具有可調(diào)諧的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電感耦合的變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種封裝的射頻功率晶體管，包括射頻輸入引線、直流柵極偏置引線、包括柵極端子、源極和漏極端子的射頻功率晶體管和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括電連接到射頻輸入引線的初級(jí)電感器、電連接到柵極端子和直流柵極偏置引線的次級(jí)電感器、電連接到射頻輸入引線并與柵極端子物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)配置為阻斷射頻輸入引線和柵極端子之間的直流電壓，并在從射頻輸入引線到柵極端子的限定頻率范圍內(nèi)傳播交流電壓。調(diào)諧電容器配置為基于施加到射頻輸入引線的直流電壓變化調(diào)節(jié)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的電容。
【專利說(shuō)明】
具有可調(diào)諧的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電感耦合的變壓器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本即時(shí)申請(qǐng)涉及射頻功率晶體管，更具體地涉及射頻功率晶體管的輸入匹配。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率射頻晶體管如LDMOS(橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管具有顯著低于50歐姆(高品質(zhì)因數(shù)阻抗)的輸入和輸出阻抗，然而功能射頻電路必須被匹配至50歐姆。為了促進(jìn)阻抗匹配50歐姆，射頻晶體管通常設(shè)計(jì)有在晶體管的輸入端和輸出端上的匹配電路，其集成到封裝的晶體管。匹配網(wǎng)絡(luò)有助于減少封裝的晶體管的品質(zhì)因數(shù)，以使其更易于匹配50歐姆。通常，只能在很小的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗改善。此外，匹配網(wǎng)絡(luò)有助于形成晶體管和放大器的頻率響應(yīng)，從而在所需工作頻率具有高增益，并且在該頻率之外抑制增益。
[0003]用于封裝高功率射頻晶體管的已知技術(shù)包括提供低通L-C-L網(wǎng)絡(luò)，以匹配射頻晶體管的輸入。該低通L-C-L網(wǎng)絡(luò)使晶體管的輸入阻抗與特定頻率范圍內(nèi)的低品質(zhì)因數(shù)相匹配。該低通L-C-L網(wǎng)絡(luò)包括分立元件和電連接件。通常，設(shè)計(jì)低通L-C-L網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)假設(shè)適合特定頻率范圍的額定電抗值。該額定電抗值假設(shè)分立元件和電連接件的額定組件值(即電容、電感和電阻)。但是，由于各種因素如制程變差，實(shí)際組件值和額定組件值之間可能存在偏差。實(shí)際上，組件值的微小變化如電容增加+/-5%可能對(duì)輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的性能產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響。在許多應(yīng)用中，該偏差可能產(chǎn)生重要影響，甚至導(dǎo)致部件不在規(guī)格范圍內(nèi)而必須丟棄。而且，該偏差會(huì)導(dǎo)致器件的效率和功率輸出下降。解決此問(wèn)題的一種已知技術(shù)是在制造過(guò)程中測(cè)試器件并隨后執(zhí)行糾正措施以補(bǔ)償與額定值之間的偏差。然而，這些技術(shù)會(huì)帶來(lái)附加成本和復(fù)雜性，而且也不能夠補(bǔ)償與額定值之間的所有可能影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了一種封裝的射頻功率晶體管。所述封裝的射頻功率晶體管包括射頻輸入引線、直流柵極偏置引線、帶有柵極端子、源極端子和漏極端子的射頻功率晶體管以及輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括電連接到射頻輸入引線的初級(jí)電感器、電連接到所述柵極端子和所述直流柵極偏置引線的次級(jí)電感器、電連接到所述射頻輸入引線并與所述柵極端子物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器。所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)配置為阻斷所述射頻輸入引線和所述柵極端子之間的直流電壓，并在從所述射頻輸入引線到所述柵極端子的限定頻率范圍內(nèi)傳播交流電壓。所述調(diào)諧電容器配置為基于施加到所述射頻輸入引線的直流電壓的變化，調(diào)節(jié)所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的電容。
[0005]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了一種封裝射頻功率晶體管。所述封裝的射頻功率晶體管具有射頻輸入引線、直流柵極偏置引線、帶有柵極端子、源極端子和漏極端子的射頻功率晶體管以及輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括電連接到射頻輸入引線的初級(jí)電感器、電連接到所述柵極端子和所述直流柵極偏置引線的次級(jí)電感器、電連接到所述射頻輸入引線并與所述柵極端子物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器。所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的額定組件值被優(yōu)化，從而能夠在所述限定頻率范圍內(nèi)的中心頻率實(shí)現(xiàn)最大增益。所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際組件值與所述額定組件值之間的偏差為一個(gè)百分點(diǎn)?；谑┘拥剿錾漕l輸入引線的直流電壓的變化，可以調(diào)節(jié)所述調(diào)諧電容器的電容值，從而補(bǔ)償所述額定組件值與所述實(shí)際組件值之間的偏差。
[0006]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了一種封裝射頻功率晶體管的方法。所述方法包括提供一種封裝射頻功率晶體管，所述封裝射頻功率晶體管具有射頻輸入引線、直流柵極偏置引線、帶有柵極端子、源極端子和漏極端子的射頻功率晶體管以及輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括在所述射頻輸入引線和所述柵極端子之間耦合的變壓器，其配置為阻斷所述射頻輸入引線和所述柵極端子之間的直流電壓，并在從所述射頻輸入引線到所述柵極端子的限定范圍內(nèi)傳播交流電壓，以及電連接到所述射頻輸入引線并與所述柵極端子物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器。所述方法進(jìn)一步包括測(cè)試封裝射頻功率晶體管的所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的額定組件值與所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際組件值之間的偏差。所述方法進(jìn)一步包括確定經(jīng)由射頻輸入引線施加到所述調(diào)諧電容器的直流偏壓，其用于補(bǔ)償額定組件值與實(shí)際組件值之間的偏差。
【附圖說(shuō)明】
[0007]附圖中的元件并不一定是按比例繪制。相同的附圖標(biāo)記指示對(duì)應(yīng)的相似部件。示出的各個(gè)實(shí)施例的特征可以組合，除非它們彼此排斥。各個(gè)實(shí)施例都配有附圖，并在下面
【發(fā)明內(nèi)容】
中詳細(xì)描述。
[0008]圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的封裝的射頻功率晶體管的電氣原理圖。
[0009]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的封裝的射頻功率晶體管的物理配置。
[0010]圖3示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的封裝的射頻功率晶體管的電氣原理圖。
[0011 ]圖4示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的封裝的射頻功率晶體管的電氣原理圖。
[0012]圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的封裝的射頻功率晶體管的物理配置。
[0013]圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有額定組件值的封裝的射頻功率晶體管的頻率響應(yīng)。
[0014]圖7示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有補(bǔ)償之前和補(bǔ)償之后的實(shí)際組件值的封裝的射頻功率晶體管的頻率響應(yīng)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]根據(jù)本文所述的實(shí)施例，射頻功率晶體管100與輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102封裝在一起，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括位于射頻輸入引線和射頻功率晶體管100的柵極106之間變壓器104。變壓器104包括彼此電感耦合但物理斷開(kāi)連接的初級(jí)電感器108和次級(jí)電感器110。因而，變壓器104阻斷射頻輸入引線和柵極端子106之間的直流電壓，并在從射頻輸入引線到柵極端子106的限定頻率范圍內(nèi)傳播交流電壓。
[0016]輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括電連接到射頻輸入引線并與柵極端子106物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器112。也就是說(shuō)，調(diào)諧電容器112位于變壓器104的初級(jí)側(cè)。通過(guò)改變施加到射頻輸入引線的直流偏壓，可以調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器112的電容值。因此，調(diào)諧電容器112可用于調(diào)節(jié)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的電容，進(jìn)而調(diào)節(jié)封裝器件1I的電氣特性。這些電氣特性的示例包括正向電壓增益(S21)、輸入端口電壓反射系數(shù)(Sll)和三階互調(diào)(頂3)。
[0017]射頻功率晶體管100和調(diào)諧電容器112在不同直流電壓范圍內(nèi)工作。例如，適合功率放大的射頻功率晶體管100可以在3V直流電壓下工作。相比之下，調(diào)諧電容器112可以在1V和30V之間的電壓下工作。這些高直流電壓可能會(huì)損壞射頻功率晶體管100。有益的是，因?yàn)檎{(diào)諧電容器112位于變壓器104的初級(jí)側(cè)，所以調(diào)諧電容器112和射頻功率晶體管100的柵極106之間沒(méi)有直接電連接。因而，提供到調(diào)諧電容器112的直流電壓與射頻功率晶體管100的柵極106隔離。同時(shí)，交流信號(hào)可以在從射頻輸入引線到射頻功率晶體管100的柵極106的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102中傳播。
[0018]參考圖1，描繪了封裝器件101的電氣原理圖。封裝器件101包括兩個(gè)輸入端子:射頻輸入引線和直流柵極偏置引線。射頻輸入引線通過(guò)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102與射頻功率晶體管100的柵極端子106電氣耦合。直流柵極偏置引線通過(guò)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102與射頻功率晶體管100的柵極端子106電氣耦合。此外，封裝器件101包括與射頻功率晶體管100的漏極端子耦合的輸出端子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，射頻功率晶體管100的源極端子電接地。
[0019]輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102額定地配置為提供在限定頻率范圍內(nèi)匹配射頻功率晶體管100的阻抗，所述限定頻率范圍包括器件增益最大化的中心頻率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括電連接到射頻輸入引線的初級(jí)電感器108和電連接到直流柵極偏置引線的柵極端子106的次級(jí)電感器110。在變壓器配置中，初級(jí)電感器108和次級(jí)電感器110彼此電感耦合。也就是說(shuō)，初級(jí)電感器108和次級(jí)電感器110之間沒(méi)有物理連接。但是，初級(jí)電感器108和次級(jí)電感器110彼此鄰近，以使一個(gè)電感器生成的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)電感器中產(chǎn)生電流，反之亦然。
【申請(qǐng)人】為Marbell的美國(guó)專利申請(qǐng)14/069,867提供了具有變壓器配置的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的更詳細(xì)說(shuō)明，所述專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。由于初級(jí)電感器108和次級(jí)電感器110的變壓器配置，變壓器104阻斷直流電壓和從射頻輸入引線到柵極端子106的特定低頻交流信號(hào)，而允許在限定頻率范圍內(nèi)高頻交流電壓從射頻輸入引線傳播到柵極端子106。例如，變壓器104可以阻斷頻率低于10MHz的信號(hào)，但傳送頻率在1.9-2.1GHz范圍內(nèi)的交流信號(hào)。
[0020]輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102進(jìn)一步包括電連接到射頻輸入引線的調(diào)諧電容器112。調(diào)諧電容器112是可變電容器(即“變抗器”或“變?nèi)荻O管”)，可以基于施加到調(diào)諧電容器112的一個(gè)端子(另一個(gè)端子接地)的直流信號(hào)調(diào)節(jié)其電容值。通過(guò)導(dǎo)電接合線(本質(zhì)感應(yīng)線)，可以在調(diào)諧電容器112和射頻輸入引線之間提供電連接。調(diào)諧電容器112電氣聯(lián)接到初級(jí)電感器，并與射頻功率晶體管100的柵極端子106物理斷開(kāi)連接。也就是說(shuō)，沒(méi)有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，即沒(méi)有提供使得調(diào)諧電容器112兩端的直流電壓與柵極端子106的直流電壓始終相同的單一節(jié)點(diǎn)。因而，施加到射頻輸入引線并存在于調(diào)諧電容器112的非接地端子的直流電壓被從柵極端子106阻斷。但是，施加到射頻輸入引線并存在于調(diào)諧電容器112的非接地端子的任何交流信號(hào)分量將經(jīng)由變壓器104中的初級(jí)電感器108和次級(jí)電感器110的電感耦合而傳送到柵極端子 106。
[0021]調(diào)諧電容器112配置為基于施加到射頻輸入引線的直流電壓變化調(diào)節(jié)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)1 2的電容。例如，調(diào)諧電容器112在28 V直流偏壓下電容為28pF，而在15V直流偏壓下電容為34pF。因此，可以調(diào)節(jié)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的頻率響應(yīng)。
[0022]輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括第一初級(jí)側(cè)電容器114和第二初級(jí)側(cè)電容器116。初級(jí)側(cè)電容器114、116電連接到初級(jí)電感器108。進(jìn)一步地，初級(jí)側(cè)電容器114、116與次級(jí)電感器110和射頻晶體管的柵極端子106物理斷開(kāi)連接。在圖1的實(shí)施例中，第一初級(jí)側(cè)電容器114配置為可變電容器，并提供輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的調(diào)諧電容器112。此外，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括第一次級(jí)側(cè)電容器118和第二次級(jí)側(cè)電容器120。次級(jí)側(cè)電容器118、120電連接到次級(jí)電感器110。進(jìn)一步地，次級(jí)側(cè)電容器118、120與初級(jí)側(cè)電感器108和射頻輸入引線物理斷開(kāi)連接。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，調(diào)諧電容器112配置為在OV和40V之間的直流偏壓下工作。在該工作范圍內(nèi)，調(diào)諧電容器112提供C-V特性電容器。進(jìn)一步地，射頻功率晶體管100配置為在OV和4V之間的直流偏壓下工作。在該工作范圍內(nèi)，射頻功率晶體管100提供1-V特性晶體管。在這些工作范圍之外，這些器件容易發(fā)生故障并且不一定提供1-V特性電容器或晶體管。例如，在柵極電壓為1V時(shí)，射頻功率晶體管100容易由于各種高電場(chǎng)現(xiàn)象如雪崩擊穿和電解質(zhì)擊穿而發(fā)生故障。有益的是，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的變壓器配置允許調(diào)諧電容器112在0-40V全范圍內(nèi)工作，而不會(huì)將損壞射頻功率晶體管100的電壓(S卩4-40V)施加到射頻功率晶體管100。
[0024]圖2描繪了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的封裝器件101的結(jié)構(gòu)配置。圖2A描繪了封裝器件101的俯視圖，圖2B示出了封裝器件101的對(duì)角線視圖，而圖2C描繪了封裝器件101中接合線和分段電容器陣列124的放大視圖。
[0025]封裝器件101的封裝包括為封裝器件101提供接地端子的導(dǎo)電基板122。封裝上貼裝的每個(gè)元件都有表面端子，其可以通過(guò)電連接到基板122而接地。例如，射頻功率晶體管100為所謂的源極擊穿配置，以使器件的源極端子通過(guò)連接到基板122而接地。
[0026]如圖2所示，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括布置在射頻輸入引線和射頻功率晶體管100之間的第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126是半導(dǎo)體器件。第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126包括在縱向上彼此緊鄰布置的多個(gè)分立電容器。也就是說(shuō)，第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126配置在一個(gè)單元體中，這樣通過(guò)將多個(gè)分立電容器連接在一起可以提供所需的電容。結(jié)果，第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126的長(zhǎng)度決定了可以連接的分立電容器數(shù)量，從而決定了由第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126形成的電容器的最大電容。
[0027]封裝器件101輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括第一組接合線128和第二組接合線130。第一組接合線128和第二組接合線130由彼此相鄰平行配置的多條單獨(dú)接合線提供。第一組接合線128電連接到射頻輸入引線，并電連接到第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126。但是，第一組接合線128與射頻功率晶體管100的柵極端子106物理斷開(kāi)連接。第二組接合線130電連接到柵極端子106，并電連接到第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126。但是，第二組接合線130與射頻輸入引線物理斷開(kāi)連接。
[0028]輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的變壓器104由彼此交錯(cuò)的各段第一組接合線128和第二組接合線130形成。更具體地，初級(jí)電感器108由在第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126之間延伸的各段第一組接合線128形成，而次級(jí)電感器110由在第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126之間延伸的各段第二組接合線130形成。變壓器104的耦合系數(shù)由各段接合線的各種物理參數(shù)如接合線高度、接合線之間的分隔距離、各段長(zhǎng)度等決定。
[0029]根據(jù)圖2的實(shí)施例，第一分段電容器陣列124包括與多個(gè)靜電電容器交替布置的多個(gè)可變電容器。第一組接合線128電連接到第一分段電容器陣列124中的可變電容器，以形成第一初級(jí)側(cè)電容器114，如圖1所示。因而，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的調(diào)諧電容器112由第一分段電容器陣列124中的可變電容器形成。此外，第二組接合線130電連接到第一分段電容器陣列124中的靜電電容器，以形成第一次級(jí)側(cè)電容器118，如圖1所示。
[0030]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二分段電容器陣列126僅由靜電電容器形成。第一組接合線128電連接到第二分段電容器陣列126中的靜電電容器，以形成第二初級(jí)側(cè)電容器116，如圖1所示。此外，第二組接合線130電連接到第二分段電容器陣列126中的靜電電容器，以形成第二次級(jí)側(cè)電容器120，如圖1所示。
[0031]圖3描繪了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的封裝器件101的電氣原理圖。圖3的電路配置為與圖1的電路相同，除了第二初級(jí)側(cè)電容器116不是靜電電容器。而是，第二初級(jí)側(cè)電容器116配置為可變電容器。因而，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102包括兩個(gè)調(diào)諧電容器112。兩個(gè)調(diào)諧電容器112都可用于使用直流信號(hào)調(diào)節(jié)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的電抗，從而按照前述方式補(bǔ)償分量變化。因?yàn)閮蓚€(gè)調(diào)諧電容器112都連接在變壓器104的初級(jí)側(cè)，并且經(jīng)由第一組接合線128直接連接到射頻輸入引線，所以施加到射頻輸入引線的直流信號(hào)會(huì)傳播到兩個(gè)調(diào)諧電容器112。因而，圖3的電路具有適于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的寬范圍可調(diào)節(jié)電容值，而不會(huì)將破壞性直流電壓提供到射頻功率晶體管100的柵極端子106。
[0032]圖3的封裝器件101可以具有圖2所描繪的結(jié)構(gòu)配置。通過(guò)配置第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126，其中多個(gè)可變電容器與多個(gè)靜電電容器交替布置，可以提供兩個(gè)調(diào)諧電容器112。也就是說(shuō)，第二分段電容器陣列126可以配置為與圖2所示的第一分段電容器陣列124相同。在此配置中，第一組接合線128電連接到第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126中的可變電容器。第二組接合線130電連接到第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126中的靜電電容器。
[0033]圖4描繪了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的封裝器件101的電氣原理圖。在圖4的實(shí)施例中，調(diào)諧電容器112與第一初級(jí)側(cè)電容器114和第二初級(jí)側(cè)電容器116分離。在此配置中，第一初級(jí)側(cè)電容器114和第二初級(jí)側(cè)電容器116是靜電電容器。調(diào)諧電容器112電連接到射頻輸入弓I線并位于變壓器104的初級(jí)側(cè)，以使施加到射頻輸入引線的直流電壓存在于調(diào)諧電容器112而非射頻功率晶體管100的柵極端子106。
[0034]圖5描繪了圖4所示原理圖的封裝器件101的結(jié)構(gòu)配置。圖5A示出了封裝器件101的俯視圖，圖5B示出了封裝器件101的對(duì)角線視圖。與圖3的配置相比，圖5的封裝器件101包括第三電容器塊132。第三電容器塊132布置在射頻輸入引線和第一分段電容器陣列124之間。第一組接合線128電連接到第三電容器塊132以及第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126。第三電容器塊132配置為可變電容器。因而，調(diào)諧電容器112由第三電容器塊132的可變電容器形成。進(jìn)一步地，在此配置中，第一分段電容器陣列124和第二分段電容器陣列126可以由靜電電容器形成。
[0035]現(xiàn)在詳述調(diào)諧電容器112的補(bǔ)償效應(yīng)。本文所述的封裝器件101是根據(jù)額定組件值設(shè)計(jì)和制造的。額定組件值是理論電氣參數(shù)即制造過(guò)程的理想目標(biāo)。相比之下，實(shí)際組件值是制造過(guò)程實(shí)際實(shí)現(xiàn)的電氣參數(shù)，它可能與額定組件值之間存在偏差。因而，特定制造過(guò)程的工藝窗口描述了實(shí)際組件值與額定組件值之間存在偏差的可能性。與額定值之間可能存在偏差的此類組件值的示例包括但不限于:射頻功率晶體管100的輸入電容、射頻功率晶體管100的輸出電容、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102中的靜電電容器的電容和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102中的接合線的電感。這些偏差的產(chǎn)生源于各種原因。例如，用于形成第一組接合線128和第二組接合線130的加工技術(shù)可能難以完全控制。相應(yīng)地，接合線128、130的高度容易產(chǎn)生偏差。這些偏差會(huì)導(dǎo)致接合線128、130的電感發(fā)生變化。此外，用于形成第一分段電容器陣列124、第二分段電容器陣列126和射頻功率晶體管100的半導(dǎo)體工藝容易發(fā)生變化。結(jié)果，初級(jí)側(cè)電容器114、116和次級(jí)側(cè)電容器118、120及射頻功率晶體管100的電容可能發(fā)生變化。
[0036]參考圖6，示出了封裝器件101的典型額定響應(yīng)。圖6中的圖表假設(shè)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102和PCB匹配網(wǎng)絡(luò)共同將射頻功率晶體管100的輸入阻抗變換為50歐姆負(fù)載。射頻功率晶體管100和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的額定組件值被優(yōu)化，從而在限定頻率范圍1.97-2.03GHz內(nèi)的中心頻率2.0OGHz實(shí)現(xiàn)最大增益。超出此限定頻率范圍，封裝器件101的增益和效率都會(huì)下降。
[0037]圖6A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的射頻封裝功率晶體管的額定正向電壓增益(S21)和額定輸入端口電壓反射系數(shù)(SI I) O圖6B示出了射頻封裝功率晶體管的額定插入相移，即延遲(S21)。
[0038]參考圖7，其中包括圖7A和圖7B，描繪了在所示補(bǔ)償之前和之后封裝器件101的典型實(shí)際參數(shù)。射頻功率晶體管100和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的實(shí)際組件值可能與額定特性之間存在各種百分比如+/-1%、+/-5%、+/_10%等偏差。在圖7的示例中，射頻功率晶體管100的實(shí)際輸入電容高于額定值5%，而將射頻功率晶體管100的柵極106連接到變壓器104的柵極引線部134的電感高于額定值5 %。線200、202、204示出了這些偏差對(duì)封裝器件101的電氣參數(shù)的影響。線206、208、210示出了通過(guò)施加到射頻輸入引線的直流電壓對(duì)調(diào)諧電容器112的電容進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，對(duì)封裝器件101的電氣參數(shù)的影響。
[0039]參考圖7A，線200描繪了射頻封裝功率晶體管的實(shí)際正向電壓增益(S21)，線202示出了調(diào)諧電容器112具有35pF電容時(shí)的實(shí)際額定輸入端口電壓反射系數(shù)(Sll)?？梢钥吹剑@些參數(shù)由于組件值偏差而發(fā)生偏斜，以致于它們并不相對(duì)于中心頻率2.0OGHz完美對(duì)稱。對(duì)于給定的應(yīng)用，該偏斜可能是不可接受的，從而在缺少校正措施的情況下必須丟棄部件。但是，通過(guò)調(diào)諧電容器112的電容變化，能夠有效消除該偏斜。線206示出了射頻封裝功率晶體管的實(shí)際正向電壓增益(S21)，而線208示出了調(diào)諧電容器112的電容向下調(diào)節(jié)到32.7pF時(shí)的實(shí)際額定輸入端口電壓反射系數(shù)(Sll)。通過(guò)按照前述方式適當(dāng)偏置射頻輸入引線可實(shí)現(xiàn)該調(diào)節(jié)?？梢钥吹剑瑢?duì)調(diào)諧電容器112的電容調(diào)節(jié)完全補(bǔ)償了額定參數(shù)值和實(shí)際參數(shù)值之間的偏差。因而，封裝器件101的電氣特性可以與圖6所描繪的額定正向電壓增益(S21)和額定輸入端口電壓反射系數(shù)(Sll)接近或精確地一致。
[0040]參考圖7B，線204示出了調(diào)諧電容器112具有35pF電容時(shí)封裝器件101的實(shí)際插入相移，即延遲(S21)?？梢钥吹?，組件值偏差在封裝器件101的額定組件值和實(shí)際組件值之間產(chǎn)生大約11度相移。對(duì)于給定的應(yīng)用，該相移可能是不可接受的，從而在缺少校正措施的情況下必須丟棄部件。線210示出了已經(jīng)按照前述方式(即通過(guò)調(diào)節(jié)射頻輸入引線的直流電壓)將調(diào)諧電容器112的電容調(diào)節(jié)到32.7pF之后封裝器件101的實(shí)際插入相移，即延遲(S21)?？梢钥吹?，對(duì)調(diào)諧電容器112的該調(diào)節(jié)完全補(bǔ)償了額定參數(shù)值和實(shí)際參數(shù)值之間的偏差。相應(yīng)地，通過(guò)調(diào)節(jié)射頻輸入引線的直流電壓，射頻封裝功率晶體管可以與封裝器件101的額定插入相移，即延遲(S21)接近或精確地一致。
[0041]圖6至圖7示出了封裝器件101的一個(gè)示例性配置，其中封裝器件101被優(yōu)化為特定頻率，但是補(bǔ)償原理可以應(yīng)用到各種組件值。進(jìn)一步地，如果封裝包括按照前述方式隔離調(diào)諧電容器112的電壓器，則補(bǔ)償原理可以應(yīng)用到不同的封裝配置。例如，封裝器件101可以包括與
【申請(qǐng)人】為Marbe 11的美國(guó)專利申請(qǐng)14/069，867的圖9所示的輸出匹配電路大致類似或相同的輸出匹配電路。
[0042]現(xiàn)在將描述提供封裝器件101的方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法包括提供根據(jù)本文所述的任一實(shí)施例的封裝器件101。隨后，對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試以檢測(cè)射頻功率晶體管100和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的額定組件值與射頻功率晶體管100和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102的實(shí)際組件值之間的偏差。該測(cè)試過(guò)程可以通過(guò)單獨(dú)測(cè)試各個(gè)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，測(cè)試過(guò)程可以包括測(cè)量至少以下參數(shù)之一:射頻功率晶體管100的輸入電容、射頻功率晶體管100的輸出電容、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102中至少一個(gè)靜電電容器的電容、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)102中至少一條接合線的電感。可選地，測(cè)試過(guò)程可以在封裝器件101的輸入/輸出端子上執(zhí)行。例如，測(cè)試過(guò)程可以包括測(cè)量至少以下參數(shù)之一:封裝器件101的插入相移、封裝器件101的實(shí)際正向電壓增益和輸入端口電壓反射系數(shù)。
[0043]測(cè)試后，即可確定經(jīng)由射頻輸入引線施加到調(diào)諧電容器112的直流偏壓，以補(bǔ)償額定組件值和實(shí)際組件值之間的偏差。該確定過(guò)程可以用實(shí)驗(yàn)方法(即，通過(guò)調(diào)節(jié)直流偏壓并測(cè)量封裝器件101中的響應(yīng))或理論方法(S卩，通過(guò)計(jì)算調(diào)諧的適當(dāng)電容)完成。
[0044]有益的是，本文公開(kāi)的方法允許在封裝器件101的生產(chǎn)過(guò)程中提供產(chǎn)量并降低成本。因?yàn)檎{(diào)諧電容器112被制成器件的一部分，例如使用分段電容器陣列，所以與傳統(tǒng)技術(shù)相比，補(bǔ)償額定值和實(shí)際值之間的偏差所需的時(shí)間和成本極大地降低。用于補(bǔ)償額定組件值和實(shí)際組件值之間的偏差的傳統(tǒng)技術(shù)示例包括:測(cè)試后調(diào)節(jié)接合線環(huán)的高度；以及從相同晶片的附近位置選擇在單一封裝中使用的元件(即晶體管和電容器)，它們更可能彼此一致。這兩種技術(shù)都不是完全有效，并且會(huì)增加成本和延遲生產(chǎn)過(guò)程。有益的是，本文所述方法不需要應(yīng)用這些技術(shù)，因?yàn)榭梢允褂弥绷麟妷汉?jiǎn)單而有效地補(bǔ)償器件?？梢愿鶕?jù)常見(jiàn)的技術(shù)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)封裝器件101的電路，以使施加到射頻輸入引線的直流電壓可編程且可調(diào)節(jié)。
[0045]術(shù)語(yǔ)“電連接”描述電連接元件之間的永久低電阻連接，例如連接元件之間的直接接觸或經(jīng)由金屬和/或高摻雜的半導(dǎo)體的低電阻連接。術(shù)語(yǔ)“電氣耦合”包括在電氣耦合元件之間提供適于信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)中介件，例如變壓器和/或晶體管。兩個(gè)元件之間的電連接形成盡管有寄生效應(yīng)但保持恒定交流和直流電壓的節(jié)點(diǎn)。相比之下，當(dāng)兩個(gè)元件彼此電氣耦合時(shí)，交流或直流電壓會(huì)在電氣耦合過(guò)程中變化。
[0046]空間相對(duì)位置術(shù)語(yǔ)如“在…之下”、“在…下面”、“下面”、“在…之上”、“上面”等用于說(shuō)明一個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)元件的定位。這些術(shù)語(yǔ)旨在包含除了圖中所示元件的不同方位之外的器件的不同方位。進(jìn)一步地，術(shù)語(yǔ)如“第一”、“第二”等也用于描述各種元件、區(qū)域、部分等，而不旨在進(jìn)行限制。在本文描述中，相同術(shù)語(yǔ)表示相同元件。
[0047]本文使用的術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含”、“包括”、“由…組成”等是表明存在所述元件或特征的開(kāi)放性術(shù)語(yǔ)，而并不排除附加元件或特征。
[0048]除了變型和應(yīng)用的上述范圍外，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不受前述內(nèi)容限制，也不受附圖限制。本發(fā)明僅受權(quán)利要求及其同等法律效應(yīng)的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種封裝的射頻功率晶體管，包括: 射頻輸入引線； 直流柵極偏置引線； 射頻功率晶體管，包括柵極端子、源極端子和漏極端子；以及 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，包括: 電連接到所述射頻輸入引線的初級(jí)電感器； 電連接到所述柵極端子和所述直流柵極偏置引線的次級(jí)電感器；以及 電連接到所述射頻輸入引線并與所述柵極端子物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器； 其中所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)被配置為阻斷在所述射頻輸入引線和所述柵極端子之間的直流電壓，并在從所述射頻輸入引線到所述柵極端子的限定頻率范圍內(nèi)傳播交流電壓，以及其中所述調(diào)諧電容器被配置為基于施加到所述射頻輸入引線的直流電壓變化調(diào)節(jié)所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的電容。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝的射頻功率晶體管，其中在變壓器配置中所述初級(jí)電感器和所述次級(jí)電感器彼此電感耦合，所述變壓器被配置為阻斷直流電壓并傳播交流電壓，并且其中所述調(diào)諧電容器被電連接到所述初級(jí)電感器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括: 布置在所述射頻輸入引線和所述射頻功率晶體管之間的第一分段電容器陣列和第二分段電容器陣列； 電連接到所述射頻輸入引線及所述第一分段電容器陣列和第二分段電容器陣列的第一組接合線； 電連接到所述柵極端子及所述第一分段電容器陣列和第二分段電容器陣列的第二組接合線， 其中所述初級(jí)電感器由在所述第一分段電容器陣列和第二分段電容器陣列之間延伸的所述第一組接合線的各段形成，以及 其中所述次級(jí)電感器由在所述第一分段電容器陣列和第二分段電容器陣列之間延伸的所述第二組接合線的各段形成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述第一分段電容器陣列包括與多個(gè)靜電電容器交替布置的多個(gè)可變電容器，其中所述第一組接合線電連接到所述第一分段電容器陣列中的所述可變電容器，其中所述第二組接合線電連接到所述第一分段電容器陣列中的所述靜電電容器，并且其中所述調(diào)諧電容器由所述第一分段電容器陣列中的所述可變電容器形成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述第二分段電容器陣列包括與多個(gè)靜電電容器交替布置的多個(gè)可變電容器，其中所述第一組接合線電連接到所述第二分段電容器陣列中的所述可變電容器，其中所述第二組接合線電連接到所述第二分段電容器陣列中的所述靜電電容器，并且進(jìn)一步包括由所述第一分段電容器陣列和所述第二分段電容器陣列中的所述可變電容器形成的第二調(diào)諧電容器。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步包括被布置所述射頻輸入引線和所述射頻功率晶體管之間并包括可變電容器的第三電容器塊，其中所述第一組接合線電連接到所述第三電容器塊，并且其中所述調(diào)諧電容器包括所述第三電容器塊的所述可變電容器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述第一分段電容器陣列和所述第二分段電容器陣列中的每個(gè)電容器都是靜電電容器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述調(diào)諧電容器被配置為在OV和40V之間的直流偏壓下工作，并且其中所述射頻功率晶體管被配置為在OV和4V之間的直流偏壓下工作。9.一種封裝的射頻功率晶體管，包括: 射頻輸入引線； 直流柵極偏置引線； 射頻功率晶體管，其包括柵極端子、源極端子和漏極端子；以及 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，包括: 電連接到所述射頻輸入引線的初級(jí)電感器； 電連接到所述柵極端子和所述直流柵極偏置引線的次級(jí)電感器；以及 電連接到所述射頻輸入引線并與所述柵極端子物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器； 其中所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的額定組件值被優(yōu)化，使得在所述限定頻率范圍的中心頻率處實(shí)現(xiàn)最大增益， 其中所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際組件值與所述額定組件值之間的偏差為一個(gè)百分點(diǎn)，以及 其中所述調(diào)諧電容器的電容值是基于施加到所述射頻輸入引線的直流電壓變化可調(diào)節(jié)的，從而補(bǔ)償所述額定組件值和所述實(shí)際組件值之間的偏差。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的額定組件值包括以下參數(shù)中的至少一個(gè):所述射頻功率晶體管的輸入電容、所述射頻功率晶體管的輸出電容、所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)中靜電電容器的電容、所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)中接合線的電感，并且其中所述實(shí)際組件值與所述額定組件值之間的偏差為+/-5%。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的封裝的射頻功率晶體管，其中所述射頻功率晶體管的所述實(shí)際輸入電容比所述額定組件值高5%，其中所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)中的一條接合線的電感比所述額定組件值高5%，其中所述實(shí)際組件值和所述額定組件值之間的偏差使所述封裝的射頻功率晶體管的插入相位的移位為11%，并且其中所述調(diào)諧電容器的電容值是可以調(diào)節(jié)的以完全地補(bǔ)償所述插入相位的移位。12.一種封裝射頻功率晶體管的方法，所述方法包括: 提供一種封裝的射頻功率晶體管，其包括射頻輸入引線、直流柵極偏置引線、包括柵極端子、源極端子和漏極端子的射頻功率晶體管及輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括:在所述射頻輸入引線和所述柵極端子之間耦合的變壓器，被配置為阻斷所述射頻輸入引線和所述柵極端子之間的直流電壓并在從所述射頻輸入引線到所述柵極端子的限定頻率范圍內(nèi)傳播交流電壓；以及 電連接到所述射頻輸入引線并與所述柵極端子物理斷開(kāi)連接的調(diào)諧電容器； 測(cè)試所述封裝的射頻功率晶體管，以檢測(cè)所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的額定組件值與所述射頻功率晶體管和所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際組件值之間的偏差；以及確定要經(jīng)由所述射頻輸入引線施加到所述調(diào)諧電容器的直流偏壓，所述直流偏壓補(bǔ)償額定組件值和實(shí)際組件值之間的偏差。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中測(cè)試所述封裝的射頻功率晶體管包括測(cè)量以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):所述射頻功率晶體管的輸入電容、所述射頻功率晶體管的輸出電容、所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)中的靜電電容器中的至少一個(gè)靜電電容器的電容、所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)中至少一條接合線的電感。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中測(cè)試所述封裝的射頻功率晶體管包括測(cè)量所述封裝的射頻功率晶體管的插入相位，并且其中確定直流偏壓包括確定所述調(diào)諧電容器的電容值，所述調(diào)諧電容器將所述插入相位向額定插入相位更近地移位。
【文檔編號(hào)】H03H7/38GK105871343SQ201610073307
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日
【發(fā)明人】M·瑪貝爾, B·阿加, E·哈希莫托
【申請(qǐng)人】英飛凌科技股份有限公司