JP2011055446A - 高周波電力増幅器 - Google Patents

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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電力増幅回路１と、第２電力増幅回路２と、第３電力増幅回路３と、第４電力増幅回路４とを有し、第１〜第４電力増幅回路１〜４は、それぞれ半導体基板に形成されたワイヤーボンディング用の入力パッド１０１〜１０４と、入力配線Ｌ１１〜Ｌ１４と、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４と、出力配線Ｌ２１〜Ｌ２４と、出力パッド１１１〜１１４とを有し、入力配線Ｌ１１〜Ｌ１４は、チップ２００および２０１において互いに交差せず、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の出力配線Ｌ２１〜Ｌ２４は、チップ２００および２０１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１〜２参照）。
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およ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および８１８ｂ、整合回路８２０および８２１、スイッチ８３０、フィルタ８４０ｂ、８４０ｃ、８４０ｄおよび８４０ｆ、利得調整制御装置８６０、高周波受信回路装置８１２０〜８１２２、および、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およびフィルタ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７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の性能向上は求められるが、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およ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
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８２１およ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モードおよびＤＣＳモードに対応し、高周波側の周波数帯域においてＵＭＴＳモードおよび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およ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および９０４と、入力端子ＩＮ１および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。
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。
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への出力ラインおよび電力増幅器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の構成およ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、および、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および出力端子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１３を介してアンテナ１４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８１８ｂ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およ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ことである。
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、本発明の一形態におけ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ワイヤーボンディング用の第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ワイヤーボンディング用の第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ワイヤーボンディング用の第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ワイヤーボンディング用の第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。
この構成によれば、半導体基板において第１〜第４入力配線間、および、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回路は、高いアイソレーションを有し、第１周波数帯域および第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、第１〜第４入力パッドはワイヤーボンディング用のパッドであり、ワイヤーボンディングにより、第１〜第４入力パッドを他のパッドに容易に接続することができ、回路構成を簡単にすることができる。
ここで、前記第１入力パッドは、前記高周波電力増幅器の実装先となる基板に設けられ前記第１および第３高周波信号が入力される第１入力部にワイヤーボンディングにより接続され、前記第２入力パッドは、前記基板に設けられ前記第２および第４高周波信号が入力される第２入力部にワイヤーボンディングにより接続され、前記第３入力パッドは、前記第１入力部にワイヤーボンディングにより接続され、前記第４入力パッドは、前記第２入力部にワイヤーボンディングにより接続されるようにしてもよい。
この構成によれば、第１入力部および第２入力部と、第１〜第４入力パッドとをワイヤーボンディングにより容易に接続できる。
ここで、前記高周波電力増幅器は、基板と、前記基板に実装される前記半導体基板とを備え、前記基板は、一端が前記第１入力部に接続された第１配線ラインと、前記第１配線ラインの他端に接続された第１接続パッドと、一端が前記第１接続パッドに接続された第２配線ラインと、前記第２配線ラインの他端に接続された第２接続パッドと、一端が前記第２入力部に接続された第３配線ラインと、前記第３配線ラインの他端に接続された第３接続パッドと、一端が前記第３接続パッドに接続された第４配線ラインと、前記第４配線ラインの他端に接続された第４接続パッドとを備え、前記高周波電力増幅器は、さらに、一端が前記第１入力パッドにボンディングされ、他端が前記第１接続パッドおよび前記第２接続パッドのうち近接したいずれか一方にボンディングされた第１ワイヤーと、一端が前記第２入力パッドにボンディングされ、他端が前記第３接続パッドおよび前記第４接続パッドのうち近接したいずれか一方にボンディングされた第２ワイヤーと、一端が前記第３入力パッドにボンディングされ、他端が前記第１接続パッドおよび前記第２接続パッドのうち近接した他端にボンディングされた第３ワイヤーと、一端が前記第４入力パッドにボンディングされ、他端が前記第３接続パッドおよび前記第４接続パッドのうち近接した他端にボンディングされた第４ワイヤーとを備えるようにしてもよい。
この構成によれば、第１〜第４入力パッドにボンディングされた第１〜第４ワイヤーは、入力配線と交差する場合には、入力配線に対して垂直方向の上方で交差する。そのため、例えば多層基板等を用いて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比べて、ワイヤーと入力配線間の空間の誘電率が小さく、寄生容量を大幅に低減することができる。また、ワイヤーによりボンディングする構成であるため、多層基板の層間に比べて、ワイヤーと入力配線の間に大きな距離を確保することができる。したがって、第１〜第４電力増幅回路の入力側の信号経路のアイソレーションを高くできる。
ここで、一端が前記第１入力部にボンディングされ、他端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうち前記第１入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第５ワイヤーと、一端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第１入力部と接続された前記第１入力パッドまたは第３入力パッドにボンディングされた第６ワイヤーとを備えるようにしてもよい。
ここで、一端が前記第２入力部にボンディングされ、他端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうち前記第２入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第７ワイヤーと、一端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第２入力部と接続された前記第２入力パッドまたは第４入力パッドにボンディングされた第８ワイヤーとを備えるようにしてもよい。
ここで、一端が前記第１入力部にボンディングされ、他端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうち前記第１入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第５ワイヤーと、一端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第１入力部と接続された前記第１入力パッドまたは第３入力パッドにボンディングされた第６ワイヤーと、一端が前記第２入力部にボンディングされ、他端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうち前記第２入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第７ワイヤーと、一端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第２入力部と接続された前記第２入力パッドまたは第４入力パッドにボンディングされた第８ワイヤーとを備えるようにしてもよい。
この構成によれば、入力部と入力パッドを接続するための基板上の配線が不要になるので高周波電力増幅器を小型化でき、また、高周波信号が配線を通過する際に生じる挿入損失をなくすことができる。また、例えば連続して第１入力部から第１入力パッドを経て第３入力パッドへと連続してボンディングすることができるので、ボンディング回数を減少することができる。したがって、生産性およびコストメリットが向上する。
ここで、前記第１〜第４入力パッドの少なくとも１つは、他の前記第１〜第４入力パッドよりも、対応する前記電力増幅器側に配置されるようにしてもよい。
この構成によれば、パッドにボンディングされたワイヤー同士が交差することなく、各ワイヤーの配置が容易となる。
ここで、前記対応する電力増幅器側に配置された入力パッドと隣り合う前記第１〜第４入力パッドのいずれかは、前記対応する電力増幅器に接続された前記入力配線の延長線上の所定の位置に配置されるようにしてもよい。
この構成によれば、インピーダンス整合回路となる入力配線の面積をより多く取れるので、整合回路の多段化、高性能化ができ、高周波信号に対するインピーダンスの不整合による損失を低減、あるいは、電力増幅器の増幅率を増大させることができる。また、入力部と入力パッドの距離が近くなり、入力部とパッド間のワイヤーの長さも短くて済むので、ワイヤーにおける位相回転、挿入損失を低減することができる。
ここで、前記第１入力部は、前記第１入力パッドと前記第３入力パッドから等距離に配置されるようにしてもよい。
ここで、前記第２入力部は、前記第２入力パッドと前記第４入力パッドから等距離に配置されるようにしてもよい。
この構成によれば、同一の周波数帯域の、各モードに対する高周波電力増幅器の入力インピーダンスの不整合を少なくすることができる。
ここで、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電力増幅回路および前記第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電力増幅回路および前記第４電力増幅回路は、前記第２半導体チップに形成されるようにしてもよい。
ここで、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電力増幅回路および前記第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ようにしてもよい。
ここで、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電力増幅回路および前記第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ようにしてもよい。
ここで、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電力増幅回路および前記第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ようにしてもよい。
ここで、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ようにしてもよい。
ここで、前記半導体基板は、１つの半導体チップであるようにしてもよい。
ここで、前記第３電力増幅回路および前記第４電力増幅回路は、前記第１電力増幅回路および前記第２電力増幅回路に対して所定の角度だけ回転して配置されるようにしてもよい。
この構成によれば、高周波電力増幅器を小型化することができる。また、同一のまたは異なる半導体基板に所望の高周波電力増幅回路を形成することにより、位相回転、挿入損失またはインピーダンスの不整合による損失を低減して、アイソレーションの高い高周波電力増幅器を形成することができる。
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することができる。
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および配置レイアウトの一例を示す図である。 実施の形態１に係る高周波電力増幅器の回路構成および配置レイアウト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および配置レイアウト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および配置レイアウト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および配置レイアウト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および配置レイアウト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および配置レイアウト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および配置レイアウト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およ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およ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およ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および配置レイアウトの一例を示す図である。 実施の形態３の変形例に係る高周波電力増幅器の回路構成およ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およ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およ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回路構成例を示す図である。 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帯域および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および１７ｂとフィルタ１８ａおよび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、送信信号およ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およ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への受信信号の帯域制限を行う。
フィルタ１８ａ、１８ｂは、高周波電力増幅器１１からのＤＣＳモードおよび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ワイヤーボンディング用の入力パッドと、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およ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は、基板１１ａに、本発明の半導体基板であるチップ２００、２０１と、第１〜第４接続パッド１０５〜１０８と、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２と、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２（図１参照）とが形成されている。
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モードおよびＵＭＴＳモードに対応し、第２周波数帯域においてＧＳＭモードおよびＵＭＴＳモードに対応する。つまり、第１周波数帯域および第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周波数帯域および第２周波数帯域）においてマルチモードで動作する。
入力端子ＩＮ１は、本発明の第１入力部であって、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モードおよび２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号が入力される。また、基板１１ａ上には、一端が入力端子ＩＮ１に接続された配線ラインＬ１と、配線ラインＬ１の他端に接続されたパッド１０５と、一端がパッド１０５に接続された配線ラインＬ２と、配線ラインＬ２の他端に接続されたパッド１０７とが形成されている。
また、入力端子ＩＮ２は、本発明の第２入力部であって、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モードおよび８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号が入力される。また、基板１１ａ上には、一端が入力端子ＩＮ２に接続された配線ラインＬ３と、配線ラインＬ３の他端に接続されたパッド１０６と、一端がパッド１０６に接続された配線ラインＬ４と、配線ラインＬ４の他端に接続されたパッド１０８とを有している。
なお、パッド１０５、１０７、１０６、１０８が、それぞれ本発明の第１、第２、第３、第４接続パッドである。また、配線ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が、それぞれ本発明の第１、第２、第３、第４配線ラインである。
チップ２００は、例えばプラスチック基板からなり、歪特性が必要つまり線形動作により高周波信号を増幅する第１電力増幅回路１および第２電力増幅回路２とを備えている。第１電力増幅回路１は、パッド１０１と、入力配線Ｌ１１と、電力増幅器ＡＭＰ１と、出力配線Ｌ２１と、出力パッド１１１とを有している。また、第２電力増幅回路２は、入力パッド１０２と、入力配線Ｌ１２と、電力増幅器ＡＭＰ２と、出力配線Ｌ２２と、出力パッド１１２とを有している。また、パッド１１１とパッド１１２とは隣り合って配置されている。
また、チップ２０１は、チップ２００と同様に、例えばプラスチック基板からなり、歪特性が不要つまり非線形動作により高周波信号を増幅する第３電力増幅回路３および第４電力増幅回路４とを備えている。第３電力増幅回路３は、パッド１０３と、入力配線Ｌ１３と、電力増幅器ＡＭＰ３と、出力配線Ｌ２３と、出力パッド１１３とを有している。また、第２電力増幅回路４は、入力パッド１０４と、入力配線Ｌ１４と、電力増幅器ＡＭＰ４と、出力配線Ｌ２４と、出力パッド１１４とを有している。また、パッド１１３とパッド１１４とは隣り合って配置されている。電力増幅器ＡＭＰ３およびＡＭＰ４は、トランジスタの飽和特性領域で動作する。
電力増幅器ＡＭＰ１は、入力側が入力配線Ｌ１１によりパッド１０１と接続され、パッド１０１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１０２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１０３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１０４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１１１と接続され、電力増幅器ＡＭＰ２の出力側はパッド１１２と接続され、電力増幅器ＡＭＰ３の出力側はパッド１１３と接続され、電力増幅器ＡＭＰ４の出力側はパッド１１４と接続されている。
パッド１０１は、ワイヤー１２１を介して基板１１ａに形成された接続パッド１０５とワイヤーボンディングにより電気的に接続されている。つまり、ワイヤー１２１の一端はパッド１０１にボンディングされ、他端はパッド１０５にボンディングされている。同様に、パッド１０２はワイヤー１２２を介してパッド１０６と、パッド１０３はワイヤー１２３を介してパッド１０７と、パッド１０４はワイヤー１２４を介してパッド１０８と、それぞれ電気的に接続されている。
なお、パッド１０１、パッド１０２、パッド１０３およびパッド１０４は、それぞれ本発明における第１入力パッド、第２入力パッド、第３入力パッドおよび第４入力パッドに相当する。また、ワイヤー１２１、１２２、１２３、１２４が、それぞれ本発明における第１ワイヤー、第２ワイヤー、第３ワイヤー、第４ワイヤーに相当する。
また、パッド１０１と電力増幅器ＡＭＰ１とを接続する入力配線Ｌ１１は第１入力配線、パッド１０２と電力増幅器ＡＭＰ２とを接続する入力配線Ｌ１２は第２入力配線、パッド１０３と電力増幅器ＡＭＰ３とを接続する入力配線Ｌ１３は第３入力配線、パッド１０４と電力増幅器ＡＭＰ４とを接続する入力配線Ｌ１４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および電力増幅器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電力増幅器および第４電力増幅器である。
また、電力増幅器ＡＭＰ１とパッド１１１とを接続する出力配線Ｌ２１は第１出力配線、電力増幅器ＡＭＰ２とパッド１１２とを接続する出力配線Ｌ２２は第２出力配線、電力増幅器ＡＭＰ３とパッド１１３とを接続する出力配線Ｌ２３は第３出力配線、電力増幅器ＡＭＰ４とパッド１１４とを接続する出力配線Ｌ２４は第４出力配線である。
また、パッド１１１、パッド１１２、パッド１１３およびパッド１１４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出力パッドおよび第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１１１までの出力配線Ｌ２１、電力増幅器ＡＭＰ２からパッド１１２までの出力配線Ｌ２２、電力増幅器ＡＭＰ３からパッド１１３までの出力配線Ｌ２３、および、電力増幅器ＡＭＰ４からパッド１１４までの出力配線Ｌ２４は、互いに交差しない。また、パッド１０１から電力増幅器ＡＭＰ１までの入力配線Ｌ１１、パッド１０２から電力増幅器ＡＭＰ２までの入力配線Ｌ１２、パッド１０３から電力増幅器ＡＭＰ３までの入力配線Ｌ１３、および、パッド１０４から電力増幅器ＡＭＰ４までの入力配線Ｌ１４は、互いに交差しない。
このように、チップ２００および２０１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１１１〜１１４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。
また、パッド１１１、パッド１１２、パッド１１３およびパッド１１４は、それぞれ出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２（図１参照）に接続されている。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。
以下に本実施の形態に係る高周波電力増幅器の動作を説明する。
ＲＦＩＣ１５（図１参照）から本高周波電力増幅器へ出力された高周波信号入力は、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１１ａ上に形成されているパッド１０５からワイヤー１２１を介してチップ２００上に形成されているパッド１０１に入力される。パッド１０１に入力された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、チップ２００上の入力配線Ｌ１１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１１ａ上に形成されているパッド１０７からワイヤー１２３を介してチップ２０１上に形成されているパッド１０３に入力される。パッド１０３に入力された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、チップ２０１上の入力配線Ｌ１３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１１ａ上に形成されているパッド１０８からワイヤー１２４を介してチップ２０１上に形成されているパッド１０４に入力される。パッド１０４に入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、チップ２０１上の入力配線Ｌ１４を介して電力増幅器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１１ａ上に形成されているパッド１０６からワイヤー１２２を介してチップ２００上に形成されているパッド１０２に入力される。パッド１０２に入力された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、チップ２００上の入力配線Ｌ１２を介して電力増幅器ＡＭＰ２で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ａ２へ出力される。
ここで、図２Ａ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ている。
また、電力増幅器ＡＭＰ１からパッド１１１までの出力配線Ｌ２１、電力増幅器ＡＭＰ２からパッド１１２までの出力配線Ｌ２２、電力増幅器ＡＭＰ３からパッド１１３までの出力配線Ｌ２３、および、電力増幅器ＡＭＰ４からパッド１１４までの出力配線Ｌ２４は、互いに交差しないように配置されている。
したがって、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への出力ラインおよび電力増幅器ＡＭＰ４から出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２への出力ラインは、それぞれ他のラインと交差が生じない。
また、パッド１０１から電力増幅器ＡＭＰ１までの入力配線Ｌ１１、パッド１０２から電力増幅器ＡＭＰ２までの入力配線Ｌ１２、パッド１０３から電力増幅器ＡＭＰ３までの入力配線Ｌ１３、および、パッド１０４から電力増幅器ＡＭＰ４までの入力配線Ｌ１４は、互いに交差しない。
よって、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２から入力され各電力増幅器（電力増幅器ＡＭＰ１、電力増幅器ＡＭＰ２、電力増幅器ＡＭＰ３および電力増幅器ＡＭＰ４）で増幅された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。
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および出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２）の配置レイアウトをとることで、図１に示すように、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１とデュプレクサ１７ａの接続および出力端子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の接続および出力端子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。
以上のように、図２Ａに示した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１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第２電力増幅回路２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第３電力増幅回路３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第４電力増幅回路４とを有し、各電力増幅回路１〜４は、チップ２００、２０１に形成されたワイヤーボンディング用の入力パッド１０１〜１０４と、チップ２００、２０１に形成され、一端が入力パッド１０１〜１０４に接続された入力配線Ｌ１１〜Ｌ１４と、チップ２００、２０１に形成され、入力配線Ｌ１１〜Ｌ１４の他端に接続された電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４と、チップ２００、２０１に形成され、一端が電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４に接続された出力配線Ｌ２１〜Ｌ２４と、チップ２００、２０１に形成され、出力配線Ｌ２１〜Ｌ２４の他端に接続された出力パッド１１１〜１１４とを有し、第１出力パッド１１１と第２出力パッド１１２とは隣り合って配置され、第３出力パッド１１３と第４出力パッド１１４とは隣り合って配置され、入力配線Ｌ１１〜Ｌ１４は、チップ２００、２０１上で互いに交差せず、出力配線Ｌ２１〜Ｌ２４は、チップ２００、２０１上で互いに交差しない構成となっている。
つまり、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４から出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２までの複数の出力配線Ｌ２１〜Ｌ２４が、互いに交差しない。
これにより、高周波電力増幅器は、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およびＩＮ２から電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４までの入力配線Ｌ１１〜Ｌ１４は、チップ２００および２０１において、互いに交差しない。言い換えると、パッド１０１〜１０４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の交差におけるアイソレーションを高くできる。
さらに、パッド１０１〜１０４はワイヤーボンディング用のパッドであり、ワイヤー１２１〜１２４によりそれぞれ入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続される。例えば、入力端子ＩＮ１から入力された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、信号経路として基板１１ａ上のパッド１０５と１０７の間をつなぐ配線ラインＬ２を通って電力増幅器ＡＭＰ３に入力されているが、入力端子ＩＮ２から入力された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、信号経路としてワイヤー１２２がパッド１０６からパッド１０２に配線され、基板に形成された配線ラインＬ２に対して、垂直方向の上方で交差するように構成されている。そのため、ワイヤーで交差せずに例えば多層基板等を用いて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比べて、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ことができる構成となっている。したがって、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力側の信号経路の交差におけるアイソレーションをより高くできる。
また、チップ２００上に形成されている電力増幅器ＡＭＰ１およびＡＭＰ２がＵＭＴＳモード、すなわち歪特性が必要な高周波電力増幅器であり、チップ２０１上に形成されている電力増幅器ＡＭＰ３およびＡＭＰ４がＤＣＳモードとＧＳＭモード、すなわち歪特性が不要な高周波電力増幅器という構成になっている。このように、歪特性が必要つまり線形動作する電力増幅器ＡＭＰ１およびＡＭＰ２と、歪特性が不要つまり非線形動作する電力増幅器ＡＭＰ３および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１０１までの配線よりも、入力端子ＩＮ１からパッド１０３までの配線の方が、配線ラインＬ２により長く形成されている。同様に、入力端子ＩＮ２からパッド１０２までの配線よりも、入力端子ＩＮ２からパッド１０４までの配線の方が、配線ラインＬ４により長く形成されている。これにより、線形動作を行う電力増幅器ＡＭＰ１およびＡＭＰ２は、配線ラインＬ２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なる。しかしながら、非線形動作する電力増幅器ＡＭＰ３およびＡＭＰ４は、線形動作をする電力増幅器ＡＭＰ１および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という利点がある。
なお、入力端子ＩＮ１およびＩＮ２からパッド１０１〜１０４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１０４までの配線の方が入力端子ＩＮ２からパッド１０２までの配線より長くてもよい。
図２Ｂは上記図２Ａの構成において入力端子ＩＮ２がパッド１０４に近い位置に配置され、配線ラインＬ３に接続されたパッド１０６がパッド１０４に接続される構成である。また、一端がパッド１０６に接続された配線ラインＬ４の他端は、パッド１０２に近い位置に配置されたパッド１０８に接続され、パッド１０８がパッド１０２に接続される構成である。
本構成をとることにより、８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号を増幅する電力増幅器ＡＭＰ２の入力インピーダンスは基板１１ａ上のパッド１０６とパッド１０８間の配線ラインＬ４分位相回転してしまい、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モードの高周波信号を増幅する電力増幅器ＡＭＰ４に対しては、配線ラインＬ４分の配線損失や位相回転により生じる損失が生じないため、利得が向上するというメリットがある。
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、本発明の実施の形態１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モードへの対応を例としていたが、さらに周波数帯域やモードの追加を行ってもよい。
なお、本実施の形態では、基板１１ａに、パッド１０５、１０６、１０７、１０８および配線ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を備える構成としたが、基板１１ａは必ずしも必須ではなく、また、パッド１０５、１０６、１０７、１０８および配線ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を基板１１ａに備えていない構成であっても、パッド１０１〜１０４がワイヤーボンディング用であり、入力配線Ｌ１１〜Ｌ１４および出力配線Ｌ２１〜Ｌ２４が互いに交差しない構成でさえあれば、本発明の目的を達成することができる。
（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と比較して、第３電力増幅回路の第３入力パッドが、第１、第２、第４入力パッドよりも第３電力増幅器側に配置される点が異なる。また、入力端子ＩＮ１には第１および第３入力パッドのいずれか一方が直接ボンディングされ、第１または第３入力パッドの他方は、入力端子ＩＮ１に接続された第１または第３入力パッドに接続される。同様に、入力端子ＩＮ２には第２または第４入力パッドのいずれか一方が直接ボンディングされ、第２および第４入力パッドの他方は、入力端子ＩＮ２に接続された第２または第４入力パッドに接続される。このような構成により、パッドにボンディングされたワイヤー同士が交差することなく、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力側の信号経路の交差におけるアイソレーションをより高くできる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
図３Ａ〜図３Ｇ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および実際の基板へ配置レイアウトした場合を示す図である。なお、図３Ｂ〜図３Ｆは半導体基板上に形成される電力増幅器を、複数の半導体基板に分離または集積化して構成した以外は図３Ａと同一の構成である。
図３Ａは、実施の形態２に係る高周波電力増幅器の回路構成および配置レイアウトの一例を示す図である。同図に示す高周波電力増幅器は、基板１１ａに、本発明の半導体基板であるチップ２００、２０１と、入力端子ＩＮ１が接続されたパッド１０５と、入力端子ＩＮ２が接続されたパッド１０６と、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２（図１参照）とが形成されている。
また、一端がパッド１０５にボンディングされ他端がパッド１０５に近接したパッド１０１にボンディングされたワイヤー１３１と、一端がパッド１０３にボンディングされ他端がパッド１０５と接続されたパッド１０１にボンディングされたワイヤー１３３と、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０６に近接したパッド１０２にボンディングされたワイヤー１３２と、一端がパッド１０４にボンディングされ他端がパッド１０６と接続されたパッド１０２にボンディングされたワイヤー１３４とを備えている。
なお、ワイヤー１３１、１３３、１３２、１３４が、本発明における第５ワイヤー、第６ワイヤー、第７ワイヤー、第８ワイヤーに相当する。
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、基板１１ａ上に形成されているパッド１０５からワイヤー１３１を介してチップ２００上のパッド１０１に入力される。パッド１０１に入力された２ＧＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、チップ２００上の入力配線Ｌ１１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。
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、チップ２００上に形成されているパッド１０１からワイヤー１３３を介してチップ２０１上のパッド１０３に入力される。パッド１０３に入力された１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの高周波信号は、チップ２０１上の入力配線Ｌ１３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、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、ワイヤー１３２を介してパッド１０２に入力される。パッド１０２に入力された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、チップ２００上の入力配線Ｌ１２を介して電力増幅器ＡＭＰ２で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ａ２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、チップ２００上に形成されているパッド１０２からワイヤー１３４を介してチップ２０１上のパッド１０４に入力される。パッド１０４に入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、チップ２０１上の入力配線Ｌ１４を介して電力増幅器ＡＭＰ４で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２へ出力される。
ここで、半導体チップ上のパッド１０３はチップ２０１の周囲に配置されておらず、図面に対して横軸で半導体チップ上のパッド１０２よりもチップ２０１の内側に入っていることを特徴としている。つまり、第３電力増幅回路３の第３入力パッドであるパッド１０３が、第１、第２、第４入力パッドであるパッド１０１、１０２および１０４よりも電力増幅器ＡＭＰ３側に配置されている。
このような構成により、パッドにボンディングされたワイヤー同士が交差することなく、各ワイヤーの配置が容易となる。また、ワイヤー１３３は、パッド１０２と電力増幅器ＡＭＰ２とをつなぐ入力配線Ｌ１２に対して、垂直方向の上方で交差するように構成されている。そのため、ワイヤーで交差せずに例えば多層基板等を用いて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比べて、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ことができる構成となっている。したがって、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４の入力側の信号経路の交差におけるアイソレーションをより高くできる。
以上のような構成により、入力信号経路のアイソレーションを高くできるだけでなく、実施の形態１で設けられていた基板１１ａ上のパッド１０７、パッド１０８や基板１１ａ上のパッド間を接続する配線面積が不要になり小型化でき、また、配線を通過する際に生じる挿入損失はなくなるというメリットがある。また、ワイヤーボンドに関しても、実施の形態１ではパッド１０５とパッド１０１、パッド１０６とパッド１０２、パッド１０７とパッド１０３、パッド１０８とパッド１０４と４回接続工程を経る必要があるが、本実施の形態では、例えば連続してパッド１０５からパッド１０１を経てパッド１０３、パッド１０６からパッド１０２を経てパッド１０４へと２回の接続工程で済むので生産性が向上し、コストメリットが向上する。
図３Ｂに示す高周波電力増幅器は、半導体基板がチップ２０１、２０２、２０３からなり、第３電力増幅回路３および第４電力増幅回路４がチップ２０１に形成され、第１電力増幅回路１がチップ２０２に形成され、第２電力増幅回路２がチップ２０３に形成されている。つまり、電力増幅器ＡＭＰ１をチップ２０２に集積し、電力増幅器ＡＭＰ２をチップ２０３に集積し、電力増幅器ＡＭＰ３、ＡＭＰ４をチップ２０１に集積し、これらを入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続されたパッド１０５、１０６が形成された基板１１ａ上に構成したものである。この場合、チップ２０２、２０３にそれぞれ集積した電力増幅器ＡＭＰ１と電力増幅器ＡＭＰ２のアイソレーションが向上する。
図３Ｃに示す高周波電力増幅器は、半導体基板がチップ２００、２０４、２０５からなり、第１電力増幅回路１および第２電力増幅回路２がチップ２００に形成され、第３電力増幅回路３がチップ２０４に形成され、第４電力増幅回路４がチップ２０５に形成されている。
つまり、電力増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２をチップ２００に集積し、電力増幅器ＡＭＰ３をチップ２０４に集積し、電力増幅器ＡＭＰ４をチップ２０５に集積し、これらを入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続されたパッド１０５、１０６が形成された基板１１ａ上に構成したものである。この場合、チップ２０４、２０５にそれぞれ集積した電力増幅器ＡＭＰ３と電力増幅器ＡＭＰ４のアイソレーションが向上する。
図３Ｄに示す高周波電力増幅器は、半導体基板がチップ２０６、２０７、２０８からなり、第２電力増幅回路２および第３電力増幅回路３がチップ２０７に形成され、第１電力増幅回路１がチップ２０６に形成され、第４電力増幅回路４がチップ２０８に形成されている。
つまり、電力増幅器ＡＭＰ１をチップ２０６に集積し、電力増幅器ＡＭＰ２と電力増幅器ＡＭＰ３をチップ２０７に集積し、電力増幅器ＡＭＰ４をチップ２０８に集積し、これらを入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続されたパッド１０５、１０６が形成された基板１１ａ上に構成したものである。この場合、チップ２０６、２０７、２０８にそれぞれ集積した電力増幅器ＡＭＰ１と、電力増幅器ＡＭＰ２および電力増幅器ＡＭＰ３と、電力増幅器ＡＭＰ４のアイソレーションが向上する。
図３Ｅに示す高周波電力増幅器は、半導体基板がチップ２０９、２１０、２１１、２１２からなり、第１電力増幅回路１がチップ２０９に形成され、第２電力増幅回路２がチップ２１０に形成され、第３電力増幅回路３がチップ２１１に形成され、第４電力増幅回路４がチップ２１２に形成されている。
つまり、電力増幅器ＡＭＰ１をチップ２０９に集積し、電力増幅器ＡＭＰ２をチップ２１０に集積し、電力増幅器ＡＭＰ３をチップ２１１に集積し、電力増幅器ＡＭＰ４をチップ２１２に集積し、これらを入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続されたパッド１０５、１０６が形成された基板１１ａ上に構成したものである。この場合、チップ２０９、２１０、２１１、２１２にそれぞれ集積した電力増幅器ＡＭＰ１と電力増幅器ＡＭＰ２と電力増幅器ＡＭＰ３と電力増幅器ＡＭＰ４のアイソレーションが向上することが期待できる。
図３Ｆに示す高周波電力増幅器は、半導体基板がチップ２１３からなり、第１電力増幅回路１、第２電力増幅回路２、第３電力増幅回路３および第４電力増幅回路４が１つのチップ２１３に形成されている。
つまり、電力増幅器ＡＭＰ１、電力増幅器ＡＭＰ２、電力増幅器ＡＭＰ３、電力増幅器ＡＭＰ４をチップ２１３に集積し、これらを入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続されたパッド１０５、１０６が形成された基板１１ａ上に構成したものである。この場合、チップ２１３に全ての電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４を集積化することができるので、図３Ａ〜図３Ｅに比べて半導体チップを基板１１ａ上に実装する回数が１回でよく、コストメリットがあるだけでなく、実装時の位置ばらつきを見越した半導体基板間に生じる空間が不要で小型化をすることが期待できる。
図３Ｇは、図３Ａに示した高周波電力増幅器と比べて、入力端子ＩＮ２が接続されたパッド１０６がパッド１０４に近い位置に配置されている。そして、一端がパッド１０６にボンディングされ、他端がパッド１０６に近接したパッド１０４にボンディングされたワイヤー１３２と、一端がパッド１０４にボンディングされ、他端がパッド１０４に接続されたパッド１０２にボンディングされたワイヤー１３４とを備えている。
本構成をとることにより、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの電力増幅器ＡＭＰ４に対して、半導体チップ上のパッド１０２と１０４の間のワイヤーで生じる挿入損失や位相回転により生じる損失が生じないため、利得が向上するというメリットがある。
また、このような構成により、入力端子ＩＮ１およびＩＮ２の間の距離を大きくすることができるので、第１周波数帯域および第２周波数帯域の高周波信号のアイソレーションをより向上することができる。
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、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モードへの対応を例としていたが、さらに周波数帯域やモードの追加を行ってもよい。
（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２に係る高周波電力増幅器と比較して、第２入力パッドおよび第４入力パッドが直接入力端子ＩＮ２に接続される点が異なる。このような構成により、実施の形態２の図３Ａに比べて、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号の伝達経路は、基板１１ａ上のパッド１０６とチップ２０１上のパッド１０４間のワイヤー分短くなり、位相回転が少なく挿入損失やインピーダンスの不整合による損失を低減することができる。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
図４Ａ〜図４Ｄ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および実際の基板へ配置レイアウトした場合を示す図である。
図４Ａは、実施の形態３に係る高周波電力増幅器の回路構成および配置レイアウトの一例を示す図である。同図に示す高周波電力増幅器は、図３Ａに示した高周波電力増幅器と同様に、基板１１ａに、本発明の半導体基板であるチップ２００、２０１と、入力端子ＩＮ１が接続されたパッド１０５と、入力端子ＩＮ２が接続されたパッド１０６と、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２（図１参照）とが形成されている。
また、一端がパッド１０５にボンディングされ他端がパッド１０５に近接したパッド１０１にボンディングされたワイヤー１４１と、一端がパッド１０３にボンディングされ他端がパッド１０５と接続されたパッド１０１にボンディングされたワイヤー１４３と、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０６に近接したパッド１０２にボンディングされたワイヤー１４２と、一端がパッド１０４にボンディングされ他端がパッド１０６に直接ボンディングされたワイヤー１４４とを備えている。
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、基板１１ａ上に形成されているパッド１０６からチップ２０１上のパッド１０４に直接接続されたワイヤー１４４を介して、パッド１０４に入力される。パッド１０４に入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、チップ２０１上の入力配線Ｌ１４を介して電力増幅器ＡＭＰ４で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２へ出力される。
このような構成により、実施の形態２の図３Ａに比べて、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号の伝達経路は、基板１１ａ上のパッド１０６とチップ２００上のパッド１０２間のワイヤー１４２分短くなり、位相回転が少なく挿入損失やインピーダンスの不整合による損失を低減することができる。
図４Ｂに示す高周波電力増幅回路は、図４Ａに示した高周波電力増幅器に比べて、入力端子ＩＮ２が接続されたパッド１０６がパッド１０４に近い位置に配置され、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０６に近接したパッド１０４にボンディングされたワイヤー１４２と、一端がパッド１０２にボンディングされ他端がパッド１０６に直接ボンディングされたワイヤー１４４とを備えている。
つまり、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１１ａ上に形成されているパッド１０６からチップ２００上のパッド１０２に直接接続されたワイヤー１４４を介して、パッド１０２に入力される。パッド１０２に入力された８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号は、チップ２００上の入力配線Ｌ１２を介して電力増幅器ＡＭＰ２で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ａ２へ出力される。
このような構成により、図４Ａに示した高周波電力増幅器に比べて、８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの高周波信号の伝達経路は、基板１１ａ上のパッド１０６とチップ２０１上のパッド１０４間のワイヤー１４２分短くなり、位相回転が少なく挿入損失やインピーダンスの不整合による損失を低減することができる。
図４Ｃに示す高周波電力増幅回路は、入力端子ＩＮ２が接続されたパッド１０６がチップ２０１上のパッド１０３の水平軸上の横に配置されていることを特徴としている。つまり、図４Ａおよび図４Ｂに示した高周波電力増幅器に比べて、パッド１０６がパッド１０２およびパッド１０４から等距離に配置され、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０２にボンディングされたワイヤー１４５と、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０４にボンディングされたワイヤー１４６とを備えている。
本構成をとることにより、図４Ａに示した高周波電力増幅器に比べて、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波電力増幅器の入力不整合が少なくて済み、また、図４Ｂに示した高周波電力増幅器に比べて８５０ＭＨｚ帯域のＵＭＴＳモードの電力増幅器の入力不整合が少なくて済むというメリットがある。
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、本実施の形態では、入力端子ＩＮ２に接続されたパッド１０６とパッド１０２およびパッド１０４が直接接続されているが、入力端子ＩＮ１に接続されたパッド１０５とパッド１０１およびパッド１０３が直接接続される構成であってもよい。また、パッド１０５が、パッド１０１および１０３から等距離に配置される構成であってもよい。
（実施の形態３の変形例）
実施の形態３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モードへの対応を例としていたが、さらに周波数帯域やモードの追加を行ってもよい。その場合、図４Ｄに示すように、電力増幅回路を追加することができる。
図４Ｄに示す高周波電力増幅器は、図４Ａに示した高周波電力増幅器の構成に加えて、入力パッド１０９と、入力配線Ｌ１５と、電力増幅器ＡＭＰ５と、出力配線Ｌ２５と、出力パッド１１５とを有する第５電力増幅回路５を備えている。また、基板１１ａには、本発明の半導体基板であるチップ２１４、２０１と、入力端子ＩＮ１が接続されたパッド１０５と、入力端子ＩＮ２が接続されたパッド１０６と、出力端子ＯＵＴ＿Ａ１、ＯＵＴ＿Ａ２、ＯＵＴ＿Ａ３、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２とが形成されている。
チップ２１４は、パッド１０１、１０２、１０９、１１１、１１２および１１５と、電力増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２およびＡＭＰ５とを有する。また、チップ２０１は、パッド１０３、１０４、１１３および１１４と、電力増幅器ＡＭＰ３およびＡＭＰ４とを有する。ここで、パッド１０９およびパッド１０４が、パッド１０１、１０２および１０３よりも電力増幅器側に配置されている。
また、一端がパッド１０５にボンディングされ他端がパッド１０５に近接したパッド１０１にボンディングされたワイヤー１４１と、一端がパッド１０５にボンディングされ他端がパッド１０２にボンディングされたワイヤー１４７と、一端がパッド１０３にボンディングされ他端がパッド１０５と接続されたパッド１０２にボンディングされたワイヤー１４８と、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０６に近接したパッド１０４にボンディングされたワイヤー１４２と、一端がパッド１０９にボンディングされ他端がパッド１０６と接続されたパッド１０４にボンディングされたワイヤー１４４とを備えている。
図４Ｄの形態でも、上記図４Ａ〜図４Ｃと同様の効果が期待できることはいうまでもなく、パッドにボンディングされたワイヤー同士が交差することなく、各ワイヤーの配置が容易となる。また、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の入力側の信号経路の交差におけるアイソレーションをより高くできる。
なお、電力増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５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、半導体チップの数や電力増幅回路の数は、上記した例に限らず、バンド・モードの数に応じてどのように変更してもよい。
（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、第３電力増幅回路の第３入力パッドが、第１、第２、第４入力パッドよりも第３電力増幅器側に配置され、第４電力増幅回路の第４入力パッドが、第３電力増幅回路の入力配線の延長線上の所定の位置に配置される点が異なる。このような構成により、インピーダンス整合回路となる入力配線の面積をより多く取れるので、整合回路の多段化、高性能化ができ、高周波信号に対するインピーダンスの不整合による損失を低減、あるいは、電力増幅器の増幅率を増大させることができる。また、入力部と入力パッドの距離が近くなり、入力部とパッド間のワイヤーの長さも短くて済むので、ワイヤーにおける位相回転、挿入損失を低減することができる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
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および実際の基板へ配置レイアウトした場合を示す図である。
図５に示すとおり、本実施の形態では、図３Ａのチップ２０１上に形成されたパッド１０４がチップ２０１上のパッド１０３の水平軸上の横に配置されていることを特徴としている。つまり、第３電力増幅回路３の第３入力パッドであるパッド１０３が、第１、第２、第４入力パッドであるパッド１０１、１０２および１０４よりも電力増幅器ＡＭＰ３側に配置され、パッド１０３と隣り合うパッド１０４が、電力増幅器ＡＭＰ３に接続された入力配線Ｌ１３の延長線上であって、かつ、電力増幅器ＡＭＰ３からパッド１０４までの距離が、電力増幅器ＡＭＰ１からパッド１０１までの距離と等距離になる位置に配置されている。そして電力増幅器ＡＭＰ４から入力配線Ｌ１４が垂直に屈曲されてパッド１０４に接続されている。
また、一端がパッド１０５にボンディングされ他端がパッド１０５に近接したパッド１０１にボンディングされたワイヤー１５１と、一端がパッド１０３にボンディングされ他端がパッド１０５と接続されたパッド１０１にボンディングされたワイヤー１５３と、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０６に近接したパッド１０２にボンディングされたワイヤー１５２と、一端がパッド１０４にボンディングされ他端がパッド１０６と接続されたパッド１０２にボンディングされたワイヤー１５４とを備えている。
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、チップ２００上に形成されているパッド１０２からワイヤー１５４を介してチップ２０１上のパッド１０４に入力される。パッド１０４に入力された９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号は、チップ２０１上の配線を介して電力増幅器ＡＭＰ４で増幅され出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２へ出力される。
このような構成により、本実施の形態の高周波増幅回路は、実施の形態２の図３Ａに比べて、チップ２０１上のパッド１０４と９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの電力増幅器ＡＭＰ４の間の経路を多くとることができる。すなわち、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号に対するインピーダンス整合回路としての入力配線Ｌ１４の領域面積をより多く取れるので、整合回路の多段化、高性能化ができ、９００ＭＨｚ帯域のＧＳＭモードの高周波信号に対するインピーダンスの不整合による損失を低減、あるいは、電力増幅器の増幅率を増大させることができる。また、パッド１０２とパッド１０４の距離が近くなり、パッド１０２とパッド１０４間のワイヤーの長さも短くて済むので、ワイヤーにおける位相回転、挿入損失を低減することができる。
なお、本実施の形態では、第３入力パッド１０３が電力増幅器ＡＭＰ３側に配置され、第３入力パッド１０３に隣接する第４入力パッド１０４が第３電力増幅回路３の入力配線Ｌ１３の延長線上の所定の位置に配置される構成としたが、第３、第４パッドに限らずその他のパッドをこのような配置にしてもよい。
（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２に係る高周波電力増幅器と比較して、第３電力増幅回路および第４電力増幅回路が、第１電力増幅回路および第２電力増幅回路に対して所定の角度だけ回転して配置される点が異なる。このような構成により、高周波電力増幅器を小型化することができる。また、同一のまたは異なる半導体基板に所望の高周波電力増幅回路を形成することにより、位相回転、挿入損失またはインピーダンスの不整合による損失を低減して、アイソレーションの高い高周波電力増幅器を形成することができる。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
図６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および実際の基板へ配置レイアウトした場合を示す図である。
図６に示すとおり、本実施の形態では、図３Ａに示した高周波電力増幅器と比較して、チップ２０１が時計回りに９０°回転して配置されていることを特徴としている。
また、一端がパッド１０５にボンディングされ他端がパッド１０５に近接したパッド１０１にボンディングされたワイヤー１６１と、一端がパッド１０３にボンディングされ他端がパッド１０５と接続されたパッド１０１にボンディングされたワイヤー１６３と、一端がパッド１０６にボンディングされ他端がパッド１０６に近接したパッド１０２にボンディングされたワイヤー１６２と、一端がパッド１０４にボンディングされ他端がパッド１０６と接続されたパッド１０２にボンディングされたワイヤー１６４とを備えている。
前述の実施の形態２では、チップ２０１上のパッド１０３はチップ２０１の周囲から内側に入れる、つまり、電力増幅器ＡＭＰ３側に配置されることを特徴としていたが、この場合、１．８ＧＨｚ帯域のＤＣＳモードの電力増幅器ＡＭＰ３に対するチップ２０１上の入力経路、すなわち、パッド１０３から電力増幅器ＡＭＰ３の間に形成される入力整合回路の領域面積をせばめる結果になっていた。一方、本実施の形態のようにチップ２０１を配置すると、パッド１０１とパッド１０３を接続するワイヤー１６３と、パッド１０２とパッド１０４を接続するワイヤー１６４が交差することがないので、パッド１０３を電力増幅器ＡＭＰ３側に配置する必要がなく、インピーダンス整合回路の領域面積をより多く取れるので、整合回路の多段化、高性能化ができ、インピーダンスの不整合により損失を低減、あるいは、電力増幅器の増幅率を増大させることができる。
また、本実施の形態のようにチップ２０１を配置すると、パッド１０２とパッド１０４の距離が近くなり、パッド１０２とパッド１０４間のワイヤーボンドの長さも短くて済むので、ワイヤーボンドにおける位相回転、挿入損失を低減することができるというメリットもある。
なお、本実施の形態では、チップ２０１を時計回りに回転させたが、チップ２００を反時計回りに回転させても同様の効果があ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、デュプレクサに接続される出力端子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との間にフィルタに接続される他の端子（例えば、出力端子ＯＵＴ＿Ｂ１および出力端子ＯＵＴ＿Ｂ２）が配置されていなければ離れて配置されていてもよい。
本発明に係る高周波電力増幅器は、マルチバンド化また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。
１〜５ 電力増幅回路
１１、８１０、９００ 高周波電力増幅器
１１ａ 基板
１０１〜１０４、１０９ パッド（入力パッド）
１０５、１０６、１０７、１０８ パッド（接続パッド）
１１１〜１１５ パッド（出力パッド）
１２１〜１２４、１３１〜１３４、１４１〜１４８、１５１〜１５４、１６１〜１６４ ワイヤー
２００〜２１４ チップ（半導体基板、半導体チップ）
９０１〜９０４、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４ 電力増幅器
Ｌ１〜Ｌ４ 配線ライン
Ｌ１１〜Ｌ１５ 入力配線
Ｌ２１〜Ｌ２５ 出力配線
ＩＮ１、ＩＮ２ 入力端子
ＯＵＴ＿Ａ１〜ＯＵＴ＿Ａ３、ＯＵＴ＿Ｂ１、ＯＵＴ＿Ｂ２ 出力端子

Claims (17)

  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ワイヤーボンディング用の第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ワイヤーボンディング用の第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ワイヤーボンディング用の第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ワイヤーボンディング用の第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. 前記第１入力パッドは、前記高周波電力増幅器の実装先となる基板に設けられ前記第１および第３高周波信号が入力される第１入力部にワイヤーボンディングにより接続され、
    前記第２入力パッドは、前記基板に設けられ前記第２および第４高周波信号が入力される第２入力部にワイヤーボンディングにより接続され、
    前記第３入力パッドは、前記第１入力部にワイヤーボンディングにより接続され、
    前記第４入力パッドは、前記第２入力部にワイヤーボンディングにより接続される
    請求項１に記載の高周波電力増幅器。
  3. 前記高周波電力増幅器は、
    基板と、
    前記基板に実装される前記半導体基板とを備え、
    前記基板は、
    一端が前記第１入力部に接続された第１配線ラインと、
    前記第１配線ラインの他端に接続された第１接続パッドと、
    一端が前記第１接続パッドに接続された第２配線ラインと、
    前記第２配線ラインの他端に接続された第２接続パッドと、
    一端が前記第２入力部に接続された第３配線ラインと、
    前記第３配線ラインの他端に接続された第３接続パッドと、
    一端が前記第３接続パッドに接続された第４配線ラインと、
    前記第４配線ラインの他端に接続された第４接続パッドとを備え、
    前記高周波電力増幅器は、さらに、
    一端が前記第１入力パッドにボンディングされ、他端が前記第１接続パッドおよび前記第２接続パッドのうち近接したいずれか一方にボンディングされた第１ワイヤーと、
    一端が前記第２入力パッドにボンディングされ、他端が前記第３接続パッドおよび前記第４接続パッドのうち近接したいずれか一方にボンディングされた第２ワイヤーと、
    一端が前記第３入力パッドにボンディングされ、他端が前記第１接続パッドおよび前記第２接続パッドのうち近接した他端にボンディングされた第３ワイヤーと、
    一端が前記第４入力パッドにボンディングされ、他端が前記第３接続パッドおよび前記第４接続パッドのうち近接した他端にボンディングされた第４ワイヤーとを備える
    請求項１に記載の高周波電力増幅器。
  4. 一端が前記第１入力部にボンディングされ、他端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうち前記第１入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第５ワイヤーと、
    一端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第１入力部と接続された前記第１入力パッドまたは第３入力パッドにボンディングされた第６ワイヤーとを備える
    請求項２に記載の高周波電力増幅器。
  5. 一端が前記第２入力部にボンディングされ、他端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうち前記第２入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第７ワイヤーと、
    一端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第２入力部と接続された前記第２入力パッドまたは第４入力パッドにボンディングされた第８ワイヤーとを備える
    請求項２に記載の高周波電力増幅器。
  6. 一端が前記第１入力部にボンディングされ、他端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうち前記第１入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第５ワイヤーと、
    一端が前記第１入力パッドおよび前記第３入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第１入力部と接続された前記第１入力パッドまたは第３入力パッドにボンディングされた第６ワイヤーと、
    一端が前記第２入力部にボンディングされ、他端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうち前記第２入力部に近接したいずれか一方にボンディングされた第７ワイヤーと、
    一端が前記第２入力パッドおよび前記第４入力パッドのうちの他方にボンディングされ、他端が前記第２入力部と接続された前記第２入力パッドまたは第４入力パッドにボンディングされた第８ワイヤーとを備える
    請求項２に記載の高周波電力増幅器。
  7. 前記第１〜第４入力パッドの少なくとも１つは、他の前記第１〜第４入力パッドよりも、対応する前記電力増幅器側に配置される
    請求項１〜６のいずれかに記載の高周波電力増幅器。
  8. 前記対応する電力増幅器側に配置された入力パッドと隣り合う前記第１〜第４入力パッドのいずれかは、前記対応する電力増幅器に接続された前記入力配線の延長線上の所定の位置に配置される
    請求項７に記載の高周波電力増幅器。
  9. 前記第１入力部は、前記第１入力パッドと前記第３入力パッドから等距離に配置される
    請求項２に記載の高周波電力増幅器。
  10. 前記第２入力部は、前記第２入力パッドと前記第４入力パッドから等距離に配置される
    請求項２に記載の高周波電力増幅器。
  11. 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電力増幅回路および前記第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電力増幅回路および前記第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に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３電力増幅回路および前記第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に記載の高周波電力増幅器。
  13. 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電力増幅回路および前記第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に記載の高周波電力増幅器。
  14. 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電力増幅回路および前記第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に記載の高周波電力増幅器。
  15. 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に記載の高周波電力増幅器。
  16. 前記半導体基板は、１つの半導体チップである
    請求項１に記載の高周波電力増幅器。
  17. 前記第３電力増幅回路および前記第４電力増幅回路は、前記第１電力増幅回路および前記第２電力増幅回路に対して所定の角度だけ回転して配置される
    請求項１に記載の高周波電力増幅器。
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