JP4770518B2 - 高出力増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いたＲＦ高出力増幅器において、ＦＥＴに金属フランジとは別の電気的接地用端子を追加することで、放熱性、ＲＦ信号伝送路としての特性、ＤＣ電流リターンパスとしての特性全てにおいて優れ、かつ、製造が容易な構造を実現した高出力増幅器に関する。

現在、携帯電話基地局の送信機などに用いられる高出力の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いたＲＦ高出力増幅器においては、ＦＥＴの実装の仕方が装置の性能、信頼性に大きな影響を与えている。

ＦＥＴはＲＦ高出力増幅器の部品の中で最も大きな電力を消費し、最も多い熱を発するため、装置の中で最も高温の部品となり、他の部品と比して寿命も短くなりがちである。よって、ＦＥＴの寿命が装置全体の寿命を決定することも少なくない。

ＦＥＴの寿命を長くするには、放熱性を改善し、ＦＥＴの温度を下げることが有効である。放熱性を改善する方法として、ヒートシンクを大きくし、ファンの風量を増やすなどといった手法も考えられるが、装置が大型化したり、製造コストが高くなったりするなど影響が大きい。

そこで、ＦＥＴの実装方法を最適化し、ケース（ヒートシンク）への放熱性を改善することで、装置へ大きな影響を与えることなくＦＥＴの温度上昇を低減することが試みられている。

ＲＦ高出力増幅器に使用されるＦＥＴは、図３に示すような構造をしており、端子１、カバー２、端子３、金属フランジ４で構成されている。端子１及び端子３は、ＲＦ信号の伝送路であり、ＤＣバイアス電流の経路でもある。金属フランジ４は、ＲＦ及びＤＣ信号の電気的接地経路としてだけでなく、半導体内部で発生する熱を外へ逃がす放熱系としても働く。
これを、金属ケース及びプリント基板でできた装置本体に実装して使用することが一般的である。

その際の実装方法はいくつかの方法が考えられるが、それぞれ利点と欠点とが存在する。
まず、最も簡単な方法として図４のごとく、ＦＥＴの金属フランジ４をネジ９及びネジ１０で締め付けて金属ケース５に固定、端子１及び端子３を基板の表面導体パターン６にはんだ１１及びはんだ１２ではんだ付けする方法を考える。なお、図中の符号７は基板の誘電体部分、符号８は基板裏面の導体パターンである。

この手法ならば、ＦＥＴを実装することは容易である。しかし、ＦＥＴの底面及びケースの表面が完全な平面ではなく、湾曲や細かな凹凸が必ず存在してしまうため、ＦＥＴの底面及びケースの接触面１３の密着性が十分にとれず、放熱経路、電気的接地用経路としての特性が十分ではないため、このままでの使用は難しい。

次に、ＦＥＴケースにはんだ付けして実装する方法を考える。これは、図４に示す構成においてＦＥＴの底面とケースとの接触面１３をはんだで接続したものである。利点として、ＦＥＴの底面及びケースの表面に湾曲や細かな凹凸が存在してもはんだによって補われるため、放熱経路、電気的接地用経路としての特性に優れる。しかし、一般的にケースは極めてサイズが大きく熱容量も大きいため、はんだ付けするのは困難であり、製造性が悪いことが欠点となる。

特許文献１に開示される発明も同様で、基板の銅板にＦＥＴを直接はんだ付けすることは困難であり、十分な接合強度が得られないこと多くなってしまう。
特開２００１−２５０８８１号公報

このため、実際には接触面１３に緩衝材を挟む場合が多い。この構成の利点は図４に示した構成と同様に、製造が容易であることである。しかし、この構成では放熱経路、電気的接地用経路としての特性は、緩衝材の特性によって左右されてしまう。

緩衝材は低い熱抵抗、電気抵抗を持ち、かつＦＥＴの底面及びケースの表面の凹凸を埋めるように変形することが望ましいが、これらの条件を完全に満たすような材料はない。良く用いられるものとしてシリコーングリスがある。シリコーングリスは、熱抵抗が低く、容易に変形するため放熱性に優れるが、導体ではないため電気的接地用経路としての特性には悪影響を及ぼす。

このように、ＦＥＴの実装の仕方は、放熱性だけでなく電気的な特性にも影響を与えてしまうため、電気的な性能を損なわずに放熱性を向上させることは難しかった。

すなわち、従来は、製造性に優れ、放熱経路及び電気的接地用経路としての特性に優れた高出力増幅器は提供されていなかった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、製造性に優れ、放熱経路及び電気的接地用経路としての特性に優れた電力増幅器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、回路基板に実装された電界効果トランジスタを金属ケースに収納した電力増幅器であって、前記電界効果トランジスタは、金属フランジと、該金属フランジにはんだ付けされた金属プレートと、該金属プレートに塗布されたシリコーングリスとを介して前記金属ケースと接し、前記回路基板に形成されている接地配線と前記金属プレートとがはんだ付けされて電気的に接続されていることを特徴とする電力増幅器を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、回路基板に実装された電界効果トランジスタを金属ケースに収納した電力増幅器であって、前記電界効果トランジスタは、金属フランジと、該金属フランジにはんだ付けされた金属プレートと、放熱シートとを介して前記金属ケースと接し、前記回路基板に形成されている接地配線と前記金属プレートとがはんだ付けされて電気的に接続されたことを特徴とする電力増幅器を提供するものである。

上記本発明の第１の態様又は第２の態様においては、接地配線と金属プレートとははんだ付けによって接続されていることが好ましく、これに加えて、接地配線は回路基板の金属ケースと対向する側の面に形成されていることがより好ましく、さらに加えて、電界効果トランジスタは、回路基板の金属ケースとは対向しない側の面で回路配線と電気的に接続されていることがより好ましい。

本発明の第１又は第２の態様の上記のいずれの構成においても、電界効果トランジスタは、ネジ止めによって金属ケースに固定されていることが好ましい。

本発明によれば、製造性に優れ、放熱経路及び電気的接地用経路としての特性に優れた電力増幅器を提供できる。

図１に、本発明の好適な実施の形態にかかる高出力増幅器の構成を示す。
ＦＥＴは、図３に示した従来のＦＥＴと同様であり、端子１、金属フランジ４、端子３及びカバー２で構成される。このＦＥＴの裏面に、図２に示す電気的接地用金属プレート１４がはんだ付けされている。

ＦＥＴの金属フランジ４は、ネジ９及びネジ１０が締め付けられて金属ケース５に固定されている。なお、接触面１３にはシリコーングリスが塗布されている。端子１及び端子３は、はんだ１１及びはんだ１２を用いて基板の基板表面導体パターン６にはんだ付けされている。
さらに、電気的接地用プレート１４と基板裏面導体パターン８とは、はんだ１５及びはんだ１６を用いてはんだ付けされている。

上記構成の高出力増幅器において、ＦＥＴで発生した熱は金属フランジ４、電気的接地用プレート１４、及び接触面１３に塗布されたシリコーングリスを介して金属ケース５に放熱される。金属フランジ４と電気的接地用プレート１４とは、はんだ付けされているため熱伝導は極めて良好である。また、接触面１３に塗布されたシリコーングリスの熱伝導性も高いため、全体として放熱経路として十分な性能を有する。

また、電気的接地用経路としては、基板裏面導体パターン８と電気的接地用プレート１４とが直接はんだ付けされているため、接触面１３を電気的接地用経路として用いる必要が無く、シリコーングリスが不導体であることは問題とならない。

このように、本実施形態にかかる高出力増幅器は、電気的接地用金属プレート１４によって電気的接地用経路が確立されているため、シリコーングリスを用いているにもかかわらず電気的接地用経路の特性が良好である。
しかも、電気的接地用金属プレート１４は薄いため、金属ケースにＦＥＴを直接はんだ付きする場合と比較して、はんだ付け作業が容易である。このため、高出力増幅器の製造性が向上する。

すなわち、本実施形態にかかる電力増幅器は、ＦＥＴ底面に金属フランジとは別の電気的接地端子を追加し、プリント基板の裏面パターンとはんだづけし、ＦＥＴの底面及びケースの表面との間にシリコーングリスを挟み込んだものである。電気的接地経路としての特性は電気的接地端子が直接はんだ付けされているため極めて良好であり、放熱性はシリコーングリスの働きで十分に良好である。プリント基板はケースに比べて熱容量が小さいためはんだ付けは容易であり、製造性にも優れる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記実施形態においては、接触面１３にシリコーングリスが塗布されている構成を例としたが、接触面１３にはシリコーングリス以外の緩衝材（例えば、放熱シート）を配置しても良い。
また、上記実施形態においては、電気的接地用金属プレート１４がＦＥＴにはんだ付けされた構成を例としたが、これらを一体化した部品を形成し、上記同様に実装しても良い。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明の好適な実施の形態にかかる高出力増幅器の構成を示す図である。 電気的接地用金属プレートの構成を示す図である。 従来の高出力増幅器の構成を示す図である。 ＦＥＴの金属フランジをネジで締め付けて金属ケースに固定し、端子を基板の表面導体パターンにはんだ付けした状態を示す図である。

符号の説明

１、３ 端子
２ 金属フランジ
４ カバー
５ 金属ケース
６ 基板表面導体パターン
７ 誘電体
８ 基板裏面導体パターン
９、１０ ネジ
１１、１２ はんだ
１３ 接触面
１４ 電気的接地用金属プレート

Claims (6)

1. 回路基板に実装された電界効果トランジスタを金属ケースに収納した電力増幅器であって、
   前記電界効果トランジスタは、金属フランジと、該金属フランジにはんだ付けされた金属プレートと、該金属プレートに塗布されたシリコーングリスとを介して前記金属ケースと接し、
   前記回路基板に形成されている接地配線と前記金属プレートとがはんだ付けされて電気的に接続されていることを特徴とする電力増幅器。
2. 回路基板に実装された電界効果トランジスタを金属ケースに収納した電力増幅器であって、
   前記電界効果トランジスタは、金属フランジと、該金属フランジにはんだ付けされた金属プレートと、放熱シートとを介して前記金属ケースと接し、
   前記回路基板に形成されている接地配線と前記金属プレートとがはんだ付けされて電気的に接続されたことを特徴とする電力増幅器。
3. 前記接地配線と前記金属プレートとははんだ付けによって接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電力増幅器。
4. 前記接地配線は前記回路基板の前記金属ケースと対向する側の面に形成されていることを特徴とする請求項３記載の電力増幅器。
5. 前記電界効果トランジスタは、前記回路基板の前記金属ケースとは対向しない側の面で回路配線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
6. 前記電界効果トランジスタは、ネジ止めによって前記金属ケースに固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の電力増幅器。

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