JP2014179681A - 高周波電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、抵抗体をＦＥＴチップに近い位置に設けて発振を抑制しつつ、高周波特性の劣化を抑制できる高周波電力増幅器を提供することを目的とする。
【解決手段】ＦＥＴチップ３０と、一端が該ＦＥＴチップに接続されたワイヤ４０と、入力側整合回路基板１６と、該入力側整合回路基板上に該ＦＥＴチップに対して直列に形成された抵抗体１８と、該入力側整合回路基板上に該抵抗体の一端と接するように導電体で形成され、かつ入力電極１４に接続された伝送部２０Ａと、該入力側整合回路基板上に該抵抗体の他端と接するように導電体で形成され、かつ該ワイヤの他端が接続されたワイヤ接続部２０Ｃと、該抵抗体の上に該伝送部と該ワイヤ接続部を接続するように導電体で形成された、該抵抗体よりも幅の狭いショート部２０Ｂと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波信号の増幅に用いられる高周波電力増幅器に関する。

特許文献１には、配線パターン（伝送配線パターン）に抵抗体を設けた高周波電力増幅器が開示されている。この高周波電力増幅器は抵抗体をバイパスするバイパスワイヤを備えている。抵抗体はＦＥＴチップから遠く離れた位置に形成されている。

特開平１０−３３５５７５号公報

高周波電力増幅器における発振を抑制するためには、整合回路基板上に抵抗体を配置し反射利得を低減させることが有効である。この抵抗体を可能な限りＦＥＴチップ（電界効果トランジスタ）に近い位置に設けることで反射利得を大幅に低減できる。ＦＥＴチップに近い位置に抵抗体を配置すると動作利得などの高周波特性が劣化する。そのため、抵抗体の抵抗値を低くして高周波特性の劣化を抑えることが好ましい。

しかしながら、特許文献１に開示の技術では抵抗体がＦＥＴチップから遠く離れた位置に形成されているので発振を抑制できない問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、抵抗体をＦＥＴチップに近い位置に設けて発振を抑制しつつ、高周波特性の劣化を抑制できる高周波電力増幅器を提供することを目的とする。

本願の発明に高周波電力増幅器は、ＦＥＴチップと、一端が該ＦＥＴチップに接続されたワイヤと、入力側整合回路基板と、該入力側整合回路基板上に該ＦＥＴチップに対して直列に形成された抵抗体と、該入力側整合回路基板上に該抵抗体の一端と接するように導電体で形成され、かつ入力電極に接続された伝送部と、該入力側整合回路基板上に該抵抗体の他端と接するように導電体で形成され、かつ該ワイヤの他端が接続されたワイヤ接続部と、該抵抗体の上に該伝送部と該ワイヤ接続部を接続するように導電体で形成された、該抵抗体よりも幅の狭いショート部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、抵抗体をＦＥＴチップに近い位置に設けて発振を抑制しつつ、抵抗体の抵抗値を低くすることで高周波特性の劣化を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ破線における断面図である。 図1のＩＩＩ−ＩＩＩ破線における断面図である。 第１比較例の高周波電力増幅器の平面図である。 図４のＶ−Ｖ破線における断面図である。 第２比較例の高周波電力増幅器の平面図である。 第１比較例、第２比較例、及び実施の形態１の高周波電力増幅器についての安定係数のシミュレーション結果である。 第１比較例、第２比較例、及び実施の形態１の高周波電力増幅器についての伝送特性Ｓ２１のシミュレーション結果である。 本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器の平面図である。 本発明の実施の形態３に係る高周波電力増幅器の平面図である。

本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器の平面図である。高周波電力増幅器１０は金属パッケージ１２を備えている。金属パッケージ１２には入力電極１４が取り付けられている。金属パッケージ１２の中には入力側整合回路基板１６が設けられている。入力側整合回路基板１６上に抵抗体１８が形成されている。抵抗体１８は例えばＴａＮで形成されている。

入力側整合回路基板１６の上に配線パターン２０が形成されている。配線パターン２０は例えば金で形成されている。配線パターン２０は、伝送部２０Ａ、ショート部２０Ｂ、及びワイヤ接続部２０Ｃが一体的に形成されたものである。伝送部２０Ａは、入力側整合回路基板１６上に抵抗体１８の一端と接するように導電体で形成されている。伝送部２０Ａのうち抵抗体１８と反対の部分は入力電極１４に接続されている。

ワイヤ接続部２０Ｃは、入力側整合回路基板１６上に抵抗体１８の他端と接するように導電体で形成されている。ワイヤ接続部２０Ｃにはワイヤ４０が接続されている。ショート部２０Ｂは、抵抗体１８の上に伝送部２０Ａとワイヤ接続部２０Ｃを接続するように導電体で形成されている。ショート部２０Ｂは抵抗体１８よりも幅が狭い。なお、ショート部２０Ｂの下には抵抗体１８が形成されているため、幅Ｗの抵抗体１８が２箇所形成されていることになる。

入力側整合回路基板１６の隣にはＦＥＴチップ３０が配置されている。ＦＥＴチップ３０とワイヤ接続部２０Ｃはワイヤ４０で接続されている。すなわち、ワイヤ４０の一端はＦＥＴチップ３０に接続され、ワイヤ４０の他端はワイヤ接続部２０Ｃに接続されている。

ＦＥＴチップ３０の隣には出力側整合回路基板５０が配置されている。出力側整合回路基板５０の上には例えば金などで配線パターン５２が形成されている。配線パターン５２とＦＥＴチップ３０はワイヤ５４で接続されている。配線パターン５２には出力電極５６が接続されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ破線における断面図である。高周波信号が伝送される方向に沿ったワイヤ接続部２０Ｃの長さ（図２にＬで示す）は５０〜１００μｍのいずれかである。図３は、図1のＩＩＩ−ＩＩＩ破線における断面図である。抵抗体１８の上に形成されたショート部２０Ｂにより抵抗体１８の一部がショートしている。

高周波電力増幅器１０の動作について説明する。高周波信号は、入力電極１４から、配線パターン２０、ＦＥＴチップ３０、及び配線パターン５２を経由して出力電極５６に出力される。そして、ＦＥＴチップ３０に対して直列に形成された抵抗体１８は、ショート部２０Ｂによってショートされることで、配線パターン２０に非常に小さい抵抗成分を付与する。

ここで、本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器の理解を容易にするために、比較例について説明する。図４は、第１比較例の高周波電力増幅器の平面図である。第１比較例については本発明の実施の形態１との相違点のみ説明する。第１比較例の高周波電力増幅器は、ショート部がなく、抵抗体１８を介してワイヤ接続部２０Ｃと伝送部２０Ａが接続されている。図５は、図４のＶ−Ｖ破線における断面図である。

図６は、第２比較例の高周波電力増幅器の平面図である。第２比較例については本発明の実施の形態１との相違点のみ説明する。第２比較例の高周波電力増幅器は、抵抗体とショート部が形成されていない。従って配線パターン１００は全体に渡って平坦になっている。

図７は、第１比較例、第２比較例、及び実施の形態１の高周波電力増幅器についての安定係数（Ｋファクタ）のシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、動作周波数が４ＧＨｚになることを想定した。また、第１比較例の抵抗体１８については、実現可能な最小のシート抵抗（１オーム）を有するようにパラメータを選択した。なお、抵抗体に関する相違点以外の条件については、各高周波電力増幅器で同一とした。

図７によれば、第１比較例の高周波電力増幅器は４ＧＨｚでの安定係数が１より大きいので、安定な増幅器となっている。他方、第２比較例の高周波電力増幅器は抵抗体がないので４ＧＨｚでの安定係数が１未満となっている。

図８は、第１比較例、第２比較例、及び実施の形態１の高周波電力増幅器についての伝送特性Ｓ２１のシミュレーション結果である。シミュレーションの条件は安定係数のシミュレーションと同様である。第１比較例の高周波増幅器は抵抗体１８を設けたので高周波特性が犠牲になっていることが分かる。他方、第２比較例の高周波電力増幅器は、抵抗体がないので良好な高周波特性となっている。

第１比較例のように抵抗体１８を設けると安定係数を高くすることができるが高周波特性が犠牲になる。他方、第２比較例のように抵抗体を設けないと高周波特性は良好なものの安定係数が低下する。実施の形態１の高周波電力増幅器１０では第１比較例と第２比較例の中間の特性を実現できており、高周波特性を大幅に犠牲にすることなく、増幅器の安定化を実現できている。この点について以下に説明する。

ＦＥＴチップ３０から入力電極１４側を見たインピーダンスはＦＥＴチップ３０に近い部分ほど低い。インピーダンスが低い部分に抵抗体１８を設けると、その抵抗体１８の抵抗値が１Ω以下の極めて小さい抵抗値であっても、安定係数を高めることができる。従って、安定係数を高めるためには可能な限りＦＥＴチップ３０に近い位置に、ＦＥＴチップ３０に対して直列に接続された抵抗体１８を配置することが重要である。

本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器１０によれば、抵抗体１８がＦＥＴチップ３０に非常に近い位置に配置されているので安定係数を高めて発振を抑制できる。具体的には、ワイヤ接続部２０Ｃの長さが５０〜１００μｍのいずれかであるので、ワイヤ４０がワイヤ接続部２０Ｃの中央に接続されたとすると、ワイヤ４０の他端と抵抗体１８の距離は２５〜５０μｍのいずれかである。

なお、特許文献１には配線パターンの一部に形成された抵抗体がＦＥＴチップから遠く離れている高周波電力増幅器が開示されている。この場合、配線パターンにより、ＦＥＴチップから入力電極側を見たインピーダンスがある程度高くなっているので、インピーダンスが高い位置に抵抗体を設けても安定係数を高める効果は低い。

本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器によれば、抵抗体１８はショート部２０Ｂよってショートされているので高周波特性を犠牲にすることを回避できる。つまり、ショート部２０Ｂにより抵抗体１８がショートされているので、抵抗体１８により与えられる抵抗値は非常に小さく例えば１Ωである。抵抗体１８の抵抗値Ｒはシート抵抗（Ｒsheet）×（Ｌ１／Ｗ）で得られる。従って、本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器によれば、抵抗体１８をＦＥＴチップ３０に近い位置に設けて発振を抑制しつつも、抵抗体１８の抵抗値を実質的に低くすることで高周波特性の劣化を抑制できる。

また、ＦＥＴチップ３０に近い位置では電流振幅が大きくなる。よって抵抗体１８のジュール熱による焼損防止に留意しなければならない。本発明の実施の形態１では、高周波電流がショート部２０Ｂに分散されるため、比較例１の抵抗体１８と比較して、抵抗体の耐電力が飛躍的に向上する。よって、大きな高周波電力が入力されても抵抗体１８の焼損を防止できる。

この発明は、ＦＥＴチップ３０の非常に近い位置に配置された抵抗体１８の一部をショート部２０Ｂでショートさせ、最適な抵抗値を実現するものである。この特徴を逸脱しない範囲において高周波電力増幅器１０は様々な変形を成しうる。例えば、抵抗体１８はＴａＮではなく、タングステンの窒化物等で形成することができる。また、ワイヤ接続部２０Ｃはワイヤを打つために必要最小限の長さで形成されればよく、５０〜１００μｍのいずれかの長さに限定されない。なお、これらの変形は以下の実施の形態についても応用できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器は、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。図９は、本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器の平面図である。ショート部２００は、実施の形態１のショート部２０Ｂよりも狭い幅で複数形成されている。ショート部２００の幅を調整することで、高周波特性と安定係数を調整できる。

実施の形態３.
本発明の実施の形態３に係る高周波電力増幅器は、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。図１０は、本発明の実施の形態３に係る高周波電力増幅器の平面図である。ショート部２０２はワイヤ接続部２０Ｃと伝送部２０Ａを最短距離で接続した場合の長さよりも、長くなっている。つまり、ショート部２０２が高周波信号伝送方向に対して斜めに形成されている。

ショート部２０２は、実施の形態１のショート部２０Ｂよりも長い。従って、インピーダンスが高くなる。インピーダンスを高めることでインピーダンス整合を取りやすくなるなどのメリットがある。特に、１０ＧＨｚ以上の周波数が高い高周波信号を扱う場合に効果的である。

１０ 高周波電力増幅器、 １２ 金属パッケージ、 １４ 入力電極、 １６ 入力側整合回路基板、 １８ 抵抗体、 ２０ 配線パターン、 ２０Ａ 伝送部、 ２０Ｂ ショート部、 ２０Ｃ ワイヤ接続部、 ３０ ＦＥＴチップ、 ４０,５４ ワイヤ、 ５０ 出力側整合回路基板、 ５２ 配線パターン、 ５６ 出力電極、 １００ 配線パターン、 ２００,２０２ ショート部

Claims (5)

1. ＦＥＴチップと、
   一端が前記ＦＥＴチップに接続されたワイヤと、
   入力側整合回路基板と、
   前記入力側整合回路基板上に前記ＦＥＴチップに対して直列に形成された抵抗体と、
   前記入力側整合回路基板上に前記抵抗体の一端と接するように導電体で形成され、かつ入力電極に接続された伝送部と、
   前記入力側整合回路基板上に前記抵抗体の他端と接するように導電体で形成され、かつ前記ワイヤの他端が接続されたワイヤ接続部と、
   前記抵抗体の上に前記伝送部と前記ワイヤ接続部を接続するように導電体で形成された、前記抵抗体よりも幅の狭いショート部と、を有することを特徴とする高周波電力増幅器。
2. 前記ショート部は複数形成されたことを特徴とする請求項1に記載の高周波電力増幅器。
3. 前記ショート部は、前記ワイヤ接続部と前記伝送部を最短距離で接続した場合の長さよりも、長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波電力増幅器。
4. 高周波信号が伝送される方向に沿った前記ワイヤ接続部の長さは５０〜１００μｍのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波電力増幅器。
5. 前記抵抗体はＴａＮで形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波電力増幅器。

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