JP2011055241A - 高周波電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチバンド、かつ各バンドにおいてマルチモードで動作するアイソレーションの高い高周波電力増幅器を提供する。
【解決手段】本発明に係る高周波電力増幅器は、第１周波数帯域内の第１高周波信号を線形動作により増幅する電力増幅器ＡＭＰ１と、第１周波数帯域よりも低い第２周波数帯域内の第２高周波信号を線形動作により増幅する電力増幅器ＡＭＰ２と、第１周波数帯域内の第３高周波信号を非線形動作により増幅する電力増幅器ＡＭＰ３と、第２周波数帯域内の第４高周波信号を非線形動作により増幅する電力増幅器ＡＭＰ４とを有し、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力配線は、半導体基板１２０及び１３０において互いに交差せず、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の出力配線は、半導体基板１２０及び１３０において互いに交差しない。
【選択図】図２a

Description

本発明は、高周波信号の電力増幅に用いられる高周波電力増幅器に関わり、特に異なる複数の周波数帯域や異なる複数の無線通信方式に対応したマルチバンド・マルチモード高周波電力増幅器に関するものである。

デジタル方式の携帯電話端末ではグローバルな使用が可能となるように、マルチバンドの周波数帯域（例えば、２ＧＨｚを中心とした帯域と９００ＭＨｚを中心とした帯域）や、マルチモードのシステム（例えば、ＧＳＭ：Global System for Mobile Communications／ＤＣＳ：Digital Communication System／ＵＭＴＳ：Universal Mobile Transmission Standard）に対応した端末の普及が急速に進んでいる。携帯電話端末において高出力の電力増幅を行う送信電力増幅器は、通常２〜３個の高周波増幅用の半導体トランジスタを多段接続した構成が用いられている。マルチバンド・マルチモードに対応するため、様々な電力増幅器やそれを用いた無線通信装置の検討が進んでいる（例えば、特許文献１〜４参照）。

一般的に電力増幅器の送信出力電力は、ＧＳＭモードではおおよそ＋３５ｄＢｍ、ＤＣＳモードではおおよそ＋３３ｄＢｍ、ＵＭＴＳモードではおおよそ＋２７ｄＢｍから−５０ｄＢｍの広範囲にわたる。特に、携帯電話端末内で出力電力が最大となる＋３５ｄＢｍ（ＧＳＭ）、＋３３ｄＢｍ（ＤＣＳ）や＋２７ｄＢｍ（ＵＭＴＳ）付近で、携帯電話端末内において受信部への影響が最も大きくなる。よって、受信部への影響を抑えることが必要となる。

マルチバンド・マルチモードに対応した携帯電話用電力増幅器としては、高周波特性を確保するため、電力増幅器を含む複数の高周波送信回路を並列接続させた構成が用いられる。このような従来の高周波電力増幅器及びそれを用いた特許文献１に記載の無線通信装置の構成を図７に示す。

図７に示す無線通信装置８００は、マイクロホン８０１、スピーカ８０６、高周波電力増幅器８１０、アンテナスイッチ８１３、アンテナ８１４、ベースバンド信号を高周波信号に変換する、あるいは高周波信号をベースバンド信号に変換するＲＦＩＣ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＣ）８１５、ベースバンド信号処理装置８１６、デュプレクサ８１７ａ、フィルタ８１８ａ及び８１８ｂ、整合回路８２０及び８２１、スイッチ８３０、フィルタ８４０ｂ、８４０ｃ、８４０ｄ及び８４０ｆ、利得調整制御装置８６０、高周波受信回路装置８１２０〜８１２２、及び、送信回路８１３０を含む。なお、点線で囲まれた構成要素は第１の送信経路８１１０、一点鎖線で囲まれた構成要素の組み合わせのうちフィルタ８１８ａを含む組み合わせは第２の送信経路８１１１、一点鎖線で囲まれた構成要素の組み合わせのうちフィルタ８１８ｂを含む組み合わせは第３の送信経路８１１２である。

この無線通信装置８００では、アクセス方式がＣＤＭＡ（符号分割多元接続）であるＵＭＴＳモード（例えば、２ＧＨｚ帯域を利用）の通信を行うには、デュプレクサ８１７ａを含む第１の送信経路８１１０を用い、アクセス方式がＴＤＭＡ（時分割多元接続）であるＧＳＭモード（例えば、９００ＭＨｚ帯域を利用）やＤＣＳ（Digital Communication System）モード（例えば、１．８ＧＨｚ帯域を利用）の通信を行うには、フィルタ８１８ｂを含む第３の送信経路８１１２及びフィルタ８１８ａを含む第２の送信経路８１１１をそれぞれ用いている。

またマルチバンド・マルチモード移動体通信端末の課題としてあげられるのが、小型化と低コスト化であり、それに対応するために近年では、ＲＦＩＣ８１５から高周波電力増幅器８１０へ入力される高周波信号の周波数帯域が比較的近い（例えば、２ＧＨｚ帯域と１．８ＧＨｚ帯域や、８５０ＭＨｚ帯域と９００ＭＨｚ帯域など）場合、それらの周波数帯域が近い２つの帯域を１つの入力経路で共通化して入力する取り組みがなされている。

例えば、図６におけるＲＦＩＣ８１５から高周波電力増幅器８１０への２つの高周波信号入力（ＵＭＴＳモード２ＧＨｚ帯域とＤＣＳモード１．８ＧＨｚ帯域）を、フィルタ８４０ｃを削除し１つの入力経路で共通化して入力することが考えられている。このような場合、ＲＦＩＣ８１５の性能向上が求められるが、ＲＦＩＣ８１５と高周波電力増幅器８１０とのインターフェースが簡略化されると共に、端子数が削減されることでサイズ及びコストの改善が期待される。つまり、このような構成にすることで小型・低コストかつマルチバンド・マルチモードに対応して電力を増幅して送信できる無線通信装置の実現を可能としている。

特開２００５−２９４８９４号公報 特開２００３−１７４１１１号公報 米国特許第７５２８０６２号明細書 特開２００７−１８８９１６号公報

図８は、上述した従来の無線通信装置に対して、さらに、ＵＭＴＳモード（例えば８５０ＭＨｚ帯域）を１経路追加した場合の無線通信装置におけるＲＦＩＣの出力から整合回路９２１及びフィルタまでに挿入される高周波電力増幅器の構成の一例を示す図である。言い換えると、この高周波電力増幅器は、低周波側の周波数帯域内の８５０ＭＨｚ帯域の高周波信号と、低周波側の周波数帯域内の９００ＭＨｚ帯域の高周波信号と、高周波側の周波数帯域内の１．８ＧＨｚ帯域の高周波信号と、高周波側の周波数帯域内の２ＧＨｚ帯域の高周波信号とを増幅する。また、低周波側の周波数帯域においてＵＭＴＳモード及びＤＣＳモードに対応し、高周波側の周波数帯域においてＵＭＴＳモード及びＧＳＭモードに対応する。つまり、図８に示す高周波電力増幅器は、複数の周波数帯域（マルチバンド）かつ、各周波数帯域（各バンド）において複数のモード（マルチモード）で動作する。なお、同図に示す高周波電力増幅器９００は、近傍の周波数帯域をまとめて１つの入力端子とし、出力端子はモード毎及び周波数帯域毎に設けられている。

同図に示す高周波電力増幅器９００は、電力増幅器９０１．９０２．９０３及び９０４と、入力端子ＩＮ１及びＩＮ２と、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２とを含む。

電力増幅器９０１は２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの信号を増幅し、電力増幅器９０２は８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの信号を増幅し、電力増幅器９０３は１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの信号を増幅し、電力増幅器９０４は９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの信号を増幅する。

高周波電力増幅器９００へ入力される高周波信号は、比較的周波数帯域が近い２ＧＨｚ帯域と１．８ＧＨｚ帯域とが入力端子ＩＮ１へ、８５０ＭＨｚ帯域と９００ＭＨｚ帯域とが入力端子ＩＮ２へ、モードに関わらずそれぞれ入力される。

入力端子ＩＮ１に入力される２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、電力増幅器９０１で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ａ１へ出力される。同様に、入力端子ＩＮ１に入力される１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、電力増幅器９０３で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１へ出力される。また、入力端子ＩＮ２に入力される９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、電力増幅器９０４で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２へ出力される。同様に、入力端子ＩＮ２に入力される８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、電力増幅器９０２で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ａ２へ出力される。

この図８に示すように、２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号を出力する出力端子ＯＵＴ＿Ａ１と８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号を出力する出力端子ＯＵＴ＿Ａ２とは、隣接するようにあるいは他の出力端子を間に挟まないように配置され、１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号を出力する出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１と９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号を出力する出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２とは、隣接するようにあるいは他の出力端子を間に挟まないように配置される。言い換えると、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１と出力端子ＯＵＴ＿Ａ２とは隣り合って配置され、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１と出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２とは隣り合って配置される。

ここで、電力増幅器９０１から出力端子ＯＵＴ＿Ａ１への出力ライン、電力増幅器９０２から出力端子ＯＵＴ＿Ａ２への出力ライン、電力増幅器９０３から出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１への出力ライン及び電力増幅器９０４から出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２への出力ラインは、それぞれ他のラインと交差が生じないよう十分なアイソレーションを確保してレイアウトを行う。

このように高周波電力増幅器９００の構成及び配置レイアウトをとることで、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１とデュプレクサとの接続、及び、出力端子ＯＵＴ＿Ａ２とデュプレクサとの接続を無線通信装置の基板上に集約して配置することが可能となり、シンプルなレイアウトで小型・低コストの無線通信装置の実現が可能となる。また、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１とフィルタとの接続、及び、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２とフィルタとの接続も、同様に無線通信装置の基板上に集約して配置することが可能となり、よりシンプルなレイアウトで小型・低コストの無線通信装置の実現が可能となる。

この高周波電力増幅器９００を用いた無線通信装置において、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１から出力された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号はデュプレクサで帯域制限されて、スイッチを介してアンテナから送信される。出力端子ＯＵＴ＿Ａ２から出力される８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号はデュプレクサで帯域制限されて、スイッチを介してアンテナから送信される。

また、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１から出力される１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号はフィルタで帯域制限されて、スイッチを介してアンテナから送信される。出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２から出力される９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭ送信信号はフィルタで帯域制限されて、アンテナスイッチを介してアンテナから送信される。

以上のことから、本例の高周波電力増幅器及びそれを用いた無線通信装置は、ＵＭＴＳモードに対応したデュプレクサからの配線が、ＧＳＭモード、ＤＣＳモードの送信経路と交差することがなくＤＣＳモードの送信経路と、ＵＭＴＳモードのデュプレクサからの受信経路の交差による、受信部の受信感度劣化などの高周波特性の劣化問題を回避し、小型、抵抗コストで良好な無線通信特性の実現が可能となる。

高周波電力増幅器９００において、電力増幅器９０１〜９０４は半導体チップ上にトランジスタなどの能動素子や抵抗などの受動素子が多数配置されることにより構成されている。ここで、これらの能動、受動素子や配線、外部接続パッド間は、金属や高濃度に不純物ドープされた低抵抗の半導体などからなる配線により接続されている。これらの配線は、半導体の多層配線技術により形成されている。また、交差部９１１のように、２本以上の配線が交差するような部分におけるそれぞれの配線は、絶縁層、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化合膜によって上層下層に絶縁分離されている。

しかし交差部９１１の上下の配線間に寄生容量による電気信号の結合が存在し、電気的に独立であるべき配線間に電気信号の影響が生じ、ノイズとして混合してしまう。特に高周波信号を扱う半導体チップでは、高周波信号の周波数が高くなるにつれて他の配線を伝播する高周波信号の影響を受けてしまい、電気特性が劣化するという問題がある。

電気特性の劣化としてアイソレーションの悪化が挙げられる。高周波信号の中でも１００ＭＨｚ程度の比較的低い周波数である中間周波数信号（ＩＦ）帯であれば、上記の構造でもアイソレーションが悪化することはないが、高周波の中でも８００ＭＨｚ以上の周波数ではアイソレーションが悪化してしまう。より深刻な問題であるのは、アイソレーションが悪化することによりオフしている高周波電力増幅器の負荷が見えてしまい、インピーダンスが変動し寄生発振の原因になる事である。

本発明は、マルチバンド、かつ各バンドにおいてマルチモードで動作するアイソレーションの高い高周波電力増幅器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、２つの周波数帯域の高周波信号を増幅する高周波電力増幅器であって、第１周波数帯域内の第１高周波信号を線形動作により増幅する第１電力増幅回路と、前記第１周波数帯域よりも低い第２周波数帯域内の第２高周波信号を線形動作により増幅する第２電力増幅回路と、前記第１周波数帯域内の第３高周波信号を非線形動作により増幅する第３電力増幅回路と、前記第２周波数帯域内の第４高周波信号を非線形動作により増幅する第４電力増幅回路とを有し、前記第１電力増幅回路は、半導体基板に形成された第１入力パッドと、前記半導体基板に形成され、一端が前記第１入力パッドに接続された第１入力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第１入力配線の他端に接続された第１電力増幅器と、前記半導体基板に形成され、一端が前記第１電力増幅器に接続された第１出力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第１出力配線の他端に接続された第１出力パッドとを有し、前記第２電力増幅回路は、前記半導体基板に形成された第２入力パッドと、前記半導体基板に形成され、一端が前記第２入力パッドに接続された第２入力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第２入力配線の他端に接続された第２電力増幅器と、前記半導体基板に形成され、一端が前記第２電力増幅器に接続された第２出力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第２出力配線の他端に接続された第２出力パッドとを有し、前記第３電力増幅回路は、前記半導体基板に形成された第３入力パッドと、前記半導体基板に形成され、一端が前記第３入力パッドに接続された第３入力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第３入力配線の他端に接続された第３電力増幅器と、前記半導体基板に形成され、一端が前記第３電力増幅器に接続された第３出力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第３出力配線の他端に接続された第３出力パッドとを有し、前記第４電力増幅回路は、前記半導体基板に形成された第４入力パッドと、前記半導体基板に形成され、一端が前記第４入力パッドに接続された第４入力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第４入力配線の他端に接続された第４電力増幅器と、前記半導体基板に形成され、一端が前記第４電力増幅器に接続された第４出力配線と、前記半導体基板に形成され、前記第４出力配線の他端に接続された第４出力パッドとを有し、前記第１出力パッドと前記第２出力パッドとは隣り合って配置され、前記第３出力パッドと前記第４出力パッドとは隣り合って配置され、前記第１〜第４入力配線は、前記半導体基板上で互いに交差せず、前記第１〜第４出力配線は、前記半導体基板上で互いに交差しない。

これにより、半導体基板において第１〜第４入力配線間、及び、第１〜第４出力配線間に寄生容量による高周波信号の結合が生じない。その結果、本発明に係る高周波電力増幅器は、高いアイソレーションを有し、第１周波数帯域及び第２周波数帯域で動作し、第１周波数帯域及び第２周波数帯域のそれぞれにおいてマルチモードで動作できる。

また、前記高周波電力増幅器は、さらに、前記半導体基板が実装される基板を有し、前記基板は、前記第１入力パッドにバンプ接続される第１接続パッドと、前記第２入力パッドにバンプ接続される第２接続パッドと、前記第３入力パッドにバンプ接続される第３接続パッドと、前記第４入力パッドにバンプ接続される第４接続パッドと、前記第１及び第３高周波信号が入力される第１入力端子と、前記第２及び第４高周波信号が入力される第２入力端子と、前記第１入力端子と前記第１接続パッドとを接続する第１基板配線と、前記第１接続パッドと前記第３接続パッドとを接続する第２基板配線と、前記第２入力端子と前記第２接続パッドとを接続する第３基板配線と、前記第２接続パッドと前記第４接続パッドとを接続する第４基板配線とを有してもよい。

これにより、半導体基板を基板にフリップチップ実装することができ、ワイヤーボンディング接続により実装する場合と比較して、小型化できる。

また、前記高周波電力増幅器は、さらに、前記半導体基板に実装された第１サブ基板を有し、前記第１サブ基板は、前記第１入力パッドにバンプ接続される第１サブパッドと、前記第２入力パッドにバンプ接続される第２サブパッドと、前記第３入力パッドにバンプ接続される第３サブパッドと、前記第４入力パッドにバンプ接続される第４サブパッドと、前記第１サブパッドと前記第３サブパッドとを接続する第１サブ配線と、前記第２サブパッドと前記第４サブパッドとを接続する第２サブ配線とを有してもよい。

これにより、第１入力パッド又は第３入力パッドに第１周波数帯域内の第１高周波信号及び第３高周波信号を入力し、第２入力パッド又は第４入力パッドに第２周波数帯域内の第２高周波信号又は第４高周波信号を入力すればよいので、半導体基板の外部から当該半導体基板へ各高周波信号を入力するための端子を削減できる。

また、第１入力パッドと第３入力パッド、及び、第２入力パッドと第４入力パッドは、第１サブ基板を介して接続されているので、第１〜第４高周波信号のアイソレーションの悪化を抑圧できる。

また、前記高周波電力増幅器は、さらに、前記半導体基板に形成され、前記第１入力パッドに接続された前記第１及び第３高周波信号が入力される第５入力パッドと、前記半導体基板に形成され、前記第１入力パッドに接続された前記第２及び第４高周波信号が入力される第６入力パッドとを有し、前記第５及び第６入力パッドは、ワイヤーボンディング用であってもよい。

これにより、ワイヤーボンディング可能となる。

また、前記高周波電力増幅器は、さらに、前記半導体基板が実装される基板と、一端が前記第５入力パッドにワイヤーボンディングされた第１ワイヤと、一端が前記第６入力パッドにワイヤーボンディングされた第２ワイヤとを有し、前記基板は、前記第１及び第３高周波信号が入力される第１入力端子と、一端が前記第１入力端子に接続された第１基板配線と、前記第１基板配線の他端及び前記第１ワイヤの他端にワイヤーボンディングされた第１基板パッドと、前記第２及び第４高周波信号が入力される第２入力端子と、一端が前記第２入力端子に接続された第２基板配線と、前記第２基板配線の他端及び前記第２ワイヤの他端にワイヤーボンディングされた第２基板パッドとを有し、前記第１入力端子、前記第１基板パッド、前記第５入力パッド、前記第１入力パッド及び前記第１電力増幅器は、前記第１入力端子から前記第１電力増幅器までの距離が最短となるように配置され、前記第２入力端子、前記第２基板パッド、前記第６入力パッド、前記第２入力パッド及び前記第２電力増幅器は、前記第２入力端子から前記第２電力増幅器までの距離が最短となるように配置されてもよい。

これにより、第１入力端子から第１電力増幅器までの距離、すなわち第１高周波信号の信号経路の長さにより生じる第１高周波信号の位相回転を抑圧できる。同様に、第２入力端子から第２電力増幅器までの距離、すなわち第２高周波信号の信号経路の長さにより生じる第２高周波信号の位相回転を抑圧できる。よって、高い精度でインピーダンス整合をとることができ、高い精度で歪特性を得られる。その結果、第１電力増幅器および第２電力増幅器の利得が向上する。

また、前記第１サブ基板は、前記第５及び第６入力パッドと前記第１〜第４出力パッドに重ならないように配置されてもよい。

これにより、半導体基板をワイヤーボンディング接続により実装される場合に、第１サブ基板が第５及び第６入力パッドと、第１〜４出力パッドに重なり実装出来ないことを防止する。

また、前記高周波電力増幅器は、さらに、前記半導体基板に形成され、前記第１〜第４電力増幅器へ電源を供給する第１電源線と、前記半導体基板に形成され、前記第１電源線に接続された第１電源パッドとを有し、前記第１サブ基板は、さらに、電源回路と、前記第１電源パッドにバンプ接続される第２電源パッドと、前記電源回路と前記第２電源パッドとを接続する第２電源線とを有してもよい。

これにより、半導体基板内において、第１電源線と第１〜第４入力配線及び第１〜第４出力配線とが重ならないように配置することができるので、電源回路からの影響を受けて第１〜第４電力増幅器が発振することを防止する。

また、前記高周波電力増幅器は、さらに、前記半導体基板に形成され、前記第１〜第４電力増幅器へ電源を供給する第１電源線と、前記半導体基板に形成され、前記第１電源線に接続された第１電源パッドと、前記第１基板を介し前記半導体基板に電源を供給する第２サブ基板とを有し、前記第１サブ基板は、さらに、前記第１電源パッドにバンプ接続される第２電源パッドと、一端が前記第２電源パッドに接続された第２電源線と、前記第２電源線の他端に接続された第３電源パッドとを有し、前記第２サブ基板は、電源回路と、前記第３電源パッドにバンプ接続される第４電源パッドと、前記電源回路と前記第４電源パッドとを接続する第３電源線とを有してもよい。

また、前記半導体基板は、第１半導体チップと第２半導体チップとからなり、前記第１電力増幅回路及び前記第２電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、前記第３電力増幅回路及び前記第４電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成されてもよい。

また、前記半導体基板は、第１〜３半導体チップからなり、前記第３電力増幅回路及び前記第４電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、前記第１電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成され、前記第２電力増幅回路は、前記第３半導体チップに形成されてもよい。

また、前記半導体基板は、第１〜３半導体チップからなり、前記第１電力増幅回路及び前記第２電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、前記第３電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成され、前記第４電力増幅回路は、前記第３半導体チップに形成されてもよい。

また、前記半導体基板は、第１〜３半導体チップからなり、前記第２電力増幅回路及び前記第３電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、前記第１電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成され、前記第４電力増幅回路は、前記第３半導体チップに形成されてもよい。

また、前記半導体基板は、４つの半導体チップからなり、前記第１〜４電力増幅回路のそれぞれは、互いに異なる半導体チップに形成されてもよい。

また、前記半導体基板は、１つの半導体チップであってもよい。

また、前記半導体基板は、少なくとも２つの半導体チップからなり、前記第１電力増幅回路と前記第３電力増幅回路とは互いに異なる半導体チップに形成され、前記第２電力増幅回路と前記第４電力増幅回路とは互いに異なる半導体チップに形成され、前記第１電力増幅回路が形成されている半導体チップは、前記第３電力増幅回路が形成されている半導体チップに重なって配置され、前記第２電力増幅回路が形成されている半導体チップは、前記第４電力増幅回路が形成されている半導体チップに重なって配置され、前記第１入力パッドと前記第３入力パッドとはバンプ接続され、前記第２入力パッドと前記第４入力パッドとはバンプ接続されてもよい。

これにより、小型化できる。また、第１サブ基板を用いて第１入力パッドと第３入力パッドとを接続、及び、第１サブ基板を用いて第２入力パッドと第４入力パッドとを接続する場合と比較して実装回数を減らせるので、異なる高周波電力増幅器間での特性のばらつきを抑制できる。

また、前記高周波電力増幅器は、さらに、前記半導体基板に形成され、前記第３入力パッドに接続された第５入力パッドと、前記半導体基板に形成され、前記第４入力パッドに接続された第６入力パッドと、前記半導体基板が実装される基板と、一端が前記第５入力パッドにワイヤーボンディング接続された第１ワイヤと、一端が前記第６入力パッドにワイヤーボンディング接続された第２ワイヤとを有し、前記基板は、前記第１及び第３高周波信号が入力される第１入力端子と、一端が前記第１入力端子に接続された第１基板配線と、前記第１基板配線の他端及び前記第１ワイヤの他端にワイヤーボンディング接続された第１基板パッドと、前記第２及び第４高周波信号が入力される第２入力端子と、一端が前記第２入力端子に接続された第２基板配線と、前記第２基板配線の他端及び前記第２ワイヤの他端にワイヤーボンディング接続された第２基板パッドとを有し、前記第１入力端子、前記第１基板パッド、前記第５入力パッド、前記第３入力パッド及び前記第３電力増幅器は、前記第１入力端子から前記第３電力増幅器までの距離が最短となるように配置され、前記第２入力端子、前記第２基板パッド、前記第６入力パッド、前記第４入力パッド及び前記第４電力増幅器は、前記第２入力端子から前記第４電力増幅器までの距離が最短となるように配置されてもよい。

本発明によれば、マルチバンド、かつ各バンドにおいてマルチモードで動作するアイソレーションの高い高周波電力増幅器を提供できる。

無線通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトの一例を示す図である。 高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトの他の一例を示す図である。 実施の形態２に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトの一例を示す図である。 実施の形態３に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトの一例を示す図である。 実施の形態４に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトの一例を示す図である。 実施の形態５に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトの一例を示す図である。 従来の無線通信装置の構成を示す図である。 従来の無線通信装置に対して、さらに、ＵＭＴＳモード（例えば８５０ＭＨｚ帯域）を１経路追加した場合の高周波電力増幅器の構成の一例を示す図である。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態に係る高周波電力増幅器が適用される無線通信装置について説明する。図１は、無線通信装置の構成の一例を示すブロック図である。

同図に示す無線通信装置１０は、ＵＭＴＳモードの２つの周波数帯域（８５０ＭＨ帯域及び２ＧＨｚ帯域）、ＧＳＭモード（９００ＭＨｚ帯域）、およびＤＣＳモード（１．８ＧＨｚ帯域）に対応する。言い換えると、この無線通信装置１０は、４バンド・３モードへの対応を例とする。この無線通信装置１０は、高周波電力増幅器１１と、受信部１２と、スイッチ１３と、アンテナ１４と、ＲＦＩＣ１５と、ベースバンドＬＳＩ１６とを備える。

高周波電力増幅器１１は、ＲＦＩＣ１５から出力された高周波信号を増幅する。この高周波電力増幅器１１の詳細な構成については後述する。

受信部１２は、アンテナ１４で受信された受信信号を、スイッチ１３を介して受信する。

スイッチ１３は、アンテナに接続された１つの出力端子と、デュプレクサ１７ａ及び１７ｂとフィルタ１８ａ及び１８ｂと受信部１２のいずれかに接続された６つの入力端子とを有し、入力端子といずれかの出力端子とを電気的に接続することにより、送信信号及び受信信号を伝播する。なお、受信部１２に接続された入力端子は２つである。

アンテナ１４は、スイッチ１３を介して伝播された送信信号を送信する。また、他の無線通信装置から送信された信号を受信信号として受信する。

ＲＦＩＣ１５は、ベースバンドＬＳＩ１６から出力されたベースバンド信号を高周波信号に変換する。また、受信部１２で受信された受信信号を復調してベースバンドＬＳＩ１６へ出力する。

ベースバンドＬＳＩ１６は、例えば音声信号に対して圧縮及びコーディングなどの信号処理を施し、ベースバンド信号を生成する。この生成したベースバンド信号をＲＦＩＣ１５へ出力する。また、ＲＦＩＣ１５から入力されたベースバンド信号に対して、例えばサンプリングなどの信号処理を施し、音声信号に変換する。

デュプレクサ１７ａ、１７ｂは、高周波電力増幅器１１からのＵＭＴＳモードの送信信号を帯域制限し、スイッチ１３を介してアンテナ１４から送信を行う。また、スイッチ１３から受信部１２への受信信号を帯域制限行う。

フィルタ１８ａ、１８ｂは、高周波電力増幅器１１からのＤＣＳモード及びＧＳＭモードの送信信号を帯域制限し、スイッチ１３を介してアンテナ１４から送信を行う。

以上のような構成により、図１に示す無線通信装置１０は、４バンド・３モードに対応して通信を行う。

次に、上述の高周波電力増幅器１１の詳細な構成の一例について説明する。

本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、２つの周波数帯域の高周波信号を増幅する高周波電力増幅器であって、第１周波数帯域内の第１高周波信号を線形動作により増幅する第１電力増幅回路と、前記第１周波数帯域よりも低い第２周波数帯域内の第２高周波信号を線形動作により増幅する第２電力増幅回路と、前記第１周波数帯域内の第３高周波信号を非線形動作により増幅する第３電力増幅回路と、前記第２周波数帯域内の第４高周波信号を非線形動作により増幅する第４電力増幅回路とを有し、各電力増幅回路（第１〜４電力増幅回路）は、半導体基板に形成された入力パッドと、半導体基板に形成され、一端が入力パッドに接続された入力配線と、半導体基板に形成され、入力配線の他端に接続された電力増幅器と、半導体基板に形成され、一端が電力増幅器に接続された出力配線とを有し、半導体基板に形成され、出力配線の他端に接続された出力パッドとを有し、第１電力増幅回路の出力パッドと第２電力増幅回路の出力パッドとは隣り合って配置され、第３電力増幅回路の出力パッドと第４電力増幅回路の出力パッドとは隣り合って配置され、各電力増幅回路の入力配線は、半導体基板上で互いに交差せず、各電力増幅回路の出力配線は、半導体基板上で互いに交差しない。

これにより、本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、高いアイソレーションを有し、マルチバンド、かつ各バンドにおいてマルチモードで動作できる。

図２ａは、高周波電力増幅器１１の一例を示す実施の形態１に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトを示す図である。

同図に示す高周波電力増幅器１００ａは、基板１１０ａと、半導体基板１２０及び１３０とを備え、基板１１０ａと半導体基板１２０及び１３０はバンプ１４０によりバンプ接続される。

なお、本実施の形態は、周波数帯域およびモードそれぞれの数が少なくとも２つ以上であればよく、説明の簡便性を考慮して以下の説明においては、欧州・アジアを中心に広く用いられている１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモード、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモード、２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモード、８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの４バンド・３モードへの対応を例とする。言い換えると、高周波電力増幅器１００ａは、周波数帯域が高周波側の第１周波数帯域と、周波数帯域が低周波側の第２周波数帯域とにおいて動作し、第１周波数帯域においてＤＣＳモード及びＵＭＴＳモードに対応し、第２周波数帯域においてＧＳＭモード及びＵＭＴＳモードに対応する。つまり、第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含むマルチバンドで動作し、かつ各バンド（第１周波数帯域及び第２周波数帯域）においてマルチモードで動作する。

まず、基板１１０ａについて説明する。この基板１１０ａは、入力端子ＩＮ１及びＩＮ２と、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１及びＯＵＴ＿Ｂ２と、パッド１０１ａ〜１０４ａと、パッド１１１ａ〜１１４ａと、配線Ｌ１及びＬ２ａとを有する。

入力端子ＩＮ１は、本発明の第１入力端子であって、周波数帯域が高周波側の２つの周波数帯域の信号である１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモード及び２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号が入力される。一方、入力端子ＩＮ２は、本発明の第２入力端子であって、周波数帯域が低周波側の２つの周波数帯域の信号である９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモード及び８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号が入力される。

出力端子ＯＵＴ＿Ａ１は、電力増幅器ＡＭＰ１で増幅された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの信号を出力する。出力端子ＯＵＴ＿Ａ２は、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１と隣り合って配置され、電力増幅器ＡＭＰ２で増幅された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの信号を出力する。出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１は、ＡＭＰ３で増幅された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの信号を出力する。出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２は、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１と隣り合って配置され、ＡＭＰ４で増幅された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの信号を出力する。

このように各出力端子（出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、出力端子ＯＵＴ＿Ａ２、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１及び出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２）の配置レイアウトをとることで、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１とデュプレクサ１７ａの接続及び出力端子ＯＵＴ＿Ａ２とデュプレクサ１７ｂの接続を無線通信装置の基板上に集約して配置することが可能となり、よりシンプルなレイアウトで小型・低コストが可能となる。また、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１とフィルタ１８ａの接続及び出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２とフィルタ１８ｂの接続も、同様に無線通信装置の基板上に集約して配置することが可能となり、よりシンプルなレイアウトで小型・低コストが可能となる。

パッド１０１ａ〜１０４ｂとパッド１１１ａ〜１１４ａとは、半導体基板１２０及び１３０をバンプ接続するためのパッドである。なお、パッド１０１ａ、パッド１０２ａ、パッド１０３ａ及びパッド１０４ａは、それぞれ本発明の第１接続パッド、第２接続パッド、第３接続パッド及び第４接続パッドである。また、本発明の第１基板配線は、配線Ｌ１のうち、入力端子ＩＮ１からパッド１０１ａまでの配線であり、第２基板配線は、配線Ｌ１のうち、パッド１０１ａからパッド１０３ａまでの配線である。また、本発明の第３基板配線は、配線Ｌ２ａのうち、入力端子ＩＮ２からパッド１０２ａまでの配線であり、第４基板配線は、配線Ｌ２ａのうち、パッド１０２ａからパッド１０４ａまでの配線である。

次に、半導体基板１２０及び１３０について説明する。

この半導体基板１２０は、裏面（図２ａにおいて下面）に形成されたパッド１０１ｂ、１０２ｂ、１１１ｂ及び１１２ｂと、電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２とを有し基板１１０ａにバンプ接続された、例えばプラスチック基板である。また、半導体基板１３０は、裏面（図２ａにおいて下面）に形成されたパッド１０３ａ、１０４ａ、１１３ｂ及び１１４ｂと、電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４とを有する。

電力増幅器ＡＭＰ１は、入力側がパッド１０１ｂと接続され、パッド１０１ｂから入力された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号を増幅する。同様に、電力増幅器ＡＭＰ２はパッド１０２ｂから入力された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号を増幅し、電力増幅器ＡＭＰ３はパッド１０３ｂから入力された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号を増幅し、電力増幅器ＡＭＰ４はパッド１０４ｂから入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号を増幅する。また、電力増幅器ＡＭＰ１の出力側はパッド１１１ｂと接続され、電力増幅器ＡＭＰ２の出力側はパッド１１２ｂと接続され、電力増幅器ＡＭＰ３の出力側はパッド１１３ｂと接続され、電力増幅器ＡＭＰ４の出力側はパッド１１４ｂと接続されている。これら電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は、例えばトランジスタである。

パッド１０１ｂは、バンプ１４０を介して基板１１０ａのパッド１０１ａと電気的に接続されている、言い換えるとバンプ接続されている。同様に、パッド１０２ｂはパッド１０２ａと、パッド１０３ｂはパッド１０３ａと、パッド１０４ｂはパッド１０４ａと、それぞれバンプ１４０を介して電気的に接続されている。また、同様に、パッド１１１ｂはパッド１１１ａと、パッド１１２ｂはパッド１１２ａと、パッド１１３ｂはパッド１１３ａと、パッド１１４ｂはパッド１１４ａと、それぞれバンプ１４０を介して電気的に接続されている。

なお、パッド１０１ｂ、パッド１０２ｂ、パッド１０３ｂ及びパッド１０４ｂは、それぞれ本発明の第１入力パッド、第２入力パッド、第３入力パッド及び第４入力パッドである。また、パッド１０１ａと電力増幅器ＡＭＰ１とを接続する配線は第１入力配線、パッド１０２ａと電力増幅器ＡＭＰ２とを接続する配線は第２入力配線、パッド１０３ａと電力増幅器ＡＭＰ３とを接続する配線は第３入力配線、パッド１０４ａと電力増幅器ＡＭＰ４とを接続する配線は第４入力配線である。また、電力増幅器ＡＭＰ１、電力増幅器ＡＭＰ２、電力増幅器ＡＭＰ３及び電力増幅器ＡＭＰ４は、それぞれ本発明の第１電力増幅器、第２電力増幅器、第３電力増幅器及び第４電力増幅器である。また、電力増幅器ＡＭＰ１とパッド１１１ｂとを接続する配線は第１出力配線、電力増幅器ＡＭＰ２とパッド１１２ｂとを接続する配線は第２出力配線、電力増幅器ＡＭＰ３とパッド１１３ｂとを接続する配線は第３出力配線、電力増幅器ＡＭＰ４とパッド１１４ｂとを接続する配線は第４出力配線である。また、パッド１１１ｂ、パッド１１２ｂ、パッド１１３ｂ及びパッド１１４ｂは、それぞれ本発明の第１出力パッド、第２出力パッド、第３出力パッド及び第４出力パッドである。

ここで、図２ａに示すように、電力増幅器ＡＭＰ１からパッド１１１ｂまでの配線、電力増幅器ＡＭＰ２からパッド１１２ｂまでの配線、電力増幅器ＡＭＰ３からパッド１１３ｂまでの配線、および、電力増幅器ＡＭＰ４からパッド１１４までの配線は、互いに交差しない。また、パッド１０１ａから電力増幅器ＡＭＰ１までの配線、パッド１０２ｂから電力増幅器ＡＭＰ２までの配線、パッド１０３ｂから電力増幅器ＡＭＰ３までの配線、および、パッド１０４ｂから電力増幅器ＡＭＰ４までの配線は、互いに交差しない。

このように、半導体基板１２０及び１３０において、高周波信号を伝播する配線が交差することがないので、配線間の寄生容量によるパッド１１１ｂ〜１１４ｂ間における高周波信号のアイソレーションの劣化を防止できる。

さらに、パッド１１１ａから出力端子ＯＵＴ＿Ａ１への配線、パッド１１２ａ〜出力端子ＯＵＴ＿Ａ２への配線、パッド１１３ａ〜出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１への配線、及び、パッド１１４ａから出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２への配線は、互いに交差しない。よって、電力増幅器ＡＭＰ１から出力端子ＯＵＴ＿Ａ１への出力ライン、電力増幅器ＡＭＰ２から出力端子ＯＵＴ＿Ａ２への出力ライン、電力増幅器ＡＭＰ３から出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１への出力ライン及び電力増幅器ＡＭＰ４から出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２への出力ラインは、それぞれ他の出力ラインと交差が生じない。よって、各電力増幅器（電力増幅器ＡＭＰ１、電力増幅器ＡＭＰ２、電力増幅器ＡＭＰ３及び電力増幅器ＡＭＰ４）により増幅された３バンド・４モード（１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモード、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモード、２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモード、８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモード）の高周波信号は、十分なアイソレーションが確保される。

以下に本実施の形態に係る高周波電力増幅器１００ａの動作を説明する。

ＲＦＩＣ１５から高周波電力増幅器１００ａへ出力された高周波信号は、比較的周波数帯域が近い２ＧＨｚ帯域と１．８ＧＨｚ帯域との高周波信号が入力端子ＩＮ１へ、８５０ＭＨｚ帯域と９００ＭＨｚ帯域との高周波信号が入力端子ＩＮ２へ、モードに関わらずそれぞれ入力される。

入力端子ＩＮ１に入力される２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、基板１１０ａ上に形成されているパッド１ａからバンプ１４０を介して半導体基板１２０上のパッド１０１ｂに入力される。パッド１０１ｂに入力された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、半導体基板１２０上の配線を介して電力増幅器ＡＭＰ１で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ａ１へ出力される。

同様に、入力端子ＩＮ１に入力される１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、基板１１０ａ上に形成されているパッド１０３ａからバンプ１４０を介して半導体基板１３０上のパッド１０３ｂに入力される。パッド１０３ｂに入力された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、半導体基板１３０上の配線を介して電力増幅器ＡＭＰ３で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１へ出力される。

また同様に、入力端子ＩＮ２に入力される９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、基板１１０ａ上の配線Ｌ２ａを介してパッド１０４ａに入力される。パッド１０４ａに入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、バンプ１４０を介して半導体基板１３０上のパッド１０４ｂに入力され、電力増幅器ＡＭＰ４で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２へ出力される。

また同様に、入力端子ＩＮ２に入力される８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、基板１１０ａ上の配線Ｌ２ａを介してパッド１０２ａに入力される。パッド１０２ａに入力された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、バンプ１４０を介して半導体基板１２０上のパッド１０２ｂに入力され、電力増幅器ＡＭＰ２で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ａ２へ出力される。

以上のように、本実施の形態に係る高周波電力増幅器１００ａは、２つの周波数帯域の高周波信号を増幅する高周波電力増幅器であって、高周波側の周波数帯域である２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号を線形動作により増幅する第１電力増幅回路と、低周波側の周波数帯域である８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号を線形動作により増幅する第２電力増幅回路と、高周波側の周波数帯域である１，８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号を非線形動作により増幅する第３電力増幅回路と、低周波側の周波数帯域である９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号を非線形動作により増幅する第４電力増幅回路とを有し、各電力増幅回路（第１〜４電力増幅回路）は、半導体基板に形成された入力パッドと、半導体基板に形成され、一端が入力パッドに接続された入力配線と、半導体基板に形成され、入力配線の他端に接続された電力増幅器と、半導体基板に形成され、一端が電力増幅器に接続された出力配線とを有し、半導体基板に形成され、出力配線の他端に接続された出力パッドとを有し、第１電力増幅回路の出力パッドと第２電力増幅回路の出力パッドとは隣り合って配置され、第３電力増幅回路の出力パッドと第４電力増幅回路の出力パッドとは隣り合って配置され、各電力増幅回路の入力配線は、半導体基板上で互いに交差せず、各電力増幅回路の出力配線は、半導体基板上で互いに交差しない。つまり、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４から出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２までの複数の配線が、互いに交差しない。なお、第１電力増幅回路は、パッド１０１ｂから電力増幅器ＡＭＰ１を介してパッド１１１ｂまでの回路であり、第２電力増幅回路は、パッド１０２ｂから電力増幅器ＡＭＰ２を介してパッド１１２ｂまでの回路であり、第３電力増幅回路は、パッド１０３ｂから電力増幅器ＡＭＰ３を介してパッド１１３ｂまでの回路であり、第４電力増幅回路は、パッド１０４ｂから電力増幅器ＡＭＰ４を介してパッド１１４ｂまでの回路である。

これにより、高周波電力増幅器１００ａは、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の出力側のアイソレーションを高くできるので、高いアイソレーションを有し、マルチバンド、かつ各バンドにおいてマルチモードで動作できる。具体的には、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は出力電力が大きいので、この電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の出力側のアイソレーションが高周波電力増幅器１００ａのアイソレーションに大きく寄与する。つまり、電力増幅器ＡＭＰ１〜４の出力側のアイソレーションを高くすることにより、高周波電力増幅器１００ａのアイソレーションを効果的に高めることができる。

また、入力端子ＩＮ１及びＩＮ２から電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４までの配線は、半導体基板１２０及び１３０において、互いに交差しない。言い換えると、パッド１０１ｂ〜１０４ｂから電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４までの配線は、互いに交差しない。これにより、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力側の信号経路におけるアイソレーションを高くできる。例えば、入力端子ＩＮ１から電力増幅器ＡＭＰ３までの信号経路は基板１１０ａ上のパッド１０１ａと１０３ａとの間を接続する配線を通っているが、入力端子ＩＮ２から電力増幅器ＡＭＰ２までの信号経路は半導体基板１２０上の配線を通る。そのため、例えば誘電体で構成されている多層基板の表層と内層に配置された配線で交差する場合にくらべて、本実施の形態に係る高周波電力増幅器１００ａは、配線間の空間の誘電率が小さく、また、多層基板の層間に比べて大きな距離を確保する事ができる。その結果、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力側のアイソレーションが高くなる。

また、半導体基板１２０上に形成されている電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２がＵＭＴＳモード、すなわち歪特性が必要な電力増幅器であり、半導体基板１３０上に形成されている電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４がＤＣＳモードとＧＳＭモード、すなわち歪特性が不要な電力増幅器という構成になっている。このように、歪特性が必要な非飽和領域で動作する、つまり線形動作する電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２と、歪特性が不要な飽和領域で動作する、つまり非線形動作する電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４とを別の半導体基板に形成することで、各々の電力増幅器に要求される特性に応じてそれぞれの半導体基板の構造を変える事ができるので、高周波特性を向上させることができる。

また、入力端子ＩＮ１からパッド１０１ａまでの配線よりも、入力端子ＩＮ１からパッド１０２ａまでの配線の方が、長く形成されている。同様に、入力端子ＩＮ２からパッド１０２ａまでの配線よりも、入力端子ＩＮ２からパッド１０４ａまでの配線の方が、長く形成されている。これにより、飽和動作を行う電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４は、基板１１０ａ上の引き回し配線分のインダクタンスにより生じる位相回転が起こりインピーダンス整合をよりとりにくく、また、引き回し配線で生じるばらつきによるインダクタンスのばらつきによる整合ばらつきも大きくなる。しかしながら、飽和動作する電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４は、線形動作をする電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２に比べて歪特性を得るための精度の高いインピーダンス整合が不要である。一方、精度の高いインピーダンス整合が必要な線形動作をする電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２は引き回し配線を介していないので、インピーダンス整合を容易にとることができる。

なお、入力端子ＩＮ１及びＩＮ２からパッド１０１ａ〜１０４ａまでの配線は、上記説明に限らない。例えば、入力端子ＩＮ２からパッド１０２ａまでの配線が、入力端子ＩＮ２からパッド１０４ａまでの配線の方が、長くてもよい。

図２ｂは、入力端子ＩＮ２と基板１１０ｂ上のパッド１０４ａとが、入力端子ＩＮ２とパッド１０２ａよりも短く接続された高周波電力増幅器の構成を示す図である。同図に示す高周波電力増幅器１００ｂは、本構成を取る事により、電力増幅器ＡＭＰ２に入力される８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号の位相は、基板１１０ｂ上のパッド１０４ａと１０２ａとの間の配線の長さに相当する位相だけ回転する。つまり、入力端子ＩＮ２における位相に対して、配線Ｌ２ｂだけ位相が回転する。その結果、入力インピーダンスが不整合になり歪特性などが悪化する。一方、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの電力増幅器ＡＭＰ４は、パッド１０２ａと１０４ａとの間分の配線損失や位相回転により生じる損失が生じない為、利得が向上する。

なお、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は、化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタを用いてもよい。

また、本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器１００ａは、１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモード、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモード、２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモード、８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの４バンド・３モードへの対応を例としていたが、電力増幅器を増やすことで、さらに周波数帯域やモードの追加に対応してもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、実施の形態１に係る高周波電力増幅器１００ａと比較して、２つの半導体基板がフェイスアップに実装され、その２つの半導体基板のパッドを接続するサブ基板を備える点が異なる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図３は、本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトを示す図である。同図に示す高周波電力増幅器２００は、図２ａに示した高周波電力増幅器１００ａと比較して、半導体基板１２０に代わりフェイスアップに実装された半導体基板２２０を有し、半導体基板１３０がフェイスアップに実装され、さらに基板２４０及びワイヤ２３１及び２３２を有する点が異なり、また、それら異なる点に対応する構造が異なる。

基板２１０は、基板１１０ａと比較して、パッド１０３ａ及び１０４ａを有さない。また、実施の形態１においてパッド１０１ａ及び１０２ａは半導体基板１２０をフリップチップ実装するため、すなわちバンプ接続用であったが、本実施の形態においては、ワイヤーボンディング用である。つまり、本実施の形態において、パッド１０１ａは本発明の第１基板パッドであり、パッド１０２ａは本発明の第２基板パッドである。また、パッド１１１ａ〜１１４ａは、実施の形態１においてはフリップチップ実装用であったが、本実施の形態においてはワイヤーボンディング用である。

半導体基板２２０は、基本的には、図１に示した半導体基板１２０を反転させた構成であるが、さらに、パッド２２１及び２２２と、パッド２２１及び２２２とパッド１０１ｂ及び１０２ｂとを接続する配線を有する。なお、パッド１０１ｂ及びパッド１０２ｂは、基板２４０にバンプ接続される。また、パッド２２１は本発明の第５入力パッドであり、パッド２２２は本発明の第６入力パッドである。

パッド２２１は、半導体基板２２０に形成され、当該パッド２２１とパッド１０１ｂとを接続する半導体基板２２０に形成された配線を介して、パッド１０１ｂと電気的に接続される。同様に、パッド２２２は、半導体基板２２０に形成され、当該パッド２２２とパッド１０２ｂとを接続する半導体基板２２０に形成された配線を介して、パッド１０２ｂと電気的に接続される。

基板２４０は、本発明における第１サブ基板であって、半導体基板２２０上及び半導体基板１３０上に実装され、パッド１０１ｂにバンプ接続される第１サブパッドであるパッド２４１と、パッド１０２ｂにバンプ接続される第２サブパッドであるパッド２４２と、パッド１０３ｂにバンプ接続される第３サブパッドであるパッド２４３と、パッド１０４ｂにバンプ接続される第４サブパッドであるパッド２４４と、パッド２４１とパッド２４３とを接続する第１サブ配線と、パッド２４２とパッド２４４とを接続する第２サブ配線とを有する。これらのパッド２４１〜２４４と各配線とは、基板２４０の裏面（図中下方向）に形成されている。

ワイヤ２３１は、パッド１０１ａとパッド２２１とを接続する。また、パッド１０２ａとパッド２２２を接続する。なお、パッド１０１ａとパッド２２１とを接続するワイヤ２３１は、本発明における第１ワイヤであり、パッド１０２ａとパッド２２２とを接続するワイヤ２３１は、本発明における第２ワイヤである。

ワイヤ２３２は、パッド１１１ｂとパッド１１１ａ、パッド１１２ｂとパッド１１２ａ、パッド１１３ｂとパッド１１３ａ、及び、パッド１１４ｂとパッド１１４ａを接続する。

以上のような構成を有する高周波電力増幅器２００において、入力端子ＩＮ１、パッド１０１ａ、パッド２２１、パッド１０１ｂ及び電力増幅器ＡＭＰ１は、入力端子ＩＮ１から電力増幅器ＡＭＰ１までの距離が最短となるように配置され、入力端子ＩＮ２、パッド１０２ａ、パッド２２２、パッド１０２ｂ及び電力増幅器ＡＭＰ２は、入力端子ＩＮ２から電力増幅器ＡＭＰ２までの距離が最短となるように配置される。

これにより、入力端子ＩＮ１から電力増幅器ＡＭＰ１までの距離、すなわち２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号が伝播する信号経路の長さにより生じる高周波信号の位相回転を抑圧できる。同様に、入力端子ＩＮ２から電力増幅器ＡＭＰ１までの距離、すなわち８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号が伝播する信号経路の長さにより生じる高周波信号の位相回転を抑圧できる。よって、高い精度でインピーダンス整合をとることができ、高い精度で歪特性を得られる。その結果、電力増幅器ＡＭＰ１およびＡＭＰ２の利得が向上する。

次に、本実施の形態に係る高周波電力増幅器２００の動作について説明する。

入力端子ＩＮ１に入力される２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、ワイヤ２３１を介して、半導体基板２２０上に形成されているパッド２２１に入力される。そして、パッド２２１から半導体基板２２０上の配線を介して電力増幅器ＡＭＰ１に入力され、増幅される。増幅された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、パッド１１１ｂ、ワイヤ２３２及びパッド１１１ａを介して、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１へ出力される。

同様に、入力端子ＩＮ１に入力される１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、ワイヤ２３１を介して半導体基板２２０上のパッド２２１に入力される。そして、パッド２２１から半導体基板２２０上の配線を介してパッド１０１ｂに入力される。ここで、パッド１０１ｂは、バンプ１４０を介して、基板２４０上のパッド２４１と電気的に接続されている。さらに、パッド２４１は、基板２４０上の配線を介して、パッド２４３と電気的に接続され、パッド２４３は、バンプ１４０を介して、半導体基板１３０上のパッド１０３ｂと電気的に接続されている。よって、パッド１０１ｂに入力された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、基板２４０を介してパッド１０３ｂに入力される。パッド１０３ｂに入力された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、電力増幅器ＡＭＰ３で増幅され、パッド１１３ｂ、ワイヤ２３２及びパッド１１３ａを介して出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１へ出力される。

また、入力端子ＩＮ２に入力される９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの信号は、ワイヤ２３１を介して半導体基板２２０上のパッド２２２に入力される。そして、パッド２２２から半導体基板２２０上の配線を介してパッド１０２ｂに入力される。ここで、パッド１０１ｂは、バンプ１４０を介して基板２４０上のパッド２４２と電気的に接続されている。このパッド２４２は、基板２４０上の配線を介してパッド２４４と電気的に接続され、パッド２４４は、バンプ１４０を介して半導体基板１３０上のパッド１０４ｂと電気的に接続されている。よって、パッド１０２ｂに入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、基板２４０を介してパッド１０４ｂに入力される。パッド１０４ｂに入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、電力増幅器ＡＭＰ４で増幅され、パッド１１４ｂ、ワイヤ２３２及びパッド１１４ｂを介して出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２へ出力される。

同様に、入力端子ＩＮ２に入力される８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、ワイヤ２３１を介して半導体基板２２０上のパッド２２２に入力される。そして、パッド２２２から半導体基板２２０上の配線を介して電力増幅器ＡＭＰ２に入力され、増幅される。増幅された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、パッド１１２ｂ、ワイヤ２３２及びパッド１１２ａを介して、出力端子ＯＵＴ＿Ａ２へ出力される。

以上のように、本実施の形態に係る高周波電力増幅器２００は、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４から出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２までの複数の配線が、互いに交差しない。これにより、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の出力側のアイソレーションを高くできる。

また、入力端子ＩＮ１及びＩＮ２から電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４までの配線は、半導体基板１２０及び１３０において、互いに交差しない。言い換えると、パッド２２１及び２２２とパッド１０３ｂ及び１０４ｂとから電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４までの配線は、互いに交差しない。これにより、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力側の信号経路におけるアイソレーションを高くできる構成となっている。例えば、入力端子ＩＮ１から電力増幅器ＡＭＰ３までの信号経路は基板２４０上のパッド２４１とパッド２４３の間を接続する配線を通っているが、入力端子ＩＮ２から電力増幅器ＡＭＰ２までの信号経路は半導体基板２２０上の配線を通る。そのため、例えば誘電体で構成されている多層基板の表層と内層に配置された配線で交差する場合にくらべて、本実施の形態に係る高周波電力増幅器２００は、配線間の空間の誘電率が小さく、また、多層基板の層間に比べて大きな距離を確保する事ができる。その結果、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力側のアイソレーションが高くなる。

また、半導体基板２２０上に形成されている電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２がＵＭＴＳモード、すなわち歪特性が必要な電力増幅器であり、半導体基板２２０上に形成されている電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４がＤＣＳモードとＧＳＭモード、すなわち歪特性が不要な電力増幅器という構成であり、半導体基板１３０上に形成されている。このうち、飽和動作を行う電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４は、基板２４０上に形成された配線、およびバンプ１４０による接続分のインダクタンスにより生じる位相回転が起こりインピーダンス整合をよりとりにくく、また、引き回し配線およびバンプ接続部で生じるばらつきによるインダクタンスのばらつきによる整合ばらつきも大きくなる。しかしながら、飽和動作する電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４は、線形動作をするＡＭＰ１及びＡＭＰ２に比べて歪特性を得るための精度の高いインピーダンス整合が不要である。一方、精度の高いインピーダンス整合が必要な線形動作をする電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２は基板２４０の配線である引き回し配線を介していないので、インピーダンス整合を容易にとることができる。

また、動作時に熱が発生する電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４を含む半導体基板１３０及び２２０は、ダイスボンドで基板２１０に密着して接合されているので、実施の形態１に比べて電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の熱抵抗が小さくなるというメリットがある。

なお、電力増幅器ＡＭＰ１、電力増幅器ＡＭＰ２、電力増幅器ＡＭＰ３及び電力増幅器ＡＭＰ４を半導体基板に個別に集積、あるいは、全て集積、あるいは、組み合わせて集積した場合、それぞれの半導体基板間のアイソレーションが増大するのはいうまでもない。すなわち、上記説明では、電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２が同一の半導体基板２２０、電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４が同一の半導体基板１３０に形成されていたが、この組み合わせに限らずいかなる組み合わせでもよいし、全ての電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４が同一の半導体基板に形成されていてもよい。

なお、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は、化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタを用いてもよい。

また、本実施の形態では、１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモード、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモード、２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモード、８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの４バンド・３モードに対応する高周波電力増幅器２００を例としていたが、電力増幅器を増やすことで、さらに周波数帯域やモードの追加に対応してもよい。

（実施の形態３）
本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、実施の形態１に係る高周波電力増幅器１００ａと比較して、２つの半導体基板がスタック構造を有する点が異なる。具体的には、２つの半導体基板のうち基板側すなわち下側の半導体基板は、基板にワイヤーボンディング接続され、基板と反対側すなわち上側の半導体基板は、下側の半導体基板にバンプ接続されている。以下、実施の形態１と異なる点を中心に述べる。

図４は、本発明の実施の形態３に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトを示す図である。

同図に示す高周波電力増幅器３００は、図２ａに示した高周波電力増幅器１００ａと比較して、半導体基板１３０に代わり半導体基板１３０が反転された構成を有し基板３１０とワイヤ２３１及び２３２によりワイヤーボンディング接続された半導体基板３３０を有し、半導体基板１２０に代わり半導体基板３２０を有する点が主に異なる。

基板３１０は、基板１１０ａと比較して、パッド１０１ａ及び１０２ａを有さない。また、実施の形態１においてパッド１０３ａ及び１０４ａはバンプ接続用であったが、本実施の形態においてはワイヤーボンディング用である。同様に、パッド１１１ａ〜１１４ａも、実施の形態１においてはフリップチップ実装用であったが、本実施の形態においてはワイヤーボンディング用である。

半導体基板３２０は、基本的には、図２ａに示した半導体基板１２０と同じ構成であるが、電力増幅器ＡＭＰ２とパッド１１２ｂとを接続する配線が曲がっている点が異なる。また、この半導体基板３２０は、半導体基板３３０に重なるように実装されている。

半導体基板３３０は、基本的には、図２ａに示した半導体基板１３０を反転した構成を有するが、さらに、パッド３３１〜３３６を有する。また、パッド１１３ｂ及び１１４ｂは、実施の形態１においてはフリップチップ実装用であったが、本実施の形態においてはワイヤーボンディング用である。また、パッド１０３ｂは、バンプ１４０によりパッド１０１ｂとバンプ接続され、パッド１０４ｂは、バンプ１４０によりパッド１０２ｂとバンプ接続される。

パッド３３１はパッド１０３ｂと接続され、かつ、一端がパッド１０３ａにワイヤーボンディング接続されたワイヤ２３１の他端と接続される。同様に、パッド３３２はパッド１０４ｂと接続され、かつ、パッド１０４ａにワイヤーボンディング接続されたワイヤ２３１の他端と接続される。

パッド３３３は、バンプ１４０によりパッド１１１ｂとバンプ接続される。また、このパッド３３３はパッド３３５と接続される。同様に、パッド３３４は、バンプ１４０によりパッド１１２ｂとバンプ接続される。また、このパッド３３３はパッド３３６と接続される。

パッド３３５及びパッド３３６は、ワイヤーボンディング用である。具体的には、パッド３３５はワイヤ２３２を介してパッド１１１ａとワイヤーボンディング接続され、パッド３３６はワイヤ２３２を介してパッド１１２ａとワイヤーボンディング接続される。なお、パッド１１３ｂはワイヤ２３２を介してパッド１１３ａと、パッド１１４ｂはワイヤ２３２を介してパッド１１４ａと、それぞれワイヤーボンディング接続される。

このように構成された高周波電力増幅器３００の動作について説明する。

入力端子ＩＮ１に入力される２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、ワイヤ２３１を介して半導体基板３３０上に形成されているパッド３３１を経由して、パッド１０３ｂに入力される。このパッド１０３ｂは、パッド１０１ｂにバンプ接続されている。よって、パッド１０３ｂに入力された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、電力増幅器ＡＭＰ１に入力されて増幅され、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１へ出力される。

同様に、入力端子ＩＮ２に入力される８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、ワイヤ２３１を介して半導体基板３３０上に形成されているパッド３３２を経由して、パッド１０４ｂに入力される。このパッド１０４ｂは、パッド１０２ｂにバンプ接続されている。よって、パッド１０２ｂに入力された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、電力増幅器ＡＭＰ２に入力されて増幅され、出力端子ＯＵＴ＿Ａ２へ出力される。

以上のように、本実施の形態に係る高周波電力増幅器３００は、少なくとも２つの半導体基板３２０及び３３０からなり、電力増幅器ＡＭＰ１と電力増幅器ＡＭＰ３とは互いに異なる半導体基板３２０及び３３０に形成され、電力増幅器ＡＭＰ２と電力増幅器ＡＭＰ４とは互いに異なる半導体基板３２０及び３３０に形成され、電力増幅器ＡＭＰ１が形成されている半導体基板３２０は、電力増幅器ＡＭＰ３が形成されている半導体基板３３０に重なって配置され、電力増幅器ＡＭＰ２が形成されている半導体基板３２０は、電力増幅器ＡＭＰ４が形成されている半導体基板３３０に重なって配置され、パッド１０１ｂとパッド１０３ｂとはバンプ１４０により接続され、パッド１０２ｂとパッド１０４ｂとはバンプ１４０により接続される。

このように、フェイスダウンの半導体基板３２０とフェイスアップの半導体基板３３０とをスタック状に重ねているので、実装面積が小さくて済むというメリットがある。

また、飽和動作する電力増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４がフェイスアップ実装されることにより、実施の形態２同様に熱抵抗が小さくなり、一方、比較的熱発生の少ない線形動作をしている電力増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２が熱抵抗の比較的大きいフェイスダウン構成にする事で熱的安定性を得ている。

また、本実施の形態においては、実施の形態２に比べて接続の基板が少なくて済むので実装回数が少なく、ばらつきに強く、また、コスト的にもメリットがある。

なお、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は、化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタを用いてもよい。

また、高周波電力増幅器３００は、３つ以上の半導体基板からなり、電力増幅器ＡＭＰ１と電力増幅器ＡＭＰ２とは互いに異なる半導体基板に形成されてもよいし、電力増幅器ＡＭＰ３と電力増幅器ＡＭＰ４とは互いに異なる半導体基板に形成されてもよい。

（実施の形態４）
本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、実施の形態２に係る高周波電力増幅器と比較して、さらに、第１サブ基板を介して半導体基板に電源を供給する第２サブ基板を有し、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４が同一の半導体基板に形成されている点が異なる。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。

ところで、ＧＳＭモード等の携帯電話に使用される高周波電力増幅器では、基地局との距離によって出力電力の大きさが制御されている。

例えば、バイポーラトランジスタを用いた電力増幅器の場合、バイポーラトランジスタのベース端子への入力電力が十分に大きく、飽和増幅器として動作するときには、一定の入力電力に対し、コレクタ電圧Ｖｃｃのほぼ２乗に比例した出力電力が得られるので、Ｖｃｃを制御することで出力電力を制御することができる。一般にこの目的のためにはＤＣ／ＤＣコンバータが用いられている。なお、ＥＤＧＥ(Enhanced Data Rate for GSM Evolution)等の通信方式においては、ポーラー変調と呼ばれる手法を用いて、振幅変調信号を電力制御信号としてコレクタ端子に入力し、振幅変調を行っている。

また、高周波電力増幅器では、コレクタ電圧Ｖｃｃとベース電圧Ｖｂｂが一定であっても、出力電力はバイポーラトランジスタのデバイス温度によって変動してしまう。よって、ベースバイアス回路において、温度に応じてベース電圧Ｖｂｂを調整することにより、温度に依存した出力電力のばらつきを抑制している。この目的の為には、一般に低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ等が用いられている。

図５は、本発明の実施の形態４に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトを示す図である。

図５に示すとおり、本実施の形態では、実施の形態１〜３では記載していなかった電力増幅器の周辺回路である上記のＤＣ／ＤＣコンバータやＬＤＯレギュレータを含めた構成となっている。なお、本実施の形態では、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は半導体基板４２０に全て集積された構成をとっているが、個別の半導体基板に構成されたものであっても同様であるのはいうまでもない。

図５に示す高周波電力増幅器４００は、図３に示した高周波電力増幅器２００と比較して、半導体基板１３０及び２２０に代わり、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４が形成された半導体基板４２０を有し、基板２４０に代わり基板４４０を有し、さらに、基板４４０を介し半導体基板４２０へ電源を供給する半導体基板４５０を有する。

半導体基板４２０上のパッドＰ１およびパッドＰ２は、本発明の第１電源パッドであって、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４のそれぞれに含まれるバイポーラトランジスタのベース端子およびコレクタ端子と接続されている。このパッドＰ１及びＰ２のそれぞれは、バンプ１４０を介して基板４４０にバンプ接続されている。なお、本発明の第１電源線は、パッドＰ１及びＰ２からＡＭＰ１〜ＡＭＰ４までの配線である。

基板４４０は、本発明の第１サブ基板であって、基板２４０と比較してさらに、本発明の第２電源パッドであるパッド４４１及び４４２と、本発明の３電源パッドであるパッド４４３及び４４４と、パッド４４１とパッド４４３とを接続する配線と、パッド４４２とパッド４４４とを接続する配線とを有する。なお、パッド４４１とパッド４４３とを接続する配線と、パッド４４２とパッド４４４とを接続する配線とはそれぞれ、本発明の第２電源線である。また、パッド４４１は、バンプ１４０によりパッドＰ１とバンプ接続され、パッド４４２は、バンプ１４０によりパッドＰ２とバンプ接続される。

半導体基板４５０は、本発明の第２サブ基板であって、ＬＤＯレギュレータ４５１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５２と、パッド４５３と、パッド４５４とを有する、例えば半導体基板である。なお、ＬＤＯレギュレータ４５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４５２はそれぞれ本発明の電源回路であり、パッド４５３及び４５４はそれぞれ本発明の第４電源パッドである。このパッド４５３は、バンプ１４０によりパッド４４３とバンプ接続され、パッド４５４は、バンプ１４０によりパッド４４４とバンプ接続される。

また、ＬＤＯレギュレータ４５１とパッド４５３とは配線で接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５２とパッド４５４とは他の配線で接続されている。このＬＤＯレギュレータ４５１とパッド４５３とを接続する配線、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５２とパッド４５４とを接続する配線は、それぞれ、本発明の第３電源線である。

このような構成により、ＬＤＯレギュレータ４５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４５２は、基板４４０を介して、半導体基板４２０へ電源を供給する。

以上のように、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４００は、半導体基板４２０に形成され、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４へ電源を供給する第１電源線と、半導体基板４２０に形成され、第１電源線に接続されたパッドＰ１と、基板４４０を介し半導体基板４２０に電源を供給する半導体基板４５０とを有する。この基板４４０は、図３に示した基板２４０と比較して、さらに、パッドＰ１にバンプ接続されるパッド４４１と、一端がパッド４４１に接続された第２電源線と、第２電源線の他端に接続されたパッド４４３とを有し、半導体基板４５０は、ＬＤＯレギュレータ４５１と、パッド４４３にバンプ接続されるパッド４５３と、ＬＤＯレギュレータ４５１とパッド４５３とを接続する第３電源線とを有する。

これにより、従来の構成では、バイアス回路、つまり電源回路の配線の引き回しは半導体基板４２０または基板２１０上を通らなければならなかったが、本実施の形態に係る高周波電力増幅器４００は、ＵＭＴＳ系入力配線と同じ基板４４０上を経由してバイアス回路の配線を施されるので、バイアス配線と高周波信号線路との間に半導体基板４２０内において交差部がない。本実施の形態では非常に簡略化されて記載されているが、例えば個々の電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は、電力利得を得るために多段構成になっている事が多く、それぞれ、あるいは組み合わせてバイアス配線が施されているため、従来の構成では、非常に複雑な配線を半導体基板４２０あるいは基板２１０に配置しなければならない。

しかしながら、本実施の形態では、半導体基板４５０から基板４４０を介して半導体基板４２０に電源を供給するので非常にシンプルな構成にでき、その結果としてバイアス配線と高周波信号配線、あるいはバイアス配線同士のアイソレーションを得やすいという特徴がある。特に、バイアス回路を構成するＬＤＯレギュレータ４５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４５２は、低周波とはいえ交流動作させているため発振しやすいという特徴があるが、本実施の形態ではアイソレーションが確保できているので発振に対して強い特徴がある。また、前記のポーラーシステムではＤＣ／ＤＣコンバータで変調を行うのでアイソレーションは極めて重要である。

なお、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は、本実施の形態ではバイポーラトランジスタを用いた例を示したが、化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタを用いてもよいのはいうまでもない。

（実施の形態５）
本実施の形態に係る高周波電力増幅器は、実施の形態４に係る高周波電力増幅器４００と比較して、電源回路が第１サブ基板に形成されている点が異なる。以下、実施の形態４と異なる点を中心に述べる。

図５は、本発明の実施の形態５に係る高周波電力増幅器の回路構成及び配置レイアウトを示す図である。図５に示すとおり、実施の形態４に係る高周波電力増幅器５００と比較して、基板４４０に代わり、ＬＤＯレギュレータ４５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４５２が形成された半導体基板５４０を有する。

この半導体基板５４０は、基板４４０と比較して、パッド４４３及び４４４を有さず、ＬＤＯレギュレータ４５１及びＤＣ／ＤＣコンバータが形成されている。また、ＬＤＯレギュレータ４５１とパッド４４１とは配線で接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５２とパッド４４４とは他の配線で接続されている。なお、ＬＤＯレギュレータ４５１とパッド４４１とを接続する配線は、本発明の第２電源線である。

半導体基板５４０の短辺（図中横方向）はフェイスアップの半導体基板４２０のパッド２２１及び２２２とパッド１１１ｂ〜１１４ｂとよりも内側に入る事を特徴としている。言い換えると、半導体基板５４０は、パッド２２１及び２２２とパッド１１１ｂ〜１１４ｂとに重ならないように配置される。これは、半導体基板４２０のパッドからのワイヤ２３１及び２３２が半導体基板５４０にぶつからないようにするためである。

このような構成により、ＬＤＯレギュレータ４５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４５２は、半導体基板４２０へ電源を供給する。

以上のように、本実施の形態に係る高周波電力増幅器５００は、半導体基板４２０に形成され、電力増幅器ＡＭＰ１〜４へ電源を供給する第１電源線と、半導体基板４２０に形成され、電源線に接続されたパッドＰ１とを有し、半導体基板５４０は、ＬＤＯレギュレータ４５１と、パッドＰ１にバンプ接続されるパッド４４１と、電源回路ＬＤＯレギュレータ４５１とパッド４４１とを接続する第２電源線とを有する。

これにより、本実施の形態では、基板２１０上の配線、およびワイヤを介さずにバイアス回路、すなわち、ＬＤＯレギュレータ４５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ４５２と接続されているので、ワイヤや基板上の配線抵抗による電圧ドロップオフなく電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４に電流を供給する事ができ、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の高効率化が実現できる。

また、本実施の形態に係る高周波電力増幅器５００は、実施の形態４に係る高周波電力増幅器４００に比べて実装回数がすくなくてすみ、また半導体基板４５０と基板４４０とを一つの半導体基板５４０に集積化したことにより、製造工程が簡略化でき生産性およびコストのメリットがある。また、集積化したことにより、実装面積を小型化することができる。

なお、半導体基板５４０がＳｉ基板あるいは化合物半導体基板のいずれでも同様の効果が得られるのはいうまでもない。

以上、本発明に係る高周波電力増幅器について、実施の形態１〜５に基づき説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記説明において、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１と出力端子ＯＵＴ＿Ａ２とは隣り合って配置されるとしたが出力端子ＯＵＴ＿Ａ１と出力端子ＯＵＴ＿Ａ１との間に他の端子（例えば、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１及び出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２）が配置されていなければ離れていてもよい。

また、上記説明において、本発明に係る高周波電力増幅器は、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４が形成された半導体基板を実装するための基板を備えたが、基板に代わり、半導体パッケージに用いられる多数の金属性の接続端子であるリードフレーム、フレキシブルケーブル及びフレキシブルシートのいずれかを備えてもよい。具体的には、半導体基板のバンプと、リードフレームとを接続することにより、基板を備えなくても、上記説明と同様の効果が得られる。同様に、半導体基板のバンプと、フレキシブルケーブルとを接続することにより、上記説明と同様の効果が得られる。同様に、半導体基板のバンプとフレキシブルシートとを接続することにより、上記説明と同様の効果が得られる。また、リードフレーム、フレキシブルケーブル及びフレキシブルシートを組み合わせて実装しても、当然、上記説明と同様の効果が得られる。

本発明に係る高周波電力増幅器は、マルチバンド化又はマルチモード化に適しており、移動端末装置等に適用される。

１０、８００ 無線通信装置
１１、１００ａ、１００ｂ、２００、３００、４００、５００、８１０、９００ 高周波電力増幅器
１２ 受信部
１３ スイッチ
１４、８１４ アンテナ
１５ ＲＦＩＣ
１６ ベースバンドＬＳＩ
１７ａ、１７ｂ、８１７ａ デュプレクサ
１８ａ、１８ｂ、８１８ａ、８１８ｂ、８４０ｂ、８４０ｃ フィルタ
Ｌ１、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 配線
１０１ａ〜１０４ａ、１０１ｂ〜１０４ｂ、１１１ａ〜１１４ａ、１１１ｂ〜１１４ｂ、２２１、２２２、２４１〜２４４、３３１〜３３６、４４１〜４４４、４５３、４５４、Ｐ１、Ｐ２ パッド
１１０ａ、１１０ｂ、２１０、２４０、３１０、４４０ 基板
１２０、１３０、２２０、３２０、３３０、４２０、４５０、５４０ 半導体基板
１４０ バンプ
２３１、２３２ ワイヤ
４５１ ＬＤＯレギュレータ
４５２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
８０１ マイクロホン
８０６ スピーカ
８１３ アンテナスイッチ
８１６ ベースバンド信号処理装置
８２０ 整合回路
８３０ スイッチ
８６０ 利得調整制御装置
９０１、９０２、９０３、９０４、ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３、ＡＭＰ４ 電力増幅器
９１１ 交差部
９２１ 整合回路
８１１０ 第１の送信経路
８１１１ 第２の送信経路
８１１２ 第３の送信経路
８１２０ 高周波受信回路装置
８１３０ 送信回路
ＩＮ１、ＩＮ２ 入力端子
ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２ 出力端子

Claims (16)

1. ２つの周波数帯域の高周波信号を増幅する高周波電力増幅器であって、
   第１周波数帯域内の第１高周波信号を線形動作により増幅する第１電力増幅回路と、
   前記第１周波数帯域よりも低い第２周波数帯域内の第２高周波信号を線形動作により増幅する第２電力増幅回路と、
   前記第１周波数帯域内の第３高周波信号を非線形動作により増幅する第３電力増幅回路と、
   前記第２周波数帯域内の第４高周波信号を非線形動作により増幅する第４電力増幅回路とを有し、
   前記第１電力増幅回路は、
   半導体基板に形成された第１入力パッドと、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第１入力パッドに接続された第１入力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第１入力配線の他端に接続された第１電力増幅器と、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第１電力増幅器に接続された第１出力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第１出力配線の他端に接続された第１出力パッドとを有し、
   前記第２電力増幅回路は、
   前記半導体基板に形成された第２入力パッドと、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第２入力パッドに接続された第２入力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第２入力配線の他端に接続された第２電力増幅器と、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第２電力増幅器に接続された第２出力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第２出力配線の他端に接続された第２出力パッドとを有し、
   前記第３電力増幅回路は、
   前記半導体基板に形成された第３入力パッドと、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第３入力パッドに接続された第３入力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第３入力配線の他端に接続された第３電力増幅器と、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第３電力増幅器に接続された第３出力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第３出力配線の他端に接続された第３出力パッドとを有し、
   前記第４電力増幅回路は、
   前記半導体基板に形成された第４入力パッドと、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第４入力パッドに接続された第４入力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第４入力配線の他端に接続された第４電力増幅器と、
   前記半導体基板に形成され、一端が前記第４電力増幅器に接続された第４出力配線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第４出力配線の他端に接続された第４出力パッドとを有し、
   前記第１出力パッドと前記第２出力パッドとは隣り合って配置され、
   前記第３出力パッドと前記第４出力パッドとは隣り合って配置され、
   前記第１〜第４入力配線は、前記半導体基板上で互いに交差せず、
   前記第１〜第４出力配線は、前記半導体基板上で互いに交差しない
   高周波電力増幅器。
2. 前記高周波電力増幅器は、さらに、
   前記半導体基板が実装される基板を有し、
   前記基板は、
   前記第１入力パッドにバンプ接続される第１接続パッドと、
   前記第２入力パッドにバンプ接続される第２接続パッドと、
   前記第３入力パッドにバンプ接続される第３接続パッドと、
   前記第４入力パッドにバンプ接続される第４接続パッドと、
   前記第１及び第３高周波信号が入力される第１入力端子と、
   前記第２及び第４高周波信号が入力される第２入力端子と、
   前記第１入力端子と前記第１接続パッドとを接続する第１基板配線と、
   前記第１接続パッドと前記第３接続パッドとを接続する第２基板配線と、
   前記第２入力端子と前記第２接続パッドとを接続する第３基板配線と、
   前記第２接続パッドと前記第４接続パッドとを接続する第４基板配線とを有する
   請求項１記載の高周波電力増幅器。
3. 前記高周波電力増幅器は、さらに、
   前記半導体基板に実装された第１サブ基板を有し、
   前記第１サブ基板は、
   前記第１入力パッドにバンプ接続される第１サブパッドと、
   前記第２入力パッドにバンプ接続される第２サブパッドと、
   前記第３入力パッドにバンプ接続される第３サブパッドと、
   前記第４入力パッドにバンプ接続される第４サブパッドと、
   前記第１サブパッドと前記第３サブパッドとを接続する第１サブ配線と、
   前記第２サブパッドと前記第４サブパッドとを接続する第２サブ配線とを有する
   請求項１記載の高周波電力増幅器。
4. 前記高周波電力増幅器は、さらに、
   前記半導体基板に形成され、前記第１入力パッドに接続された前記第１及び第３高周波信号が入力される第５入力パッドと、
   前記半導体基板に形成され、前記第１入力パッドに接続された前記第２及び第４高周波信号が入力される第６入力パッドとを有し、
   前記第５及び第６入力パッドは、ワイヤーボンディング用である
   請求項３記載の高周波電力増幅器。
5. 前記高周波電力増幅器は、さらに、
   前記半導体基板が実装される基板と、
   一端が前記第５入力パッドにワイヤーボンディングされた第１ワイヤと、
   一端が前記第６入力パッドにワイヤーボンディングされた第２ワイヤとを有し、
   前記基板は、
   前記第１及び第３高周波信号が入力される第１入力端子と、
   一端が前記第１入力端子に接続された第１基板配線と、
   前記第１基板配線の他端及び前記第１ワイヤの他端にワイヤーボンディングされた第１基板パッドと、
   前記第２及び第４高周波信号が入力される第２入力端子と、
   一端が前記第２入力端子に接続された第２基板配線と、
   前記第２基板配線の他端及び前記第２ワイヤの他端にワイヤーボンディングされた第２基板パッドとを有し、
   前記第１入力端子、前記第１基板パッド、前記第５入力パッド、前記第１入力パッド及び前記第１電力増幅器は、前記第１入力端子から前記第１電力増幅器までの距離が最短となるように配置され、
   前記第２入力端子、前記第２基板パッド、前記第６入力パッド、前記第２入力パッド及び前記第２電力増幅器は、前記第２入力端子から前記第２電力増幅器までの距離が最短となるように配置される
   請求項４記載の高周波電力増幅器。
6. 前記第１サブ基板は、前記第５及び第６入力パッドと前記第１〜第４出力パッドに重ならないように配置される
   請求項４記載の高周波電力増幅器。
7. 前記高周波電力増幅器は、さらに、
   前記半導体基板に形成され、前記第１〜第４電力増幅器へ電源を供給する第１電源線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第１電源線に接続された第１電源パッドとを有し、
   前記第１サブ基板は、さらに、
   電源回路と、
   前記第１電源パッドにバンプ接続される第２電源パッドと、
   前記電源回路と前記第２電源パッドとを接続する第２電源線とを有する
   請求項３〜６のいずれか１項に記載の高周波電力増幅器。
8. 前記高周波電力増幅器は、さらに、
   前記半導体基板に形成され、前記第１〜第４電力増幅器へ電源を供給する第１電源線と、
   前記半導体基板に形成され、前記第１電源線に接続された第１電源パッドと、
   前記第１基板を介し前記半導体基板に電源を供給する第２サブ基板とを有し、
   前記第１サブ基板は、さらに、
   前記第１電源パッドにバンプ接続される第２電源パッドと、
   一端が前記第２電源パッドに接続された第２電源線と、
   前記第２電源線の他端に接続された第３電源パッドとを有し、
   前記第２サブ基板は、
   電源回路と、
   前記第３電源パッドにバンプ接続される第４電源パッドと、
   前記電源回路と前記第４電源パッドとを接続する第３電源線とを有する
   請求項３〜６のいずれか１項に記載の高周波電力増幅器。
9. 前記半導体基板は、第１半導体チップと第２半導体チップとからなり、
   前記第１電力増幅回路及び前記第２電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、
   前記第３電力増幅回路及び前記第４電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成される
   請求項１記載の高周波電力増幅器。
10. 前記半導体基板は、第１〜３半導体チップからなり、
    前記第３電力増幅回路及び前記第４電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、
    前記第１電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成され、
    前記第２電力増幅回路は、前記第３半導体チップに形成される
    請求項１記載の高周波電力増幅器。
11. 前記半導体基板は、第１〜３半導体チップからなり、
    前記第１電力増幅回路及び前記第２電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、
    前記第３電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成され、
    前記第４電力増幅回路は、前記第３半導体チップに形成される
    請求項１記載の高周波電力増幅器。
12. 前記半導体基板は、第１〜３半導体チップからなり、
    前記第２電力増幅回路及び前記第３電力増幅回路は、前記第１半導体チップに形成され、
    前記第１電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成され、
    前記第４電力増幅回路は、前記第３半導体チップに形成される
    請求項１記載の高周波電力増幅器。
13. 前記半導体基板は、４つの半導体チップからなり、
    前記第１〜４電力増幅回路のそれぞれは、互いに異なる半導体チップに形成される
    請求項１記載の高周波電力増幅器。
14. 前記半導体基板は、１つの半導体チップである
    請求項１記載の高周波電力増幅器。
15. 前記半導体基板は、少なくとも２つの半導体チップからなり、
    前記第１電力増幅回路と前記第３電力増幅回路とは互いに異なる半導体チップに形成され、
    前記第２電力増幅回路と前記第４電力増幅回路とは互いに異なる半導体チップに形成され、
    前記第１電力増幅回路が形成されている半導体チップは、前記第３電力増幅回路が形成されている半導体チップに重なって配置され、
    前記第２電力増幅回路が形成されている半導体チップは、前記第４電力増幅回路が形成されている半導体チップに重なって配置され、
    前記第１入力パッドと前記第３入力パッドとはバンプ接続され、
    前記第２入力パッドと前記第４入力パッドとはバンプ接続される
    請求項１記載の高周波電力増幅器。
16. 前記高周波電力増幅器は、さらに、
    前記半導体基板に形成され、前記第３入力パッドに接続された第５入力パッドと、
    前記半導体基板に形成され、前記第４入力パッドに接続された第６入力パッドと、
    前記半導体基板が実装される基板と、
    一端が前記第５入力パッドにワイヤーボンディング接続された第１ワイヤと、
    一端が前記第６入力パッドにワイヤーボンディング接続された第２ワイヤとを有し、
    前記基板は、
    前記第１及び第３高周波信号が入力される第１入力端子と、
    一端が前記第１入力端子に接続された第１基板配線と、
    前記第１基板配線の他端及び前記第１ワイヤの他端にワイヤーボンディング接続された第１基板パッドと、
    前記第２及び第４高周波信号が入力される第２入力端子と、
    一端が前記第２入力端子に接続された第２基板配線と、
    前記第２基板配線の他端及び前記第２ワイヤの他端にワイヤーボンディング接続された第２基板パッドとを有し、
    前記第１入力端子、前記第１基板パッド、前記第５入力パッド、前記第３入力パッド及び前記第３電力増幅器は、前記第１入力端子から前記第３電力増幅器までの距離が最短となるように配置され、
    前記第２入力端子、前記第２基板パッド、前記第６入力パッド、前記第４入力パッド及び前記第４電力増幅器は、前記第２入力端子から前記第４電力増幅器までの距離が最短となるように配置される
    請求項１５記載の高周波電力増幅器。

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