專利名稱：用于電子模塊的封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)，并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(shù)：
蜂窩和個人通信系統(tǒng)市場持續(xù)走向諸如通用分組無線電業(yè)務(wù)(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(shè)計得更小，效率更高，成本更低并且更易于制造。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(tǒng)的整體性能和成本效率的關(guān)鍵參數(shù)。
許多因素目前正對HPA電路的設(shè)計者們提出挑戰(zhàn)。這些因素包括熱管理，靜態(tài)電流和封裝寄生現(xiàn)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(shù)。
為了避免對電子部件自身以及周圍元件的永久性傷害，產(chǎn)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于消散在電子部件運行期間產(chǎn)生的熱量的熱沉的封裝里。
圖1A和1B示出了現(xiàn)有技術(shù)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)芯片實現(xiàn)的高功率放大器，它們是2個輸入芯片102、2個放大器芯片104、以及2個輸出芯片106，其中芯片102a、104a、和106a是經(jīng)由線接頭108串行電互連的，芯片102b、104b、和106b是經(jīng)由其它的線接頭108串行電互連的，并且每個芯片可以包括成千個集成器件。例如，每個放大器芯片104典型地包括成千個并聯(lián)配置的晶體管。輸入芯片102也經(jīng)由線接頭電連接到單個輸入導(dǎo)體110，而輸出芯片106經(jīng)由線接頭電連接到單個輸出導(dǎo)體112。
在運行過程中，單個、低功率的電輸入信號在輸入導(dǎo)體110處被應(yīng)用到HPA封裝100，該導(dǎo)體將輸入信號傳遞到輸入芯片102。輸入芯片102調(diào)節(jié)該輸入信號并將此經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸入信號應(yīng)用到放大器芯片104。放大器芯片104放大該調(diào)節(jié)過的輸入信號，并且將生成的高功率信號應(yīng)用到輸出芯片106。輸出芯片106調(diào)節(jié)該高功率信號并將該調(diào)節(jié)過的、高功率信號應(yīng)用到輸出導(dǎo)體112，該導(dǎo)體給出該調(diào)節(jié)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，芯片102-106產(chǎn)生相對大量的熱量，這些熱量需要被從芯片上去除并消散，以避免損害到HPA封裝100內(nèi)的元件以及HPA封裝100附近的其它部件。為了實現(xiàn)這種熱控制，例如利用導(dǎo)電并且導(dǎo)熱的焊接材料，將芯片102-106直接安裝到金屬載體114，以形成芯片/載體組件。除了起到將產(chǎn)生的熱量導(dǎo)離芯片的熱沉的作用，該導(dǎo)電金屬載體114還起到用于HPA封裝100的、為芯片提供基片電壓(例如，接地電壓或漏極電壓)的基礎(chǔ)導(dǎo)體的作用。
這個芯片/載體組件自身安裝在封裝體116之內(nèi)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(jīng)受住與將HPA封裝焊接安裝到金屬底板上相關(guān)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制成。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制成，這種金屬的膨脹系數(shù)基本上與封裝體的陶瓷材料的膨脹系數(shù)相匹配。
盡管HPA封裝100的設(shè)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(shè)計目標，例如靜態(tài)電流和封裝寄生現(xiàn)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(shù)。為了解決這些目標，HPA封裝100典型地安裝在包含設(shè)計用于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(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)HPA系統(tǒng)200的框圖。HPA系統(tǒng)200有多個經(jīng)由阻抗匹配(Z-匹配)電路204串聯(lián)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(tài)電流和封裝寄生現(xiàn)象的控制和/或?qū)Ψ蔷€性特性增益的補償?shù)墓δ?，作為輸入功率、溫度、?或偏壓的函數(shù)。HPA系統(tǒng)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(shù)據(jù)存儲器。輸入和輸出Z-匹配電路214和216提供HPA系統(tǒng)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(yīng)用到HPA系統(tǒng)200。依賴于特定的實現(xiàn)，輸入信號可以直接或者經(jīng)由其自身的SBC 208傳遞給第一HPA封裝206。同樣，依賴于特定的實現(xiàn)，由HPA封裝206生成的放大信號可以直接或者經(jīng)由其自身的SBC 208傳遞給第一Z-匹配電路204。類似的前置和/或后置放大器處理可同樣由每個放大器級202處的每個SBC 208應(yīng)用。每個放大器級202增大輸入信號的放大倍數(shù)，直到在輸出Z-匹配電路216處出現(xiàn)所產(chǎn)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(jiān)視器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)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(lián)合輸出器，緩沖器，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(tài)信息(例如，封裝溫度和RMS漏極電流測量)，并且生成和發(fā)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(yīng)用提供從5W到超過300W的輸出功率，HPA經(jīng)常需要在給定的信道中有非常好的線性以最大化數(shù)據(jù)通過量。在這些應(yīng)用中實現(xiàn)線性度的一種考慮是從中構(gòu)成HPA的晶體管的DC偏壓。例如，為了優(yōu)化性能，對于金屬氧化物半導(dǎo)體的、基于場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的放大器，MOSFET的靜態(tài)漏極電流應(yīng)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(wěn)定度在溫度上的目標的精確值是±5％，然而，對于高性能的寬帶設(shè)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(dǎo)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(shù)字通信系統(tǒng)中的性能。因此，監(jiān)視這些參數(shù)是非常重要的。
使用側(cè)面擴散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)晶體管用于HPA設(shè)計是普遍的。例如，這些晶體管上的靜態(tài)漏極電流能通過調(diào)整柵極-源極電壓和監(jiān)視漏極電流來設(shè)置。理想地，漏極電流對于溫度而言應(yīng)該是常量。然而，由于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?shù)湫偷赜糜诰S持恒定的漏極電流。例如，為了偏壓Allentown，PA的Agere系統(tǒng)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(shè)為3.8伏，以獲得400mA的靜態(tài)漏極電流。然而，為了將漏極電流維持在400mA，LDMOS器件的結(jié)點溫度每升高5攝氏度，則柵極-源極電壓應(yīng)該下降大約0.2伏。典型地，當(dāng)沒有RF輸入被應(yīng)用到HPA時，在器件建立期間首先監(jiān)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范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，對于每個HPA封裝，器件特定的參數(shù)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?；诖鎯Φ奶匦院鸵阎穆O電流、柵極電壓、以及溫度關(guān)系，通過查表或空閑時(on-the-fly)的計算完成。然而，由于難于獲得精確和及時的LDMOS結(jié)點溫度信息，用于LDMOS器件的溫度補償可能有問題。
在圖2的示例性現(xiàn)有技術(shù)的HPA系統(tǒng)200中，微控制器210從每個SBC 208接收數(shù)字采樣的溫度信息，并基于存儲在存儲器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(diào)整每個HPA封裝的漏極電流。存儲器212包含用于HPA系統(tǒng)200中的每個HPA封裝206的LUT。對于每個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(yīng)存儲器位置的內(nèi)容由微控制器從存儲器中讀出，并且接著由微控制器加載到與該HPA封裝有關(guān)的SBC內(nèi)部的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(DAC)中。DAC的輸出決定了HPA的柵極-源極電壓，并可被用于保持漏極電流的隨溫度相對不變。
在現(xiàn)有技術(shù)的其它實施例中，SBC可選或者另外直接監(jiān)視靜態(tài)電流和總電流。HPA系統(tǒng)200的設(shè)計的一個缺點是SBC中的溫度傳感器(例如，熱電偶)位于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?shù)木_度。當(dāng)溫度在晶體管結(jié)點處發(fā)生改變以及當(dāng)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(wěn)定性作為當(dāng)需要漏極電流中較大改變時的溫度的函數(shù)的能力。
在常規(guī)實現(xiàn)中，阻抗匹配電路204、214、和216需要反過來考慮由于在單個HPA系統(tǒng)200內(nèi)和HPA系統(tǒng)200的不同實例中的相鄰HPA封裝206之間的不同距離導(dǎo)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。由于這個原因，HPA系統(tǒng)200典型地包括可調(diào)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(diào)整該電路板以適應(yīng)替換的封裝更便宜也更容易。這些因素導(dǎo)致使用這些封裝設(shè)計的系統(tǒng)的低效率、浪費和高成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，通過將電子部件，例如在運行期間產(chǎn)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(shù)解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
在一個實施例中，本發(fā)明是包含具有至少一個開孔的非導(dǎo)電基片和安裝在該基片中的開孔內(nèi)的芯片/載體組件的電子模塊。該組件包括導(dǎo)電載體和一個或多個安裝到該載體的集成電路(IC)芯片。
在另一個實施例中，本發(fā)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(tǒng)。該電子模塊包含一個具有至少一個開孔的非導(dǎo)電基片和安裝在該基片中的開孔內(nèi)的芯片/載體組件。該組件包括導(dǎo)電載體和一個或多個安裝到該載體的IC芯片。


根據(jù)下面的詳細描述、所附權(quán)利要求書、以及附圖，本發(fā)明的其它方面、特征、和優(yōu)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(xiàn)有技術(shù)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(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)的HPA系統(tǒng)的框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)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的芯片/載體組件的其中之一的展開圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的一個實施例的HPA系統(tǒng)的框圖；圖9示出了根據(jù)一個可能的實現(xiàn)的圖8的每個HPA模塊內(nèi)的電子設(shè)備的框圖；圖10示意了由圖9的控制器執(zhí)行以在溫度改變期間設(shè)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表示用于存儲圖10的算法所使用的信息的圖9的存儲器的存儲區(qū)域。
具體實施例方式
圖3示出了根據(jù)本發(fā)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(dǎo)電基片302，在每個開孔中安裝了芯片/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，并經(jīng)由運行在其上、其內(nèi)、和/或經(jīng)過基片的金屬跡線(未示出)與芯片/載體組件電互連。每個芯片/載體組件306之內(nèi)的芯片經(jīng)由線接頭310相互連接并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。球形格柵陣列是用于在高功率放大器模塊和安裝的電子系統(tǒng)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(shù)量和模式可針對不同的球形格柵陣列實現(xiàn)而改變。
圖4示出了在添加線接頭之前，圖3的芯片/載體組件306的其中之一的展開圖。類似于圖F中的現(xiàn)有技術(shù)的芯片/載體組件，圖3中的每個芯片/載體組件有一組或多組例如利用導(dǎo)電或?qū)岷噶现苯影惭b到金屬載體408的串行連接的輸入、放大器、和輸出芯片(分別為402、404、和406)。優(yōu)選地，圖3中的基片320由顯示出高介電常數(shù)和與金屬載體408匹配的好的熱膨脹的材料制成。例如，如果載體由銅組成，那么基片有可能由雙馬來酰亞胺三嗪(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系數(shù)的陶瓷材料制成。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(cè)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(yīng)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芯片/載體組件。利用適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)機制(例如，焊錫膏)將每個芯片/載體組件306安裝到模塊基片302之上。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)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、和輸出芯片的芯片/載體組件504，而另一個有具有4組串行連接的輸入、放大器、和輸出芯片的芯片/載體組件506。
圖6示出了圖5的HPA模塊的底視圖。除了兩個芯片/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(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)(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(nèi)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(xiàn)中，兩個或多個焊球制成用于單個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于制造諸如圖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)將焊錫膏涂(例如，絲網(wǎng)印刷)在模塊基片上。
(2)將模塊基片中每個開孔內(nèi)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(huán)氧樹脂將一個或多個芯片附著在每個載體上，并且接著使環(huán)氧樹脂凝固以將芯片粘合到載體上。(在可選的制造順序中，芯片可以在將載體安裝到模塊基片之前，粘合到載體上。當(dāng)芯片固定操作涉及超過基片材料的能力的芯片固定溫度時，推薦這個可選順序)。
(5)在芯片之間以及芯片/載體組件和基片之間執(zhí)行線結(jié)合。
(6)如果需要，密封芯片和線接頭。
(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(shè)計為覆蓋整個模塊或模塊的一部分，并且如果需要的話可被設(shè)計為形成真空密封。
(8)將焊球附著在模塊基片的底部。(在可選的制作順序中，焊球能在步驟(3)的回流后的任何時刻安裝到模塊基片上。)制造過程到這里所有HPA模塊的所有內(nèi)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(tǒng)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(yīng)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后的配置。
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的底部延伸到低于所安裝的焊球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。依賴于特殊的實現(xiàn)，該間隙至少可以部分地填充以電導(dǎo)和熱導(dǎo)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，直到最后載體706的底面放置在熱導(dǎo)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(yīng)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(xiàn)目標焊球塌縮高度。同樣地，如果間隙部分地填充以電導(dǎo)和熱導(dǎo)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(tǒng)的其它部件也可安裝到CB/底板組件。而且，通過利用用于定位其它系統(tǒng)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。
在可選的制造過程中，一個或多個HPA模塊可以先于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，螺釘可以用于確保在載體和底板之間良好的熱導(dǎo)和/或電導(dǎo)。
如圖3所示并如圖5中明顯所示的，用在HPA模塊中的基片除了芯片/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(zhí)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(fā)明的單個HPA模塊可提供多個、不同于現(xiàn)有技術(shù)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(guān)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(jù)本發(fā)明的一個實施例的HPA系統(tǒng)800的框圖。HPA系統(tǒng)800有一個或多個串行互連的HPA模塊802，并經(jīng)由串行總線804連接到帶有相關(guān)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(fā)明的HPA模塊實現(xiàn)。
在運行中，(例如，低功率)RF輸入信號810被應(yīng)用到第一HPA模塊800，其放大該輸入信號并將產(chǎn)生的放大信號應(yīng)用到下一個、下游HPA模塊，直到最后一個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(jīng)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(tài)或中斷信息(例如，當(dāng)前、低、高、和平均溫度，以及超出范圍的異常警告)。微控制器還發(fā)送聚集控制(例如，增益設(shè)置或偏流設(shè)置)到每個HPA模塊。每個HPA模塊針對溫度變化進行內(nèi)部自我補償，并且還提供內(nèi)部匹配HPA模塊的輸入和輸出阻抗。
圖9示出了根據(jù)一個可能實現(xiàn)的圖8的每個HPA模塊802內(nèi)的電子設(shè)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(lián)輸入、放大器和輸出芯片)、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(zhuǎn)換器庫914、非易失存儲器916、數(shù)字邏輯控制器918、控制/狀態(tài)接口920、串行接口922、以及D/A轉(zhuǎn)換器庫924。HPA 904包括一個或多個(例如，上千個)晶體管CX和潛在的其它接口電路(例如，用于將晶體管配置到諸如緩沖區(qū)或高增益的各種放大器模式的其中之一，盡管在各種實施例中，這個配置也是可編程為更大或更小的范圍)。
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(yù)定通帶中，提供從同軸電纜的50歐姆阻抗到HPA 904的晶體管電路的輸入阻抗(例如，1到2歐姆)的阻抗變換。如本領(lǐng)域的技術(shù)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(yōu)選地被安裝成盡可能接近HPA 904，并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(yōu)勢?？梢岳肏PA芯片外部的二極管實現(xiàn)溫度傳感器，但是，如本領(lǐng)域的技術(shù)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(xiàn)(例如，作為HPA芯片的一部分的二極管或者作為芯片外部的熱電偶)以保持接近的優(yōu)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的晶體管提供了漏極電流的精確測定，尤其在模塊特征時間(如下文解釋的)。漏極電流是柵極-源極電壓的函數(shù)，反過來，柵極-源極電壓是晶體管結(jié)點溫度以及由控制器918經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器庫924中的DAC提供給柵極電壓控制電路912的控制設(shè)置的函數(shù)。
傳感器906和908的每一個都連接到A/D轉(zhuǎn)換器庫914內(nèi)的ADC，在此傳感器的模擬電壓或電流信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式并傳遞給本地控制器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(yù)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(zhuǎn)換器庫924內(nèi)的兩個DAC調(diào)諧。
控制器918連接到控制/狀態(tài)接口920、串行接口922、以及非易失(例如，隨機存取)存儲器(NVM)916。
在模塊特征化期間，模塊的各種各樣的特征被采樣，并連同默認參數(shù)和/或用于控制器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(shè)置的影響。例如，依賴于邏輯1或0的控制/狀態(tài)接口920的管腳、開機復(fù)位電路、模塊外部雙列直插式開關(guān)、或等同物。運行也可能受到經(jīng)由串行接口通過外部微控制器，或者例如經(jīng)由簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)代理單元寫入控制器918或存儲器916內(nèi)的寄存器的信息的影響。
存儲在存儲器916內(nèi)的特征可包括HPA的靜態(tài)漏極電流，作為在特定結(jié)點溫度為晶體管測量的柵極電壓的函數(shù)，該結(jié)點溫度實際上在晶體管的工作溫度范圍之內(nèi)。
例如，對于許多場效應(yīng)晶體管，為了維持恒定的漏極電流，晶體管結(jié)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(guān)系的斜率圖隨晶體管的工作溫度基本上恒定。然而，在特定溫度下對應(yīng)于特定漏極電流的實際柵極-源極電壓(例如，對于特定的漏極電流，柵極-源極電壓與溫度的關(guān)系的柵極對源極電壓截距圖)根據(jù)器件的不同而改變。器件之間的截距值的差異使得每個晶體管電路都是唯一的。然而，通過記錄這個截距和/或?qū)⑵骷奶囟ㄌ匦跃幊痰絻?nèi)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，晶體管電路的阻抗變化經(jīng)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(lǐng)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(diào)諧電路組合件接口以容納相對于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(yīng)于具有若干目標靜態(tài)漏極電流(例如，400mA)的偏壓晶體管CX，并在模塊上提供適當(dāng)?shù)姆答侂娐贰榱诉m當(dāng)?shù)仄珘壕w管，控制器918經(jīng)由控制/狀態(tài)接口920、串行接口922、或者經(jīng)由存儲在存儲器916中的出廠默認參數(shù)，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(yù)期范圍的晶體管CX的柵極-源極與溫度的關(guān)系特征的斜率和截距信息，預(yù)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(shè)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(zhí)行以隨溫度的改變設(shè)置和維持模塊802的放大器類別的示例性算法1000。圖11表示用于存儲由算法1000使用的信息的存儲器916的存儲區(qū)域1100。
在步驟1002中，模塊的目標靜態(tài)漏極電流參數(shù)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(jīng)在出廠時、在現(xiàn)場配置時、或者動態(tài)地經(jīng)由控制/狀態(tài)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(shù)。這個參數(shù)的值(例如，401mA)相應(yīng)于將由模塊控制器維持的靜態(tài)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，采樣晶體管CX的當(dāng)前結(jié)點溫度T_CURR。
接下來，在步驟1006中，I_TARGET和T_CURR被用作存儲區(qū)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(qū)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，那么選擇存儲區(qū)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(qū)域1100的子區(qū)域1102中的所有行是共用的，這樣，I_TARGET不能識別存儲區(qū)域1100的單個行，而是存儲區(qū)域1100的整個子區(qū)域1102。接著，T_CURR被用作利用I_TARGET識別的存儲器的子區(qū)域1102內(nèi)的查表值。T_CURR的值與圖11的示意的標記為“結(jié)點溫度”的列之內(nèi)的子區(qū)域1102內(nèi)的所有值相比較。如果該值不與一個條目直接匹配，那么選擇具有最為接近的值的行。例如，如果采樣的結(jié)點溫度T_CURR為34攝氏度，那么存儲器子區(qū)域1102中最接近的條目是35攝氏度。這樣，存儲區(qū)域1100的行#7最終由步驟1006中的I_TARGET和T_CURR查表所選擇?？蛇x地，如本領(lǐng)域的技術(shù)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(zhí)行插值。
接下來，在步驟1008，來自步驟1006中選擇的存儲區(qū)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(nèi)。從那里，VGS被加載到D/A轉(zhuǎn)換器庫924中的DAC，轉(zhuǎn)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(shù)情況下，存儲在存儲器中的實際值為應(yīng)用到晶體管CX的門電路的實際模擬電壓的整數(shù)近似值和/或變體。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，這是為了適應(yīng)與模塊的特定硬件有關(guān)的偏移和縮放。在步驟1008后，并且可選擇地在一定的延遲之后，算法返回到步驟1002。
在可選的實現(xiàn)中，在漏極電流、結(jié)點溫度的存儲，與存儲器中柵極-源極電壓(ITV)關(guān)系對VGS的計算之間作了折衷，作為空閑時柵極-源極電壓和結(jié)點溫度的函數(shù)。
在各種實施例中，還存儲了諸如模塊內(nèi)晶體管的老化、以及有關(guān)ITV關(guān)系是怎樣受到例如老化的影響的信息的其它參數(shù)。在這些實施例中，控制器918可以基于晶體管的老化調(diào)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(shù)器遞增。計數(shù)器的值解釋為該器件的老化。在其它的變體中，使用制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(dāng)前的日期碼裝載到控制器918的其中一個寄存器內(nèi)或者存儲器916的其中一個存儲位置內(nèi)?？刂破?18接著可以計算制造時的日期碼和當(dāng)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(jù)存儲在存儲器中的預(yù)定老化關(guān)系，調(diào)整VGS的計算。
在本發(fā)明各種不同的實施例中，用于模塊的唯一標識符在模塊制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制造商存儲到數(shù)據(jù)庫中，并且用于標識模塊的特性，如生產(chǎn)日期、晶片制造工廠、以及批次。
在本發(fā)明的一些實施例中，可以如下執(zhí)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(nèi)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(fā)明的一個或多個實施例中，控制器918被用于在電路組合件配置期間或者動態(tài)作為溫度的函數(shù)，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于輸入和輸出阻抗(例如，50歐姆或75歐姆)。通過寫入D/A轉(zhuǎn)換器庫924中的適當(dāng)?shù)募拇嫫?，控制?18利用存儲在存儲器916中的出廠編程的參數(shù)，分別在輸入和輸出阻抗匹配電路902和910中設(shè)置各個電壓和電流值。
在各個實施例中，HPA模塊802可包含一個或多個晶體管芯片，每個都有自主的本地控制和補償電路，晶體管芯片安排用于形成多級(例如，前置放大器和輸出驅(qū)動器)、即插即用放大器。例如，第一晶體管芯片配置為具有15dB增益的前置放大器級，第二個晶體管或芯片配置為具有13dB增益的輸出驅(qū)動器級，可在單個模塊之內(nèi)結(jié)合以創(chuàng)建具有28dB增益和50dBm輸出功率的模塊。
盡管本發(fā)明的背景是基于LDMOS晶體管的高功率放大器的上下文中討論的，本發(fā)明并不局限于那里的限制并且可以在本發(fā)明中使用任何適當(dāng)?shù)墓β史糯笃髌骷?br> 盡管已經(jīng)在高功率放大器的上下文中描述了本發(fā)明，本發(fā)明還能在其它上下文中實現(xiàn)，并且尤其對于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(yīng)用有用。
除非明顯地聲明，否則每個數(shù)字值和范圍都應(yīng)該解釋為近似值，就如在值或者范圍的值之前的單詞“大約”或“近似”。
還將理解的是，為了解釋本發(fā)明的性質(zhì)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在已經(jīng)描述和示意的各部分的細節(jié)、材料、和布置中作出各種改變，而不偏離如下面的權(quán)利要求書中表達的本發(fā)明的范圍。
為了促進權(quán)利要求的解釋，權(quán)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(yīng)解釋為必須將那些權(quán)利要求書的范圍限制在相應(yīng)的圖中所示的實施例。
盡管下列方法權(quán)利要求中的步驟(如果有的話)是使用相應(yīng)的標記以特定的順序敘述的，除非權(quán)利要求書面陳述了，否則隱含用于實現(xiàn)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(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種電子模塊，包括至少具有一個開孔的非導(dǎo)電基片；以及安裝在所述基片的開孔內(nèi)的芯片/載體組件，并包括導(dǎo)電載體；以及一個或多個安裝到所述載體的集成電路(IC)芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中所述電子模塊適用于利用自動化拾放工具而被安置在電路板(CB)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中所述基片有多個開孔；以及所述電子模塊包含多個芯片/載體組件，每個都安裝在所述基片的不同開孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中所述載體具有唇緣，其外部尺寸比所述開孔的相應(yīng)的內(nèi)部尺寸大，以便所述唇緣在所述基片的上表面支撐所述芯片/載體組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)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于被安裝到CB。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)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后所述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(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其中在回流操作之后的所述基片和所述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(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)明，其中所述載體較低的一側(cè)在所述基片的較低的一側(cè)之下延伸；以及所述CB具有接收所述載體的較低一側(cè)的開孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)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(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)明，其中用于將所述電子模塊安裝到所述CB的所述回流操作還用于將一個或多個其它的電子部件安裝到所述CB。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中所述電子模塊是功率放大器；以及所述芯片/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芯片，每組三個IC芯片包括輸入芯片、放大器芯片和輸出芯片。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)明，還包括安裝到所述基片，并且用于執(zhí)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(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)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(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)明，其中所述載體是銅。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)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(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)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(yīng)的內(nèi)部尺寸大，以便所述唇緣在所述基片的上表面上支撐所述芯片/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于被安裝到所述CB/底板組件；在所述回流操作之后所述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；在回流操作之后的所述基片和所述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(cè)在所述基片的較低一側(cè)之下延伸；所述CB具有接收所述載體的較低一側(cè)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；用于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于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；所述芯片/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芯片，每組三個IC芯片包括輸入芯片、放大器芯片和輸出芯片；還包括一個或多個安裝到所述基片、并且適用于執(zhí)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(tǒng)，包括CB；以及安裝到所述CB的至少一個電子模塊，并包含具有至少一個開孔的非導(dǎo)電基片；以及安裝在所述基片中的開孔內(nèi)的芯片/載體組件，并包含導(dǎo)電載體；以及一個或多個安裝到所述載體的集成電路(IC)芯片。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)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；以及所述芯片/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(dǎo)電基片(302)，以及一個安裝在所述基片中的所述開孔內(nèi)的芯片/載體組件(306)。該組件具有導(dǎo)電載體(408)和一個或多個安裝到所述載體的集成電路(IC)芯片(402)。本發(fā)明可以實現(xiàn)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(tǒng)。
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(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者蒂莫西·B.·班布里奇, 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(tǒng)有限公司