用於電子模塊的封裝的製作方法
2023-04-23 04:34:21 2
專利名稱：用於電子模塊的封裝的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術，並特別涉及封裝和配置諸如高功率放大器的電子部件到電子模塊中。
背景技術：
蜂窩和個人通信系統市場持續走向諸如通用分組無線電業務(GPRS)、CDMA2000和寬帶CDMA(WCDMA)的第二代和第三代無線接口。為滿足這些市場的需求，無線射頻(例如400MHz到3GHz)高功率(例如30W到300W或更大)放大器(HPA)都被設計得更小，效率更高，成本更低並且更易於製造。HPA的功率增益、輸出功率、效率和線性度是影響這些通信系統的整體性能和成本效率的關鍵參數。
許多因素目前正對HPA電路的設計者們提出挑戰。這些因素包括熱管理，靜態電流和封裝寄生現象的控制，對非線性特性增益的補償作為輸入功率、溫度、和/或偏壓，以及阻抗匹配的函數。
為了避免對電子部件自身以及周圍元件的永久性傷害，產生相對大量熱量的電子部件，例如高功率放大器，典型地安裝在具有一個或多個有助於消散在電子部件運行期間產生的熱量的熱沉的封裝裡。
圖1A和1B示出了現有技術HPA封裝100的等距和橫截面視圖。HPA封裝100容納了一個利用6個集成電路(IC)晶片實現的高功率放大器，它們是2個輸入晶片102、2個放大器晶片104、以及2個輸出晶片106，其中晶片102a、104a、和106a是經由線接頭108串行電互連的，晶片102b、104b、和106b是經由其它的線接頭108串行電互連的，並且每個晶片可以包括成千個集成器件。例如，每個放大器晶片104典型地包括成千個並聯配置的電晶體。輸入晶片102也經由線接頭電連接到單個輸入導體110，而輸出晶片106經由線接頭電連接到單個輸出導體112。
在運行過程中，單個、低功率的電輸入信號在輸入導體110處被應用到HPA封裝100，該導體將輸入信號傳遞到輸入晶片102。輸入晶片102調節該輸入信號並將此經過調節的輸入信號應用到放大器晶片104。放大器晶片104放大該調節過的輸入信號，並且將生成的高功率信號應用到輸出晶片106。輸出晶片106調節該高功率信號並將該調節過的、高功率信號應用到輸出導體112，該導體給出該調節過的、高功率信號作為來自HPA封裝100的單個高功率電輸出信號。
在運行過程中，晶片102-106產生相對大量的熱量，這些熱量需要被從晶片上去除並消散，以避免損害到HPA封裝100內的元件以及HPA封裝100附近的其它部件。為了實現這種熱控制，例如利用導電並且導熱的焊接材料，將晶片102-106直接安裝到金屬載體114，以形成晶片/載體組件。除了起到將產生的熱量導離晶片的熱沉的作用，該導電金屬載體114還起到用於HPA封裝100的、為晶片提供基片電壓(例如，接地電壓或漏極電壓)的基礎導體的作用。
這個晶片/載體組件自身安裝在封裝體116之內以形成HPA封裝，該HPA封裝接著焊接安裝到具有熱輻射片(未示出)的金屬底板上。為了能夠經受住與將HPA封裝焊接安裝到金屬底板上相關的溫度，封裝體116典型地由耐熱陶瓷材料或高溫液晶聚合物材料製成。為了避免不同熱膨脹特性所造成的傷害，載體114典型地由諸如銅鎢合金的金屬製成，這種金屬的膨脹係數基本上與封裝體的陶瓷材料的膨脹係數相匹配。
儘管HPA封裝100的設計為HPA電路提供了熱管理，但卻不能滿足針對高功率放大器的其它設計目標，例如靜態電流和封裝寄生現象的控制，對非線性特性增益的補償作為輸入功率、溫度、和/或偏壓、以及阻抗匹配的函數。為了解決這些目標，HPA封裝100典型地安裝在包含設計用於提供這些功能的其它電子部件的電路板(CB)之上。
圖2示出了可能在單個電路板上實現的現有技術HPA系統200的框圖。HPA系統200有多個經由阻抗匹配(Z-匹配)電路204串聯的放大級202，其在各放大級之間提供阻抗匹配。每級放大器202包括HPA封裝206和傳感器偏壓電路(SBC)208，該電路提供如靜態電流和封裝寄生現象的控制和/或對非線性特性增益的補償的功能，作為輸入功率、溫度、和/或偏壓的函數。HPA系統200中的每個HPA封裝206都可以是圖F中HPA封裝100的實例。每個SBC 208的操作都由微控制器210控制，微控制器210使用具備非易失性存儲器212能力的數據存儲器。輸入和輸出Z-匹配電路214和216提供HPA系統200和外部電子部件之間的阻抗匹配。
在運行過程中，低功率RF輸入信號218在輸入Z-匹配電路214被應用到HPA系統200。依賴於特定的實現，輸入信號可以直接或者經由其自身的SBC 208傳遞給第一HPA封裝206。同樣，依賴於特定的實現，由HPA封裝206生成的放大信號可以直接或者經由其自身的SBC 208傳遞給第一Z-匹配電路204。類似的前置和/或後置放大器處理可同樣由每個放大器級202處的每個SBC 208應用。每個放大器級202增大輸入信號的放大倍數，直到在輸出Z-匹配電路216處出現所產生的高功率RF輸出信號220。
每個SBC 208包括諸如溫度傳感器、漏極電流監視器、模數轉換器(A/D)、數模轉換器(D/A)、和偏壓電路的元件。SBC幫助管理高功率放大器的時間和熱補償以及許多不同的可能運行模式的其中之一中的每個放大器的配置(例如，反相放大器，聯合輸出器，緩衝器，以及非反相前置放大器)。
微控制器210從每個SBC 208接收放大器狀態信息(例如，封裝溫度和RMS漏極電流測量)，並且生成和發送控制信息(例如，增益和/或補償改變)到每個SBC 208。
HPA為每個信道以及諸如蜂窩基站的應用提供從5W到超過300W的輸出功率，HPA經常需要在給定的信道中有非常好的線性以最大化數據通過量。在這些應用中實現線性度的一種考慮是從中構成HPA的電晶體的DC偏壓。例如，為了優化性能，對於金屬氧化物半導體的、基於場效應電晶體(MOSFET)的放大器，MOSFET的靜態漏極電流應該隨溫度和時間的過去基本上保持不變。典型地，漏極電流穩定度在溫度上的目標的精確值是±5％，然而，對於高性能的寬帶設計而言，±1％是更令人期待的。典型的放大器中的漏極電流漂移將導致輸出功率的減小、畸變分量的增加、以及相位線性的降低，所有的這些都將削弱數字通信系統中的性能。因此，監視這些參數是非常重要的。
使用側面擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)電晶體用於HPA設計是普遍的。例如，這些電晶體上的靜態漏極電流能通過調整柵極-源極電壓和監視漏極電流來設置。理想地，漏極電流對於溫度而言應該是常量。然而，由於LDMOS器件的柵極門限電壓(其是柵極-源極電壓的分量)隨溫度而改變，某些類型的溫度補償典型地用於維持恆定的漏極電流。例如，為了偏壓Allentown，PA的Agere系統的LDMOS器件#21090作為AB級放大器，柵極-源極電壓標稱在35攝氏度設為3.8伏，以獲得400mA的靜態漏極電流。然而，為了將漏極電流維持在400mA，LDMOS器件的結點溫度每升高5攝氏度，則柵極-源極電壓應該下降大約0.2伏。典型地，當沒有RF輸入被應用到HPA時，在器件建立期間首先監視漏極電流。柵極-源極電壓對溫度的斜率在工作溫度的正常範圍之上典型地是常量，但是截距隨晶片和器件的不同而不同。由此，對於每個HPA封裝，器件特定的參數通常典型地存儲在非易失存儲器中，如存儲器212。
溫度補償通常基於存儲的特性和已知的漏極電流、柵極電壓、以及溫度關係，通過查表或空閒時(on-the-fly)的計算完成。然而，由於難於獲得精確和及時的LDMOS結點溫度信息，用於LDMOS器件的溫度補償可能有問題。
在圖2的示例性現有技術的HPA系統200中，微控制器210從每個SBC 208接收數字採樣的溫度信息，並基於存儲在存儲器212中的查詢表(LUT)中的值，通過改變放大器的柵極-源極電壓調整每個HPA封裝的漏極電流。存儲器212包含用於HPA系統200中的每個HPA封裝206的LUT。對於每個HPA封裝，微控制器使用來自本地SBC的溫度信息，作為該HPA封裝對LUT的查找參考。來自相應存儲器位置的內容由微控制器從存儲器中讀出，並且接著由微控制器加載到與該HPA封裝有關的SBC內部的數-模轉換器(DAC)中。DAC的輸出決定了HPA的柵極-源極電壓，並可被用於保持漏極電流的隨溫度相對不變。
在現有技術的其它實施例中，SBC可選或者另外直接監視靜態電流和總電流。HPA系統200的設計的一個缺點是SBC中的溫度傳感器(例如，熱電偶)位於HPA封裝的(典型地，陶瓷)封裝體外部。HPA封裝的熱傳遞特性的變化可能影響溫度補償的精確度。當溫度在電晶體結點處發生改變以及當這種改變從外部指示給HPA封裝時之間的延遲，也可能影響溫度補償電路管理漏極電流的穩定性作為當需要漏極電流中較大改變時的溫度的函數的能力。
在常規實現中，阻抗匹配電路204、214、和216需要反過來考慮由於在單個HPA系統200內和HPA系統200的不同實例中的相鄰HPA封裝206之間的不同距離導致的變化，以及各個HPA封裝的不同特性，這種特性隨著晶片和器件的不同而改變。萬一其中一個HPA封裝失效，簡單地以新的代替失效的封裝是不夠的。這是因為每個HPA封裝都具有唯一的輸入和輸出阻抗和唯一的通帶特性。由於這個原因，HPA系統200典型地包括可調諧的阻抗匹配電路。即使是這樣，如果電路板上的單個封裝失效了，則典型地替換整個電路板要比試圖調整該電路板以適應替換的封裝更便宜也更容易。這些因素導致使用這些封裝設計的系統的低效率、浪費和高成本。
發明內容
根據本發明的原理，通過將電子部件，例如在運行期間產生相對較多熱量的高功率放大器和其它電子部件，封裝和配置到電子模塊中的新技術解決了現有技術中的問題。
在一個實施例中，本發明是包含具有至少一個開孔的非導電基片和安裝在該基片中的開孔內的晶片/載體組件的電子模塊。該組件包括導電載體和一個或多個安裝到該載體的集成電路(IC)晶片。
在另一個實施例中，本發明是包含CB和至少一個安裝到該CB的電子模塊的電子系統。該電子模塊包含一個具有至少一個開孔的非導電基片和安裝在該基片中的開孔內的晶片/載體組件。該組件包括導電載體和一個或多個安裝到該載體的IC晶片。
根據下面的詳細描述、所附權利要求書、以及附圖，本發明的其它方面、特徵、和優點將變得更為全面明顯，附圖中相同的附圖標記表示類似或相同的元件。
圖1A和1B示出了現有技術的高功率放大器(HPA)封裝的等距和橫截面視圖；圖2示出了可能在單個電路板上實現的現有技術的HPA系統的框圖；圖3示出了根據本發明的一個實施例的HPA模塊的橫截面視圖；圖4示出了在添加線接頭之前圖3的晶片/載體組件的其中之一的展開圖；圖5示出了根據本發明的另一個實施例的HPA模塊的頂視圖；圖6示出了圖5的HPA模塊的底視圖；圖7A和7B示出了將HPA模塊安裝到CB/底板組件的示例性過程；
圖8示出了根據本發明的一個實施例的HPA系統的框圖；圖9示出了根據一個可能的實現的圖8的每個HPA模塊內的電子設備的框圖；圖10示意了由圖9的控制器執行以在溫度改變期間設置和維持圖8的HPA模塊的放大器類別的示例性算法；以及圖11表示用於存儲圖10的算法所使用的信息的圖9的存儲器的存儲區域。
具體實施例方式
圖3示出了根據本發明的一個實施例的高功率的放大器模塊300的橫截面視圖。HPA模塊300有一個具有許多開孔304的非導電基片302，在每個開孔中安裝了晶片/載體組件306。另外安裝在模塊基片302(例如，使用焊錫膏)的頂面上(圖3中)的是許多其它的電子模塊308，電子模塊308相互之間電互連，並經由運行在其上、其內、和/或經過基片的金屬跡線(未示出)與晶片/載體組件電互連。每個晶片/載體組件306之內的晶片經由線接頭310相互連接並與基片的金屬跡線互連。安裝在模塊基片302底面的是形成球形格柵(ball grid)陣列的焊球312。球形格柵陣列是用於在高功率放大器模塊和安裝的電子系統中形成電和/或熱互連的金屬焊接球的分布。該陣列中的焊球的數量和模式可針對不同的球形格柵陣列實現而改變。
圖4示出了在添加線接頭之前，圖3的晶片/載體組件306的其中之一的展開圖。類似於圖F中的現有技術的晶片/載體組件，圖3中的每個晶片/載體組件有一組或多組例如利用導電或導熱焊料直接安裝到金屬載體408的串行連接的輸入、放大器、和輸出晶片(分別為402、404、和406)。優選地，圖3中的基片320由顯示出高介電常數和與金屬載體408匹配的好的熱膨脹的材料製成。例如，如果載體由銅組成，那麼基片有可能由雙馬來醯亞胺三嗪(BT)或類似的有機分層材料，或者甚至由具有相對較高的熱膨脹係數的陶瓷材料製成。基片中的金屬跡線將線接頭310連接到焊球312。
如圖4所示，載體408有一個延伸超出載體主體412的側面之外的唇緣410。選擇該載體唇緣和主體的橫向尺寸以便使主體適合圖3的模塊基片302中相應開孔304，而該唇緣不用，以便使唇緣的底部放置在基片的上表面以支撐基片上的晶片/載體組件。利用適當的電導機制(例如，焊錫膏)將每個晶片/載體組件306安裝到模塊基片302之上。
圖5示出了根據本發明的另一個實施例的HPA模塊500的頂視圖。在這個示例性實施例中，模塊基片502有兩個開孔其中一個有具有單組串行連接的輸入、放大器、和輸出晶片的晶片/載體組件504，而另一個有具有4組串行連接的輸入、放大器、和輸出晶片的晶片/載體組件506。
圖6示出了圖5的HPA模塊的底視圖。除了兩個晶片/載體組件504和506之外，圖6示出了具有總共116個不同焊球的球形格柵陣列602。如果每個焊球都電連接(例如，利用轉接結構(未示出))到模塊基片502的其它表面上的不同金屬跡線，HPA模塊500能支撐直到116個的HPA模塊500內的電子部件與外部電子部件之間的不同輸入/輸出(I/O)信號。注意，在一些實現中，兩個或多個焊球製成用於單個I/O信號，如低功率輸入和高功率輸出信號。
下面的列表提供了用於製造諸如圖3的HPA模塊300和圖5的HPA模塊500的HPA模塊的示例性順序(1)將焊錫膏塗(例如，絲網印刷)在模塊基片上。
(2)將模塊基片中每個開孔內的金屬載體和一個或多個其它的電子模塊放置到模塊基片的上表面。
(3)回流焊錫膏(例如，在大約250-260C)以將載體和其它電子模塊粘合到模塊基片上。
(4)利用環氧樹脂將一個或多個晶片附著在每個載體上，並且接著使環氧樹脂凝固以將晶片粘合到載體上。(在可選的製造順序中，晶片可以在將載體安裝到模塊基片之前，粘合到載體上。當晶片固定操作涉及超過基片材料的能力的晶片固定溫度時，推薦這個可選順序)。
(5)在晶片之間以及晶片/載體組件和基片之間執行線結合。
(6)如果需要，密封晶片和線接頭。
(7)如果需要，將防護罩蓋在模塊的上面。注意，該防護罩沒在任何附圖中示出。該防護罩可被設計為覆蓋整個模塊或模塊的一部分，並且如果需要的話可被設計為形成真空密封。
(8)將焊球附著在模塊基片的底部。(在可選的製作順序中，焊球能在步驟(3)的回流後的任何時刻安裝到模塊基片上。)製造過程到這裡所有HPA模塊的所有內部電和機械的連接都已完成。HPA模塊接著例如可被安裝到電路板/底板組件上作為更大的電子系統的一個部件。
圖7A和7B示出了將HPA模塊702安裝到CB/底板組件704的示例性過程。特別地，圖7A示出了在應用焊錫回流操作之前的配置，圖7B示出了實施焊錫回流操作之後的配置。
如圖7A中所示，HPA模塊702的載體706的垂直尺寸(圖7A中)使得載體706的底部延伸到低於所安裝的焊球708的底部。CB 710有一個水平尺寸足夠大的開孔以容納載體706的這個較低部分。然而，在回流操作之前，選擇CB 710的厚度使得焊球被放置在CB的頂面，如圖7A所示，在載體706的底面和底板714的頂面之間有一個間隙712。依賴於特殊的實現，該間隙至少可以部分地填充以電導和熱導焊錫膏。
如圖7B所示，在回流操作期間，焊球開始熔化，放置在CB/底板組件頂部的HPA模塊702的重量使焊球部分塌縮，從而減小了HPA模塊和CB/底板組件之間的距離，直到最後載體706的底面放置在熱導底板714的頂面上。通過仔細選擇各種部件的垂直尺寸，可以控制應用到焊球的塌縮量以避免相鄰焊球短路在一起。在一個示例性HPA模塊中，原始焊球尺寸為30密耳，目標塌縮高度為18密耳(其防止焊球短路)。通過控制載體706的厚度，使得底面在CB 710的底面下伸出12密耳，隨著間隙712減小到零，將實現目標焊球塌縮高度。同樣地，如果間隙部分地填充以電導和熱導焊錫膏，載體706的厚度可以被減小以考慮回流的焊錫膏的厚度。典型地，5密耳的焊錫膏沉積在間隙中，該焊錫膏回流3密耳的高度。
注意，在這個回流操作期間，除了將HPA模塊安裝到CB/底板組件之外，HPA系統的其它部件也可安裝到CB/底板組件。而且，通過利用用於定位其它系統部件的相同的自動化的「拾放」工具，可在CB/底板組件上放置一個或多個HPA模塊。
在可選的製造過程中，一個或多個HPA模塊可以先於CB被安裝到底板之前安裝到CB上。此外，除了或作為可選的，在HPA模塊載體和底板之間使用焊錫，螺釘可以用於確保在載體和底板之間良好的熱導和/或電導。
如圖3所示並如圖5中明顯所示的，用在HPA模塊中的基片除了晶片/載體組件之外還有空間，以容納一個或多個電子部件。這些電子部件可包括執行Z-匹配電路204和圖2的傳感器偏壓電路208的阻抗匹配和控制功能的電路，所有這些電路都在單個HPA模塊中。以那樣的方式，本發明的單個HPA模塊可提供多個、不同於現有技術的電子部件的功能，諸如一個或多個類似圖2的HPA封裝206的HPA封裝，以及它們的相關外部部件，如阻抗匹配電路204、214、216和圖2的傳感器偏壓電路208。
圖8示出了根據本發明的一個實施例的HPA系統800的框圖。HPA系統800有一個或多個串行互連的HPA模塊802，並經由串行總線804連接到帶有相關的非易失存儲器808的微控制器806。每個HPA模塊802可以使用本發明的HPA模塊實現。
在運行中，(例如，低功率)RF輸入信號810被應用到第一HPA模塊800，其放大該輸入信號並將產生的放大信號應用到下一個、下遊HPA模塊，直到最後一個HPA模塊提供其輸出作為(例如，高功率)RF輸出信號812。微控制器806利用串行總線804與每個HPA模塊802通信。每個HPA模塊802包括允許其經由微控制器被唯一定址的唯一標識符。微控制器從每個HPA模塊接收聚集狀態或中斷信息(例如，當前、低、高、和平均溫度，以及超出範圍的異常警告)。微控制器還發送聚集控制(例如，增益設置或偏流設置)到每個HPA模塊。每個HPA模塊針對溫度變化進行內部自我補償，並且還提供內部匹配HPA模塊的輸入和輸出阻抗。
圖9示出了根據一個可能實現的圖8的每個HPA模塊802內的電子設備的框圖。HPA模塊802包括輸入阻抗匹配電路902、高功率放大器904(例如，具有一組或多組串聯輸入、放大器和輸出晶片)、溫度傳感器906、漏極電流傳感器908、輸出阻抗匹配電路910、柵極電壓控制電路912、A/D轉換器庫914、非易失存儲器916、數字邏輯控制器918、控制/狀態接口920、串行接口922、以及D/A轉換器庫924。HPA 904包括一個或多個(例如，上千個)電晶體CX和潛在的其它接口電路(例如，用於將電晶體配置到諸如緩衝區或高增益的各种放大器模式的其中之一，儘管在各種實施例中，這個配置也是可編程為更大或更小的範圍)。
在操作中，RF輸入信號926從外部HPA模塊802連接到阻抗匹配電路902。輸入信號926在具有大約50歐姆阻抗的同軸電纜上典型地被傳送到HPA模塊。阻抗匹配電路在模塊的預定通帶中，提供從同軸電纜的50歐姆阻抗到HPA 904的電晶體電路的輸入阻抗(例如，1到2歐姆)的阻抗變換。如本領域的技術人員將理解的，阻抗匹配使反射、噪音、和功耗最小化。
溫度傳感器906優選地被安裝成儘可能接近HPA 904，並且甚至可以物理接觸HPA 904。就溫度檢測精確度和時間性而言，HPA和溫度傳感器之間的這種接近為模塊提供了優勢。可以利用HPA晶片外部的二極體實現溫度傳感器，但是，如本領域的技術人員將理解的，溫度傳感器可選地能以許多不同的方式實現(例如，作為HPA晶片的一部分的二極體或者作為晶片外部的熱電偶)以保持接近的優勢。
漏極電流傳感器908類似地接近HPA 904(或者，可選地是其一部分)。這樣通過HPA的電晶體提供了漏極電流的精確測定，尤其在模塊特徵時間(如下文解釋的)。漏極電流是柵極-源極電壓的函數，反過來，柵極-源極電壓是電晶體結點溫度以及由控制器918經由D/A轉換器庫924中的DAC提供給柵極電壓控制電路912的控制設置的函數。
傳感器906和908的每一個都連接到A/D轉換器庫914內的ADC，在此傳感器的模擬電壓或電流信號被轉換為數字形式並傳遞給本地控制器918。
HPA 904的輸出連接到輸出阻抗匹配電路910，其反之提供模塊802的RF輸出信號928。輸出信號928典型地從具有大約50歐姆的阻抗的同軸電纜上的模塊802被傳走。阻抗匹配電路910在HPA模塊的預定通帶提供了從HPA 904的輸出阻抗(例如，典型地為1到2歐姆)到同軸電纜的50歐姆阻抗的阻抗變換。
輸入和輸出阻抗匹配電路902和910的特性由控制器918利用D/A轉換器庫924內的兩個DAC調諧。
控制器918連接到控制/狀態接口920、串行接口922、以及非易失(例如，隨機存取)存儲器(NVM)916。
在模塊特徵化期間，模塊的各種各樣的特徵被採樣，並連同默認參數和/或用於控制器918的操作碼一起存儲在存儲器916中。在各種實施例中，模塊的運行可受模塊外部的設置的影響。例如，依賴於邏輯1或0的控制/狀態接口920的管腳、開機復位電路、模塊外部雙列直插式開關、或等同物。運行也可能受到經由串行接口通過外部微控制器，或者例如經由簡單網絡管理協議(SNMP)代理單元寫入控制器918或存儲器916內的寄存器的信息的影響。
存儲在存儲器916內的特徵可包括HPA的靜態漏極電流，作為在特定結點溫度為電晶體測量的柵極電壓的函數，該結點溫度實際上在電晶體的工作溫度範圍之內。
例如，對於許多場效應電晶體，為了維持恆定的漏極電流，電晶體結點溫度每增加1度，則柵極-源極電壓減少一些電壓增量。柵極-源極電壓與溫度的關係的斜率圖隨電晶體的工作溫度基本上恆定。然而，在特定溫度下對應於特定漏極電流的實際柵極-源極電壓(例如，對於特定的漏極電流，柵極-源極電壓與溫度的關係的柵極對源極電壓截距圖)根據器件的不同而改變。器件之間的截距值的差異使得每個電晶體電路都是唯一的。然而，通過記錄這個截距和/或將器件的特定特性編程到內存中，如果希望的話，從外部世界的角度看，有可能使每個模塊具有基本上相同的增益特性。
類似地，電晶體電路的阻抗變化經由嵌入到每個模塊中的控制器918是可校正的。例如，這使得替換本領域的多模塊電路組合件上的失效模塊更容易。這是因為不需要特別調諧電路組合件接口以容納相對於其所替換的該新模塊。
為了幫助闡明這些概念，例如，希望配置和操作放大器模塊802作為AB-級放大器。這樣的一個操作相應於具有若干目標靜態漏極電流(例如，400mA)的偏壓電晶體CX，並在模塊上提供適當的反饋電路。為了適當地偏壓電晶體，控制器918經由控制/狀態接口920、串行接口922、或者經由存儲在存儲器916中的出廠默認參數，針對該目標漏極電流而配置。如前面所討論的，回憶起也可以使用針對符合該器件的漏極電流的預期範圍的電晶體CX的柵極-源極與溫度的關係特徵的斜率和截距信息，預編程存儲器916(例如，在出廠時)。這個信息的各部分由控制器918在設置和維持模塊的工作特性中使用。
圖10示意了圖9的控制器918執行以隨溫度的改變設置和維持模塊802的放大器類別的示例性算法1000。圖11表示用於存儲由算法1000使用的信息的存儲器916的存儲區域1100。
在步驟1002中，模塊的目標靜態漏極電流參數I_TARGET從存儲器916中的控制位置加載到控制器918中。I_TARGET可能已經在出廠時、在現場配置時、或者動態地經由控制/狀態接口或模塊的串行接口加載過，作為控制放大器類別的默認參數。這個參數的值(例如，401mA)相應於將由模塊控制器維持的靜態漏極電流，以保持模塊的AB-類-放大器特性。
在步驟1004中，控制器918利用溫度傳感器906和A/D電路914，採樣電晶體CX的當前結點溫度T_CURR。
接下來，在步驟1006中，I_TARGET和T_CURR被用作存儲區域1100中的查表值。I_TARGET首先與圖11的示意中的標記為「漏極電流」的存儲區域的列中的條目相比較。如果I_TARGET不能精確匹配漏極電流列中的條目，那麼選擇存儲區域1100中最為接近值I_TARGET的值。在此情況下，在漏極電流列中最接近的值是400mA。注意，400mA的值對存儲區域1100的子區域1102中的所有行是共用的，這樣，I_TARGET不能識別存儲區域1100的單個行，而是存儲區域1100的整個子區域1102。接著，T_CURR被用作利用I_TARGET識別的存儲器的子區域1102內的查表值。T_CURR的值與圖11的示意的標記為「結點溫度」的列之內的子區域1102內的所有值相比較。如果該值不與一個條目直接匹配，那麼選擇具有最為接近的值的行。例如，如果採樣的結點溫度T_CURR為34攝氏度，那麼存儲器子區域1102中最接近的條目是35攝氏度。這樣，存儲區域1100的行#7最終由步驟1006中的I_TARGET和T_CURR查表所選擇。可選地，如本領域的技術人員將理解的，不是選擇最為接近的存儲的值，而是可以在存儲的值之間執行插值。
接下來，在步驟1008，來自步驟1006中選擇的存儲區域1100的行的柵極-源極電壓(VGS)從存儲器916加載到控制器918內。從那裡，VGS被加載到D/A轉換器庫924中的DAC，轉換器的輸出連接到柵極電壓控制電路912。以這種方式，柵極-源極電壓變換為在存儲器中查找到的值的模擬表示。在大多數情況下，存儲在存儲器中的實際值為應用到電晶體CX的門電路的實際模擬電壓的整數近似值和/或變體。如本領域的技術人員將理解的，這是為了適應與模塊的特定硬體有關的偏移和縮放。在步驟1008後，並且可選擇地在一定的延遲之後，算法返回到步驟1002。
在可選的實現中，在漏極電流、結點溫度的存儲，與存儲器中柵極-源極電壓(ITV)關係對VGS的計算之間作了折衷，作為空閒時柵極-源極電壓和結點溫度的函數。
在各種實施例中，還存儲了諸如模塊內電晶體的老化、以及有關ITV關係是怎樣受到例如老化的影響的信息的其它參數。在這些實施例中，控制器918可以基於電晶體的老化調整VGS的計算。在一個變體中，控制器918包含給時鐘供電的電池，該時鐘隨計數器遞增。計數器的值解釋為該器件的老化。在其它的變體中，使用製造的日期碼初始化存儲器。在運行中，諸如SNMP代理的外部管理器可將當前的日期碼裝載到控制器918的其中一個寄存器內或者存儲器916的其中一個存儲位置內。控制器918接著可以計算製造時的日期碼和當前日期碼之間的差值，以確定該器件的老化。控制器918接著根據存儲在存儲器中的預定老化關係，調整VGS的計算。
在本發明各種不同的實施例中，用於模塊的唯一標識符在模塊製造時就存儲在模塊的存儲器中。這個唯一標識符可以在任何時候從該器件讀出。這個唯一標識符還可以由製造商存儲到資料庫中，並且用於標識模塊的特性，如生產日期、晶片製造工廠、以及批次。
在本發明的一些實施例中，可以如下執行器件的ITV特性的校準(1)使器件離線，(2)旁路測試或校準信號到模塊內部的輸入，(3)測量漏極電流、溫度、和柵極-源極電壓，以及(4)利用這個信息更新存儲在存儲器916中的ITV特性。
在本發明的一個或多個實施例中，控制器918被用於在電路組合件配置期間或者動態作為溫度的函數，控制模塊的輸入和輸出阻抗。在這些實施例中，配置信息被從模塊的外部加載用於輸入和輸出阻抗(例如，50歐姆或75歐姆)。通過寫入D/A轉換器庫924中的適當的寄存器，控制器918利用存儲在存儲器916中的出廠編程的參數，分別在輸入和輸出阻抗匹配電路902和910中設置各個電壓和電流值。
在各個實施例中，HPA模塊802可包含一個或多個電晶體晶片，每個都有自主的本地控制和補償電路，電晶體晶片安排用於形成多級(例如，前置放大器和輸出驅動器)、即插即用放大器。例如，第一電晶體晶片配置為具有15dB增益的前置放大器級，第二個電晶體或晶片配置為具有13dB增益的輸出驅動器級，可在單個模塊之內結合以創建具有28dB增益和50dBm輸出功率的模塊。
儘管本發明的背景是基於LDMOS電晶體的高功率放大器的上下文中討論的，本發明並不局限於那裡的限制並且可以在本發明中使用任何適當的功率放大器器件。
儘管已經在高功率放大器的上下文中描述了本發明，本發明還能在其它上下文中實現，並且尤其對於具有在運行期間生成相對較多熱量的一個或多個電子部件的應用有用。
除非明顯地聲明，否則每個數字值和範圍都應該解釋為近似值，就如在值或者範圍的值之前的單詞「大約」或「近似」。
還將理解的是，為了解釋本發明的性質，本領域的技術人員可以在已經描述和示意的各部分的細節、材料、和布置中作出各種改變，而不偏離如下面的權利要求書中表達的本發明的範圍。
為了促進權利要求的解釋，權利要求書中圖號和/或附圖標記的使用意欲識別所聲明的主題的一個或多個可能的實施例。這種使用不應解釋為必須將那些權利要求書的範圍限制在相應的圖中所示的實施例。
儘管下列方法權利要求中的步驟(如果有的話)是使用相應的標記以特定的順序敘述的，除非權利要求書面陳述了，否則隱含用於實現那些步驟的一些或全部的特定順序，那些步驟未必意欲限制在那些特定順序中的實現。
權利要求
1.一種電子模塊，包括至少具有一個開孔的非導電基片；以及安裝在所述基片的開孔內的晶片/載體組件，並包括導電載體；以及一個或多個安裝到所述載體的集成電路(IC)晶片。
2.根據權利要求1所述的發明，其中所述電子模塊適用於利用自動化拾放工具而被安置在電路板(CB)上。
3.根據權利要求1所述的發明，其中所述基片有多個開孔；以及所述電子模塊包含多個晶片/載體組件，每個都安裝在所述基片的不同開孔內。
4.根據權利要求1所述的發明，其中所述載體具有唇緣，其外部尺寸比所述開孔的相應的內部尺寸大，以便所述唇緣在所述基片的上表面支撐所述晶片/載體組件。
5.根據權利要求1所述的發明，還包括安裝在所述基片的下表面上的球形格柵陣列(BGA)，以便所述電子模塊在回流操作期間適合於被安裝到CB。
6.根據權利要求5所述的發明，其中所述CB是CB/底板組件的一部分；以及在所述回流操作之後所述BGA將所述基片連接到所述CB；以及所述載體與所述CB/載體組件的底板熱和電接觸。
7.根據權利要求6所述的發明，其中在回流操作之後的所述基片和所述CB之間的間隙由在所述回流操作之前的所述載體和所述底板之間的間隙決定。
8.根據權利要求7所述的發明，其中所述載體較低的一側在所述基片的較低的一側之下延伸；以及所述CB具有接收所述載體的較低一側的開孔。
9.根據權利要求7所述的發明，其中所述回流操作之前的所述載體和所述底板之間的間隙控制所述回流操作期間所述BGA的塌縮量。
10.根據權利要求5所述的發明，其中用於將所述電子模塊安裝到所述CB的所述回流操作還用於將一個或多個其它的電子部件安裝到所述CB。
11.根據權利要求1所述的發明，還包括一個或多個安裝到所述基片的其它電子部件。
12.根據權利要求1所述的發明，其中所述電子模塊是功率放大器；以及所述晶片/載體組件包括一組或多組安裝到所述載體的三個電連接的IC晶片，每組三個IC晶片包括輸入晶片、放大器晶片和輸出晶片。
13.根據權利要求12所述的發明，還包括安裝到所述基片，並且用於執行一個或多個功率放大器功能的一個或多個其它電子部件。
14.根據權利要求1所述的發明，其中所述載體的熱膨脹特性基本上與所述基片的熱膨脹特性一致。
15.根據權利要求14所述的發明，其中所述載體是銅。
16.根據權利要求1所述的發明，其中所述BGA中的至少一個球提供到所述模塊中的電子部件的電連接。
17.根據權利要求16所述的發明，其中所述BGA中的兩個或多個球提供到所述模塊中的一個或多個電子部件的獨立電連接。
18.根據權利要求1所述的發明，其中所述電子模塊利用自動化拾放工具而被安置到CB/底板組件上；所述載體具有唇緣，其外部尺寸比所述開孔的相應的內部尺寸大，以便所述唇緣在所述基片的上表面上支撐所述晶片/載體組件；還包括安裝在所述基片的下表面上的球形格柵陣列(BGA)，以便所述電子模塊在回流操作期間適合於被安裝到所述CB/底板組件；在所述回流操作之後所述BGA將所述基片連接到所述CB；以及所述載體與所述CB/載體組件的底板熱和電接觸；在回流操作之後的所述基片和所述CB之間的間隙由在所述回流操作之前的所述載體和所述底板之間的間隙決定；所述載體較低的一側在所述基片的較低一側之下延伸；所述CB具有接收所述載體的較低一側的開孔；所述回流操作之前的所述載體和所述底板之間的間隙控制所述回流操作期間的所述BGA的塌縮量；用於將所述電子模塊安裝到所述CB/底板組件的所述回流操作還用於將一個或多個其它電子部件安裝到所述CB/底板組件；所述電子模塊是功率放大器；所述晶片/載體組件包括一組或多組安裝到所述載體的三個電連接的IC晶片，每組三個IC晶片包括輸入晶片、放大器晶片和輸出晶片；還包括一個或多個安裝到所述基片、並且適用於執行一個或多個功率放大器功能的其它電子部件；所述載體的熱膨脹特性基本上與所述基片的熱膨脹特性一致；以及所述BGA中的兩個或多個球提供到所述模塊中的一個或多個電子部件的獨立電連接。
19.一種電子系統，包括CB；以及安裝到所述CB的至少一個電子模塊，並包含具有至少一個開孔的非導電基片；以及安裝在所述基片中的開孔內的晶片/載體組件，並包含導電載體；以及一個或多個安裝到所述載體的集成電路(IC)晶片。
20.根據權利要求19所述的發明，其中所述CB是CB/底板組件的一部分；所述基片與所述CB電接觸；以及所述晶片/載體組件的載體與所述底板熱和電接觸。
全文摘要
一種電子模塊，包含一個具有至少一個開孔(304)的非導電基片(302)，以及一個安裝在所述基片中的所述開孔內的晶片/載體組件(306)。該組件具有導電載體(408)和一個或多個安裝到所述載體的集成電路(IC)晶片(402)。本發明可以實現作為包括電路板(CB)和至少一個安裝到所述CB的這種電子模塊的電子系統。
文檔編號H05K1/18GK101088162SQ200580044867
公開日2007年12月12日 申請日期2005年12月19日 優先權日2004年12月29日
發明者蒂莫西·B.·班布裡奇, 胡安·A.·赫布索莫爾, 奧斯瓦爾多·洛佩茲, 雨果·F.·薩法爾 申請人:艾格瑞系統有限公司