JP2012231292A - Microwave package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波送受信モジュールで使用されるマイクロ波パッケージに関するものである。 The present invention relates to a microwave package used in a microwave transmission / reception module.
マイクロ波送受信モジュールは、送信系ブロックと、受信系ブロックとが切り替えて使用される構成であるから、送信時に大電力の送信信号が受信系に漏れ込むことが起こる。そのような漏れ込みが起こると、受信系ブロック内の低雑音増幅器の破損や焼損を招来する。 Since the microwave transmission / reception module is configured to switch between the transmission system block and the reception system block, a high-power transmission signal may leak into the reception system during transmission. If such leakage occurs, the low noise amplifier in the receiving block is damaged or burnt out.
そのため、マイクロ波送受信モジュールでは、従来から、低雑音増幅器が、漏洩してきた大電力の送信信号により破損や焼損するのを防止するため、高耐電力マイクロ波スイッチ(以降「半導体スイッチ」と記す)を低雑音増幅器に前置し、送信時は、受信系に入力される送信信号を半導体スイッチにより終端抵抗器に導く回路方式が採用されている。 For this reason, in microwave transmission / reception modules, a high-power microwave switch (hereinafter referred to as “semiconductor switch”) is conventionally used to prevent a low-noise amplifier from being damaged or burned by a leaked high-power transmission signal. Is employed in front of a low-noise amplifier, and a circuit system is employed in which a transmission signal input to a reception system is guided to a termination resistor by a semiconductor switch during transmission.
なお、終端抵抗器の構成方法として、例えば特許文献1では、小型化のため基板上に構成された膜抵抗器に先端開放スタブおよび整合回路を設ける構成が提案されている。また特許文献2では、広帯域化のため基板上に構成された膜抵抗器と導体パターンとの接続部をテーパー状に接続する構成が提案されている。
As a configuration method of the termination resistor, for example,
但し、これらの提案されている終端抵抗器は、放熱性の良い素材上に実装されることを想定している。しかし、マイクロ波デバイスを格納したマイクロ波パッケージを構成する多層基板は、一般に放熱性が悪い。 However, these proposed termination resistors are assumed to be mounted on a material with good heat dissipation. However, the multilayer substrate constituting the microwave package storing the microwave device generally has poor heat dissipation.
そのため、従来では、半導体スイッチは、多層基板にマイクロ波デバイスの一つとして実装しているが、終端抵抗器は、放熱性改善のため、半導体スイッチを格納するマイクロ波パッケージ内に装荷できず、マイクロ波パッケージに外付けする構成となっている。 Therefore, conventionally, the semiconductor switch is mounted on the multilayer substrate as one of the microwave devices, but the termination resistor cannot be loaded in the microwave package for storing the semiconductor switch in order to improve heat dissipation, It is configured to be externally attached to the microwave package.
したがって、従来の構成では、部品点数の削減やパッケージの小型化が困難であった。また、半導体スイッチと外付けの終端抵抗器との接続部において伝達特性の低下を招来していた。 Therefore, with the conventional configuration, it has been difficult to reduce the number of parts and downsize the package. In addition, the transfer characteristic is lowered at the connection between the semiconductor switch and the external termination resistor.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、パッケージ内に半導体スイッチと終端抵抗器とを一体的に収納したマイクロ波パッケージを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a microwave package in which a semiconductor switch and a termination resistor are integrally housed in a package.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、多層基板に、入力端に入力されるマイクロ波信号を終端側出力端と低雑音増幅器側出力端とのいずれか一方の出力端へ切替出力するように制御される半導体スイッチがマイクロ波デバイスの一つとして実装されるマイクロ波パッケージであって、前記多層基板内に、最上層の上面に形成される金属パターンと最下層の下面に形成される金属パターンとの間を接続するビアまたはスルーホールを中心導体とし、その周囲に2以上の層間を接続して環状に配置される層間ビアまたは層間スルーホールを外導体とする擬似同軸線路と、前記半導体スイッチの終端側出力端と前記擬似同軸線路の中心導体とを接続するマイクロストリップ線路と、2以上の層間を接続する層間ビアまたは層間スルーホールの列を左右の側壁とし前記側壁の上下端の層に形成される金属パターンを上下壁とし前記擬似同軸線路と変換部を介して結合する擬似導波管と、前記擬似導波管を構成する前記金属パターンと同一層面上に配置される膜抵抗器とを設けたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a multilayer substrate that outputs a microwave signal input to an input terminal to one of a termination-side output terminal and a low-noise amplifier-side output terminal. A microwave package in which a semiconductor switch controlled so as to switch output to one end is mounted as one of microwave devices, and a metal pattern formed on an upper surface of an uppermost layer and a lowermost layer in the multilayer substrate A pseudo that uses a via or through hole connecting to a metal pattern formed on the lower surface as a central conductor, and an interlayer via or interlayer through hole arranged in an annular shape by connecting two or more layers around it as an outer conductor. A coaxial line, a microstrip line that connects a terminal-side output end of the semiconductor switch and a central conductor of the pseudo-coaxial line, and an interlayer via or interlayer that connects two or more layers A pseudo waveguide that is coupled to the pseudo-coaxial line via the converter using a metal pattern formed on the upper and lower layers of the side walls as the left and right side walls and the upper and lower walls, and the pseudo waveguide is configured. A film resistor disposed on the same layer surface as the metal pattern is provided.
本発明によれば、終端抵抗器を半導体スイッチと一体的に多層基板内に配置することができるので、部品点数の削減や、パッケージの小型化が可能で、かつ従来技術と同等の耐電力性が図れるという効果を奏する。 According to the present invention, the termination resistor can be disposed in the multilayer substrate integrally with the semiconductor switch, so that the number of components can be reduced, the package can be reduced in size, and the power durability equivalent to that of the prior art can be achieved. There is an effect that can be achieved.
以下に、本発明にかかるマイクロ波パッケージの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a microwave package according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるマイクロ波パッケージの構成を示す平面図である。図2は、図1に示すA−A’線断面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a microwave package according to
図において、本実施の形態1によるマイクロ波パッケージは、多層基板6により構成されている。多層基板6は、放熱面となる金属板18上に載置されている。多層基板6は、金属パターン17a〜17hおよびキャビティ8が形成されている。金属パターン17a〜17hの層間は、層間ビア(またはスルーホール:以降、単に「ビア」と記す)2により電気的に接続されている。
In the figure, the microwave package according to the first embodiment is composed of a
キャビティ8内に実装された半導体スイッチ(高耐電力マイクロ波スイッチ)7の入力端7aは、マイクロ波信号の入力端であり、金属パターン17aに形成されたパッド15とボンディングワイヤ9aにより接続されている。パッド15は、ビア2,ストリップ線路11aおよびビア2を通して外部端子12と接続されている。
An
また、半導体スイッチ7の一方の切替出力端7bは、低雑音増幅器に接続される出力端(低雑音増幅器側出力端)であり、金属パターン17aに形成されたパッド14とボンディングワイヤ9bにより接続されている。パッド14は、ビア2,ストリップ線路11bおよびビア2を通して外部端子13と接続されている。
One
また、半導体スイッチ7の他方の切替出力端7cは、終端側出力端であり、金属パターン17aに形成されたマイクロストリップ線路3の一端とボンディングワイヤ9cにより接続されている。マイクロストリップ線路3の他端は、擬似同軸線路4の中心導体に接続されている。多層基板6の上面には、それらを囲むように金属製の壁であるシールリング10が実装されている。シールリング10の上部開口は、金属製のカバー16により塞がれている。
The other
擬似同軸線路4は、最上層の上面に形成される金属パターン17aと最下層の下面に形成される金属パターン17hとの間を接続するビア2aを中心導体とし、その周囲に2以上の層間を接続して環状に配置される層間ビア2を外導体とする。外導体を形成する層間ビア2は、入力されるマイクロ波信号の波長に比べて十分に小さい間隔で配置してあるので、等価的に同軸線路として動作する。
The pseudo coaxial line 4 has a
擬似同軸線路4は、同軸線路/導波管変換器を介して擬似導波管5と結合している。すなわち、擬似導波管5は、金属パターン17dを上金属壁とし、金属パターン17gを下金属壁とし、左右の金属壁が層間ビア2で形成されている。左右の金属壁を形成する層間ビア2は、入力されるマイクロ波信号の波長に比べて十分に小さい間隔で配置してあるので、等価的に導波管として動作する。そして、放熱面である金属板18に近い金属パターン17gの形成層に膜抵抗器1が配置されている。
The pseudo coaxial line 4 is coupled to the
同軸線路/導波管変換部は、擬似同軸線路4の中心導体を形成する層間ビア2aが擬似導波管5の下面金属壁を形成する金属パターン17gにて短絡され(図2(a))、または、擬似導波管5内で開放され(図2(b))、その短絡点または開放点からおよそ4分の1波長離れた位置に擬似導波管5の短絡面を配置することにより形成される。
In the coaxial line / waveguide converter, the interlayer via 2a that forms the central conductor of the pseudo-coaxial line 4 is short-circuited by the
以下、動作について説明する。半導体スイッチ7は、送信系が送信動作をするタイミングないしは期間では終端側ON状態に制御され、受信系の動作時では終端側OFF状態に制御される。半導体スイッチ7が終端側ON状態に制御されている場合、外部端子12から入力されたマイクロ波信号は、層間ビア2、ストリップ線路11a、層間ビア2、パッド15、ボンディングワイヤ9aを介して半導体スイッチ7の入力端7aに導かれる。
The operation will be described below. The
半導体スイッチ7は、終端側ON状態となっているから、入力端7aに導かれたマイクロ波信号は終端側出力端7cからマイクロストリップ線路3へ出力される。マイクロストリップ線路3に入力されたマイクロ波信号は、マイクロストリップ線路/同軸線路変換部を介して擬似同軸線路4に導かれ、同軸線路/導波管変換部を介して擬似導波管5に導かれる。
Since the
擬似導波管5に導かれたマイクロ波信号は、擬似導波管5の下面金属壁を形成する金属パターン17gと同じ層に配置された膜抵抗器1で熱に変換されることで終端される。ここで、膜抵抗器1の抵抗値を式(1)で表す同軸/導波管変換部のインピーダンスZinと同程度にすることで、インピーダンス不整合を抑制することができる。
The microwave signal guided to the
Zin=600b/[a×√{1−(fc/f)2}] …(1)
なお、式(1)において、aは擬似導波管5の横幅、bは擬似導波管5の高さ、fcを擬似導波管5のカットオフ周波数、fはマイクロ波パッケージの中心周波数である。
Zin = 600b / [a × √ {1- (fc / f) 2 }] (1)
In Equation (1), a is the width of the
次に、導体スイッチ7が終端側OFF状態となっている場合、外部端子12から入力されたマイクロ波信号は、間ビア2、ストリップ線路11b、層間ビア2、パッド15、ボンディングワイヤ9aを介して半導体スイッチ7の入力端7aに導かれる。
Next, when the
半導体スイッチ7は、終端側OFF状態となっているから、入力端7aに導かれたマイクロ波信号は低雑音増幅器側出力端7bから、ボンディングワイヤ9、パッド14、層間ビア2、ストリップ線路11b、層間ビア2を介して外部端子13に出力される。
Since the
ここで、理解を容易にするため、図3、図4を参照して、終端抵抗器を外付けする構成である比較例マイクロ波パッケージについて説明する。図3は、比較例マイクロ波パッケージの構成を示す平面図である。図4は、図3に示すA−A’線断面図である。 Here, for ease of understanding, a comparative microwave package having a configuration in which a termination resistor is externally attached will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a comparative example microwave package. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 3.
図において、比較例マイクロ波パッケージは、金属板18上に、多層基板19と誘電体基板23とが配置されている。多層基板19は、金属パターン17a〜17hおよびキャビティ8が形成される点は多層基板6と同じであるが、図1,図2に示した擬似同軸線路4および擬似導波管5は形成されていない。
In the figure, in the comparative example microwave package, a
そして、キャビティ8内に実装される半導体スイッチ7の終端側出力端7cは、ボンディングワイヤ9c、パッド24、層間ビア2、ストリップ線路25、層間ビア2を通して外部端子20に接続されている。
The terminal-
誘電体基板23の上面には、金属パターンで構成されたマイクロストリップ線路21および膜抵抗器1が形成され、膜抵抗器1の一端は側面金属パターン22を介して金属板18に接地されている。マイクロストリップ線路21はボンディングワイヤ26を介して外部端子20に接続されている。
A
半導体スイッチ7が終端側ON状態となっている場合の動作について説明する。外部端子12から入力されたマイクロ波信号は、層間ビア2、ストリップ線路11a、層間ビア2、パッド15、ボンディングワイヤ9aを介して半導体スイッチ7の入力端7aに導かれる。半導体スイッチ7は、終端側ON状態となっているから、入力端7aに導かれたマイクロ波信号は、終端側出力端7cからボンディングワイヤ9c、パッド24、層間ビア2、ストリップ線路25、層間ビア2を介して外部端子20に導かれる。
The operation when the
外部端子20に導かれたマイクロ波信号は、ボンディングワイヤ26を介して誘電体基板23上のマイクロストリップ線路21に導かれ、先端が側面金属パターン22により短絡された膜抵抗器1に入力され、膜抵抗器1で熱に変換されることにより終端される。
The microwave signal guided to the
半導体スイッチ7が終端側OFF状態となっている場合についての動作は、上述の本実施の形態1による高耐電力終端抵抗器を用いてスイッチデバイスを構成した一例で説明したものと同様となる。
The operation in the case where the
このように、比較例マイクロ波パッケージによれば、本実施の形態1と同様に、半導体スイッチ7の状態により、終端状態と通過状態とを切り替えることが可能なスイッチデバイスを内蔵したマイクロ波パッケージを実現することができる。しかし、図3に示すように構成されたスイッチデバイスでは、半導体スイッチのみを格納したマイクロ波パッケージとその外部に接続される終端抵抗器の二つの部品が必要となり部品点数が多い。また、スイッチのみを格納したマイクロ波パッケージと終端抵抗器との間はボンディングワイヤで接続する必要があり、接続部分での反射特性劣化を招いてしまう。
As described above, according to the comparative example microwave package, as in the first embodiment, the microwave package including the switch device that can switch the terminal state and the passing state depending on the state of the
これに対し本実施の形態1による、半導体スイッチ7の状態により終端状態と通過状態とを切替えることが可能なスイッチデバイスにおいては、半導体スイッチ7と膜抵抗器(終端抵抗器)1とをマイクロ波パッケージの中に一体的に形成することができるため、部品点数の削減、装置の小型化、接続部削減による高性能化を実現することができる。
On the other hand, in the switch device that can switch the terminal state and the passing state according to the state of the
また、放熱面となる金属板18に近い位置に熱が発生する膜抵抗器1を配置することができ、膜抵抗器1に近い位置に熱伝導経路となるサーマルビアを配置できるため、熱を効率的に放出可能である。加えて、膜抵抗器1は擬似導波管5の横幅と同じ大きさで形成することが可能なため、膜抵抗器1で発生する熱密度を低減することができることから、終端抵抗器の高耐電力化を実現することができる。
Further, the
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2によるマイクロ波パッケージの構成を示す断面図である。なお、図5では、図2(実施の形態1)に示した構成要素と同一乃至同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the microwave package according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals are given to components that are the same as or equivalent to those shown in FIG. 2 (Embodiment 1). Here, the description will be focused on the portion related to the second embodiment.
図5に示すように、実施の形態1で使用するマイクロストリップ線路3に代えて、ストリップ線路31を使用した構成としてもよい。また、図示を省略したが、マイクロストリップ線路3に代えて、コプレーナ線路を使用してもよい。
As shown in FIG. 5, a configuration using a strip line 31 may be used instead of the
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3によるマイクロ波パッケージの構成を示す断面図である。なお、図6では、図2(実施の形態1)に示した構成要素と同一乃至同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態3に関わる部分を中心に説明する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the microwave package according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals are given to the same or equivalent components as those shown in FIG. 2 (Embodiment 1). Here, the description will focus on the part related to the third embodiment.
図6に示すように、膜抵抗器1を擬似導波管5の下面を構成する金属パターン17gに配置するだけでなく、膜抵抗器33を擬似導波管5の上面を構成する金属パターン17dにも配置する構成としてもよい。
As shown in FIG. 6, not only the
以上のように、本発明にかかるマイクロ波パッケージは、部品点数の削減や、パッケージの小型化が可能で、漏れ込んできた送信マイクロ波信号の終端処理の高性能化が図れるマイクロ波パッケージとして有用である。 As described above, the microwave package according to the present invention is useful as a microwave package that can reduce the number of parts, reduce the size of the package, and improve the performance of the termination processing of leaked transmission microwave signals. It is.
1,33 膜抵抗器(終端抵抗器)
2 層間ビア(スルーホール)
2a 擬似同軸線路の中心導体を構成する層間ビア
3 マイクロストリップ線路
4 擬似同軸線路
5 擬似導波管
6 多層基板
7 高耐電力マイクロ波スイッチ(半導体スイッチ)
7a 入力端
7b 低雑音増幅器側出力端
7c 終端側出力端
8 キャビティ
9a,9b,9c ボンディングワイヤ
10 シールリング
11,31 ストリップ線路
12,13 外部端子
14,15 パッド
16 カバー
17a〜17h 金属パターン
18 金属板
1,33 Membrane resistor (Terminal resistor)
2 Interlayer via (through hole)
2a Interlayer via constituting central conductor of pseudo
Claims (6)
前記多層基板内に、
最上層の上面に形成される金属パターンと最下層の下面に形成される金属パターンとの間を接続するビアまたはスルーホールを中心導体とし、その周囲に2以上の層間を接続して環状に配置される層間ビアまたは層間スルーホールを外導体とする擬似同軸線路と、
前記半導体スイッチの終端側出力端と前記擬似同軸線路の中心導体とを接続するマイクロストリップ線路と、
2以上の層間を接続する層間ビアまたは層間スルーホールの列を側壁とし前記側壁の上下端の層に形成される金属パターンを上下壁とし前記擬似同軸線路と変換部を介して結合する擬似導波管と、
前記擬似導波管を構成する前記金属パターンと同一層面上に配置される膜抵抗器と
を設けたことを特徴とするマイクロ波パッケージ。 A semiconductor switch controlled to switch and output a microwave signal input to the input terminal to either the terminal output terminal or the low noise amplifier output terminal is provided on the multilayer substrate. A microwave package implemented as one,
In the multilayer substrate,
A via or through hole that connects between the metal pattern formed on the upper surface of the uppermost layer and the metal pattern formed on the lower surface of the lowermost layer is used as a central conductor, and two or more layers are connected around it and arranged in an annular shape. A pseudo-coaxial line having an interlayer via or interlayer through hole as an outer conductor,
A microstrip line that connects a terminal-side output end of the semiconductor switch and a central conductor of the pseudo-coaxial line;
Pseudo-waveguides that are connected to the pseudo-coaxial line via the conversion section using a row of interlayer vias or interlayer through-holes connecting two or more layers as side walls and metal patterns formed on the upper and lower layers of the side walls as upper and lower walls. Tube,
A microwave package comprising: the metal pattern constituting the pseudo waveguide; and a film resistor disposed on the same layer surface.
前記擬似導波管の放熱面に近い面に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波パッケージ。 The membrane resistor is
The microwave package according to claim 1, wherein the microwave package is disposed on a surface close to a heat dissipation surface of the pseudo waveguide.
前記擬似導波管の横幅と等しい
ことを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ波パッケージ。 The lateral width of the membrane resistor is
The microwave package according to claim 1, wherein the microwave package has a width equal to a width of the pseudo waveguide.
aを前記擬似導波管の横幅、bを前記擬似導波管の高さ、fcを前記擬似導波管のカットオフ周波数、fをマイクロ波パッケージの中心周波数としたとき、
600b/[a×√{1−(fc/f)2}]程度である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のマイクロ波パッケージ。 The resistance value of the membrane resistor is
When a is the width of the pseudo waveguide, b is the height of the pseudo waveguide, fc is the cutoff frequency of the pseudo waveguide, and f is the center frequency of the microwave package,
The microwave package according to claim 1, wherein the microwave package is about 600 b / [a × √ {1- (fc / f) 2 }].
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Cited By (2)
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US10003115B2 (en) | 2015-12-17 | 2018-06-19 | Fujikura Ltd. | Terminator and termination method |
US10802375B2 (en) | 2017-09-15 | 2020-10-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optically-controlled switch |
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Cited By (2)
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US10802375B2 (en) | 2017-09-15 | 2020-10-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optically-controlled switch |
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