平面螺旋电感及相应的宽带射频功率放大器内匹配电路的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及平面螺旋电感及包含平面螺旋电感的宽带射频功率放大器内匹配电路。


背景技术：

2.射频系统封装广泛用于包括无线通信、传感、雷达等商业和军事用途。随着功率器件栅宽增加，芯片的输入阻抗变得越来越低，器件的无载q值会变得很高，馈送电信号的幅度不平衡和相位不平衡的问题越来越严重，因此，直接利用外电路进行一定带宽的匹配非常困难，而在管壳内部对rf功放管芯进行匹配则可解决这一问题。目前对于1ghz以下的射频功率器件而言，在匹配电路上由于电感值较大，仅仅在有限的空间采用键合线难以满足需求，为了增加电感值一般采用平面螺旋电感，但随着系统级封装sip的应用，对电路小型化的要求逐渐增加。
3.因此如何在增加螺旋电感值情况下还能减小内匹配电路尺寸以满足射频功率放大器宽带性能，是一个关键的需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种平面螺旋电感，在电感单元上设置凹槽，在不调整平面螺旋电感尺寸的前提下，有效提高了电感的品质因数。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种平面螺旋电感，包括:
6.衬底层；
7.介质层，其形成于所述衬底层上；
8.电感单元，其形成于所述介质层上，形成涡形螺旋线，且所述螺旋电感线、具有凹槽。
9.优选的是，还包括：
10.第一接触块，其连接所述电感单元一端；
11.第二接触块，其连接所述电感单元另一端；
12.导引线，其连接所述第一接触块和所述第二接触块，并引出。
13.优选的是，所述电感单元表面的凹槽通过浅沟槽隔离工艺、深沟槽隔离工艺或干法刻蚀工艺形成。
14.第二方面，本发明实施例提供了一种宽带射频功率放大器内匹配电路，包括所述的平面螺旋电感。
15.优选的是，所述宽带射频功率放大器内匹配电路包括：
16.输入匹配单元，其能够接收并减少输入信号的损耗；
17.射频晶体单元，其与所述输入匹配单元耦接，以对所述输入信号进行放大，并输出放大后的信号；
18.输出匹配单元，其与所述射频晶体单元耦接，能够接收所述放大后的信号，经阻抗
变换后进行选频，得到选频信号并输出。
19.优选的是，所述输入匹配单元和所述输出匹配单元均采用巴特沃斯滤波器。
20.所述输入匹配单元包括：
21.第一电感，其一端接收输入信号；
22.第一电容，其一端连接所述第一电感另一端，另一端接地；
23.第二电感，其一端连接所述第一电感另一端；
24.第二电容，其一端连接所述第二电感另一端，另一端接地；
25.第三电感，其一端连接所述第二电容另一端，所述第三电感另一端能够输出信号。
26.优选的是，所述输出匹配单元包括：
27.第四电感，其一端接收输入信号；
28.第三电容，其一端连接所述第四电感另一端，所述第三电容另一端接地；
29.第五电感，其一端连接所述第四电感另一端，另一端输出信号。
30.优选的是，所述第一电感、所述第三电感和第五电感均为键合线电感，所述第二电感和所述第四电感均为平面螺旋电感。
31.优选的是，所述射频晶体单元采用横向扩散金属氧化物半导体射频晶体管。
32.有益效果
33.本发明提供了一种平面螺旋电感，在电感单元上设置凹槽，在不调整平面螺旋电感尺寸的前提下，有效提高了电感的品质因数。
34.本发明还提供了一种宽带射频功率放大器内匹配电路，包含平面螺旋电感，易于实现宽带功放，且增益平坦度较好。
附图说明
35.图1为本发明所述的平面螺旋电感的剖面结构示意图。
36.图2为本发明所述的平面螺旋电感的电感单元的结构示意图。
37.图3为本发明所述的输入匹配单元的电路原理图。
38.图4为本发明所述的宽带射频功率放大器内匹配电路的电路版图、
39.图5为本发明提供的一个实施例中的宽带射频功率放大器内匹配电路仿真结果图。
具体实施方式
40.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.如图1
‑
2所示，基于背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种平面螺旋电感，包括:衬底层110、介质层120和电感单元130。
44.其中，介质层120形成于衬底层110上；电感单元130形成于所述介质层上，形成涡形螺旋线且螺旋电感线具有凹槽131。
45.其中，平面螺旋电感还包括：第一接触块141、第二接触块142和导引线143，其中，第一接触块141电连接电感单元130一端；第二接触块142连接电感单元130另一端；导引线143连接第一接触块141和第二接触块142，并引出。
46.优选的是，电感单元130表面的凹槽通过浅沟槽隔离工艺、深沟槽隔离工艺或干法刻蚀工艺形成。
47.在一个优选实施例中，螺旋电感即在保持工艺参数不变的情况下，使用刻蚀工艺完成挖槽。此实施例中的螺旋电感，衬底层110的厚度为110um，衬底层110宽度取70um，电感单元130选取2.5圈电感，在电感单元130表面利用刻蚀工艺形成槽线后，计算螺旋电感的电感值为3.8nh，比常规版图实现的电感值基础上增加了40％左右。
48.需要特别说明的是，在电感单元上设置凹槽，在不调整平面螺旋电感尺寸的前提下，实现了有效提高了电感的品质因数的有益效果。
49.在一个优选实施例中，还可以通过在电感单元130的表层金属上设计通孔进一步优化电感单元130，以提高电感的品质因数。
50.本发明还提供了一种宽带射频功率放大器内匹配电路，具体包括：输入匹配单元210、射频晶体单元220和输出匹配单元230。
51.输入匹配单元210，其能够接收并减少输入信号的损耗；
52.射频晶体单元220与输入匹配单元220耦接，以对所述输入信号进行放大，并输出放大后的信号；
53.输出匹配单元230与射频晶体单元220耦接，能够接收所述放大后的信号，经阻抗变换后进行选频，得到选频信号并输出。
54.在一个优选实施例中，输入匹配单元210和输出匹配单元230均采用巴特沃斯滤波器。
55.如图3
‑
4所示，输入匹配单元210采用“π”型滤波器，具体包括：第一电感211、第一电容212、第二电感213、第二电容214和第三电感215。
56.其中，输入匹配单元210中元件的连接方式为：第一电感211，其一端接收输入信号；第一电容212，其一端连接第一电感211另一端，另一端接地；第二电感213，其一端连接第一电感211另一端；第二电容214，其一端连接第二电感213另一端，另一端接地；第三电感215，其一端连接第二电容214另一端，第三电感215另一端能够输出信号。
57.具体的说，输入信号经第一电感211的一端输入，首先为第一电容212充电，并达到脉冲的峰值电压。同时第二电感213储存磁能，储存的磁能越来越多，第二电容214通过第二
电感213充电，且第一电容212和第二电容214的电压基本相等。
58.需要具体说明的是，输入匹配单元210的作用主要是完成阻抗变换以及信号的传输，使其谐振在需要的工作频段，最小插损的使信号从输入端口传输到射频晶体单元220。
59.优选的是，所述输出匹配单元230采用“l”型滤波器，具体包括：第四电感231、第三电容232和第五电感233。
60.其中，第四电感231一端接收输入信号；第三电容232一端连接第四电感231另一端，第三电容232另一端接地；第五电感233一端连接第四电感231另一端，另一端输出信号。
61.在一个优选实施例中，第一电感211、第三电感215和第五电感233均为键合线电感，第二电感213和第四电感231均为平面螺旋电感，采用本技术实施例中电感的结构和工艺参数设计。
62.作为一种优选，射频晶体单元200的类型为rf ldmos晶体管，即采用横向扩散金属氧化物半导体射频晶体管，在一个优选实施例中，rf ldmos晶体管选取的管芯为150mm栅宽，主要作用是是放大输入信号。
63.在一个优选实施例中，本技术中的第一电容212、第二电容214和第三电容232均采用mos电容，mos电容主要是通过工艺和金属来调整，考虑到小型化的要求，主要是从工艺角度考虑金属下面的介质层，在考虑工艺水平的前提下对mos电容进行调整，以达到最优设计。
64.在另一实施例中，第一电感211、第二电感213、第三电感215、第四电感231、和第五电感23均为键合线电感。主要是通过调整键合线的数量，拱高来调整电感值以及承受的电流。
65.在一个优选实施例中，第一电感211一端连接有信号输入端口301，第五电感233另一端连接有信号输出端口302。
66.实施以宽带射频功率放大器内匹配电路的工作过程为例，做进一步说明：
67.信号从信号输入端口301进入，经过输入匹配单元210，完成阻抗变换以及信号的传输，使其谐振在需要的工作频段，最小插损的使信号从输入端口传输到射频晶体单元220，将输入信号放大后，传输到输出匹配单元230，有效进行选频，使整个射频晶体管工作在有效带宽内，并经输出端口302输出。
68.如图5所示，为测试宽带射频功率放大器内匹配电路的行能，给出了内匹配电路的rf功率放大器50ma电流下的传输参数仿真结果，从结果可以看出900mhz
‑
1050mhz的增益平坦度较好，易于实现宽带功放。
69.本发明提供了一种平面螺旋电感，在电感单元上设置凹槽，在不调整平面螺旋电感尺寸的前提下，有效提高了电感的品质因数，还提供了宽带射频功率放大器内匹配电路，包含平面螺旋电感，易于实现宽带功放，且增益平坦度较好。
70.需要特别说明的是，本发明提供的平面螺旋电感除应用于宽带射频功率放大器内匹配电路还可应用于其他mmic电路的提出以及应用。
71.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。