JP2005236685A - マイクロ波電力増幅モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイボンド工程の数を削減できるマイクロ波電力増幅モジュールを提供す。
【解決手段】 マイクロ波電力増幅モジュール１は、第１の半導体チップ６０に第１の増幅段のための電界効果トランジスタ６および第２の増幅段のための電界効果トランジスタ８を含んでいる。したがって、第１の半導体チップ６０のダイホンドによって、２つの電界効果トランジスタ６，８を一度に実装することができる。よって、これまで電界効果トランジスタ毎に必要であったダイボンド工程の数を削減できる。また、配線基板４０は、電界効果トランジスタ６のゲート電極６ｇに接続される第１の導電パターン８０と電界効果トランジスタ８のドレイン電極８ｄに接続される第２の導電パターン８２との間に第１のグランドパターン９０を有している。これにより、第１および第２の増幅段で生じる発振や共振を抑制することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、マイクロ波電力増幅モジュールに関するものである。

特許文献１に記載された電力増幅モジュールは、複数個の増幅段を含んでいる。この電力増幅モジュールは、増幅段毎に電界効果トランジスタのベアチップを用いており、このベアチップは基板にダイボンドされている。
特開平０９−０９７８７２号公報

上述の電力増幅モジュールでは、各ベアチップが各増幅段のための電界効果トランジスタを含んでいるので、実装に際して電界効果トランジスタの数に相当する回数のダイボンド工程が必要となる。そのため、製造工程の点で改善の余地があった。

そこで、本発明の目的は、ダイボンド工程の数を削減できるマイクロ波電力増幅モジュールを提供することとする。

本発明のマイクロ波電力増幅モジュールは、複数の増幅段を含むマイクロ波電力増幅モジュールであって、（ａ）第１の増幅段のための第１の電界効果トランジスタ、並びに第１の電界効果トランジスタのドレインからの信号を受けるゲートを有しており第２の増幅段のための第２の電界効果トランジスタを含む半導体チップと、（ｂ）第１の電界効果トランジスタのゲートに接続される第１の導電パターン、第２の電界効果トランジスタのドレインに接続される第２の導電パターン、および第１の導電パターンと第２の導電パターンとの間に設けられた第１のグランドパターンを含む配線基板と、（ｃ）配線基板を搭載するベースと、を備え、半導体チップは、ベース上に設けられていることを特徴とするものである。

上記マイクロ波電力増幅モジュールは、単一の半導体チップに第１および第２の電界効果トランジスタを含んでいる。そのため、この半導体チップをダイボンドすれば、２つの電界効果トランジスタを一度に実装することができる。その結果、ダイボンド工程の数を削減することができる。また、マイクロ波を増幅する２つの電界効果トランジスタを１つの半導体チップに入れると、増幅段で発振や共振が起こることがある。上記マイクロ波電力増幅モジュールは、第１のグランドパターンを設けているので、第１の電界効果トランジスタのゲートが受ける信号と第２の電界効果トランジスタのドレインから出される信号との間で生じる干渉を低減することができる。その結果、発振や共振を抑制することができる。

本発明のマイクロ波電力増幅モジュールでは、配線基板は、第１の電界効果トランジスタのドレインに設けられたドレイン電極に接続される第３の導電パターン、第２の電界効果トランジスタのゲートに設けられたゲート電極に接続される第４の導電パターン、および第３の導電パターンと第４の導電パターンとの間に設けられた第２のグランドパターンを含み、半導体チップは、第１の縁および該第１の縁に対向する第２の縁を有しており、第１の電界効果トランジスタのゲート電極および第２の電界効果トランジスタのドレイン電極は、第１の縁に沿って配置され、第１の電界効果トランジスタのドレイン電極および第２の電界効果トランジスタのゲート電極は、第２の縁に沿って配置されている、ことを特徴としても良い。

上記マイクロ波電力増幅モジュールは、第２のグランドパターンを設けているので、第１の電界効果トランジスタのドレインから出される信号と第２の電界効果トランジスタのゲートが受ける信号との間で生じる干渉を低減できる。その結果、増幅段での発振や共振を抑制することができる。

本発明のマイクロ波電力増幅モジュールは、第１の電界効果トランジスタのソースは第２の電界効果トランジスタのソースと半導体チップ内において分離されている、ことを特徴としても良い。

上記マイクロ波電力増幅モジュールでは、第１および第２の電界効果トランジスタは半導体チップにおいてソースを共有しない。したがって、第１の電界効果トランジスタから第２の電界効果トランジスタのソースへ、あるいは第２の電界効果トランジスタのソースから第１の電界効果トランジスタのソースへ、のノイズのまわり込みを抑制することができる。

以上説明したように、本発明のマイクロ波電力増幅モジュールによれば、ダイボンド工程の数を削減できる。

引き続いて、添付図面を参照しながら、マイクロ波電力増幅モジュールに係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は本発明の実施形態に係るマイクロ波電力増幅モジュールの回路図である。マイクロ波電力増幅モジュール１は、例えば移動体通信システムの基地局で用いられる電力増幅モジュールであり、第１の増幅段１２、第２の増幅段１４、および第３の増幅段１６を備える。第１の増幅段１２は第１の電界効果トランジスタ６を有し、第２の増幅段１４は第２の電界効果トランジスタ８を有し、第３の増幅段１６は第３の電界効果トランジスタ１０を有している。第１、第２および第３の電界効果トランジスタ６，８，１０としては、例えばＧａＡｓ化合物半導体トランジスタが用いられる。

第１の増幅段１２は、第１の電界効果トランジスタ６を含む増幅部１２ｃ、および第１の電界効果トランジスタ６のゲートと入力端子Ｐｉｎとの間に配置された入力インピーダンス整合回路１２ａを有している。さらに第１の増幅段１２は、電源Ｖ１と第１の電界効果トランジスタ６のゲートとの間に配置された入力バイアス回路１２ｂ、および第１の電界効果トランジスタ６のドレインと第２の増幅段１４との間に配置された出力インピーダンス整合回路１２ｅを有している。増幅部１２ｃは、第１の電界効果トランジスタ６に加えて、電源Ｖ２と第１の電界効果トランジスタ６のドレインとの間に配置された負荷回路１２ｄ、および第１の電界効果トランジスタ６のゲートとドレインとの間に配置された帰還回路１２ｈを含んでいる。

第２の増幅段１４は、第２の電界効果トランジスタ８、負荷回路１４ｄ、および帰還回路１４ｈを含む増幅部１４ｃと、入力インピーダンス整合回路１４ａと、を有している。第２の電界効果トランジスタ８のゲートは、第１の電界効果トランジスタ６のドレインからの信号を入力インピーダンス整合回路１４ａを介して受ける。第２の増幅段１４は、出力バイアス回路１４ｄ、および第２の電界効果トランジスタ８のドレインと第３の増幅段１６との間に配置された出力インピーダンス整合回路１４ｅを有する。

第３の増幅段１６は、第３の電界効果トランジスタ１０および負荷回路１４ｄを含む増幅部１６ｃと、入力インピーダンス整合回路１６ａと、入力バイアス回路１６ｂと、を有する。第３の増幅段１６は、出力端子Ｐｏｕｔと第３の電界効果トランジスタ１０のドレインとの間に配置された出力インピーダンス整合回路１６ｅを有する。なお、本実施形態では、増幅部１６ｃは帰還回路を有していないため電力増幅に好適であるが、帰還回路を有するとしても良い。

図２は、マイクロ波電力増幅モジュール１の実装を示す図であり、図３は、図２に示す第１のヒートスプレッダ５０と第１の半導体チップ６０とを拡大した図である。また、図４は、図３のＩ−Ｉ線に沿ってとられた断面を示す図である。

図２および図４に示すように、マイクロ波電力増幅モジュール１は、ベース３０と、第１のヒートスプレッダ５０と，第２のヒートスプレッダ５２と、第１の半導体チップ６０と、第２の半導体チップ６２と、配線基板４０と、樹脂体１００と、を備えている。

ベース３０は、配線基板４０と、第１および第２のヒートスプレッダ５０，５２と、を搭載する部材であり、例えば上下面がほぼ長方形をなす板状の部材である。ベース３０は、配線基板４０よりも大きい熱伝導率を有する材料として、例えばＣｕなどの金属から構成されている。

図２に示すように、第１および第２のヒートスプレッダ５０，５２はベース３０上に搭載されている。第１のヒートスプレッダ５０は、金属製のチップ設置台であり、第１の半導体チップ６０を搭載し固定するためのチップ搭載面５０ａを有している。第２のヒートスプレッダ５２もまた金属製のチップ設置台であり、第２の半導体チップ６２を搭載し固定するためのチップ搭載面５０ａを有している。第１のヒートスプレッダ５０は、配線基板４０に形成された第１の開口４０ａにおいて露出しており、第２のヒートスプレッダ５２は、配線基板４０に形成された第２の開口４０ｂにおいて露出している。第１および第２のヒートスプレッダ５０，５２は、配線基板４０よりも大きい熱伝導率を有する材料からなり、例えばＣｕＷで構成されている。

図３に示すように、第１の半導体チップ６０は、例えば半導体基板に第１および第２の電界効果トランジスタ６，８を形成したベアチップであることができる。第１の半導体チップ６０は、第１および第２の縁６０ａ，６０ｂを有している。第１の電界効果トランジスタ６のゲート電極６ｇおよび第２の電界効果トランジスタ８のドレイン電極８ｄは、第１の縁６０ａに沿って配置されている。第１の電界効果トランジスタ６のドレイン電極６ｄおよび第２の電界効果トランジスタ８のゲート電極８ｇは、第２の縁６０ｂに沿って配置されている。

このような第１の半導体チップ６０は、第１のヒートスプレッダ５０のチップ搭載面５０ａ上にダイボンドによって実装される。そして、第１の半導体チップ６０に含まれる第１の電界効果トランジスタ６のゲート電極およびドレイン電極６ｇ，６ｄ、ならびに第２の電界効果トランジスタ８のゲート電極およびドレイン電極８ｇ，８ｄは、複数のワイヤ７０で配線基板４０に接続される。第１の電界効果トランジスタ６のソース電極６ｓは、ワイヤ７１ａを介してベース３０に接続される。第２の電界効果トランジスタ８のソース電極８ｓは、ワイヤ７１ｂを介してベース３０に接続される。

図２に示すように、第２の半導体チップ６２は、例えば半導体基板に第３の電界効果トランジスタ１０を形成したベアチップであることができる。第２の半導体チップ６２は、第２のヒートスプレッダ５２のチップ搭載面５２ａ上にダイボンドによって実装される。第３の電界効果トランジスタ１０のゲート電極およびドレイン電極は、配線基板４０にワイヤ７０で接続される。

図２および図４に示すように、配線基板４０はベース３０上に搭載されており、例えばベース３０とほぼ同じ大きさをなす長方形の板状の部材であることができる。配線基板４０の第１および第２のヒートスプレッダ５０，５２に対応する領域には、上下面を貫通する第１および第２の開口４０ａ，４０ｂが設けられている。

配線基板４０の上面には、例えばＣｕといった金属からなる配線パターンが設けられている。配線パターンはインダクタを形成するとともに、キャパシタおよび抵抗器を設けた素子Ｔ１〜Ｔ２８を接続する。

配線パターンには、第１の電界効果トランジスタ６のゲート電極６ｇに接続される第１の導電パターン８０と、第２の電界効果トランジスタ８のドレイン電極８ｄに接続される第２の導電パターン８２と、第１の導電パターン８０と第２の導電パターン８２との間に設けられた第１のグランドパターン９０と、が含まれる。第１のグランドパターン９０は、配線基板４０の上下面を貫通する孔９０ａを有しており、孔９０ａを介してベース３０に接続されている。

第１の導電パターン８０、第２の導電パターン８２、および第１のグランドパターン９０は、第１の半導体チップ６０の第１の縁６０ａに沿って配置されていることが好ましい。このように配置することにより、第１の導電パターン８０およびゲート電極６ｇの距離、ならびに第２の導電パターン８２およびドレイン電極８ｄの距離が近くなり、接続に用いるワイヤ７０の長さを短くすることができる。

配線パターンには、第１の電界効果トランジスタ６のドレイン電極６ｄに接続される第３の導電パターン８４と、第２の電界効果トランジスタ８のゲート電極８ｇに接続される第４の導電パターン８６と、第３の導電パターン８４と第４の導電パターン８６との間に設けられた第２の第２のグランドパターン９２と、が含まれる。第２のグランドパターン９２は、配線基板４０の上下面を貫通する孔９２ａを有しており、孔９２ａを介してベース３０に接続している。

第３の導電パターン８４、第４の導電パターン８６、および第２のグランドパターン９２は、第１の半導体チップ６０の第２の縁６０ｂに沿って配置されていることが好ましい。このように配置することにより、第３の導電パターン８４およびドレイン電極６ｄの距離、ならびに第４の導電パターン８６およびゲート電極８ｇの距離が近くなり、接続に用いるワイヤ７０の長さを短くすることができる。

樹脂体１００は、第１および第２の半導体チップ６０，６２とワイヤ７０とを覆っている。樹脂体１００は、これらを保護する役割を有している。

本実施形態に係るマイクロ波電力増幅モジュール１において、第１の導電パターン８０は、第１の電界効果トランジスタ６のゲート電極６ｇに入力される信号を伝送する。第２の導電パターン８２は、第２の電界効果トランジスタ８のドレイン電極８ｄから出力された信号を伝送する。第１のグランドパターン９０は、第１の導電パターン８０および第２の導電パターン８２の直接的なカップリングを小さくする。

また、第３の導電パターン８４は、第１の電界効果トランジスタ６のドレイン電極６ｄから出力された信号を伝送する。第４の導電パターン８６は、第２の電界効果トランジスタ８のゲート電極８ｇに入力される信号を伝送する。第２のグランドパターン９２は、第３の導電パターン８４と第４の導電パターン８６との間に生じる直接的なカップリングを小さくする。

このように、マイクロ波電力増幅モジュール１は、第１の半導体チップ６０が第１および第２の電界効果トランジスタ６，８を含んでいる。そのため、第１の半導体チップ６０のダイホンドによって、２つの電界効果トランジスタ６，８を実装することができる。したがって、これまで電界効果トランジスタの数に相当する回数必要であったダイボンド工程の数が削減できる。また、第１の電界効果トランジスタ６のゲート電極６ｇに接続される第１の導電パターン８０と第２の電界効果トランジスタ８のドレイン電極８ｄに接続される第２の導電パターン８２との間に第１のグランドパターン９０を設けているので、ゲート電極６ｇに入力される信号とドレイン電極８ｄから出力された信号との間で生じる干渉が低減される。したがって、本発明のマイクロ波電力増幅モジュール１においては、発振や共振を抑制することができる。

また、マイクロ波電力増幅モジュール１は、第１の電界効果トランジスタ６のドレイン電極６ｄに接続される第３の導電パターン８４と第２の電界効果トランジスタ８のゲート８ｇに接続される第４の導電パターン８６との間に第２のグランドパターン９２を設けている。よって、ドレイン電極６ｄから出力された信号とゲート８ｇに入力される信号との間で生じる干渉が低減される。

さらに、マイクロ波電力増幅モジュール１においては、第１の電界効果トランジスタ６のソース電極６ｓはワイヤ７１ａでベース３０に接続され、第２の電界効果トランジスタ８のソース電極６ｓはワイヤ７１ｂでベース３０に接続される。したがって、第１および第２の電界効果トランジスタ６，８は第１の半導体チップ６０においてソースを共有しない。よって、ソース電極６ｓからソース電極８ｓへ、あるいはソース電極８ｓからソース電極６ｓへ、のノイズのまわり込みを抑制することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、ベース３０の構成材料はＣｕであり、第１および第２のヒートスプレッダ５０，５２の構成材料はＣｕＷである。しかしながら、ベース３０や第１および第２のヒートスプレッダ５０，５２の構成材料は、配線基板４０よりも大きい熱伝導率を有する材料であれば、その他種々の材料を適用されうる。

また、上記実施形態では、配線基板４０は第１および第２の開口４０ａ，４０ｂを有しており、ベース３０上に搭載された第１のヒートスプレッダ５０は開口４０ａにおいて露出し、第２のヒートスプレッダ５２は開口４０ｂにおいて露出している。しかしながら、配線基板４０は開口４０ａ，４０ｂを有していなくてもよい。この場合、第１および第２のヒートスプレッダ５０，５２を配線基板４０上に搭載することとなる。

図１は本発明の実施形態に係るマイクロ波電力増幅モジュールの回路図である。 図２は、マイクロ波電力増幅モジュールの実装を示す図である。 図３は、第１のヒートスプレッダと第１の半導体チップとを拡大した図である。 図４は、図３のＩ−Ｉ線に沿ってとられた断面を示す図である。

符号の説明

１・・・マイクロ波電力増幅モジュール、６・・・第１の電界効果トランジスタ、８・・・第２の電界効果トランジスタ、１０・・・第３の電界効果トランジスタ、１２・・・第１の増幅段、１４・・・第２の増幅段、１６・・・第３の増幅段、３０・・・ベース、４０・・・配線基板、５０・・・第１のヒートスプレッダ、５２・・・第２のヒートスプレッダ、６０・・・第１の半導体チップ、６２・・第２の半導体チップ、７０，７１ａ，７１ｂ・・・ワイヤ、８０・・・第１の導電パターン、８２・・・第２の導電パターン、８４・・・第３の導電パターン、８４・・・第４の配線、９０・・・第１のグランドパターン、９２・・・第２のグランドパターン、１００・・・樹脂体。

Claims (3)

1. 複数の増幅段を含むマイクロ波電力増幅モジュールであって、
   第１の増幅段のための第１の電界効果トランジスタ、並びに前記第１の電界効果トランジスタのドレインからの信号を受けるゲートを有しており第２の増幅段のための第２の電界効果トランジスタを含む半導体チップと、
   前記第１の電界効果トランジスタのゲートに接続される第１の導電パターン、前記第２の電界効果トランジスタのドレインに接続される第２の導電パターン、および前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンとの間に設けられた第１のグランドパターンを含む配線基板と、
   前記配線基板を搭載するベースと、
   を備え、
   前記半導体チップは、前記ベース上に設けられていることを特徴とするマイクロ波電力増幅モジュール。
2. 前記配線基板は、前記第１の電界効果トランジスタのドレインに設けられたドレイン電極に接続される第３の導電パターン、前記第２の電界効果トランジスタのゲートに設けられたゲート電極に接続される第４の導電パターン、および前記第３の導電パターンと前記第４の導電パターンとの間に設けられた第２のグランドパターンを含み、
   前記半導体チップは、第１の縁および該第１の縁に対向する第２の縁を有しており、前記第１の電界効果トランジスタのゲート電極および前記第２の電界効果トランジスタのドレイン電極は、前記第１の縁に沿って配置され、前記第１の電界効果トランジスタの前記ドレイン電極および前記第２の電界効果トランジスタの前記ゲート電極は、前記第２の縁に沿って配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載されたマイクロ波電力増幅モジュール。
3. 前記第１の電界効果トランジスタのソースは、前記第２の電界効果トランジスタのソースと前記半導体チップ内において分離されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載されたマイクロ波電力増幅モジュール。

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