JP2001102876A - 高周波用電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 さらなる小型化・高性能化の要求が高まる
中、より一層回路面積を小さくし、性能向上、特に隣接
チャネル漏洩電力を低減しなければならない。 【解決手段】 ゲート電極に入力された高周波信号を増
幅してドレイン電極より送出する高周波トランジスタＱ
11を、ゲート電極に接続される入力整合回路12と、ドレ
イン電極に接続される出力整合回路13および直流電流バ
イアス回路とが形成された誘電体基板上に導体バンプを
介して搭載実装するとともに、高周波トランジスタＱ11
に対向する部位の誘電体基板内に貫通導体を形成して、
高周波トランジスタＱ11および誘電体基板と貫通導体と
により、高周波トランジスタＱ11のソース電極に接続さ
れた直列共振回路14を構成した高周波用電力増幅器11で
ある。直列共振回路14により基本波の隣接チャネル漏洩
電力を低減して性能を向上でき、導体バンプを介した搭
載実装により回路の面積を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話を始めとす
る移動体通信機等においてマイクロ波帯等の高周波電力
の増幅に使用される高周波用電力増幅器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話を始めとする移動体通信
機等に使用される半導体デバイスや電子部品に対する小
型化・軽量化の要求が強くなっており、中でも、これら
の機器においてマイクロ波帯等の高周波信号を送信する
ために増幅する高周波用電力増幅器に対する高効率化・
小型化・高性能化・コストダウンの要求がますます強く
なっている。

【０００３】従来の高周波用電力増幅器の回路構成の例
を図２に回路図で示す。図２において、高周波用電力増
幅器１は所定の値の比誘電率を有し、かつ高周波トラン
ジスタの搭載部にサーマルビアといわれる貫通導体を有
する誘電体基板（図示せず）上に構成されている。Ｑ１
は電力増幅を行なう高周波電力増幅部としての高周波ト
ランジスタであり、誘電体基板の搭載部のサーマルビア
上にダイボンドされるとともに、電極とはワイヤボンデ
ィングにて電気的に接続されている。ここでは電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた例を示す。

【０００４】２は入力整合回路であり、高周波トランジ
スタＱ１の入力電極であるゲート電極に接続された、高
周波信号の基本周波数に対してインピーダンス整合をと
るためのものである。また、３は高周波トランジスタＱ
１の出力電極であるドレイン電極に接続された出力整合
回路である。

【０００５】入力整合回路２には、入力端子４に接続さ
れる入力回路（図示せず）とのインピーダンス整合を最
適なものとするための分布定数線路、例えば入力側マイ
クロストリップ線路Ｌ１が用いられ、高周波トランジス
タＱ１のゲート電極と入力端子４との間には入力側直流
阻止コンデンサＣ１が接続されている。また、入力側マ
イクロストリップ線路Ｌ１は、抵抗Ｒ１を介してゲート
バイアス電圧供給端子５が接続されており、入力整合用
コンデンサＣ２を介して接地されている。

【０００６】一方、出力整合回路３には、出力端子６に
接続される外部回路（図示せず）とのインピーダンス整
合を最適なものとして所望の出力特性に整合をとるため
の分布定数線路、例えば出力側マイクロストリップ線路
Ｌ２が用いられ、高周波トランジスタＱ１のドレイン電
極と出力端子６との間には出力側直流阻止コンデンサＣ
３が接続されている。

【０００７】また、高周波トランジスタＱ１のドレイン
電極には、これに直流電流を供給するためのバイアス回
路として、分布定数線路であるドレインマイクロストリ
ップ線路Ｌ７を介してドレインバイアス供給端子８が、
出力側マイクロストリップ線路Ｌ２との間に接続される
等の形式で接続されている。なお、このドレインマイク
ロストリップ線路Ｌ７は、通常は基本周波数の４分の１
波長の長さになるようにして高周波トランジスタＱ１の
ドレイン側から見てインピーダンスが無限大に見えるよ
うにするか、あるいは回路のインピーダンスから見て無
視できるほどの大きなインピーダンスとなる線路長に設
定されている。

【０００８】また、Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は誘電体基板との
接続に用いられるワイヤボンディング線路のインダクタ
成分であり、Ｌ５は誘電体基板のサーマルビアのインダ
クタ成分であるＬ６を介して接地されている。

【０００９】従来の高周波用電力増幅器１においては、
このような構成により、高周波信号の基本周波数に対す
る出力インピーダンス整合をとり、高効率化・高性能化
を図っていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、さらな
る小型化・高性能化の市場要求が高まる中、高周波用電
力増幅器に対しては、より一層回路面積を小さくし、か
つ性能向上、特に隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＰ）の低
減をしなければいけないという課題があった。

【００１１】本発明は上記課題を解決すべく案出された
ものであり、その目的は、回路の小型化を図りつつさら
なる高効率化・高性能化の要求にも対応可能な高周波用
電力増幅器を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用電力増
幅器は、ゲート電極に入力された高周波信号を増幅して
ドレイン電極より送出する高周波トランジスタを、前記
ゲート電極に接続される入力整合回路と、前記ドレイン
電極に接続される出力整合回路および直流電流バイアス
回路とが形成された誘電体基板上に導体バンプを介して
搭載実装するとともに、前記高周波トランジスタに対向
する部位の前記誘電体基板内に貫通導体を形成して、前
記高周波トランジスタおよび前記誘電体基板と前記貫通
導体とにより、前記高周波トランジスタのソース電極に
接続された直列共振回路を構成したことを特徴とするも
のである。

【００１３】本発明の高周波用電力増幅器によれば、高
周波増幅部である高周波トランジスタを導体バンプを介
してフェイスダウンで誘電体基板に搭載実装し、かつ高
周波トランジスタおよび誘電体基板と誘電体基板内の高
周波トランジスタと対向する部位に形成された貫通導体
とにより高周波トランジスタのソース電極に接続された
直列共振回路を構成したことから、この直列共振回路に
より、直流信号には影響を与えずに高周波信号を高周波
トランジスタと誘電体基板間に生じた寄生容量を介して
誘電体基板の貫通導体のインダクタ成分を通じ接地へと
伝搬させることができるものとなる。

【００１４】これにより、寄生容量と貫通導体のインダ
クタ成分とからなる直列共振回路が構成され、高周波ト
ランジスタと誘電体基板との間隔を調整することによっ
てその共振周波数を基本波周波数に合わせることで隣接
チャネル漏洩電力成分を低減することができ、かつ高周
波トランジスタを導体バンプを介してフェイスダウン実
装することにより回路面積を小さくでき、小型化を図り
つつ高性能化を実現することができる。

【００１５】ここで隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＰ）と
は、変調信号を増幅する場合に、増幅器の飽和領域にお
ける振幅歪みや位相歪みにより出力信号のスペクトラム
が広がり帯域外への信号の漏れ込み量を示す評価パラメ
ータである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波用電力増幅
器を図面に基づき説明する。

【００１７】図１は本発明の高周波用電力増幅器の実施
の形態の一例の回路構成を示す回路図である。

【００１８】図１において、本発明の高周波用電力増幅
器11は、所定の値の比誘電率を有し、かつ貫通導体であ
るサーマルビアを有する誘電体基板（図示せず）上に構
成されている。Ｑ11は電力増幅を行なう高周波電流増幅
部としての高周波トランジスタであり、例えば数百ＭＨ
ｚから数ＧＨｚといった分布定数線路が適用できる周波
数範囲において用いられる増幅部である。ここでは電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた例を示す。12は入
力整合回路であり、高周波トランジスタＱ11の入力電極
であるゲート電極に接続された、高周波信号の基本周波
数に対してインピーダンス整合をとるためのものであ
る。また、13は高周波トランジスタＱ11の出力電極であ
るドレイン電極に接続された出力整合回路である。

【００１９】入力整合回路12には、入力端子14に接続さ
れる入力回路（図示せず）とのインピーダンス整合を最
適なものとするための分布定数線路、例えば入力側マイ
クロストリップ線路Ｌ11を用いている。また、入力側マ
イクロストリップ線路Ｌ11は、抵抗Ｒ11を介してゲート
バイアス電圧供給端子15が接続されており、入力整合用
コンデンサＣ12を介して接地されている。

【００２０】一方、出力整合回路13には、出力端子16に
接続される外部回路（図示せず）とのインピーダンス整
合を最適なものとして所望の出力特性、例えば歪み特性
・出力電力・消費電流等を単独であるいは同時に満足す
るように整合をとるための分布定数線路、例えば出力側
マイクロストリップ線路Ｌ12を用いている。

【００２１】そして、出力端子16には出力整合用コンデ
ンサＣ15が接続され、これを介して接地されている。こ
れら出力側マイクロストリップ線路Ｌ12・出力整合用コ
ンデンサＣ15により出力整合回路13が構成されている。

【００２２】また、高周波トランジスタＱ11のドレイン
電極には、これに直流電流を供給するためのバイアス回
路として、分布定数線路であるドレインマイクロストリ
ップ線路Ｌ17を介してドレインバイアス供給端子18が、
出力側マイクロストリップ線路Ｌ12との間に接続される
等の形式で接続されている。

【００２３】Ｌ13，Ｌ14，Ｌ15は、高周波トランジスタ
Ｑ11をフェイスダウンで誘電体基板に搭載実装するとき
に基板の電極と高周波電力増幅器の電極を接続するため
に用いる導体バンプのインダクタ成分であり、Ｌ15は誘
電体基板の貫通導体であるサーマルビアのインダクタ成
分であるＬ16を介して接地されている。また、Ｃ16はフ
ェイスダウンで搭載された高周波トランジスタＱ11と誘
電体基板間に発生する寄生容量である。

【００２４】そして、本発明の高周波用電力増幅器11に
おいては、高周波トランジスタＱ11と接地間に構成され
る導体バンプによるインダクタ成分Ｌ15に、高周波トラ
ンジスタＱ11をフェイスダウンで誘電体基板に搭載した
ことにより誘電体基板と高周波トランジスタＱ11間に発
生する寄生容量Ｃ16が並列に接続され、高周波トランジ
スタＱ11のソース電極に接続された直列共振回路14を構
成したことを特徴とする。これにより、直流信号は従来
と同じくインダクタンス成分Ｌ15，Ｌ16を影響を受けず
に伝搬するが、高周波信号は寄生容量Ｃ16を介してＬ16
に伝搬しやすくなる。特に、寄生容量Ｃ16とインダクタ
ンス成分Ｌ16にて設定される直列共振周波数の高周波信
号に対してはインピーダンスはゼロとなり、それ以外の
周波数に対しては伝搬しにくくなる、いわゆるバンドパ
スフィルタの働きをするものとなる。

【００２５】従って、寄生容量Ｃ16とインダクタンス成
分Ｌ16にて設定する共振周波数を高周波電力増幅器11で
使用する基本波周波数に合わせることで、基本波周波数
の隣接チャネル漏洩電力を低減することができて高効率
化・高性能化を行なうことができ、かつ高周波トランジ
スタＱ11を導体バンプを介して搭載実装することにより
回路面積が小さくでき、製品の小型化を実現することが
できるものとなる。

【００２６】このような本発明の高周波用電力増幅器11
の直列共振回路14を構成する部分につき、さらに詳細に
説明する。

【００２７】一般に容量素子は直流信号を伝搬させにく
い働きがあるため、例えばこの直列共振回路14に上部か
ら直流信号が入ると、インダクタンス成分Ｌ15・Ｌ16を
介して下部より出力される。ただし、インダクタンス成
分Ｌ15は導体バンプ構造のためワイヤボンディング時の
インダクタ成分に比べてかなり小さくなっている。例え
ば、直径25μｍ・長さ0.3 ｍｍのワイヤのインダクタン
ス値は0.17ｎＨであるのに対し、直径70μｍ・長さ0.1
ｍｍの導体バンプのインダクタンス値は0.014ｎＨとか
なり小さい値となる。一方、誘導インダクタンス素子
は、高周波信号を伝搬させにくい働きがあるため、直列
共振回路14に上部から信号が入ると、寄生容量Ｃ16・イ
ンダクタンス成分Ｌ16を介して下部より出力される。

【００２８】ただし、寄生容量Ｃ16とインダクタンス成
分Ｌ16に関しては、直列共振回路14を構成するため、す
べての高周波信号を伝搬させる訳ではなく各定数で設定
される共振周波数に対し伝搬させやすい働きをする。例
えば、直列共振回路14が構成された高周波トランジスタ
Ｑ11の表面積を10ｍｍ² 、誘電体基板との距離を70μｍ
とした場合、容量は約１ｐＦとなる。また、直径１ｍｍ
・長さ５ｍｍのサーマルビアのインダクタ成分は２ｎＨ
となることより、共振周波数は約３ＧＨｚとなる。

【００２９】このように、寄生容量Ｃ16・インダクタン
ス成分Ｌ16により設定された共振周波数のみ信号は伝搬
され、それ以外の周波数、特に隣接チャネル漏洩電力
（ＡＣＰ）は、伝搬されにくくなることで低減化が図ら
れることとなる。

【００３０】このような本発明の高周波用電力増幅器11
によれば、従来の高周波用電力増幅器１に比べて、隣接
チャネル漏洩電力低減による性能向上ができるととも
に、導体バンプを介した搭載実装構造により回路面積を
小さくでき、高周波用電力増幅器に対する小型化と性能
向上の要求に同時に対応することができる。

【００３１】なお、本発明の高周波用電力増幅器は以上
の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更や改良が可能
である。例えば、入力整合回路12や出力整合回路13・直
流電流バイアス回路を構成する分布定数線路は、上記の
例で示したマイクロストリップ線路に限られず、誘電体
基内に形成されたストリップ線路を用いてもよいことは
言うまでもない。

【００３２】また、高周波トランジスタＱ11としては、
以上の例で示した電界効果トランジスタ等の高周波トラ
ンジスタの他にも、同様の高周波電力増幅機能を有する
高周波用のトランジスタを用いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明の高周波用電力増幅器によれば、
ゲート電極に入力された高周波信号を増幅してドレイン
電極より送出する高周波トランジスタを、ゲート電極に
接続される入力整合回路と、ドレイン電極に接続される
出力整合回路および直流電流バイアス回路とが形成され
た誘電体基板上に導体バンプを介して搭載実装するとと
もに、高周波トランジスタに対向する部位の誘電体基板
内に貫通導体を形成して、高周波トランジスタおよび誘
電体基板と貫通導体とにより、高周波トランジスタのソ
ース電極に接続された直列共振回路を構成したことか
ら、高周波トランジスタと誘電体基板間に発生する寄生
容量値を導体バンプの高さを変えることで調整し、また
誘電体基板の貫通導体の形状・寸法により誘導インダク
タンス値を調整することで直列共振周波数を基本波の周
波数に合わせて基本波の隣接チャネル漏洩電力を低減す
ることができ、これにより性能を向上することができ
る。また、高周波トランジスタを導体バンプを介して搭
載実装したことにより回路の面積を小さくでき、小型化
の要求にも対応可能な高周波用電力増幅器を提供するこ
とができる。

【００３４】以上により、本発明によれば、回路の小型
化を図りつつさらなる高効率化・高性能化の要求にも対
応可能な高周波用電力増幅器を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用電力増幅器の実施の形態の一
例の回路構成を示す回路図である。

【図２】従来の高周波用電力増幅器の例の回路構成を示
す回路図である。

【符号の説明】

Ｑ11・・・・・高周波トランジスタ（高周波増幅部） 12・・・・・・入力整合回路 13・・・・・・出力整合回路 14・・・・・・直列共振回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J067 AA04 AA41 CA36 CA87 HA01 HA25 HA29 KA68 LS12 SA14 TA01 5J090 AA04 AA41 CA36 CA87 HA01 HA25 HA29 KA68 SA14 TA01 5J091 AA04 AA41 CA36 CA87 HA01 HA25 HA29 KA68 SA14 TA01 5J092 AA04 AA41 CA36 CA87 HA25 HA29 KA68 SA14 TA01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゲート電極に入力された高周波信号を増
   幅してドレイン電極より送出する高周波トランジスタ
   を、前記ゲート電極に接続される入力整合回路と、前記
   ドレイン電極に接続される出力整合回路および直流電流
   バイアス回路とが形成された誘電体基板上に導体バンプ
   を介して搭載実装するとともに、前記高周波トランジス
   タに対向する部位の前記誘電体基板内に貫通導体を形成
   して、前記高周波トランジスタおよび前記誘電体基板と
   前記貫通導体とにより、前記高周波トランジスタのソー
   ス電極に接続された直列共振回路を構成したことを特徴
   とする高周波用電力増幅器。