan nämnda transistorchips och nämnda yttre anslutningar.

Uppfinningen karakteriseras av att åtminstone en av nämnda inre elektriska förbindningar innefattar ett på en flexibel folie anordnat första ledningsmönster.

Företrädesvis innefattar det första ledningsmönstret ett impedansanpassningsnät, särskilt i omedelbar närhet till nämnda effekttransistorchips. Detta nät kan då innefatta ett flertal kondensatorer och/eller induktorer. Vidare innefattar åtminstone någon kondensator och/eller någon induktor en trimbar, särskilt lasertrimbar, shunt för trimning av nätet i syfte att reducera vid tillverkningen uppkommande parameterspridningar, Den flexibla folien är med fördel framställd av en elastisk polymer, t.ex. en polyimid, och varje ledningsmönster är åstadkommet på åtminstone en yta av nämnda folie, företrädesvis medelst tryckning eller etsning. lO 15 20 25 30 517 852 6 Enligt en ytterligare aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålls en effektförstärkare innefattande en effekttransistormodul av ovan nämnt slag.

Det är vidare ett ändamål med uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande vid framställning av nämnda effekttransistormodul.

Enligt ännu en aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålls således ett förfarande vid framställning f av en effekttransistormodul, enligt vilket åtminstone en av ovan nämnda inre elektriska förbindningar utformas som ett på en flexibel folie anordnat första ledningsmönster innefattande ett impedansanpassningsnät, varvid impedansanpassningsnätet konstrueras medelst kondensatorer och/eller induktorer, där åtminstone någon kondensator och/eller någon induktor utformas med en trimbar, särskilt lasertrimbar, shunt för trimning av impedansanpassningsnätet_ En fördel med föreliggande uppfinning år att den sörjer för effekttransistormoduler och effektförstärkare med förbättrade prestanda. Ännu en fördel med föreliggande uppfinning är att ett snabbare, billigare och mer tillförlitligt framställningsförfarande åstadkoms, där parameterspridningar minimeras.

Ytterligare kännetecken och fördelar hos uppfinningen kommer att bli uppenbara av följande detaljerade beskrivning av utföringsformer av uppfinningen.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar, vilka enbart visas för att illustrera uppfinningen, och skall därför ej på något sätt begränsa densamma. lO l5 20 25 30 517 852 7 Fig. 1 visar, schematiskt, i tvàrsektion en effekttransistor- modul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort i enlighet med känd teknik.

Pig. 2 visar en schematisk layout för ett transistorchips innefattat i effekttransistormodulen i fig. l.

Fig. 3 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistor- modul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort i enlighet med en utföringsfornx av föreliggande uppfinning.

Fig. 4 visar, schematiskt, i tvärsektion en delförstoring av en elektrisk anslutning vid ett transistorchips innefattat i den uppfinningsenliga effekttransistormodulen i fig. 3.

Fig. 5 visar, schematiskt, en delförstoring av elektriska anslutningar vid transistorchipset i fig. 4, sett fràn ovan.

Fig. 6 visar, schematiskt, uppifrån sett elektriska anslutningar samt elektriska anpassningskretsar vid ett transistorchips innefattat i en effekttransistormodul enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 7 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistor- modul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 8 visar en detalj av en tvàrsektion av en effekttransistormodul i enlighet med ännu en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 9 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistormodul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort, i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Fig. lO en delförstoring av tvärsektionen visad i fig. 9. lO 15 20 25 30 517 852 8 Fig. lla och l1b visar, schematiskt, uppifrån sett del av en layout av ett transistorchips samt, schematiskt, i tvärsektion elektriska anslutningar vid transistorchipset, där nämnda transistorchips är avsett att innefattas i en effekttransistor- modul i enlighet med ännu en utföringsform av uppfinningen.

Pig. l2a och l2b visar, schematiskt, uppifràn sett del av en layout av ett transistorchips samt, schematiskt, i tvärsektion elektriska anslutningar vid transistorchipset, där nämnda transistorchips är avsett att innefattas i en effekttransistor- modul i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I följande beskrivning, med. beskrivande och inte begränsande avsikt, är specifika särskilda för att tillhandahålla Det skall detaljer angivna, sàsom tillämpningar, tekniker, förfaranden etc. en. grundlig förståelse av föreliggande uppfinning. emellertid bli uppenbart för fackmannen inom området att uppfinningen kan utövas i andra utföringsformer som avviker fràn dessa specifika detaljer. I andra fall är detaljerade redogörelser för välkända förfaranden, anordningar eller kretsar utelämnade för att inte fördunkla beskrivningen av föreliggande uppfinning med onödiga detaljer.

Med hänvisning till fig. 3, som visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistormodul 101 monterad vid en kylare 103 och elektriskt ansluten till ett mönsterkort 105, kommer en första utföringsform av föreliggande uppfinning att beskrivas.

Den uppfinningsenliga effekttransistormodulen 101 innefattar en huvudsakligen rektangulär, elektriskt ledande och värmeledande bottenplatta eller fläns 107 företrädesvis av metall och mera företrädesvis av koppar, pà vars övre yta ett transistorchips 109 samt typiskt ett första lll och ett andra kondensatorchips innefattar' modul 101 en isolerande 113 är wbnterade. Vidare l0 15 20 25 30 517 852 9 väggkonstruktion eller isolator 115 monterad pà flänsens 7 övre yta, lock längs dess kanter, ll7 sä att den omger nämnda chips, samt ett 115 är företrädesvis av en polymer och kan framställas mycket tunn. fastgjort vid isolator 115. Isolator Chipsen är företrädesvis fastlödda vid fläns 107, särskilt medelst guldtennlödning, och isolatorn kan vara limmad mot fläns 107.

Transistorchipset 109 är typiskt ett LDMOS-chips och innefattar en rad parallellkopplade block som vardera innehåller en stor mängd parallellkopplade transistorceller, exempelvis säsom visas i den schematiska layouten i fig. 2. Transistorchipset levererar en utgående effekt av àtminstone 1 Watt, och företrädesvis en effekt av fràn nägra Watt upp till flera hundra Watt. Transistorchipset är avsett att arbeta i radiofrekvensomràdet, företrädesvis fràn några hundra megahertz upp till flera gigahertz.

Vidare förefinns enligt föreliggande uppfinning en, företrädesvis làginduktiv, elektrisk förbindning mellan transistorchipset 109 och pà mönsterkortet anordnade elektriska kretsar. såsom en flexibel och 120 Förbindningen är realiserad elastisk folie, en s.k. flexfolie, företrädesvis av en polymer, t.ex. anordnat därpå. en polyimid, med ett elektriskt ledande mönster Elektrisk anslutning vid transistorchipset 109 111, 113 sker 122, 124, Alternativt utförs anslutningen medelst guldtennlödning. samt vid kondensatorchipsen via termokompressionsbondning medelst guldbumpar 126.

Enligt ett alternativ monteras först chips vid kylaren och därefter' monteras flexfolien. vid. chipsen 'via nämnda bondning eller lödning, medan ett annat alternativt förfarande innefattar att först montera chipsen vid flexfolien, varefter chipsen monteras vid kylaren, t.ex. medelst limning eller lödning. Vid anslutningen mellan chipsen och flexfolien kan en 10 15 20 25 30 517 852 10 självlinjerande effekt erhàllas, dvs. kapillärkrafter hos uppvärmda guldbumpar kan fàs att ”dra” folien mot rätt läge.

I modul 101, där den flexibla folien 120 används för den interna anslutningen, sticker folien 120 ut ur modulen 101, sä att den även bildar yttre anslutningar 131, 133 till pà kretskort 105 förekommande kretsar. Härvidlag löds modulens 101 yttre anslutningar 131, 133 fast vid mönsterkortets 105 omgivande kretsar via lödfogar 135, 137 samtidigt med övrig på kretskortet förekommande ytlödning. Därefter skruvas eller bultas modul 101 fast vid kylare 103 pä konventionellt sätt (ej visat i fig. 3).

Folien. 120 är sä flexibel, att den eliminerar (tar upp) de spänningar som uppkommer dels vid montering av modul 101, dels pà grund av temperaturvariationer, sä att plasticering och relaxering av tennet i lödfogar 135, 137 undviks.

Detta innebär följaktligen, att modul 101 kan monteras vid kylare 103 efter lödning av anslutningar 131, 133, samt att livslängden för lödfogarna, och därmed effekttransistormodulen, blir avsevärt förlängd.

Den flexibla folien 120 kan fastgöras mellan isolator 115 och lock 117 medelst limning. I detta avseende kan isolatorn eller locket innefatta urtagningar för folien men detta (ej visat), är inte nödvändigt i den Inän foliens tjocklek är mindre än limmets tjocklek. Locket består liksom isolatorn företrädesvis av ett polymert material, särskilt en polymer som är värmebeständig upp till åtminstone ca 300°C.

En termisk massa 138 kan förefinnas mellan fläns 107 och kylare 103 för att förbättra den termiska kontakten dem emellan.

Genom att använda en flexibel folie med ledningsmönster i stället för bondträdar 23, 25, 27, 33 erhälls 29 och anslutningsbleck 31, en rad ytterligare fördelaktiga möjligheter som kommer att bli uppenbara nedan. lO 15 20 25 30 517 852 ll Med hänvisning närmast till fig. 4 visas, schematiskt, i tvärsektion en delförstoring av en elektrisk ledare 128 anordnad pà undersidan av folie 120 och exempelvis ansluten till 109 termokompressionsbondning av guldbump 124. transistorchipset fràn fig. 3 medelst Folie 120 består av en elastisk polymer såsom polyimid. 128 är Den elektriska ledaren företrädesvis ett metalliskt ledningsmönster som trycks eller etsas fran1 pà folien 120.

Folie 120 kan alternativt möjligen i sig vara av ett elektriskt ledande material.

Fig. 5 visar, schematiskt, en delförstoring av ett flertal elektriska anslutningar vid transistorchipset 109 fràn fig. 3, sett frän ovan. Här ses ett ledningsmönster 128 som företrädesvis är anslutet till transistorchipsets 109 kollektoranslutningar (en anslutning per block transistorceller) samt ett ledningsmönster 130 som företrädesvis är anslutet till transistorchipsets 109 anslutningspunkter för styrena (en anslutning per block transistorceller). Observera att ledningsmönstren 128, 130 är anordnade pà ovan nämnda flexfolie (ej visad. i fig. 5). I figuren indikeras emellertid guldbump 124 som erbjuder elektrisk och mekanisk koppling mellan. transistorchipset 109 och ledningsmönstret via anbringande av hög temperatur och högt tryck eller genom lödning.

Genom att tillhandahålla breda ledare (mycket bredare än motsvarande bondtràdar) 109 som dessutom kan sammankopplas mycket nära chipset erhälls lägresistiva och läginduktiva anslutningar. Även de yttre anslutningarna (131 och 133 i fig. 3) utgörs företrädesvis av breda ledare.

Pig. 6 visar schematiskt och uppifrån sett elektriska anslutningar till transistorchipset 109 samt elektriska impedansanpassningskretsar i omedelbar närhet av transistorchipset 109 i enlighet med föreliggande uppfinning. lO l5 20 25 30 5127 852 12 Ett ledningsmönster 228 för anslutning till kollektorerna och ett mönster 230 för anslutning till styrena visas.

Metallmönstren på den flexibla folien kan vara dubbelsidiga och detta sörjer för stora möjligheter att realisera integrerade komponenter, såsom induktanser och kapacitanser, direkt på folien. Dessa integrerade komponenter kan utgöra del av impedansanpassningar för effekttransistormodulen (både på inmatningssidan vid 230 och på Lmmatningssidan vid 228) och stora fördelar kan erhållas genom att utföra denna anpassning nära chipset 109.

Induktanserna innefattar med fördel parallellinduktanser eller s.k. avståmningsstubbar.

Vidare kan induktanserna och kapacitanserna lasertrimmas (om polymeren i flexfolien tål förekommande temperaturer, i annat fall kan polymeren avetsas inom valda områden), så att det blir möjligt att funktionstrimma komponenter och därigenom eliminera eller åtminstone minska parameterspridningen. Det blir också möjligt att med. låg och. kontrollerad fasvridning åstadkomma olika typer av återkoppling, såsom exempelvis motkoppling och neutralisering.

I fig. 6 visas exempel på ledningsmönster på flexibel folie med både kapacitanser 250, 252, 254 och induktanser 256. Dessutom visas exempel på ovan nämnda trimbara shuntar innefattande shunt 258 för kapacitans 252 och shunt 260 för induktans 256.

Det skall noteras att fig. 6 endast illustrerar ett exempel.

Impedansanpassningskretsar kan vara avsevärt och komplexare innefatta en mängd integrerade komponenter i en skiktstruktur med godtyckligt antal skikt (ledningsskikt respektive dielektriska skikt).

Fig. 7 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistor- modul 30l monterad vid kylare 103 och elektriskt ansluten till lO l5 20 25 30 517. 852 13 mönsterkort 105 i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Det kan vara hela den mönstret på möjligt att åstadkomma nödvändiga impedansanpassningen direkt på folien och en effekttransistormodul kan då enbart behöva bestå av ett transistorchips 109, en flexibel folie 120 och en flåns 307. En sådan fläns 307 kan då med fördel förses med ett spår 340, som har god passning mot chipset, så att chipsmonteringen förenklas. Spår 340 är lateralt positionerat för lateral linjering av chips 109 och har ett djup som är huvudsakligen lika med tjockleken hos chips 109 eller något djupare.

Härvidlag kan även isolator 107 avvaras. Företrädesvis är då ledningsmönstret anordnat endast på översidan av folie 120 utanför chips 109 så att själva folien 120 utgör isolering mot den elektriskt ledande flänsen 307.

Fig. 8 visar en detalj av en tvärsektion av en effekttransistormodul 401 i enlighet med ännu en utföringsform av föreliggande uppfinning. Här år en elektriskt ledande fläns 407 försedd med uppstående kanter 470 som företrädesvis har ett utseende liknande isolator 117 i fig. 3. Även i denna utföringsform är ledningsmönstret företrädesvis anordnat endast på översidan av folie 120 utanför chips 109 så att själva folien 120 utgör isolering mot den elektriskt ledande flänsen 307. Det skall emellertid inses att ledningsmönster kan förefinnas på undersidan om ett elektriskt isolerande lim anbringas mellan ledningsmönstret och flånsen eller om man önskar erhålla elektrisk kontakt med flänsen.

I enlighet med föreliggande uppfinning har effekttransistormodulen. företrädesvis en tjocklek sonl kan. är avsevärt mindre än tjockleken hos en. modul enligt teknikens ståndpunkt (jfr fig. 3, 7 och 8 med fig. 1). Modulen (exklusive locket) har företrädesvis en tjocklek i häradet av kretskortets 105 tjocklek. Härvidlag erfordras ej någon fördjupning i kylaren. lO l5 20 25 30 517 .852 14 Fig. 9 och 10 visar, schematiskt, i tvàrsektion en effekttransistormodul 501 monterad vid kylare 103 och elektriskt ansluten till mönsterkort 105, respektive en delförstoring därav, i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Den enda skillnaden gentemot utföringsformen visad i fig. 3 är att effekttransistormodul 501 innefattar en flexibel folie 520 som innefattar viahàl 536 genom folie 520 med ledningsmönster vid lödstället 534 pà kretskort 105.

Dessa vior 536 tjänar såsom avluftningsöppningar för de lösningsmedelsgaser som kommer frän lödpastan, sà att lödfog 537 blir fri fràn porer. Viorna ger även bättre värmeledning genom folie 520, så att en reparations- eller förbättringslödning med kolv blir lättare att utföra.

Transistorchipset 109 är typiskt ett LDMOS-chips, se fig. 2, och bestàr av en rad block, som vardera innehåller en mängd parallellkopplade transistorceller. Ju högre uteffekt som erfordras, desto fler block mäste parallellkopplas och detta medför ogynnsamma proportioner, eftersom transistorerna blir väldigt breda. Det har ej varit möjligt att utöka antalet transistorceller, eftersom det har varit svårt att åstadkomma jämn strömfördelning mellan de olika transistorcellerna.

Med en flexibel folie med metallmönster i enlighet med föreliggande uppfinning är man ej begränsad. till enbart en anslutningspunkt per transistorblock utan man kan t.ex. utföra anslutningen vid flera punkter. Detta innebär förbättrade transistorprestanda, eftersom bredden pà accessledarna kan minskas, vilket medför lägre parasitkapacitanser.

Effektfördelningen blir jämnare, eftersom de yttersta cellerna är aktiva.

Fig. 11a och 11b illustrerar i enlighet med ännu en utföringsform av uppfinningen ett sàdant exempel med tre 10 15 20 25 30 517 852 l5 anslutningspunkter per transistorblock. Fig. lla visar, schematiskt, uppifrån sett del av en layout av ett transistorchips 609 med tre anslutningspaddar 619 per transistorblock för blockets styren och med tre anslutningspaddar 621 per transistorblock för dess kollektorer.

Fig. llb visar, schematiskt, i elektriska tvärsektion anslutningar 624 mellan ett ledningsmönster 628 anordnat på folie 120 och transistorchipset 609.

Ytterligare en. förbättring soul kan erhållas med en flexibel folie är att det är möjligt att bredda hela transistorchipset, eftersom fler anslutningspunkter kan användas.

Fig. 12a visar således, schematiskt, uppifrån sett del av en layout av' ett transistorchips 709 med fenl anslutningspunkter eller paddar per block (719 indikerar anslutningspaddarna för transistorernas styren och 721 indikerar anslutningspaddarna för dess kollektorer). Fig. l2b visar i tvärsektion fem elektriska anslutningar 724 per transistorblock (mellan kollektorerna i översta blocket och ett ledningsmönster 728 anordnat på folie 120), där nämnda transistorchips innefattas i en effekttransistormodul i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen. Notera att uppfinningen tillåter anslutning av effekttransistorchips med ett godtyckligt antal anslutningspunkter per block.

Vidare, kan även transistorcellernas emittrar anslutas på ovansidan av transistorchipset (i stället för på undersidan vid kylaren) medelst t.ex. på lämpligt sätt anordnade guldbumpar som ansluter till ledare anordnade på flexfolien. Dessa ledare innefattar med fördel ett jordplan t.ex. anordnat på ovansidan av flexfolien, men kan även anordnas annorstädes. skall utnyttjas Det vidare inses att föreliggande uppfinning kan vid konstruktion av effektförstärkare eller effekttransistormoduler innefattande stora, komplexa kretsar, med ett flertal, exempelvis kaskadkopplade, transistorchips 10 l5 20 25 517 852 16 anordnade vid kretskort, i en enda modul eller i ett flermodulsystem. I endera fallet erhålls ett sofistikerat flerchipssystem där en flexibel folie utnyttjas för ledningsdragning.

Fördelar med föreliggande uppfinning innefattar bl.a. följande: Effekttransistormodulen kan maskinlödas (ytlödas) tillsammans med övriga komponenter på mönsterkortet, eftersom den flexibla folien klarar påfrestningar vid efterföljande fastskruvning av modulen i kylaren.

Genom att använda den flexibla och elastiska folien med till reduceras problemen med lödfogsutmattning. metallmönster såsom anslutningsbleck mönsterkortet Modultjockleken kan minskas, vilket bl.a. icke erfordras någon fördjupning i kylaren. medför att det En betydande minskning av serieinduktansen (och resistansen) kan erhållas i jämförelse med bondtrådar enligt teknikens ståndpunkt.

Det finns mycket goda möjligheter att utföra sofistikerade impedansanpassningar inuti effekttransistormodulen.

Det finns möjligheter att konstruera anpassningsnät i modulen samt att därvid konstruera trimbara induktanser och kapacitanser i syfte att minimera parameterspridningar vid tillverkning av moduler enligt uppfinningen.

Behov av diskreta kondensatorer eller monteringsblock i transistormodulen minskas.

Det sörjs dessutom för optimala möjligheter till chipskonstruktion genom en bättre strömtålighet, mindre risk för metallmigration, lägre intern kapacitans samt bredare transistorchips. lO l5 517 852 17 0 Vidare erhàlls möjligheter' att ansluta transistorcellernas emittrar på ovansidan av transistorchipset medelst t.ex. pà lämpligt sätt anordnade guldbumpar som ansluter till ledare, särskilt i form av ett jordplan, anordnade pà den flexibla folien. 0 Dessutom möjliggörs design och konstruktion av effektförstärkare eller effekttransistormoduler innefattande stora, komplexa kretsar, med ett flertal, exempelvis kaskadkopplade, transistorchips.

Uppfinningen är självfallet inte begränsad till de ovan beskrivna och pà ritningarna visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven. I synnerhet är uppfinningen ej begränsad av material, geometrier, dimensioner eller framställning.

Claims (32)

10 15 20 25 30 u. oan- n n 517 352ÉIÉIÉVH 18 PATENTKRAV

1. Effekttransistormodul (101, 301, 401, 501) avsedd för radiofrekvenstillämpningar, särskilt för användning i ett förstärkarsteg i en radiobasstation eller i en marksändare för varvid nämnda effekttransistormodul innefattar (107, 115, 307, 407), TV eller radio, ett stödorgan ett effekttransistorchips (109, 609, 709) anordnat därpå, yttre elektriska anslutningar (131, 133, 533) utstickande från stödorganet för extern anslutning till ett kretskort (105), samt inre elektriska förbindningar anslutna mellan nämnda transistorchips och nämnda yttre anslutningar, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone en av nämnda inre elektriska förbindningar innefattar ett pà en flexibel folie (120, 520) (128, 228, 628, 728), varvid det första ledningsmönstret innefattar ett impedansanpassningsnät (228), till nämnda effekttransistorchips, anordnat första ledningsmönster särskilt i omedelbar närhet inkluderande kondensatorer (254) och/eller induktorer (256), där åtminstone någon kondensator och/eller någon induktor innefattar en trimbar, särskilt lasertrimbar, shunt (258, 260) för trimning av impedansanpassningsnätet.

2. Effekttransistormodul enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d awï att effekttransistorchipset levererar en utgående effekt av åtminstone 1 Watt, och företrädesvis en effekt av från några Watt upp till flera hundra Watt.

3. Effekttransistormodul enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att effekttransistorchipset har en driftsfrekvens inom ett frekvensområde från några hundra MHz till flera GHz.

4. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-3, kär1ne'te<:kI1a 228, 628, 728) är anslutet till effekttransistorchipset (109, 609, 709) medelst lödning, särskilt guldtennlödning, eller 10 15 20 25 30 a n n o u: 51 7 852 É IF' 19 termokompressionsbondning, särskilt medelst guldbumpar (124, 624, 724).

5. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-4, l<ä nxie teac kr1a 228, 628, 728) innefattar breda ledare för att erhålla en att det första ledningsmönstret (128, låginduktiv och lågresistiv anslutning till effekttransistor- chipset (109, 629, 729).

6. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda effekttransistorchips (109, 629, 729) är ett LDMOS-transistorchips (LDMOS, Lateral Double Diffused Metal Oxide) med en rad parallellkopplade block som innehåller en stor parallellkopplade vardera mängd transistorceller.

7. Effekttransistormodul enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a'v att varje block innefattar en anslutningspadd (19) för styrena och en anslutningspadd (21) för kollektorerna samt att samtliga anslutningspaddar (21) för kollektorerna är anslutna till nämnda första ledningsmönster (128, 228, 628, 728).

8. Effekttransistormodul enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att samtliga anslutningspaddar (19) för styrena är anslutna till ett andra ledningsmönster (130, 230) anordnat på nämnda flexibla folie (120, 520).

9. Effekttransistormodul enligt krav 8, lcärineæt ec:k1ia d axl att varje block innefattar ett flertal anslutningspaddar (621, 721) för kollektorerna och ett flertal anslutningspaddar (619, 719) for styrena, där flertalet anslutningspaddar för kollektorerna i varje block är anslutna till nämnda första ledningsmönster (128, 228, 628, 728) och där flertalet anslutningspaddar för styrena i varje block är anslutna till nämnda andra ledningsmönster (130, 230).

10. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d a v att stödorganet (307) innefattar ett 10 15 20 25 30 517 852 = . 20 positioneringsorgan, särskilt en urtagning (340), för positionering av nämnda effekttransistorchips.

11. Effekttransistormodul enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a'v att tjockleken hos stödorganet (107, 115, 307, 407) huvudsakligen är lika stor som tjockleken hos kretskortet (105), till vilket de yttre elektriska anslutningarna (131, 133, 533) utstickande från stödorganet är avsedda för extern anslutning.

12. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-11, kännetecknad av att den flexibla folien (120, 520) är av en elastisk polymer, t.ex. och att varje (128, 130, 228, på åtminstone en yta av nämnda folie, en polyimid, 230, 628, 728) företrädesvis medelst ledningsmönster är åstadkommet tryckning eller etsning.

13. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-12, elektriska (120, 520) kännetecknad av att en av nämnda yttre anslutningar innefattar ett på den flexibla folien anordnat tredje ledningsmönster.

14. . Effekttransistormodul enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d flexibla (120, 520) med det (103) a*v att den folien tredje ledningsmönstret är ytlödd vid ett vid en kylare monterat kretskort (105).

15. Effekttransistormodul enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d a'v att den flexibla folien (520) med det tredje ledningsmönstret innefattar genomgående viahål (536) vid lödstället (534) för ytlödningen.

16. Effekttransistormodul enligt något av kraven 13-15, k ä n n e t e c k n a d a v att den är fastskruvad eller fastbultad vid kylaren (103), samt att den flexibla folien (120, 520) flexibel för med det tredje ledningsmönstret är tillräckligt att huvudsakligen eliminera spänningar i och 10 15 20 25 30 517 852 {šÉ¿¥¶;¿f 21 plasticering av lödfogen (135, 137, 537) mellan folien med ledningsmönstret och kretskortet.

17. Effekttransistormodul kraven 13-16, kännetecknad av att den flexibla folien (120, 520) med enligt något av det tredje ledningsmönstret är nækaniskt fastgjord, särskilt medelst limning, vid stödorganet (107, 115, 307, 407). 13-17, ledningsmönstret

18. Effekttransistormodul enligt något av kraven kännetecknad av att det tredje anordnat på den flexibla folien (120) innefattar breda ledare för att erhålla en låginduktiv och lågresistiv anslutning till kretskortet.

19. Effektförstärkare, särskilt för användning i en radiobasstation eller i en marksändare för TV eller radio, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar en effekttransistormodul (101, 301, 401, 501) enligt något av kraven 1-18.

20. Förfarande vid framställning av en effekttransistormodul (101, 301, 401, 501) avsedd för radiofrekvenstillämpningar, särskilt för användning i ett förstärkarsteg i en radiobasstation eller i en marksändare för TV eller radio, varvid nämnda förfarande innefattar att ett stödorgan (107, 115, 307, 407) tillhandahålls, ett effekttransistorchips (109, 609, 709) anordnas därpå, yttre elektriska anslutningar (131, 133, 533) anordnas utstickande från stödorganet för extern anslutning till ett kretskort (105), samt inre elektriska förbindningar ansluts mellan nämnda transistorchips och nämnda yttre anslutningar, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en av nämnda inre elektriska förbindningar utformas som ett på en flexibel folie (120, 520) anordnat första ledningsmönster (128, 228, 628, 728) innefattande ett impedansanpassningsnät (228), särskilt i omedelbar närhet till nämnda effekttransistorchips (109), kondensatorer (254) och/eller induktorer (256), där åtminstone varvid impedansanpassningsnätet konstrueras medelst 10 15 20 25 30 517 35 ïïïI. '* 22. x:.u asus "" någon kondensator och/eller någon induktor utformas med en trimbar, särskilt lasertrimbar, shunt (260) för trimning av impedansanpassningsnätet.

21. Förfarande enligt krav 20, kännetecknat av att det första ledningsmönstret (128, 228, 628, 728) 709) medelst ansluts till effekttransistorchipset (109, 609, lödning, särskilt guldtennlödning, eller särskilt medelst guldbumpar (124, 624, 724). termokompressionsbondning,

22. Förfarande enligt krav 20 eller 21, kännetecknat a'v att det första ledningsmönstret (128, 228, 628, 728) utformas med breda ledare för att erhålla en låginduktiv och lågresistiv anslutning till effekttransistorchipset (109, 629, 729). kraven 20-22, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda effekttransistorchips (109, 629, 729) (LDMOS, Lateral Double Diffused Metal Oxide) med en rad parallellkopplade block som vardera innehåller en stor mängd

23. Förfarande enligt något av väljes att utgöras av ett LDMOS-transistorchips parallellkopplade transistorceller.

24. Förfarande enligt krav 23, k ä n n e t e c k n a t a v att varje block innefattar en anslutningspadd (19) för styrena och en anslutningspadd (21) för kollektorerna samt att samtliga anslutningspaddar (21) för kollektorerna ansluts till nämnda första ledningsmönster (128, 228, 628, 728).

25. Förfarande enligt krav 24, kännetecknat av att samtliga anslutningspaddar (19) för styrena ansluts till ett andra ledningsmönster (130, 230) som anordnas på nämnda flexibla folie (120, 520).

26. Förfarande enligt krav 25, kännetecknat av att varje block innefattar ett flertal anslutningspaddar (621, 721) för kollektorerna och ett flertal anslutningspaddar (619, 719) flertalet anslutningspaddar för för styrena, varvid 10 15 20 25 30 517 852 .g"sfïïI. '** 23 .. ... ..'...' kollektorerna i varje block ansluts till nämnda första ledningsmönster (128, 228, 628, 728) och flertalet anslutningspaddar för styrena i varje block ansluts till nämnda andra ledningsmönster (130, 230).

27. Förfarande enligt något av kraven 20-26, k ä n n e t e c k n a t a v att stödorganet (307) utformas med ett positioneringsorgan, särskilt en urtagning (340), för positionering av nämnda effekttransistorchips.

28. Förfarande enligt krav 27, k ä n n e t e c k n a t a v att (107, 115, 307, 407) som är huvudsakligen lika stor som tjockleken hos kretskortet (105), (131, 133, 533) anslutas. stödorganet tillhandahålls med en tjocklek till vilket de yttre elektriska anslutningarna utstickande från stödorganet är avsedda att externt 20-28, (120, 520) och att

29. Förfarande enligt något av kraven k ä n n e t e c k n a t a v att den flexibla folien framställs av en elastisk polymer, t.ex. (128, 130, 228, 230, på åtminstone en yta av nämnda folie, en polyimid, 628, 728) företrädesvis medelst varje ledningsmonster åstadkoms tryckning eller etsning.

30. Förfarande enligt något av kraven 20-29, kä11r1et:e<:k11a t air att en av nämnda yttre elektriska anslutningar utformas som ett på den flexibla folien (120, 520) anordnat tredje ledningsmönster.

31. Förfarande enligt krav 30, këánx1e'te<:kr1a t a'v att den flexibla folien (520) med det tredje ledningsmönstret utformas med genomgående viahål (536).

32. Förfarande enligt krav 30 eller 31, l<ä nrie teac kria t flexibla (120, 520) särskilt medelst limning, a'v att den folien med det tredje ledningsmönstret fastgöres mekaniskt, vid stödorganet (107, 115, 307, 407).