一種高良率的平衡散熱的倒裝芯片線性功率放大器及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高良率的平衡散熱的倒裝芯片線性功率放大器及其應(yīng)用，其特征是設(shè)置功率放大器的輸出級(jí)中第M個(gè)級(jí)聯(lián)放大電路的NM個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元為對(duì)稱排列的兩個(gè)陣列；且分別設(shè)置在一組地線GND的兩側(cè)；每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的發(fā)射極或是柵極與一組地線GND中相對(duì)應(yīng)的地線GND倒裝節(jié)點(diǎn)相連；每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的集電極或漏級(jí)與一組電源線VCC相對(duì)應(yīng)的電源線VCC倒裝節(jié)點(diǎn)相連。本發(fā)明能使用統(tǒng)一大小的倒裝芯片節(jié)點(diǎn)來(lái)提高功率放大器接地的節(jié)點(diǎn)密度，從而達(dá)到高良率和高可靠性的目的。
【專利說(shuō)明】
一種高良率的平衡散熱的倒裝芯片線性功率放大器及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及射頻功率放大器，具體的說(shuō)是一種高效率的高良率高可靠性的采用倒裝芯片工藝的同時(shí)能夠平衡散熱的功率放大器及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻發(fā)射前端模塊是射頻終端器件實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵元器件。當(dāng)前隨著全球無(wú)線通信用戶的快速增長(zhǎng)及用戶對(duì)無(wú)線通信的更高端的體驗(yàn)需求，市場(chǎng)對(duì)無(wú)線通信的帶寬的需求快速增長(zhǎng)。為了解決這種市場(chǎng)需求，全球開(kāi)放出來(lái)的專用無(wú)線通信頻段越來(lái)越多并且越來(lái)越擁擠。頻段利用率高的調(diào)制解調(diào)方式，例如:3G的寬帶碼分多址(Wideband CodeDivis1n Multiple Access ,WCDMA)，帶碼分多址(Code Divis1n Multiple Access ,CDMA)，時(shí)分同步碼分多址(Time Divis1n Synchronous Code Divis1n MultipleAccess,TD-SCDMA)，以及逐漸取代3G技術(shù)成為市場(chǎng)主流的4G技術(shù)的Long term evolut1n,LTE包括成對(duì)頻譜模式(Frequency domain duplexing，F(xiàn)DD)及非成對(duì)頻譜模式(Timedomain dupleXing，TDD)。這些頻段利用率高的各種調(diào)制解調(diào)方式都對(duì)無(wú)線通信終端提出更高的要求，例如:高質(zhì)量的語(yǔ)音通話，減少數(shù)據(jù)通信中的錯(cuò)誤，快速的語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸?shù)那袚QJ等等。
[0003]對(duì)于射頻發(fā)射前端的主力元器件射頻功率放大器及其模塊來(lái)說(shuō)，就意味著在新的頻段利用率高的調(diào)制解調(diào)方式下，功率放大器必須具有較高的線性度來(lái)保障射頻信號(hào)能夠放大傳輸并且能夠盡量少信號(hào)失真。一般功率放大器的高線性度意味著降低其輸出功率來(lái)減少輸出晶體管器件的非線性諧波的產(chǎn)生。功率放大器是無(wú)線通信連接中的一個(gè)核心元件，并且是以獨(dú)立的模塊的形式出現(xiàn)在無(wú)線通信系統(tǒng)之中?，F(xiàn)有的功率放大器一般采用多元件集成在一個(gè)基板上形成一個(gè)模塊(MCM)，其模塊中可能包含不局限于以下的多個(gè)元件:功率放大器芯片，功率模式控制電路通常是CMOS工藝，輸出匹配電路可以采用無(wú)源分立元件或半導(dǎo)體無(wú)源器件，射頻開(kāi)關(guān)通常是采用GaAs pHEMT工藝或是SOI技術(shù)。各個(gè)芯片與基板的連接方式基本有兩種，一種是通過(guò)飛線技術(shù)連接芯片上的焊盤(pán)和基板上的焊盤(pán)節(jié)點(diǎn)，另一種是倒裝芯片技術(shù)通過(guò)芯片上的金屬凸點(diǎn)和基板上的節(jié)點(diǎn)直接通過(guò)焊錫或是銅柱對(duì)接。
[0004]以常見(jiàn)高性能高線性功率放大器輸出級(jí)連接方式為例，市場(chǎng)上已有的大部分線性功率放大器是通過(guò)飛線技術(shù)把功率放大器芯片與基板實(shí)現(xiàn)連接，其中大晶體管接地方式可能是晶圓貫通接地TWV。圖1顯示的是市場(chǎng)現(xiàn)有多數(shù)線性功率放大器的輸出級(jí)放大電路接地設(shè)計(jì)。圖1中101，102，……，1(P-1)，10P(其中P是整數(shù)，P = Nm)是市場(chǎng)常見(jiàn)的線性功率放大器輸出級(jí)放大電路中的基本放大單元，每個(gè)單元可以由單晶體管組成也可能由多個(gè)更小的基本放大單元并聯(lián)組成。111，112，……，11 (X-1)，IIX(其中X是整數(shù)，X〉I，通常X = 4，其數(shù)量由芯片的面積和散熱需要來(lái)定)代表功率放大器芯片上的地GND，在GaAs HBT或是pHEMT工藝?yán)锸峭ㄟ^(guò)晶圓襯底的晶圓貫通接地TWV，在LDMOS工藝?yán)锸巧疃葥诫s的半導(dǎo)體，在CMOS工藝?yán)锟赡苁峭ㄟ^(guò)晶圓襯底的晶圓貫通接地TWV也可能是通過(guò)芯片上焊盤(pán)bond pad飛線到基板上的地線。121，122，……，12(1-1)，12氕其中1是整數(shù)，并且，1>3，通常其數(shù)量由芯片的面積和對(duì)功率輸出匹配需求及負(fù)載輸出的阻抗優(yōu)化調(diào)節(jié)來(lái)定)代表了放大器射頻輸出的芯片上焊盤(pán)bond pad,輸出放大電路的電壓連接以及射頻輸出都是通過(guò)這J個(gè)芯片上焊盤(pán)bondpad飛線連接到放大器的負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。Nm個(gè)放大電路基本單元并聯(lián)通過(guò)HBT的發(fā)射極或是pHEMT/LDMOS/CMOS的柵極連接到地GND形成一個(gè)Nm單元的陣列，一般有I個(gè)這樣的陣列連接方法如圖1所示。這一個(gè)陣列組成放大器輸出級(jí)放大電路。GND (111 -1 IX)排列成一組，連接唯一陣列的所有放大單元的發(fā)射極和柵極。該GND組與121 -12 J的射頻輸出芯片上焊盤(pán)bond pad成平行方向。每個(gè)陣列中基本放大單元的集電極或漏極通過(guò)芯片工藝中的金屬連接到射頻輸出的Vcc/RFout的芯片上焊盤(pán)bond pad 121-12J如圖1所示。這種連接方法普遍用于線性放大器的設(shè)計(jì)。但是這種晶圓貫通接地方式散熱效果不佳，因?yàn)樯虡I(yè)HBT晶體管的發(fā)射極大多在晶體管多層材料的最上層，電流通過(guò)晶體管的發(fā)射級(jí)需要流經(jīng)晶體管發(fā)射極之下的多層材料包括基級(jí)層，集電極層，襯底層，然后通過(guò)晶圓背面的金屬鍍層接地，這樣長(zhǎng)的一個(gè)通路會(huì)引起電感以及電阻過(guò)大，從而導(dǎo)熱效率很差。同時(shí)這種設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)是由于單陣列基本放大單元排列在地線的一端，所以單列中包含較多個(gè)基本放大單元，這樣陣列兩側(cè)的基本放大單元到地的電感以及導(dǎo)熱都與單陣列中間的基本放大單元很不均衡，從而導(dǎo)致功率放大器的線性度以及效率難以達(dá)到優(yōu)化。
[0005]另一種市場(chǎng)常見(jiàn)芯片連接采用倒裝芯片技術(shù)通過(guò)芯片上的金屬凸點(diǎn)和基板上的節(jié)點(diǎn)直接通過(guò)焊錫或是銅柱對(duì)接。這種方式常見(jiàn)于多管腳的高性能處理器芯片，近來(lái)市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)功率放大器的電路通過(guò)倒裝芯片技術(shù)把功率放大器芯片與基板實(shí)現(xiàn)連接。這種設(shè)計(jì)一般是如上圖1的飛線連接工藝直接到倒裝芯片的簡(jiǎn)單改造而成。如圖2及圖3所示，圖2中201，202，……，20(?-1)，20?(其中卩是整數(shù))以及圖3中的301，302，……，30(P_1)，30P(其中P是整數(shù))是市場(chǎng)常見(jiàn)的線性功率放大器輸出級(jí)放大電路中的基本放大單元，每個(gè)單元可以由單晶體管組成也可能由多個(gè)更小的基本放大單元并聯(lián)組成。圖2中的211以及圖3中的311代表功率放大器芯片上的倒裝接地GND節(jié)點(diǎn)，每個(gè)橢圓形代表一個(gè)大的倒裝芯片節(jié)點(diǎn)，這些倒裝芯片接地節(jié)點(diǎn)通常采用很大面積的焊錫或是銅柱以期望達(dá)到更好的散熱效果。圖2中的221，圖3中的321，322，……，32(J_1)，32J(其中J是整數(shù)，并且，J>3，通常其數(shù)量由芯片的面積和對(duì)功率輸出匹配需求及負(fù)載輸出的阻抗優(yōu)化調(diào)節(jié)來(lái)定)代表了放大器射頻輸出的芯片上的倒裝節(jié)點(diǎn)，輸出放大電路的電壓連接以及射頻輸出都是通過(guò)這J個(gè)芯片上倒裝節(jié)點(diǎn)連接到放大器的負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。Nm個(gè)放大電路基本單元并聯(lián)通過(guò)HBT的發(fā)射極或是pHEMT/LDMOS/CMOS的柵極連接到地GND形成一個(gè)Nm單元的陣列。該單個(gè)陣列組成放大器輸出級(jí)放大電路。圖2中的211以及圖3中的311都是一個(gè)大的倒裝芯片接地節(jié)點(diǎn)，該接地節(jié)點(diǎn)連接唯一陣列的所有放大單元的發(fā)射極和柵極。該節(jié)點(diǎn)橢圓的長(zhǎng)度方向與射頻輸出芯片倒裝節(jié)點(diǎn)陣列或是節(jié)點(diǎn)橢圓長(zhǎng)度方向成平行方向。該放大器陣列中基本放大單元的集電極或漏極通過(guò)芯片工藝中的金屬連接到射頻輸出的Vcc/RFout的芯片上倒裝芯片節(jié)點(diǎn)221如圖2所示或321-32J如圖3所示。但是這種設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)是由于倒裝芯片節(jié)點(diǎn)的大小不一，導(dǎo)致倒裝后的基板與芯片受力不均勻，最重要的節(jié)點(diǎn)尤其是功率放大器各個(gè)級(jí)聯(lián)級(jí)級(jí)的接地節(jié)點(diǎn)常常因?yàn)楸砻孢^(guò)大應(yīng)力作用傳到芯片半導(dǎo)體材料，導(dǎo)致芯片半導(dǎo)體材料層中的斷裂，從而引起產(chǎn)品良率的降低，甚至可能降低產(chǎn)品的可靠性。
[0006]—種使用晶圓貫通及飛線技術(shù)能平衡散熱的功率放大器，如圖4所示，在同樣的芯片面積上以及同樣多的晶圓貫通接地TWV地GND的數(shù)量條件下，該多模功率放大器輸出級(jí)的單位放大單元晶體管大小可以是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中單位放大單元晶體管的一半，并且各個(gè)單位放大單元距離地GND的距離相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中而言更接近一致，從而減少了各個(gè)單位放大單元到地的電感不均衡以及散熱不均衡。但是這種晶圓貫通接地方式散熱效果不佳，因?yàn)樯虡I(yè)HBT晶體管的發(fā)射極大多在晶體管多層材料的最上層，電流通過(guò)晶體管的發(fā)射級(jí)需要流經(jīng)晶體管發(fā)射極之下的多層材料包括基級(jí)層，集電極層，襯底層，然后通過(guò)晶圓背面的金屬鍍層接地，這樣長(zhǎng)的一個(gè)通路會(huì)引起電感以及電阻過(guò)大，從而導(dǎo)熱效率很差，從而導(dǎo)致功率放大器的線性度以及效率難以達(dá)到優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供了一種高良率的平衡散熱的倒裝芯片線性功率放大器及其應(yīng)用，以期能使用統(tǒng)一大小的倒裝芯片節(jié)點(diǎn)來(lái)提高功率放大器接地的節(jié)點(diǎn)密度，從而達(dá)到高良率和高可靠性的目的，同時(shí)采用平衡散熱結(jié)構(gòu)與倒裝芯片技術(shù)相結(jié)合的接地設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步降低功率放大器電路中HBT晶體管的結(jié)溫，優(yōu)化射頻放大器的效率及其模塊的散熱性能。
[0008]本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明一種高良率的平衡散熱的倒裝芯片線性功率放大器，包括:M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路和輸出匹配電路;所述M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路的第i個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路中包含N1個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元;K i SM且M彡2 ；
[0010]射頻信號(hào)從所述M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路的第i個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的輸入端進(jìn)入并經(jīng)過(guò)化個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元的放大后，再輸出至第i+Ι個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的輸入端進(jìn)行放大，直到經(jīng)過(guò)第M個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的放大后，獲得級(jí)聯(lián)放大信號(hào)并傳遞給所述輸出匹配電路；
[0011]所述輸出匹配電路對(duì)所述級(jí)聯(lián)放大信號(hào)進(jìn)行負(fù)載優(yōu)化匹配后輸出至天線，其特點(diǎn)是:
[0012]設(shè)置一組地線GND;所述地線GND是由若干個(gè)倒裝芯片節(jié)點(diǎn)排成一列組成；
[0013]設(shè)置一組電源線VCC;且所述電源線VCC與所述一組地線GND互相平行;所述一組電源線VCC為第M個(gè)級(jí)聯(lián)放大電路的輸出線，并由若干個(gè)倒裝芯片節(jié)點(diǎn)排成一列組成；
[0014]設(shè)置所述功率放大器的輸出級(jí)中第M個(gè)級(jí)聯(lián)放大電路的Nm個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元為對(duì)稱排列的兩個(gè)陣列；每個(gè)陣列包含Nm/2個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元，且分別設(shè)置在一組地線GND的兩側(cè)；
[0015]每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的發(fā)射極或是柵極與所述一組地線GND中相對(duì)應(yīng)的地線GND倒裝節(jié)點(diǎn)相連；
[0016]每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的集電極或漏級(jí)與一組電源線VCC相對(duì)應(yīng)的電源線VCC倒裝節(jié)點(diǎn)相連。
[0017]本發(fā)明所述的倒裝芯片線性功率放大器的特點(diǎn)也在于:
[0018]所述功率放大器中的所有倒裝節(jié)點(diǎn)大小均相同。
[0019]本發(fā)明一種高良率的平衡散熱的倒裝芯片功率放大器的應(yīng)用的特點(diǎn)是:將所述功率放大器應(yīng)用于移動(dòng)終端。
[0020]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0021]1、相比市場(chǎng)上大多數(shù)功率放大器采用飛線連接以及晶圓貫通接地而言，本發(fā)明的倒裝芯片功率放大器采用統(tǒng)一大小的倒裝節(jié)點(diǎn)，倒裝連接放大器的信號(hào)以及散熱接地設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不但減少了飛線的使用，減少了功率放大器芯片的面積，而且減少了模塊的面積，同時(shí)能大大減少接地的電阻以及電感，從而提高了放大器的導(dǎo)熱效率，能夠提高放大器的效率，使模塊產(chǎn)品集成度更高，成本更低。
[0022]2、本發(fā)明的倒裝芯片采用統(tǒng)一大小的倒裝節(jié)點(diǎn)，在功率放大器接地處采用高密度多節(jié)點(diǎn)來(lái)代替已有的大節(jié)點(diǎn)倒裝功率放大器設(shè)計(jì)方案，從而在實(shí)現(xiàn)均衡散熱接地設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，減少了倒裝后產(chǎn)生的半導(dǎo)體表面應(yīng)力的不均勻分布，直接提高了采用該倒裝芯片工藝的功率放大器批量生產(chǎn)的產(chǎn)品良率。由于半導(dǎo)體表面應(yīng)力的減少?gòu)亩鴾p少了半導(dǎo)體內(nèi)部材料層的斷裂，可以提高采用倒裝芯片工藝的功率放大器產(chǎn)品的可靠性。這種倒裝工藝降低了半導(dǎo)體晶體管的結(jié)溫，從而提高了功率放大器的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，這種倒裝工藝能夠更平衡的散熱，同時(shí)能夠節(jié)省芯片面積。
[0023]3、本發(fā)明平衡散熱的倒裝芯片技術(shù)線性功率放大器輸出級(jí)接地設(shè)計(jì)方式如圖5所示，采用平衡散熱的設(shè)計(jì)，同時(shí)采用倒裝技術(shù)使用同樣大小的倒裝節(jié)點(diǎn)，多個(gè)倒裝節(jié)點(diǎn)接地，這種設(shè)計(jì)方案的由于倒裝芯片節(jié)點(diǎn)的大小一致，倒裝后的基板與芯片受力更加均勻，提高了倒裝芯片的產(chǎn)品的良率以及可靠性；同時(shí)由于采用了平衡散熱的設(shè)計(jì)，在同樣的芯片面積上以及同樣數(shù)量的倒裝芯片接地節(jié)點(diǎn)的條件下，該功率放大器輸出級(jí)的單位放大單元晶體管大小可以是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中單位放大單元晶體管的一半，并且各個(gè)單位放大單元距離地GND的距離相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中而言更接近一致，從而減少了各個(gè)單位放大單元到地的電感不均衡以及散熱不均衡?；诒景l(fā)明的功率放大器不但能保持線性功率放大電路的既有線性度，而且同時(shí)降低了半導(dǎo)體晶體管的結(jié)溫，從而提高了功率放大器的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，這種平衡散熱的接地方式還能夠節(jié)省芯片面積，在同等芯片面積上能夠排列更多的倒裝芯片接地節(jié)點(diǎn)達(dá)到更好的散熱目的。本發(fā)明采用了一種全新的平衡散熱的功率放大電路接地設(shè)計(jì)方式，并且把這種全新的平衡散熱的設(shè)計(jì)方案使用在高良率高可靠性的倒裝芯片的工藝上，因此能夠進(jìn)一步優(yōu)化射頻放大器及其模塊的散熱性能，從而能進(jìn)一步優(yōu)化功率放大器的線性度以及效率。
[0024]4、市場(chǎng)上述方案中的線性放大器設(shè)計(jì)可能是針對(duì)3G電路，或是4G網(wǎng)路，本發(fā)明的功率放大器可以通過(guò)倒裝芯片工藝以及采用統(tǒng)一的倒裝節(jié)點(diǎn)大小，在不影響該放大器的量產(chǎn)良率以及產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)上，同時(shí)在保持已有設(shè)計(jì)的線性度性能上，通過(guò)提高功率放大器的散熱性能可以提高該功率放大器在不同模式下和/或不同通信制式下的效率。
[0025]5、市場(chǎng)上使用現(xiàn)有方案中的移動(dòng)終端，每級(jí)需要多個(gè)功率放大器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)模式的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的多功率放大器，可以使移動(dòng)終端減少面積/體積，可以節(jié)省移動(dòng)終端的成本，同時(shí)由于輸出級(jí)放大器能夠?qū)ΨQ的在地線兩側(cè)平衡散熱，從而提高了移動(dòng)終端的線性度以及移動(dòng)終端的效率。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為現(xiàn)有飛線技術(shù)中線性功率放大器輸出級(jí)放大電路晶圓貫通接地示意圖；
[0027]圖2為現(xiàn)有倒裝芯片技術(shù)中線性功率放大器輸出級(jí)大節(jié)點(diǎn)接地原理圖；
[0028]圖3為現(xiàn)有倒裝芯片技術(shù)中線性功率放大器輸出級(jí)大節(jié)點(diǎn)接地大節(jié)點(diǎn)接電源線示意圖；
[0029]圖4為現(xiàn)有平衡散熱的線性功率放大器輸出級(jí)放大電路晶圓貫通接地示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明平衡散熱的倒裝芯片技術(shù)線性功率放大器輸出級(jí)少節(jié)點(diǎn)接地示意圖；
[0031]圖6a為現(xiàn)有平衡散熱的倒裝芯片功率放大器輸出級(jí)大節(jié)點(diǎn)接地整體版圖倒裝節(jié)點(diǎn)示意圖；
[0032]圖6b為本發(fā)明平衡散熱的倒裝芯片技術(shù)線性功率放大器整體版圖倒裝節(jié)點(diǎn)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0033]本實(shí)施例中，一種多高良率的平衡散熱的倒裝芯片的線性模功率放大器，是利用至少兩級(jí)的放大電路以級(jí)聯(lián)方式連接，通過(guò)倒裝芯片的技術(shù)對(duì)功率放大器和基板進(jìn)行連接，對(duì)放大器中各級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路接地方式以統(tǒng)一大小高密度節(jié)點(diǎn)倒裝的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)功率放大器高性能的散熱。該功率放大器由于采用了倒裝芯片技術(shù)，輸出級(jí)電路能夠更加有效的接地散熱，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能更加高效的平衡散熱的設(shè)計(jì)方案，在保持放大器線性度的前提下提高了放大器的效率。具體的說(shuō)，該多模功率放大器包括:M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路和輸出匹配電路;其中的M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路的第i個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路中包含N1個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元;I Si SM且M彡2;
[0034]射頻信號(hào)從M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路的第i個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的輸入端進(jìn)入并經(jīng)過(guò)仏個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元的放大后，再輸出至第i+Ι個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的輸入端進(jìn)行放大，直到經(jīng)過(guò)第M個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的放大后，獲得級(jí)聯(lián)放大信號(hào)并傳遞給輸出匹配電路；
[0035]輸出匹配電路對(duì)級(jí)聯(lián)放大信號(hào)進(jìn)行負(fù)載優(yōu)化匹配后輸出至天線。
[0036]區(qū)別于市場(chǎng)現(xiàn)有大多數(shù)手機(jī)無(wú)線通信方案中的線性功率放大器采用的飛線連接工藝，以及晶圓貫通的接地方式來(lái)給功率放大器散熱。本實(shí)施例中，一種高良率的倒裝芯片的線性功率放大器采用倒裝芯片技術(shù)并且保持倒裝節(jié)點(diǎn)大小一致，采用高密度多節(jié)點(diǎn)的放大器接地散熱方式。在版圖上和實(shí)際電路芯片中，如圖6所示:
[0037]設(shè)置一組地線GND是由X個(gè)倒裝節(jié)點(diǎn)排成一列組成;X是任意整數(shù)按照電路芯片面積和散熱需要而定;X〉I，通常X=4;
[0038]設(shè)置一組電源線VCC;且電源線VCC與一組地線GND互相平行；
[0039]該組電源線VCC為第M個(gè)級(jí)聯(lián)放大電路的輸出線，并由J個(gè)倒裝芯片節(jié)點(diǎn)排成一列組成;J是整數(shù)并且，J>3，通常其數(shù)量由芯片的面積和對(duì)功率輸出匹配需求及負(fù)載輸出的阻抗優(yōu)化調(diào)節(jié)來(lái)定。
[0040]設(shè)置功率放大器輸出級(jí)中第M個(gè)級(jí)聯(lián)放大電路的Nm個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元為對(duì)稱排列的兩個(gè)陣列；每個(gè)陣列包含Nm/2個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元，且分別設(shè)置在一組地線GND的兩側(cè);各放大單元通過(guò)倒裝芯片工藝分別連接到相對(duì)應(yīng)的接地節(jié)點(diǎn)上，該接地節(jié)點(diǎn)通過(guò)一列焊錫或是銅柱連接到基板的地線上。
[0041]每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的發(fā)射極或是柵極與該組地線GND中相對(duì)應(yīng)的地線GND倒裝節(jié)點(diǎn)相連；
[0042]每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的集電極或漏級(jí)與一組電源線VCC相對(duì)應(yīng)的電源線VCC倒裝節(jié)點(diǎn)相連；
[0043]本實(shí)施例中，功率放大器中的所有倒裝節(jié)點(diǎn)大小均相同，功率放大器接地連接采用高密度多節(jié)點(diǎn)方法實(shí)現(xiàn)接高效導(dǎo)熱。這種連接方法減少了芯片半導(dǎo)體表面的應(yīng)力不均勻分布，從而能夠提高使用該倒裝芯片技術(shù)的產(chǎn)品的良率和可靠性。
[0044]本實(shí)施例中，該功率放大器在采用高良率高可靠性的倒裝工藝中，能夠進(jìn)一步優(yōu)化射頻放大器及其模塊的散熱性能，不但能保持線性功率放大電路的既有線性度，而且同時(shí)降低了半導(dǎo)體晶體管的結(jié)溫，從而提高了功率放大器的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，這種平衡散熱的接地作方式結(jié)合倒裝芯片工藝還能夠節(jié)省芯片面積，在同等芯片面積上能夠排列更多的倒裝接地節(jié)點(diǎn)(銅柱或是焊錫球)達(dá)到更好的散熱目的。
[0045]此外本發(fā)明采用統(tǒng)一大小的倒裝節(jié)點(diǎn)如圖5所示，這同已有的倒裝芯片功率放大器設(shè)計(jì)方案如圖2及圖3所示采用大倒裝節(jié)點(diǎn)(圖2中的211，221，圖3中的311)不同。在整個(gè)功率放大器芯片版圖倒裝節(jié)點(diǎn)示意圖中，如圖6a，6b所示，601，602……等表示芯片上所有的倒裝節(jié)點(diǎn)，其中圖6a中的604是功率放大器倒裝接地節(jié)點(diǎn)，其它都是信號(hào)節(jié)點(diǎn)；其中圖6b中的604，605，606，607是功率放大器倒裝接地節(jié)點(diǎn)，其它都是信號(hào)節(jié)點(diǎn)。同已有的倒裝芯片功率放大器設(shè)計(jì)方案如圖6a所示的功率放大器接地采用的大的節(jié)點(diǎn)(例如圖6a中的604)來(lái)提高功率放大器的散熱性能不同，本發(fā)明采用統(tǒng)一大小的倒裝節(jié)點(diǎn)如圖6b所示，本發(fā)明的功率放大器接地倒裝節(jié)點(diǎn)(例如圖6b中的604，605，606，607)與其它信號(hào)節(jié)點(diǎn)大小相同，只是本發(fā)明在功率放大器接地采用局部多節(jié)點(diǎn)高密度節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)來(lái)提高功率放大器的接地?zé)釋?dǎo)率。本發(fā)明應(yīng)用的倒裝芯片的功率放大器HBT晶體管的發(fā)射極電流流出直接通過(guò)焊錫或是銅柱到基板接地，較短的熱導(dǎo)通路大大提高了放大器的導(dǎo)熱效率，從而降低了該功率放大器半導(dǎo)體晶體管的結(jié)溫，從而提高了功率放大器的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，這種倒裝芯片的接地方式還能夠節(jié)省芯片面積以及模塊的面積。
[0046]本發(fā)明輸出級(jí)放大器電路采用全新的局部高密度多節(jié)點(diǎn)的接地的連接方式。其中多級(jí)級(jí)聯(lián)功率放大器的設(shè)計(jì)可以是任何適合放大器的半導(dǎo)體技術(shù)，例如可以包括且不局限于CMOS的技術(shù)，SOI的技術(shù)，GaAs HBT的技術(shù)，GaAs pHEMT的技術(shù)，GaN HEMT的技術(shù)，LDMOS的技術(shù)，甚至可以是多種半導(dǎo)體技術(shù)的組合，例如放大器的第一級(jí)放大電路由CMOS或SOI技術(shù)設(shè)計(jì)，第二級(jí)放大電路由GaAs HBT技術(shù)設(shè)計(jì)。其中負(fù)載輸出匹配電路中的阻抗元件可以是無(wú)源分立元件，或者基于半導(dǎo)體集成技術(shù)的無(wú)源元件，或者是基于基板工藝，但不局限于上述實(shí)現(xiàn)方式，也可以是上述的多種技術(shù)的組合。
[0047]本發(fā)明主要應(yīng)用可以在射頻終端設(shè)備包括并不局限于移動(dòng)電話，平板電腦，筆記本電腦，車載電子的無(wú)線通信設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線通信設(shè)備等等。此外本發(fā)明的多模放大器及其模塊也可以應(yīng)用在其它無(wú)線通信設(shè)備之中，包括并不局限于通信基站，衛(wèi)星無(wú)線通信，軍用無(wú)線通信設(shè)備等等。因此本發(fā)明所提出的技術(shù)方案，可以應(yīng)用于需要多功率模式且工作帶寬可調(diào)的任何無(wú)線通信終端，并且不受具體通信頻段的限制。任何在具體電路或芯片布局實(shí)現(xiàn)形式上的變化，都包括在本專利的涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高良率的平衡散熱的倒裝芯片線性功率放大器，包括:M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路和輸出匹配電路;所述M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路的第i個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路中包含化個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元;I彡i彡M且M彡2; 射頻信號(hào)從所述M級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路的第i個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的輸入端進(jìn)入并經(jīng)過(guò)N1個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元的放大后，再輸出至第i+Ι個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的輸入端進(jìn)行放大，直到經(jīng)過(guò)第M個(gè)級(jí)聯(lián)的放大電路的放大后，獲得級(jí)聯(lián)放大信號(hào)并傳遞給所述輸出匹配電路； 所述輸出匹配電路對(duì)所述級(jí)聯(lián)放大信號(hào)進(jìn)行負(fù)載優(yōu)化匹配后輸出至天線，其特征是: 設(shè)置一組地線GND;所述地線GND是由若干個(gè)倒裝芯片節(jié)點(diǎn)排成一列組成； 設(shè)置一組電源線VCC;且所述電源線VCC與所述一組地線GND互相平行;所述一組電源線VCC為第M個(gè)級(jí)聯(lián)放大電路的輸出線，并由若干個(gè)倒裝芯片節(jié)點(diǎn)排成一列組成； 設(shè)置所述功率放大器的輸出級(jí)中第M個(gè)級(jí)聯(lián)放大電路的Nm個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元為對(duì)稱排列的兩個(gè)陣列；每個(gè)陣列包含Nm/2個(gè)并聯(lián)連接的單位放大單元，且分別設(shè)置在一組地線GND的兩側(cè)； 每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的發(fā)射極或是柵極與所述一組地線GND中相對(duì)應(yīng)的地線GND倒裝節(jié)點(diǎn)相連； 每個(gè)陣列中的各個(gè)單位放大單元分別采用倒裝芯片工藝并通過(guò)其晶體管的集電極或漏級(jí)與一組電源線VCC相對(duì)應(yīng)的電源線VCC倒裝節(jié)點(diǎn)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝芯片線性功率放大器，其特征是:所述功率放大器中的所有倒裝節(jié)點(diǎn)大小均相同。3.—種高良率的平衡散熱的倒裝芯片功率放大器的應(yīng)用，其特征是:將如權(quán)利要求1或2所述功率放大器應(yīng)用于移動(dòng)終端。
【文檔編號(hào)】H03F1/30GK105897180SQ201610321470
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】馬雷, 彭小滔, 蔡志強(qiáng), 李磊
【申請(qǐng)人】蘇州雷誠(chéng)芯微電子有限公司