JP2006025405A - 接続回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部容量やスタブ等を用いることなく各電子部品のインピーダンスを等しくする、高効率で歪みの少ない接続回路装置を提供する。
【解決手段】 電極５に直接接続される第１接続端子１５と、容量１７を介して接続される第２接続端子１６と、第２容量２２を介して接続される第３接続端子２１を、電極５に隣接して１つ乃至複数個配列する。第２接続端子１６に誘導性を有する接地接続線１８を接続し、接地接続線１８と容量１７によって形成した直列共振回路を高調波において共振させ、接地することで高調波において電極５を短絡させる。第３接続端子に誘導性を有して接地された誘導性接地接続線２４を接続し、第２容量２２と誘導性接地接続線２４によって動作信号に対して整合回路を形成する。第１接続端子１５には直流接続線２６を介して直流回路２７が接続されており、電子部品１４に直流バイアスを供給する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、高周波で用いる電力増幅装置、例えば移動体通信機器に搭載される電力増幅回路に関し、特にインピーダンス整合を目的とした接続回路装置に関するものである。

近年、携帯電話等の移動体通信システムが広く用いられている。このような移動体通信システムに用いられる移動体通信機器においては、通信機器の小型化及び作動時間の長時間化の要求に対処するため、移動体通信機器の低消費電力化が重要な課題となっている。そのため、特に多くの電力を消費する電力増幅装置の低消費電力化が望まれている。また、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調信号に代表されるような信号処理技術が普及したことによって、歪みなく動作する電力増幅装置及び通信システムが必要となっている。

移動体通信機器に用いられる電力増幅装置には、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＨＢＴ（Heterojunction Bipolar Transistor）、ＭＯＳ（Metal Oxided Semiconductor）型トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等のトランジスタが増幅器として用いられ、これらのトランジスタに直流電力を供給するバイアス回路、トランジスタの入出力インピーダンスを整合する整合回路等とともに電力増幅回路を形成している。

電力増幅回路に用いるトランジスタは、通常、高出力に対応するべく複数のトランジスタが並列に接続されているため、出力のインピーダンスが非常に低くなり、特に外部回路とインピーダンスを整合させる整合回路においては、インピーダンス変換比が大きいことに起因して出力整合回路周辺の電力損失が大きくなる傾向がある。このような損失を低減して電力増幅装置の高効率化を図る方法としては、トランジスタと出力整合回路の接続を複数の接続線を用いて行う方法や、パッケージ内部のトランジスタ直近でインピーダンスを変換して整合させる、いわゆる内部整合回路を用いる方法、或いは、高調波の波形を制御する、いわゆるＦ級動作を行うような電力増幅方式を用いるのが一般的である。

Ｆ級動作はＢ級動作の一種であり、増幅器であるトランジスタの電流と電圧の波形を制御し、無駄に消費する電力を低減することにより装置の高効率化を実現する技術である。一般的に増幅回路の高効率化（消費電力の低減）と低歪み化は相反するものであるため、高効率化を実現するＦ級動作は、低歪み化を実現する技術でもあると言える。具体的には、トランジスタ側から見た整合回路のインピーダンスを、動作信号である基本波の３倍、５倍、７倍等の奇数倍高調波を開放に、動作信号の２倍、４倍、６倍等の偶数倍高調波を短絡に見えるようにすることで実現されるが、波形制御の効果が電力増幅装置の効率に与える影響は高調波の周波数が高くなるほど小さくなるため、特に基本波の２倍波（第２高調波）を短絡させることを重視する。従って、通常は整合回路に第２高調波を制御する機能を付加して高効率、且つ低歪みの動作を実現する。

さらに、トランジスタの整合回路及びその周辺回路には、トランジスタに印加する直流バイアスと高周波信号を分離し、それぞれが干渉しないように別回路に導出する働きも求められる。通常、直流回路に直列インダクタを、高周波回路に直列容量を付加して実現する。

例えば特許文献１には、複数の接続線を用いてトランジスタと整合回路を接続するとともに、トランジスタの入出力直近でインピーダンス変換を行う内部整合回路と、第２高調波を直列共振させる集中定数回路とを設けることにより、回路を大型化することなく高効率な高周波増幅器を実現する方法が開示されている。

また、特許文献２には、トランジスタとＭＯＳ型コンデンサから成る高周波シヤント型内部整合回路において、トランジスタとコンデンサとを接続するワイヤを、トランジスタの入力側と出力側とで実質的に対称且つ同一長となるように配設して各トランジスタセルを均一に動作させることにより、トランジスタの特性を向上させる方法が開示されている。また、特許文献３には、特定の高調波が短絡するオープンスタブやショートスタブ、或いはインダクタンスと容量の直列共振回路等をトランジスタの出力端に並列接続する高出力増幅器が開示されている。

ここで、特許文献１に開示された構成を、特許文献２に開示されたような２倍波短絡回路に組み合わせた場合について説明する。図１２は、インダクタンス及び容量から成る直列共振回路をトランジスタと外部回路（整合回路）との間に並列接続した高周波増幅器の部分平面図であり、図１３は図１２の矢印Ａ方向から見た側面図、図１４は高周波増幅器の回路図である。

Ｃｕ−Ｗ合金等の金属から成る接地導体１の上面には、半導体基板２及び外部基板３が所定の間隔を隔てて配置されている。半導体基板２上には、トランジスタ４、電極５及びトランジスタ４上に配置された複数の半導体素子６が搭載されており、外部基板３上には動作信号を整合する整合回路である外部回路７が搭載されている。８はトランジスタ４の電極５に隣接して設けられた接続端子であり、接続端子８と外部回路７とは複数（ここでは４本）の接続線９ａにより電気的に接続されている。また、半導体基板２と外部基板３との間には外付け容量１０が搭載されており、外付け容量１０と外部回路７とは複数（ここでは３本）の接続線９ｂにより電気的に接続されている。なお、ここでは説明の便宜のためトランジスタ４の出力側の接続についてのみ記載している。

図１４に示すように、外付け容量１０は、その一端が接続線９ｂを介して外部回路７に並列に接続されており、他端は接地導体１に接地している。このとき、接続線９ｂ及び外付け容量１０から構成される並列回路１１を、高周波増幅器が近似的なＦ級増幅器を構成するように、即ち、動作信号の第２高調波に共振するような接続線９ｂ及び外付け容量１０から成る共振回路（短絡回路）となるように各素子の定数を定めることにより、回路を小型化するとともに装置の高効率化及び低歪み化を実現することができ、さらにトランジスタ４の入力側についても出力側と対称に接続することにより、トランジスタ４の特性を向上させることができる。

しかしながら、この構成においては、並列回路１１の接続点１２とトランジスタ４との間に接続線９ａが存在するため、この接続線９ａにより高調波の位相が回ってしまい並列回路１１の第２高調波に対する短絡効果が低くなるという問題があった。また、高周波の周波数が高くなるほど電力損失が大きくなる傾向があるため、第２高調波を制御する回路はトランジスタの直近に配置することが望ましい。しかし、図１４の回路構成では並列回路１１の接続点１２とトランジスタ４との距離が接続線９ａの挿入により大きくなるため、電力損失が大きくなってしまう。この接続線９ａによる電力損失は、動作信号に留まらず第２高調波に対しても発生するため、並列回路１１の第２高調波に対する短絡効果を弱めるという問題が生じる。

さらに、トランジスタを高周波動作させる回路ではトランジスタから整合回路を見たときのインピーダンスが重要であり、図１２に示すように、複数の半導体素子６を並列動作させる際には各々の半導体素子６から見たインピーダンスが等しいことが望ましい。しかしながら、図１２の構造では、トランジスタ４に接続された外部回路７の最もトランジスタ寄りの部分に第２高調波の短絡回路である並列回路１１を接続しているが、所定の幅を有する外部回路７に間隔を隔てて複数の接続線９ｂを接続しているため、各半導体素子間で並列回路１１までの電気長に差が生じることとなる。

一般に、並列接続された回路間の電気長の差は、波長に対し１／１６程度であれば許容されるため、この電気長の差の１６倍を超える波長を持つ高周波では短絡回路の効果が十分に得られないという問題があり、周波数がさらに数倍高くなる高調波制御回路においてはより一層大きな問題となる。また、特許文献１〜３の方法では、いずれも外部容量やスタブ等が必要となり、増幅装置の実装面積の増加やコスト増を招くこととなる。そして、これらの回路においては直流バイアスと高周波信号を分離する機能は付加されていないため、外部回路７に直流を遮断する直列容量と、高周波を遮断する直列インダクタを付加する必要がある。
特開平６−６１５２号公報 特開平５−２６７９５６号公報 特開２０００−７７９５７号公報

本発明は上記問題点に鑑み、外部容量やスタブ等を用いることなく各電子部品のインピーダンスを等しくする、高効率で歪みなく動作する接続回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、半導体基板と、該半導体基板上に搭載される電子部品と、該電子部品の電極に隣接して配置される複数の接続端子から成る接続端子群と、を備え、前記半導体基板外に配置した外部回路と前記電極との間を前記接続端子群を介して接続する接続回路装置において、前記接続端子群は、前記電極に直接接続される第１接続端子と、前記電極に容量を介して接続される第２接続端子とから成ることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記第２接続端子に、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を接続し、前記容量と前記第２接続端子に接続された接続線とによって直列共振回路を形成したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記直列共振回路の一端を接地したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記第１接続端子に、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を接続し、前記容量と前記第１接続端子に接続された接続線とによって並列共振回路を形成したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記並列共振回路を前記外部回路と接続したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記直列共振回路或いは前記並列共振回路の共振周波数が、前記高周波信号の周波数であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記電子部品及び前記電極は、前記直列共振回路或いは前記並列共振回路の共振周波数となる高周波信号の波長に対して１６分の１以上の長さを有することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記電子部品は、複数の半導体素子を並列接続したものであり、前記接続端子群は、前記電極の長手方向の略全域に配置されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記半導体素子は、前記第２接続端子の個数と同数、或いは２倍の個数設けられており、前記半導体素子及び前記接続端子群を互いに平行に並べるとともに、各半導体素子と、それに対応する前記第２接続端子との最短距離が等しくなるように配置したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記高周波信号は、前記電子部品の動作周波数、及び該動作周波数の高調波であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記接続端子群は、前記電極に第２容量を介して接続される第３接続端子を含み、前記第３接続端子に前記外部回路を接続したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記電極に直流回路を接続したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記第１接続端子に、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を介して前記直流回路を接続したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記第３接続端子を、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を介して接地したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、前記電子部品はトランジスタであり、該装置をトランジスタの整合回路に用いたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の接続回路装置において、該装置は高出力増幅器であることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、電子部品の電極と外部回路との間を接続する接続端子群を、電極に直接接続される第１接続端子と、電極に容量を介して接続される第２接続端子とにより構成したので、インダクタンス及び容量から成る並列回路を電子部品の直近に配置して電力損失を抑制することができ、外部容量やスタブ等を用いることなく高効率且つ低歪みな接続回路装置とすることができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の接続回路装置において、第２接続端子に接続線を接続し、容量と第２接続端子に接続された接続線とによって直列共振回路を形成したことにより、並列回路を共振させて所望の高調波を効率良く短絡させることができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の接続回路装置において、直列共振回路の一端を接地したことにより、短絡させた高調波を装置外部へ放出する。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の接続回路装置において、第１接続端子に接続線を接続し、容量と第１接続端子に接続された接続線とによって並列共振回路を形成したことにより、所望の高調波に対してインピーダンス調整を行う際に動作信号の周波数におけるインピーダンスが変化せず、回路全体の再調整が不要となる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の接続回路装置において、並列共振回路を外部回路と接続したことにより、電子部品側から見た外部回路のインピーダンスが変化しない高効率且つ低歪みな接続回路装置とすることができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第２乃至第５のいずれかの構成の接続回路装置において、直列共振回路或いは並列共振回路の共振周波数を高周波信号の周波数としたことにより、所望の周波数の高周波を直列共振により短絡させ、或いは所望の周波数におけるインピーダンスを一定にすることができる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第２乃至第６のいずれかの構成の接続回路装置において、電子部品及び電極は、直列共振回路或いは並列共振回路の共振周波数となる高周波信号の波長に対して１６分の１以上の長さを有することにより、高周波信号の波長が並列接続された回路間の電気長の差の１６倍を超えず、共振回路の効果を十分に得ることができる。

また、本発明の第８の構成によれば、上記第１乃至第７のいずれかの構成の接続回路装置において、電子部品は複数の半導体素子を並列接続したものであり、接続端子群が電極の長手方向の略全域に配置されることにより、各接続端子から並列回路までの電気長が等しくなり、電子部品を構成する各半導体素子の高周波特性を均一にすることができる。

また、本発明の第９の構成によれば、上記第８の構成の接続回路装置において、半導体素子の個数を第２接続端子の個数と同数、或いは２倍の個数とし、半導体素子及び第２接続端子を平行に並べ、半導体素子と、対応する第２接続端子との最短距離が各半導体素子において等しくなるように配置したことにより、電極の長さに係わらず全ての半導体素子から見たインピーダンスが等しくなり、並列回路の短絡効果を妨げる要因がなくなる。

また、本発明の第１０の構成によれば、上記第２乃至第９のいずれかの構成の接続回路装置において、高周波信号は、電子部品の動作周波数、及び該動作周波数の高調波であることにより、動作信号の２倍、４倍、６倍等の偶数倍高調波、特に基本波の２倍波（第２高調波）を短絡させることで実現されるＦ級動作を、電力を損失することなく行うことができる。

また、本発明の第１１の構成によれば、上記第１乃至第１０のいずれかの構成の接続回路装置において、さらに第２容量を介して電極に接続される第３接続端子を設け、該第３接続端子に外部回路を接続したことにより、装置を大型化することなく、電極と外部回路の間に第２容量を介在させて回路構成素子を増やすことができる。

また、本発明の第１２の構成によれば、上記第１１の構成の接続回路装置において、直流回路を電極に接続したことにより、外部回路と電子部品が直流で分離され、外部回路の直流特性の影響なく電子部品に直流バイアスを供給することができる。

また、本発明の第１３の構成によれば、上記第１２の構成の接続回路装置において、第１接続端子に、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を介して直流回路を接続したことにより、直流回路と電子部品は高周波で分離され、直流回路の高周波特性の影響なく電子部品に直流バイアスを供給することができる。

また、本発明の第１４の構成によれば、上記第１１乃至第１３のいずれかの構成の接続回路装置において、第３接続端子を、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を介して接地したので、装置を大型化することなく、第２容量と外部回路の間に並列インダクタを介在させて回路構成素子を増やすことができる。また、一端が電子部品に接続され、他端が外部回路に接続されたインピーダンス変換回路が形成され、接続線の長さ、太さ、本数等を適宜設定することにより、電子部品のインピーダンス値を任意のインピーダンス値に変換することができる。

また、本発明の第１５の構成によれば、上記第１乃至第１４のいずれかの構成の接続回路装置において、電子部品がトランジスタであり、該装置をトランジスタの整合回路に用いたことにより、トランジスタ側から見た整合回路のインピーダンスを調整してトランジスタの特性を向上させることができる。

また、本発明の第１６の構成によれば、上記第１乃至第１５のいずれかの構成の接続回路装置において、該装置は高出力増幅器であることにより、回路を大型化することなく高効率且つ低歪みな高周波増幅器を実現する。

以下、本発明の接続回路装置を高周波増幅器の高周波短絡出力整合回路に適用した構成を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態の接続回路装置を示す平面図、図２は第１実施形態の接続回路装置を矢印Ａ方向から見た側面図、図３は接続回路装置の回路図である。従来例の図１２、図１３及び図１４と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図１に示すように、配線板１３上には接地導体１及び外部回路７が配置されており、接地導体１上には半導体基板２が配置されている。半導体基板２上には電子部品１４及び電極５が隣接して配置され、電子部品１４上には３個の半導体素子６が搭載されている。電子部品１４は半導体素子６を３個並列接続して形成されており、各半導体素子６の電極（図示せず）の一端は電極５に接続されている。電子部品１４から外部回路７までの電気長を揃えるためには、電極５は電子部品１４とほぼ等しい長さに形成されることが望ましい。電子部品１４と外部回路７とは、電極５に隣接して４箇所に設けられた第１接続端子１５及び４本の接続線９ａにより電気的に接続されている。

１６は、容量１７を１個ずつ備えた第２接続端子であり、各第１接続端子１５間に１箇所ずつ計３箇所に配置されている。容量１７の一端は電極５に接続されており、他端は第２接続端子１６に接続されている。第１接続端子１５及び第２接続端子１６は、電極５に接続される際、電極５の長手方向のほぼ全域に渉って配置される。このとき、容量１７及び第２接続端子１６は、各半導体素子６に対し１個ずつ配置され、各半導体素子６と対応する容量１７との距離が、全ての半導体素子６において等しく且つ最短となるようにする。なお、半導体素子６及び容量１７の個数は接続回路装置の目的及び用途に応じて任意に設定される。

第２接続端子１６は、接地接続線１８により接地導体１に接地されている。接地接続線１８は、電極５の長手方向と直交する方向、即ち接続線９ａと平行に配置するのが好ましい。この構成により、半導体素子６、電極５、容量１７、第２接続端子１６、接地接続線１８、及び接地導体１から成り、一端が半導体素子６に接続され、他端が接地された並列回路１１が形成される。このとき、接地接続線１８として接続回路装置の動作周波数において誘導性を有するものを用いることにより、並列回路１１は容量１７及び接地接続線１８から成る直列共振回路を形成する。容量１７の容量値、及び接地接続線１８の長さ、太さ、本数、接地導体１からの高さ等を適宜設定することにより、短絡させたい高調波の周波数で並列回路１１を共振させることができ、より微細な周波数調整や動作帯域調整を行うことが可能となる。

一方、電極５には第１接続端子１５も接続されており、第１接続端子１５は接続線９ａにより外部回路７に接続されているため、半導体素子６、電極５、第１接続端子１５、接続線９ａ、及び外部回路７から成り、一端が半導体素子６に接続された直列回路１９が形成される。このとき、並列回路１１の接地接続線１８と同様に、接続線９ａとして接続回路装置の動作周波数において誘導性を有するものを用いることにより、接続線９ａが直列回路１９を構成する一素子として働く。

外部回路７としては、特許文献１に記載のような集中定数回路を用いても良く、特許文献２に記載のような伝送線路を用いた回路としても良い。ここでは接続線９ａは誘導性を有するように設定されるため、外部回路７は１つの容量を並列接続したような単純な回路構成であっても、インピーダンス整合回路を形成することができる。また、接地接続線１８と同様に、接続線９ａの長さ、太さ、本数、接地導体１からの高さ等を適宜設定することで、より微細な周波数調整や動作帯域調整を行うこともできる。

本実施形態によれば、電子部品１４の直近に並列回路１１が接続されており、容量１７や第２接続端子１６も並列回路１２の一部を構成するため、電子部品１４と並列回路１１の間に介在するのは電極５のみである。また、電極５は電子部品１４そのものと見なすことができる。従って、並列回路１１は電子部品１４に最適な高調波短絡回路となる。また、容量１７及び第２接続端子１６を電極５の長手方向のほぼ全域に渉って複数個備えたことにより、電極５の電気長に起因する回路間の位相差が特性に影響するような高周波においても、各々の並列回路１１が各半導体素子６に適切に働き、各半導体素子６から見たインピーダンスにばらつきが発生しにくい。

特に本実施形態においては、容量１７を１個の半導体素子６に対し１個ずつ配置し、全ての半導体素子６とそれに対応する容量１７との距離が等しく且つ最短となるようにしたので、電極５の長さに係わらず全ての半導体素子６から見たインピーダンスが等しくなり、並列回路１１の短絡効果を妨げる要因がなくなる。なお、第１接続端子１５と第２接続端子１６は交互に配置することが好ましいが、その場合は半導体素子６の間隔を第１接続端子１５及び第２接続端子１６の２倍以上の大きさにしておく必要がある。また、第１接続端子１５を配置するスペースが確保できない場合は電極５の端部に接続してもよい。

次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図４は本発明の第２実施形態の接続回路装置を示す平面図であり、図５は第２実施形態の接続回路装置を図４の矢印Ａ方向から見た側面図である。図１及び図２と共通する部分には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態においては、６個の半導体素子６及び３個の容量１７が設けられており、各容量１７は２個の半導体素子６に対し１個ずつ、各半導体素子６の中間に位置するように配置されている。また、ここでは外部回路７は外部基板３を介して接地導体１上に配置されている。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、各半導体素子６と対応する容量１７との距離が、全ての半導体素子６において等しく且つ最短となっているため、全ての半導体素子６から見たインピーダンスが等しくなり、並列回路１１の作用を妨げる要因を排除して高調波の短絡効果を一層高めることができる。なお、半導体素子６の個数は第１実施形態と同様に接続回路装置の目的及び用途に応じて任意に設定することができ、容量１７も半導体素子６の個数の１／２だけ配置すればよい。

次に、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。図６は本発明の第３実施形態の接続回路装置を示す平面図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態においては、細長状の半導体素子６が１個設けられており、２個の容量１７は電極５の長手方向に対し不均等に配置されている。このように、容量１７が電極５の長手方向に対し均等に配置されておらず、また半導体素子が１個の場合であっても、電極５の長手方向において高周波の位相が不均一になることによる並列回路１１の短絡効果の低下を防止する効果が認められる。また、本実施形態のように容量１７を電極５の長手方向に幅を持って配置することにより、その効果を一層を高めることができる。

半導体素子６がトランジスタのような能動素子である場合、半導体素子６から見たインピーダンスが半導体素子６の動作に大きく影響する。本発明をトランジスタの入力整合回路、或いは出力整合回路に用いた場合、各々のトランジスタから見たインピーダンスを等しくすることができ、高周波特性が飛躍的に向上する。

また、本発明は、第２高調波を制御する回路の場合は、電極５の長さが第２高調波の１／１６波長、即ち動作信号の１／３２波長以上となるような周波数又は構造において特に効果がある。この効果が現れる電極５の長さについては、例えば４倍波を制御する回路では４倍波の１／１６、即ち動作信号の１／６４波長以上というように、制御される高調波の周波数に応じて変動するのはもちろんである。

次に、本発明を高調波開放回路に用いた場合について説明する。図７は本発明の第４実施形態の接続回路装置を示す平面図であり、図８は第４実施形態の接続回路装置の回路図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。特定の高調波を電子部品１４から見て開放にする装置は、図７に示すように、第２接続端子１６も接続線９ｂを用いて第１接続端子１５と同様に外部回路７に接続されている。

これにより、図８に示すように接続線９ａと容量１７から成る並列共振回路２０が形成される。このとき、接続線９ｂの誘導性が強すぎると容量１７の効果を打ち消してしまうため、接続線９ｂは接続線９ａに対して長さを短くするか、或いは本数を増やす必要がある。さらに、容量１７の容量値、及び接続線９ａの長さ、太さ、本数、接地導体１からの高さ等を適宜設定することにより、特定の周波数において並列共振する並列共振回路が形成され、電子部品１４から見て開放となる回路が構成できる。

次に、本発明を内部整合回路に用いた場合について説明する。図９は本発明の第５実施形態の接続回路装置を示す平面図であり、図１０は第５実施形態の接続回路装置の回路図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。２１は、第２容量２２を備えた第３接続端子である。第２容量２２の一端は電極５に接続されており、他端は第３接続端子２１に接続されている。第２容量２２は電極５に接続される際、電極５の長手方向に対して幅を持って配置される。第２容量２２及び第３接続端子の個数は接続回路装置の目的及び用途に応じて任意に設定される。

第３接続端子２１は、動作周波数において誘導性を有する誘導性接地接続線２４によって接地導体１に接地されている。誘導性接地接続線２４は、電極５の長手方向と直交する方向に配置するのが好ましい。そして、第３接続端子２１は高周波接続線２３によって外部回路７に接続されている。

この構成により、半導体素子６、電極５、第２容量２２、第３接続端子２１、誘導性接地接続線２４、接地導体１、及び高周波接続線２３から成り、一端が半導体素子６に接続され、他端が外部回路７に接続されたインピーダンス変換回路２５が形成される。このとき、第２容量２２の容量値、及び誘導性接地接続線２４の長さ、太さ、本数、接地導体１からの高さ等を適宜設定することにより、半導体素子６のインピーダンス値を任意のインピーダンス値に変換して外部回路７に接続する、いわゆる内部整合回路を形成することができる。また、第２容量２２が直流を遮断する回路構成となるため、半導体素子６に印加した直流バイアスが外部回路７に導出することがない。

一方、電極５には第１接続端子１５も接続されており、第１接続端子１５は直流接続線２６により直流回路２７に接続されているため、半導体素子６、電極５、第１接続端子１５、直流接続線２６、及び直流回路２７から成り、一端が半導体素子６に接続され、他端が直流回路２７に接続された直流バイアス回路が形成される。このとき、直流接続線２６として接続回路装置の動作周波数において誘導性を有するものを用いることにより高周波信号を遮断する効果が得られ、半導体素子６からの高周波信号が直流回路２７に導出することがない。

直流接続線２６は、接続する点に対して高いインピーダンスであるほど高周波信号の遮断効果が得られる。増幅器の出力整合回路のように、デバイス側の低いインピーダンスを出力側の高いインピーダンスに変換する構成の場合、最も低いインピーダンスであるデバイスの直近に接続するのが好ましい。本発明において第１接続端子１５は最もインピーダンスが低い部分であり、直流接続線２６による高周波信号の遮断効果が最も高まる。

本実施形態によれば、電子部品１４の直近にインピーダンス変換回路２５が接続されており、電子部品１４とインピーダンス変換回路２５の間に介在するのは電極５のみである。また、電極５は電子部品１４そのものと見なすことができる。従って、インピーダンス変換回路２５は電子部品１４に最適な内部整合回路となる。また、第２容量２２及び第３接続端子２１を電極５の長手方向に幅を持って配置したことにより、電極５の電気長に起因する回路間の位相差が特性に影響するような高周波においても、各々のインピーダンス変換回路２５が各半導体素子６に適切に働き、各半導体素子６から見たインピーダンスにばらつきが発生しにくい。また、並列回路１１を第１の実施形態と同様の構成としたので、電子部品１４に最適な、高調波短絡回路を備えた小型の高周波整合回路となる。

そして、外部回路７は第１実施形態と同様に整合回路でも良い。例えば、高周波接続線２３が誘導性を有するように構成し、容量を並列接続したような特性を持つ外部回路７を接続した場合、インピーダンス変換回路２５と合わせて多段のインピーダンス変換回路となり、広帯域や低損失の整合回路とすることができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明を５ＧＨｚで動作する半導体電力増幅器の２倍波短絡出力整合回路に適用した実施例について具体的に説明する。図１１は本実施例の接続回路装置の構成を示す平面図である。なお、本実施例の回路構成は図３に示した第１実施形態の構成と同様である。図１１において、半導体素子６には高周波特性の良いＨＢＴ（ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）を用い、電子部品１４はＨＢＴを９０μmピッチで８個等間隔に並列接続したパワーＨＢＴを用いた。電極５はＨＢＴのコレクタ電極を接続した金配線であり、長さは約８００μmである。容量１７にはＭＩＭ（Metal Insulator Metal）容量を用い、１個当たりの容量値を０．２５ｐＦとして８個のＨＢＴに対し４個接続した。第１接続端子１５及び第２接続端子１６として金製のボンディングパッドを８０μm角の大きさで形成した。半導体基板２には厚さ１００μmのＧａＡｓ基板を用い、パワーＨＢＴ及びコレクタ電極、ＭＩＭ容量、ボンディングパッドは、全てＧａＡｓ基板上に半導体製造プロセスを用いて製造した。

そして、熱抵抗と接地インダクタンスを低減する目的で接地導体１を厚さ１ｍｍのＣｕで形成し、配線板１３は用いず、一般的なプリント配線板として用いられる厚さ０．３ｍｍのガラスエポキシ基板を用いて外部基板３を形成した。外部基板３上には通常のプリント配線板の製造プロセスにしたがって外部回路７を形成した。半導体基板２は熱硬化型の銀エポキシ接着剤を用いて接地導体１に接着した。接地接続線１８及び接続線９ａは、一般的に用いられるφ２５μmの金ワイヤを用いた。

そして、接地接続線１８を用いて第２接続端子１６と接地導体１を、或いは接続線９ａを用いて第１接続端子１５と外部回路７をワイヤボンディングプロセスで接続して並列回路１１を形成した。このとき、電子部品１４に最適な高調波短絡回路を形成するためには、第２接続端子１６の浮遊容量や、電極５の電気長も考慮した方がより望ましい。本実施例では接地接続線１８の長さを５００μmとすることで、１０ＧＨｚで共振する並列回路１１が形成できた。共振周波数は、２ポートのｓパラメータを測定し、ｓ２１に発生する減衰極の周波数で判定した。

また、ここでは外部回路７として０．５ｐＦのチップ容量を並列接続した。このとき、接続線９ａの長さを２ｍｍにし、本数を５本にすることで電子部品１４の出力インピーダンスである６Ωに整合した。尚、電子部品１４の特性が異なる場合、チップ容量値と接続線９ａの長さ及び本数を調整して出力インピーダンスを調整した。以上の構成によって、動作信号の２倍高調波である１０ＧＨｚで短絡する回路が電子部品１４の直近に接続され、且つ、外付け部品の増加を最小限に抑えたパワーＨＢＴが形成でき、高効率且つ低歪みの動作が可能となった。

尚、浮遊容量が比較的大きいトランジスタなどでは２倍の周波数より少しずらした方が良い特性を示すこともあるため、使用する電子部品１４によって容量１７及び接地接続線１８は適宜最適となる組み合わせに調整するのが望ましい。本実施例では、接地接続線１８の長さを短くし、並列回路１１の共振周波数を１１ＧＨｚに設定したときに最も良い特性を示す場合もあった。更には、容量１７の容量値を２倍の０．５ｐＦに設定し、接地接続線１８の長さを半分の５００μmとした構成では、並列回路１１の共振帯域幅が広がって、より広帯域で２倍波短絡効果が得られた。更には、入力側整合回路にも本発明を用いることによって、２倍波短絡の効果を増強することができた。

本発明を５ＧＨｚで動作する半導体電力増幅器の２倍波短絡出力内部整合回路に適用した実施例について説明する。本実施例の回路構成は図９及び図１０に示した第５実施形態の構成と同様である。なお、本実施例において該装置を構成する半導体基板２、電極５、第１接続端子１５及び第２接続端子１６の材質及び構成、並びにパワーＨＢＴ、コレクタ電極、ＭＩＭ容量、ボンディングパッド等の製造プロセスについては先に示した実施例１に準じているため説明を省略する。

図９において、半導体素子６にはＨＢＴを用い、電子部品１４はＨＢＴを２００μmピッチで３個等間隔に並列接続したパワーＨＢＴを用いた。容量１７及び第２容量２２にはＭＩＭ容量を用い、容量１７は１個当たりの容量値を０．５ｐＦとして３個のＨＢＴに対し２個接続した。第３接続端子２１は２個の第２容量２２を繋ぐように幅８０μm、長さ４００μmの長方形とした。

そして、一般的なプリント配線板として用いられる厚さ０．３ｍｍのガラスエポキシ基板を用いて配線板１３を形成した。配線板１３上には通常のプリント配線板の製造プロセスにしたがって接地導体１、外部回路７及び直流回路２７を形成した。半導体基板２は熱硬化型の銀エポキシ接着剤を用いて接地導体１に接着した。接続線は全て、実施例１と同様にφ２５μmの金ワイヤを用いた。

そして、接地接続線１８を用いて第２接続端子１６と接地導体１を、或いは高周波接続線２３を用いて第３接続端子２１と外部回路７を、さらには誘導性接地接続線２４を用いて接地導体１をワイヤボンディングプロセスで接続した。このとき、電子部品１４に最適な高調波短絡回路を形成するためには、第２接続端子１６の浮遊容量や、電極５の電気長も考慮した方がより望ましい。本実施例では接地接続線１８の長さを９００μmとすることにより１０ＧＨｚで共振する並列回路１１が形成できた。共振周波数は、２ポートのｓパラメータを測定し、ｓ２１に発生する減衰極の周波数で判定した。

インピーダンス変換回路２５は、動作周波数である５ＧＨｚにおいて、電子部品１４のインピーダンスである６Ωを一般的な計測器インピーダンスである５０Ωに変換させる値に最適化した。本実施例では、第２容量２２の値は１．９５ｐＦ、誘導性接地接続線２４は長さ２ｍｍ、本数は２本とした。尚、電子部品１４の特性が異なる場合、第２容量２２の値と誘導性接地接続線２４の長さ及び本数を調整してインピーダンスを調整した。

また、直流接続線２６は、電子部品１４のインピーダンスである６Ωに対して十分高いインピーダンスに見えるよう最適化し、長さ２．５ｍｍ、本数は１本として直流回路２７に接続した。直流回路２７としては、電子部品１４を動作させるための直流バイアス回路を接続している。そして、外部回路７として５０Ωの特性インピーダンスを持つ伝送線路を接続した。以上の構成によって、動作信号の２倍高調波である１０ＧＨｚで短絡する回路が電子部品１４の直近に接続され、且つ、動作周波数の５ＧＨｚでは整合された小型のパワーＨＢＴが形成でき、高効率且つ低歪みの動作が可能となった。

尚、実施例１と同様に、使用する電子部品１４によって容量１７及び接地接続線１８は適宜最適となる組み合わせに調整するのが望ましく、本実施例では、接地接続線１８の長さを短くし、並列回路１１の共振周波数を１１ＧＨｚに設定したときに最も良い特性を示す場合もあった。更には、容量１７の値を０．５ｐＦから２倍の１ｐＦに設定し、接地接続線１８の長さを半分の４５０μmとした構成では、並列回路１１の共振帯域幅が広がって、より広帯域で２倍波短絡効果が得られた。更には、入力側整合回路にも本発明を用いることによって、２倍波短絡の効果を増強することができた。

本発明は、半導体基板と、該半導体基板上に搭載される電子部品と、該電子部品の電極に隣接して配置される複数の接続端子から成る接続端子群と、を備え、半導体基板外に配置した外部回路と電極との間を接続端子群を介して接続する接続回路装置において、接続端子群は、電極に直接接続される第１接続端子と、電極に容量を介して接続される第２接続端子とから成ることを特徴とする。

これにより、インダクタンス及び容量から成る並列回路を電子部品の直近に配置することができ、接続回路装置の電力損失を抑制して高効率化及び低歪み化を図ることができる。また、外部容量やスタブ等を別途用いる必要がないため、接続回路装置の構造の簡素化、低コスト化にも貢献する。

また、容量と第２接続端子に接続された接続線とによって直列共振回路を形成し、或いは容量と第１接続端子に接続された接続線とによって並列共振回路を形成することにより、所望の高調波に対して高効率且つ簡便にインピーダンス調整を行うことが可能となる。

また、電子部品及び電極の長さを、直列共振回路或いは並列共振回路の共振周波数となる高周波信号の波長に対して１６分の１以上とすることにより、共振効果を十分に得ることができる。

また、複数の半導体素子を並列接続して電子部品を形成し、接続端子群を電極の長手方向の略全域に配置することにより、各接続端子から並列回路までの電気長が等しくなり、電子部品を構成する各半導体素子の高周波特性を均一にすることができる。さらに、半導体素子の個数を第２接続端子と同数、或いは２倍とし、半導体素子と、対応する第２接続端子との最短距離が各半導体素子において等しくなるように配置したことにより、電極の長さに係わらず全ての半導体素子から見たインピーダンスが等しくなり、並列回路の短絡効果を妨げる要因を効果的に排除可能となる。

また、電子部品の動作周波数、及び該動作周波数の高調波を高周波信号の周波数としたことにより、動作信号の２倍、４倍、６倍等の偶数倍高調波、特に基本波の２倍波（第２高調波）を短絡させることで実現されるＦ級動作を、電力を損失することなく行うことができる。

また、第２容量を介して電極に接続される第３接続端子を設け、第３接続端子に外部回路を接続したことにより、電極と外部回路の間に第２容量を介在させて回路構成素子を増やすことができ、装置の小型化、コンパクト化に寄与する。また、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を介して直流回路を電極に接続すれば、外部回路の直流特性や直流回路の高周波特性の影響なく電子部品に直流バイアスを供給することができる。さらに、誘導性接続線を介して第３接続端子を接地すれば、電子部品のインピーダンス値を任意の値に変換するインピーダンス変換回路を形成することができる。

また、電子部品をトランジスタとし、接続回路装置をトランジスタの整合回路として用いることにより、トランジスタ側から見た整合回路のインピーダンスを調整してトランジスタの特性を向上させることができる。さらに、本発明の接続回路装置を高出力増幅器として用いることにより、任意の波長の高周波に対し高効率且つ低歪みな増幅が可能な高周波増幅器を回路の大型化、高コスト化を招くことなく実現する。

は、本発明の第１実施形態の接続回路装置を示す平面図である。 は、第１実施形態の接続回路装置の側面図である。 は、第１実施形態の接続回路装置の回路図である。 は、本発明の第２実施形態の接続回路装置を示す平面図である。 は、第２実施形態の接続回路装置の側面図である。 は、本発明の第３実施形態の接続回路装置を示す平面図である。 は、本発明の第４実施形態の接続回路装置を示す平面図である。 は、第４実施形態の接続回路装置の回路図である。 は、本発明の第５実施形態の接続回路装置を示す平面図である。 は、第５実施形態の接続回路装置の回路図である。 は、本発明の接続回路装置を２倍波短絡出力整合回路に適用した第１実施例の構成を示す平面図である。 は、従来の高周波増幅器の部分平面図である。 は、従来の高周波増幅器の側面図である。 は、従来の高周波増幅器の回路図である。

符号の説明

１ 接地導体
２ 半導体基板
３ 外部基板
４ トランジスタ
５ 電極
６ 半導体素子
７ 外部回路
８ 接続端子
９ａ、９ｂ 接続線
１０ 外付け容量
１１ 並列回路
１４ 電子部品
１５ 第１接続端子
１６ 第２接続端子
１７ 容量
１８ 接地接続線
１９ 直列回路
２０ 並列共振回路
２１ 第３接続端子
２２ 第２容量
２３ 高周波接続線
２４ 誘導性接地接続線
２５ インピーダンス変換回路
２６ 直流接続線
２７ 直流回路

Claims (16)

1. 半導体基板と、該半導体基板上に搭載される電子部品と、該電子部品の電極に隣接して配置される複数の接続端子から成る接続端子群と、を備え、
   前記半導体基板外に配置した外部回路と前記電極との間を前記接続端子群を介して接続する接続回路装置において、
   前記接続端子群は、前記電極に直接接続される第１接続端子と、前記電極に容量を介して接続される第２接続端子とから成ることを特徴とする接続回路装置。
2. 前記第２接続端子に、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を接続し、前記容量と前記第２接続端子に接続された接続線とによって直列共振回路を形成したことを特徴とする請求項１に記載の接続回路装置。
3. 前記直列共振回路の一端を接地したことを特徴とする請求項２に記載の接続回路装置。
4. 前記第１接続端子に、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を接続し、前記容量と前記第１接続端子に接続された接続線とによって並列共振回路を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の接続回路装置。
5. 前記並列共振回路を前記外部回路と接続したことを特徴とする請求項４に記載の接続回路装置。
6. 前記直列共振回路或いは前記並列共振回路の共振周波数が、前記高周波信号の周波数であることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の接続回路装置。
7. 前記電子部品及び前記電極は、前記直列共振回路或いは前記並列共振回路の共振周波数となる高周波信号の波長に対して１６分の１以上の長さを有することを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれかに記載の接続回路装置。
8. 前記電子部品は、複数の半導体素子を並列接続したものであり、前記接続端子群は、前記電極の長手方向の略全域に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の接続回路装置。
9. 前記半導体素子は、前記第２接続端子の個数と同数、或いは２倍の個数設けられており、前記半導体素子及び前記接続端子群を互いに平行に並べるとともに、各半導体素子と、それに対応する前記第２接続端子との最短距離が等しくなるように配置したことを特徴とする請求項８に記載の接続回路装置。
10. 前記高周波信号は、前記電子部品の動作周波数、及び該動作周波数の高調波であることを特徴とする請求項２〜請求項９のいずれかに記載の接続回路装置。
11. 前記接続端子群は、前記電極に第２容量を介して接続される第３接続端子を含み、前記第３接続端子に前記外部回路を接続したことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の接続回路装置。
12. 前記電極に直流回路を接続したことを特徴とする請求項１１に記載の接続回路装置。
13. 前記第１接続端子に、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を介して前記直流回路を接続したことを特徴とする請求項１２に記載の接続回路装置。
14. 前記第３接続端子を、所定の高周波信号の周波数において誘導性を有する接続線を介して接地したことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の接続回路装置。
15. 前記電子部品はトランジスタであり、該装置をトランジスタの整合回路に用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の接続回路装置。
16. 該装置は高出力増幅器であることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の接続回路装置。

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