專利名稱：功率晶體管模塊和功率放大器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于射頻應(yīng)用，特別是用于無(wú)線電基站中或用于電視或無(wú)線電地面發(fā)射器的放大器級(jí)的功率晶體管模塊，本發(fā)明還涉及一種包括所述功率晶體管模塊的功率放大器以及制造該種功率晶體管模塊和功率放大器的方法。
功率晶體管模塊在射頻發(fā)射器中的功率放大器內(nèi)是一個(gè)關(guān)鍵組件。模塊的性能對(duì)輸出功率、效率以及可靠性來(lái)說(shuō)是限制因素。


圖1示出功率晶體管模塊1的剖面圖，該晶體管裝在散熱器3上，并根據(jù)已知的習(xí)慣與電路板或印刷電路板5上的導(dǎo)體圖案電氣連接，見(jiàn)美國(guó)專利No.5,901,042及其中的參考。
模塊1包括一個(gè)矩形導(dǎo)電及導(dǎo)熱底版或凸緣7，優(yōu)選為金屬材料，其上表面安裝一個(gè)晶體管芯片9，典型地還安裝第一11和第二13電容器芯片。此外，模塊1還包括一個(gè)絕緣的，優(yōu)選為陶瓷的，框架裝置或絕緣體15，安裝在凸緣7的上表面，使得所述框架裝置包圍所述芯片。模塊1還包括一個(gè)蓋子17連接在框架15上。
晶體管芯片9典型地為L(zhǎng)DMOS(橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物)型芯片，且包括一列并聯(lián)的段，每個(gè)段包括大量并聯(lián)的晶體管單元。期望輸出的功率越高，所需要的晶體管單元就越多。圖2示出包括7個(gè)段的晶體管芯片9的布局。在每一段中，所有柵極都并聯(lián)到一個(gè)柵極連接或襯墊，而所有漏極都連接到一個(gè)漏極連接或襯墊。在最上面的段中，柵極襯墊由19表示，漏極襯墊由21表示。源極連接到芯片的背側(cè)/底側(cè)，該側(cè)通過(guò)例如凸緣7連接到地。
高功率晶體管在高頻時(shí)具有非常低的輸入和輸出阻抗。為了匹配這些在電路板5上的周圍電路，靠近有晶體管的有源芯片需要阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。通常，這樣的匹配電路利用接合線23、25、27、29和功率晶體管模塊1內(nèi)的電容器芯片11、13實(shí)現(xiàn)。接合線另外連接至從模塊1凸出以連接所述周圍電路的對(duì)接接點(diǎn)31、33，優(yōu)選由合金42制成。圖2中接合線25、27顯示在芯片的最上段。其它的每一個(gè)段經(jīng)由本身的接合線(未示出)連接。由于在模塊制造期間不易獲得緊密的公差，所以引起不同臨界電氣參數(shù)的不理想的變化。
模塊1可以由螺釘或螺冒固定在散熱器3上，然后，對(duì)接接點(diǎn)31、33以人工經(jīng)由焊縫35、37焊接到電路板5的周圍電路。凸緣7以及散熱器3典型地包括開(kāi)孔或凹口以接受安裝模塊1的螺釘或螺冒(未示出)。
在外電路板上實(shí)施外部阻抗匹配前，匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)阻抗施加額外的影響。晶體管芯片在模塊中的放置非常重要，因?yàn)樗梢杂绊懡雍暇€的長(zhǎng)度和形狀，并且從而影響阻抗匹配。接合線的長(zhǎng)度和形狀的確定很困難。
晶體管的低輸出阻抗是由晶體管芯片的電容與相對(duì)低的饋入電壓共同引起的。獲得與周圍電路的良好匹配的可能性受這些因素限制，還受功率晶體管模塊與電路板之間的導(dǎo)體(特別是接合線)中的電感限制。
因此，所需的阻抗匹配必須在電路板上的功率晶體管模塊內(nèi)部和外部都實(shí)施。晶體管模塊特性的改變，如電路板尺寸的改變和組件的布置，將意味著包括該組件的功率放大器必須在功能上加以修改，以達(dá)到最佳性能。但是，通過(guò)修改均衡公差并不是制造商所理想的。然而，不加修改的制造將很少能提供最佳的性能，而只能導(dǎo)致拋棄晶體管模塊。
此外，上述高功率晶體管模塊無(wú)法與電路板上的其它經(jīng)表面焊接的電路表面焊接(即機(jī)器焊接)在一起并且然后用螺釘固定到散熱器上，因?yàn)樵诼葆敂Q緊期間，有機(jī)械應(yīng)力作用于模塊上。該應(yīng)力經(jīng)過(guò)對(duì)接接點(diǎn)直接轉(zhuǎn)移到焊縫，從而使焊縫受損，即這些焊縫將斷裂。因此，晶體管必須由人工焊接，這樣又費(fèi)時(shí)，成本又高，而且會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)的較大差異。
由于非常堅(jiān)固的對(duì)接接點(diǎn)，由溫度改變引起的移動(dòng)將直接影響模塊與電路板之間的焊縫。在這樣的應(yīng)力期間，焊接將變形和松脫，從而導(dǎo)致重合位移。當(dāng)這種情況多次發(fā)生時(shí)，焊縫就會(huì)開(kāi)始斷裂，這是運(yùn)行期間的主要故障源。放大器的壽命將只有5-10年，而不是期望的30年。
現(xiàn)有的用于晶體管的膜盒優(yōu)選具有一個(gè)金屬凸緣和陶瓷隔離器。由于純機(jī)械的原因，凸緣和隔離器必須有一定的厚度，因此，晶體管模塊比電路板(通常為0.8mm)厚。因此，必須在散熱器中磨出一個(gè)凹口以降低晶體管模塊的凸緣，見(jiàn)圖1。這樣會(huì)增加制造成本，并可能使凹口底部不規(guī)則。這樣的不規(guī)則安裝表面在螺釘擰緊時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膜盒彎曲的危險(xiǎn)，從而會(huì)導(dǎo)致芯片斷裂。此外，冷卻也變壞。
在這方面，本發(fā)明的一個(gè)特殊的目的是提供一種功率晶體管模塊，該種模塊可以減少焊縫的持久應(yīng)力的問(wèn)題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種功率晶體管模塊，該種模塊可以機(jī)器焊接至電路板。
通過(guò)以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目的將會(huì)更加明顯。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種功率晶體管模塊，包括一個(gè)支撐裝置、一個(gè)安裝在其上的功率晶體管芯片、從支撐裝置凸出以供外部連接的外部電氣連接、以及連接在所述晶體管芯片和所述外部連接之間的內(nèi)部電氣連接。功率晶體管的至少一個(gè)外部電氣連接根據(jù)本發(fā)明包括一個(gè)柔性薄片之上的第一導(dǎo)體圖案。
優(yōu)選地，具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片機(jī)器焊接在安裝在散熱器上的電路板上。在這方面，柔性薄片可以包括在焊接接點(diǎn)處用于自動(dòng)焊接的通過(guò)孔，該通過(guò)孔在焊接期間，作為從焊藥產(chǎn)生的溶劑氣體的通風(fēng)口，使得在薄片與電路板之間的焊縫中不存在氣泡。
功率晶體管模塊優(yōu)選由螺釘或螺冒固定在散熱器上，且具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片有足夠的彈性，從而基本上可以消除有導(dǎo)體圖案的薄片與電路板之間的焊縫中的應(yīng)力和塑化。
柔性薄片優(yōu)選由彈性聚合體制造，例如聚酰亞胺，每個(gè)導(dǎo)體圖案至少在該薄片的一個(gè)表面上優(yōu)選通過(guò)印刷或蝕刻形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括上述類型的功率晶體管模塊的功率放大器。
本發(fā)明的另一目的是提供制造該功率放大器的方法。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造功率放大器的方法包括以下步驟(1)制造一個(gè)具有支撐裝置的功率晶體管模塊，其上安排一個(gè)功率晶體管芯片，外部電氣連接從支撐裝置凸出，內(nèi)部電氣連接連接在該晶體管芯片與該外部連接之間，所述外部電氣連接包括安排在柔性薄片上的第一導(dǎo)體圖案，(2)將所述導(dǎo)體圖案電氣連接到裝在散熱器上的電路板，及(3)在所述散熱器上安裝所述功率晶體管模塊此外，還提供根據(jù)本方法制造的功率放大器。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，它可以為功率晶體管模塊和功率放大器提供改進(jìn)的運(yùn)行可靠性和較長(zhǎng)的壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)較快、較便宜且更可靠的制造方法。
通過(guò)以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳述，可以清楚理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)裝在散熱器上并電氣連接到一個(gè)電路板上的功率晶體管模塊的剖面圖。
圖2是圖1中的功率晶體管模塊包括的晶體管芯片的示意布局圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，裝在散熱器上并且電氣連接到電路板的一種功率晶體管模塊的示意剖面圖。
圖4是包含在圖3所示的創(chuàng)造性功率晶體管模塊中的晶體管芯片上的電氣連接的局部放大的剖面圖。
圖5是從上方看，圖4所示的晶體管芯片上的電氣連接的局部放大的示意圖。
圖6是從上方看，包含在根據(jù)本發(fā)明的功率晶體管模塊中的晶體管芯片上的電氣連接和電氣匹配電路的示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例安裝在散熱器上且電氣連接至電路板上的功率晶體管模塊的剖面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的功率晶體管模塊的一個(gè)細(xì)節(jié)的剖面圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例安裝在散熱器上且電氣連接至電路板上的功率晶體管模塊的剖面圖。
圖10是圖9所示剖面圖的局部放大。
圖11a和11b是從上方看一種晶體管芯片的局部布局，和該晶體管芯片上的電氣連接的剖面圖，所述晶體管芯片包括在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的功率晶體管模塊中。
圖12a和12b是從上方看一種晶體管芯片的局部布局，和該晶體管芯片上的電氣連接的剖面圖，所述晶體管芯片包括在根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的功率晶體管模塊中。
優(yōu)選實(shí)施例在下面的說(shuō)明中，為說(shuō)明而不是限制的目的，闡述了一些具體的細(xì)節(jié)，如特殊的應(yīng)用、技術(shù)、方法等，以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一定明白，本發(fā)明可以用不同于這些細(xì)節(jié)的其它方案實(shí)施。在其它情況下，省略了對(duì)公知的方法、器件或電路的詳細(xì)描述，以便不至于因?yàn)椴槐匾募?xì)節(jié)而導(dǎo)致本發(fā)明說(shuō)明書的不清楚。
下面參考圖3說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例，圖中以剖面圖顯示了裝在散熱器103上且電氣連接到電路板105的功率晶體管模塊101。
該創(chuàng)造性的晶體管模塊101包括基本上是矩形的導(dǎo)電導(dǎo)熱底板或凸緣107，該底板或凸緣107優(yōu)選為金屬材料，更優(yōu)選為銅，在其上表面安裝有一個(gè)晶體管芯片109，典型地還安裝有第一111以及第二113電容芯片。此外，模塊101還包括一個(gè)絕緣壁裝置或隔離器115，沿著凸緣107的邊緣安裝在該凸緣的上表面，使得凸緣可以圍繞所述芯片，還有一個(gè)蓋子117連接在隔離器115上。隔離器115優(yōu)選由聚合材料制成，并做得非常薄。
芯片最好焊在凸緣107上，特別是要用金-錫焊接，隔離器可以粘在凸緣107上。
晶體管芯片109典型地是LDMOS芯片，包括一列并聯(lián)的段，每一段包括大量并聯(lián)的晶體管單元，如圖2所示的布局。晶體管芯片傳遞至少1瓦輸出功率，優(yōu)選為從幾瓦到幾百瓦。晶體管芯片應(yīng)該運(yùn)行在射頻區(qū)域，優(yōu)選從幾百M(fèi)Hz到幾GHz。
此外，根據(jù)本發(fā)明，有一個(gè)電氣連接，最好為低電感，位于晶體管芯片109與電路板上的電路之間。該連接實(shí)現(xiàn)為一種柔性和彈性薄片120，即所謂“flex-foil”，最好是聚合材料，如聚酰亞胺，其上安排有導(dǎo)電圖案。晶體管芯片109和電容器芯片111及113上的電氣連接利用金凸起122、124、126通過(guò)熱壓縮接合來(lái)實(shí)現(xiàn)。或者，所述連接通過(guò)金-錫焊接實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)另一備選方案，芯片首先安裝在散熱器上，然后，柔性薄片通過(guò)所述接合或焊接裝在芯片上，而另一個(gè)備選方法包括先將芯片安裝在柔性薄片上，然后，芯片通過(guò)粘貼或焊接裝在散熱器上。在芯片與薄片連接期間，可能獲得自校正效應(yīng)，即受熱的金凸起的毛細(xì)力量可以將芯片“牽引”至正確的位置。
在模塊101中，柔性薄片120用來(lái)作為內(nèi)部連接，該薄片120從模塊101中凸出，因此，它還形成電路板105上的電路的外部連接131、133。在這一方面，模塊101的外部連接131、133通過(guò)焊縫135、137焊接到電路板105的周圍電路，在該電路板上同時(shí)還有其它機(jī)器焊接在進(jìn)行。然后，模塊101以傳統(tǒng)的方式，用螺釘固定在散熱器103上(圖3中未示出)。
薄片120有足夠的彈性以消除(承受)部分在模塊101安裝時(shí)和部分由于溫度改變所產(chǎn)生的力，從而避免了焊縫135、137中的錫的變形和松脫。這就意味著模塊101可以在連接131和133焊接后安裝在散熱器103上，并且焊縫的壽命和功率晶體管模塊的壽命將顯著延長(zhǎng)。
柔性薄片120可粘結(jié)安裝在隔離器115和蓋子117之間。在這一方面，隔離器或蓋子可以包括用于薄片(未示出)的凹口，而在薄片的厚度小于粘合劑的厚度的情況下，則不需要凹口。象隔離器一樣，蓋子最好由聚合材料制成，特別是聚合體，該聚合體在高達(dá)300℃的高溫下都具有抗熱性。
在凸緣107和散熱器103之間可以存在熱糊138，以增強(qiáng)它們之間的熱接觸。
通過(guò)使用具有導(dǎo)體圖案的柔性薄片，而不用接合線23、25、27、29和連接器接點(diǎn)31、33，可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，如下所述。
參考圖4，安裝在薄片120底側(cè)的電氣連接器128的局部放大的剖面圖簡(jiǎn)略示于圖中，所述電氣連接器通過(guò)使用金凸起124的熱壓縮接合連接到圖3所示的晶體管芯片109。
薄片120由彈性聚合體組成，如聚酰亞胺。電氣連接器128最好是金屬導(dǎo)體圖案，印刷或蝕刻在薄片120上?；蛘弑∑?20本身可以為導(dǎo)電材料。
圖5顯示圖3中的晶體管芯片109上的幾個(gè)電氣連接從上方看時(shí)的局部放大略圖。其中可見(jiàn)導(dǎo)體圖案128，優(yōu)選地連接到晶體管芯片109(用于每一段晶體管單元的一個(gè)連接)的漏極連接，還可見(jiàn)到導(dǎo)體圖案130，優(yōu)選地連接到晶體管芯片109(用于每一段晶體管單元的一個(gè)連接)的柵極連接。注意，導(dǎo)體圖案128、130安裝在上述柔性薄片上(圖5未示出)。但是，圖中示出金凸起124，通過(guò)提供高溫和高壓或通過(guò)焊接，該凸起提供晶體管芯片109和導(dǎo)體圖案之間的電氣和機(jī)械連接。
通過(guò)提供寬連接器(比對(duì)應(yīng)的接合線寬得多)，可以獲得低電阻和低電感的連接，所述寬連接器還可以在靠近芯片109的地方彼此連接。此外，外部連接(圖3中的131和133)最好包括寬連接器。
圖6顯示從上方看，至晶體管芯片109的電氣連接和根據(jù)本發(fā)明的晶體管芯片109附近的電氣阻抗匹配電路。其中示出用于漏極連接的導(dǎo)體圖案228和用于柵極連接的圖案230。
柔性薄片上的金屬圖案可以是雙面式，這樣可以提供直接在薄片上實(shí)現(xiàn)集成組件，如電感和電容，的極大可能性。這些集成組件可以構(gòu)成功率晶體管模塊(輸入側(cè)在230和輸出側(cè)在228)的部分阻抗匹配，并且通過(guò)在芯片109附近執(zhí)行該匹配，可以獲得極大的優(yōu)點(diǎn)。
上述電感便利地包括并聯(lián)電感或所謂調(diào)諧短線。
此外，上述電感和電容可用激光調(diào)整(如果薄片中的聚合體抗拒溫度；在其它情況下，聚合體可以在選定的區(qū)域被蝕刻掉)，從而有可能在功能上調(diào)整組件，從而消除或至少減少參數(shù)變化。也可能實(shí)現(xiàn)不同類型的反饋，而相位變化較低且可控，如反相反饋和平衡輸出。
圖6顯示具有電容250、252、254和電感256的柔性薄片上的導(dǎo)體圖案的實(shí)例。此外，還示出上述可調(diào)節(jié)的支路的實(shí)例，包括電容252的支路258和電感256的支路260。應(yīng)當(dāng)注意，圖6僅僅說(shuō)明一個(gè)例子。阻抗匹配電路可能復(fù)雜得多，并包括多個(gè)層型結(jié)構(gòu)的集成組件，這種層型結(jié)構(gòu)具有任意層數(shù)(分別為導(dǎo)體層和介質(zhì)層)。
圖7顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，裝在散熱器103上且與電路板105電氣連接的功率晶體管模塊301的剖面圖。
有可能直接在薄片的圖案上實(shí)現(xiàn)全部的必要阻抗匹配，在這種情況下，功率晶體管模塊可能只需要包括一個(gè)晶體管芯片、一個(gè)柔性薄片120和一個(gè)凸緣307。這樣的凸緣307方便地具有與芯片有良好配合的凹口340，從而可以簡(jiǎn)化芯片的安裝。凹口340處于橫向位置以用于芯片109的橫向校正，其深度基本上等于或稍大于芯片109的厚度。在這一方面，隔離器107也可以省略。在這樣的情況下，最好導(dǎo)體圖案只安裝在芯片109之外薄片120的上側(cè)，使得薄片120本身構(gòu)成與導(dǎo)電凸緣307的隔離。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的功率晶體管模塊401剖面圖的細(xì)節(jié)。此處，導(dǎo)電凸緣407具有向上凸出的邊緣470，該邊緣最好具有類似于圖3所示隔離器117的外形。在此實(shí)施例中，導(dǎo)體圖案最好也只安排在芯片109之外的薄片120上側(cè)，使得薄片120本身構(gòu)成與導(dǎo)電凸緣307的隔離。但是，應(yīng)當(dāng)理解，如果在導(dǎo)體圖案與凸緣之間應(yīng)用絕緣粘合劑，或如果需要至凸緣的電接觸，則導(dǎo)體圖案可以在底側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，功率晶體管模塊的厚度最好顯著小于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的模塊的厚度(比較圖3、7、8與圖1)。模塊(不包括蓋子)的厚度最好在電路板105的厚度范圍內(nèi)。在這種情況下，散熱器中不需要凹口。
圖9和10分別顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例安裝在散熱器103上，并且與電路板105電氣連接的功率晶體管模塊501的剖面圖及其局部放大圖。
與圖3所示的實(shí)施例相比，唯一的不同在于功率晶體管模塊501包括柔性薄片520，該柔性薄片520具有穿過(guò)薄片520的通過(guò)孔536，導(dǎo)體圖案位于電路板105的焊接位置534。
這些通過(guò)孔536作為由焊藥產(chǎn)生的溶劑氣體的通風(fēng)口，使得焊縫537中沒(méi)有氣孔。上述通過(guò)孔還提供經(jīng)過(guò)薄片520的更好導(dǎo)熱，使得用烙鐵進(jìn)行修理或增強(qiáng)的焊接更容易。
晶體管芯片109一般是LDMOS芯片，見(jiàn)圖2，包括一列段，每段包括多個(gè)并聯(lián)的晶體管單元。所需輸出功率越高，需要并聯(lián)的段就越多，這樣會(huì)導(dǎo)致不合適的比例，因?yàn)榫w管將變得很寬。到目前為止，還無(wú)法在每個(gè)段中增加晶體管單元的數(shù)目，因?yàn)楹茈y在不同的晶體管單元之間均勻分配電流。
通過(guò)采用根據(jù)本發(fā)明的具有金屬圖案的柔性薄片，每個(gè)晶體管段不必限于僅有一個(gè)連接點(diǎn)，而可能實(shí)現(xiàn)在幾個(gè)點(diǎn)上的連接。這樣做可以改善晶體管的性能，因?yàn)槿肟谶B接器的寬度可以減小，這意味著較小的寄生電容。因?yàn)樽钔饷娴膯卧侵鲃?dòng)單元，所以功率分配會(huì)更均勻。
圖11a和11b說(shuō)明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的每一晶體管段三個(gè)連接點(diǎn)的實(shí)例。圖11a顯示從上方看，晶體管芯片609的局部布局圖，其中每個(gè)晶體管段三個(gè)連接襯墊619用于段的柵極，每個(gè)晶體管段三個(gè)連接襯墊621用于段的漏極。圖11b顯示安排在薄片120上的導(dǎo)體圖案628與晶體管芯片609之間的電氣連接624的剖面圖。
通過(guò)使用柔性薄片可以獲得的進(jìn)一步改進(jìn)是可以使整個(gè)晶體管芯片更寬，因?yàn)榭梢岳酶嗟倪B接點(diǎn)。
圖12a顯示從上方看晶體管芯片709的局部布局略圖，其中每段有五個(gè)連接點(diǎn)或襯墊(719表示晶體管柵極的連接襯墊，721表示其漏極的連接襯墊)。圖12b顯示每晶體管段(在最上面的段的漏極與安排在薄片120上的導(dǎo)體圖案728之間)五個(gè)電氣連接724的剖面圖，所述晶體管芯片包括在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的功率晶體管模塊中。注意，本發(fā)明可使功率晶體管芯片具有每段任意數(shù)目的連接點(diǎn)。
此外，通過(guò)例如適當(dāng)安排的金凸起，晶體管單元的源極可以連接在晶體管芯片的上側(cè)(而不是連接在散熱器的底側(cè))，所述金凸起連接到安排在柔性薄片上的導(dǎo)體。這些導(dǎo)體最好包括接地平面，該接地平面安排在例如柔性薄片的頂部，但是也可以安排在其它部位。
還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以用于制造包括大型復(fù)雜電路的功率放大器或功率晶體管模塊，其中級(jí)聯(lián)的多個(gè)晶體管芯片安排在單個(gè)模塊或多模塊系統(tǒng)中的一個(gè)電路板上。在每一種情況下，都可以獲得復(fù)雜的多芯片系統(tǒng)，其中，用柔性薄片作為線路。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括以下各點(diǎn)功率晶體管模塊可以與其它組件一起機(jī)器焊接(表面焊接)于電路板上，因?yàn)樵陔S后用螺釘或螺冒固定在散熱器上時(shí)，柔性薄片將抗拒機(jī)械應(yīng)力。
利用具有金屬圖案的柔性及彈性薄片，如至電路板的連接器接點(diǎn)，可以減少焊縫的重復(fù)應(yīng)力問(wèn)題。
模塊的厚度可以減小，因而散熱器不需要凹口。
與使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的接合線相比，可以顯著降低串聯(lián)電感(和電阻)。
有極大的可能性在功率晶體管模塊內(nèi)部實(shí)施復(fù)雜的阻抗匹配。
有可能設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并從而安排可調(diào)整的電感和電容，以期降低根據(jù)本發(fā)明制造模塊時(shí)發(fā)生的參數(shù)變化。
對(duì)晶體管模塊內(nèi)部的分立電容和安裝段的任何需求都將減少。
還提供下列優(yōu)點(diǎn)通過(guò)更好的電流電阻制造芯片的最佳可能性，減少了金屬性漂移的危險(xiǎn)，更低的內(nèi)部電容和更寬的晶體管芯片。
此外，可以獲得進(jìn)一步的可能性，利用適當(dāng)安排的金凸起將晶體管單元的源極連接到晶體管芯片的上側(cè)，金凸起以安排在柔性薄片上的接地平面的形式連接至連接器。
此外，能夠設(shè)計(jì)和構(gòu)造包括大型復(fù)雜電路的功率放大器或功率晶體管模塊，所述大型復(fù)雜電路包括多個(gè)級(jí)聯(lián)耦合的晶體管芯片。
本發(fā)明當(dāng)然不限于以上描述的和示于附圖中的實(shí)施例，而是可以在附加的權(quán)利要求的范疇之內(nèi)進(jìn)行修改。特別是本發(fā)明不限于所述的材料、幾何圖形、尺寸或結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于射頻應(yīng)用的功率晶體管模塊(101、301、401、501)，特別用于無(wú)線電基站中或電視或無(wú)線電地面發(fā)射器中的放大器級(jí)，其中所述功率晶體管模塊包括一個(gè)支撐裝置(107、115、307、407)、一個(gè)安排在其上的功率晶體管芯片(109、609、709)、從所述支撐裝置凸出用于外部連接的外部電氣連接(131、133、533)、以及連接在所述晶體管芯片與所述外部連接之間的內(nèi)部電氣連接，其特征在于至少一個(gè)所述外部電氣連接包括安排在柔性薄片(120、520)上的一個(gè)導(dǎo)體圖案。
2.如權(quán)利要求1的功率晶體管模塊，其中具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(120、520)機(jī)器焊接在電路板(105)上，所述電路板安裝在散熱器上。
3.如權(quán)利要求2的功率晶體管模塊，其中具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(520)包括在焊接處(534)的通過(guò)孔(536)，供機(jī)器焊接之用。
4.如權(quán)利要求2或3的功率晶體管模塊，其中模塊連接在散熱器(103)上，特別是由螺釘或螺冒固定，且具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(120、520)具有足夠的彈性，以便基本消除具有導(dǎo)體圖案的薄片和電路板之間的焊縫(135、137、537)內(nèi)部的應(yīng)力和變形。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(120、520)機(jī)械地，特別是通過(guò)粘結(jié)，連接到支撐裝置(107、115、307、407)。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中安排在柔性薄片(120)上的第一導(dǎo)體圖案包括一個(gè)寬導(dǎo)體，以實(shí)現(xiàn)與電路板的低電感低電阻連接。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中至少一個(gè)所述內(nèi)部電氣連接包括安排在柔性薄片(120)上的第二導(dǎo)體圖案(128、228、628、728)。
8.如權(quán)利要求7的功率晶體管模塊，其中第二導(dǎo)體圖案(128、228、628、728)通過(guò)焊接，特別是金-錫焊接，或熱壓縮接合，特別是利用金凸起(124、624、724)，連接到功率晶體管芯片(109、609、709)。
9.如權(quán)利要求7或8的功率晶體管模塊，其中第二導(dǎo)體圖案(128、228、628、728)包括寬導(dǎo)體，以實(shí)現(xiàn)與功率晶體管芯片(109、609、709)的低電感低電阻連接。
10.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中第二導(dǎo)體圖案包括一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(228)，特別靠近所述功率晶體管芯片(109)。
11.如權(quán)利要求10的功率晶體管模塊，其中阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括電容(254)和/或電感(256)。
12.如權(quán)利要求11的功率晶體管模塊，其中，為較少參數(shù)變化的目的，至少一些電容和/或一些電感包括可調(diào)整的，特別是激光可調(diào)整的支路(260)，用于調(diào)整所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
13.如權(quán)利要求7-12任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中所述功率晶體管芯片是LDMOS(橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物)晶體管芯片，具有一列并聯(lián)的段，每段包括多個(gè)并聯(lián)晶體管單元。
14.如權(quán)利要求13的功率晶體管模塊，其中每段包括柵極連接襯墊(19)和漏極連接襯墊(21)，所有漏極連接襯墊(21)都連接到所述第二導(dǎo)體圖案(128、228、628、728)，所述第二導(dǎo)體圖案連接到所述第一導(dǎo)體圖案以便進(jìn)一步連接到電路板。
15.如權(quán)利要求14的功率晶體管模塊，其中所有柵極連接襯墊(19)都連接到第三導(dǎo)體圖案(130、230)，所述第三導(dǎo)體圖案連接到第四導(dǎo)體圖案以便進(jìn)一步連接到電路板(105)，其中，所述第三和第四導(dǎo)體圖案安排在所述柔性薄片(120、520)上。
16.如權(quán)利要求15的功率晶體管模塊，其中每段包括多個(gè)柵極連接襯墊(619、719)和多個(gè)漏極連接襯墊(621、721)，其中，每段中的多個(gè)漏極連接襯墊連接到所述第二導(dǎo)體圖案(128、228、628、728)，而其中每段中的多個(gè)柵極連接襯墊連接到所述第三導(dǎo)體圖案(130、230)。
17.如權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中支撐裝置(307)包括一個(gè)校正裝置，特別是一個(gè)凹口(340)，用于所述功率晶體管芯片的校正。
18.如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中支撐裝置(107、115、307、407)和電路板(105)的厚度基本相同。
19.如權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)的功率晶體管模塊，其中柔性薄片(120、520)為彈性聚合體，如聚酰亞胺，每一導(dǎo)體圖案(128、130、228、230、628、728)在所述薄片的至少一個(gè)表面上實(shí)現(xiàn)，最好是通過(guò)印刷或蝕刻形成。
20.一種功率放大器，特別用于無(wú)線電基站中或電視或無(wú)線電地面發(fā)射器中，其特征在于所述功率放大器包括權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所要求保護(hù)的功率晶體管模塊(101、301、401、501)。
21.一種方法，用于制造供射頻應(yīng)用的功率放大器，特別用于無(wú)線電基站中或電視或無(wú)線電地面發(fā)射器中，其特征在于以下步驟提供一個(gè)功率晶體管模塊(101、301、401、501)，它具有一個(gè)支撐裝置(107、115、307、407)、一個(gè)安排在其上的功率晶體管芯片(109、609、709)、從所述支撐裝置凸出的外部電氣連接(131、133)、以及連接在所述晶體管芯片與所述外部連接之間的內(nèi)部電氣連接，其中所述外部電氣連接包括安排在柔性薄片(120、520)上的第一導(dǎo)體圖案；將所述導(dǎo)體圖案電氣連接到安裝在散熱器(103)上的電路板(105)；及將所述功率晶體管模塊固定在所述散熱器上。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(120、520)機(jī)器焊接到電路板(105)上，最好是與電路板上應(yīng)該機(jī)器焊接的其它組件一起焊接。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(520)在焊接之前在其焊接處(534)備有通過(guò)孔(536)，該通過(guò)孔在焊接期間作為焊藥產(chǎn)生的溶劑氣體的通風(fēng)口，從而使得薄片與電路板之間的焊縫(537)不會(huì)產(chǎn)生氣泡。
24.如權(quán)利要求22或23的方法，其中功率晶體管模塊(101、301、401、501)最好在機(jī)器焊接步驟之后以螺釘或螺冒固定在散熱器(103)上，具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(120、520)被做成具有足夠的柔性，以便基本上消除薄片與電路板之間的焊縫(135、137、537)的內(nèi)部應(yīng)力和變形。
25.如權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)的方法，其中具有第一導(dǎo)體圖案的柔性薄片(120、520)機(jī)械連接到支撐裝置(115、307、407)，特別是通過(guò)粘結(jié)。
26.如權(quán)利要求21-25中任一項(xiàng)的方法，其中第一導(dǎo)體圖案由寬導(dǎo)體形成，以便實(shí)現(xiàn)與電路板(105)的低電感低電阻連接。
27.如權(quán)利要求21-26中任一項(xiàng)的方法，其中所述內(nèi)部電氣連接以第二導(dǎo)體圖案(128、130、228、230、628、728)的形式形成于所述柔性薄片(120、520)之上。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中所述第二導(dǎo)體圖案(128、130、228、230、628、728)通過(guò)焊接，特別是金-錫焊接，或熱壓縮接合，特別是使用金凸起，連接到功率晶體管芯片。
29.如權(quán)利要求27或28的方法，其中所述第二導(dǎo)體圖案(128、130、228、230、628、728)用寬導(dǎo)體形成，以便實(shí)現(xiàn)與功率晶體管芯片(109、609、709)的低電感低電阻連接。
30.如權(quán)利要求27-29中任一項(xiàng)的方法，其中所述第二導(dǎo)體圖案?jìng)溆凶杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)(228、230)，特別位于所述功率晶體管芯片(109)的附近。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(228、230)用電容(250、252、254)和/或電感(256)設(shè)計(jì)。
32.如權(quán)利要求31的方法，其中，為較少參數(shù)變化的目的，至少一些電容(252)和/或一些電感(256)備有可調(diào)整的，特別是激光可調(diào)整的支路(258、260)，用于調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(228、230)。
33.如權(quán)利要求27-32中任一項(xiàng)的方法，其中所述功率晶體管芯片被選擇為包括一個(gè)具有一列并聯(lián)段的LDMOS(橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物)晶體管芯片，每個(gè)段包括并聯(lián)的大量晶體管單元。
34.如權(quán)利要求33的方法，其中每段包括柵極連接襯墊(19)和漏極連接襯墊(21)，所有漏極連接襯墊(21)都連接到所述第二導(dǎo)體圖案(128、228、628、728)，所述第二導(dǎo)體圖案連接到所述第一導(dǎo)體圖案以便進(jìn)一步連接到電路板。
35如權(quán)利要求34的方法，其中所有柵極連接襯墊(19)都連接到第三導(dǎo)體圖案(130、230)，所述第三導(dǎo)體圖案連接到第四導(dǎo)體圖案以便進(jìn)一步連接到電路板(105)，所述第三和第四導(dǎo)體圖案安排在所述柔性薄片(120、520)上。
36.如權(quán)利要求35的方法，其中每段包括多個(gè)柵極連接襯墊(619、719)和多個(gè)漏極連接襯墊(621、721)，每段中的多個(gè)漏極連接襯墊連接到所述第二導(dǎo)體圖案(128、228、628、728)，而每段中的多個(gè)柵極連接襯墊連接到所述第三導(dǎo)體圖案(130、230)。
37.如權(quán)利要求21-36中任一項(xiàng)的方法，其中支撐裝置(307)備有一個(gè)校正裝置，特別是一個(gè)凹口(340)，用于所述功率晶體管芯片的校正。
38.如權(quán)利要求21-37中任一項(xiàng)的方法，其中將支撐裝置(107、115、307、407)和電路板(105)的厚度做成基本相同。
39.如權(quán)利要求31-38中任一項(xiàng)的方法，其中柔性薄片(120、520)用彈性聚合體制成，如聚酰亞胺，每一導(dǎo)體圖案(128、130、228、230、628、728)在所述薄片的至少一個(gè)表面上形成，最好是通過(guò)印刷或蝕刻形成。
40.一種功率放大器，特別用于無(wú)線電基站中或電視或無(wú)線電地面發(fā)射器中，其特征在于散熱器(103)；電路板(105)，固定在所述散熱器上；和具有支撐裝置(107、115、307、407)的功率晶體管模塊(101、301、401、501)，安排在其上的功率晶體管芯片(109、609、709)，從所述支撐裝置凸出的外部電氣連接(131、133)，以及連接在所述晶體管芯片與所述外部連接之間的內(nèi)部電氣連接，至少一個(gè)所述外部電氣連接包括安排在柔性薄片(120、520)上的第一導(dǎo)體圖案，其中所述功率晶體管模塊安裝在所述散熱器上；且所述安排在柔性薄片上的導(dǎo)體圖案連接到所述電路板(105)。
41.如權(quán)利要求40的功率放大器，其中每個(gè)所述外部電氣連接包括安排在所述柔性薄片上的相應(yīng)的導(dǎo)體圖案；且每個(gè)安排在所述柔性薄片上的所述導(dǎo)體圖案電氣連接到所述電路板(105)。
42.如權(quán)利要求40或41的功率放大器，其中連接在所述晶體管芯片與所述外部連接之間的每個(gè)所述內(nèi)部連接包括安排在所述柔性薄片上的其它相應(yīng)的導(dǎo)體圖案。
43.如權(quán)利要求42的功率放大器，其中每個(gè)所述內(nèi)部電氣連接包括一個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(228、230)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率晶體管模塊(101、301、401、501)，用于射頻應(yīng)用，特別是用于無(wú)線電基站中或用于電視或無(wú)線電地面發(fā)射器中的放大器級(jí)，其中所述功率晶體管模塊包括支撐裝置(107、115、307、407)、安排在其上的功率晶體管芯片(109、609、709)、從所述模塊凸出的外部電氣連接(131、133、533)、以及連接在所述晶體管芯片與所述外部連接之間的內(nèi)部電氣連接，其中，至少一個(gè)所述外部電氣連接包括安排在柔性薄片(120、520)上的第一導(dǎo)體圖案。本發(fā)明還包括一種包含所述功率晶體管模塊的功率放大器、一種制造功率放大器的方法，其中所述模塊電氣連接到固定在散熱器(103)上的電路板(105)上，并安裝在所述散熱器上，最后，本發(fā)明還包括根據(jù)該方法制造的功率放大器。
文檔編號(hào)H03F3/24GK1409873SQ00817219
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2000年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者L·－A·奧洛夫松, B·阿爾 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司