SE517455C2 - Effekttransistormodul, effektförstärkare samt förfarande för framställning därav - Google Patents

Description

517 455 Iâ.:::= 2 Modul 1 innefattar en rektangulär elektriskt ledande och värmeledande bottenplatta eller fläns 7 företrädesvis av metall, på vars övre yta ett transistorchips 9 samt typiskt ett första 11 och ett andra kondensatorchips 13 är monterade.

Vidare innefattar modul 1 en isolerande, företrädesvis keramisk, ramkonstruktion eller isolator 15 monterad på flänsens 7 övre yta så att den omger nämnda chips, samt ett lock 17 fastgjort vid ram 15.

Transistorchipset 9 är typiskt ett LDMOS (Lateral Double Diffused Metal Oxide) chips av typen och innefattar' en rad parallellkopplade block som vardera innehåller en stor mängd parallellkopplade transistorceller. fler Desto högre uteffekt som önskas desto transistorceller erfordras. I fig. 2 illustreras en schematisk layout av transistorchipset 9 innefattande sju stycken block. I varje block parallellkopplas till styrena och samtliga kollektorer samtliga styren (gates) en anslutning eller padd för (drains) till en anslutning eller padd för kollektorerna. I det översta blocket indikeras padden för styrena med 19 och padden för kollektorerna med 21.

Emittrarna (sources) har anslutningar på chipsets bak/undersida som är anslutna jord, t.ex. via fläns 7.

Högeffekttransistorer har vid hög frekvens mycket låga in- och utimpedanser. För att anpassa dessa till omgivande kretsar på mönsterkort 5 krävs impedansanpassningsnät nära det aktiva dessa 29 och effekttransistormodulen 1. till anslutningsbleck 31, 33, företrädesvis av alloy 42, som sticker chipset med transistorerna. Vanligtvis konstrueras anpassningsnät med hjälp av bondtrådar 23, 25, 27, kondensatorchips 11, 13 inuti Bondtrådarna ansluter sedan raka och stumma ut från modul 1 för anslutning till nämnda omgivande kretsar. I fig. 2 är bondtrådar 25, 27 indikerade 'vid chipsets översta block. Varje annat block är givetvis anslutet via dess egna (icke visade). bondtrådar Svårigheter med att uppfylla snäva 10 15 20 25 30 o acer 517 455 3 toleranser vid tillverkning av modulerna ger upphov till oönskade spridningar i olika kritiska elektriska parametrar.

Modulen l skruvas eller bultas fast vid kylare 3 varefter anslutningsblecken 31, 33 för hand löds fast vid mönsterkortets 5 omgivande kretsar via lödfogar 35, 37. För monteringen av modul l innefattar fläns 7 samt kylaren 3 typiskt hål eller urtagningar för mottagande av skruvar eller bultar (icke visat).

Anpassningsnätet ger ett extra tillskott till impedanserna, innan en yttre på mönsterkortet förekommande impedansanpassning utförs. Placeringen av transistorchipset i modulen är mycket kritisk, eftersom den påverkar bondtrådarnas längd och form och därmed impedansanpassningen. Längd och form hos bondtrådarna kan vara svåra att definiera.

Transistorchipsets låga utimpedans orsakas av transistorchipsets kapacitans tillsammans med en relativt låg matningsspänning. Möjligheterna till god anpassning till omgivande kretsar begränsas av detta faktum samt av induktans i mellan effekttransistormodulen ledarna (särskilt bondtrådarna) och mönsterkortet.

Impedansanpassningen som krävs måste därför utföras både inuti på mönsterkortet. egenskaper, i effekttransistormodulen och utanför Spridningar i transistormodulens kortens dimensioner och variationerna i komponentplaceringar gör att en effektförstärkare innefattande nämnda komponenter bör funktionstrimmas för att ge bästa prestanda. Toleransutjämning genom trimning är dock ej önskvärd av förstärkartillverkare.

Tillverkning utan trimning ger dock sällan optimala prestanda utan resulterar i kassering av transistormoduler.

Högeffekttransistormoduler av ovan nämnda slag kan vidare ej på d.v.s. ytlödas (d.v.s. maskinlödas) tillsammans med övriga mönsterkortet ytlödda kretsar och därefter monteras, 10 15 20 25 517 4.55» ' 4 skruvas fast, vid en kylare eftersom modulerna belastas härvid kraften på så att lödfogarna skadas, mekaniskt vid fastskruvningen. Den till uppkomna de spricker. överförs direkt lödfogarna grund av stumma anslutningsblecken, Detta att t.ex. medför transistorerna såsom nämns måste lödas manuellt, vilket är tidsödande, kostsamt och medför en stor variation i kvalitet.

De raka och mycket stumma anslutningsblecken medför att de rörelser som uppkommer på grund av temperaturvariationer direkt belastar lödfogarna mellan modulen och mönsterkortet. Vid denna belastning kommer lodet att plasticera och relaxera, vilket medför kongruensförskjutningar. När detta upprepas tillräckligt många gånger, börjar lödfogarna spricka sönder, vilket utgör felkällan vid drift. förstärkare blir i detta fall 5-10 år i stället för önskade 30 den huvudsakliga Livslängden för en år.

Befintliga kapslar till transistorer har företrädesvis en metallfläns och en keramisk isolator. Både flänsen och isolatorn måste ha en viss tjocklek av rent mekaniska skäl och transistormodulen blir därför tjockare än kretskortet (vilket normalt mäter 0,8 mm). En fördjupning måste därför fräsas ur i kylaren för att kunna sänka ned transistormodulens fläns, se fig. 1. Detta medför ökade tillverkningskostnader och risk för ojämnheter i botten på fördjupningarna. En sådan ojämn monteringsyta medför risk för att kapslarna böjs vid inskruvning, så att chipsen spricker. Vidare försämras kylningen.

REDoGöRELsE FöR UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en effekttransistormodul avsedd för radiofrekvenstillämpningar, särskilt för användning i ett förstärkarsteg i en radiobasstation, som är i avsaknad av u - u - u u' ..- .q-n u. _.-- un. u v .oo 10 15 20 25 30 517 455 5 . au: . . . . - - ~ åtminstone något av' de problen1 sonl är förknippade med känd teknik.

Det är härvidlag ett särskilt ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en effekttransistormodul som reducerar problemen med lödfogsutmattning.

Det är ett ytterligare ändamål med uppfinningen att tillhandahålla en effekttransistormodul som kan ytlödas vid ett kretskort.

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning framkommer i nedanstående beskrivning.

Enligt en första uppfinning tillhandahålls ett stödorgan, ett effekttransistorchips anordnat därpå, yttre aspekt av föreliggande således en effekttransistormodul innefattande elektriska anslutningar utstickande från effekttransistor- modulen för extern anslutning, samt inre elektriska förbindningar anslutna mellan nämnda transistorchips och nämnda yttre anslutningar. Åtminstone en av effekttransistorns yttre elektriska anslutningar utgörs enligt uppfinningen av ett på en flexibel folie anordnat första ledningsmönster.

Företrädesvis är den flexibla folien med det första ledningsmönstret ytlödd vid ett vid en kylare monterat kretskort. Härvidlag kan med fördel den flexibla folien innefatta genomgående viahål vid lödstället för ytlödningen, vilka vid lödningen tjänar såsom avluftningsöppningar för de lösningsmedelsgaser som kommer från lödpastan, så att lödfogen mellan folien och kretskortet blir fri från porer. företrädesvis fastgjord, särskilt och den flexibla folien med det första ledningsmönstret är tillräckligt flexibel Effekttransistormodul är fastskruvad eller fastbultad, vid kylaren, för att huvudsakligen eliminera spänningar i och plasticering av lödfogen mellan folien med ledningsmönstret och kretskortet. 10 15 20 ~.

U u v 1.- vø. v _ vc ~«» [\) UW ~n~u - .-u. 0 -uu w »nr 517 455 6 Den flexibla folien är Ined fördel framställd av en elastisk polymer, exempelvis en polyimid, och varje ledningsmönster är åstadkommet på åtminstone en yta av nämnda folie, företrädesvis medelst tryckning eller etsning.

Enligt en ytterligare tillhandahålls en aspekt av föreliggande uppfinning effektförstärkare innefattande en effekttransistormodul av ovan nämnt slag.

Det är ett vidare ändamål med uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande vid framställning av nämnda effektförstärkare.

Enligt ännu en aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålls sålunda ett förfarande vid framställning av en effektförstärkare innefattande följande steg: (l) en effekttransistormodul framställs med ett stödorgan, ett effekttransistorchips anordnat därpå, yttre elektriska anslutningar utstickande från modulen, samt inre elektriska förbindningar anslutna mellan nämnda transistorchips och nämnda yttre anslutningar, där nämnda yttre elektriska anslutningar flexibel folie anordnat första utgörs av ett på en ledningsmönster, (2) nämnda ledningsmönster ansluts elektriskt till ett vid en kylare monterat kretskort och (3) nämnda effekttransistormodul monteras vid nämnda kylare.

Vidare tillhandahålls en effektförstärkare framställd enligt förfarandet.

En fördel med föreliggande uppfinning är att den sörjer för effekttransistormoduler och effektförstärkare med förbättrad driftstillförlitlighet och längre livstid. Ännu en fördel med föreliggande uppfinning är att ett snabbare, billigare och mer tillförlitligt framställningsförfarande åstadkoms. . :usa 51 7 4 5 5 :::= Ytterligare kännetecken och fördelar' hos uppfinningen kommer att bli uppenbara av följande detaljerade beskrivning av utföringsformer av uppfinningen.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar, vilka enbart visas för att illustrera uppfinningen, och skall därför ej på något sätt begränsa densamma.

Fig. l visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistor- modul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort i enlighet med känd teknik.

Fig. 2 visar en schematisk layout för ett transistorchips innefattat i effekttransistormodulen i fig. 1.

Fig. 3 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistor- modul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort i enlighet med en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 4 visar, schematiskt, i tvärsektion en delförstoring av en elektrisk anslutning vid ett transistorchips innefattat i den uppfinningsenliga effekttransistormodulen i fig. 3.

Fig. 5 visar, schematiskt, en delförstoring av elektriska anslutningar vid transistorchipset i fig. 4, sett från ovan.

Fig. 6 visar, schematiskt, uppifrån sett elektriska anslutningar samt elektriska anpassningskretsar vid ett transistorchips innefattat i en effekttransistormodul enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 7 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistor- modul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen. 10 15 20 25 30 «aøu 517 455 8 n ago nu-nu . - o o u en -nun n < | u | en Fig. 8 visar en detalj av en tvärsektion av en effekttransistormodul i enlighet med ännu en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 9 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistormodul monterad vid en kylare och elektriskt ansluten till ett mönsterkort, i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 10 en delförstoring av tvärsektionen visad i fig. 9.

Fig. lla och llb visar, schematiskt, uppifrån sett del av en layout av ett transistorchips samt, schematiskt, i tvärsektion elektriska anslutningar vid transistorchipset, där nämnda transistorchips är avsett att innefattas i en effekttransistor- modul i enlighet med ännu en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 12a och l2b visar, schematiskt, uppifrån sett del av en layout av ett transistorchips samt, schematiskt, i tvärsektion elektriska anslutningar vid transistorchipset, där nämnda transistorchips är avsett att innefattas i en effekttransistor- modul i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsFommR I följande beskrivning, med beskrivande och inte begränsande detaljer angivna, såsom särskilda för att tillhandahålla Det skall att avsikt, är specifika tillämpningar, tekniker, förfaranden etc. en grundlig förståelse av föreliggande uppfinning. emellertid bli uppenbart för fackmannen inom området uppfinningen kan utövas i andra utföringsformer som avviker från dessa andra fall är detaljerade specifika detaljer. I redogörelser för välkända förfaranden, anordningar eller kretsar utelämnade för att inte fördunkla beskrivningen av föreliggande uppfinning med onödiga detaljer. 10 15 20 25 30 n-nø 517 455 Med hänvisning till fig. 3, som visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistormodul 101 monterad vid en kylare 103 och elektriskt ansluten till ett mönsterkort 105, kommer en första utföringsform av föreliggande uppfinning att beskrivas.

Den uppfinningsenliga effekttransistormodulen 101 innefattar en huvudsakligen rektangulär, elektriskt ledande och värmeledande bottenplatta eller fläns 107 företrädesvis av metall och mera företrädesvis av koppar, på vars övre yta ett transistorchips 109 samt typiskt ett första 111 och ett andra kondensatorchips 113 är nwnterade. Vidare innefattar modul 101 en isolerande väggkonstruktion eller isolator 115 monterad på flänsens 7 övre yta, längs dess kanter, så att den omger nämnda chips, samt ett lock 117 isolator 115. Isolator 115 är fastgjort vid företrädesvis av en polymer och kan framställas mycket tunn. fastlödda vid fläns 107, särskilt kan vara Chipsen är företrädesvis medelst guldtennlödning, och isolatorn limmad mot fläns 107.

Transistorchipset 109 är typiskt ett LDMOS-chips och innefattar en rad parallellkopplade block som vardera innehåller en stor mängd parallellkopplade transistorceller, exempelvis såsom visas i den schematiska layouten i fig. 2. Transistorchipset levererar en utgående effekt av åtminstone en watt, och företrädesvis en effekt av från några watt upp till flera hundra watt. Transistorchipset är avsett att arbeta i radiofrekvensområdet, företrädesvis från några hundra megahertz upp till flera gigahertz.

Vidare förefinns enligt föreliggande uppfinning en, företrädesvis làginduktiv, elektrisk förbindning mellan transistorchipset 109 och på mönsterkortet anordnade elektriska flexibel 120 företrädesvis realiserad såsom en och flexfolie, kretsar. Förbindningen är elastisk folie, en s.k. av en polymer, t.ex. en polyimid, med ett elektriskt ledande mönster anordnat därpå. Elektrisk anslutning vid transistorchipset 109 10 15 20 25 30 517 455 o a I \ . u n | v u - ø n I o» 10 samt vid kondensatorchipsen 111, 113 sker via termokompressionsbondning medelst guldbumpar 122, 124, 126.

Alternativt utförs anslutningen medelst guldtennlödning.

Enligt ett alternativ monteras först chips vid kylaren och därefter monteras flexfolien vid chipsen via nämnda bondning eller lödning, medan ett annat alternativt förfarande innefattar att först montera chipsen vid flexfolien, varefter chipsen monteras vid kylaren, t.ex. medelst limning eller lödning. Vid anslutningen mellan chipsen och flexfolien kan en självlinjerande effekt erhållas, dvs. kapillärkrafter hos uppvärmda guldbumpar kan fås att ”dra” folien mot rätt läge.

I modul 101, där den flexibla folien 120 används för den interna anslutningen, sticker folien 120 ut ur modulen 101, så att den även bildar yttre anslutningar 131, 133 till på kretskort 105 förekommande kretsar. Härvidlag löds modulens 101 yttre anslutningar 131, 133 fast vid mönsterkortets 105 omgivande kretsar via lödfogar 135, 137 samtidigt med övrig på kretskortet förekommande ytlödning. Därefter skruvas eller bultas modul 101 fast vid kylare 103 på konventionellt sätt (ej visat i fig. 3).

Folien 120 är så flexibel, att den eliminerar (tar upp) de spänningar som uppkommer dels vid montering av modul 101, dels grund av temperaturvariationer, så att plasticering och på relaxering av tennet i lödfogar 135, 137 undviks. Detta innebär följaktligen, att modul 101 kan monteras vid kylare 103 efter 133, och därmed effekttransistormodulen, lödning av anslutningar 131, samt att livslängden för lödfogarna, blir avsevärt förlängd.

Den flexibla folien 120 kan fastgöras mellan isolator 115 och lock 117 medelst limning. I detta avseende kan isolatorn eller locket innefatta urtagningar för folien (ej visat), men detta är inte nödvändigt i. den mån foliens tjocklek är ndndre än limmets tjocklek. Locket består liksom isolatorn företrädesvis 10 15 20 25 30 517 455 :šylf- :::= 11 av ett material, särskilt en polymert polymer som är värmebeständig upp till åtminstone ca 300°C.

En termisk massa 138 kan förefinnas mellan fläns 107 och kylare 103 för att förbättra den termiska kontakten dem emellan.

Genom att använda en flexibel folie med ledningsmönster i stället för bondtrådar 23, 25, 27, 29 och anslutningsbleck 31, 33 erhålls en rad ytterligare fördelaktiga möjligheter som kommer att bli uppenbara nedan. närmast till fig. 4 schematiskt, i ledare 128 anordnad, på undersidan av folie 120 och exempelvis ansluten till termokompressionsbondning av guldbump 124. visas, elektrisk Med hänvisning tvärsektion en delförstoring av en transistorchipset 109 från fig. 3 medelst Folie 120 består av en elastisk polymer såsom polyimid. Den metalliskt 120.

Folie 120 kan alternativt möjligen i sig vara av ett elektriskt elektriska ledaren 128 är företrädesvis ett ledningsmönster som trycks eller etsas fram på folien ledande material.

Fig. 5 visar, schematiskt, en delförstoring av ett flertal elektriska anslutningar vid transistorchipset 109 från fig. 3, sett från ovan. Här ses ett ledningsmönster 128 som företrädesvis är anslutet till transistorchipsets 109 kollektoranslutningar (en anslutning per block transistorceller) samt ett ledningsmönster 130 som företrädesvis är anslutet till transistorchipsets 109 anslutningspunkter för styrena (en anslutning per block transistorceller). Observera att ledningsmönstren 128, 130 är anordnade på ovan nämnda flexfolie (ej visad, i fig. 5). I figuren indikeras emellertid guldbump 124 som erbjuder elektrisk och nækanisk koppling nællan transistorchipset 109 och ledningsmönstret via anbringande av hög temperatur och högt tryck eller genom lödning. anv- 10 15 20 25 30 517 455 12 Genom att tillhandahålla breda ledare (mycket bredare än motsvarande bondtrådar) erhålls anslutningar. Även de yttre anslutningarna (131 och 133 i fig. som dessutom kan sammankopplas mycket nära chipset 109 lågresistiva och låginduktiva 3) utgörs företrädesvis av breda ledare.

Fig. 6 visar schematiskt och uppifrån sett elektriska anslutningar till transistorchipset 109 samt elektriska impedansanpassningskretsar i omedelbar närhet av transistorchipset 109 i enlighet med föreliggande uppfinning.

Ett ledningsmönster 228 för anslutning till kollektorerna och ett mönster 230 för anslutning till styrena visas.

Metallmönstren på den flexibla folien kan vara dubbelsidiga och detta sörjer för stora möjligheter att realisera integrerade komponenter, såsom induktanser och kapacitanser, direkt på folien. Dessa integrerade komponenter kan utgöra del av impedansanpassningar för effekttransistormodulen (både på inmatningssidan vid 230 och på utmatningssidan vid 228) och stora fördelar kan erhållas genom att utföra denna anpassning nära chipset 109.

Induktanserna innefattar med fördel parallellinduktanser eller s.k. avstämningsstubbar.

Vidare kan induktanserna och kapacitanserna lasertrimmas (om polymeren i flexfolien tål förekommande temperaturer, i annat fall kan polymeren avetsas inom valda områden), så att det blir möjligt att funktionstrimma komponenter och därigenom eliminera eller åtminstone minska parameterspridningen. Det blir också möjligt att med låg och kontrollerad fasvridning åstadkomma olika typer av återkoppling, såsom exempelvis motkoppling och neutralisering.

I fig. 6 visas exempel på ledningsmönster på flexibel folie med 252, 254 och induktanser 256. exempel på ovan nämnda både kapacitanser 250, Dessutom visas trimbara Shuntar innefattande 10 15 20 25 30 517 455 13 . . ~ n | - ~ . . - ~ .- shunt 258 för kapacitans 252 och shunt 260 för induktans 256.

Det skall noteras att fig. 6 endast illustrerar ett exempel.

Impedansanpassningskretsar kan vara avsevärt komplexare och innefatta en mängd integrerade komponenter i en skiktstruktur med godtyckligt antal skikt (ledningsskikt respektive dielektriska skikt).

Fig. 7 visar, schematiskt, i tvärsektion en effekttransistor- modul 301 monterad vid kylare 103 och elektriskt ansluten till mönsterkort 105 i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Det kan vara möjligt att åstadkomma hela den nödvändiga impedansanpassningen direkt på mönstret på folien och en effekttransistormodul kan då enbart behöva bestå av ett transistorchips 109, en flexibel folie 120 och en fläns 307. En sådan fläns 307 kan då med fördel förses med ett spår 340, som har god passning mot chipset, så att chipsmonteringen förenklas. Spår 340 är lateralt positionerat för lateral linjering lika av chips 109 och har ett djup som är huvudsakligen med tjockleken hos chips 109 eller något djupare.

Företrädesvis är då 120 Härvidlag kan även isolator 107 avvaras. ledningsmönstret anordnat endast på översidan av folie utanför chips 109 så att själva folien 120 utgör isolering mot den elektriskt ledande flänsen 307.

Fig. 8 visar en detalj av en tvärsektion av en effekttransistormodul 401 i enlighet med ännu en utföringsform av föreliggande uppfinning. Här är en elektriskt ledande fläns 407 försedd med uppstående kanter 470 som företrädesvis har ett utseende liknande isolator 117 i fig. 3. Även i denna utföringsform är ledningsmönstret företrädesvis anordnat endast på översidan av folie 120 utanför chips 109 så att själva folien 120 utgör isolering mot den elektriskt ledande flänsen 307. skall att förefinnas på elektriskt inses kan ett Det emellertid ledningsmönster undersidan om isolerande lim 10 15 20 25 30 517 455 14 . . . u | . . « . . - a- anbringas mellan ledningsmönstret och flänsen eller om man önskar erhålla elektrisk kontakt med flänsen.

I enlighet med föreliggande uppfinning har effekttransistormodulen företrädesvis en tjocklek som kan är avsevärt mindre än tjockleken hos en nwdul enligt teknikens ståndpunkt (jfr fig. 3, 7 och 8 med fig. 1). Modulen (exklusive locket) har företrädesvis en tjocklek i häradet av kretskortets 105 tjocklek. Härvidlag fördjupning i erfordras ej någon kylaren.

Fig. 9 och 10 effekttransistormodul 501 elektriskt till tvärsektion en kylare 103 och mönsterkort 105, visar, schematiskt, i monterad vid ansluten respektive en delförstoring därav, i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Den enda skillnaden gentemot utföringsformen visad i fig. 3 är att effekttransistormodul 501 innefattar en flexibel folie 520 som innefattar viahål 536 genom folie 520 med ledningsmönster vid lödstället 534 på kretskort 105.

Dessa vior 536 tjänar såsom avluftningsöppningar för de lösningsmedelsgaser som kommer från lödpastan, så att lödfog 537 blir fri från porer. Viorna ger även bättre värmeledning genom folie 520, så att en reparations- eller forbättringslödning med kolv blir lättare att utföra.

Transistorchipset 109 är typiskt ett LDMOS-chips, se fig. 2, och består av en rad block, som vardera innehåller en mängd parallellkopplade transistorceller. Ju högre uteffekt som erfordras, desto fler block måste parallellkopplas och detta medför ogynnsamma proportioner, eftersom transistorerna blir väldigt breda. Det har ej varit möjligt att utöka antalet transistorceller, eftersom det har varit svårt att åstadkomma jämn strömfördelning mellan de olika transistorcellerna. 10 15 20 25 30 517 455 15 . . . - .- Med flexibel föreliggande uppfinning är man ej en folie med metallmönster i enlighet med begränsad till enbart en anslutningspunkt per transistorblock utan man kan t.ex. utföra anslutningen vid flera punkter. Detta innebär förbättrade transistorprestanda, eftersom bredden accessledarna kan vilket på minskas, medför lägre parasitkapacitanser.

Effektfördelningen blir jämnare, eftersom de yttersta cellerna är aktiva.

Fig. lla och llb illustrerar i enlighet med ännu en utföringsform av uppfinningen ett sådant exempel med tre anslutningspunkter per transistorblock. Fig. lla visar, schematiskt, uppifrån sett del av en layout av ett transistorchips 609 med tre anslutningspaddar 619 per transistorblock för blockets styren och med tre anslutningspaddar 621 per transistorblock för dess kollektorer.

Fig. 11b visar, schematiskt, i tvärsektion elektriska anslutningar 624 mellan ett ledningsmönster 628 anordnat på folie 120 och transistorchipset 609.

Ytterligare en förbättring som, kan erhållas med en flexibel folie är att det är möjligt att bredda hela transistorchipset, eftersom fler anslutningspunkter kan användas.

Fig. 12a visar således, schematiskt, uppifrån sett del av en layout av ett transistorchips 709 med fem anslutningspunkter eller paddar per block (719 indikerar anslutningspaddarna för transistorernas styren och 721 indikerar anslutningspaddarna för dess kollektorer). Fig. 12b visar i tvärsektion fem elektriska anslutningar 724 per transistorblock (mellan kollektorerna i översta blocket och ett ledningsmönster 728 anordnat på folie 120), där nämnda transistorchips innefattas i en effekttransistormodul i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen. Notera att uppfinningen tillåter anslutning av effekttransistorchips med ett godtyckligt antal anslutningspunkter per block. 10 15 20 25 . . - o . ~ o > » ø ~ n- 51 7 455 l6 Vidare, kan även transistorcellernas emittrar anslutas på ovansidan av transistorchipset (i stället för på undersidan vid kylaren) medelst t.ex. på lämpligt sätt anordnade guldbumpar som ansluter till ledare anordnade på flexfolien. Dessa ledare innefattar med fördel ett jordplan t.ex. anordnat på ovansidan av flexfolien, men kan även anordnas annorstädes.

Det skall vidare inses att föreliggande uppfinning kan utnyttjas vid konstruktion av effektförstärkare eller effekttransistormoduler innefattande stora, komplexa kretsar, med ett flertal, exempelvis kaskadkopplade, transistorchips anordnade vid kretskort, i en enda modul eller i ett flermodulsystem. I endera fallet erhålls ett sofistikerat flerchipssystem där en flexibel folie utnyttjas för ledningsdragning.

Fördelar med föreliggande uppfinning innefattar bl.a. följande: 0 Effekttransistormodulen kan maskinlödas (ytlödas) tillsammans med övriga komponenter på mönsterkortet, eftersom den flexibla folien klarar påfrestningar vid efterföljande fastskruvning av modulen i kylaren. använda den flexibla och elastiska folien med till I Genom att metallmönster såsom anslutningsbleck mönsterkortet reduceras problemen med lödfogsutmattning. 0 Modultjockleken kan minskas, vilket bl.a. medför att det icke erfordras någon fördjupning i kylaren.

I En betydande minskning av serieinduktansen (och resistansen) kan erhållas i jämförelse med bondtràdar enligt teknikens ståndpunkt. 0 Det finns mycket goda möjligheter att utföra sofistikerade impedansanpassningar inuti effekttransistormodulen. »vw Å u 10 15 20 u n." 517 455 17 « . Q ø | o o - | n o on 0 Det finns möjligheter att konstruera anpassningsnät i modulen samt att därvid konstruera trimbara induktanser och kapacitanser i syfte att ndnimera parameterspridningar vid tillverkning av moduler enligt uppfinningen. 0 Behov av diskreta kondensatorer eller monteringsblock i transistormodulen minskas. 0 Det sörjs dessutom för optimala möjligheter till chipskonstruktion genom en bättre strömtålighet, mindre risk för metallmigration, lägre intern kapacitans samt bredare transistorchips. 0 Vidare erhålls nßjligheter att ansluta transistorcellernas emittrar på ovansidan av transistorchipset medelst t.ex. pà lämpligt sätt anordnade guldbumpar som ansluter till ledare, särskilt i form av ett jordplan, anordnade på den flexibla folien.

I Dessutom möjliggörs design och konstruktion av effektförstärkare eller effekttransistormoduler innefattande stora, komplexa kretsar, med ett flertal, exempelvis kaskadkopplade, transistorchips.

Uppfinningen är självfallet inte begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven. I synnerhet material, geometrier, är uppfinningen ej begränsad av dimensioner eller framställning.

Claims (39)

10 15 20 25 30 517 4ss - fff; 18 PATENTKRAV

1. Effekttransistormodul (101, 301, 401, 501) avsedd för radiofrekvenstillämpningar, särskilt för användning i ett förstärkarsteg i en radiobasstation eller i en marksändare för varvid nämnda effekttransistormodul innefattar (107, 115, 307, 407), TV eller radio, ett stödorgan ett effekttransistorchips (109, 609, 709) anordnat därpå, yttre elektriska anslutningar (131, 133, 533) utstickande från stödorganet för extern anslutning till ett kretskort (105), samt inre elektriska förbindningar anslutna mellan nämnda transistorchips och nämnda yttre anslutningar, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone en av nämnda yttre elektriska anslutningar innefattar ett på en flexibel folie (120, 520) anordnat första ledningsmönster.

2. Effekttransistormodul k ä n n e t e c k n a d flexibla enligt krav 1, (120, 520) ytlödd vid ett vid en kylare monterat av att den folien med det första ledningsmönstret är kretskort (105).

3. Effekttransistormodul enligt krav 2, ]<ä11n<æt ec:k11a d a'v att den flexibla folien (520) med det första ledningsmönstret innefattar genomgående viahàl (536) vid lödstället (534) för ytlödningen.

4. Effekttransistormodul enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v att den är fastgjord, särskilt fastskruvad eller fastbultad, vid kylaren (103), samt att den flexibla folien (120, 520) med det första ledningsmönstret är tillräckligt flexibel för att huvudsakligen eliminera spänningar i och plasticering av lödfogen (135, 137, 537) mellan folien med ledningsmönstret och kretskortet.

5. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att den flexibla folien (120, 520) med det första ledningsmönstret är mekaniskt fastgjord, särskilt medelst limning, vid stödorganet (107, 115, 307, 407). 10 15 20 25 30 517 455 19

6. Effekttransistormodul 1-5, ledningsmönstret enligt något av kraven att det (120) för att erhålla en låginduktiv och lågresistiv anslutning till kännetecknad av första anordnat på den flexibla folien innefattar breda ledare kretskortet.

7. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone en av nämnda inre elektriska förbindningar innefattar ett på den flexibla folien (120) anordnat andra ledningsmönster (128, 228, 628, 728).

8. Effekttransistormodul 7, k ä n n e t e c k n a d 228, 628, 728) är 609, 709) medelst termokompressions- 724). enligt krav (128, (109, eller a*v att det andra ledningsmönstret anslutet till effekttransistorchipset särskilt lödning, guldtennlödning, bondning, särskilt medelst guldbumpar (124, 624, eller 8, (128,

9. Effekttransistormodul enligt krav 7 k ä n n e t e c k n a d a v att det andra ledningsmönstret 228, 628, 728) innefattar breda ledare för att erhålla en låginduktiv och lågresistiv anslutning till effekttransistor- chipset (109, 629, 729).

10. Effekttransistormodul enligt något av kraven 7-9, k ä n n e t e c k n a d a v att det andra ledningsmönstret innefattar ett impedansanpassningsnät (228), särskilt i omedelbar närhet till nämnda effekttransistorchips (109).

11. Effekttransistormodul enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a'v att innefattar kondensatorer (254) impedansanpassningsnätet och/eller induktorer (256).

12. Effekttransistormodul enligt krav 10, ]<ä nrie teac krïa d aiv att åtminstone någon kondensator och/eller någon induktor (260) reducera shunt för att innefattar en trimbar, särskilt lasertrimbar, trimning av impedansanpassningsnätet i syfte parameterspridningar. 10 15 20 25 30 517 455 20

13. Effekttransistormodul enligt något av kraven 7-12, ]<ä nrïe teac kr1a d a'v ett LDMOS-transistorchips (LDMOS, Lateral Double Diffused Metal Oxide) block innehåller en stor mängd parallellkopplade transistorceller. att nämnda effekttransistorchips är med en rad parallellkopplade som vardera kéànr1et:e<:k11a<ï (19) för kollektorerna samt att

14. Effekttransistormodul enligt krav 13, a'v att varje block innefattar en anslutningspadd för (21) för kollektorerna är anslutna (128, 228, 628, 728) nämnda andra ledningsmönster är anslutet till nämnda första styrena och en anslutningspadd (21) till nämnda andra ledningsmönster samtliga anslutningspaddar och ledningsmönster för vidare anslutning till kretskortet.

15. Effekttransistormodul enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d (19) anslutna till ett tredje ledningsmönster (130, 230) och nämnda till ett av att samtliga anslutningspaddar för styrena är fjärde (105), där nämnda tredje och fjärde ledningsmönster är anordnade på (120, 520). tredje ledningsmönster är anslutet ledningsmönster för vidare anslutning till kretskortet nämnda flexibla folie

16. Effekttransistormodul enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d a\l att varje block innefattar ett flertal anslutningspaddar (621, 721) för kollektorerna och ett flertal anslutningspaddar (619, 719) för styrena, där flertalet anslutningspaddar för kollektorerna i varje block är anslutna till nämnda andra ledningsmönster (128, 228, 628, 728) och där flertalet anslutningspaddar för styrena i varje block är anslutna till nämnda tredje ledningsmönster (130, 230).

17. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-16, k ä n n e t e c k n a d a v att stödorganet (307) innefattar ett positioneringsorgan, särskilt en urtagning (340), för positionering av nämnda effekttransistorchips. 10 15 20 25 30 o n - » ~ . n u u .n 517 455 21

18. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-17, kännetecknad av att stödorganet (107, 115, 307, 407) och kretskortet (105) har huvudsakligen lika stor tjocklek.

19. Effekttransistormodul enligt något av kraven 1-18, kännetecknad av att den flexibla folien (120, 520) är av en elastisk polymer, exempelvis en polyimid, och att varje (128, 130, 228, 230, 628, 728) på åtminstone en yta av nämnda folie, företrädesvis medelst ledningsmönster är åstadkommet tryckning eller etsning.

20. Effektförstärkare, särskilt för användning i en radiobasstation eller i en marksändare för TV eller radio, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar en effekttransistormodul (101, 301, 401, 501) enligt något av kraven 1-19.

21. Förfarande vid framställning av en effektförstärkare avsedd för radiofrekvenstillämpningar, särskilt för användning i ett i en radiobasstation eller i en marksändare för TV eller radio, kännetecknat av stegen av att: (101, 301, 407), 401, 501) åstadkoms med ett effekttransistorchips - en effekttransistormodul ett stödorgan (107, 115, 307, (109, 609, 709) anordnat därpå, (131, 133) utstickande från stödorganet, förbindningar anslutna mellan nämnda transistorchips och nämnda yttre elektriska anslutningar samt inre elektriska där nämnda yttre elektriska anslutningar (120, 520) yttre anslutningar, utgörs av ett på en flexibel folie anordnat första ledningsmönster, - nämnda ledningsmönster ansluts elektriskt till ett vid en (103) (105), - nämnda effekttransistormodul monteras vid nämnda kylare. kylare monterat kretskort och

22. Förfarande enligt krav 21, kännetecknat av att den flexibla folien (120, 520) ytlöds vid kretskortet (105), andra komponenter på kretskortet som skall ytlödas. med det första ledningsmönstret företrädesvis tillsammans med 10 15 20 25 30 517 455 35"; _, . 22 o Q a | - u | o c av

23. Förfarande enligt krav 22, kännetecknat av att den (520) lödning förses med viahål flexibla folien med det första ledningsmönstret före (536) tänkta lödställe (534), vilka vid lödningen tjänar såsom avluftningsöppningar vid dess för de lösningsmedelsgaser som kommer från lödpastan, så att lödfogen (537) mellan folien och kretskortet blir fri från porer. }<ä nr1e teac krxa t 401, 501) vid kylaren

24. Förfarande enligt krav 22 eller 23, a'v att effekttransistormodulen (101, 301, monteras, eller bultas fast, (103) efter ytlödningssteget samt att den flexibla folien (120, 520) företrädesvis skruvas med det första ledningsmönstret utformas tillräckligt flexibel för att huvudsakligen eliminera spänningar i och plasticering av lödfogen (135, 137, 537) mellan folien och kretskortet.

25. Förfarande enligt något av kraven 21-24, kännetecknat av att den flexibla folien (120, 520) med det första ledningsmönstret mekaniskt fastgöres, särskilt medelst limning, vid stödorganet (115, 307, 407).

26. Förfarande enligt något av kraven 21-25, k ä n n e t e c k n a t a v att det första ledningsmönstret utformas med breda ledare för att erhålla en låginduktiv och làgresistiv anslutning till kretskortet (105).

27. Förfarande enligt något av kraven 21-26, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda inre elektriska förbindningar utformas såsom ett andra ledningsmönster (128, 130, 228, 230, 628, 728) anordnat på nämnda flexibla folie (120, 520).

28. Förfarande enligt krav 27, kännete cknat av att nämnda andra ledningsmönster (128, 130, 228, 230, 628, 728) ansluts till effekttransistorchipset medelst lödning, särskilt guldtennlödning, eller termokompressionsbondning, särskilt medelst guldbumpar. 10 15 20 25 30 o ø ø n - o u n | .n u 517 455 23

29. Förfarande enligt krav 27 eller 28, kännetecknat (128, 130, 228, 230, 628, 728) utformas med breda ledare för att erhålla en låginduktiv a'v att nämnda andra ledningsmönster och lågresistiv anslutning till effekttransistorchipset (109, 609, 709).

30. Förfarande enligt något av kraven 27-29, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda andra ledningsmönster förses med ett impedansanpassningsnät (228, 230), särskilt i omedelbar närhet till nämnda effekttransistorchips (109).

31. Förfarande enligt krav 30, k ä n n e t e c k n a t a v att impedansanpassningsnätet (228, 230) konstrueras medelst kondensatorer (250, 252, 254) och/eller induktorer (256).

32. Förfarande enligt krav 31, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone någon kondensator (252) och/eller någon induktor (256) förses med en trimbar, särskilt lasertrimbar, shunt (258, 260) för trimning av impedansanpassningsnätet (228, 230) i syfte att reducera parameterspridningar.

33. Förfarande enligt något av kraven 27-32, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda effekttransistorchips väljes att utgöras av ett LDMOS-transistorchips (LDMOS, Lateral Double Diffused Metal Oxide) med en rad parallellkopplade block innehåller en stor mängd parallellkopplade som vardera transistorceller.

34. Förfarande enligt krav 33, k ä n n e t e c k n a t a v att varje block innefattar en anslutningspadd (19) för styrena och (21) (21) andra ledningsmönster en anslutningspadd för kollektorerna samt att samtliga för kollektorerna ansluts till nämnda (128, 228, 628, 728) ledningsmönster är ansluts till nämnda första ledningsmönster anslutningspaddar och nämnda andra för vidare anslutning till kretskortet.

35. Förfarande enligt krav 34, k ä n n e t e c k n a t a V att samtliga anslutningspaddar (19) för styrena ansluts till ett 10 15 20 25 Q ø n . | . q | ø .o n 517 455 24 . n u | ø u u n . o ~ .o tredje ledningsmönster (130, 230) och nämnda tredje ledningsmönster ansluts till ett fjärde ledningsmönster för vidare anslutning till kretskortet (105), där nämnda tredje och fjärde ledningsmönster anordnas på nämnda flexibla folie (120, 520).

36. Förfarande enligt krav 35, k ä n n e t e c k n a t a v att varje block innefattar ett flertal anslutningspaddar (621, 721) för kollektorerna och ett flertal anslutningspaddar (619, 719) för styrena, varvid flertalet anslutningspaddar för ansluts till ledningsmönster (128, 228, 628, 728) och anslutningspaddar för styrena i varje block ansluts till nämnda nämnda andra flertalet kollektorerna i varje block tredje ledningsmönster (130, 230).

37. Förfarande enligt något av kraven 21-36, kär1ne'te<:kr1at eav att stödorganet (307) förses med ett särskilt en positioneringsorgan, urtagning (340), för positionering av nämnda effekttransistorchips.

38. Förfarande 21-37, kännetecknat av att stödorganet (107, 115, 307, 407) enligt något av kraven och kretskortet (105) utformas med huvudsakligen lika stor tjocklek.

39. Förfarande enligt kraven 21-38, att den flexibla folien (120, 520) något av kär1net:ecl framställs av en elastisk polymer, exempelvis en polyimid, och att varje ledningsmönster (128, 130, 228, 230, 628, 728) åstadkoms på åtminstone en yta av nämnda folie, företrädesvis medelst tryckning eller etsning.