А-КОНТРАКТ: мы внедряем Индустрию 4.0 в контрактное производство электроники

|   Статьи А-КОНТРАКТ

В журнале "Компоненты и Технологии" №8, 2021 было опубликовано интервью с руководителями А-КОНТРАКТ, Максимом Поляничко и Сергеем Фёдоровым. Статья...

Далее

Информация по применению серии AN-007 сравнительный обзор полупроводниковых приборов, выполненных на основе GaN, Si и GaAs для ВЧ- и СВЧ-устройств.

|   Статьи А-КОНТРАКТ

Часть 2.

При поддержке А-КОНТРАКТ в журнале «СВЧ-электроника» №2' 2021 опубликована новая статья.

 

Далее

Недорогой усилитель мощности MMIC мощностью 1 ватт Ku-диапазона в пластиковом корпусе QFN 4х4 мм. Часть 2

|   Новости и обзоры отрасли

II. QFN MMIC УСИЛИТЕЛЬ KU-ДИАПАЗОНА С ВЫСОКИМ УСИЛЕНИЕМ

A. Высокомощный усилитель MMIC

Компактный MMIC усилитель с высокой мощностью (Рис.2) был произведен по технологии PHEMT с двойным пазом/двусторонним легированием Celeritek с остановкой травления, с использованием оптической установки совмещения и последующего шагового мультиплицирования, записанного на серебряных Т-затворах 0,3 мкм на 4’’ пластинах. MMIC реализованы на подложке 3 мил, с двумя уровнями металлизации золотом, с тонкопленочными резисторами 50 Ом/кв TaN, с нитрид кремниевыми MIM конденсаторами 400 пФ/мм2, воздушными мостами и переходными отверстиями 50 мкм. Измеренный слабый сигнал S21 (корпусированный и установленный) показан на Рис.3. Для того, чтобы получить высокое усиление >30дБ в инкапсулированном корпусе, необходимо так спроектировать MMIC, чтобы поглотить паразитные эффекты, привнесенные инкапсулированием. Кроме того, было спроектировано дополнительное усиление, чтобы компенсировать эффекты обратной связи от корпусирования.

Усилитель (Рис.2) состоит из четырех устройств с шириной затвора 0,8 мм, управляется тремя последовательными каскадами с обычным соотношением ширины затвора 2:1. При размере кристалла всего 2,4 х 1,25 мм2 (=3,0 мм2) это наименьшая заявленная площадь для 31 дБм 4-каскадного MMIC Ku-диапазона, по нашим сведениям. Этот очень компактный размер чипа для 4-каскадного HPA MMIC стал возможен благодаря следующим ключевым методам проектирования: компактные топологии согласования были синтезированы до оптимизации схемы. Основываясь на оптимальной передаче мощности и загрузке линии для всех ступеней, были выработаны надежные методы проектирования и компоновки для оптимизации мощности, усиления и пропускной способности. Согласующие схемы (ввод, промежуточная, вывод) были реализованы с использованием емкостных линий передачи MIM, что дало гибкое согласование импеданса и уменьшение размеров.

Кроме того, были применены заглушки MIM для отверстий и агрессивное использование спиральных и меандровых линий на основе ЭМ. Стабильность этого HPA была оценена с помощью анализа К-фактора вместе с большими сопутствующими конденсаторами на чипе, для предотвращения низкочастотных, параметрических и нечетных колебаний использовалась резистивная нагрузка. Ключевые характеристики корпусированного MMIC приведены в Таблице 1.

MMIC мощностью 1Вт Ku-диапазона

Рис.2. MMIC мощностью 1Вт Ku-диапазона, размеры 1.25x2.4x0.075мм.

Ключевые электрические характеристики для QFN MMIC усилителя Ku диапазона

Таблица 1. Ключевые электрические характеристики для QFN MMIC усилителя Ku диапазона

Рис. 3. S21/дБ в зависимости от частоты для установленного, корпусированного 1В MMIC (2 образца).

Рис. 4. S11, S22/дБ в зависимости от частоты для установленного, корпусированного 1В MMIC

HPA MMIC монтируется на 4х4мм QFN выводной рамке и покрывается термальным эпоксидным клеем с серебряным покрытием. Использование надлежащих размеров флажка кристалла относительно размера MMIC и коротких двойных соединительных проводов минимизирует потери и паразитные эффекты. Чтобы обеспечить низкочастотную стабильность HPA MMIC в корпус установлены дополнительные 100-пФ развязывающие конденсаторы, которые затем подключаются к выводам смещения постоянного тока.

Тепловое управление корпусированного HPA MMIC играет важную роль, чтобы обеспечить надежность и продолжительность жизни продукта. Термальный анализ с использованием замкнутых форм, полученных в процессе определения характеристик под воздействием температуры, а также проведение теплового моделирования конечных элементов продемонстрировали, что в худшем варианте условий при температуре +80 °C на базовой пластине с или без РЧ приводом пиковая температура канала поддерживается ниже 175 °C. Полный график инфракрасных тепловых измерений будет представлен в полном варианте данной статьи.

Psat и линейное усиление усилителя MMIC в корпусе типа QFN.

Рис. 9. Psat и линейное усиление усилителя MMIC в корпусе типа QFN.

Измерения проводились при комнатной температуре 25 градусов, если не указано иное. Рис.7 показывает S-параметры корпусированного HPA, измеренные с помощью векторного анализатора цепей HP8722. При Vd=6.5 В и общем токе смещения в покое Idq=800 мА, коэффициент усиления (S21) превышает 30 дБ в диапазоне от 13 до 15 ГГц (33,5 максимум при 14 ГГц). В этой полосе частоты корпусированный усилитель демонстрирует хорошие возвратные потери на входе и выходе, обычно значительно ниже – 10 дБ.

Также корпусированные HPA были охарактеризованы при работе с большими сигналами, как на основе синтезированного измерения скалярной мощности, так и с помощью системы измерения нагрузки Мори. Рис.9 показывает выходную мощность при насыщении как функцию частот при непрерывном возбуждении волны: при Vd=6.5 В и общем токе 800, насыщенная выходная мощность более 31 дБм в диапазоне 13.75-14.5 ГГц.

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В данной статье были представлены характеристики сверхкомпактного 1-ваттного MMIC усилителя мощности Ku-диапазона с высоким коэффициентом усиления, упакованного в экономичный пластиковый QFN корпус для поверхностного монтажа 4х4 мм. Впервые для такого типа корпуса в Ku диапазоне было достигнуто усиление 33 дБ с уровнями насыщенной мощности 32 дБм, при этом деталь показывала безусловную стабильность до температуры –40 oC. Использование QFN корпусов в сочетании с очень малой площадью кристалла с использованием оптической шагового процесса 0.3 мкм дает серьезное снижение затрат на VSAT HPA Ku-диапазона.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор благодарит за помощь и поддержку команды проектировщиков и работников производства компаний Celeritek Великобритания и Celeritek Inc, Санта Клара, США.

ССЫЛКИ

[1] A. Bessemoulin1, M. Parisot1, P. Quentin1, C. Saboureau, M. van Heijningen, J. Priday, “A 1-Watt Ku-band Power Amplifier MMIC using Cost-effective Organic SMD Package”, Proc 34th EuMC, ., pp. 349-352, Amsterdam 2004.

[2] Celeritek product datasheet CMM1431-SM, www.celeritek.com

[3] A. Bessemoulin, M. Parisot, M. Camiade, “1-Watt Kuband Power Amplifier MMICs using Low-cost Quad-Flat Plastic Package”, in IEEE Int. Microwave Symposium Dig., pp. 473-476, Fort Worth, TX-USA. June 2004.

 

Назад