JP2001156242A - 多段増幅装置 - Google Patents

多段増幅装置

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JP2001156242A
JP2001156242A JP33444599A JP33444599A JP2001156242A JP 2001156242 A JP2001156242 A JP 2001156242A JP 33444599 A JP33444599 A JP 33444599A JP 33444599 A JP33444599 A JP 33444599A JP 2001156242 A JP2001156242 A JP 2001156242A
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semiconductor
amplifier
circuit
ground
stage
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Shintaro Shinjo
真太郎 新庄
Kazutomi Mori
一富 森
Masatoshi Nakayama
正敏 中山
Yukio Ikeda
幸夫 池田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/4809Loop shape
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の多段増幅装置では、複数の増幅回路1
0,10の間でグランドプレーンを介した帰還が生じる
結果、動作が不安定になってしまう場合があるなどの課
題があった。 【解決手段】 増幅回路10,10毎にグランドプレー
ン、例えばチップ積載パターン19,19などを分離し
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は複数の増幅回路を
備えてこれらの増幅回路で信号などを増幅する多段増幅
装置にかかり、特に、移動体通信機器などにおいて高周
波信号を増幅するための高周波高出力増幅器モジュール
などとして好適に利用することができる多段増幅装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図13(a)は「Microwave
and Millimeter−Wave Monol
ithic Circuits Symposium
Digest」(IEEE 1996年)の第13頁か
ら第16頁までに開示されて従来の多段増幅装置の一例
である従来の増幅回路モジュールの構成を示す斜視図で
ある。図13(b)は図13(a)のA−B断面図であ
る。図13(c)は図13(a)のC−D断面図であ
る。図において、64は2つの増幅回路が形成された半
導体増幅チップ、65はこの半導体増幅チップ64が積
載されるモジュール多層基板、66は入力ピン端子、6
7は入力整合回路、68は段間整合回路、69は出力整
合回路、70は出力ピン端子である。
【0003】モジュール多層基板65において、71は
外部に直接接続される第一グランド層、72は第二グラ
ンド層、73は第二グランド層72を第一グランド層7
1に接続する第一バイアホール、74はチップの積載位
置に形成されたチップ積載パターン、75はチップ積載
パターン74を第二グランド層72および第一グランド
層71に接続する第二バイアホールである。
【0004】次に動作について説明する。外部から入力
ピン端子66へ入力された高周波信号は、入力整合回路
67において整合された後、最初の増幅回路にて増幅さ
れ、段間整合回路68を介して次の増幅回路にて更に増
幅され、出力整合回路69を介して出力ピン端子70か
ら外部に出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の多段増幅装置は
以上のように構成されているので、複数の増幅回路の間
でグランドプレーンを介した帰還が生じてしまう場合が
あり、そのような帰還がかかってしまうとグランドが浮
いてしまってこれらの増幅回路において発振が生じてし
まい、動作が不安定になってしまうなどの課題があっ
た。
【0006】具体的に説明する。図14は図13に示す
多段増幅装置の等価回路を示す回路図である。図におい
て、76は入力ピン端子66の等価入力端子、77は入
力整合回路67の等価入力整合回路、78は最初の増幅
回路の等価前段増幅回路、79は段間整合回路68の等
価段間整合回路、80は後段の増幅回路の等価後段増幅
回路、81は出力整合回路69の等価出力整合回路、8
2は出力ピン端子70の等価出力端子である。また、8
3は外部に直接接続される第一グランド層71の等価第
一グランド層、84はチップ積載パターン74の等価グ
ランドパターン、85は第一グランド層71とチップ積
載パターン74との間のグランド経路の等価リアクタン
スである。
【0007】そして、このように従来の多段増幅回路で
はその複数の増幅回路において共通にチップ積載パター
ン74が形成されているので、このチップ積載パターン
74から外部に接続された第一グランド層71までの間
の全てのリアクタンス成分が当該複数の増幅回路におい
て共通に作用するので、一方の増幅回路の電流によりグ
ランドが変動しその結果他方の増幅回路の増幅動作が変
動してしまう。その結果、複数の増幅回路の間で帰還が
かかってしまうこととなり、これらの増幅回路において
発振が生じてしまい、動作が不安定になってしまう。
【0008】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、複数の増幅回路の間でのグランド
プレーンを介した帰還の発生を抑制し、これにより高周
波高出力信号を安定して増幅することができる多段増幅
装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係る多段増幅
装置は、複数のグランド層を備えるとともに各種の半導
体素子の積載位置に当該グランド層に接続されたチップ
積載パターンが形成されるモジュール多層基板と、半導
体基板上に増幅回路が形成されるとともに、増幅回路の
グランドが上記チップ積載パターンに電気的に接続され
た状態で上記モジュール多層基板上に積載される半導体
増幅素子とを備える多段増幅装置において、上記半導体
増幅素子を各増幅回路毎に設けるとともに、上記半導体
増幅素子毎に上記チップ積載パターンを分離したもので
ある。
【0010】この発明に係る多段増幅装置は、上記複数
の半導体増幅素子の替わりに、半導体基板上に複数の増
幅回路がそれぞれのグランドが分離して形成された半導
体増幅素子を備えるとともに、各増幅回路が別々のチッ
プ積載パターンに接続されるものである。
【0011】この発明に係る多段増幅装置は、半導体増
幅素子が、半導体基板の増幅回路形成面の裏面に各増幅
回路毎に分離して形成されたグランドプレーンを備え、
当該グランドプレーンを直接チップ積載パターンに当接
させた状態で積載されるものである。
【0012】この発明に係る多段増幅装置は、半導体増
幅素子が、半導体基板の増幅回路形成面と同じ面に各増
幅回路毎に分離して形成されたグランドプレーンを備
え、当該グランドプレーンと各チップ積載パターンとを
ワイヤーボンディングにて接続した状態で積載されるも
のである。
【0013】この発明に係る多段増幅装置は、半導体増
幅素子が、半導体基板の増幅回路形成面と同じ面に各増
幅回路毎に分離して形成されたグランドプレーンを備
え、当該グランドプレーンと各チップ積載パターンとを
半田バンプにて接続した状態で積載されるものである。
【0014】この発明に係る多段増幅装置は、各チップ
積載パターンが、装置外部に直接接続されているグラン
ド層のみにバイアホールを用いて接続されているもので
ある。
【0015】この発明に係る多段増幅装置は、各半導体
増幅素子の入力あるいは出力に接続され、これら半導体
素子同士あるいはこれら半導体素子とその他の周辺回路
とを接続するための整合回路を備えるとともに、当該整
合回路のグランドも、装置外部に直接接続されているグ
ランド層のみにバイアホールを用いて接続されているも
のである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1(a)はこの発明の実施の形態1に
よる増幅回路モジュール(多段増幅装置)の構成を示す
斜視図である。図1(b)は図1(a)のA−B断面図
である。図において、1はモジュール多層基板、2はモ
ジュール多層基板1上に形成されて外部からの高周波信
号が入力される入力ピン端子、3は当該高周波信号を最
初に増幅する前段半導体増幅チップ(半導体増幅素
子)、4は次に増幅する後段半導体増幅チップ(半導体
増幅素子)、5は後段半導体増幅チップ4から出力され
る増幅された高周波信号を外部に出力する出力ピン端子
である。また、6は入力ピン端子2と前段半導体増幅チ
ップ3との間となる信号経路に配設されてインピーダン
ス変換を行う入力整合回路(整合回路)、7は前段半導
体増幅チップ3と後段半導体増幅チップ4との間となる
信号経路に配設されてインピーダンス変換を行う段間整
合回路(整合回路)、8は後段半導体増幅チップ4と出
力ピン端子5との間となる信号経路に配設されてインピ
ーダンス変換を行う出力整合回路(整合回路)である。
【0017】前段半導体増幅チップ3および後段半導体
増幅チップ4において、9はGaAsで形成した半導体
基板、10はFET(Field Effect Tr
ansister)などを用いて半導体基板9のチップ
積載方向上面に形成された増幅回路、11は半導体基板
9のチップ積載方向上面に形成された当該増幅回路10
への入力パッド、12は半導体基板9のチップ積載方向
上面に形成された当該増幅回路10からの出力パッドで
ある。
【0018】入力整合回路6、段間整合回路7および出
力整合回路8において、13はそれぞれモジュール多層
基板1のチップ積載面に形成された入出力パッド、14
は各整合回路におけるグランドプレーンである。なお、
これら入出力パッド13は半導体増幅チップの入出力パ
ッド11,12に信号経路に従ってワイヤーボンディン
グにて接続される。
【0019】モジュール多層基板1において、15はモ
ジュール多層基板1のチップ搭載面裏側に形成され、外
部のグランドに直接接続される第一グランド層(グラン
ド層)、16はモジュール多層基板1の中間層として形
成された第二グランド層(グランド層)、17は第一グ
ランド層15と第二グランド層16とを電気的に接続す
る第一バイアホール(バイアホール)、18は第一グラ
ンド層15と第二グランド層16との間の中間層として
形成された配線層、19はチップ搭載面において上記各
半導体増幅チップ3,4毎に形成されたチップ積載パタ
ーン、20はチップ積載パターン19を第一グランド層
15および第二グランド層16に接続する第二バイアホ
ール(バイアホール)である。
【0020】なお、この実施の形態1のように半導体基
板9の積載方向裏面をチップ積載パターン19に直接接
続させることで、増幅回路10などのグランドはチップ
積載パターン19に電気的に接続された状態となる。
【0021】次に動作について説明する。外部から入力
ピン端子2へ入力された高周波信号は、入力整合回路6
において整合された後、前段半導体増幅チップ3の入力
パッド11に入力され、増幅回路10にて増幅され、出
力パッド12から出力される。この出力パッド12から
出力された信号は段間整合回路7において整合された
後、後段半導体増幅チップ4の入力パッド11に入力さ
れ、増幅回路10にて増幅され、出力パッド12から出
力される。最後に、この出力パッド12から出力された
信号は出力整合回路8において整合された後、出力ピン
端子5から外部に出力される。
【0022】図2はこの発明の実施の形態1による増幅
回路モジュールの等価回路を示す回路図である。図にお
いて、21は入力ピン端子2の等価入力端子、22は入
力整合回路6の等価入力整合回路、23は前段半導体増
幅チップ3の等価前段増幅回路、24は段間整合回路7
の等価段間整合回路、25は後段半導体増幅チップ4の
等価後段増幅回路、26は出力整合回路8の等価出力整
合回路、27は出力ピン端子5の等価出力端子である。
また、28は外部に直接接続される第一グランド層15
の等価第一グランド層、29は第二グランド層16の等
価第二グランド層、30は第一グランド層15と第二グ
ランド層16とを接続する第一バイアホール17および
第二バイアホール20の等価第一リアクタンス、31は
前段半導体増幅チップ3の増幅回路10から第二グラン
ド層16までのグランド経路の等価前段リアクタンス、
32は後段半導体増幅チップ4の増幅回路10から第二
グランド層16までのグランド経路の等価後段リアクタ
ンスである。
【0023】そして、同図の等価回路に示すように、こ
の実施の形態1による増幅回路モジュールでは、前段半
導体増幅チップ3と後段半導体増幅チップ4に共通に利
用される等価第一リアクタンス30は、第一グランド層
15と第二グランド層16との間の3層分のリアクタン
ス成分の値となる。従って、従来のように前段半導体増
幅チップ3用のチップ積載パターン19と後段半導体増
幅チップ4のチップ積載パターン19とが共通に設けら
れているような場合に比べてこの共通なリアクタンス成
分が4層分から3層分に削減されるので、一方の増幅回
路10からの電流により他方の増幅回路10のグランド
が変動し難くなる。
【0024】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、第一グランド層15および第二グランド層16を備
えるとともに各半導体チップ3,4毎に分離されたチッ
プ積載パターン19,19が形成されるモジュール多層
基板1と、半導体基板9上に増幅回路10が形成される
とともに、増幅回路10のグランドが上記チップ積載パ
ターン19に電気的に接続された状態で上記モジュール
多層基板1上に積載される前段半導体増幅チップ3と、
半導体基板9上に増幅回路10が形成されるとともに、
増幅回路10のグランドが上記チップ積載パターン19
に電気的に接続された状態で上記モジュール多層基板1
上に積載される後段半導体増幅チップ4とを備えるの
で、当該2つの半導体増幅チップ3,4のグランドはモ
ジュール多層基板1の第二グランド層16において初め
て電気的に接続されるようになる。
【0025】従って、複数の増幅回路10,10の間で
帰還が生じるとしても第二グランド層16において帰還
が生じることとなるので、従来のようにチップ積載パタ
ーン19,19において帰還が生じている場合に比べて
低い等価第一リアクタンス30にて外部のグランドに接
続されている第二グランド層16において帰還が生じる
こととなり、ひいては高周波高出力信号を入力したとし
ても発振することなく安定して増幅することができる効
果がある。
【0026】実施の形態2.図3(a)はこの発明の実
施の形態2による増幅回路モジュールの構成を示す斜視
図である。図3(b)は図3(a)のA−B断面図であ
る。図において、33は2つの増幅回路10,10に共
通に設けられた半導体基板、34はこの半導体基板33
のチップ積載方向上面一端に形成された前段増幅回路
(増幅回路)、35はこの半導体基板33のチップ積載
方向上面他端に形成された後段増幅回路(増幅回路)、
36は半導体基板33のチップ積載方向裏面の両端に形
成されたグランドプレーン、37は各グランドプレーン
36,36と各増幅回路34,35とを電気的に接続す
るバイアホールである。これ以外の構成および動作は実
施の形態1と同様であり説明を省略する。
【0027】図4はこの発明の実施の形態2による増幅
回路モジュールの等価回路を示す回路図である。図にお
いて、38は前段増幅回路34から第二グランド層16
までのグランド経路の等価前段リアクタンス、39は後
段増幅回路35から第二グランド層16までのグランド
経路の等価後段リアクタンスである。これ以外の等価回
路は実施の形態1と同様で説明を省略する。
【0028】そして、同図の等価回路に示すように、こ
の実施の形態2による増幅回路モジュールでは、前段増
幅回路34および後段増幅回路35が共通に形成された
半導体基板33を用いつつも、それぞれにグランドプレ
ーン36,36を設け、各グランドプレーン36,36
を各チップ積載パターン19,19に当接するようにし
たので、前段増幅回路34と後段増幅回路35に共通に
利用される等価第一リアクタンス30は、第一グランド
層15と第二グランド層16との間のリアクタンス成分
の値となる。従って、従来のように2つのチップ積載パ
ターン19,19が共通に設けられているような場合に
比べてこの共通なリアクタンス成分が削減されるので、
一方の増幅回路34からの電流により他方の増幅回路3
5のグランドが変動し難くなる。
【0029】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、第一グランド層15および第二グランド層16を備
えるとともに各増幅回路34,35毎に分離されたチッ
プ積載パターン19,19が形成されるモジュール多層
基板1と、2つの増幅回路34,35を備えるとともに
各増幅回路34,35毎にグランドプレーン36,36
が形成された半導体増幅チップとを備えるとともに、各
グランドプレーン36,36を各チップ積載パターン1
9,19に電気的に接続しているので、当該2つの増幅
回路34,35のグランドはモジュール多層基板1の第
二グランド層16において初めて電気的に接続されるよ
うになる。
【0030】従って、複数の増幅回路34,35の間で
帰還が生じるとしても第二グランド層16において帰還
が生じることとなるので、従来のようにチップ積載パタ
ーン19,19において帰還が生じている場合に比べて
低い等価第一リアクタンス30にて外部のグランドに接
続されている第二グランド層16において帰還が生じる
こととなり、ひいては高周波高出力信号を入力したとし
ても発振することなく安定して増幅することができる効
果がある。
【0031】実施の形態3.図5(a)はこの発明の実
施の形態3による増幅回路モジュールの構成を示す斜視
図である。図5(b)は図5(a)のA−B断面図であ
る。図において、40はそれぞれ半導体基板33の増幅
回路形成面と同じ面に各増幅回路34,35毎に分離し
て形成されたグランドパッド、41はそれぞれ各グラン
ドパッド40と各チップ積載パターン19とを接続する
ボンディングワイヤーである。これ以外の構成および動
作は実施の形態2と同様であり説明を省略する。
【0032】図6はこの発明の実施の形態3による増幅
回路モジュールの等価回路を示す回路図である。図にお
いて、42は前段増幅回路34から第二グランド層16
までのグランド経路の等価前段リアクタンス、43は後
段増幅回路35から第二グランド層16までのグランド
経路の等価後段リアクタンスである。これ以外の等価回
路は実施の形態2と同様で説明を省略する。
【0033】そして、同図の等価回路に示すように、こ
の実施の形態3による増幅回路モジュールでは、前段増
幅回路34および後段増幅回路35が共通に形成された
半導体増幅チップを用いつつも、それぞれにグランドパ
ッド40,40を設け、各グランドパッド40を各チッ
プ積載パターン19にボンディングワイヤー41にて当
接するようにしたので、前段増幅回路34と後段増幅回
路35に共通に利用される等価第一リアクタンス30
は、第一グランド層15と第二グランド層16との間の
リアクタンス成分の値となる。従って、従来のように前
段増幅回路34のチップ積載パターン19と後段増幅回
路35のチップ積載パターン19とが共通に設けられて
いるような場合に比べてこの共通なリアクタンス成分が
削減されるので、一方の増幅回路34からの電流により
他方の増幅回路35のグランドが変動し難くなる。
【0034】以上のように、この実施の形態3によれ
ば、第一グランド層15および第二グランド層16を備
えるとともに各増幅回路34,35毎に分離されたチッ
プ積載パターン19,19が形成されるモジュール多層
基板1と、2つの増幅回路34,35を備えるとともに
各増幅回路34,35毎にグランドパッド40,40が
形成された半導体増幅チップとを備えるとともに、各グ
ランドパッド40を各チップ積載パターン19にボンデ
ィングワイヤー41で電気的に接続しているので、当該
2つの増幅回路34,35のグランドはモジュール多層
基板1の第二グランド層16において初めて電気的に接
続されるようになる。
【0035】従って、複数の増幅回路34,35の間で
帰還が生じるとしても第二グランド層16において帰還
が生じることとなるので、従来のようにチップ積載パタ
ーン19,19において帰還が生じている場合に比べて
低い等価第一リアクタンス30にて外部のグランドに接
続されている第二グランド層16において帰還が生じる
こととなり、ひいては高周波高出力信号を入力したとし
ても発振することなく安定して増幅することができる効
果がある。
【0036】実施の形態4.図7(a)はこの発明の実
施の形態4による増幅回路モジュールの構成を示す斜視
図である。図7(b)は図7(a)のA−B断面図であ
る。図において、44はそれぞれ半導体基板33の増幅
回路形成面と同じ面に各増幅回路34,35毎に分離し
て形成されたグランドパッド、45はそれぞれ各グラン
ドパッド44と各チップ積載パターン19とを電気的に
接続する半田バンプである。そして、この実施の形態4
は以前の実施の形態と異なり半導体増幅チップが裏返し
に積載されている。これ以外の構成および動作は実施の
形態2と同様であり説明を省略する。なお、各種の整合
回路6,7,8の各入出力パッド13と半導体増幅チッ
プの各入出力パッド11,12とは以上の実施の形態と
同様にワイヤーボンディングにて接続してもよいが、整
合回路6,7,8の各入出力パッド13を延長して半田
バンプにて接続するようにしてもよい。
【0037】図8はこの発明の実施の形態4による増幅
回路モジュールの等価回路を示す回路図である。図にお
いて、46は前段増幅回路34から第二グランド層16
までのグランド経路の等価前段リアクタンス、47は後
段増幅回路35から第二グランド層16までのグランド
経路の等価後段リアクタンスである。これ以外の等価回
路は実施の形態2と同様で説明を省略する。
【0038】そして、同図の等価回路に示すように、こ
の実施の形態4による増幅回路モジュールでは、前段増
幅回路34および後段増幅回路35が共通に形成された
半導体増幅チップを用いつつも、それぞれにグランドパ
ッド44,44を設け、各グランドパッド44を各チッ
プ積載パターン19に半田バンプ45で当接するように
したので、前段増幅回路34と後段増幅回路35に共通
に利用される等価第一リアクタンス30は、第一グラン
ド層15と第二グランド層16との間のリアクタンス成
分の値となる。従って、従来のように前段増幅回路34
用のチップ積載パターン19と後段増幅回路35のチッ
プ積載パターン19とが共通に設けられているような場
合に比べてこの共通なリアクタンス成分が削減されるの
で、一方の増幅回路34からの電流により他方の増幅回
路35のグランドが変動し難くなる。
【0039】以上のように、この実施の形態4によれ
ば、第一グランド層15および第二グランド層16を備
えるとともに各増幅回路34,35毎に分離されたチッ
プ積載パターン19,19が形成されるモジュール多層
基板1と、2つの増幅回路34,35を備えるとともに
各増幅回路34,35毎にグランドパッド44,44が
形成された前段半導体増幅チップとを備えるとともに、
各グランドパッド44,44を各チップ積載パターン1
9,19に半田バンプ45,45にて電気的に接続して
いるので、当該2つの増幅回路34,35のグランドは
モジュール多層基板1の第二グランド層16において初
めて電気的に接続されるようになる。
【0040】従って、複数の増幅回路34,35の間で
帰還が生じるとしても第二グランド層16において帰還
が生じることとなるので、従来のようにチップ積載パタ
ーン19,19において帰還が生じている場合に比べて
低い等価第一リアクタンス30にて外部のグランドに接
続されている第二グランド層16において帰還が生じる
こととなり、ひいては高周波高出力信号を入力したとし
ても発振することなく安定して増幅することができる効
果がある。
【0041】なお、この実施の形態2から4のものでは
1つの半導体基板33上に2つの増幅回路34,35を
設けた構成となっているため実施の形態1よりもチップ
や装置の小型化や低コスト化を図ることができ、また、
半田付けなども1回の工程で処理することができる。更
に、半導体基板上に形成した2つの増幅回路を互いに逆
向きとなるように形成しているので、段間整合回路の小
型化も実現している。
【0042】更に、この実施の形態2から実施の形態4
までを相互に比較するに、実施の形態2や実施の形態4
の積載方式であれば、実施の形態3の積載方式に比べて
半導体基板33自体のサイズの小型化を図りつつ且つ当
該半導体基板33の積載位置のみにチップ積載パターン
19を形成すればよいので装置として小型化を図ること
ができる。また、実施の形態3や実施の形態4の積載方
式であれば、複数の増幅回路34,35を1つの半導体
基板33上にまとめて形成した場合であっても実施の形
態2のようにグランドプレーン36と増幅回路34,3
5とを接続するバイアホール37を設ける必要が無いの
で半導体増幅チップの構造を簡略化させることができ
る。
【0043】実施の形態5.図9(a)はこの発明の実
施の形態5による増幅回路モジュールの構成を示す斜視
図である。図9(b)は図9(a)のA−B断面図であ
る。図において、48は前段半導体増幅チップ3および
後段半導体増幅チップ4に係る第二バイアホール20の
周囲に電気的に離間するように貫通穴が開設された第二
グランド層である。これ以外の構成および動作は実施の
形態1と同様であり説明を省略する。
【0044】図10はこの発明の実施の形態5による増
幅回路モジュールの等価回路を示す回路図である。図に
おいて、49は前段半導体増幅チップ3の増幅回路10
から第一グランド層15までのグランド経路の等価前段
リアクタンス、50は後段半導体増幅チップ4の増幅回
路10から第一グランド層15までのグランド経路の等
価後段リアクタンスである。これ以外の等価回路は実施
の形態1と同様で説明を省略する。
【0045】そして、同図の等価回路に示すように、こ
の実施の形態5による増幅回路モジュールでは、前段半
導体増幅チップ3および後段半導体増幅チップ4それぞ
れを別々のチップ積載パターン19,19に当接し、更
に、第二グランド層16と第二バイアホール20とを離
間させるようにしたので、前段半導体増幅チップ3と後
段半導体増幅チップ4に共通に利用されるリアクタンス
成分は生じない。従って、従来のように前段半導体増幅
チップ3用のチップ積載パターン19と後段半導体増幅
チップ4のチップ積載パターン19とが共通に設けられ
ているような場合に比べてこの共通なリアクタンス成分
が格段に削減されるので、一方の増幅回路10からの電
流により他方の増幅回路10のグランドが変動しなくな
る。
【0046】以上のように、この実施の形態5によれ
ば、第二バイアホール20を用いてチップ積載パターン
19を外部に直接接続される第一グランド層15に接続
するとともに、この第二バイアホール20と第二グラン
ド層16とを離間しているので、つまりチップ積載パタ
ーン19が装置外部に直接接続されている第一グランド
層15のみに第二バイアホール20を用いて接続されて
いるので、2つの半導体増幅チップ3,4のグランドは
モジュール多層基板1の第一グランド層15において初
めて電気的に接続されるようになる。
【0047】従って、複数の増幅回路10,10の間で
帰還が生じるとしても第一グランド層15において帰還
が生じることとなるので、共通のリアクタンス成分が無
くなり、高周波高出力信号を入力したとしても発振する
ことなく安定して増幅することができる効果がある。
【0048】実施の形態6.図11(a)はこの発明の
実施の形態6による増幅回路モジュールの構成を示す斜
視図である。図11(b)は図11(a)のC−D断面
図である。図において、51は全ての第二バイアホール
20の周囲に電気的に離間するように貫通穴が開設され
た第二グランド層である。これ以外の構成および動作は
実施の形態5と同様であり説明を省略する。
【0049】図12はこの発明の実施の形態6による増
幅回路モジュールの等価回路を示す回路図である。図に
おいて、52は入力ピン端子2から入力整合回路6の入
出力パッド13までの入力信号線の等価回路、53はこ
の入力信号線とグランドプレーン14との間に接続され
た入力容量チップの等価回路、54は上記入力信号線と
グランドプレーン14との間に接続された入力抵抗チッ
プの等価回路、55は前段半導体増幅チップ3の出力パ
ッド12から後段半導体増幅チップ4の入力パッド11
までの段間信号線の等価回路、56はこの段間信号線と
グランドプレーン14との間に接続された段間第一容量
チップの等価回路、57は上記段間信号線とグランドプ
レーン14との間に接続された段間第二容量チップの等
価回路、58は後段半導体増幅チップ4の出力パッド1
2から出力ピン端子5までの出力信号線の等価回路、5
9はこの出力信号線とグランドプレーン14との間に接
続された出力抵抗チップの等価回路、60は上記出力信
号線とグランドプレーン14との間に接続された出力容
量チップの等価回路である。また、61は入力整合回路
6のグランドプレーン14から第一グランド層15まで
のグランド経路の等価入力整合リアクタンス、62は段
間整合回路7のグランドプレーン14から第一グランド
層15までのグランド経路の等価段間整合リアクタン
ス、63は出力整合回路8のグランドプレーン14から
第一グランド層15までのグランド経路の等価出力整合
リアクタンスである。これ以外の等価回路は実施の形態
5と同様で説明を省略する。
【0050】そして、同図の等価回路に示すように、こ
の実施の形態6による増幅回路モジュールでは、前段半
導体増幅チップ3と後段半導体増幅チップ4との間にお
ける直接的な帰還を防止することができるとともに、各
整合回路6,7,8においてグランドプレーン14を第
一グランド層15のみに直接接続しているので、各整合
回路6,7,8において信号線路に対して並列に抵抗チ
ップや容量チップを挿入することで整合を図ったとして
も、この並列に挿入されたチップを介して上記前段半導
体増幅チップ3と後段半導体増幅チップ4との間に間接
的に帰還がかかってしまうこともなくなる。
【0051】従って、これら整合回路6,7,8を介し
て間接的に複数の半導体増幅チップ3,4の間で帰還が
かかってしまう事を抑制することができ、高周波高出力
信号を入力したとしても発振することなく更に安定して
増幅することができる効果がある。
【0052】なお、以上の実施の形態では増幅回路が2
段である場合を例に説明したが、3段以上のものであっ
ても同様である。
【0053】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
のグランド層を備えるとともに各種の半導体素子の積載
位置に当該グランド層に接続されたチップ積載パターン
が形成されるモジュール多層基板と、半導体基板上に増
幅回路が形成されるとともに、増幅回路のグランドが上
記チップ積載パターンに電気的に接続された状態で上記
モジュール多層基板上に積載される半導体増幅素子とを
備える多段増幅装置において、上記半導体増幅素子を各
増幅回路毎に設けるとともに、上記半導体増幅素子毎に
上記チップ積載パターンを分離したので、複数の半導体
増幅素子のグランドはモジュール多層基板のグランド層
において初めて電気的に接続されるようになる。
【0054】従って、複数の増幅回路の間で帰還が生じ
るとしてもグランド層において帰還が生じることとなる
ので、従来のようにチップ積載パターンにおいて帰還が
生じている場合に比べて低いリアクタンスにて外部のグ
ランドに接続されているグランド層において帰還が生じ
ることとなり、ひいては高周波高出力信号を入力したと
しても発振することなく安定して増幅することができる
効果がある。
【0055】また、上記複数の半導体増幅素子の替わり
に、半導体基板上に複数の増幅回路がそれぞれのグラン
ドが分離して形成された半導体増幅素子を備えるととも
に、各増幅回路が別々のチップ積載パターンに接続され
ることでも同様の効果を得ることができる。
【0056】なお、これらの半導体増幅素子は、例え
ば、半導体基板の増幅回路形成面の裏面に各増幅回路毎
に分離して形成されたグランドプレーンを備え、当該グ
ランドプレーンを直接チップ積載パターンに当接させた
状態で積載されても、半導体基板の増幅回路形成面と同
じ面に各増幅回路毎に分離して形成されたグランドプレ
ーンを備え、当該グランドプレーンと各チップ積載パタ
ーンとをボンディングワイヤーにて接続した状態で積載
されても、あるいは、半導体基板の増幅回路形成面と同
じ面に各増幅回路毎に分離して形成されたグランドプレ
ーンを備え、当該グランドプレーンと各チップ積載パタ
ーンとを半田バンプにて接続した状態で積載されてもよ
い。そして、1番目や3番目の積載方式であれば、2番
目の積載方式に比べて半導体基板自体のサイズの小型化
を図りつつ且つ当該半導体基板の積載位置のみにチップ
積載パターンを形成すればよいので装置として小型化を
図ることができる。また、2番目や3番目の積載方式で
あれば、複数の増幅回路を1つの半導体基板上にまとめ
て形成した場合であっても1番目のもののようにグラン
ドプレーンと増幅回路とを接続するバイアホールを設け
る必要が無いので半導体増幅素子の構造を簡略化させる
ことができる。
【0057】この発明によれば、各チップ積載パターン
が、装置外部に直接接続されているグランド層のみにバ
イアホールを用いて接続されているので、例えば当該グ
ランド層以外のグランド層に当該バイアホールが接続さ
れている場合に比べてより低いリアクタンスにて外部の
グランドに接続されたグランド層において半導体増幅素
子同士のグランドプレーンが接続されることとなり、高
周波高出力信号を入力したとしても発振することなく更
に安定して増幅することができる効果がある。
【0058】この発明によれば、各半導体増幅素子の入
力あるいは出力に接続され、これら半導体素子同士ある
いはこれら半導体素子とその他の周辺回路とを接続する
ための整合回路を備えるとともに、当該整合回路のグラ
ンドも、装置外部に直接接続されているグランド層のみ
にバイアホールを用いて接続されているので、これら整
合回路を介して間接的に複数の半導体増幅素子の間で帰
還がかかってしまう事を抑制することができ、高周波高
出力信号を入力したとしても発振することなく更に安定
して増幅することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による増幅回路モジ
ュール(多段増幅装置)の構成を示す斜視図(a)およ
びA−B断面図(b)である。
【図2】 この発明の実施の形態1による増幅回路モジ
ュールの等価回路を示す回路図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による増幅回路モジ
ュール(多段増幅装置)の構成を示す斜視図(a)およ
びA−B断面図(b)である。
【図4】 この発明の実施の形態2による増幅回路モジ
ュールの等価回路を示す回路図である。
【図5】 この発明の実施の形態3による増幅回路モジ
ュール(多段増幅装置)の構成を示す斜視図(a)およ
びA−B断面図(b)である。
【図6】 この発明の実施の形態3による増幅回路モジ
ュールの等価回路を示す回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態4による増幅回路モジ
ュール(多段増幅装置)の構成を示す斜視図(a)およ
びA−B断面図(b)である。
【図8】 この発明の実施の形態4による増幅回路モジ
ュールの等価回路を示す回路図である。
【図9】 この発明の実施の形態5による増幅回路モジ
ュール(多段増幅装置)の構成を示す斜視図(a)およ
びA−B断面図(b)である。
【図10】 この発明の実施の形態5による増幅回路モ
ジュールの等価回路を示す回路図である。
【図11】 この発明の実施の形態6による増幅回路モ
ジュール(多段増幅装置)の構成を示す斜視図(a)お
よびC−D断面図(b)である。
【図12】 この発明の実施の形態6による増幅回路モ
ジュールの等価回路を示す回路図である。
【図13】 従来の多段増幅装置の一例である従来の増
幅回路モジュールの構成を示す斜視図(a)、A−B断
面図(b)およびC−D断面図(c)である。
【図14】 図13に示す多段増幅装置の等価回路を示
す回路図である。
【符号の説明】
1 モジュール多層基板、2 入力ピン端子、3 前段
半導体増幅チップ(半導体増幅素子)、4 後段半導体
増幅チップ(半導体増幅素子)、5 出力ピン端子、6
入力整合回路(整合回路)、7 段間整合回路(整合
回路)、8 出力整合回路(整合回路)、9 半導体基
板、10 増幅回路、11 入力パッド、12 出力パ
ッド、13 入出力パッド、14 グランドプレーン、
15 第一グランド層(グランド層)、16 第二グラ
ンド層(グランド層)、17 第一バイアホール(バイ
アホール)、18 配線層、19 チップ積載パター
ン、20 第二バイアホール(バイアホール)、21
等価入力端子、22 等価入力整合回路、23 等価前
段増幅回路、24 等価段間整合回路、25 等価後段
増幅回路、26 等価出力整合回路、27 等価出力端
子、28 等価第一グランド層、29 等価第二グラン
ド層、30 等価第一リアクタンス、31 等価前段リ
アクタンス、32 等価後段リアクタンス、33 半導
体基板、34前段増幅回路(増幅回路)、35 後段増
幅回路(増幅回路)、36 グランドプレーン、37
バイアホール、38 等価前段リアクタンス、39 等
価後段リアクタンス、40 グランドパッド、41 ボ
ンディングワイヤー、42 等価前段リアクタンス、4
3 等価後段リアクタンス、44 グランドパッド、4
5 半田バンプ、46 等価前段リアクタンス、47
等価後段リアクタンス、48 第二グランド層、49
等価前段リアクタンス、50 等価後段リアクタンス、
51 第二グランド層、52 入力信号線の等価回路、
53 入力容量チップの等価回路、54 入力抵抗チッ
プの等価回路、55 段間信号線の等価回路、56 段
間第一容量チップの等価回路、57 段間第二容量チッ
プの等価回路、58 出力信号線の等価回路、59 出
力抵抗チップの等価回路、60 出力容量チップの等価
回路、61 等価入力整合リアクタンス、62 等価段
間整合リアクタンス、63 等価出力整合リアクタン
ス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 正敏 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 池田 幸夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5J067 AA01 AA04 AA41 CA54 CA92 FA16 HA09 HA25 HA29 HA33 KA29 KA66 KA68 KS11 LS01 MA08 MA11 QA04 SA13

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のグランド層を備えるとともに各種
    の半導体素子の積載位置に当該グランド層に接続された
    チップ積載パターンが形成されるモジュール多層基板
    と、 半導体基板上に増幅回路が形成されるとともに、増幅回
    路のグランドが上記チップ積載パターンに電気的に接続
    された状態で上記モジュール多層基板上に積載される半
    導体増幅素子とを備える多段増幅装置において、 上記半導体増幅素子を各増幅回路毎に設けるとともに、
    上記半導体増幅素子毎に上記チップ積載パターンを分離
    した多段増幅装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の複数の半導体増幅素子の
    替わりに、半導体基板上に複数の増幅回路がそれぞれの
    グランドが分離して形成された半導体増幅素子を備える
    とともに、各増幅回路が別々のチップ積載パターンに接
    続されることを特徴とする請求項1記載の多段増幅装
    置。
  3. 【請求項3】 半導体増幅素子は、半導体基板の増幅回
    路形成面の裏面に各増幅回路毎に分離して形成されたグ
    ランドプレーンを備え、当該グランドプレーンを直接チ
    ップ積載パターンに当接させた状態で積載されることを
    特徴とする請求項1または請求項2記載の多段増幅装
    置。
  4. 【請求項4】 半導体増幅素子は、半導体基板の増幅回
    路形成面と同じ面に各増幅回路毎に分離して形成された
    グランドプレーンを備え、当該グランドプレーンと各チ
    ップ積載パターンとをワイヤーボンディングにて接続し
    た状態で積載されることを特徴とする請求項1または請
    求項2記載の多段増幅装置。
  5. 【請求項5】 半導体増幅素子は、半導体基板の増幅回
    路形成面と同じ面に各増幅回路毎に分離して形成された
    グランドプレーンを備え、当該グランドプレーンと各チ
    ップ積載パターンとを半田バンプにて接続した状態で積
    載されることを特徴とする請求項1または請求項2記載
    の多段増幅装置。
  6. 【請求項6】 各チップ積載パターンは、装置外部に直
    接接続されているグランド層のみにバイアホールを用い
    て接続されていることを特徴とする請求項1または請求
    項2記載の多段増幅装置。
  7. 【請求項7】 各半導体増幅素子の入力あるいは出力に
    接続され、これら半導体素子同士あるいはこれら半導体
    素子とその他の周辺回路とを接続するための整合回路を
    備えるとともに、 当該整合回路のグランドも、装置外部に直接接続されて
    いるグランド層のみにバイアホールを用いて接続されて
    いることを特徴とする請求項6記載の多段増幅装置。
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