专利名称：用于电子模块的封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术，并特别涉及封装和配置诸如高功率放大器的电子部件到电子模块中。
背景技术：
蜂窝和个人通信系统市场持续走向诸如通用分组无线电业务(GPRS)、CDMA2000和宽带CDMA(WCDMA)的第二代和第三代无线接口。为满足这些市场的需求，无线射频(例如400MHz到3GHz)高功率(例如30W到300W或更大)放大器(HPA)都被设计得更小，效率更高，成本更低并且更易于制造。HPA的功率增益、输出功率、效率和线性度是影响这些通信系统的整体性能和成本效率的关键参数。
许多因素目前正对HPA电路的设计者们提出挑战。这些因素包括热管理，静态电流和封装寄生现象的控制，对非线性特性增益的补偿作为输入功率、温度、和/或偏压，以及阻抗匹配的函数。
为了避免对电子部件自身以及周围元件的永久性伤害，产生相对大量热量的电子部件，例如高功率放大器，典型地安装在具有一个或多个有助于消散在电子部件运行期间产生的热量的热沉的封装里。
图1A和1B示出了现有技术HPA封装100的等距和横截面视图。HPA封装100容纳了一个利用6个集成电路(IC)芯片实现的高功率放大器，它们是2个输入芯片102、2个放大器芯片104、以及2个输出芯片106，其中芯片102a、104a、和106a是经由线接头108串行电互连的，芯片102b、104b、和106b是经由其它的线接头108串行电互连的，并且每个芯片可以包括成千个集成器件。例如，每个放大器芯片104典型地包括成千个并联配置的晶体管。输入芯片102也经由线接头电连接到单个输入导体110，而输出芯片106经由线接头电连接到单个输出导体112。
在运行过程中，单个、低功率的电输入信号在输入导体110处被应用到HPA封装100，该导体将输入信号传递到输入芯片102。输入芯片102调节该输入信号并将此经过调节的输入信号应用到放大器芯片104。放大器芯片104放大该调节过的输入信号，并且将生成的高功率信号应用到输出芯片106。输出芯片106调节该高功率信号并将该调节过的、高功率信号应用到输出导体112，该导体给出该调节过的、高功率信号作为来自HPA封装100的单个高功率电输出信号。
在运行过程中，芯片102-106产生相对大量的热量，这些热量需要被从芯片上去除并消散，以避免损害到HPA封装100内的元件以及HPA封装100附近的其它部件。为了实现这种热控制，例如利用导电并且导热的焊接材料，将芯片102-106直接安装到金属载体114，以形成芯片/载体组件。除了起到将产生的热量导离芯片的热沉的作用，该导电金属载体114还起到用于HPA封装100的、为芯片提供基片电压(例如，接地电压或漏极电压)的基础导体的作用。
这个芯片/载体组件自身安装在封装体116之内以形成HPA封装，该HPA封装接着焊接安装到具有热辐射片(未示出)的金属底板上。为了能够经受住与将HPA封装焊接安装到金属底板上相关的温度，封装体116典型地由耐热陶瓷材料或高温液晶聚合物材料制成。为了避免不同热膨胀特性所造成的伤害，载体114典型地由诸如铜钨合金的金属制成，这种金属的膨胀系数基本上与封装体的陶瓷材料的膨胀系数相匹配。
尽管HPA封装100的设计为HPA电路提供了热管理，但却不能满足针对高功率放大器的其它设计目标，例如静态电流和封装寄生现象的控制，对非线性特性增益的补偿作为输入功率、温度、和/或偏压、以及阻抗匹配的函数。为了解决这些目标，HPA封装100典型地安装在包含设计用于提供这些功能的其它电子部件的电路板(CB)之上。
图2示出了可能在单个电路板上实现的现有技术HPA系统200的框图。HPA系统200有多个经由阻抗匹配(Z-匹配)电路204串联的放大级202，其在各放大级之间提供阻抗匹配。每级放大器202包括HPA封装206和传感器&偏压电路(SBC)208，该电路提供如静态电流和封装寄生现象的控制和/或对非线性特性增益的补偿的功能，作为输入功率、温度、和/或偏压的函数。HPA系统200中的每个HPA封装206都可以是图F中HPA封装100的实例。每个SBC 208的操作都由微控制器210控制，微控制器210使用具备非易失性存储器212能力的数据存储器。输入和输出Z-匹配电路214和216提供HPA系统200和外部电子部件之间的阻抗匹配。
在运行过程中，低功率RF输入信号218在输入Z-匹配电路214被应用到HPA系统200。依赖于特定的实现，输入信号可以直接或者经由其自身的SBC 208传递给第一HPA封装206。同样，依赖于特定的实现，由HPA封装206生成的放大信号可以直接或者经由其自身的SBC 208传递给第一Z-匹配电路204。类似的前置和/或后置放大器处理可同样由每个放大器级202处的每个SBC 208应用。每个放大器级202增大输入信号的放大倍数，直到在输出Z-匹配电路216处出现所产生的高功率RF输出信号220。
每个SBC 208包括诸如温度传感器、漏极电流监视器、模数转换器(A/D)、数模转换器(D/A)、和偏压电路的元件。SBC帮助管理高功率放大器的时间和热补偿以及许多不同的可能运行模式的其中之一中的每个放大器的配置(例如，反相放大器，联合输出器，缓冲器，以及非反相前置放大器)。
微控制器210从每个SBC 208接收放大器状态信息(例如，封装温度和RMS漏极电流测量)，并且生成和发送控制信息(例如，增益和/或补偿改变)到每个SBC 208。
HPA为每个信道以及诸如蜂窝基站的应用提供从5W到超过300W的输出功率，HPA经常需要在给定的信道中有非常好的线性以最大化数据通过量。在这些应用中实现线性度的一种考虑是从中构成HPA的晶体管的DC偏压。例如，为了优化性能，对于金属氧化物半导体的、基于场效应晶体管(MOSFET)的放大器，MOSFET的静态漏极电流应该随温度和时间的过去基本上保持不变。典型地，漏极电流稳定度在温度上的目标的精确值是±5％，然而，对于高性能的宽带设计而言，±1％是更令人期待的。典型的放大器中的漏极电流漂移将导致输出功率的减小、畸变分量的增加、以及相位线性的降低，所有的这些都将削弱数字通信系统中的性能。因此，监视这些参数是非常重要的。
使用侧面扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管用于HPA设计是普遍的。例如，这些晶体管上的静态漏极电流能通过调整栅极-源极电压和监视漏极电流来设置。理想地，漏极电流对于温度而言应该是常量。然而，由于LDMOS器件的栅极门限电压(其是栅极-源极电压的分量)随温度而改变，某些类型的温度补偿典型地用于维持恒定的漏极电流。例如，为了偏压Allentown，PA的Agere系统的LDMOS器件#21090作为AB级放大器，栅极-源极电压标称在35摄氏度设为3.8伏，以获得400mA的静态漏极电流。然而，为了将漏极电流维持在400mA，LDMOS器件的结点温度每升高5摄氏度，则栅极-源极电压应该下降大约0.2伏。典型地，当没有RF输入被应用到HPA时，在器件建立期间首先监视漏极电流。栅极-源极电压对温度的斜率在工作温度的正常范围之上典型地是常量，但是截距随晶片和器件的不同而不同。由此，对于每个HPA封装，器件特定的参数通常典型地存储在非易失存储器中，如存储器212。
温度补偿通常基于存储的特性和已知的漏极电流、栅极电压、以及温度关系，通过查表或空闲时(on-the-fly)的计算完成。然而，由于难于获得精确和及时的LDMOS结点温度信息，用于LDMOS器件的温度补偿可能有问题。
在图2的示例性现有技术的HPA系统200中，微控制器210从每个SBC 208接收数字采样的温度信息，并基于存储在存储器212中的查询表(LUT)中的值，通过改变放大器的栅极-源极电压调整每个HPA封装的漏极电流。存储器212包含用于HPA系统200中的每个HPA封装206的LUT。对于每个HPA封装，微控制器使用来自本地SBC的温度信息，作为该HPA封装对LUT的查找参考。来自相应存储器位置的内容由微控制器从存储器中读出，并且接着由微控制器加载到与该HPA封装有关的SBC内部的数-模转换器(DAC)中。DAC的输出决定了HPA的栅极-源极电压，并可被用于保持漏极电流的随温度相对不变。
在现有技术的其它实施例中，SBC可选或者另外直接监视静态电流和总电流。HPA系统200的设计的一个缺点是SBC中的温度传感器(例如，热电偶)位于HPA封装的(典型地，陶瓷)封装体外部。HPA封装的热传递特性的变化可能影响温度补偿的精确度。当温度在晶体管结点处发生改变以及当这种改变从外部指示给HPA封装时之间的延迟，也可能影响温度补偿电路管理漏极电流的稳定性作为当需要漏极电流中较大改变时的温度的函数的能力。
在常规实现中，阻抗匹配电路204、214、和216需要反过来考虑由于在单个HPA系统200内和HPA系统200的不同实例中的相邻HPA封装206之间的不同距离导致的变化，以及各个HPA封装的不同特性，这种特性随着晶片和器件的不同而改变。万一其中一个HPA封装失效，简单地以新的代替失效的封装是不够的。这是因为每个HPA封装都具有唯一的输入和输出阻抗和唯一的通带特性。由于这个原因，HPA系统200典型地包括可调谐的阻抗匹配电路。即使是这样，如果电路板上的单个封装失效了，则典型地替换整个电路板要比试图调整该电路板以适应替换的封装更便宜也更容易。这些因素导致使用这些封装设计的系统的低效率、浪费和高成本。
发明内容
根据本发明的原理，通过将电子部件，例如在运行期间产生相对较多热量的高功率放大器和其它电子部件，封装和配置到电子模块中的新技术解决了现有技术中的问题。
在一个实施例中，本发明是包含具有至少一个开孔的非导电基片和安装在该基片中的开孔内的芯片/载体组件的电子模块。该组件包括导电载体和一个或多个安装到该载体的集成电路(IC)芯片。
在另一个实施例中，本发明是包含CB和至少一个安装到该CB的电子模块的电子系统。该电子模块包含一个具有至少一个开孔的非导电基片和安装在该基片中的开孔内的芯片/载体组件。该组件包括导电载体和一个或多个安装到该载体的IC芯片。
根据下面的详细描述、所附权利要求书、以及附图，本发明的其它方面、特征、和优点将变得更为全面明显，附图中相同的附图标记表示类似或相同的元件。
图1A和1B示出了现有技术的高功率放大器(HPA)封装的等距和横截面视图；图2示出了可能在单个电路板上实现的现有技术的HPA系统的框图；图3示出了根据本发明的一个实施例的HPA模块的横截面视图；图4示出了在添加线接头之前图3的芯片/载体组件的其中之一的展开图；图5示出了根据本发明的另一个实施例的HPA模块的顶视图；图6示出了图5的HPA模块的底视图；图7A和7B示出了将HPA模块安装到CB/底板组件的示例性过程；
图8示出了根据本发明的一个实施例的HPA系统的框图；图9示出了根据一个可能的实现的图8的每个HPA模块内的电子设备的框图；图10示意了由图9的控制器执行以在温度改变期间设置和维持图8的HPA模块的放大器类别的示例性算法；以及图11表示用于存储图10的算法所使用的信息的图9的存储器的存储区域。
具体实施例方式
图3示出了根据本发明的一个实施例的高功率的放大器模块300的横截面视图。HPA模块300有一个具有许多开孔304的非导电基片302，在每个开孔中安装了芯片/载体组件306。另外安装在模块基片302(例如，使用焊锡膏)的顶面上(图3中)的是许多其它的电子模块308，电子模块308相互之间电互连，并经由运行在其上、其内、和/或经过基片的金属迹线(未示出)与芯片/载体组件电互连。每个芯片/载体组件306之内的芯片经由线接头310相互连接并与基片的金属迹线互连。安装在模块基片302底面的是形成球形格栅(ball grid)阵列的焊球312。球形格栅阵列是用于在高功率放大器模块和安装的电子系统中形成电和/或热互连的金属焊接球的分布。该阵列中的焊球的数量和模式可针对不同的球形格栅阵列实现而改变。
图4示出了在添加线接头之前，图3的芯片/载体组件306的其中之一的展开图。类似于图F中的现有技术的芯片/载体组件，图3中的每个芯片/载体组件有一组或多组例如利用导电或导热焊料直接安装到金属载体408的串行连接的输入、放大器、和输出芯片(分别为402、404、和406)。优选地，图3中的基片320由显示出高介电常数和与金属载体408匹配的好的热膨胀的材料制成。例如，如果载体由铜组成，那么基片有可能由双马来酰亚胺三嗪(BT)或类似的有机分层材料，或者甚至由具有相对较高的热膨胀系数的陶瓷材料制成。基片中的金属迹线将线接头310连接到焊球312。
如图4所示，载体408有一个延伸超出载体主体412的侧面之外的唇缘410。选择该载体唇缘和主体的横向尺寸以便使主体适合图3的模块基片302中相应开孔304，而该唇缘不用，以便使唇缘的底部放置在基片的上表面以支撑基片上的芯片/载体组件。利用适当的电导机制(例如，焊锡膏)将每个芯片/载体组件306安装到模块基片302之上。
图5示出了根据本发明的另一个实施例的HPA模块500的顶视图。在这个示例性实施例中，模块基片502有两个开孔其中一个有具有单组串行连接的输入、放大器、和输出芯片的芯片/载体组件504，而另一个有具有4组串行连接的输入、放大器、和输出芯片的芯片/载体组件506。
图6示出了图5的HPA模块的底视图。除了两个芯片/载体组件504和506之外，图6示出了具有总共116个不同焊球的球形格栅阵列602。如果每个焊球都电连接(例如，利用转接结构(未示出))到模块基片502的其它表面上的不同金属迹线，HPA模块500能支撑直到116个的HPA模块500内的电子部件与外部电子部件之间的不同输入/输出(I/O)信号。注意，在一些实现中，两个或多个焊球制成用于单个I/O信号，如低功率输入和高功率输出信号。
下面的列表提供了用于制造诸如图3的HPA模块300和图5的HPA模块500的HPA模块的示例性顺序(1)将焊锡膏涂(例如，丝网印刷)在模块基片上。
(2)将模块基片中每个开孔内的金属载体和一个或多个其它的电子模块放置到模块基片的上表面。
(3)回流焊锡膏(例如，在大约250-260C)以将载体和其它电子模块粘合到模块基片上。
(4)利用环氧树脂将一个或多个芯片附着在每个载体上，并且接着使环氧树脂凝固以将芯片粘合到载体上。(在可选的制造顺序中，芯片可以在将载体安装到模块基片之前，粘合到载体上。当芯片固定操作涉及超过基片材料的能力的芯片固定温度时，推荐这个可选顺序)。
(5)在芯片之间以及芯片/载体组件和基片之间执行线结合。
(6)如果需要，密封芯片和线接头。
(7)如果需要，将防护罩盖在模块的上面。注意，该防护罩没在任何附图中示出。该防护罩可被设计为覆盖整个模块或模块的一部分，并且如果需要的话可被设计为形成真空密封。
(8)将焊球附着在模块基片的底部。(在可选的制作顺序中，焊球能在步骤(3)的回流后的任何时刻安装到模块基片上。)制造过程到这里所有HPA模块的所有内部电和机械的连接都已完成。HPA模块接着例如可被安装到电路板/底板组件上作为更大的电子系统的一个部件。
图7A和7B示出了将HPA模块702安装到CB/底板组件704的示例性过程。特别地，图7A示出了在应用焊锡回流操作之前的配置，图7B示出了实施焊锡回流操作之后的配置。
如图7A中所示，HPA模块702的载体706的垂直尺寸(图7A中)使得载体706的底部延伸到低于所安装的焊球708的底部。CB 710有一个水平尺寸足够大的开孔以容纳载体706的这个较低部分。然而，在回流操作之前，选择CB 710的厚度使得焊球被放置在CB的顶面，如图7A所示，在载体706的底面和底板714的顶面之间有一个间隙712。依赖于特殊的实现，该间隙至少可以部分地填充以电导和热导焊锡膏。
如图7B所示，在回流操作期间，焊球开始熔化，放置在CB/底板组件顶部的HPA模块702的重量使焊球部分塌缩，从而减小了HPA模块和CB/底板组件之间的距离，直到最后载体706的底面放置在热导底板714的顶面上。通过仔细选择各种部件的垂直尺寸，可以控制应用到焊球的塌缩量以避免相邻焊球短路在一起。在一个示例性HPA模块中，原始焊球尺寸为30密耳，目标塌缩高度为18密耳(其防止焊球短路)。通过控制载体706的厚度，使得底面在CB 710的底面下伸出12密耳，随着间隙712减小到零，将实现目标焊球塌缩高度。同样地，如果间隙部分地填充以电导和热导焊锡膏，载体706的厚度可以被减小以考虑回流的焊锡膏的厚度。典型地，5密耳的焊锡膏沉积在间隙中，该焊锡膏回流3密耳的高度。
注意，在这个回流操作期间，除了将HPA模块安装到CB/底板组件之外，HPA系统的其它部件也可安装到CB/底板组件。而且，通过利用用于定位其它系统部件的相同的自动化的“拾放”工具，可在CB/底板组件上放置一个或多个HPA模块。
在可选的制造过程中，一个或多个HPA模块可以先于CB被安装到底板之前安装到CB上。此外，除了或作为可选的，在HPA模块载体和底板之间使用焊锡，螺钉可以用于确保在载体和底板之间良好的热导和/或电导。
如图3所示并如图5中明显所示的，用在HPA模块中的基片除了芯片/载体组件之外还有空间，以容纳一个或多个电子部件。这些电子部件可包括执行Z-匹配电路204和图2的传感器&偏压电路208的阻抗匹配和控制功能的电路，所有这些电路都在单个HPA模块中。以那样的方式，本发明的单个HPA模块可提供多个、不同于现有技术的电子部件的功能，诸如一个或多个类似图2的HPA封装206的HPA封装，以及它们的相关外部部件，如阻抗匹配电路204、214、216和图2的传感器&偏压电路208。
图8示出了根据本发明的一个实施例的HPA系统800的框图。HPA系统800有一个或多个串行互连的HPA模块802，并经由串行总线804连接到带有相关的非易失存储器808的微控制器806。每个HPA模块802可以使用本发明的HPA模块实现。
在运行中，(例如，低功率)RF输入信号810被应用到第一HPA模块800，其放大该输入信号并将产生的放大信号应用到下一个、下游HPA模块，直到最后一个HPA模块提供其输出作为(例如，高功率)RF输出信号812。微控制器806利用串行总线804与每个HPA模块802通信。每个HPA模块802包括允许其经由微控制器被唯一定址的唯一标识符。微控制器从每个HPA模块接收聚集状态或中断信息(例如，当前、低、高、和平均温度，以及超出范围的异常警告)。微控制器还发送聚集控制(例如，增益设置或偏流设置)到每个HPA模块。每个HPA模块针对温度变化进行内部自我补偿，并且还提供内部匹配HPA模块的输入和输出阻抗。
图9示出了根据一个可能实现的图8的每个HPA模块802内的电子设备的框图。HPA模块802包括输入阻抗匹配电路902、高功率放大器904(例如，具有一组或多组串联输入、放大器和输出芯片)、温度传感器906、漏极电流传感器908、输出阻抗匹配电路910、栅极电压控制电路912、A/D转换器库914、非易失存储器916、数字逻辑控制器918、控制/状态接口920、串行接口922、以及D/A转换器库924。HPA 904包括一个或多个(例如，上千个)晶体管CX和潜在的其它接口电路(例如，用于将晶体管配置到诸如缓冲区或高增益的各种放大器模式的其中之一，尽管在各种实施例中，这个配置也是可编程为更大或更小的范围)。
在操作中，RF输入信号926从外部HPA模块802连接到阻抗匹配电路902。输入信号926在具有大约50欧姆阻抗的同轴电缆上典型地被传送到HPA模块。阻抗匹配电路在模块的预定通带中，提供从同轴电缆的50欧姆阻抗到HPA 904的晶体管电路的输入阻抗(例如，1到2欧姆)的阻抗变换。如本领域的技术人员将理解的，阻抗匹配使反射、噪音、和功耗最小化。
温度传感器906优选地被安装成尽可能接近HPA 904，并且甚至可以物理接触HPA 904。就温度检测精确度和时间性而言，HPA和温度传感器之间的这种接近为模块提供了优势。可以利用HPA芯片外部的二极管实现温度传感器，但是，如本领域的技术人员将理解的，温度传感器可选地能以许多不同的方式实现(例如，作为HPA芯片的一部分的二极管或者作为芯片外部的热电偶)以保持接近的优势。
漏极电流传感器908类似地接近HPA 904(或者，可选地是其一部分)。这样通过HPA的晶体管提供了漏极电流的精确测定，尤其在模块特征时间(如下文解释的)。漏极电流是栅极-源极电压的函数，反过来，栅极-源极电压是晶体管结点温度以及由控制器918经由D/A转换器库924中的DAC提供给栅极电压控制电路912的控制设置的函数。
传感器906和908的每一个都连接到A/D转换器库914内的ADC，在此传感器的模拟电压或电流信号被转换为数字形式并传递给本地控制器918。
HPA 904的输出连接到输出阻抗匹配电路910，其反之提供模块802的RF输出信号928。输出信号928典型地从具有大约50欧姆的阻抗的同轴电缆上的模块802被传走。阻抗匹配电路910在HPA模块的预定通带提供了从HPA 904的输出阻抗(例如，典型地为1到2欧姆)到同轴电缆的50欧姆阻抗的阻抗变换。
输入和输出阻抗匹配电路902和910的特性由控制器918利用D/A转换器库924内的两个DAC调谐。
控制器918连接到控制/状态接口920、串行接口922、以及非易失(例如，随机存取)存储器(NVM)916。
在模块特征化期间，模块的各种各样的特征被采样，并连同默认参数和/或用于控制器918的操作码一起存储在存储器916中。在各种实施例中，模块的运行可受模块外部的设置的影响。例如，依赖于逻辑1或0的控制/状态接口920的管脚、开机复位电路、模块外部双列直插式开关、或等同物。运行也可能受到经由串行接口通过外部微控制器，或者例如经由简单网络管理协议(SNMP)代理单元写入控制器918或存储器916内的寄存器的信息的影响。
存储在存储器916内的特征可包括HPA的静态漏极电流，作为在特定结点温度为晶体管测量的栅极电压的函数，该结点温度实际上在晶体管的工作温度范围之内。
例如，对于许多场效应晶体管，为了维持恒定的漏极电流，晶体管结点温度每增加1度，则栅极-源极电压减少一些电压增量。栅极-源极电压与温度的关系的斜率图随晶体管的工作温度基本上恒定。然而，在特定温度下对应于特定漏极电流的实际栅极-源极电压(例如，对于特定的漏极电流，栅极-源极电压与温度的关系的栅极对源极电压截距图)根据器件的不同而改变。器件之间的截距值的差异使得每个晶体管电路都是唯一的。然而，通过记录这个截距和/或将器件的特定特性编程到内存中，如果希望的话，从外部世界的角度看，有可能使每个模块具有基本上相同的增益特性。
类似地，晶体管电路的阻抗变化经由嵌入到每个模块中的控制器918是可校正的。例如，这使得替换本领域的多模块电路组合件上的失效模块更容易。这是因为不需要特别调谐电路组合件接口以容纳相对于其所替换的该新模块。
为了帮助阐明这些概念，例如，希望配置和操作放大器模块802作为AB-级放大器。这样的一个操作相应于具有若干目标静态漏极电流(例如，400mA)的偏压晶体管CX，并在模块上提供适当的反馈电路。为了适当地偏压晶体管，控制器918经由控制/状态接口920、串行接口922、或者经由存储在存储器916中的出厂默认参数，针对该目标漏极电流而配置。如前面所讨论的，回忆起也可以使用针对符合该器件的漏极电流的预期范围的晶体管CX的栅极-源极与温度的关系特征的斜率和截距信息，预编程存储器916(例如，在出厂时)。这个信息的各部分由控制器918在设置和维持模块的工作特性中使用。
图10示意了图9的控制器918执行以随温度的改变设置和维持模块802的放大器类别的示例性算法1000。图11表示用于存储由算法1000使用的信息的存储器916的存储区域1100。
在步骤1002中，模块的目标静态漏极电流参数I_TARGET从存储器916中的控制位置加载到控制器918中。I_TARGET可能已经在出厂时、在现场配置时、或者动态地经由控制/状态接口或模块的串行接口加载过，作为控制放大器类别的默认参数。这个参数的值(例如，401mA)相应于将由模块控制器维持的静态漏极电流，以保持模块的AB-类-放大器特性。
在步骤1004中，控制器918利用温度传感器906和A/D电路914，采样晶体管CX的当前结点温度T_CURR。
接下来，在步骤1006中，I_TARGET和T_CURR被用作存储区域1100中的查表值。I_TARGET首先与图11的示意中的标记为“漏极电流”的存储区域的列中的条目相比较。如果I_TARGET不能精确匹配漏极电流列中的条目，那么选择存储区域1100中最为接近值I_TARGET的值。在此情况下，在漏极电流列中最接近的值是400mA。注意，400mA的值对存储区域1100的子区域1102中的所有行是共用的，这样，I_TARGET不能识别存储区域1100的单个行，而是存储区域1100的整个子区域1102。接着，T_CURR被用作利用I_TARGET识别的存储器的子区域1102内的查表值。T_CURR的值与图11的示意的标记为“结点温度”的列之内的子区域1102内的所有值相比较。如果该值不与一个条目直接匹配，那么选择具有最为接近的值的行。例如，如果采样的结点温度T_CURR为34摄氏度，那么存储器子区域1102中最接近的条目是35摄氏度。这样，存储区域1100的行#7最终由步骤1006中的I_TARGET和T_CURR查表所选择。可选地，如本领域的技术人员将理解的，不是选择最为接近的存储的值，而是可以在存储的值之间执行插值。
接下来，在步骤1008，来自步骤1006中选择的存储区域1100的行的栅极-源极电压(VGS)从存储器916加载到控制器918内。从那里，VGS被加载到D/A转换器库924中的DAC，转换器的输出连接到栅极电压控制电路912。以这种方式，栅极-源极电压变换为在存储器中查找到的值的模拟表示。在大多数情况下，存储在存储器中的实际值为应用到晶体管CX的门电路的实际模拟电压的整数近似值和/或变体。如本领域的技术人员将理解的，这是为了适应与模块的特定硬件有关的偏移和缩放。在步骤1008后，并且可选择地在一定的延迟之后，算法返回到步骤1002。
在可选的实现中，在漏极电流、结点温度的存储，与存储器中栅极-源极电压(ITV)关系对VGS的计算之间作了折衷，作为空闲时栅极-源极电压和结点温度的函数。
在各种实施例中，还存储了诸如模块内晶体管的老化、以及有关ITV关系是怎样受到例如老化的影响的信息的其它参数。在这些实施例中，控制器918可以基于晶体管的老化调整VGS的计算。在一个变体中，控制器918包含给时钟供电的电池，该时钟随计数器递增。计数器的值解释为该器件的老化。在其它的变体中，使用制造的日期码初始化存储器。在运行中，诸如SNMP代理的外部管理器可将当前的日期码装载到控制器918的其中一个寄存器内或者存储器916的其中一个存储位置内。控制器918接着可以计算制造时的日期码和当前日期码之间的差值，以确定该器件的老化。控制器918接着根据存储在存储器中的预定老化关系，调整VGS的计算。
在本发明各种不同的实施例中，用于模块的唯一标识符在模块制造时就存储在模块的存储器中。这个唯一标识符可以在任何时候从该器件读出。这个唯一标识符还可以由制造商存储到数据库中，并且用于标识模块的特性，如生产日期、晶片制造工厂、以及批次。
在本发明的一些实施例中，可以如下执行器件的ITV特性的校准(1)使器件离线，(2)旁路测试或校准信号到模块内部的输入，(3)测量漏极电流、温度、和栅极-源极电压，以及(4)利用这个信息更新存储在存储器916中的ITV特性。
在本发明的一个或多个实施例中，控制器918被用于在电路组合件配置期间或者动态作为温度的函数，控制模块的输入和输出阻抗。在这些实施例中，配置信息被从模块的外部加载用于输入和输出阻抗(例如，50欧姆或75欧姆)。通过写入D/A转换器库924中的适当的寄存器，控制器918利用存储在存储器916中的出厂编程的参数，分别在输入和输出阻抗匹配电路902和910中设置各个电压和电流值。
在各个实施例中，HPA模块802可包含一个或多个晶体管芯片，每个都有自主的本地控制和补偿电路，晶体管芯片安排用于形成多级(例如，前置放大器和输出驱动器)、即插即用放大器。例如，第一晶体管芯片配置为具有15dB增益的前置放大器级，第二个晶体管或芯片配置为具有13dB增益的输出驱动器级，可在单个模块之内结合以创建具有28dB增益和50dBm输出功率的模块。
尽管本发明的背景是基于LDMOS晶体管的高功率放大器的上下文中讨论的，本发明并不局限于那里的限制并且可以在本发明中使用任何适当的功率放大器器件。
尽管已经在高功率放大器的上下文中描述了本发明，本发明还能在其它上下文中实现，并且尤其对于具有在运行期间生成相对较多热量的一个或多个电子部件的应用有用。
除非明显地声明，否则每个数字值和范围都应该解释为近似值，就如在值或者范围的值之前的单词“大约”或“近似”。
还将理解的是，为了解释本发明的性质，本领域的技术人员可以在已经描述和示意的各部分的细节、材料、和布置中作出各种改变，而不偏离如下面的权利要求书中表达的本发明的范围。
为了促进权利要求的解释，权利要求书中图号和/或附图标记的使用意欲识别所声明的主题的一个或多个可能的实施例。这种使用不应解释为必须将那些权利要求书的范围限制在相应的图中所示的实施例。
尽管下列方法权利要求中的步骤(如果有的话)是使用相应的标记以特定的顺序叙述的，除非权利要求书面陈述了，否则隐含用于实现那些步骤的一些或全部的特定顺序，那些步骤未必意欲限制在那些特定顺序中的实现。
权利要求
1.一种电子模块，包括至少具有一个开孔的非导电基片；以及安装在所述基片的开孔内的芯片/载体组件，并包括导电载体；以及一个或多个安装到所述载体的集成电路(IC)芯片。
2.根据权利要求1所述的发明，其中所述电子模块适用于利用自动化拾放工具而被安置在电路板(CB)上。
3.根据权利要求1所述的发明，其中所述基片有多个开孔；以及所述电子模块包含多个芯片/载体组件，每个都安装在所述基片的不同开孔内。
4.根据权利要求1所述的发明，其中所述载体具有唇缘，其外部尺寸比所述开孔的相应的内部尺寸大，以便所述唇缘在所述基片的上表面支撑所述芯片/载体组件。
5.根据权利要求1所述的发明，还包括安装在所述基片的下表面上的球形格栅阵列(BGA)，以便所述电子模块在回流操作期间适合于被安装到CB。
6.根据权利要求5所述的发明，其中所述CB是CB/底板组件的一部分；以及在所述回流操作之后所述BGA将所述基片连接到所述CB；以及所述载体与所述CB/载体组件的底板热和电接触。
7.根据权利要求6所述的发明，其中在回流操作之后的所述基片和所述CB之间的间隙由在所述回流操作之前的所述载体和所述底板之间的间隙决定。
8.根据权利要求7所述的发明，其中所述载体较低的一侧在所述基片的较低的一侧之下延伸；以及所述CB具有接收所述载体的较低一侧的开孔。
9.根据权利要求7所述的发明，其中所述回流操作之前的所述载体和所述底板之间的间隙控制所述回流操作期间所述BGA的塌缩量。
10.根据权利要求5所述的发明，其中用于将所述电子模块安装到所述CB的所述回流操作还用于将一个或多个其它的电子部件安装到所述CB。
11.根据权利要求1所述的发明，还包括一个或多个安装到所述基片的其它电子部件。
12.根据权利要求1所述的发明，其中所述电子模块是功率放大器；以及所述芯片/载体组件包括一组或多组安装到所述载体的三个电连接的IC芯片，每组三个IC芯片包括输入芯片、放大器芯片和输出芯片。
13.根据权利要求12所述的发明，还包括安装到所述基片，并且用于执行一个或多个功率放大器功能的一个或多个其它电子部件。
14.根据权利要求1所述的发明，其中所述载体的热膨胀特性基本上与所述基片的热膨胀特性一致。
15.根据权利要求14所述的发明，其中所述载体是铜。
16.根据权利要求1所述的发明，其中所述BGA中的至少一个球提供到所述模块中的电子部件的电连接。
17.根据权利要求16所述的发明，其中所述BGA中的两个或多个球提供到所述模块中的一个或多个电子部件的独立电连接。
18.根据权利要求1所述的发明，其中所述电子模块利用自动化拾放工具而被安置到CB/底板组件上；所述载体具有唇缘，其外部尺寸比所述开孔的相应的内部尺寸大，以便所述唇缘在所述基片的上表面上支撑所述芯片/载体组件；还包括安装在所述基片的下表面上的球形格栅阵列(BGA)，以便所述电子模块在回流操作期间适合于被安装到所述CB/底板组件；在所述回流操作之后所述BGA将所述基片连接到所述CB；以及所述载体与所述CB/载体组件的底板热和电接触；在回流操作之后的所述基片和所述CB之间的间隙由在所述回流操作之前的所述载体和所述底板之间的间隙决定；所述载体较低的一侧在所述基片的较低一侧之下延伸；所述CB具有接收所述载体的较低一侧的开孔；所述回流操作之前的所述载体和所述底板之间的间隙控制所述回流操作期间的所述BGA的塌缩量；用于将所述电子模块安装到所述CB/底板组件的所述回流操作还用于将一个或多个其它电子部件安装到所述CB/底板组件；所述电子模块是功率放大器；所述芯片/载体组件包括一组或多组安装到所述载体的三个电连接的IC芯片，每组三个IC芯片包括输入芯片、放大器芯片和输出芯片；还包括一个或多个安装到所述基片、并且适用于执行一个或多个功率放大器功能的其它电子部件；所述载体的热膨胀特性基本上与所述基片的热膨胀特性一致；以及所述BGA中的两个或多个球提供到所述模块中的一个或多个电子部件的独立电连接。
19.一种电子系统，包括CB；以及安装到所述CB的至少一个电子模块，并包含具有至少一个开孔的非导电基片；以及安装在所述基片中的开孔内的芯片/载体组件，并包含导电载体；以及一个或多个安装到所述载体的集成电路(IC)芯片。
20.根据权利要求19所述的发明，其中所述CB是CB/底板组件的一部分；所述基片与所述CB电接触；以及所述芯片/载体组件的载体与所述底板热和电接触。
全文摘要
一种电子模块，包含一个具有至少一个开孔(304)的非导电基片(302)，以及一个安装在所述基片中的所述开孔内的芯片/载体组件(306)。该组件具有导电载体(408)和一个或多个安装到所述载体的集成电路(IC)芯片(402)。本发明可以实现作为包括电路板(CB)和至少一个安装到所述CB的这种电子模块的电子系统。
文档编号H05K1/18GK101088162SQ200580044867
公开日2007年12月12日 申请日期2005年12月19日 优先权日2004年12月29日
发明者蒂莫西·B.·班布里奇, 胡安·A.·赫布索莫尔, 奥斯瓦尔多·洛佩兹, 雨果·F.·萨法尔 申请人:艾格瑞系统有限公司