專(zhuān)利名稱(chēng)：高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和混合微波集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法。
背景技術(shù)：
在高頻內(nèi)匹配功率器件的研制中，輸入匹配電路是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，其重要性在于輸入匹配的好壞將直接影響內(nèi)匹配器件的輸入駐波、帶寬、增益和輸出功率等性能；其難點(diǎn)在于高頻內(nèi)匹配器件，尤其是對(duì)于大尺寸的器件，其輸入阻抗非常小，一般在I歐姆左右，而系統(tǒng)的特征阻抗一般為50歐姆，如此大的阻抗轉(zhuǎn)換比，大大增加了輸入匹配電路設(shè)計(jì)的難度。此外，高頻內(nèi)匹配器件的性能還與其封裝工藝聯(lián)系緊密。封裝過(guò)程所實(shí)現(xiàn)的物理連接的好壞，以及封裝與電路設(shè)計(jì)的符合度，將直接影響到內(nèi)匹配功率器件的微波性能 和可靠性。因此，封裝技術(shù)是高頻內(nèi)匹配功率器件研制過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵工藝之一。傳統(tǒng)的高頻內(nèi)匹配功率器件的研制中，采用單級(jí)LCL輸入匹配電路的形式，將內(nèi)匹配功率器件的輸入阻抗匹配到50歐姆，其中電感L采用直徑為25um的金絲實(shí)現(xiàn)，電容C采用自制的高介電陶瓷電容。這種方法雖然較為簡(jiǎn)捷，但是將使得內(nèi)匹配器件輸入匹配電路的Q值較高，從而降低了內(nèi)匹配器件的輸入駐波比、減少了帶寬、降低了增益，使得內(nèi)匹配器件的輸出功率也受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能降低輸入匹配電路的Q值，增大內(nèi)匹配功率器件的帶寬、增益和輸出功率的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法。本發(fā)明提供的一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，包括將內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺合金共晶在管殼內(nèi)；將功率器件和輸入輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)；將功率器件、輸入輸出匹配電容及內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲電學(xué)互連；將內(nèi)匹配電路和管殼管腳通過(guò)金帶電學(xué)互連。進(jìn)一步地，所述將內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺合金共晶在管殼內(nèi)包括將共晶儀的溫度升至350-380的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將用于構(gòu)成內(nèi)匹配電路的輸入和輸出內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺合金共晶在管殼內(nèi)。進(jìn)一步地，在將所述內(nèi)匹配電路共晶在管殼內(nèi)時(shí)，左右摩擦內(nèi)匹配電路，從而保證內(nèi)匹配電路與管殼緊密的粘貼在一起。進(jìn)一步地，所述將功率器件和輸入輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)包括將共晶儀的溫度設(shè)定在250-280度的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將用于構(gòu)成輸入輸出匹配電容的第一輸入匹配電容、第二輸入匹配電容及輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)；
將共晶儀的溫度設(shè)定在250-280度的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將功率器件通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)。進(jìn)一步地，在將所述功率器件和輸入輸出匹配電容共晶在管殼內(nèi)時(shí)，左右摩擦功率器件和輸入輸出匹配電容，從而保證功率器件和輸入輸出匹配電容與管殼緊密的粘貼在一起。進(jìn)一步地，所述輸入輸出匹配電容采用芯片電容或陶瓷電容。進(jìn)一步地，所述將功率器件、輸入輸出匹配電容及內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲電學(xué)互連包括采用金絲鍵合儀，將功率器件的輸入輸出電極和輸入輸出匹配電容通過(guò)金絲鍵合連接； 采用金絲鍵合儀，將輸入輸出匹配電容和內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲鍵合連接。進(jìn)一步地，所述采用金絲鍵合儀鍵合連接時(shí)，同一位置處不同金絲的長(zhǎng)度和角度一致。進(jìn)一步地,所述金絲的直徑為25um。進(jìn)一步地，所述將內(nèi)匹配電路和管殼管腳通過(guò)金帶電學(xué)互連包括采用金帶鍵合儀，將內(nèi)匹配電路和管殼輸入輸出管角之間通過(guò)IOOum寬的金帶進(jìn)行鍵合連接。本發(fā)明提供的一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法采用LCL的封裝方式，既提升了大尺寸功率器件的輸入輸出阻抗，又使得匹配電路具有靈活可調(diào)性；采用兩級(jí)LCL輸入匹配的封裝方式，更好的實(shí)現(xiàn)了由低阻抗到高阻抗的轉(zhuǎn)換，改善了內(nèi)匹配器件的輸入駐波t匕，降低了輸入匹配電路的Q值，從而增大了內(nèi)匹配功率器件的帶寬、增益和輸出功率，此夕卜，本發(fā)明分別采用金錫、金鍺將高頻功率器件、陶瓷電容和匹配電路焊接在管殼內(nèi)，保證了物理連接的牢固性，并增加了功率器件的熱導(dǎo)率。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中單個(gè)6mm功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為傳統(tǒng)單級(jí)LCL輸入匹配的6_內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的照片；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中兩級(jí)LCL輸入匹配的6mm內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的照片;圖5為本發(fā)明實(shí)施例中6_內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的帶寬特性示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中6_內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的增益特性示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中6_內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的輸出功率特性示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明提供的一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，包括以下步驟步驟SI :將內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺(AuGe)合金共晶在管殼內(nèi)；步驟S2 :將功率器件和輸入輸出匹配電容通過(guò)金錫(AuSn)合金共晶在管殼內(nèi)；步驟S3 :將功率器件、輸入輸出匹配電容及內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲電學(xué)互連；
步驟S4 :將內(nèi)匹配電路和管殼管腳通過(guò)金帶電學(xué)互連。具體是采用金帶鍵合儀，用IOOum寬的金帶將內(nèi)匹配電路和管殼輸入輸出管角之間連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)匹配功率器件和外界的物理和電學(xué)上的互連。其中，步驟SI將內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺(AuGe)合金共晶在管殼內(nèi)具體是將共晶儀的溫度升至350-380的溫度范圍內(nèi)，采用金鍺(AuGe)合金，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將用于構(gòu)成內(nèi)匹配電路的輸入和輸出內(nèi)匹配電路共晶在管殼內(nèi)。將內(nèi)匹配電路共晶在管殼內(nèi)時(shí)，左右摩擦內(nèi)匹配電路，從而保證內(nèi)匹配電路與管殼非常緊密的粘貼在一起。步驟S2 :將功率器件和輸入輸出匹配電容通過(guò)金錫(AuSn)合金共晶在管殼內(nèi)包括步驟S21 :將共晶儀的溫度設(shè)定在250-280度的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將用于構(gòu)成輸入輸出匹配電容的第一輸入匹配電容、第二輸入匹配電容及 輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)。步驟S22 :將共晶儀的溫度設(shè)定在250-280度的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將功率器件共晶在管殼內(nèi)。在將功率器件和輸入輸出匹配電容共晶在管殼內(nèi)時(shí)，左右摩擦功率器件和輸入輸出匹配電容，從而保證功率器件和輸入輸出匹配電容與管殼非常緊密的粘貼在一起。輸入輸出匹配電容采用芯片電容或陶瓷電容。步驟S3將功率器件、輸入輸出匹配電容及內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲電學(xué)互連包括步驟S31 :采用金絲鍵合儀，用25um直徑的金絲將功率器件的輸入輸出電極和輸入輸出匹配電容連接起來(lái)。步驟S32 :采用金絲鍵合儀，用25um直徑的金絲將輸入輸出匹配電容和內(nèi)匹配電路連接起來(lái)。采用金絲鍵合儀鍵合連接時(shí)，需要保證同一位置處不同金絲之間的長(zhǎng)度和角度的一致性，從而能夠避免封裝的差異性帶來(lái)的不穩(wěn)定性的問(wèn)題。為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)描述的更清晰，以下結(jié)合具體的實(shí)施例及附圖加以說(shuō)明。實(shí)施例一如圖2所示，上、下電極分別是輸入電極201和輸出電極202，分別用于連接用于構(gòu)成內(nèi)匹配電路的輸入和輸出內(nèi)匹配電路。背面帶有電鍍背金，用于將功率器件與AuSn焊料焊接到管殼上。所述的功率器件采用基于SiC襯底、總柵寬為6mm的AlGaN/GaN HEMTs微波功率器件。如圖3所示，傳統(tǒng)單級(jí)LCL內(nèi)匹配電路由一個(gè)輸入內(nèi)匹配陶瓷電路303和輸出內(nèi)匹配陶瓷電路304構(gòu)成，該器件輸入匹配采用I個(gè)并聯(lián)接地的輸入匹配陶瓷電容305和金絲306組成的單級(jí)LCL網(wǎng)絡(luò)，提升功率器件的輸入阻抗，然后由內(nèi)匹配電路將該6mm高頻功率器件匹配至50歐姆；由直徑為25um的金絲306，實(shí)現(xiàn)匹配電路的電感，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)元件之間的電學(xué)互連；由金帶307實(shí)現(xiàn)內(nèi)匹配電路和管殼管腳之間的互連。如圖4所示，本實(shí)施例內(nèi)匹配電路由輸入內(nèi)匹配陶瓷電路403和輸出內(nèi)匹配陶瓷電路404構(gòu)成，輸入輸出匹配電容由第一輸入匹配陶瓷電容408、第二輸入匹配陶瓷電容409和一個(gè)輸出匹配陶瓷電容410構(gòu)成，其中，第一輸入匹配陶瓷電容408、第二輸入匹配陶瓷電容409并聯(lián)接地。該器件輸入匹配采用兩個(gè)并聯(lián)接地的輸入匹配陶瓷電容和金絲406組成的兩級(jí)LCL網(wǎng)絡(luò)，提升功率器件的輸入阻抗，然后由內(nèi)匹配電路將該6_高頻功率器件匹配至50歐姆；由直徑為25um的金絲406，實(shí)現(xiàn)匹配電路的電感，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)元件之間的電學(xué)互連；由金帶407實(shí)現(xiàn)內(nèi)匹配電路和管殼管腳之間的互連。如圖5所示，橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為輸入駐波，實(shí)線(xiàn)為采用本發(fā)明的封裝方法所得到的6mm AlGaN/GaN HEMTs高頻內(nèi)匹配功率器件的帶寬特性，虛線(xiàn)為采用傳統(tǒng)封裝方法所得到的6mm AlGaN/GaN HEMTs高頻內(nèi)匹配功率器件的帶寬特性。M6、M7和M8、M9分別是兩條曲線(xiàn)-IOdB以下的邊界。以Sll小于-IOdB為標(biāo)準(zhǔn)，兩種封裝方法的得到的內(nèi)匹配功率器件的帶寬分別為I. 4GHz和O. SGHz0而且兩種封裝方法得到的內(nèi)匹配功率器件的最佳輸入駐波分別是Sll=-15dB和-11. 8dB，對(duì)應(yīng)的駐波比分別為I. 43和I. 69。可見(jiàn)，采用本發(fā)明的6_內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的帶寬和駐波特性，要明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)封裝方法的6mm內(nèi)匹配功率器件。如圖6所示，橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為增益，實(shí)線(xiàn)為采用本發(fā)明的封裝方法所得到 的6_ AlGaN/GaN HEMTs高頻內(nèi)匹配功率器件的增益特性，虛線(xiàn)為采用傳統(tǒng)封裝方法所得到的6_ AlGaN/GaN HEMTs高頻內(nèi)匹配功率器件的增益特性。兩種封裝方法的得到的內(nèi)匹配功率器件的最大增益分別為M4=12. 654dB和M5=ll. 892dB?？梢?jiàn)，采用本發(fā)明的6mm內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的增益特性，要明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)封裝方法的6_內(nèi)匹配功率器件。如圖7所示,橫軸代表輸入功率,右縱軸代表輸出功率,左縱軸代表增益，Pout_Double代表采用本發(fā)明兩級(jí)輸入電容的輸出功率，Pout_Single代表采用傳統(tǒng)單級(jí)輸入電容的輸出功率，Gain_Double代表采用本發(fā)明兩級(jí)電容的增益，Gain_Single代表采用傳統(tǒng)單級(jí)輸入電容的增益。采用本發(fā)明的封裝方法所得到的6_ AlGaN/GaN HEMTs高頻內(nèi)匹配功率器件的大信號(hào)功率增益達(dá)到了 7. 6dB，輸出功率為42. 2dBm (16. 6W)，而相應(yīng)的采用傳統(tǒng)封裝方法所得到的6mm AlGaN/GaN HEMTs高頻內(nèi)匹配功率器件的功率增益為6. 7dB，輸出功率為41. 5dBm( 14. 1W)。可見(jiàn)，采用本發(fā)明的6_內(nèi)匹配功率器件管殼封裝的功率增益和輸出功率，都要明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)封裝方法的6_內(nèi)匹配功率器件。傳統(tǒng)的高頻內(nèi)匹配功率器件的研制中，采用單級(jí)LCL輸入匹配電路的形式，將內(nèi)匹配功率器件的輸入阻抗匹配到50歐姆。這種方法雖然較為簡(jiǎn)捷，但是將使得內(nèi)匹配器件輸入匹配電路的Q值較高，從而降低了內(nèi)匹配器件的輸入駐波比、減少了帶寬、降低了增益，從而使得內(nèi)匹配器件的輸出功率也受到影響。本發(fā)明實(shí)施例采用兩級(jí)LCL輸入匹配的封裝方式，更好的實(shí)現(xiàn)了由低阻抗到高阻抗的轉(zhuǎn)換，改善了內(nèi)匹配器件的輸入駐波比，降低了輸入匹配電路的Q值，從而增大了內(nèi)匹配功率器件的帶寬、增益和輸出功率。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一的唯一不同之處在于輸入輸出匹配電容由兩個(gè)輸入匹配芯片電容和一個(gè)輸出匹配芯片電容構(gòu)成。其他地方與實(shí)施例一完全一致。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于，包括 將內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺合金共晶在管殼內(nèi)； 將功率器件和輸入輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)； 將功率器件、輸入輸出匹配電容及內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲電學(xué)互連； 將內(nèi)匹配電路和管殼管腳通過(guò)金帶電學(xué)互連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于，所述將內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺合金共晶在管殼內(nèi)包括 將共晶儀的溫度升至350-380的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將用于構(gòu)成內(nèi)匹配電路的輸入和輸出內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺合金共晶在管殼內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于 在將所述內(nèi)匹配電路共晶在管殼內(nèi)時(shí)，左右摩擦內(nèi)匹配電路，從而保證內(nèi)匹配電路與管殼緊密的粘貼在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于，所述將功率器件和輸入輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)包括 將共晶儀的溫度設(shè)定在250-280度的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將用于構(gòu)成輸入輸出匹配電容的第一輸入匹配電容、第二輸入匹配電容及輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)； 將共晶儀的溫度設(shè)定在250-280度的溫度范圍內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下，將功率器件通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于 在將所述功率器件和輸入輸出匹配電容共晶在管殼內(nèi)時(shí)，左右摩擦功率器件和輸入輸出匹配電容，從而保證功率器件和輸入輸出匹配電容與管殼緊密的粘貼在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于 所述輸入輸出匹配電容采用芯片電容或陶瓷電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于，所述將功率器件、輸入輸出匹配電容及內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲電學(xué)互連包括 采用金絲鍵合儀，將功率器件的輸入輸出電極和輸入輸出匹配電容通過(guò)金絲鍵合連接； 采用金絲鍵合儀，將輸入輸出匹配電容和內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲鍵合連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于 所述采用金絲鍵合儀鍵合連接時(shí)，同一位置處不同金絲的長(zhǎng)度和角度一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于 所述金絲的直徑為25um。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，其特征在于，所述將內(nèi)匹配電路和管殼管腳通過(guò)金帶電學(xué)互連包括 采用金帶鍵合儀，將內(nèi)匹配電路和管殼輸入輸出管角之間通過(guò)IOOum寬的金帶進(jìn)行鍵合連接。
全文摘要
公開(kāi)了一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，包括將內(nèi)匹配電路通過(guò)金鍺合金共晶在管殼內(nèi)；將功率器件和輸入輸出匹配電容通過(guò)金錫合金共晶在管殼內(nèi)；將功率器件、輸入輸出匹配電容及內(nèi)匹配電路通過(guò)金絲電學(xué)互連；將內(nèi)匹配電路和管殼管腳通過(guò)金帶電學(xué)互連。本發(fā)明提供的一種高頻內(nèi)匹配功率器件的封裝方法，采用兩級(jí)LCL輸入匹配的封裝方式，降低了輸入匹配電路的Q值，從而增大了內(nèi)匹配功率器件的帶寬、增益和輸出功率，此外，本發(fā)明分別采用金錫、金鍺將高頻功率器件、陶瓷電容和匹配電路共晶在管殼內(nèi)，保證了物理連接的牢固性，并增加了功率器件的熱導(dǎo)率。
文檔編號(hào)H01L21/50GK102832145SQ20121031972
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者羅衛(wèi)軍, 陳曉娟, 楊成樾, 劉新宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所