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질화갈륨 고출력 트랜지스터 패키지의 성능 최적화
Optimization of Performances in GaN High Power Transistor Package 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.9 no.3, 2008년, pp.649 - 657  

오성민 (㈜RFHIC) ,  임종식 (순천향대학교 전기통신공학과) ,  이용호 (㈜RFHIC) ,  박천선 (순천향대학교 전기통신공학과) ,  박웅희 (강원대학교 삼척캠퍼스 전자공학과) ,  안달 (순천향대학교 전기통신공학과)

초록
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본 논문은 트랜지스터 다이, 칩 커패시터, 커패시터와 트랜지스터 다이를 연결하는 와이어 본딩으로 구성된 질화갈륨 고출력 트랜지스터 패키지에 있어서, 그 출력 성능의 최적화에 대하여 언급한다. 와이어 본딩 방법에 따른 출력 전력의 최적화된 결과와, 와이어 본딩과 바이어스 조건에 따른 3차 상호변호 특성 최적화 등이 기술되어 있다. 또한 본 논문에는 제한된 면적내의 고출력 트랜지스터 패키지에서 와이어 본딩으로 구현된 인덕턴스에 따라 얼마나 그 출력 성능이 민감하게 반응하는지를 시뮬레이션을 통하여 제시하고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the optimized output performances such as output power and the third order intermodulation in GaN high power transistor packages which consist of chip die, chip capacitors, and wire bonding. The optimized output power according to wire bonding techniques, and third order intermo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 본 논문에서는 바이어스 조건과 와이어 본딩 방식에 따른 성능에 대하여도 고찰한다.
  • 또한 예로서 36mm 고출력 질화갈륨 소자에 대하여 몇 가지 방법으로 설계해 보고, 각 설계 방법에 따른 성능과 IMD3 특성을 비교하여, 설계시 최적의 특성을 보이도록 설계하는 과정에 대하여 살펴보았다. 또한 36mm 질화갈륨 소자의 비선형 모델을 이용하여 load-p니1, source-pull 시뮬레이션을 하여 설계 과정에 필요한 검증을 실시하고, 어떤 조건일 때 더 우수한 특성을 얻을 수 있는지를 확인하였다
  • 본 논문에서는 질화갈륨 고출력 트랜지스터 다이를 이용하여 고출력 패키지 내부 정합회로를 설계할 때, 각 정합 소자의 변화에 따른 특성변화와 성능 개선에 대하여 고찰하였다. 또한 예로서 36mm 고출력 질화갈륨 소자에 대하여 몇 가지 방법으로 설계해 보고, 각 설계 방법에 따른 성능과 IMD3 특성을 비교하여, 설계시 최적의 특성을 보이도록 설계하는 과정에 대하여 살펴보았다.
  • 본 논문에서는 최근 활발하게 연구되고 있는 새로운 반도체 소자인 질화갈륨(GaN, gallium nitride) 고출력 트랜지스터 소자의 특성과, 정합회로에 사용되는 칩 커패시터 및 와이어 본딩 특성 분석을 통하여, 여러가지 최적화된 성능에 적합한 내부 정합회로를 설계하고 그에 따른 고출력 패키지 성능에 대하여 기술하였다[4-6]. 또한 본 논문에서는 바이어스 조건과 와이어 본딩 방식에 따른 성능에 대하여도 고찰한다.
  • 이제 커패시터 변화에 따른 고출력 특성 변화를 살펴보겠다. 그림 7은 설계된 고출력 패키지에서 커패시터에 따른 출력 특성의 변화를 알아보기 위하여 그림 5에서 C_1 과 C_2로 명명된 커패시터의 값을 변화시키며 그에 따른 출력 특성의 변화를 나타낸 것이다.
  • 이제 트랜지스터 다이와 커패시터를 상호 DC 적으로 연결하고 RF적으로 정합시켜주는 소자인 와이어에 대하여 살펴보겠다. 모든 와이어는 기본적으로 인덕턴스를 가지고 있으므로 인덕터 소자가 되어 커패시터와 함께 정합회로의 중요한 부분을 이룬다.

가설 설정

  • 이 두 그림으로부터 고출력 트랜지스터 다이의 게이트 단의 첫 번째 커패시터 (C_l)가 출력 특성에 더 큰 영향을 끼친다는 것을 알 수 있다. 그러나 그림 7(b)에서도 유용한 정보를 얻을 수 있는데, 그것은 C-2의 변호에 따른 성능 변화의 정도가 더 적다는 것이다. 즉, C_2 값의 변화에 따른 성능변화가 균일하게 변하기 때문에 변화를 유추하는 데에는 유용하게 쓰일 수 있음을 알 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. John L. B. Walker, High Power GaAs FET Amplifiers. ARTECH HOUSE, 1993 

  2. W. Nagy, S. Singhal, R. Borges, J. W. Johnson, J. D. Brown, R. Therrien, A. Chaudhari, A. W. Hanson, J. Riddle, S. Booth, P. Rajagopal, E. L. Piner, K. J. Linthicum, "150 W GaN-on-Si RF Power Transistor", 2005 IEEE MTT-S International, pp. 483-486. 

  3. Steve C. Cripps, RF Power Amplifiers For Wireless Communications. ARTECH HOUSE, 2006. 

  4. Hidenori Shimawaki and Hironobu Miyamoto, "GaN-based FETs for Microwave High-Power Applications", 13th GAAS Symposium2005. pp. 377-380. 

  5. D. M. Keogh, J. C. LI, A. M. Conway, D. Qiao, S. Raychaudhuri, and P. M. Asbeck, "Analysis of GaN HBT Structures for High Power, High Efficiency Microwave Amplifiers", International Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol. 14, No. 3 pp. 831-836, 2004. 

  6. Singhal, S. Brown, J. D. Borges, R. Piner, E. Nagy, W. & Vescan, A. "Gallium Nitride on silicon HEMTs for wireless infrastructure applications, thermal design and performance", European Microwave Week, 2002 

  7. Sang-Don Lee and Hai-Young Lee, "Screen Bonding Wire and the Wideband characterization to Reduce Cross talk between High Density Bonding Wires", 대한전자공학회논문지 제33권 A편 제7호, pp. 1290-1296. 1996. 7. 

  8. Apostolos Samelis and Dimitris Pavlidis, "Mechanisms Determining Third Order Intermodulation Distortion in AlGaAs/GaAs HBTs," IEEE Trans. Microwave Theory and Tech. Vol. MTT-40, No. 12, 1992, pp 2374-2380. 

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