JP5648295B2 - インピーダンス変換器、集積回路装置、増幅器および通信機モジュール - Google Patents

インピーダンス変換器、集積回路装置、増幅器および通信機モジュール Download PDF

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Description

本発明は、インピーダンス変換器、集積回路装置、増幅器および通信機モジュールに関する。
レーダ用増幅器や基地局用増幅器などの通信機モジュールに用いられる高出力の集積回路装置では、高出力化を図るために、複数の集積回路を並列に接続して集積回路のトランジスタのゲート幅を増やすことが行われている。
さらに、集積回路からの出力を最大限に引き出すために、並列に接続した複数の集積回路の入力側と出力側にそれぞれインピーダンス変換器を接続し、インピーダンス変換器の整合回路によりインピーダンスを整合させている。
特に、１／４波長線路を複数直列に接続したインピーダンス変換器は、１／４波長線路の段数を増加させることで広帯域な特性が得られるため、広帯域特性を必要とする集積回路装置に広く使用されている。
実開平５−６５１０４号 特開平９−１３９６３９号公報 特開平１０−２０９７２４号公報
S. B. Cohn, "Optimum Design of Stepped Transmission-Line Transformers", IRE trans. MTT-3, pp.16-21, 1955. E. J. Wilkinson, "An N-Way Hybrid Power Divider", IEEE Trans Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-8, pp. 116-118, 1960.
複数の集積回路の入力側に接続されるインピーダンス変換器では、入力信号をそれぞれの集積回路に分配するために、例えばＴ型の分岐線路を有する分配回路が用いられることがある。ところが、Ｔ型の分岐部分で分岐信号間の干渉による信号減衰のために伝送損失が増大してしまう。さらに、Ｔ型の分岐部分で分岐信号間の干渉による信号減衰に起因して、分岐信号に電力分配の不均一（アンバランス動作）が発生し、集積回路を均一に駆動させることができず、所望の性能が得られないという問題があった。
発明の一観点によれば、第１の誘電率を有する第１の基板の上方に形成され、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、第１の伝送線路に接続され、第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に形成され、第１のインピーダンスよりも低い特性インピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、第２の伝送線路と第３の伝送線路との間に接続される抵抗とを有するインピーダンス変換器が提供される。
発明の別の一観点によれば、インピーダンス変換器と、インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路とを有し、インピーダンス変換器は、第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、第１の伝送線路と電気的に接続され、第１のインピーダンスよりも低い特性インピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、第２の伝送線路と第３の伝送線路との間に接続される抵抗とを有し、集積回路は、第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続されることを特徴とする集積回路装置が提供される。
発明の別の一観点によれば、インピーダンス変換器と、インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路とを有し、インピーダンス変換器は、第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、第１の伝送線路と電気的に接続され、第１のインピーダンスよりも低い特性インピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、第２の伝送線路と第３の伝送線路との間に接続される抵抗とを有し、集積回路は、第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続される増幅器が提供される。
発明の別の一観点によれば、インピーダンス変換器と、インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路とを有し、インピーダンス変換器は、第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、第１のインピーダンスよりも低い特性インピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、第２の伝送線路と前記第３の伝送線路との間に接続される抵抗とを有し、集積回路は、第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続される通信機モジュールが提供される。
上述の観点によれば、小型で伝送損失の少ないインピーダンス変換器、集積回路装置、増幅器および通信機モジュールが実現される。
図１は、実施例１における集積回路を搭載した集積回路装置の平面図、および平面図の中心線に沿った断面図である。 図２は、実施例１において、第１インピーダンス変換器および第２インピーダンス変換器、集積回路、および第３および第４インピーダンス変換器で形成されるインピーダンス回路を模式的に示す図である。 図３は、実施例１において、第１インピーダンス変換器と第２インピーダンス変換器との接続部分の詳細と変形例を示す図である。 図４は、実施例１における、入力分配回路部分の高周波電流の様子を示す図である。 図５は、実施例１における、集積回路による増幅の電力利得Ｓ２１の周波数特性を示すグラフである。 図６は、実施例２における、集積回路を搭載した集積回路装置の平面図、および平面図の中心線における断面図である。 図７は、実施例２における、第１インピーダンス変換器、第２インピーダンス変換器、集積回路、第３インピーダンス変換器および第４インピーダンス変換器で形成されるインピーダンス回路を模式的に示す図である。 図８は、実施例２における入力分配回路の変形例を示す図である。 図９は、実施例１または実施例２における、増幅器を使用した通信機モジュールの構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
実施例１について、図１乃至５を参照して説明する。
図１は、実施例１における集積回路を搭載した集積回路装置の平面図、および平面図におけるＡ−Ａ’断面図である。実施例１の集積回路装置は、それぞれパワートランジスタを複数個含む２個の集積回路１１Ａおよび１１Ｂと、トーナメント型構造の入力分配回路１５および出力合成回路１６と、を含む。実施例１の集積回路装置は、入力される２〜４ＧＨｚの高周波信号を、大電力の出力になるように増幅する。このような増幅を行うため、同一の特性の複数のトランジスタを並列に接続して使用し、複数のトランジスタに同一の信号を入力し、複数のトランジスタの出力を共通に接続することにより、実質的にトランジスタのゲート幅を増加させて高出力化を実現している。
集積回路１１Ａおよび１１Ｂのそれぞれは、例えば０．８μｍ程度のゲート長を有するＧａＮ ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）を複数個備えている。
図１において、集積回路１１Ａおよび１１Ｂの左側に配置された部分が入力分配回路１５であり、右側に配置された部分が出力合成回路１６である。入力分配回路１５は、入力信号を同電力および同相で集積回路１１Ａおよび１１Ｂの各端子に分配する。出力合成回路１６は、集積回路１１Ａおよび１１Ｂの各端子の出力信号を同相で単一の出力信号に合成する。信号の分配および合成は、例えばＴ分岐を使用して行うことができる。
入力分配回路１５は、例えば基板厚０．３８ｍｍ程度で、比誘電率が９．８の基板２１上に形成された高インピーダンスの第１インピーダンス変換器２０と、例えば基板厚０．２５ｍｍ程度で、比誘電率が１４０の基板３１上に形成された低インピーダンスの第２インピーダンス変換器３０と、を含む。第１インピーダンス変換器２０および第２インピーダンス変換器３０は、それぞれ１／４波長線路を有している。
第１インピーダンス変換器２０は、基板２１上に、例えば幅０．４５ｍｍ程度のマイクロストリップ線路として形成された折り曲げ（ベンド）形状の２つの分岐線路２２Ａおよび２２Ｂを含む。線路をベンド形状としているのは、信号の進行方向（図１における横方向）における線路の寸法を小さくして、集積回路装置を小型化するためである。マイクロストリップ線路は、誘電体基板の裏面を接地し、表面に信号線路を形成することで、マイクロ波やミリ波の伝送線路を容易に実現でき、設計が容易である。このマイクロストリップ線路についての有利な点は、高誘電率の基板についても同様である。
抵抗２３が、基板２１上の基板３１に近い部分に設けられている。抵抗２３の両側は、２つの分岐線路２２Ａおよび２２Ｂの基板３１に近い部分から伸びる２つの補助線路２４Ａおよび２４Ｂに接触している。これにより、２つの分岐線路２２Ａおよび２２Ｂは、基板３１に近い部分で、抵抗２３を介して接続されている。
第２インピーダンス変換器３０は、基板３１上にマイクロストリップ線路として形成された湾曲形状の４つの分岐線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢと、直線形状の４つの分岐線路３３ＡＡ、３３ＡＢ、３３ＢＡおよび３３ＢＢと、を含む。４つの分岐線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢは、図１における上下方向に伸びた後、湾曲して水平方向に伸び、テーパー状に幅を広げ、直線形状の４つの分岐線路３３ＡＡ、３３ＡＢ、３３ＢＡおよび３３ＢＢになる。分岐線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢの幅は例えば０．２ｍｍ程度で、分岐線路３３ＡＡ、３３ＡＢ、３３ＢＡおよび３３ＢＢの幅は例えば１．１ｍｍ程度である。
抵抗３５Ａが、湾曲形状の２つの分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢの両方の先端に接触するように設けられている。これにより、２つの分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢは、先端部分で、抵抗３５Ａを介して接続されている。同様に、抵抗３５Ｂが、湾曲形状の２つの分岐線路３２ＢＡおよび３２ＢＢの両方の先端に接触するように設けられている。これにより、２つの分岐線路３２ＢＡおよび３２ＢＢは、先端部分で、抵抗３５ＢＡを介して接続されている。
抵抗３４Ａが分岐線路３３ＡＡと３３ＡＢとの間に設けられ、抵抗３４Ｂが分岐線路３３ＢＡと３３ＢＢの間に設けられる。抵抗３４Ａおよび３４Ｂは、図３の（Ｂ）の抵抗３４に対応する。
出力合成回路１６は、基板４１上に形成されたテーパー形状の２つの電極４２Ａおよび４２Ｂと、比誘電率が１４０の基板５１上に形成された低インピーダンスの第３インピーダンス変換器４０と、比誘電率が９．８の基板６１上に形成された高インピーダンスの第４インピーダンス変換器６０と、を含む。第３インピーダンス変換器４０は、基板５１上にマイクロストリップ線路として形成された直線形状の２つのマイクロストリップ線路５２Ａおよび５２Ｂを含む。
第４インピーダンス変換器６０は、基板６１上にマイクロストリップ線路として形成された折り曲げ形状の２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂを含む。抵抗６３が、基板６１上の基板５１に近い部分に設けられる。抵抗６３の両側は、２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂの基板５１に近い部分から伸びる２つの補助線路６４Ａおよび６４Ｂに接触している。これにより、２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂは、基板５１に近い部分で、抵抗６３を介して接続されている。
第３インピーダンス変換器４０および第４インピーダンス変換器６０は、それぞれ１／４波長線路を形成する。
抵抗としては、例えばＴａＮ膜を用いることができ、基板上にＴａＮ膜を形成した後、線路の一部がＴａＮ膜を覆うように形成する。このような薄膜抵抗を使用することで、抵抗寸法を小さくでき、回路の小型化を図ることができる。さらに、ＴａＮ膜とすることで、高周波信号まで対応することができ、高温動作や長期信頼性に優れ、より高出力で高品質な回路を実現することができる。
入力分配回路１５において、分岐線路２２Ａの端部は、分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢに、ワイヤボンディングなどで接続されている。分岐線路２２Ｂの端部は、分岐線路３２ＢＡおよび３２ＢＢに、ワイヤボンディングなどで接続されている。さらに、分岐線路３３ＡＡ、３３ＡＢ、３３ＢＡおよび３３ＢＢの端部は、集積回路１１Ａおよび１１Ｂの入力端子（電極パッド）に、ワイヤボンディングなどで接続されている。
出力合成回路１６において、集積回路１１Ａおよび１１Ｂの出力端子（電極パッド）は、電極４２Ａおよび４２Ｂに、ワイヤボンディングなどで接続されている。電極４２Ａおよび４２Ｂは、電極５２Ａおよび５２Ｂに、ワイヤボンディングなどで接続されている。電極５２Ａおよび５２Ｂは、分岐線路６２Ａおよび６２Ｂの端部に、ワイヤボンディングなどで接続されている。
ワイヤボンディングでは、例えば直径２５μｍ程度の金線を複数本使用することができる。なお、ワイヤボンディングの代わりにリボンボンディングを使用することも可能である。
集積回路１１Ａおよび１１Ｂ、入力分配回路を形成する基板２１および３１、出力合成回路を形成する基板４１、５１および６１は、メタルウォール７１を有するパッケージの金属ベース７０上に、例えばＡｕＳｎはんだを用いて３００℃程度の窒素雰囲気で実装されている。そして、ふた７９がメタルウォール７１に載せられ、集積回路１１Ａおよび１１Ｂは気密封止されている。パッケージベース７０上には、外部との電気的接続のために、電極７５および７６が設けられている。電極７５および７６は、フィードスルー７４および７７により、メタルウォール７１およびふた７９から電気的に絶縁されている。電極７５のパッケージ外の部分には入力用リード７３が設けられ、電極７６のパッケージ外の部分には出力用リード７８が設けられている。
電極７５のパッケージ内の部分と、第１インピーダンス変換器２０の２つの分岐線路２２Ａおよび２２Ｂの接続部分ＩＮとは、例えばワイヤボンディングなどで接続されている。電極７８のパッケージ内の部分と、第４インピーダンス変換器６０の２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂの接続部分ＯＵＴとは、例えばワイヤボンディングなどで接続されている。
図２は、実施例１において、第１インピーダンス変換器２０、第２インピーダンス変換器３０、集積回路１１Ａおよび１１Ｂ、第３インピーダンス変換器４０および第４インピーダンス変換器６０で形成されるインピーダンス回路を模式的に示す図である。１／４波長線路Ｚ１ＡおよびＺ１Ｂが、折り曲げ形状の２つの分岐線路２２Ａおよび２２Ｂに対応する。線路Ｚ２１ＡＡ、２１ＡＢ、２１ＢＡおよび２１ＢＢが、湾曲形状の４つの分岐線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢに対応する。線路Ｚ２２ＡＡ、２２ＡＢ、２２ＢＡおよび２２ＢＢが、直線形状の４つの分岐線路３３ＡＡ、３３ＡＢ、３３ＢＡおよび３３ＢＢに対応する。線路Ｚ２１ＡＡとＺ２２ＡＡ、線路Ｚ２１ＡＢとＺ２２ＡＢ、線路Ｚ２１ＢＡとＺ２２ＢＡ、および線路Ｚ２１ＢＢとＺ２２ＢＢが、それぞれ１／４波長線路を形成している。
１／４波長線路Ｚ３ＡおよびＺ３Ｂが、直線形状の２つの線路５２Ａおよび５２Ｂに対応する。１／４波長線路Ｚ４ＡおよびＺ４Ｂが、折り曲げ形状の２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂに対応する。
以上説明したように、入力分配回路１５は、５０オームから１オーム以下へのインピーダンス変換器を、所望の特性インピーダンスを有する伝送線路として形成する。また、出力合成回路は、１オーム以下から５０オームへのインピーダンス変換器を、所望の特性インピーダンスを有する伝送線路として形成する。
図３は、第１インピーダンス変換器２０と第２インピーダンス変換器３０との接続部分の詳細と変形例を示す図であり、折り曲げ形状の分岐線路２２Ａと湾曲形状の２つの分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢとの接続を示す。折り曲げ形状の分岐線路２２Ｂと湾曲形状の２つの分岐線路３２ＢＡおよび３２ＢＢとの接続についても同様である。
図３の（Ｃ）は、実施例１における第１インピーダンス変換器２０と第２インピーダンス変換器３０との接続部分を示す。
図３の（Ａ）は、実施例１における第１インピーダンス変換器２０と第２インピーダンス変換器３０との接続部分の第１の変形例を示す。第１の変形例では、分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢは、湾曲形状でなく、直線形状である。分岐線路２２Ａの先端に電極２２Ｘを設けてＴ分岐し、電極２２Ｘの両端の部分と、直線形状の分岐線路３２ＸＡおよび３２ＸＢの端部がそれぞれワイヤ３６ＸＡおよび３６ＸＢで接続されている。図３の（Ａ）では、ワイヤ３６ＸＡおよびワイヤ３６ＸＢはそれぞれ１本のワイヤで示されているが、ともに複数本を用いることもできる。さらに、分岐線路３２ＸＡおよび３２ＸＢの端部付近から伸びる補助線路３７ＸＡおよび３７ＸＢが設けられている。補助線路３７ＸＡおよび３７ＸＢは、抵抗３５Ａに接触している。これにより、分岐線路３２ＸＡおよび３２ＸＢは、抵抗３５Ａを介して接続されている。
第１の変形例でも、実施例１と類似の効果が得ることができる。しかし、図３の（Ａ）の変形例は、図３の（Ｃ）の実施例１の接続部分に比べて、分岐線路３２ＸＡおよび３２ＸＢが湾曲形状でなく、直線形状であるため、矢印で示す部分が長くなり、装置が大型化する。また、分岐線路２２Ａは、先端に設けたＴ分岐用電極２２Ｘのために、配線幅が不連続となり、伝送損失が増大する。
図３の（Ｂ）は、実施例１における第１インピーダンス変換器２０と第２インピーダンス変換器３０との接続部分の第２の変形例を示す。第２の変形例においては、分岐線路３２ＹＡおよび３２ＹＢは、抵抗３５Ａの中心部に向かって伸びている。第２の変形例でも、実施例１と類似の効果を得ることができる。これに対して、図３の（Ｃ）の実施例１では、分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢは、抵抗３５Ａの基板のエッジ側の端に一致するように伸びている。実施例１と第２の変形例を比べると、実施例１においては、分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢを設ける位置が、基板３１の基板２１に対向するエッジに近づくため、その分図３の（Ｃ）において矢印で示す部分の長さ、すなわち横方向のサイズを小さくすることができる。
図３の（Ｄ）は、抵抗３５Ａの部分の断面図である。前述のように、抵抗３５ＡはＴａＮ膜であり、基板３１上にＴａＮ膜を形成した後、分岐線路３２ＡＡおよび３２ＡＢの一部がＴａＮ膜３５Ａの一部を覆うように形成される。
図４は、実施例１における入力分配回路部分の高周波電流の様子を示す図である。この図は、電磁界シミュレータを用いて計算したものである。高周波電流は表皮効果により配線の表面を流れる。特に、マイクロストリップ線路の場合、配線の両脇、すなわち配線の幅方向の端部側を集中して流れることがわかる。低誘電体基板２１上の線路は、折り曲げ（ベント）線路２２Ａおよび２２Ｂを使用し回路の小型化を行っている。低誘電率基板上２１上の線路２２Ａおよび２２Ｂの高誘電率基板３１側の端部で、高周波電流量は、線路幅の上下同じ電流量ではなく、差があることがわかる。この差は、線路幅の上下で信号の大きさと位相に差があることを意味している。これは、特に電気的不連続部で顕著となる。実施例１では、低誘電率基板２１上の線路が折り曲げ形状を有するので、この折り曲げ部分で線路内の電流量の不均一がより大きくなっている。この信号の大きさと位相の差は、分岐信号間干渉による信号減衰のために、高誘電率基板３１上の分岐線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢの信号分配の大きさと位相に影響し、集積回路１１の性能を十分に発揮できなくなる。したがって、低誘電率基板２１から出る信号間干渉による信号減衰を抑制し、さらに信号の大きさや位相の差を発生させる信号成分を除去し、信号の大きさと位相を揃えることが有効である。そこで、実施例１では、高誘電率基板３１の分岐部に分岐信号間干渉を抑制し、アンバランス動作を解消する抵抗３５Ａおよび３５Ｂを挿入している。抵抗３５Ａおよび３５Ｂの効果を確認するために、実施例１で、分岐信号間干渉を抑制し、アンバランス動作を解消する抵抗を挿入しない場合と、分岐部に分岐信号間干渉を抑制し、アンバランス動作を解消する抵抗３５Ａおよび３５Ｂを挿入した場合の増幅器の特性を電磁界シミュレータを用いて計算した。
図５は、集積回路１１による増幅の電力利得Ｓ２１の周波数特性を示し、Ａが抵抗３５Ａおよび３５Ｂを設けた場合を、Ｂが抵抗３５Ａおよび３５Ｂを設けない場合を示す。抵抗３５Ａおよび３５Ｂを設けない場合は、５ＧＨｚ付近から利得が急激に低下しており、線路内の信号のばらつきにより回路性能が劣化している。一方、抵抗３５Ａおよび３５Ｂを設けた場合、利得の急激な低下はなく、周波数全体の利得も向上し、周波数帯域も向上しており、良好な特性が得られた。したがって、実施例１のように、分岐部分に分岐信号間干渉を抑制し、アンバランス動作を解消する抵抗３５Ａおよび３５Ｂを挿入することで、回路性能を向上できることがわかる。
なお、図３の（Ｂ）に示したワイヤ３６ＸＡ，３６ＸＢおよび図３の（Ｃ）に示したワイヤ３６ＡＡ，３６ＡＢは、分岐線路２２Ａの電流密度が比較的高い、配線の幅方向の端部側に接続部が設けられるように接続することが好ましい。配線の幅方向の端部側に接続部が設けられるように接続することにより、分岐線路２２Ａからワイヤへ流れる電流の密度を高いレベルで維持することができるため、信号の伝送特性の向上を図ることができる。
実施例２について、図６乃至９を参照して説明する。
図６は、実施例２の集積回路を搭載した集積回路装置の平面図、および平面図におけるＡ−Ａ’断面図である。実施例２の集積回路装置は、出力合成回路が４分岐線路を含むことが、実施例１の集積回路装置と異なり、他の部分は実施例１と同じである。
実施例２の集積回路装置の出力合成回路は、例えば基板厚０．２５ｍｍ程度で、比誘電率が１４０の基板５１上に形成された低インピーダンスの第３インピーダンス変換器と、例えば基板厚０．３８ｍｍ程度で、比誘電率が９．８の基板６１上に形成された高インピーダンスの第４インピーダンス変換器と、を含む。第３インピーダンス変換器および第４インピーダンス変換器は、それぞれ１／４波長線路を形成する。
第３インピーダンス変換器は、基板５１上にマイクロストリップ線路として形成された直線形状の４つの分岐線路５３ＡＡ、５３ＡＢ、５３ＢＡおよび５３ＢＢと、湾曲形状の４つの分岐線路５５ＡＡ、５５ＡＢ、５５ＢＡおよび５５ＢＢと、を含む。４つの分岐線路５３ＡＡ、５３ＡＢ、５３ＢＡおよび５３ＢＢは、直線状に伸びた後、テーパ状に幅を狭め、４つの分岐線路５５ＡＡ、５５ＡＢ、５５ＢＡおよび５５ＢＢとなる。４つの分岐線路５５ＡＡ、５５ＡＢ、５５ＢＡおよび５５ＢＢは、図６における横方向に伸びた後、湾曲して上下方向に伸びている。そして、分岐線路５５ＡＡおよび５５ＡＢは、抵抗５６Ａに接触してする。言い換えれば、２つの分岐線路５５ＡＡおよび５５ＡＢは、先端部分で、抵抗５６Ａを介して接続されている。同様に、分岐線路５５ＢＡおよび５５ＢＢは、抵抗５６Ｂに接触している。言い換えれば、２つの分岐線路５５ＢＡおよび５５ＢＢは、先端部分で、抵抗５６Ｂを介して接続されている。直線形状の４つの分岐線路５３ＡＡ、５３ＡＢ、５３ＢＡおよび５３ＢＢの幅は例えば１．１ｍｍ程度で、湾曲形状の分岐線路５５ＡＡ、５５ＡＢ、５５ＢＡおよび５５ＢＢの幅は例えば０．２ｍｍ程度である。
抵抗５４Ａが分岐線路５３ＡＡと５３ＡＢの間に設けられ、抵抗５４Ｂが分岐線路５３ＢＡと５３ＢＢの間に設けられている。
第４インピーダンス変換器は、基板６１上に、例えば幅０．４５ｍｍ程度のマイクロストリップ線路として形成された折り曲げ（ベント）形状の２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂを含む。線路をベント形状としているのは、信号の進行方向（図６における横方向）の幅を小さくして、集積回路装置を小型化するためである。
抵抗６３が、基板６１上の基板５１に近い部分に設けられている。抵抗６３の両側は、２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂの基板５１に近い部分から伸びる２つの補助線路６４Ａおよび６４Ｂに接触している。これにより、２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂは、基板５１に近い部分で、抵抗２３を介して接続されている。
以上説明したように、実施例２の集積回路装置の出力合成回路は、実施例１の入力分配回路を逆にした構成に類似している。したがって、抵抗５４Ａ、５４Ｂ、５６Ａ、５６Ｂおよび６３なども類似の効果を奏するので、説明は省略する。
図７は、実施例２において、第１インピーダンス変換器および第２インピーダンス変換器、集積回路１１Ａおよび１１Ｂ、および第３インピーダンス変換器および第４インピーダンス変換器で形成されるインピーダンス回路を模式的に示す図である。第１インピーダンス変換器および第２インピーダンス変換器の部分は、実施例１と同じなので、説明は省略する。
線路Ｚ３１ＡＡ、３１ＡＢ、３１ＢＡおよび３１ＢＢが、直線形状の４つの分岐線路５３ＡＡ、５３ＡＢ、５３ＢＡおよび５３ＢＢに対応する。線路Ｚ５４ＡＡ、５４ＡＢ、５４ＢＡおよび５４ＢＢが、湾曲形状の４つの線路５５ＡＡ、５５ＡＢ、５５ＢＡおよび５５ＢＢに対応する。線路Ｚ３１ＡＡとＺ３２ＡＡ、Ｚ３１ＡＢとＺ３２ＡＢ、Ｚ３１ＢＡとＺ３２ＢＡ、およびＺ３１ＢＢとＺ３２ＢＢが、それぞれ１／４波長線路を形成する。１／４波長線路Ｚ４ＡおよびＺ４Ｂが、折り曲げ形状の２つの分岐線路６２Ａおよび６２Ｂに対応する。
以上説明したように、出力合成回路は、１オーム以下から５０オームへのインピーダンス変換器を、所望の特性インピーダンスを有する伝送線路として形成する。特に、実施例２の出力合成回路は、実施例１に比べて、より一層低損失の回路である。
以上、実施例１および実施例２を説明したが、各種の変形例が可能である。
例えば、図８の（Ａ）は、入力分配回路の変形例を示す図であり、図２の入力分配回路の上側半分に対応する。実施例１では、例えば第２インピーダンス回路の線路Ｚ２１ＡＡとＺ２２ＡＡが、１／４波長線路を形成した。これに対して、図８の（Ａ）の変形例では、第２インピーダンス回路は、直列に接続した２つの１／４波長線路を含んでいる。この場合も、第２インピーダンス回路の分岐線路の、第１インピーダンス回路に近い部分に抵抗３５Ａが設けられている。また、第２インピーダンス回路の２段目の１／４波長線路にも抵抗３４Ａが設けられている。
図８の（Ｂ）も、同様に入力分配回路の変形例を示す図である。図８の（Ｂ）の変形例では、第２インピーダンス回路は、１つの１／４波長線路を含んでいる。この場合も、第２インピーダンス回路の分岐線路の、第１インピーダンス回路に近い部分に抵抗３５Ａが設けられている。また、第２インピーダンス回路に抵抗３４Ａを設けられている。
実施例１および実施例２では、トランジスタを含む集積回路１１と整合回路基板で構成したハイブリットＩＣ（ＨＩＣ）としたが、集積回路１１にトランジスタ、抵抗、容量、伝送線路を集積化したＭＭＩＣに、実施例１および実施例２の構成を適用することもできる。例えばＳｉＣ基板上に結晶成長されたＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ構造を有するエピタキシャル成長基板上にトランジスタ、ＮｉＣｒ抵抗、およびＳｉＮ層間膜を使用したＭＩＭ(Metal-insulator-metal)キャパシタ、および金配線が集積化され回路を形成することができる。回路には、トランジスタの入出力に整合回路が形成されている。いま、入力分配回路の整合に着目すると、入力分配回路は、トランジスタに近い伝送線路は線路幅の広い低インピーダンス並列線路で構成され、信号端子と低インピーダンス線路の間は比較的高インピーダンスの線路で構成され、電力を合成するトーナメント型の構成とする。上記並列線路の分岐部分にアンバランス動作を抑制するＮｉＣｒ抵抗が挿入される。これにより、高インピーダンス線路から出る信号の大きさや位相の差を発生させる信号成分を除去し、信号の大きさと位相を揃えることができ、低インピーダンス線路への電力分配を均一化し、より一層高性能な半導体回路を実現することができる。
説明した実施例１および実施例２に限られることなく、多くの変更を実施することができる。実施形態ではマイクロストリップ線路を用いたが、コプレーナ線路等の他の線路を用いることも可能である。また、ＧａＮトランジスタを用いたが、例えばＳｉ、ＧａＡｓやＩｎＰを用いたトランジスタを使用することもできる。また、トランジスタチップと整合回路基板で回路を形成したが、チップ内に抵抗や容量および整合回路を一部集積化したＭＭＩＣチップとし、その外部に整合回路基板を構成したハイブリッドＩＣとすることもできる。また、チップ内に抵抗や容量および整合回路集積化したＭＭＩＣとすることもできる。実施形態では、チップや整合回路基板をＡｕＳｎはんだを用いて実装したが、導電性接着剤で実装することもできる。この場合、２００℃以下で実装できるので、パッケージとチップならびに整合回路基板、コンデンサの熱膨張係数差によるクラックを抑制でき、製造歩留まりの向上を図ることができる。また、耐熱性が比較的劣るＩｎＰ等のデバイスも特性を劣化させることなく実装することができる。さらには、パッケージ材料の熱膨張係数差の大きい放熱性の優れた材料（銅）等の適用も可能となり、より高出力な回路が実現できる。今回はＴａＮ薄膜抵抗を用いたが、ＮｉＣｒ薄膜抵抗を用いることもできる。
本発明においては、インピーダンス変換回路の低損失化、小型化し、より高出力で小型な半導体回路を実現できる。
以上説明したように、実施形態によれば、高出力半導体回路を構成する整合回路の損失低減、および回路面積を削減することができ、より高性能な高出力半導体回路を実現できる。
図９は、実施例１または実施例２の集積回路装置を使用した通信機モジュール１００の構成を示す図である。
図９に示すように、通信機モジュール１００は、アンテナに接続される入出力端子９０と、入出力端子９０と接続された送受切替器９１と、低雑音増幅器９２と、制御回路９３と、前段増幅器９４と、高出力増幅器９５と、フィルタ９６と、を含む。
図９の右手前の列が送信系を構成し、左奥側が受信系を構成する。入出力端子９０からの入力信号は、送受切替９１で選択的に低雑音増幅器９２に送られ、受信処理が行われる。一方、送信信号は、前段増幅器９４で増幅された送信信号は、高出力増幅器９５でさらに増幅され、フィルタ９６を経て送受切替器９１で選択的に入出力端子９０に送られ、アンテナから送信される。高出力増幅器９５として、実施例１または実施例２の集積回路装置が使用される。なお、実施例１または実施例２の集積回路装置は、送受信用通信機モジュールでなく、送信用通信機モジュールに使用できるのは言うまでもない。
図９の通信機モジュール１００は、通信システム、レーダー装置、センサー、電波妨害器等のシステム機器の一部として使用される。第１または実施例２の高性能で小型の集積回路装置を各種システム機器に搭載することで、機器の高性能化と小型化に寄与することができる。
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
以下、実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、第１のインピーダンスよりも低い特性インピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
前記第２の伝送線路と第３の伝送線路との間に接続される抵抗と
を有することを特徴とするインピーダンス変換器。
（付記２）
前記第１の伝送線路は、折り曲げ形状を備える付記１に記載のインピーダンス変換器。
（付記３）
前記第２の伝送線路は、線路幅の異なる複数種類の特性インピーダンスを有する配線を備える付記１または２に記載のインピーダンス変換器。
（付記４）
前記第１の伝送線路および前記第２の伝送線路は、１／４波長伝送線路である付記１から３のいずれかに記載のインピーダンス変換器。
（付記５）
前記第１の伝送線路および前記第２の伝送線路は、マイクロストリップ線路である付記１から４のいずれかに記載のインピーダンス変換器。
（付記６）
インピーダンス変換器と、
前記インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路と
を有し、
前記インピーダンス変換器は、
第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、第１のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路との間に接続される抵抗と
を有し、
前記集積回路は、
前記第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続されることを特徴とする集積回路装置。
（付記７）
前記第１の伝送線路は、折り曲げ形状を備える付記６に記載の集積回路装置。
（付記８）
前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、線路幅の異なる複数種類の特性インピーダンスを有する配線を備える付記６または７に記載の集積回路装置。
（付記９）
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、１／４波長伝送線路である付記６から８のいずれかに記載の集積回路装置。
（付記１０）
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、マイクロストリップ線路である付記６から９のいずれかに記載の集積回路装置。
（付記１１）
インピーダンス変換器と、
前記インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路と
を有し、
前記インピーダンス変換器は、
第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、前記第１のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路との間に接続される抵抗と
を有し、
前記集積回路は、
前記第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続されることを特徴とする集積回路装置。
（付記１２）
前記第１の伝送線路は、折り曲げ形状を備える付記１１に記載の集積回路装置。
（付記１３）
前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、線路幅の異なる複数種類の特性インピーダンスを有する配線を備える付記１１または１２に記載の集積回路装置。
（付記１４）
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、１／４波長伝送線路である付記１１から１３のいずれかに記載の集積回路装置。
（付記１５）
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、マイクロストリップ線路である付記１１から１４のいずれかに記載の集積回路装置。
（付記１６）
インピーダンス変換器と、
前記インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路と
を有し、
前記インピーダンス変換器は、
第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、前記第１のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
前記第２の伝送線路と前記第３の伝送線路との間に接続される抵抗と
を有し、
前記集積回路は、
前記第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続されることを特徴とする通信機モジュール。
（付記１７）
前記第１の伝送線路は、折り曲げ形状を備える付記１６に記載の通信機モジュール。
（付記１８）
前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、線路幅の異なる複数種類の特性インピーダンスを有する配線を備える付記１６または１７に記載の通信機モジュール。
（付記１９）
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、１／４波長伝送線路である付記１６から１８のいずれかに記載の通信機モジュール。
（付記２０）
前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、マイクロストリップ線路である付記１６から１９のいずれかに記載の通信機モジュール。
１０ 集積回路チップ
１１、２３、３１、３３、４１、５１ 基板
２４、３４ １／４波長線路
４２、５２ １／４波長線路（ベンド分岐線路）
４３Ａ、４３Ｂ、５３Ａ、５３Ｂ ワイヤ
５４ 抵抗

Claims (10)

  1. 第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
    前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、前記第１の伝送線路から伝わる信号を分岐する、前記第１のインピーダンスよりも低い特性インピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
    前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路の前記第１の伝送線路と接続される端部の間に接続される抵抗と、
    を有することを特徴とするインピーダンス変換器。
  2. 前記第１の伝送線路は、折り曲げ形状を備える請求項１に記載のインピーダンス変換器。
  3. インピーダンス変換器と、
    前記インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路と
    を有し、
    前記インピーダンス変換器は、
    第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
    前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、前記第１の伝送線路から伝わる信号を分岐する、前記第１のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
    前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路の前記第１の伝送線路と接続される端部の間に接続される抵抗と、
    を有し、
    前記集積回路は、
    前記第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続されることを特徴とする集積回路装置。
  4. 前記第１の伝送線路は、折り曲げ形状を備える請求項３に記載の集積回路装置。
  5. 前記第２の伝送線路および第３の伝送線路は、線路幅の異なる複数種類の特性インピーダンスを有する配線を備える請求項３または４に記載の集積回路装置。
  6. 前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路は、１／４波長伝送線路である請求項３から５のいずれか１項に記載の集積回路装置。
  7. インピーダンス変換器と、
    前記インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路と
    を有し、
    前記インピーダンス変換器は、
    第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
    前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、前記第１の伝送線路から伝わる信号を分岐する、前記第１のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
    前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路の前記第１の伝送線路と接続される端部の間に接続される抵抗と、
    を有し、
    前記集積回路は、
    前記第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続されることを特徴とする増幅器。
  8. 前記第１の伝送線路は、折り曲げ形状を備える請求項７に記載の増幅器。
  9. 前記第２の伝送線路および第３の伝送線路は、線路幅の異なる複数種類の特性インピーダンスを有する配線を備える請求項７または８に記載の増幅器。
  10. インピーダンス変換器と、
    前記インピーダンス変換器と電気的に接続される集積回路と
    を有し、
    前記インピーダンス変換器は、
    第１の誘電率を有する第１の基板の上方に設けられ、第１のインピーダンスを有する第１の伝送線路と、
    前記第１の誘電率より高い誘電率を有する第２の基板の上方に設けられ、前記第１の伝送線路と電気的に接続され、前記第１の伝送線路から伝わる信号を分岐する、前記第１のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有する第２の伝送線路および第３の伝送線路と、
    前記第２の伝送線路および前記第３の伝送線路の前記第１の伝送線路と接続される端部の間に接続される抵抗と、
    を有し、
    前記集積回路は、
    前記第２の伝送線路および第３の伝送線路と電気的に接続されることを特徴とする通信機モジュール。
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