具有內部穩定性網絡的rf電晶體封裝以及形成具有內部穩定性網絡的rf電晶體封裝的方法
2023-06-15 21:01:51
專利名稱：具有內部穩定性網絡的rf電晶體封裝以及形成具有內部穩定性網絡的rf電晶體封裝的方法
技術領域：
本發明總體上涉及RF電晶體，並且更具體地本發明涉及具有輸入匹配網絡的封裝的RF電晶體以及形成具有輸入匹配網絡的封裝的RF電晶體的方法。
背景技術：
封裝的RF功率器件一般包括安裝在基底上並被包封在封裝中的電晶體管芯。RF輸入信號通過從該封裝外部延伸到該封裝內部的RF輸入引線而被供應到電晶體，RF輸出信號通過從該封裝內部延伸到外部的RF輸出引線而從該器件被傳送。輸入匹配電路能夠被包括在該封裝內，並且能夠連接在RF輸入引線和RF電晶體的輸入端子之間。該輸入匹配電路提供在電晶體的基本工作頻率處在電晶體的輸入處的阻抗匹配。
RF電晶體能夠包括大外圍電晶體管芯，該管芯包括多個在公共襯底上且並聯連接的分立電晶體單元。輸入匹配可能對這樣的器件特別有利，因為它能夠提高器件的可用帶寬。然而，輸入匹配網絡一般包括單個電容器，其能夠在大外圍電晶體管芯的鄰近單元之間產生較低頻率反饋路徑。這種反饋路徑能夠降低整個器件的穩定性。 而且，輸入匹配網絡的元件的阻抗值必須被仔細選擇以避免產生奇模振蕩。阻抗值的選擇，包括選擇通過接合線長度的適當電感，會限制匹配網絡的拓撲。
發明內容
根據一些實施例的封裝的RF電晶體器件包括RF電晶體管芯，RF電晶體管芯包括多個RF電晶體單元。所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子。RF電晶體器件還包括RF輸入引線以及耦合在所述RF輸入引線和所述RF電晶體管芯之間的輸入匹配網絡。輸入匹配網絡包括具有相應輸入端子的多個電容器。電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子。 所述輸入網絡還可以包括在RF輸入引線和電容器的相應電容器的輸入端子之間的第一線接合(wire bond)以及在電容器的相應電容器的輸入端子和RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子之間的第二線接合。 封裝的RF電晶體器件還可以包括RF輸出引線，其耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的輸出端子；以及封裝，其容納(house)RF電晶體管芯和輸入匹配網絡，並且RF信號輸入引線和RF信號輸出弓I線從該封裝延伸。 封裝的RF電晶體器件還可以包括基底，並且RF電晶體管芯可以被安裝在RF輸入引線和RF輸出引線之間的基底上。所述多個電容器可以被提供為RF輸入引線和RF電晶體管芯之間的基底上的電容器塊。電容器塊可以包括公共地端子和多個分立輸入端子，並且還可以包括公共電介質。在一些實施例中，所述多個電容器包括多個分立器件。
根據進一步實施例的封裝的RF電晶體器件包括RF電晶體管芯，RF電晶體管芯包括多個RF電晶體單元。所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子。封裝的
4RF電晶體器件還包括RF輸入引線以及耦合在所述RF輸入引線和所述RF電晶體管芯之間的輸入匹配網絡。輸入匹配網絡包括分離電容器(split capacitor)，所述分離電容器具有多個輸入端子。分離電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子。 輸入網絡還可以包括在RF輸入引線和分離電容器的相應輸入端子之間的第一線接合以及在分離電容器的相應輸入端子和RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子之間的第二線接合。 封裝的RF電晶體器件還可以包括RF輸出引線，其耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的輸出端子；以及封裝，其容納RF電晶體管芯和輸入匹配網絡，並且RF信號輸入引線和RF信號輸出弓I線從該封裝延伸。 封裝的RF電晶體器件還可以包括基底，並且RF電晶體管芯可以被安裝在RF輸入引線和RF輸出引線之間的基底上。分離電容器可以在RF輸入引線和RF電晶體管芯之間的基底上。分離電容器還可以包括公共地端子和/或公共電介質。 本發明的一些實施例提供形成封裝的RF電晶體器件的方法。該方法包括將包括多個RF電晶體單元的電晶體安裝在基底上。所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子。該方法還包括將具有相應輸入端子的多個電容器安裝在該基底上；將電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子；以及將RF輸入引線耦合到電容器的輸入端子。 所述方法還可以包括在基底上形成封裝外殼，該外殼包封所述電晶體和所述多個電容器，並且RF輸入引線從該封裝延伸。將RF輸入引線耦合到電容器的輸入端子可以包括在RF輸入引線和電容器的相應電容器的輸入端子之間形成第一線接合，並且將電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子可以包括在電容器的相應電容器的輸入端子和RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子之間形成第二線接合。
所述方法還可以包括將RF輸出引線耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的輸出端子；以及形成容納RF電晶體管芯和所述多個電容器的封裝外殼，並且RF信號輸入引線和RF信號輸出弓I線從該封裝延伸。 所述方法還可以包括將RF電晶體管芯安裝在RF輸入引線和RF輸出引線之間的基底上，並且安裝所述多個電容器可以包括將電容塊安裝在RF輸入引線和RF電晶體管芯之間的基底上。電容器塊可以包括公共地端子和多個分立輸入端子。電容器塊還可以包括公共電介質。在一些實施例中，所述多個電容器可以包括多個分立器件。
根據本發明的進一步實施例，封裝的RF電晶體器件包括包括多個RF電晶體單元的RF電晶體管芯，所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子；RF輸入引線和RF輸出引線；以及匹配網絡，其耦合在RF輸入引線或RF輸出引線與RF電晶體管芯之間。匹配網絡包括具有相應輸入端子的多個電容器。電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的對應控制端子或輸出端子。 在一些實施例中，匹配網絡包括耦合在RF輸出引線和RF電晶體管芯之間的輸出匹配網絡，並且電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的對應輸出端子。
附圖被包括以提供對本發明的進一步理解並且併入本申請並構成本申請的一部 分，所述
了本發明的(一個或多個)特定實施例。在附圖中
圖1是常規RF功率電晶體的功能框圖。 圖2A是根據本發明一些實施例的封裝的RF功率電晶體的透視圖。
圖2B是根據本發明一些實施例的封裝的RF功率電晶體的功能框圖。
圖3是根據本發明一些實施例的封裝的RF功率電晶體的示意性電路圖。
圖4是根據本發明一些實施例的封裝的RF功率電晶體的布局的平面圖。
圖5是根據本發明一些實施例的分離電容器的截面圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖在下文中更全面地描述本發明的實施例，在所述附圖中示出了本 發明的實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實現並且不應當解釋為限於本文所 闡述的實施例。相反，提供這些實施例以便本公開將是徹底且完整的，並且將向本領域技術 人員全面地傳達本發明的範圍。相似的數字自始至終指代相似的元件。 要理解，儘管術語第一、第二等等可以在本文中用來描述各種元件，但是這些元件 不應當受這些術語限制。這些術語僅用來區分一個元件與另一個元件。例如，第一元件可 以被稱作第二元件，並且類似地第二元件可以被稱作第一元件，而不偏離本發明的範圍。如 本文所用的，術語"和/或"包括相關所列項的一個或多個的任一和所有組合。
本文所用的術語是僅用於描述特定實施例的目的而不旨在限制本發明。如本文所 用的，單數形式"一"、"一個"和"該"旨在還包括複數形式，除非上下文另外明確指出。還要 理解，術語"包括"和/或"包含"在用於本文中時指定所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/ 或部件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/ 或其群組。 除非另外定義，本文所用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬 的領域的普通技術人員普遍理解的相同的意思。還要理解，本文所用的術語應當被解釋為 具有與其在本說明書和相關領域的上下文中的意思相一致的意思而不要以理想化或過度 正式的意義進行解釋，除非本文明確如此定義。 要理解，當元件被稱為"在另一個元件上"或"延伸到另一個元件上"時，其能夠直 接位於其他元件上或直接延伸到其他元件上或者也可以存在中間元件。相比而言，當元件 被稱為"直接在另一個元件上"或"直接延伸到另一個元件上"時，就不存在中間元件。還 要理解，當元件被稱為"連接"或"耦合"到另一個元件時，其能夠直接連接或耦合到其他元 件或者可以存在中間元件。相比而言，當元件被稱為"直接連接"或"直接耦合"到另一個 元件時，就不存在中間元件。 相對術語諸如"在...之下"或"在...之上"或"上"或"下"或"水平"或"橫向" 或"垂直"在本文中可以用來描述一個元件、層或區域相對另一個元件、層或區域的關係，如 圖中所示。要理解，這些術語旨在涵蓋器件除了圖中所示的定向之外的不同定向。
本發明的一些實施例提供封裝的RF功率電晶體。RF功率電晶體一般包括並聯操 作的多個電晶體單元。根據本發明實施例能夠被包括在封裝中的電晶體能夠包括橫向擴散的MOSFETS (LDM0SFET)或其他半導體器件，諸如雙極型器件、MESFET器件、HBT和HEMT 器件。這些電晶體能夠使用窄帶隙或寬帶隙半導體來製作。例如，這些電晶體能夠包括矽 LDMOS和/或雙極型電晶體、和/或III-V器件，諸如GaAs MESFET、 InGaP HBT、 GaN HEMT 器件、GaN雙極型電晶體等等。 提供10瓦或更大功率的RF功率電晶體能夠被封裝為分立器件，如圖1中以10示 意性所示。封裝的電晶體15(其例如可以包括FET或雙極型器件) 一般包括將RF輸入引 線14連接到電晶體15的控制電極(例如，FET的柵極G或雙極型電晶體的基極)的輸入匹 配電路12。電晶體15可以是包括並聯連接的多個電晶體單元的大外圍RF電晶體。RF輸 出引線18連接到電晶體15的輸出電極(例如，FET的漏極D或者雙極型電晶體的集電極 或發射極)。RF輸入引線14和RF輸出引線18延伸到該封裝10的外部，如圖1所示。FET 15的源極S可以接地。 封裝的電晶體10可以被安裝在印刷電路板(未示出)上。外部輸出匹配電路(未 示出)也可以被安裝在印刷電路板上。偏置/RF雙工器(diplexer)(未示出)可以連接到 該外部輸出匹配電路以將電晶體輸出連接到RF輸出。而且，DC電源(未示出)可以連接 到電晶體的RF輸出引線18。 內部匹配網絡已經被提供在RF功率電晶體封裝內，如圖l所示。然而，這樣的內 部匹配網絡一般包括單個電容器。如上面所解釋的，將電容器包括在器件封裝內可能在大 外圍電晶體管芯的鄰近單元之間產生較低頻率反饋路徑，這會降低整個器件的穩定性。
根據本發明的一些實施例，封裝RF電晶體的內部匹配網絡包括多個並聯電容器。 從所述多個電容器到多單元RF電晶體管芯的相應單元提供線接合連接。
例如，內部匹配網絡能夠包括在鄰近多單元RF電晶體管芯的封裝的基底上的分 離電容器和/或多個電容器。提供包括多個並聯電容器的輸入匹配網絡能夠減小和/或去 除(一個或多個)低頻反饋路徑，這能夠提高封裝器件的穩定性。 根據本發明一些實施例的封裝RF電晶體100大體示於圖2A中且示意性地示於圖 2B中。如其中所示，封裝的電晶體100包括延伸到該封裝外部的RF輸入引線14和RF輸出 引線18。 RF輸入引線14經過輸入匹配電路112連接到電晶體115的控制端子(諸如柵極 G)，所述電晶體115可包括並聯連接的多個電晶體單元。電晶體115的輸出端子(諸如漏 極D)連接到RF輸出引線18。根據一些實施例，輸入匹配電路包括多個電容器。輸入匹配 電路中的電容器的相應電容器可以耦合到RF電晶體115的相應電晶體單元。
根據本發明實施例的包括RF功率電晶體115和輸入匹配網絡112的封裝100的 示意性電路圖示於圖3中，並且根據本發明實施例的封裝100的物理布局示於圖4中。參 照圖3和4，封裝100包括RF電晶體115， RF電晶體115包括多個並聯電晶體單元15A-N。 儘管圖3示出了包括四個並聯單元15A、 15B、 15C和15N的RF電晶體115，但要明白，根據本 發明實施例，RF電晶體115能夠具有四個以上或小於四個的並聯單元。電晶體單元15A-N 的每一個包括控制或輸入端子和輸出端子。例如，在包括FET器件的實施例中，每個電晶體 單元包括柵極G、漏極D和源極S。在一些實施例中，柵極G對應於控制或輸入端子並且漏 極D對應於輸出端子，而源極S接地，如圖3所示。 輸入匹配網絡112連接在RF信號輸入引線14和電晶體單元15A-N的柵極G之 間。輸入匹配電路112可以包括多個電感線接合連接，其包括在RF信號輸入引線14和電
7容器塊136之間延伸的接合線；以及電感線接合連接，其包括從電容器塊136延伸到電晶體 15A-N的柵極的接合線。 輸入匹配網絡112包括多個輸入匹配電路12A到12N，每個匹配電路連接在RF信 號輸入引線14和RF電晶體115的相應單元15A-N之間。每個輸入匹配網絡12A-N包括第 一電感32A-N、第二電感34A-N以及電容器36A_N。如圖4所示，第一電感32A-N能夠由RF 輸入引線14和對應電容器36A-N的端子之間的線接合連接來提供。第二電感34A-N能夠 由對應電容器36A-N的端子和RF電晶體115的對應單元15A-N的輸入端子之間的線接合 連接來提供。 輸入匹配網絡的電晶體36A-N能夠被提供在能夠包括分立電容器器件和/或能夠 包括分離電容器的電容器塊136中，如圖5所示。參照圖5，電容器塊136能夠包括分離電 容器，該分離電容器包括在公共電介質44上提供的多個分立輸入端子38A到38N以及在基 底140上的公共地端子42，如圖4和5所示。連接RF輸入引線14到輸入端子38A-N的線 接合32A-N以及連接輸入端子38A-N到相應電晶體單元15A-N的輸入端子的線接合34A-N 也部分地示於圖5中。 在圖3和4所示的實施例中，電晶體單元15A到15N的輸出端子經過輸出匹配網 絡116連接到RF輸出引線18。輸出匹配網絡的設計在本領域中是眾所周知的，並且在此無 需進行詳細描述。 如圖4所示，電容器塊136能夠被安裝在鄰近電晶體15的封裝100的基底140上。 要明白，封裝100的基底能夠指代電晶體15被安裝在其上的任何結構構件，因而能夠對應 於襯底、法蘭盤(flange)、管芯載體等等。 儘管主要結合輸入匹配電路描述了本申請的實施例，但是本發明的實施例可以用 於輸出匹配電路(諸如圖3和4所示的輸出匹配電路116)中。例如，根據一些實施例，包 括圖5所示的分離電容器的電容器塊136可以被提供在輸出匹配電路116中。在這樣的實 施例中，每個電晶體單元15A-N的輸出端子(例如漏極D)可以例如經由電感性接合線耦合 到電容器塊136的電容器的對應輸入端子38A-N。輸入端子38A-N同樣可以例如經由電感 性接合線耦合到RF輸出引線18。電感性接合線的長度和電容器塊136中的電容器的電容 可以被選擇成在電晶體管芯115的輸出處提供適合的阻抗匹配。 而且，雖然主要結合包括單個電晶體管芯的封裝RF電晶體描述了本申請的實施 例，但是根據本發明的一些實施例，多個電晶體管芯ll可以被包括在單個封裝100中，並且 為電晶體管芯中的一個或多個提供包括多個電容器的電容器塊136。 根據本發明實施例的封裝RF功率電晶體可以用於其中穩定性是重要的各種應用 中。例如，根據本發明實施例的封裝功率電晶體可以應用於諸如WiMAX、WCDMA、CDMA和/或 包括將來(第四代)系統的其他系統之類的系統中。 一般而言，本發明的實施例可以用於 其中期望功率電晶體的穩定操作的任何應用中。 在附圖和說明書中，已經公開了本發明的典型實施例，並且儘管採用了特定術語， 但是它們僅在一般和描述性的意義上加以使用而不用於限制的目的，本發明的範圍在所附 權利要求中闡述。
權利要求
一種封裝的RF電晶體器件，包括RF電晶體管芯，其包括多個RF電晶體單元，所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子；RF輸入引線；以及輸入匹配網絡，其耦合在所述RF輸入引線和所述RF電晶體管芯之間，所述輸入匹配網絡包括具有相應輸入端子的多個電容器，其中所述電容器的輸入端子耦合到所述RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子。
2. 權利要求1的封裝的RF電晶體器件，其中所述輸入網絡還包括在RF輸入引線和電容器的相應電容器的輸入端子之間的第一線接合以及在電容器的相應電容器的輸入端子和RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子之間的第二線接合。
3. 權利要求1的封裝的RF電晶體器件，還包括RF輸出引線，其耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的輸出端子；以及封裝，其容納RF電晶體管芯和輸入匹配網絡，並且RF信號輸入引線和RF信號輸出引線從該封裝延伸。
4. 權利要求3的封裝的RF電晶體器件，還包括基底，其中RF電晶體管芯被安裝在RF輸入引線和RF輸出引線之間的基底上，且其中所述多個電容器被提供為RF輸入引線和RF電晶體管芯之間的基底上的電容器塊。
5. 權利要求4的封裝的RF電晶體器件，其中所述電容器塊包括公共地端子和多個分立輸入端子。
6. 權利要求5的封裝的RF電晶體器件，其中所述電容器塊還包括公共電介質。
7. 權利要求1的封裝的RF電晶體器件，其中所述多個電容器包括多個分立器件。
8. —種封裝的RF電晶體器件，包括RF電晶體管芯，其包括多個RF電晶體單元，所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子；RF輸入引線；以及輸入匹配網絡，其耦合在所述RF輸入引線和所述RF電晶體管芯之間，所述輸入匹配網絡包括分離電容器，所述分離電容器包括多個輸入端子，其中所述分離電容器的輸入端子耦合到所述RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子。
9. 權利要求8的封裝的RF電晶體器件，其中所述輸入網絡還包括在RF輸入引線和分離電容器的相應輸入端子之間的第一線接合以及在分離電容器的相應輸入端子和RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子之間的第二線接合。
10. 權利要求8的封裝的RF電晶體器件，還包括RF輸出引線，其耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的輸出端子；以及封裝，其容納RF電晶體管芯和輸入匹配網絡，並且RF信號輸入引線和RF信號輸出引線從該封裝延伸。
11. 權利要求10的封裝的RF電晶體器件，還包括基底，其中RF電晶體管芯被安裝在RF輸入引線和RF輸出引線之間的基底上，且其中分離電容器在RF輸入引線和RF電晶體管芯之間的基底上。
12. 權利要求8的封裝的RF電晶體器件，其中所述分離電容器還包括公共地端子。
13. 權利要求12的封裝的RF電晶體器件，其中所述分離電容器還包括公共電介質。
14. 一種形成封裝的RF電晶體器件的方法，包括將電晶體安裝在基底上，該電晶體包括多個RF電晶體單元，所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子；將具有相應輸入端子的多個電容器安裝在該基底上；將所述電容器的輸入端子耦合到所述RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子；以及將RF輸入引線耦合到所述電容器的輸入端子。
15. 權利要求14的方法，還包括在基底上形成封裝外殼，該外殼包封所述電晶體和所述多個電容器，並且RF輸入引線從該封裝延伸。
16. 權利要求14的方法，還包括其中將RF輸入引線耦合到電容器的輸入端子包括在RF輸入引線和電容器的相應電容器的輸入端子之間形成第一線接合，且其中將電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子包括在電容器的相應電容器的輸入端子和RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子之間形成第二線接合。
17. 權利要求14的方法，還包括將RF輸出引線耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的輸出端子；以及形成容納RF電晶體管芯和所述多個電容器的封裝外殼，並且RF信號輸入引線和RF信號輸出引線從該封裝延伸。
18. 權利要求17的方法，還包括將RF電晶體管芯安裝在RF輸入引線和RF輸出引線之間的基底上，且其中安裝所述多個電容器包括將電容器塊安裝在RF輸入引線和RF電晶體管芯之間的基底上。
19. 權利要求18的方法，其中所述電容器塊包括公共地端子和多個分立輸入端子。
20. 權利要求18的方法，其中所述電容器塊還包括公共電介質。
21. 權利要求14的方法，其中所述多個電容器包括多個分立器件。
22. —種封裝的RF電晶體器件，包括RF電晶體管芯，其包括多個RF電晶體單元，所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子；RF輸入引線和RF輸出引線；以及匹配網絡，其耦合在所述RF輸入引線或所述RF輸出引線與所述RF電晶體管芯之間，所述匹配網絡包括具有相應輸入端子的多個電容器，其中所述電容器的輸入端子耦合到所述RF電晶體單元的相應電晶體單元的對應控制端子或輸出端子。
23. 權利要求22的封裝的RF電晶體器件，其中所述匹配網絡包括耦合在RF輸出引線和RF電晶體管芯之間的輸出匹配網絡，且其中電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的對應輸出端子。
全文摘要
一種封裝的RF電晶體器件包括RF電晶體管芯，該RF電晶體管芯包括多個RF電晶體單元。所述多個RF電晶體單元的每個包括控制端子和輸出端子。RF電晶體器件還包括RF輸入引線以及耦合在所述RF輸入引線和所述RF電晶體管芯之間的輸入匹配網絡。輸入匹配網絡包括具有相應輸入端子的多個電容器。電容器的輸入端子耦合到RF電晶體單元的相應電晶體單元的控制端子。
文檔編號H01L23/64GK101785109SQ200880103953
公開日2010年7月21日 申請日期2008年6月2日 優先權日2007年6月22日
發明者D·法雷爾, S·伍德 申請人:克裡公司