JP6702083B2 - 高周波増幅器モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、高周波信号を増幅する高周波増幅器が設けられた半導体基板と該半導体基板が実装された絶縁性基板とからなる高周波増幅器モジュールに関する。
従来、各種の高周波増幅器が実用化されている。高周波増幅器には、送信信号の増幅を行うパワーアンプに用いられるものがあり、例えば、特許文献１に記載された高周波電力増幅器は、このようなパワーアンプに用いられるものである。
特許文献１に記載の高周波電力増幅器は、高周波信号増幅用ＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）を備える。高周波信号増幅用ＨＢＴのベースは、入力整合回路を介して、高周波信号入力端子に接続されている。高周波信号増幅用ＨＢＴのコレクタは、出力整合回路を介して、高周波信号出力端子に接続されている。高周波信号増幅用ＨＢＴのエミッタは、インダクタを介して接地されている。高周波信号増幅用ＨＢＴのベースには、ベースバイアスが印加され、コレクタには、駆動電圧が印加されている。インダクタを介してエミッタを接地することによって、高周波信号増幅用ＨＢＴの線形性が改善されている。
特開２００１−５７５１１号公報
しかしながら、所望の高い信号レベルを出力するために、高い増幅率で高周波信号増幅用ＨＢＴを動作させると、インダクタによる線形性の改善可能範囲を超えてしまい、歪み高調波の発生等の不具合が発生してしまうことがある。
また、高い信号レベルに増幅することによって、高周波信号増幅用ＨＢＴが発熱する。これにより、高周波信号増幅用ＨＢＴの増幅特性が劣化し、歪み高調波の発生等の不具合が発生してしまうことがある。
したがって、本発明の目的は、必要とされる出力信号レベルが高くても、特性劣化が生じ難く、放熱性能に優れる高周波増幅器モジュールを提供することにある。
この発明の高周波増幅器モジュールは、１つの高周波信号を増幅する複数の高周波増幅用トランジスタが形成された半導体基板と、互いに対向する表面と裏面を有する絶縁性基板と、を備える。半導体基板は、複数の高周波増幅用トランジスタのエミッタがそれぞれに接続された複数のエミッタ用電極を備える。絶縁性基板は、共通グランド電極、グランド用端子電極、および、厚み方向接続電極を備える。共通グランド電極は、表面または該表面付近に形成され、複数のエミッタ用電極が接合されている。グランド用端子電極は、絶縁性基板の裏面に形成されている。厚み方向接続電極は、共通グランド電極とグランド用端子電極とを接続している。
この構成では、複数の高周波増幅用トランジスタによって、１つの高周波信号を増幅するので、個々の高周波増幅用トランジスタの増幅率を抑えながら、高周波増幅器モジュールとして高い増幅率が実現される。また、複数の高周波増幅用トランジスタのエミッタが、絶縁性基板の表面または表面付近の共通グランド電極に接続されているので、複数の高周波増幅用トランジスタで発生した熱が共通グランド電極によって発散され易い。また、厚み方向接続電極によって、接地用のインダクタが実現されるので、高周波増幅用トランジスタの線形性が改善され、高周波増幅器モジュールとしての増幅特性が改善される。
また、この発明の高周波増幅器モジュールでは、厚み方向接続電極は、複数であることが好ましい。
この構成では、厚み方向接続電極が複数になることによって、絶縁性基板の裏面のグランド用端子電極への熱伝導効率が改善する。
また、この発明の高周波増幅器モジュールでは、エミッタ用電極の面積は、高周波増幅用トランジスタが形成される領域の面積よりも大きいことが好ましい。
この構成では、共通グランド電極への熱伝導効率が改善する。
この発明によれば、特性劣化が生じ難く、放熱性能に優れる高周波増幅器モジュールを実現できる。
（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュールを概略的に示す回路ブロック図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す部分的な外観斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す図である。
本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュールについて、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュールを概略的に示す回路ブロック図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す部分的な外観斜視図である。
図１（Ａ）に示すように、高周波増幅器モジュール１０は、高周波増幅素子２０、入力整合回路３０、出力整合回路４０、バイアス回路５０、チョークコイル６０、および、特性調整用インダクタ７０を備える。また、高周波増幅器モジュール１０は、高周波信号入力端子Ｐｉｎ、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔ、および、駆動電圧印加端子Ｐｖｄを備える。
高周波増幅素子２０は、ベース端子Ｐｂ、コレクタ端子Ｐｃ、および、エミッタ端子Ｐｅを備える。ベース端子Ｐｂは、入力整合回路３０を介して、高周波信号入力端子Ｐｉｎに接続されている。また、ベース端子Ｐｂは、バイアス回路５０に接続されている。コレクタ端子Ｐｃは、チョークコイル６０を介して駆動電圧印加端子Ｐｖｄに接続されている。また、コレクタ端子Ｐｃは、出力整合回路４０を介して、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。エミッタ端子Ｐｅは、特性調整用インダクタ７０を介して、グランドに接続されている。
バイアス回路５０からバイアス電圧Ｖｂが印加され、駆動電圧印加端子Ｐｖｄから駆動電圧Ｖｄが印加されることで、高周波増幅素子２０は、バイアス電圧Ｖｂに応じた増幅率で高周波信号を増幅する。この際、特性調整用インダクタ７０がエミッタ端子Ｐｅに接続されていることにより、高周波増幅素子２０の線形性は改善される。これにより、高周波増幅素子２０は、バイアス電圧Ｖｂに応じた所望の増幅率で高周波信号を増幅でき、非線形歪みの発生等の特性劣化が抑制されている。
図１（Ｂ）、図２に示すように、高周波増幅素子２０は、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４を備える。なお、本実施形態では、４個の高周波増幅用トランジスタによって高周波増幅素子２０を形成する態様を示すが、高周波増幅用トランジスタの個数はこれに限るものではなく、複数個であればよい。
高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４のベースは、ベース端子Ｐｂに接続されている。すなわち、ベース端子Ｐｂは、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４に対して共通の端子である。高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４のコレクタは、コレクタ端子Ｐｃに接続されている。すなわち、コレクタ端子Ｐｃは、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４に対して共通の端子である。
高周波増幅用トランジスタ２１のエミッタは、エミッタ用電極Ｐｅ２１に接続されており、高周波増幅用トランジスタ２２のエミッタは、エミッタ用電極Ｐｅ２２に接続されている。高周波増幅用トランジスタ２３のエミッタは、エミッタ用電極Ｐｅ２３に接続されており、高周波増幅用トランジスタ２４のエミッタは、エミッタ用電極Ｐｅ２４に接続されている。
図２に示すように、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４は、半導体基板２００に形成されている。高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４は、例えば、ＨＢＴの構造を備える。
エミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４は、半導体基板２００の裏面に形成されている。エミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４の平面面積は、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の形成領域の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の放熱効果が向上する。
なお、図２において記号を付していないが、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４のベースは、半導体基板２００の裏面に形成されたベース用の電極パターンによって接続されている。このベース用の電極パターンは、ベース端子Ｐｂを形成する電極パッド（図示せず）に接続されている。高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４のコレクタは、半導体基板２００の裏面に形成されたベース用の電極パターンによって接続されている。このコレクタ用の電極パターンは、コレクタ端子Ｐｃを形成する電極パッド（図示せず）に接続されている。
絶縁性基板８０には、図示していないが、図１（Ａ）に示す高周波増幅器モジュール１０における高周波増幅素子２０以外の回路構成要素が形成または実装されている。
絶縁性基板８０は、互いに対向する表面と裏面とを有する。絶縁性基板８０の表面には、共通グランド電極８１０が形成されている。絶縁性基板８０の裏面には、複数のグランド用端子電極８２０が形成されている。複数のグランド用端子電極８２０は、他の回路基板等を介してグランドに接続されている。
絶縁性基板８０には、厚み方向接続電極７０１、７０２、７０３が形成されている。厚み方向接続電極７０１、７０２、７０３は、共通グランド電極８１０とグランド用端子電極８２０とを接続している。これら厚み方向接続電極７０１、７０２、７０３によって、特性調整用インダクタ７０が形成される。
図２に示すように、共通グランド電極８１０の表面には、絶縁性レジスト８００が配置されている。絶縁性レジスト８００には、開口ＡＰ８１、ＡＰ８２、ＡＰ８３、ＡＰ８４が設けられている。これらの開口ＡＰ８１、ＡＰ８２、ＡＰ８３、ＡＰ８４によって共通グランド電極８１０が露出する各領域は、エミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４が接合されるランド電極となる。
共通グランド電極８１０における開口ＡＰ８１によって露出する領域は、導電性接合材ＡＤによってエミッタ用電極Ｐｅ２１と接合されている。共通グランド電極８１０における開口ＡＰ８２によって露出する領域は、導電性接合材によってエミッタ用電極Ｐｅ２２と接合されている。共通グランド電極８１０における開口ＡＰ８３によって露出する領域は、導電性接合材ＡＤによってエミッタ用電極Ｐｅ２３と接合されている。共通グランド電極８１０における開口ＡＰ８４によって露出する領域は、導電性接合材ＡＤによってエミッタ用電極Ｐｅ２４と接合されている。導電性接合材ＡＤは例えばはんだであり、エミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４の外面に形成したはんだバンプであってもよい。導電性接合材ＡＤは、熱伝導率が高い材料であることが好ましい。
このような構成とすることによって、高周波増幅素子２０の出力は、複数の高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の合成出力となる。これにより、高周波増幅素子２０としての出力レベルを高くしても、それぞれの高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の増幅率を抑えることができる。これにより、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の発熱を抑制でき、熱による高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の特性劣化を抑制できる。また、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の線形性を維持し易い。
さらに、本実施形態の構成では、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４のエミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４が、共通グランド電極８１０に導電性接合材のみを介して接合されている。また、共通グランド電極８１０は、エミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４、グランド用端子電極８２０よりも面積が広く、絶縁性基板８０の表面に配置されている。これにより、高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４で発した熱は、エミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４を介して、共通グランド電極８１０によって効果的に外部に放熱される。これにより、熱による高周波増幅用トランジスタ２１、２２、２３、２４の特性劣化を、さらに抑制できる。
また、本実施形態の構成では、共通グランド電極８１０は、複数の厚み方向接続電極７０１、７０２、７０３によって、グランド用端子電極８２０に接続されている。これにより、厚み方向接続電極が１個の場合と比較して、放熱効果を向上できる。
また、厚み方向接続電極の個数および太さは、特性調整用インダクタ７０で実現すべきインダクタンスに応じて適宜決定すればよい。これにより、特性調整用インダクタ７０として所望のインダクタンスを実現でき、高周波増幅素子２０の線形性を改善できる。
なお、上述の構成において、絶縁性レジスト８００は、省略することも可能である。この場合、共通グランド電極８１０における開口ＡＰ８１、ＡＰ８２、ＡＰ８３、ＡＰ８４に対応する領域がランド電極となる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る高周波増幅器モジュールについて、図を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す図である。
本実施形態に係る高周波増幅器モジュール１０Ａは、第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュール１０に対して、共通グランド電極８１０とグランド用端子電極８２０との接続構成において異なる。高周波増幅器モジュール１０Ａの他の構成は、高周波増幅器モジュール１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
絶縁性基板８０は、共通グランド電極８１０、複数のグランド用端子電極８２０、および、厚み方向接続電極７０１Ａ、７０２、７０３を備える。特性調整用インダクタ７０Ａは、厚み方向接続電極７０１Ａ、７０２、７０３によって構成されている。共通グランド電極８１０、複数のグランド用端子電極８２０、および、厚み方向接続電極７０２、７０３は、第１実施形態と同様の構成である。
厚み方向接続電極７０１Ａは、厚み方向接続電極７０１１、７０１２、７０１４、引き回し電極７０１３を備える。引き回し電極７０１３は、絶縁性基板８０の厚み方向の途中位置に配置されている。引き回し電極７０１３は、絶縁性基板８０の厚み方向に直交する方向に広がる形状である。
厚み方向接続電極７０１１、７０１２は、共通グランド電極８１０と引き回し電極７０１３とを接続している。厚み方向接続電極７０１４は、引き回し電極７０１３とグランド用端子電極８２０とを接続している。
このような構成では、共通グランド電極８１０とグランド用端子電極８２０との接続態様を調整できる。すなわち、特性調整用インダクタ７０Ａのインダクタンスを調整できる。これにより、線形性の改善が容易になる。
次に、本発明の第３の実施形態に係る高周波増幅器モジュールについて、図を参照して説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る高周波増幅器モジュールの概略構成を示す図である。
本実施形態に係る高周波増幅器モジュール１０Ｂは、第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュール１０に対して、絶縁性基板８０における共通グランド電極８１０の位置において異なる。高周波増幅器モジュール１０Ｂの他の構成は、高周波増幅器モジュール１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
共通グランド電極８１０は、絶縁性基板８０の表面付近の層に配置されている。ここで、表面付近とは、絶縁性基板８０の厚み方向において、エミッタ用電極Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４が、導電性接合材のみを介して共通グランド電極８１０に接続可能な領域を意味する。
このような構成であっても、第１の実施形態に係る高周波増幅器モジュール１０と同様の作用効果を得られる。
１０、１０Ａ、１０Ｂ：高周波増幅器モジュール
２０：高周波増幅素子
２１、２２、２３、２４：高周波増幅用トランジスタ
３０：入力整合回路
４０：出力整合回路
５０：バイアス回路
６０：チョークコイル
７０、７０Ａ：特性調整用インダクタ
８０：絶縁性基板
２００：半導体基板
７０１、７０１Ａ、７０２、７０１１、７０１４：厚み方向接続電極
８００：絶縁性レジスト
８１０：共通グランド電極
８２０：グランド用端子電極
７０１３：引き回し電極
ＡＤ：導電性接合材
ＡＰ８１、ＡＰ８２、ＡＰ８３、ＡＰ８４：開口
Ｐｂ：ベース端子
Ｐｃ：コレクタ端子
Ｐｅ：エミッタ端子
Ｐｅ２１、Ｐｅ２２、Ｐｅ２３、Ｐｅ２４：エミッタ用電極
Ｐｉｎ：高周波信号入力端子
Ｐｏｕｔ：高周波信号出力端子
Ｐｖｄ：駆動電圧印加端子
Ｖｂ：バイアス電圧
Ｖｄ：駆動電圧

Claims (6)

  1. １つの高周波信号を増幅する第１高周波増幅用トランジスタおよび第２高周波増幅用トランジスタが並列接続された高周波増幅素子が形成された半導体基板と、
    互いに対向する表面および裏面を有する絶縁性基板と、を備え、
    前記半導体基板は、
    前記第１高周波増幅用トランジスタのエミッタが接続された第１エミッタ用電極と、
    前記第２高周波増幅用トランジスタのエミッタが接続された第２エミッタ用電極と、
    を備え、
    前記絶縁性基板は、
    表面または該表面付近に形成され、前記第１エミッタ用電極および前記第２エミッタ用電極が接合される共通グランド電極と、
    前記裏面に形成されたグランド用端子電極と、
    前記共通グランド電極を、前記グランド用端子電極に接続する複数の厚み方向接続電極と、
    を備え、
    前記複数の厚み方向接続電極のうちの第１の厚み方向接続電極は、
    前記共通グランド電極と前記グランド用端子電極とに接続し、前記絶縁性基板の厚み方向の延びる導体のみによって構成され、
    前記複数の厚み方向接続電極のうちの第２の厚み方向接続電極は、
    前記絶縁性基板の厚み方向の延びる導体と、前記厚み方向に直交する方向に広がる引き回し電極とによって構成される、
    高周波増幅器モジュール。
  2. 前記共通グランド電極は、前記表面に形成されている、
    請求項１に記載の高周波増幅器モジュール。
  3. 前記第１エミッタ用電極および前記第２エミッタ用電極は、導電性接合材を介して前記共通グランド電極と直接接合される、
    請求項２に記載の高周波増幅器モジュール。
  4. 前記第１エミッタ用電極の面積は、前記第１高周波増幅用トランジスタが形成される領域の面積よりも大きい、
    請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波増幅器モジュール。
  5. 前記共通グランド電極の表面には絶縁性レジストが配置されており、
    前記絶縁性レジストには第１開口部及び第２開口部が設けられており、
    前記第１開口部によって前記共通グランド電極が露出する領域は、前記第１エミッタ用電極と接合され、
    前記第２開口部によって前記共通グランド電極が露出する領域は、前記第２エミッタ用電極と接合される、
    請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波増幅器モジュール。
  6. 前記第１エミッタ用電極および前記第２エミッタ用電極と前記共通グランド電極とを接合する導電性接合材は、はんだである、
    請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高周波増幅器モジュール。
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