專利名稱：分柵式功率模塊以及用于抑制其中振蕩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含多個晶體管而只提供一個單一外接?xùn)艠O端口的功率模塊。更具體而言，它涉及一個功率模塊，工作在第一頻率，而在低于該晶體管的截止頻率之下的第二更高頻率不發(fā)生振蕩。
背景技術(shù)：
利用多個晶體管管芯的現(xiàn)有技術(shù)功率模塊裝置已被大家所知。

圖1和圖2所示為兩個這樣現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)，圖1所示為一個已知為SGS托普生TH430的裝置，圖2所示為一個已知為東芝TPM1919的裝置。
圖1所示的SGS托普生TH430是一個四個管芯的雙極性器件，取用一個中央基極接點與位于矩形陣列外側(cè)的發(fā)射極相連。在本設(shè)計中未作使從基極端口到各個管芯基極的路徑長度相等的安排?？烧J(rèn)為管芯的上限頻率，這里指晶體管的截止頻率，與該四管芯器件的50MHz的上限頻率接近。
圖2所示的東芝TPM1919是一個具有四個直線排列MESFET管芯的2GHz的器件。該裝置利用一個“梯狀”分割結(jié)構(gòu)將柵極信號分成四路。在柵極連接與分割結(jié)構(gòu)的末端之間存在匹配網(wǎng)絡(luò)?？烧J(rèn)為這些匹配網(wǎng)絡(luò)在預(yù)期的工作頻率下提供阻抗變換，以幫助實現(xiàn)該器件。該器件的輸入結(jié)構(gòu)提供一定的平衡與隔離功能，其工作頻率據(jù)信是在接近于各個管芯的上限頻率。
因此，已知的現(xiàn)有技術(shù)器件工作在管芯的頻率范圍的頂端。由于涉及到非常高的頻率，現(xiàn)有技術(shù)的柵極以及/或者基極導(dǎo)線必需是短的。因此，它們的寄生諧振(以及潛在的振蕩)頻率高于管芯增益用盡時的頻率。因此存在很少的振蕩，或者沒有振蕩。
美國專利號4639760描述的Motorola設(shè)計MRF154(FIG.2’)使用串聯(lián)柵極電阻，有意地大幅度減少各個柵極元件的增益以充分防止振蕩。管芯具有大于500MHz的增益響應(yīng)，但是整個器件的預(yù)期頻率范圍小于100MHz。因此Motorola設(shè)計具有過剩增益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種將四個功率晶體管管芯封裝并互相連接的方法，使其工作在第一頻率，在第二個高于第一個頻率但低于晶體管截止頻率的頻率下不發(fā)生振蕩。本方法包括將多個管芯固定到一個基片上，將每個管芯的低側(cè)面(漏極)與基片上的一個導(dǎo)電層的一個第一區(qū)域電氣地和熱學(xué)地相結(jié)合；電氣地將每個管芯的一個源極與基片上該導(dǎo)電層的一個第二區(qū)域連接；以及通過分開的電導(dǎo)線，電氣地連接每個管芯的一個柵極到基片上該導(dǎo)電層的第三個公用的內(nèi)部中心區(qū)域。
這些導(dǎo)線被制成大致相同的導(dǎo)電長度，該所述的導(dǎo)電長度從公共區(qū)域到各個柵極提供了一個相應(yīng)的第一阻抗，將基本無衰減地傳遞第一個頻率；并且提供了從一個管芯的柵極到第二管芯的柵極的一個第二阻抗，它將大幅度衰減第二個頻率。根據(jù)第一實施例，該導(dǎo)線采取具有一個或者多個跳線與薄膜電阻串聯(lián)的形式。根據(jù)第二實施例，其采取的形式為具有一個或者多個具有預(yù)定阻抗特征的曲折帶狀線，并具有一個或者多個柵極焊接片，通過長跳線與其各自對應(yīng)的柵極相連接。
附圖簡要說明圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器。
圖2所示為另一個現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器。
圖2’所示為第三個現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器。
圖3為本發(fā)明第一實施例的示意圖。
圖4為本發(fā)明第二實施例的示意圖。
圖5為圖3所示實施例中的柵極結(jié)構(gòu)的一個更為詳細的示意圖。
圖6為圖4所示實施例中的柵極結(jié)構(gòu)的一個更為詳細的示意圖。
詳細描述根據(jù)本發(fā)明，四個功率MOSFET晶體管管芯以矩形陣列，例如正方形陣列排列，如圖3和圖4所示。這些管芯具有250MHz的上限值，但它們的尺寸大小是Motorola設(shè)計中管芯的兩倍。因此，根據(jù)本發(fā)明，這些晶體管的輸入電容高。該高電容降低了晶體管寄生結(jié)構(gòu)的諧振頻率，當(dāng)晶體管并連在一個功率模塊中時，這能夠?qū)е抡袷帯Ｓ捎诟叩妮斎腚娙菀约霸礃O電阻的使用，如根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，在預(yù)期工作頻率下的增益起初就不是很高。因此，存在很少的過剩增益，而且僅柵極電阻就減少了總放大增益。如果抑制振蕩所需的電阻太高，則可以使用電感器代替。因此本發(fā)明第二實施例利用柵極電感器代替柵極電阻，并提供較高的無振蕩增益。
本發(fā)明可看作是為RF功率應(yīng)用而設(shè)計的，提供一種可靠、易行且可重復(fù)制造、含多個功率MOSFET管芯的模塊化結(jié)構(gòu)。
圖3所示為本發(fā)明具有均衡柵極輸入連接的第一實施例，其中連接利用的是印刷串聯(lián)電阻。本領(lǐng)域的專業(yè)人員能領(lǐng)會，在第一實施例中，所得到的是一個比較低增益的放大器，但確是一個可運作而無不良振蕩的放大器。專業(yè)人員也會理解，為了增加該放大器實例的增益，可以使用具有較大增益的較小管芯，從而串聯(lián)電阻在預(yù)期工作頻率下不會消耗大部分的增益余量。
圖3所示為四管芯(各標(biāo)注為1)陣列固定在一個最好是陶瓷(例如BeO)的基片2上，該基片提供一個導(dǎo)電的源極連接區(qū)域3，一個導(dǎo)電的漏極連接區(qū)域4，以及一個導(dǎo)電的柵極連接區(qū)域5。薄膜源極電阻6(例如鈀金)位于管芯陣列周界外側(cè)的基片上。如圖所示，提供了柵極連接導(dǎo)線7和源極連接導(dǎo)線8(例如鋁)，以及源極連接片9(例如銀)。跳線10(例如鋁)從柵極連接區(qū)域5延伸到一個居中的柵極接線(landing)區(qū)L處，L與柵極串聯(lián)電阻13相鄰，并與其電氣連接。柵極電阻13的遠端通過柵極連接導(dǎo)線7線接到每個管芯1上的多個對應(yīng)的柵極接線區(qū)上。
圖4所示為本發(fā)明具有均衡柵極輸入連接的第二實施例，該連接利用的是具有比較高本征電感的印刷曲折帶狀線或者帶狀連接線11。由于電感帶狀線的感抗依賴于頻率(和不依賴于頻率的電阻的阻抗不同)，因此在發(fā)明的這種第二實施例中有可能獲得較高的增益而無振蕩。從而可以理解，第二實施例的設(shè)計布局與第一種相似其中柵極的第一個管芯外連接將位于一個公用的內(nèi)部居中區(qū)域內(nèi)。專業(yè)人員也會認(rèn)識到，雖然很低，但帶狀線本質(zhì)上也具有特性電阻和電容。
從圖4可以看出曲折帶狀線具有大體相等的電長度，例如，它們表現(xiàn)出幾乎相同的阻抗(包括電阻，電感和電容)，并且從外部柵極接線端5’通過跳線10延伸到一個居中的公用接線區(qū)L’處，其中L’位于管芯陣列的內(nèi)部及相鄰管芯之間。曲折狀電感器終止于柵極焊接片12’處，在此通過柵極連接導(dǎo)線7’線接到每個管芯1上的多個對應(yīng)的柵極接線片上?？梢岳斫獾交?，源極連接區(qū)域3，漏極連接區(qū)域4，源極電阻6，源極連接導(dǎo)線8，以及源極焊接片9，與圖3所示的上述本發(fā)明第一實施例中的那些大體相同。本領(lǐng)域的專業(yè)人員可以理解，帶狀線的曲折特性有效地延長了導(dǎo)線的電氣長度，而無須大幅度增大所需的連接布線面積。
圖5為一個僅顯示圖3所示裝置的柵極連接區(qū)域的詳細示意圖。圖5突出了上述的用于該器件的柵極連接5和連接導(dǎo)線7。它也顯示了第二個(居中的)柵極接頭連接導(dǎo)線10(根據(jù)所示的第一實施例有六條)，在柵極連接5與居中的柵極接線區(qū)L之間提供了一個可控阻抗(例如電阻的/電感的/電容的)路徑。它進一步顯示了柵極焊接片12(每個管芯各一個)。最后，圖5顯示了優(yōu)選印刷電路電阻13(也是每個管芯各一個)。對于一個給定的應(yīng)用，節(jié)跳線10的數(shù)量及其長度可以調(diào)整以獲得所需的電感、電阻和載流量。
根據(jù)優(yōu)選的第一實施例，柵極串聯(lián)電阻約為3歐姆或更小。本領(lǐng)域的專業(yè)人員會理解，串聯(lián)電阻的阻值是選用來在器件的一個給定的工作頻率下有效地抑制振蕩，同時不減少多于必需的器件的總體增益。而且，正如優(yōu)選第一實施例所示，六根細跳線10是平行排列的。
圖6為一個僅顯示圖4所示裝置的柵極連接區(qū)域的詳細示意圖。參考圖4如上所述，第二實施例省略了柵極串聯(lián)電阻13，將柵極連接片12’改組為占用一個更小的尺度，并加入四個可控阻抗帶狀線連接線11，如圖所示延伸在一個公用居中接線區(qū)L’與焊接片12’之間。如圖3和圖5所示，接線區(qū)L’可看出是通過六根平行跳線10與柵極連接5’相連接。
可控阻抗帶狀線的典型特性阻抗——與所選的管芯兼容——約為90歐姆，是由其寬度、厚度以及基片2的介電特性所決定的。根據(jù)上述圖4和圖6所示的本發(fā)明第二實施例，帶狀線大約為0.65英寸長，0.013英寸寬，而基片約為40密耳厚。管芯1本身的輸入阻抗大約低于0.2歐姆。
本領(lǐng)域的專業(yè)人員會理解，導(dǎo)體寬度與介質(zhì)層厚度的比值決定特性阻抗，導(dǎo)體長度決定曲折帶狀線加注在柵極和公用連接點L’之間的串聯(lián)阻抗。本領(lǐng)域的專業(yè)人員也會理解，在本發(fā)明的思想和范圍之內(nèi)，所示的帶狀線可以用不同方法來定性，制造以及/或者布線。
基于說明的目的，描述了一個四管芯的矩形陣列。其他幾何形狀排列，圓形、三角形等，具有更多或更少管芯，也可以由上述方法來應(yīng)用，而且是在本發(fā)明的思想和范圍之內(nèi)。
因此，在一個優(yōu)選實施例中已經(jīng)說明、描述了我們的發(fā)明原理，對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說應(yīng)該是非常明顯，可以在不背離這些原理的情況下對本發(fā)明的安排和細節(jié)作修改。我們對所有的在下述權(quán)利要求的思想和范圍之內(nèi)的更改均要求權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種將多個功率晶體管管芯封裝并互相連接的方法，使其工作于一個第一頻率，并在第二個高于第一頻率但在低于晶體管的截止頻率之下的頻率不發(fā)生振蕩，該方法包括將多枚管芯固定到一個基片上，使每個管芯的低側(cè)面(漏極)與基片上的一個導(dǎo)電層的一個第一區(qū)域電氣地和熱學(xué)地相結(jié)合；電氣地將每個管芯的一個源極與基片上該導(dǎo)電層的一個第二區(qū)域銜接；以及通過個別的電導(dǎo)線，電氣地連接每個管芯的一個柵極到基片上該導(dǎo)電層的第三個公用的內(nèi)部中心接線區(qū)域，這些導(dǎo)線被制成大致相同的導(dǎo)電長度，相應(yīng)于此從公共區(qū)域到各個柵極的所述電氣長度，提供出一個第一阻抗，將基本無衰減地傳遞第一個頻率；并且提供了從一個管芯柵極到一個第二管芯柵極的一個第二阻抗，它將大幅度衰減第二個頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中多個管芯被排列成一個陣列，并且基片被排列成令與源極配接的第二區(qū)域位于陣列以外，且第三區(qū)域位于陣列的內(nèi)部居中位置并在各個管芯之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中多個管芯排列為一陣列，并進一步包括連接第三區(qū)域至第四區(qū)域的一組導(dǎo)電的第一跳線，其中基片被排列成令與源極配接的第二區(qū)域位于陣列以外在相對的第一和第二側(cè)面，第三個區(qū)域位于大約陣列內(nèi)居中的位置，且第四個區(qū)域大體在陣列之外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個導(dǎo)線各包括一個第一部分，它從第三區(qū)域延伸到一個對應(yīng)管芯的一個柵極的一個柵極接線片，此第一部分包括一個或多個可控阻抗薄膜，一個第二部分與第一部分串聯(lián)連接，此第二部分包括柵極接線片同與第二部分串聯(lián)的第三部分，此第三部分包括一個或多個延伸到各個對應(yīng)管芯的柵極的導(dǎo)電跳線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中至少導(dǎo)線的第一、第二部分是在導(dǎo)電層內(nèi)一體形成的，以此在基片上勾畫出大體相等的，定義阻抗的線，具有大體相等的電阻、電感和電容；并且其中導(dǎo)電跳線被規(guī)劃成具有大體相等的，定義的阻抗配接每個柵極焊接片到相應(yīng)的柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中的導(dǎo)線各自包括一個第一部分，其為導(dǎo)電層內(nèi)一體形成的，并且延伸在第三區(qū)域和與各個對應(yīng)管芯的一個電氣分離的柵極焊接片之間，此第一部分具有曲折帶狀線的形狀，其中每個導(dǎo)線各包括一個第二部分，它包括一個第一組多枚導(dǎo)電跳線，它們被規(guī)劃成具有大體相等的，定義的阻抗配接每個柵極焊接片到一相應(yīng)的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中多個管芯排列為一陣列，其進一步包括連接第三區(qū)域至第四區(qū)域的一組導(dǎo)電的第一跳線，其中基片被排列為使得與源極連接的第二個區(qū)域位于陣列以外在相對的第一和第二側(cè)面，第三個區(qū)域位于陣列中大致居中的位置，并且第四個區(qū)域大體在陣列之外。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3或7所述的方法，其中的陣列是矩形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將四個功率晶體管模塊封裝并互相連接的方法，使其工作在第一個頻率下，在高于第一個頻率但低于晶體管的截止頻率的第二頻率不發(fā)生振蕩。本方法包括將多個管芯固定到一個基片上，將每個管芯的低側(cè)面(漏極)與基片上的一個導(dǎo)電層的一個第一區(qū)域電氣地和熱學(xué)地相結(jié)合；電氣地將每個管芯的一個源極與基片上該導(dǎo)電層的一個第二區(qū)域銜接；以及通過個別的電導(dǎo)線，電氣地連接每個管芯的一個柵極到基片上該導(dǎo)電層的第三個公用的內(nèi)部中心區(qū)域。這些導(dǎo)線被制成大致相同的導(dǎo)電長度，相應(yīng)此從公共區(qū)域到各個柵極的所述電氣長度，提供出一個第一阻抗，將基本無衰減地傳遞第一個頻率；并且提供了從一個管芯的柵極到一個第二管芯的柵極的一個第二阻抗，它將大幅度衰減第二個頻率。根據(jù)第一實施例，該導(dǎo)線采取具有一個或者多個跳線與薄膜電阻串聯(lián)的形式。根據(jù)第二實施例，其采取的形式為具有一個或多個具有預(yù)定阻抗特征的曲折帶狀線，并具有一個或多個柵極焊點，通過長跳線與其各自對應(yīng)的柵極相連接。
文檔編號H01L23/48GK1625807SQ03802909
公開日2005年6月8日 申請日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日
發(fā)明者理查德·B·弗雷 申請人:先進電力技術(shù)公司