用于宽带隙功率晶体管的改进的匹配技术制造技术

公开了用于与微波功率晶体管进行阻抗匹配的阻抗匹配网络和技术。分布式电容器电感器网络被使用，以便与现有的集总电容器布置相比，特别是在电感值方面，提供高度的控制和精度。通过主要由电容器上的微带传输线提供电感，减少了键合线的使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于宽带隙功率晶体管的改进的匹配技术本申请涉及在分立的微波功率晶体管的前级和末级匹配中使用分布式电容及其阵列以改进功率放大器的性能。
技术介绍
使用分立(未封装)宽带隙晶体管的微波功率放大器可以通过如下方式以混合布置实现:使用单个晶体管或使用与特定的分离的无源电子元件组合(并联)并组装以实现所规定的性能水平的若干个这样的晶体管。该混合微波集成电路(MIC)的实现对于集成解决方案(诸如微波单片集成电路或MMIC)常常是优选的，这是因为通过使用“Q”较高的外部嵌入电子元件，可以导致极大的性能改进。MIC布置的要求是通过使用许多键合线将分立晶体管连接到输入和输出匹配网络或元件。每个晶体管的输出包括大量本征并联馈电，并且因此具有低阻抗(较之低功率晶体管)，而输入包括大量栅极，并且因此具有相对高的电容(较之低功率晶体管)。因此难于在晶体管和它的嵌入电路之间提供合适的阻抗匹配，该合适的阻抗匹配提供跨越所需频带的良好功率传输。这样的匹配需要应用规定的感抗和容抗。MIC器件中的键合线被用于将各个分立元件连接在一起，并且键合线通常是使用传统的线键合设备组装的长度短的(例如50-500 μ m)、细的(例如直径为25 μ m)、高导电率(通常是金或铝)的线。这些键合线具有感抗，该感抗随工作频率增加(Xf ?L，其中是感抗，ω是频率，并且L是键合线的长度)，并且该感抗关键取决于线的长度和取向。然而，这导致了问题:使用键合线来形成阻抗变换的部分电感的设计对来自键合线制造生产公差的性能变化敏感。具体地，由键合线提供的电感关键由其长度和形状决定，即使是键合线长度或取向的轻微变化，也可以导致电感变化，尤其是在高频时。例如，在2GHz可能不会带来特别问题的键合线长度变化在20GHz时变得相当成问题的，其中对于同一长度的线，其电抗高10倍。作为整个混合放大器电路的一部分，键合线电感需要被精确地控制，以确保可重复的和高产的电路性能。一些一致性和控制可以通过使用自动的线键合技术来达到，但是这对于小批量生产并不总是可能的，并且线的长度仍然受特定的制造公差支配。因此，主要问题是怎样克服来自在重要的嵌入匹配网络内使用具有潜在地随机或系统变化的尺寸的键合线的MIC功率放大器的固有性能变化(以及因此对制造产量的限制)。换句话说，怎样显著降低这样的放大器的性能对放大器匹配网络中使用的键合线的制造变化的敏感性。除了这个主要的问题，需要实现能够适应宽带隙晶体管的低输出阻抗和高输入电抗的匹配网络(虽然对于其他传统的FET器件也存在同一问题)。这可以通过使用外部“集总”支路电容匹配元件(芯片电容器)作为阻抗变换器来实现，但是这需要密切关注外部的键合线电感的影响。这样的匹配网络的示例从EP2197030可知，EP2197030公开了采用具有多个并行输入和多个并行输出的场效应晶体管(FET)形式的高频半导体器件，其中并行输入和并行输出均由多个键合线实现。另一个问题是， 使用分离的电感器(键合线)和芯片电容器来实现阻抗变换的集总设计与使用分布式网络相比，具有固有的带宽限制，除非电容和电感的级数增加。
技术实现思路
从一方面看，提供了一种用于微波功率晶体管的中间阻抗变换器件，该器件包括:介电基板，其承载或包含多个伸长的微波传输线，每个微波传输线具有长度且延伸越过或穿过基板，每个微波传输线具有第一末端和第二末端、每单位长度的预定的串联电感以及与电隔离导电板或层相结合的每单位长度的预定的支路电容，使得每个长度的微波传输线与导电板或层一起具有预定的特征阻抗和相位常数；器件，其被配置成使得，当具有相关联的阻抗的指定的最小实际长度的键合线连接在一个微波传输线的末端和微波功率晶体管之间时，键合线的阻抗被吸收到微波传输线的每单位长度的阻抗中。从另一方面看，提供了一种阻抗变换布置，其包括在具有第一介电常数的第一介电基板上形成的微波功率晶体管以及至少一个以上方面的中间阻抗变换器件。从另一方面看，提供了一种与微波功率晶体管结合的阻抗变换布置，该阻抗变换布置包括在具有第一介电常数的第一介电基板上形成的匹配网络以及至少一个中间阻抗变换器件。从又一个方面看，本专利技术提供了一种与微波功率晶体管进行阻抗匹配的方法，其中，多个微波传输线通过键合线被连接，每个键合线对晶体管的栅极或漏极端子具有阻抗，微波传输线延伸越过或穿过介电基板，微波传输线具有预定的串联电感以及与电隔离导电板或层相结合的预定的支路电容，使得每个微波传输线与电隔离导电板或层一起具有预定的特征阻抗和相位常数，以及其中，每个键合线的阻抗被吸收到其连接的微波传输线的阻抗中。在典型的实施方式中，阻抗匹配器件包括以并联形式并排布置的微波传输线的阵列。每个线可能具有通过电磁耦合影响它邻近的线的可能性，并且因此可以改变它的每单位长度的有效电容或电感。该阵列设置在晶体管的栅极侧或晶体管的漏极侧，或者可以设置两个阵列，在晶体管的每一侧上各设置一个阵列，用于前级和末级匹配。每个阵列可以在一片介电基板上形成，或者分别在分离的介电基板上的若干个阵列可以设置在晶体管的一侧或另一侧或两侧。该器件可以被制造为单个部件(用于晶体管的每侧)，或者若干个相同的部件可以以并排的形式部署。包括分布式电感和电容的阻抗变换器件可以被视为或配置成条形电容器的阵列，其通常采用矩形介电基板的形式，该介电基板具有基本上平行的第一和第二主表面，具有第一和第二表面上的金属化以形成电容器的极板。一个表面上的金属化可以基本上位于整个表面上，而另一相对表面上的金属化可以采用微波传输线的形式，诸如导电微带传输线，共面波导或导电带状线的传输线。整个形状可以是条形的(长，扁和薄)，因此被称为条形电容器。微波传输线通常基本上沿矩形介电基板的整个长度延伸。这种类型的器件的具体优点在于微波传输线并入了电感，以及提供针对介电基板的另一侧上的相对的金属化表面的电容。通过仔细地选择微波传输线的宽度和长度，以及它距离相对的金属化表面的间距和介电材料的介电常数，可以形成具有良好定义的每单位长度的电感和电容(或阻抗)的阻抗匹配元件。因为主要定义电感的微波传输线的长度被良好定义(由于它从介电基板的一个末端延伸到另一末端)，因此电感被良好定义。此外，通过主要在条形电容器阵列，而不是在外部“集总”支路电容器中进行阻抗匹配，任何外部键合线的长度被显著减小。事实上，通常采用将分布式或条形电容器连结到晶体管所需的最小长度，并且该有限的键合线电感将被吸收到匹配网络中。这意味着，与条形电容器阵列(其主要部分是微带传输线)提供的整体电感相比，外部键合线的长度和附接点的轻微变化极小。另一优点在于器件的介电基板可以通过介电常数高于诸如FR4或Duroid?等的一般的PCB基板的材料制成。例如，在诸如使用GaAs的MMIC的单片环境中，单片基板的介电常数约为12.9。本实施方式的器件可以通过具有高于12.9的介电常数的高介电常数基板制成，例如13、20、30、40或更高的介电常数，并且在一些变型例中介电常数小于300。该器件的某些实施方式可以在利用具有高介电常数的材料(如果单片电路环境被使用，例如MMIC，相对于那些通常被使用的材料，介电常数是高的)的(短)长度的传输线的方面来观察。该器件有效地使用有限长度的“微带”传输线来代替集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微波功率晶体管的中间阻抗变换器件，所述器件包括：介电基板，其承载或包含多个伸长的微波传输线，每个微波传输线具有长度且延伸越过或穿过所述基板，每个微波传输线具有第一末端和第二末端、每单位长度的预定的串联电感以及与电隔离导电板或层相结合的每单位长度的预定的支路电容，使得每个长度的微波传输线与所述导电板或层一起具有预定的特征阻抗和相位常数；所述器件被配置成使得，当具有相关联的阻抗的指定的最小实际长度的键合线连接在一个微波传输线的末端和微波功率晶体管之间时，所述键合线的阻抗被吸收到所述微波传输线的每单位长度的阻抗中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.07 GB 1105912.81.一种用于微波功率晶体管的中间阻抗变换器件，所述器件包括: 介电基板，其承载或包含多个伸长的微波传输线，每个微波传输线具有长度且延伸越过或穿过所述基板，每个微波传输线具有第一末端和第二末端、每单位长度的预定的串联电感以及与电隔离导电板或层相结合的每单位长度的预定的支路电容，使得每个长度的微波传输线与所述导电板或层一起具有预定的特征阻抗和相位常数； 所述器件被配置成使得，当具有相关联的阻抗的指定的最小实际长度的键合线连接在一个微波传输线的末端和微波功率晶体管之间时，所述键合线的阻抗被吸收到所述微波传输线的每单位长度的阻抗中。2.如权利要求1所述的器件，其中，所述介电基板具有大于13,优选地大于40的介电常数。3.如权利要求1或2所述的器件，其中，每个微波传输线是导电的微带传输线。4.如权利要求1或2所述的器件，其中，每个微波传输线是共面波导。5.如权利要求1或2所述的器件，其中，每个微波传输线是导电带状线的传输线。6.如前面任一项权利要求所述的器件，包括大体上是长方形片的介电基板，所述介电基板具有第一主表面和第二相对主表面，所述第一表面被金属化，而所述第二表面承载至少一个越过其延伸的微波传输线。7.如前面任一项权利要求所述的器件，其中，所述介电基板设置有越过其延伸或者穿过其延伸的多个基本上平行的微波传输线。8.如前面任一项权利要求所述的器件，其中，每个微波传输线引起相同的预定的电感和相位常数。9.如权利要求1到7中任一项所述的器件，其中，所述微波传输线被配置成引起不同的预定的电感和相位常数。10.一种与微波功率晶体管结合的阻抗变换布置，所述阻抗变换布置包括在具有第一介电常数的第一介电基板上形成的匹配网络以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·约翰·朗，理查德·保罗·希尔顿，乔纳森·大卫·斯坦利·吉尔，
申请(专利权)人：钻石微波器件有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB