专利名称：混合集成大功率运算放大器的制作方法
技术领域：
混合集成大功率运算放大器技术领域[0001 ] 本实用新型涉及电子工业类运算放大器，具体涉及微电子技术应用的混合集成大 功率运算放大器。
背景技术：
运算放大器广泛应用于航天、航空、工业、民事应用等领域，具体说可用于马达驱 动、机器人、伺服系统、声纳、矿井、飞机、半导体测试系统，同时还要求体积小、重量轻、功率 大、可靠性高的产品。但由于该运算放大器的设计开发不仅需要先进的设计技术，更需要有 耗资巨大的环境平台，需要具有十万级净化等级的净化厂房、需要保持恒定的温度、湿度及 气体交换、防静电生产线及专业测试平台等等硬件条件。由于条件限制国内具备这些条件 的企业多限于军工企业，而用于开发此类工业应用产品的单位极少，通过查新得知国内无 相同产品。目前一般的半导体运算放大器不能满足用户的大功率要求，而分立元件的大功率 运算放大器存在体积过大、重量过重，不适用于高精尖技术领域的缺陷。发明内容本实用新型的目的是提供一种结构精密、使用方便，高功率密度、输出功率大、效 率高、体积小、重量轻的混合集成大功率运算放大器。为了克服现有技术的不足，本实用新型的技术方案是这样解决的该运算放大器 由一个复合膜厚膜集成电路板，所述的复合膜厚膜集成电路板中连接至少一个复合膜厚膜 陶瓷基板，所述的复合膜厚膜陶瓷基板上分别连接有至少10个电阻、一种贵金属导体、另 一种贵金属导体、与8个输出管脚连接的金属外壳；所述的复合膜厚膜陶瓷基板上还集成 有一个差分输入级电路，一个电压放大驱动级电路，一个互补功率放大输出级电路， 一个偏置电路和一个限流保护电路。所述的差分输入级电路与电压放大驱动级电路连接，所述的电压放大驱动级电路 与互补功率放大输出级电路连接，所述的互补功率放大输出级电路分别与偏置电路和限流 保护电路连接组成。所述的差分输入级电路连接一个小信号放大器芯片器件。所述的电压放大驱动级 电路由第一晶体管、第一二极管、第一厚膜电阻和第二厚膜电阻连接组成。所述的互补功率放大输出级电路由第二晶体管、第三厚膜电阻、第四厚膜电阻、一 功率管、另一功率管相互连接组成。所述的偏置电路包括第二晶体管、第三厚膜电阻、第四厚膜电阻相互连接组成。所述的限流保护电路由第二二极管、第三二极管、第三晶体管、第四晶体管、第五 厚膜电阻、第六厚膜电阻、第七厚膜电阻、第八厚膜电阻相互连接组成。所述的复合膜厚膜陶瓷基板上连接的至少10个厚膜电阻、一贵金属导体、另一贵金属导体为多层印刷烧结连接。所述的复合膜厚膜陶瓷基板上第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电 阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻均为厚膜电阻；厚膜电阻R31与厚膜电阻R32并联组成其 中第三电阻；厚膜电阻R41与厚膜电阻R42串联组成其中第四电阻。所述的一贵金属导体与大功率管芯为合金焊接；所述的另一贵金属导体与晶体管 管芯、二极管管芯、一次集成运算放大器芯片之间相互连接并组成一个键合互联区域。所述的复合膜厚膜陶瓷基板为高导热率陶瓷基板，所述高导热率陶瓷基板用厚膜 浆料多层印刷烧结，该陶瓷基板与所有元器件、外壳引出端的8个输出管脚连接。
图1为本实用新型原理结构示意框图；图2为图1的电路原理示意图；图3为图2的电路版图；图4为输出管脚符号及管脚分布图；图5-1为图1的外形尺寸仰视图；图5-2为图1的外形尺寸主视图；图5-3为图5-1的WPA12A俯视图；图5-4为图5-1的WPA12俯视图。
具体实施方式
附图为本实用新型的实例图。
以下结合附图对发明内容作进一步说明参照图1、图2、图3所示，该运算放大器由一个复合膜厚膜集成电路板，所述的复 合膜厚膜集成电路板中连接至少一个复合膜厚膜陶瓷基板，所述的复合膜厚膜陶瓷基板上 分别连接有至少10个电阻、一种贵金属导体1、另一种贵金属导体2、与8个输出管脚连接 的金属外壳；所述的复合膜厚膜陶瓷基板上还集成有一个差分输入级电路1，一个电压放大驱动级电路2，一个互补功率放大输出级电 路4，一个偏置电路3和一个限流保护电路5 ；所述的差分输入级电路1与电压放大驱动级电路2连接，所述的电压放大驱动级 电路2与互补功率放大输出级电路4连接，所述的互补功率放大输出级电路4分别与偏置 电路3和限流保护电路5连接组成。其中所述的差分输入级电路1连接一个小信号一次集成运算放大器芯片Al器件。其中所述的电压放大驱动级电路2由第一晶体管Q1、第一二极管D1、第一电阻Rl 和第二电阻R2连接组成。其中所述的互补功率放大输出级电路由第二晶体管Q2、第三电阻R3、第四电 阻R4、一功率管Q5、另一功率管Q6相互连接组成。其中所述的偏置电路3由第二晶体管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4相互连接组 成。其中所述的限流保护电路5由第二二极管D2、第三二极管D3、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8相互连接组成。所述的复合膜厚膜陶瓷基板上连接的至少10个厚膜电阻、一种贵金属导体1、另 一贵金属导体2为多层印刷烧结连接。所述的复合膜厚膜陶瓷基板上的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电 阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8均为厚膜电阻；厚膜电阻R31与 厚膜电阻(R32)并联组成其中第三电阻R3 ；厚膜电阻R41与厚膜电阻R42串联组成其中第 四电阻R4。所述的一贵金属导体1与大功率管芯Q5、Q6为合金焊接；所述的另一种贵金属导 体2与晶体管管芯、二极管管芯、一次集成运算放大器芯片Al之间相互连接并组成一个键 合互联区域。所述的复合膜厚膜陶瓷基板为高导热率陶瓷基板，所述高导热率陶瓷基板用厚膜 浆料多层印刷烧结，该陶瓷基板与所有元器件、外壳引出端的8个输出管脚连接。功能说明参照图2、图3所示，所述的差分输入级电路是由一个小信号一次集成运算放大器 芯片Al组成，其中Al的正相输入端与管脚4连接，反相输入端与管脚5连接。正电压与管 脚3连接，负电压与管脚6连接。芯片Al的输出端分别与第四电阻R4的一端、第二晶体管 Q2的发射极、第三二极管D3的负端、功率管Q6的基极连接。差分输入级电路选择高精度、 高共模抑制比的小信号一次集成运算放大器芯片Al，该芯片作为输入级，既可以放大差模 信号，又可以有效抑制共模信号。所述的电压放大驱动级电路是由第一晶体管Q1、第一二极管D1、第一电阻Rl和第 二电阻R2连接组成。其中第一二极管Dl的负端与管脚3连接，第一二极管Dl的正端分别 与第一晶体管Ql的基极、第一电阻Rl的一端连接。第一电阻Rl的另一端与管脚6连接。 第一晶体管Ql的发射极与第二电阻R2的一端连接。第二电阻R2的另一端与管脚3连接。经差分输入级电路放大后的信号，再经由第一晶体管Q1、第一二极管D1、第一电 阻Rl和第二电阻R2组成的电压放大驱动级电路进一步放大，为互补功率放大输出级电路 提供足够大的驱动功率。这里第一二极管Dl和第一电阻Rl给第一晶体管Ql —个固定的 Vbe偏置电压，使第一晶体管Ql的输出电流恒定。所述的互补功率放大输出级电路由第二晶体管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、一 功率管Q5、另一功率管Q6相互连接组成。其中第二晶体管Q2的集电极与一功率管Q5的基 极连接，第二晶体管Q2的发射极与另一功率管Q6的基极连接。一功率管Q5、另一功率管 Q6分别为NPN和PNP型的达林顿对管，承担电流放大功能。所述的偏置电路由第二晶体管Q2、第三电阻R3和第四电阻R4相互连接组成。其 中第二晶体管Q2的基极分别与第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端连接。第二晶 体管Q2的集电极分别与第一晶体管Ql的集电极连接。第二晶体管Q2通过第三电阻R3、第四电阻R4设置一个合理的偏置，使电路工作 在A/B类，消除交越失真。由第二晶体管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4组成的偏置电路是 整个放大器工作点设置的关键，设计合适的第三电阻R3和第四电阻R4的阻值并利用热敏 电阻的温度特性，可以在整个工作温度范围内实现工作点的稳定。所述的限流保护电路是由第二二极管D2、第三二极管D3、第三晶体管Q3、第四晶5体管Q4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8相互连接组成，其中第二二极 管D2的负端与第三晶体管Q3的集电极连接。第三晶体管Q3的发射极与第四晶体管Q4的 发射极串联连接。第四晶体管Q4的集电极与第三二极管D3的正端连接。第三晶体管Q3 的基极与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接。第六电阻R6的另一端与第七电阻 R7的一端连接。第四晶体管Q4的基极与第八电阻R8的一端、第七电阻R7的另一端连接。 第五电阻R5的另一端与管脚2连接。第三晶体管Q3与第四晶体管Q4的发射极与管脚1 连接。第六电阻R6和第七电阻R7公共端与管脚7连接。第八电阻R8的另一端与功率管 Q6的发射极一并连接于管脚8。功率管Q6的集电极与管脚6连接。第五电阻R5的另一端 与一功率管Q5的发射极一并连接于管脚2。一功率管Q5的集电极与管脚3连接。当输出电流不断增大，超过限流值时，第三晶体管Q3和/或第四晶体管Q4将导 通，将一功率管Q5和/或另一功率管Q6的基极-发射极电压拉低，导致功率管Q5、功率管 Q6截止，起到限流保护的作用。实际应用中，用户可通过在管脚2 (CL+限流端)与管脚1(产品输出端)之间、管 脚8 (CL-限流端)与管脚1(产品输出端)之间外接合适的限流电阻，利用公式(1)和公式 (2)计算出限流值和限流电阻值，实现对输出电流的限制。Rcl = 0. 65/Icl 公式(1)Icl = 0. 65/Rcl 公式 O)其中，Rcl为限流电阻(Rcl+ = Rcl-)，单位欧姆；Icl为电流限制值，单位安培。图3中所述的一种混合复合膜厚膜陶瓷基板，采用混合膜厚膜版图设计技术，厚 膜电阻设计，贵金属导带设计，降低内阻，提高集成密度。其中的一贵金属导体1为划向右下角斜线簇的区域，适合于大功率芯片Q5、Q6的 合金焊接。而另一种划向左下角斜线簇的区域为另一贵金属导体2，它一方面是各种元器件 相互连接的桥梁，另一方面也是实现半导体芯片包括晶体管管芯、二极管管芯、一次集成 运算放大器芯片Al之间一种互联的键合区域。图3中的高导热陶瓷基板，采用厚膜浆料多层印刷烧结工艺，成为复合膜厚膜基 板。它是混合集成大功率运算放大器结构中的关键载体，承载着所有元器件，并获得与外壳 引出端管脚连接，从而实现混合集成大功率运算放大器的全部参数指标和功能指标。所述8个输出管脚的功能见管脚功能表1管脚功能表权利要求1.一种混合集成大功率运算放大器，其特征在于该运算放大器包括一个复合膜厚膜集 成电路板，所述的复合膜厚膜集成电路板中连接至少一个复合膜厚膜陶瓷基板，所述的复 合膜厚膜陶瓷基板上分别连接有至少10个电阻、一种贵金属导体(1)、另一种贵金属导体 O)、与8个输出管脚连接的金属外壳；所述的复合膜厚膜陶瓷基板上还集成有一个差分输入级电路(1)，一个电压放大驱动级电路O)，一个互补功率放大输出级电 路G)，一个偏置电路⑶和一个限流保护电路(5)；所述的差分输入级电路(1)与电压放大驱动级电路( 连接，所述的电压放大驱动级 电路( 与互补功率放大输出级电路(4)连接，所述的互补功率放大输出级电路(4)分别 与偏置电路⑶和限流保护电路(5)连接组成。
2.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于其中所述的差分输 入级电路(1)连接一个小信号一次集成运算放大器芯片(Al)器件。
3.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于其中所述的电压放 大驱动级电路O)由第一晶体管(Ql)、第一二极管(Dl)、第一电阻(Rl)和第二电阻(R2) 连接组成。
4.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于其中所述的互补功 率放大输出级电路⑷由第二晶体管(Q2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、一功率管0^5)、 另一功率管0^6)相互连接组成。
5.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于其中所述的偏置电 路(3)由第二晶体管(Q2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)相互连接组成。
6.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于其中所述的限流保 护电路(5)由第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第三晶体管(Q3)、第四晶体管(Q4)、第五 电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)相互连接组成。
7.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于所述的复合膜厚膜 陶瓷基板上连接的至少10个厚膜电阻、一种贵金属导体(1)、另一贵金属导体(2)为多层印 刷烧结连接。
8.根据权利要求1或7所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于所述的复合膜 厚膜陶瓷基板上的第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻 (R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)均为厚膜电阻；厚膜电阻R31与厚膜电 阻R32并联组成其中第三电阻(R3)；厚膜电阻R41与厚膜电阻R42串联组成其中第四电阻 (R4)。
9.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于所述的一种贵金属 导体(1)与大功率管芯(Q5、Q6)为合金焊接；所述的另一种贵金属导体(2)与晶体管管芯、 二极管管芯、一次集成运算放大器芯片(Al)之间相互连接并组成一个键合互联区域。
10.根据权利要求1所述的混合集成大功率运算放大器，其特征在于所述的复合膜厚 膜陶瓷基板为高导热率陶瓷基板，所述高导热率陶瓷基板用厚膜浆料多层印刷烧结，该陶 瓷基板与所有元器件、外壳引出端的8个输出管脚连接。
专利摘要本实用新型公开了微电子技术应用的混合集成大功率运算放大器。该运算放大器由一个复合膜厚膜集成电路板，所述的复合膜厚膜集成电路板中连接至少一个复合膜厚膜陶瓷基板，所述的复合膜厚膜陶瓷基板上分别连接有至少10个电阻、一种贵金属导体、另一种贵金属导体、与8个输出管脚连接的金属外壳；所述的复合膜厚膜陶瓷基板上还集成有差分输入级电路、电压放大驱动级电路、互补功率放大输出级电路、偏置电路和限流保护电路组成。采用复合膜厚膜集成电路平面版图设计、厚膜电阻设计和贵金属导带设计，提高产品集成密度和可靠性；采用合金焊工艺，增强内部连接、降低接触电阻；采用高导热率陶瓷基板和金属全密封结构，提高器件散热性能；增加温度补偿功能，使电路在Tc-55℃～+125℃范围内稳定工作。
文档编号H03F3/45GK201830207SQ20102055159
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者赵慧生 申请人:西安伟京电子制造有限公司