一种准单片集成氮化镓功率倍增功率放大器的制作方法

1.本实用新型涉及放大器领域，尤其涉及一种准单片集成氮化镓功率倍增功率放大器。


背景技术：

2.gan(氮化镓)是新一代的宽禁带半导体材料，在高压，高温，高频，高效率等领域都有着明显的优势。作为新一代的宽禁带半导体材料，其禁带宽度几乎是si的3倍、gaas(砷化镓)和inp的2倍，临界击穿电场比si、gaas大一个数量级，并具有更高的饱和电子迁移率和良好的耐温特性及很高的电流密度。与gaas基hemt相比，gan具有高击穿电压、大电流运输能力，能够提高模块的工作效率、输出功率、emc等。因此，gan器件可以在高频下输出很高的功率，其性能远高于si，sige，sic和gaas材料。
3.氮化镓放大器可以大幅度提升功率放大器的功率和效率。氮化镓的较高的功率密度意味着在更小的尺寸、更少的元件、更小的系统和更轻的重量的条件下，可实现更高的功率，这有助于提供更可靠更高效的系统。另外，氮化镓器件有着更高的输出阻抗，可以使得阻抗匹配和功率组合更轻松，因此可以覆盖更宽的频率范围，大大地提高射频功率放大器的适用性。基于碳化硅作为衬底的氮化镓射频工艺有着更高的功率密度和更好的热传导性。由于绝大部分氮化镓芯片是由碳化硅做衬底生产的，因此氮化镓的成本还是比较高的。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种准单片集成氮化镓功率倍增功率放大器，使得可以降低氮化镓集成芯片成本的同时，增加产品的性能、可靠性和提高良率。
5.为实现上述目的，采用以下技术方案：
6.一种准单片集成氮化镓功率倍增功率放大器，包括设置于pcb板上的两个砷化镓hemt管芯芯片、两个氮化镓fet管芯芯片、直流偏置及控制补偿模块、射频匹配模块、巴伦，所述pcb板设置有钼铜载体，两个所述砷化镓hemt管芯芯片和两个所述氮化镓fet管芯芯片设置于于所述钼铜载体上，其中：
7.两个所述砷化镓hemt管芯芯片采用共源极放大结构，其栅极分别通过金丝键合与输入微带相连，其源极相连后接地，其漏极分别通过金丝键合连接两个所述氮化镓fet管芯芯片的源极；
8.两个所述氮化镓fet管芯芯片采用共栅极放大结构，其漏极分别通过金丝键合与输出微带相连；
9.所述直流偏置及控制补偿模块通过级联电路形式分别与两个所述砷化镓hemt管芯芯片的栅极和两个所述氮化镓fet管芯芯片的栅极连接。
10.进一步的，两个所述砷化镓hemt管芯芯片和两个所述氮化镓fet管芯芯片之间的相邻位置分别平齐。以避免因为芯片相对位置发生变化而引起的性能不一致。
11.进一步的，所述放大器还包括散热底座，所述pcb板设置于所述散热底座上。提高
pcb板的散热能力，提高器件的可靠性。
12.进一步的，所述钼铜载体通过沉铜技术嵌在所述pcb板内。具有沉铜结构的pcb板可使芯片散热更好，pcb的温度场分布均匀，同时降低板子的温差，避免局部过热产生热点。
13.进一步的，两个所述砷化镓hemt管芯芯片和两个所述氮化镓fet管芯芯片通过真空焊接炉共晶烧结于所述钼铜载体上。提高器件的稳定性。
14.采用上述方案，本实用新型的有益效果是：
15.采用钼铜载体作为砷化镓hemt管芯芯片和氮化镓fet管芯芯片的载体，提高散热能力和接地性能，减少成本，采用砷化镓和氮化镓芯片以替代现有技术中的纯氮化镓技术，由于砷化镓phemt管芯芯片的成本远低于氮化镓芯片，使得本实用新型的成本相对于现有技术更低。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例的部件a的放大结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例的电路原理图。
20.其中，附图标记说明：
21.1、pcb板；2、砷化镓hemt管芯芯片；3、氮化镓fet管芯芯片；4、直流偏置及控制补偿模块；5、射频匹配模块；6、巴伦；7、钼铜载体；8、输入微带；9、输出微带；10、散热底座。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.请参阅图1-2，一种准单片集成氮化镓功率倍增功率放大器，包括设置于pcb板1上的两个砷化镓hemt管芯芯片2、两个氮化镓fet管芯芯片3、直流偏置及控制补偿模块4、射频匹配模块5、巴伦6，pcb板1设置有钼铜载体7，两个砷化镓hemt管芯芯片2和两个氮化镓fet管芯芯片3设置于于钼铜载体7上，其中：
24.两个砷化镓hemt管芯芯片2采用共源极放大结构，其栅极分别通过金丝键合与输入微带8相连，其源极相连后接地，其漏极分别通过金丝键合连接两个氮化镓fet管芯芯片3的源极；
25.两个氮化镓fet管芯芯片3采用共栅极放大结构，其漏极分别通过金丝键合与输出微带9相连；
26.直流偏置及控制补偿模块4通过级联电路形式分别与两个砷化镓hemt管芯芯片2的栅极和两个氮化镓fet管芯芯片3的栅极连接。
27.其中，如图3所示，采用砷化镓hemt管芯芯片2(gaas)和氮化镓fet管芯芯片3(gan)，在电路的输入级采用共源电路结构，电路的输出级采用共源共栅级电路结构。gaas作为共源极放大，栅极与输入微带8相连，源级接地，漏极与gan源极相连。gan源极相连做共栅极放大，漏极与输出微带9相连；直流偏置以及控制补偿模块采用级联电路形式，分别与gaas栅极和gan栅极相连，以用于控制栅压。
28.为了实现高输出功率、高可靠性和低成本，我们采用氮化镓作为输出级。gan放大管在输出功率，效率和增益等指标上都较gaas放大管有着很明显的性能提升。效率上gan器件高出11％，线性增益相较也更高，而且gan的工作漏压更高，即工作电流更小、功放管热耗更小，所以在性能上，gan有着显著的优势。
29.在一实施例中，两个砷化镓hemt管芯芯片2和两个氮化镓fet管芯芯片3之间的相邻位置分别平齐。以避免因为芯片相对位置发生变化而引起的性能不一致。具体的，可以表现为，如图2所示，一个砷化镓hemt管芯芯片2和一个氮化镓fet管芯芯片3为一组，共两组构成差分电路的放大器，在一组中，砷化镓hemt管芯芯片2和氮化镓fet管芯芯片3相邻的一侧相互平行，在两组中，同一种芯片的相同侧平行且相邻的一侧也平行。
30.另外，作为补充的，还可以在芯片的相邻位置设置有对齐标记，用于精确对齐四颗芯片。
31.在一实施例中，请继续参阅图1，放大器还包括散热底座10，pcb板1设置于散热底座10上。提高pcb板1的散热能力，提高器件的可靠性。
32.在一实施例中，钼铜载体7通过沉铜技术嵌在pcb板1内。具有沉铜结构的pcb板1可使芯片散热更好，pcb的温度场分布均匀，同时降低板子的温差，避免局部过热产生热点。
33.在一实施例中，两个砷化镓hemt管芯芯片2和两个氮化镓fet管芯芯片3通过真空焊接炉共晶烧结于钼铜载体7上。提高器件的稳定性。
34.本实用新型在设计时，可以选用砷化镓hemt管芯芯片2尺寸为8x300um，氮化镓fet管芯芯片3尺寸为8x250um mm，应用在差分放大电路中。芯片之间需要金丝键合在一起，金丝线利用全波电磁仿真软件进行电磁仿真并带入设计之中。
35.氮化镓fet管芯芯片3因为功率密度很大，所以需要使用特殊的安装工艺来提高散热能力和接地性能。钼铜合金具有与碳化硅相近的热膨胀系数，因此我们选择钼铜合金载片作为芯片的载体，烧结工艺为共晶焊。所用焊料由金和锡两种不同的金属按照80：20的比例制作，具有远低于各自熔点的合金熔点。共晶焊的热导性能远优于传统的导电胶粘合，导电性能更好。采用真空焊接炉相比人工更加的稳定可靠，工艺成熟，空洞率接近于0，并尽可能的避免人工失误带来的损耗和不可靠性，同时提高放大器的良率。
36.本实用新型的准单片集成氮化镓功率倍增功率放大器可以像单片集成电路一样进行使用。具有极好的性能一致性和散热能力，可以满足射频系统小型化的需求，最重要的是芯片载体采用pcb沉铜，有效降低了器件和芯片温度，提高了散热性和稳定性；烧结使用真空焊接炉来烧结，稳定可靠，工艺成熟，空洞率接近0，降低损耗和不可靠性，极大的降低的耗损率和氮化镓放大器的成本。
37.本实用新型可应用于传统干线放大器、docsis3.1、光工作站、c-docsis等功率放大输出场合。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。