包括具有改进耐久性的RF-LDMOS晶体管的电子设备制造技术

本发明专利技术涉及一种电子设备，包括RF-LDMOS晶体管(1)和用于所述RF-LDMOS晶体管的保护电路(2)。所述保护电路(2)包括：i)耦合至所述RF-LDMOS晶体管(1)的漏极端子(Drn)的输入端子(Ni)；ii)限幅节点(Nc)；iii)耦合至所述限幅节点(Nc)的限幅电路(3)，用于将所述限幅节点(Nc)上的电压实质上保持在预先确定的参考电压以下，其中将所述预先确定的参考电压设计成大于所述漏极端子(Drn)上的操作电压并且低于固有地存在于所述RF-LDMOS晶体管中的寄生双极型晶体管(100)的触发电压；iv)耦合在所述限幅节点(Nc)与另一个参考电压端子(Gnd)之间的电容(Ct)；以及v)整流元件(D1、D2)，所述整流元件的阳极端子连接至所述输入端子(Ni)，并且所述整流元件的阴极端子连接至所述限幅节点(Nc)。本发明专利技术提供了一种具有改进RF耐久性的RF-LDMOS晶体管，同时不损害或者至少在小得多的程度上损害所述RF-LDMOS晶体管的RF性能。

【技术实现步骤摘要】
包括具有改进耐久性的RF-LDMOS晶体管的电子设备
本专利技术涉及一种包括RF-LDMOS晶体管的电子设备和一种用于所述RF-LDMOS晶体管的保护电路。
技术介绍
在用于个人通信系统(GSM、EDGE、W-CDMA)的基站中，RF功率放大器(PA)是关键部件。对于这些功率放大器，RF横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管由于其卓越的功率容量增益、线性和可靠性是技术的标准选择。RF功率放大器是一种电子放大器，用于将低功率射频信号转换成重要功率(significantpower)的较大信号，典型地用于驱动发射机的天线。通常将它优化成具有高效率、高输出功率(P1dB)压缩、在输入和输出上良好的回波损耗、良好的增益和最佳热耗散。所述RF功率放大器的基本应用包括驱动另一个高功率源、驱动发射天线、微波加热和激励谐振器结构。在这些应用中，驱动发射天线是最众所周知的。所述发射机-接收机不仅用于语音和数据通信，而且用于天气感测(以雷达的形式)。RF功率放大器通常由具有源极引线(板形)、漏极引线和栅极引线的封装组成。在所述封装内部，提供了一种半导体管芯(die)，其中制造了所述RF功率晶体管。依赖于所述半导体管芯的尺寸，还可以存在所述管芯的栅极侧设置的电容器(MOSCAP)，并且可以存在所述漏极侧的另一个电容器。增加所述电容器用于所述半导体管芯与外界的阻抗匹配。将所述管芯导线键合(wirebonded)至各个引线。出于(电)性能的原因，保持所述键合导线尽可能短。用于基站的功率放大器(PA)主要使用横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)技术。基站PA的趋势是朝着更高的峰值功率容量，以便能够为更大的数据容量发射更多的频道。按照如下方式设计现代的LDMOS管芯，即所述栅极和漏极接触位于所述管芯的顶面处，而所述源极接触位于所述管芯的背面处。设计所述LDMOS封装以便适合这种结构。可以通过键合导线将所述栅极和漏极连接至所述引线。利用所述管芯的背面接触将所述源极连接至所述封装(凸缘，flange)的底部(引线)。所述凸缘用作第三引线。这种结构保证了在所述管芯和所述第三引线(源极)之间非常短的连接。这种源极的背面接触只有在所述管芯的衬底是导电的情况下(即在硅基LDMOS技术的情况下)才是可能的。用于功率RF-LDMOS晶体管的另一个重要性能指标是RF-耐久性。可以把这种RF-耐久性定义为经受输出处反射功率的能力。如果发生阻抗不匹配，那么会在输出处反射功率。这会作为突发事件(例如在天线损坏时)或者所述应用结构上的正常部分(例如在开灯时)发生。把设备能够经受的反射功率的量表示为所述设备能够继续使用(没有毁掉)的电压驻波比(VSWR)。在许多用于基站的LDMOS产品中规定VSWR为1:10。在RF功率放大器中，所述反射功率在所述放大器级中LDMOS的漏极处引起电压峰值。如果这个电压变得太高，那么会破坏所述设备。在现有技术中已经提出了几种针对这个问题的解决方案。第一种解决方案涉及功率放大器(PA)的保护，通过利用在所述设备输出处的环形器(Circulator)(http://en.wikipedia.org/wiki/Circulator)用于VSWR不匹配。这是一种非常昂贵的解决方案。在US4,122,400中报导了另一种解决方案。这个已公开专利公开了一种用于发射机放大器的保护电路，其中当超过VSWR和温度中的任意一个或者两个的阈值时，提供单独的VSWR(反射功率)控制和单独的温度控制。当感测所述RF放大器的温度时并且当这个温度超过某个阈值等级时，调节所述RF放大器的输出等级以保护所述放大器。单独地提供了一种用于感测所述反射功率与正向功率的比率(利用昂贵的定向耦合)的装置，并且当这个比率超过给定的阈值时，削减(cutback)所述放大器的增益从而保护放大器。在US6,794,719B2中报导了另一种解决方案，其中提出集成的二极管用于高压(HV)LDMOS晶体管的耐久性改进。然而，这种解决方案不适用于RF应用。在这种解决方案中，所述二极管必须应付高电流和高电压(二极管的击穿电压)，产生了较大的功率耗散。为了避免热损伤，必须使用较大的二极管，产生了较大的电容，并且这样产生了RF性能的降低。增加所述LDMOS本身的固有耐久性可以获得进一步的耐久性。这可以通过避免所述双极型NPN晶体管的导通来完成，所述导通固有地存在于LDMOS晶体管中。如果这种寄生的双极型晶体管导通，那么会破坏所述器件。通过电场工程和/或降低所述双极型晶体管的基极电阻可以完成避免所述双极型晶体管的导通。这也在S.J.C.H.Theeuwen等人2009年4月MicrowaveJournal第52卷第4期的第96-104页的论文“LDMOSRuggednessreliability”中进行了描述。然而，总是在RF性能与固有耐久性之间保持折衷。此外，对于LDMOS在高电阻衬底上的未来发展，将会变得很难把足够的固有耐久性引入所述功率RF-LDMOS中。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种包括具有改进RF耐久性的RF-LDMOS晶体管的电子设备，同时不损害或者至少在小得多的程度上对所述RF-LDMOS晶体管的RF性能进行折衷。本专利技术的第一方面提供了一种如权利要求1所主张的电子设备。所述电子设备包括RF-LDMOS晶体管和用于所述RF-LDMOS晶体管的保护电路。所述保护电路包括：-耦合至所述RF-LDMOS晶体管的漏极端子的输入端子；-限幅节点；-耦合至所述限幅节点的限幅电路，用于将所述限幅节点上的电压实质上保持在预先确定的参考电压以下，其中将所述预先确定的参考电压设计成大于所述漏极端子上的操作电压并且低于固有地存在于所述RF-LDMOS晶体管中的寄生双极型晶体管的触发电压；-耦合在所述限幅节点与另一个参考电压端子之间的电容；以及-整流元件，所述整流元件的阳极端子连接至所述输入端子，并且所述整理元件的阴极端子连接至所述限幅节点。根据本专利技术第一方面所述的电子设备实现了几个效果。首先，所述RF-LDMOS的漏极端子经由所述整流元件至所述限幅节点的耦合(将其保持在预先确定的参考电压以下(存在多种方式实现这种效果)，其中将所述预先确定的参考电压设计成大于所述漏极端子上的操作电压)保证了在正常的RF操作期间，所述限幅节点上的电压将接近(但最有可能保持低于)所述预先确定的参考电压，这意味着将所述整流元件反向偏置。因此，在正常操作中，在所述限幅节点处的阻抗不是显著地加载所述RF-LDMOS晶体管的漏极端子。然后，在耐久性事件期间，所述漏极端子上的电压会变得大于所述预先确定的参考电压(当设置得太靠近所述漏极端子上的操作电压时，必须小心地选择所述预先确定的参考电压，以便不损害所述装置的性能)。在这种情况下，所述整流元件会得到正向偏置并且(较大的)电流将流经所述整流元件(例如包括一个或者多个二极管)至所述限幅节点。这个电流会给所述限幅节点处的电容充电至高于所述预先确定的参考电压的电平。在所述耐久性事件之后，所述电容将放电至所述预先确定的参考电压。重要的是注意，在本专利技术中所述整流元件(例如二极管或者二极管的串联)只需要在正向模式下应付较大的耐久性电流。这导致所述整流元件中低的功率损耗，特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子设备，包括RF?LDMOS晶体管(1)和用于所述RF?LDMOS晶体管的保护电路(2)，所述保护电路(2)包括：?耦合至所述RF?LDMOS晶体管(1)的漏极端子(Drn)的输入端子(Ni)；?限幅节点(Nc)；?整流元件(D1、D2)，所述整流元件的阳极端子连接至所述输入端子(Ni)，并且所述整流元件的阴极端子连接至所述限幅节点(Nc)；?耦合至所述限幅节点(Nc)的限幅电路(3)，用于将所述限幅节点(Nc)上的电压实质上保持在预先确定的参考电压以下，以在所述RF?LDMOS晶体管的正常操作模式期间保持所述整流元件(D1，D2)反向偏置，其中将所述预先确定的参考电压设计成大于所述漏极端子(Drn)上的操作电压并且低于固有地存在于所述RF?LDMOS晶体管中的寄生双极型晶体管(100)的触发电压；以及?耦合在所述限幅节点(Nc)与另一个参考电压端子(Gnd)之间的电容(Ct)。

【技术特征摘要】
2012.05.14 EP 12167901.31.一种电子设备，包括RF-LDMOS晶体管(1)和用于所述RF-LDMOS晶体管的保护电路(2)，所述保护电路(2)包括：-耦合至所述RF-LDMOS晶体管(1)的漏极端子(Drn)的输入端子(Ni)；-限幅节点(Nc)；-整流元件(D1、D2)，所述整流元件的阳极端子连接至所述输入端子(Ni)，并且所述整流元件的阴极端子连接至所述限幅节点(Nc)；-耦合至所述限幅节点(Nc)的限幅电路(3)，用于将所述限幅节点(Nc)上的电压实质上保持在预先确定的参考电压处，以在所述RF-LDMOS晶体管的正常操作模式期间保持所述整流元件(D1，D2)反向偏置，其中将所述预先确定的参考电压设计成大于所述漏极端子(Drn)上的操作电压并且低于固有地存在于所述RF-LDMOS晶体管中的寄生双极型晶体管(100)的触发电压；以及-耦合在所述限幅节点(Nc)与另一个参考电压端子(Gnd)之间的电容(Ct)，其中，在正常的RF操作期间，所述电容(Ct)两端的电压实质上等于所述预先确定的参考电压(Vref)；其中所述限幅电路(3)包括另一个整流元件(Dcl)，所述另一个整流元件的阴极端子连接至所述限幅节点(Nc)，并且所述另一个整流元件的阳极端子连接至所述另一个参考电压端子(Gnd)，所述另一个整...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯·A·M·德波特，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：