[发明专利]用于宽带隙功率晶体管的改进的匹配技术

说明书

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。

背景技术

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50-500μm）、细的（例如直径为25μm）、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（X_L=ωL，其中X_L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。

发明内容

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。