[发明专利]分散式镜像高功率管芯

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高功率管芯，具体的说，是一种采用分散式的镜像高功率管芯。

背景技术

固态微波功率器件和单片电路是电子对抗、相控阵雷达、精确打击、微波通信以及卫星宇航等系统中的核心元器件，由于其应用背景的特殊性，固态微波功率器件和单片电路一直是国外对我国进行技术封锁和产品禁运的重点领域；而固态功率放大器芯片作为其中的核心元器件受到了更为严格的控制。目前工作于C波段及以上频段的高性能固态微波功率单片主要是基于GaAs的二代半导体器件。GaN材料作为三代半导体的主要代表，具有大禁带宽度、高饱和电子漂移速度和高击穿电场强度等显著优点，近几年来欧美各国竞相将GaN HEMT微波功率器件及其单片电路作为军用电子器件发展的重点，抢占军事电子技术的制高点。

20世纪40年代美国等西方国家开始研究固态单片微波集成电路（MMIC）,第一代半导体材料是Si/GeSi，第二代半导体材料是GaAs、InP，第三代半导体材料是GaN、SiC。不管是采用哪种半导体材料，在制作功率放大器时末级管芯的栅宽决定了放大器的输出功率，前级管芯主要起增益放大、驱动的作用。传统的放大器均采用单列纵向分布（垂直于信号传输方向），如图1所示。为了尽可能的提高功率放大器芯片的输出功率往往要求增加末级栅宽。单指栅宽乘以总的栅指数量就是总栅宽，图2所示为一个传统的6指HEMT晶胞。A3为接地通孔，A4为信号输入端，A5为信号输出端。单指栅宽A1受到频率的限制，频率越高，要求单指栅宽越小。因此，末级栅宽的增加往往只能依靠增加栅指A2数量，而这就要求芯片的纵向尺寸加大。出于实际应用的考虑芯片的纵向尺寸不能大于半波长，因此单个芯片输出功率受到限制。为了达到输出功率的要求往往需要将多只芯片进行合成，整体尺寸加大、效率降低，加大了电路复杂度；同时，单列栅宽加大后器件中间的热源比较集中，影响芯片的可靠性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是通过分散式镜像管芯布局设计突破芯片传统栅宽受限的影响，大幅度提高单芯片输出功率的同时将发热源均匀分散，提高整个芯片的散热均匀性，大大改善芯片的热稳定性。

技术方案: 本发明采用如下技术手段加以实现：

一种分散式镜像高功率管芯，所述管芯包括基板、HEMT晶胞1a、1b、1c、1d、功率分配网络、功率合成网络及源条接地散热通孔，所述HEMT晶胞1a、1b、1c、1d、功率分配网络、功率合成网络及源条接地散热通孔均设置在基板上，且所述的HEMT晶胞1a、1b、1c、1d的源极通过源条接地散热通孔接地，所述HEMT晶胞1a、1b、1c、1d在基板上均匀分布，且采用源条接地通孔将HEMT晶胞进一步分散隔离。

所述HEMT晶胞1a与HEMT晶胞1c之间及HEMT晶胞1b与HEMT晶胞1d之间为镜像对称分布，所述HEMT晶胞1a与HEMT晶胞1b之间及HEMT晶胞1c与HEMT晶胞1d之间为同向并联分布。

所述功率分配网络与功率HEMT晶胞1a、1b、1c、1d的输入端连接且在功率分配网络的左侧设置总输入端，所述功率合成网络与功率HEMT晶胞1a、1b、1c、1d的输出端连接且在功率分配网络的右侧设置总输出端。

每个HEMT晶胞1a、1b、1c、1d包含的场效应晶体管FET数量为2～8个。

所述HEMT晶胞在基板上设置2～4列。

所述功率分配网络采用类wilkinson功率分配网络，所述功率合成网络采用类wilkinson功率合成网络。

所述基板材料为砷化镓（GaAs）或氮化镓（GaN）或碳化硅（SiC）。

有益效果：本发明通过源条接地散热通孔实现HEMT晶胞源极良好接地，实现良好的电性能；在散热性能上一方面通过把源条接地散热通孔置于管芯中间，在水平方向上把管芯进行均匀分隔；同时利用功率分配/合成网络的尺寸在纵向把管芯进行均匀分隔，从而实现把所有的发热源均匀分布，避免了局部热斑，大大改善了管芯的散热均匀性，确保器件高功率下的稳定性。

附图说明

图1是传统的常规功率HEMT管芯布局示意图；

图2是HEMT晶胞的示意图；

图3是本发明原理示意图；

图4是本发明采用双列管芯八路合成设计的示意图；

图5是本发明采用双列管芯十六路合成设计的示意图；

图6是本发明采用四列管芯八路合成设计的示意图；

图7是本发明采用四列管芯十六路合成设计的示意图。

具体实施方式