專利名稱：分散式鏡像高功率管芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種高功率管芯，具體的說，是一種采用分散式的鏡像高功率管
-I-H心。
背景技術(shù)：
固態(tài)微波功率器件和單片電路是電子對(duì)抗、相控陣?yán)走_(dá)、精確打擊、微波通信以及衛(wèi)星宇航等系統(tǒng)中的核心元器件，由于其應(yīng)用背景的特殊性，固態(tài)微波功率器件和單片電路一直是國(guó)外對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)的重點(diǎn)領(lǐng)域；而固態(tài)功率放大器芯片作為其中的核心元器件受到了更為嚴(yán)格的控制。目前工作于C波段及以上頻段的高性能固態(tài)微波功率單片主要是基于GaAs的二代半導(dǎo)體器件。GaN材料作為三代半導(dǎo)體的主要代表，具有大禁帶寬度、高飽和電子漂移速度和高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度等顯著優(yōu)點(diǎn)，近幾年來歐美各國(guó)競(jìng)相將GaN HEMT微波功率器件及其單片電路作為軍用電子器件發(fā)展的重點(diǎn)，搶占軍事電子技術(shù)的制高點(diǎn)。20世紀(jì)40年代美國(guó)等西方國(guó)家開始研究固態(tài)單片微波集成電路(匪IC)，第一代半導(dǎo)體材料是Si/GeSi，第二代半導(dǎo)體材料是GaAs、hP，第三代半導(dǎo)體材料是GaN、SiC0 不管是采用哪種半導(dǎo)體材料，在制作功率放大器時(shí)末級(jí)管芯的柵寬決定了放大器的輸出功率，前級(jí)管芯主要起增益放大、驅(qū)動(dòng)的作用。傳統(tǒng)的放大器均采用單列縱向分布(垂直于信號(hào)傳輸方向)，如圖1所示。為了盡可能的提高功率放大器芯片的輸出功率往往要求增加末級(jí)柵寬。單指柵寬乘以總的柵指數(shù)量就是總柵寬，圖2所示為一個(gè)傳統(tǒng)的6指HEMT晶胞。 A3為接地通孔，A4為信號(hào)輸入端，A5為信號(hào)輸出端。單指柵寬Al受到頻率的限制，頻率越高，要求單指柵寬越小。因此，末級(jí)柵寬的增加往往只能依靠增加?xùn)胖窤2數(shù)量，而這就要求芯片的縱向尺寸加大。出于實(shí)際應(yīng)用的考慮芯片的縱向尺寸不能大于半波長(zhǎng)，因此單個(gè)芯片輸出功率受到限制。為了達(dá)到輸出功率的要求往往需要將多只芯片進(jìn)行合成，整體尺寸加大、效率降低，加大了電路復(fù)雜度；同時(shí)，單列柵寬加大后器件中間的熱源比較集中，影響芯片的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是通過分散式鏡像管芯布局設(shè)計(jì)突破芯片傳統(tǒng)柵寬受限的影響，大幅度提高單芯片輸出功率的同時(shí)將發(fā)熱源均勻分散，提高整個(gè)芯片的散熱均勻性，大大改善芯片的熱穩(wěn)定性。技術(shù)方案本發(fā)明采用如下技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)
一種分散式鏡像高功率管芯，所述管芯包括基板、HEMT晶胞la、lb、lc、Id、功率分配網(wǎng)絡(luò)、功率合成網(wǎng)絡(luò)及源條接地散熱通孔，所述HEMT晶胞la、lb、lc、Id、功率分配網(wǎng)絡(luò)、功率合成網(wǎng)絡(luò)及源條接地散熱通孔均設(shè)置在基板上，且所述的HEMT晶胞la、IbUcUd的源極通過源條接地散熱通孔接地，所述HEMT晶胞la、lb、lc、ld在基板上均勻分布，且采用源條接地通孔將HEMT晶胞進(jìn)一步分散隔離。
所述HEMT晶胞Ia與HEMT晶胞Ic之間及HEMT晶胞Ib與HEMT晶胞Id之間為鏡像對(duì)稱分布，所述HEMT晶胞Ia與HEMT晶胞Ib之間及HEMT晶胞Ic與HEMT晶胞Id之間為同向并聯(lián)分布。所述功率分配網(wǎng)絡(luò)與功率HEMT晶胞la、lb、lc、ld的輸入端連接且在功率分配網(wǎng)絡(luò)的左側(cè)設(shè)置總輸入端，所述功率合成網(wǎng)絡(luò)與功率HEMT晶胞la、lb、lc、Id的輸出端連接且在功率分配網(wǎng)絡(luò)的右側(cè)設(shè)置總輸出端。每個(gè)HEMT晶胞la、lb、lc、Id包含的場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET數(shù)量為2 8個(gè)。所述HEMT晶胞在基板上設(shè)置2 4列。所述功率分配網(wǎng)絡(luò)采用類Wilkinson功率分配網(wǎng)絡(luò)，所述功率合成網(wǎng)絡(luò)采用類 Wilkinson功率合成網(wǎng)絡(luò)。所述基板材料為砷化鎵(GaAs)或氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)。有益效果本發(fā)明通過源條接地散熱通孔實(shí)現(xiàn)HEMT晶胞源極良好接地，實(shí)現(xiàn)良好的電性能；在散熱性能上一方面通過把源條接地散熱通孔置于管芯中間，在水平方向上把管芯進(jìn)行均勻分隔；同時(shí)利用功率分配/合成網(wǎng)絡(luò)的尺寸在縱向把管芯進(jìn)行均勻分隔，從而實(shí)現(xiàn)把所有的發(fā)熱源均勻分布，避免了局部熱斑，大大改善了管芯的散熱均勻性，確保器件高功率下的穩(wěn)定性。


圖1是傳統(tǒng)的常規(guī)功率HEMT管芯布局示意圖； 圖2是HEMT晶胞的示意圖3是本發(fā)明原理示意圖4是本發(fā)明采用雙列管芯八路合成設(shè)計(jì)的示意圖； 圖5是本發(fā)明采用雙列管芯十六路合成設(shè)計(jì)的示意圖； 圖6是本發(fā)明采用四列管芯八路合成設(shè)計(jì)的示意圖； 圖7是本發(fā)明采用四列管芯十六路合成設(shè)計(jì)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳述
本發(fā)明涉及一種分散式鏡像高功率管芯，包括基板、HEMT晶胞la、lb、lc、ld ；功率分配網(wǎng)絡(luò)2 ；功率合成網(wǎng)絡(luò)3及源條接地散熱通孔4，所述HEMT晶胞la、IbUcUd ；功率分配網(wǎng)絡(luò) 2 ；功率合成網(wǎng)絡(luò)3及源條接地散熱通孔4均設(shè)置在基板上，且所述的HEMT晶胞la、lb、lc、 Id的源極通過源條接地散熱通孔接地，所述HEMT晶胞la、lb、lc、ld在基板上均勻分布，且采用源條接地通孔將HEMT晶胞進(jìn)一步分散隔離。所述HEMT晶胞Ia與HEMT晶胞Ic之間及HEMT晶胞Ib與HEMT晶胞Id之間為鏡像對(duì)稱分布，所述HEMT晶胞Ia與HEMT晶胞Ib之間及HEMT晶胞Ic與HEMT晶胞Id之間為同向并聯(lián)分布，所述功率分配網(wǎng)絡(luò)與功率HEMT晶胞la、lb、lc、ld的輸入端連接且在功率分配網(wǎng)絡(luò)2的左側(cè)設(shè)置總輸入端，所述功率合成網(wǎng)絡(luò)與功率HEMT晶胞la、lb、lc、ld的輸出端連接且在功率分配網(wǎng)絡(luò)的右側(cè)設(shè)置總輸出端，每個(gè)HEMT晶胞la、lb、lc、Id包含的場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET數(shù)量為2 8個(gè)，所述HEMT晶胞在基板上設(shè)置2 4列。所述基板材料包括但不限于砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)。
下面利用具體的例子來對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行詳述
實(shí)施例一
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)雙列管芯八路合成設(shè)計(jì)。其中l(wèi)a、lb、lc、ld為HEMT晶胞，每個(gè)晶胞包含6個(gè)FET ；每個(gè)晶胞之間采用源條通孔4進(jìn)行隔離，在實(shí)現(xiàn)HEMT源極接地的同時(shí)將發(fā)熱源均勻分開，避免中間熱量過度集中。HEMT晶胞la、lb同向排列，HEMT晶胞 lc、ld同向排列，HEMT晶胞la、lc鏡像對(duì)稱分布，HEMT晶胞lb、ld鏡像對(duì)稱分布。同時(shí)， HEMT晶胞la、lb、lc、ld作為整體和HEMT晶胞la’、lb’、lc’、Id’以圖中的中心線為基準(zhǔn)呈鏡像對(duì)稱分布。圖中2為微波信號(hào)輸入功率分配網(wǎng)絡(luò)，將微波信號(hào)均勻的分配到各個(gè)晶胞。 圖中的3為功率合成網(wǎng)絡(luò)，主要是把各個(gè)HEMT晶胞的輸出信號(hào)合成到一路，便于和后續(xù)的匹配網(wǎng)絡(luò)連接。從整體上看信號(hào)傳輸方向?yàn)閺淖筮呡斎?，右邊輸出，和傳統(tǒng)的管芯一致，滿足功率芯片設(shè)計(jì)的要求。本發(fā)明可以通過將管芯進(jìn)行簡(jiǎn)單的鏡像復(fù)制后就可以使得總柵寬加倍，如圖4所示。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)雙列管芯十六路合成設(shè)計(jì)，整個(gè)圖形是以圖中的中心線為基準(zhǔn)互為鏡像的。和圖3 —樣，整個(gè)圖形還是保持左邊輸入，右邊輸出，符合功率芯片設(shè)計(jì)的要求。實(shí)施例二
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)四列管芯八路合成設(shè)計(jì)。該實(shí)施例采用了四列管芯布局設(shè)計(jì)，在相同柵寬的前提下在芯片縱向尺寸上縮小了一半；相同的芯片縱向尺寸，可以使得總柵寬加倍，大大提高單個(gè)芯片的輸出功率。圖中的Ia Ih為HEMT晶胞。其中的HEMT晶胞Ia Id是同向排列，HEMT晶胞Ie Ih是同向排列，HEMT晶胞Ia和HEMT晶胞Ie互為鏡像關(guān)系，HEMT晶胞Ib和HEMT晶胞If互為鏡像關(guān)系，HEMT晶胞Ic和HEMT晶胞Ig互為鏡像關(guān)系，HEMT晶胞Id和HEMT晶胞Ih互為鏡像關(guān)系。圖中的2為輸入功率分配網(wǎng)絡(luò)，將微波信號(hào)平均分配到各個(gè)HEMT晶胞。圖中的3為功率合成網(wǎng)絡(luò)，其功能主要是將各個(gè)HEMT 晶胞的輸出信號(hào)合成到一路，便于和后續(xù)的匹配電路連接；同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)HEMT晶胞漏極電壓的均勻饋電。圖中的4為源條通孔，在實(shí)現(xiàn)HEMT源極接地的同時(shí)將發(fā)熱源均勻分開， 避免中間熱量過度集中。將圖5中的圖形進(jìn)行簡(jiǎn)單的鏡像復(fù)制后就可以將總柵寬加倍，如圖6所示。圖6為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)四列管芯十六路合成設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種分散式鏡像高功率管芯，其特征在于所述管芯包括基板、HEMT晶胞(la、lb、 lc、ld)、功率分配網(wǎng)絡(luò)(2)、功率合成網(wǎng)絡(luò)(3)及源條接地散熱通孔(4)，所述HEMT晶胞 (la、lb、lc、ld)、功率分配網(wǎng)絡(luò)(2)、功率合成網(wǎng)絡(luò)(3)及源條接地散熱通孔(4)均設(shè)置在基板上，且所述的HEMT晶胞(la、lb、Ic、Id)的源極通過源條接地散熱通孔(4)接地，所述HEMT 晶胞(la、lb、lc、Id)在基板上均勻分布，且采用源條接地通孔(4)將HEMT晶胞進(jìn)一步分散隔1 °
2.如權(quán)利要求1所述的分散式高功率管芯，其特征在于所述HEMT晶胞(Ia)與HEMT 晶胞(Ic)之間及HEMT晶胞(Ib)與HEMT晶胞(Id)之間為鏡像對(duì)稱分布，所述HEMT晶胞 (Ia)與HEMT晶胞(Ib)之間及HEMT晶胞(Ic)與HEMT晶胞(Id)之間為同向并聯(lián)分布。
3.如權(quán)利要求1所述的分散式高功率管芯，其特征在于所述功率分配網(wǎng)絡(luò)(2)與功率HEMT晶胞(la、lb、lc、ld)的輸入端連接且在功率分配網(wǎng)絡(luò)(2)的左側(cè)設(shè)置總輸入端，所述功率合成網(wǎng)絡(luò)(3)與功率HEMT晶胞(la、lb、lc、Id)的輸出端連接且在功率分配網(wǎng)絡(luò)(3) 的右側(cè)設(shè)置總輸出端。
4.如權(quán)利要求1所述的分散式高功率管芯，其特征在于每個(gè)HEMT晶胞(la、lb、lc、 Id)包含的場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET數(shù)量為2 8個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的分散式高功率管芯，其特征在于所述HEMT晶胞在基板上設(shè)置 2 4列。
6.如權(quán)利要求1所述的分散式高功率管芯，其特征在于所述功率分配網(wǎng)絡(luò)(2)采用類 Wilkinson功率分配網(wǎng)絡(luò)，所述功率合成網(wǎng)絡(luò)(3)采用類Wilkinson功率合成網(wǎng)絡(luò)。
7.如權(quán)利要求1所述的分散式高功率管芯，其特征在于所述基板材料為砷化鎵 (GaAs)或氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分散式鏡像高功率管芯，所述管芯包括基板、HEMT晶胞1a、1b、1c、1d、功率分配網(wǎng)絡(luò)、功率合成網(wǎng)絡(luò)及源條接地散熱通孔，所述HEMT晶胞1a、1b、1c、1d、功率分配網(wǎng)絡(luò)、功率合成網(wǎng)絡(luò)及源條接地散熱通孔均設(shè)置在基板上，且所述的HEMT晶胞1a、1b、1c、1d的源極通過源條接地散熱通孔接地，所述HEMT晶胞1a、1b、1c、1d在基板上均勻分布，且采用源條接地通孔將HEMT晶胞進(jìn)一步分散隔離。本發(fā)明通過源條接地散熱通孔實(shí)現(xiàn)HEMT晶胞源極良好接地，實(shí)現(xiàn)良好的電性能；在散熱性能上一方面通過把源條接地散熱通孔置于管芯中間，在水平方向上把管芯進(jìn)行均勻分隔；同時(shí)利用功率分配/合成網(wǎng)絡(luò)的尺寸在縱向把管芯進(jìn)行均勻分隔，從而實(shí)現(xiàn)把所有的發(fā)熱源均勻分布，避免了局部熱斑，大大改善了管芯的散熱均勻性，確保器件高功率下的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L23/367GK102522378SQ201110385749
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者任春江, 余旭明, 張斌, 陳堂勝, 黃念寧 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所