一种基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波放大器的制造方法
【专利说明】一种基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波放大
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技术领域
[0001]本发明涉及微波放大器领域，特别是涉及一种基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波放大器。
【背景技术】
[0002]微波功率放大器在无线通信、电子对抗、测试仪器等领域有着非常广泛的应用，其常规方法是基于单片或混合集成电路工艺。单片集成电路工艺是将所有有源元件和无源元件均集成在同一块半导体衬底上，这种方式可以得到较小的整体电路尺寸，但其开发成本很高，也不适用于不同衬底器件的集成。混合集成电路的基本做法是有源器件使用未封装的分离管芯，无源电路用陶瓷薄膜电路或一些分立无源器件构成，使用金丝或金带键合工艺来完成有源电路和无源电路之间的电气互联，虽然其集成度不如单片集成，但可以充分发挥不同半导体工艺的技术优势，使设计更具灵活性，并且具有更低的设计和生产成本。
[0003]设计一款高效率的微波功率放大器，半导体器件的选用也是非常重要的条件之一。目前，用于设计功放的GaAs器件技术成熟，具有高频、高增益、高线性度等特点，但是输出功率不足；LDM0S器件具有大功率、高线性度、高工作电压等特性，非常适合用作功率输出级，但其增益低，效率不高，封装成本高；被誉为继Si和GaAs以后的第三代半导体材料GaN器件具有宽禁带、高击穿场强、高饱和电子迀移率等特性，特别适用于高温、高频、高功率应用，但是其工艺复杂，成本较高。因此，设计一种GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波功率放大器，将能够得到更小的尺寸和更优的性能。
[0004]现有技术中，GaAs和LDMOS/GaN混合集成有两个困难:一是LDMOS/GaN大功率的裸片输出功率很高，因此需要很好的散热，而印制电路板(PCB)或者铜、铝材料热沉的热膨胀系数较大，功率芯片的裸片直接焊接在以上材料上，散热的同时会由于热沉或者PCB的热膨胀问题而导致功率芯片断裂；二是LDMOS/GaN器件的输入输出阻抗很小，所以匹配电路复杂，系统集成应用较困难。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波功率放大器，具有高频、高增益、高线性度、大功率、高效率等特点，且集成度高，封装成本低，应用更方便。
[0006]为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN的混合集成微波功率放大器，包括:
[0007]金属底板；
[0008]所述金属底板的上表面设置有PCB板和热沉；
[0009]所述PCB板上设置有第一功率放大器；
[0010]所述热沉上设置有第二功率放大器；
[0011]所述第二功率放大器的输入端与所述第一功率放大器的输出端连接；
[0012]其中，所述第一功率放大器为GaAs功率放大器，所述第二功率放大器为LDMOS功率放大器或GaN功率放大器。
[0013]优选的，所述第二功率放大器通过银浆焊或共晶焊的方式固定在所述热沉上。
[0014]优选的，所述金属底板上还具有槽，所述槽的形状与所述热沉的横截面形状相同，所述热沉的底部嵌套进所述金属底板的槽。
[0015]优选的，所述PCB板上还具有通孔，所述通孔的横截面形状与所述热沉的横截面形状相同，所述热沉穿过所述通孔嵌套进所述金属底板的槽。
[0016]优选的，所述槽的深度等于所述热沉的厚度与所述PCB板的厚度的差值。
[0017]优选的，所述热沉为所述热沉为钼铜热沉。
[0018]优选的，所述钼铜热沉为铜-钼-铜热沉
[0019]优选的，还包括级间匹配电路，所述级间匹配电路设置于所述PCB板上，输入端与所述第一功率放大器的输出端连接，输出端与所述第二功率放大器的输入端连接。
[0020]优选的，还包括输出匹配电路，所述输出匹配电路的输入端与所述第二功率放大器的输出端连接。
[0021]优选的，所述级间匹配电路或所述输出匹配电路由分立元件和金丝绑线组成。
[0022]本发明实施例所提供的基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN的混合集成微波功率放大器，与现有技术相比，具有以下优点:
[0023]本发明实施例提供的基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN的混合集成微波功率放大器，包括:金属底板；所述金属底板的上表面设置有PCB板和热沉；所述PCB板上设置有第一功率放大器；所述热沉上设置有第二功率放大器；所述第二功率放大器的输入端与所述第一功率放大器的输出端连接；其中，所述第一功率放大器为GaAs功率放大器，所述第二功率放大器为LDMOS功率放大器或GaN功率放大器。
[0024]由于所述混合集成微波功率放大器将第一功率放大器即GaAs功率放大器和第二功率放大器即LDMOS功率放大器或GaN功率放大器集成到所述金属底板上，所述GaAs功率放大器集成到所述PCB板上，所述LDMOS功率放大器或GaN功率放大器设置到所述热沉上，与所述GaAs功率放大器连接，使得所述混合集成微波功率放大器的同时具有GaAs和LDMOS或GaN两种器件的优点，整体电路具有高频、高增益、高线性度、大功率、高效率等特点，且集成度高，封装成本低，应用更方便。
[0025]由于所述LDMOS功率放大器或GaN功率放大器设置到所述热沉上而未直接集成到所述PCB板上，而所述热沉具有很低的热膨胀系数，受热情况下不容易发生形变，使得所述LDMOS功率放大器或GaN功率放大器的芯片不会发生断裂。此外，所述热沉还具有很强的导热能力，极大地提高了对所述LDMOS功率放大器或GaN功率放大器的散热能力；所述GaAs功率放大器设置到所述PCB板上，而所述PCB板和所述热沉集成到所述金属底板上，所述金属底板具有很强的导热能力，使得所述PCB板和所述热沉的温度差别较小，所述PCB板的不同位置的温差较小，不易发生断裂。
[0026]由于所述GaAs功率放大器级输出阻抗和所述LDMOS功率放大器或GaN功率放大器的输入阻抗都是只有几欧姆的低阻，故可以不再用常规的将输入输出阻抗匹配至50 Ω的方法，无需进行常规的LDMOS/GaN封装内预匹配，电路结构更简单。
[0027]综上所述，本发明实施例所提供的基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN的混合集成微波功率放大器，具有高频、高增益、高线性度、大功率、高效率等特点，且集成度高，封装成本低，应用更方便。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
[0029]图1为本发明实施例所提供的所述基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波功率放大器的一种【具体实施方式】的电路结构示意图；
[0030]图2为本发明实施例所提供的GaAs功率放大器与所述LDMOS/GaN功率放大器之间的级间匹配电路示意图；
[0031]图3为本发明实施例所提供的基于PCB工艺的GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波功率