JPH02210852A - 高周波ビデオ増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高精細カラーＣＲＴデイスプレィにおける高周
波大電力のビデオ増幅装置に関する。

〔従来の技術〕

カラーＣＲＴデイスプレィの分野では高精細化に伴って
、高周波大電力のビデオ増幅装置が必要になっている。

必要性能は、容量負荷なので５０ＶＰＰの高電圧、数１
００ｍＡの電流駆動、帯域２５０ＭＨｚ、精度１％であ
り、これらを満たすためハイブリッドＩＣ化実装技術が
必要である。

従来の装置は、機能的にはカラーテレビと同じなので１
日本マイクロエレクトロニクス協会編、ＩＣ化実装技術
、工業調査会、１９８０．１゜１５発行、第３００頁か
ら第３０３頁に記載のようにハイブリッドＩＣ基板とし
てセラミック基板、即ち最も多用しているアルミナ（Ａ
ＱｚＯａ）基板に回路を実装（搭載）されている。

〔発明が解決しようとする課屈〕

上記従来技術はハイブリッドＩＣ基板が単位面積当りの
熱伝導（放熱）密度の点で十分なものとなっておらず、
高周波大電力の小形実装装置にはアルミナ基板が適さな
いという問題があった。

本発明の目的は、単位面積当りの放熱密度を高めるに好
適なハイブリッドＩＣ基板及び実装構造を有する小形の
高周波ビデオ増幅装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、ハイブリッドＩＣ基板とし
て窒化アルミニウム（Ａ　Ｑ　Ｎ）基板を採用し、該基
板上にパワートランジスタチップやバイポーラベアチッ
プを実装することにより小形にし、該基板への給電系の
高周波インピーダンスを下げるためスルーホールを設け
て給電するようにしたものである。

また、パワートランジスタチップの発熱を低減するため
には、該パワートランジスタチップのみ窒化アルミニウ
ム基板に実装し、アルミナ基板のくりぬき部分に窒化ア
ルミニウム基板をはめ込むようにしたものである。

〔作用〕

高周波ビデオ増幅装置は、高熱伝導率、低誘電率、低誘
電損失、かつ熱膨張率がＳｉに近い性質を有する窒化ア
ルミニウム基板の上にパワートランジスタチップやバイ
ポーラベアチップをしか付けして小形に実装することに
よって、高周波特性、低熱抵抗が得られるので、高周波
大電力に適する。

また、基板回路への給電を基板下面ブランドにスルーホ
ール接続により給電することによって、最短配線をとれ
るので高周波インピーダンスを下げられるので、高周波
特性を損うことがない。

更に、パワートランジスタチップのみ窒化アルミニウム
基板に部分実装した構造にすることによっても、装置全
体として高周波大電力を損うことはない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

まず、高周波ビデオ増幅装置のハイブリットＩＣ化対象
回路構成を第２図により説明する。なお、第２図は特願
昭６３−２３５６６０号に開示されている。

第２図において、１は入力端子、２はＤＣバイアス端子
、３は出力端子、４は第１の電源給電端子、５は第２の
電源給電端子、６はカスコードバイアス端子である。ま
た、Ａ１はトランジスタＱｌ、Ｑ２からなる差動増幅対
の増幅器、Ａ２はトランジスタＱ３．Ｑ４からなる対の
エミッタフォロワの増幅器、Ａ３はトランジスタＱ５．
Ｑ６からなる差動増幅対とトランジスタＱ７のカスコー
ド増幅段の複合構成の増幅器である。入力端子１に印加
されたビデオ入力信号は増幅器Ａ１にはコンデンサＣ１
を介してＡＣ結合で入力される。

このとき、増幅器Ａ１のバイアス電圧はＤＣバイアス端
子２に印加された電圧が抵抗Ｒ１１を介して与えられる
６次に、増幅器Ａ１で増幅された差動出力は増幅器Ａ２
を介して増幅器Ａ３で増幅され出力端子３に得られる。

今、増幅１１Ａ１の抵抗Ｒ１，Ｒ２の値をＲＥＩ、抵抗
Ｒ３，Ｒ４の値をＲＣＩ、増幅器Ａ３の抵抗Ｒ９，Ｒｈ
ｏの値をＲＥ２、出力端子３に接続する負荷抵抗の値を
Ｒ＋、とすると、増幅器Ａｌ、Ａ２．Ａ３の利得Ｇ！、
ＧｚｅＧｓは次のように与えられる。

ＲＥＩ ０２〜１ ・・・（２） ＲＥａ したがって、総合利得はａｌ、Ｇｚ、Ｇａの積となる。

第２Ｉ３！では、トランジスタＱ１〜Ｑ６にはｆＴ（ト
ランジェント周波数）７ＧＨｚのものと、トランジスタ
Ｑ７には消費電力５Ｗ程度のものを用いて、高周波大電
力に対応している。

次に、以上のような構成をハイブリッドＩＣ化として実
装する場合の一実施例を第１図及び第３図に示す。

第１図は一実施例の装置構造の断面図を表わしている。

第１図において、１０は窒化アルミニウム基板、２０は
上面配線導体パターン、２１は下面導体パターン、２２
はスルーホール、２５は金導体、４０及び４５は半田、
５ｏはボンディングワイア、６０はケース、７０はケー
ス上蓋、３゜及び３１はチップ部品（面付の抵抗、コン
デンサ、トランジスタに相当）、３２はパワートランジ
スタチップ（第２図のＱ７に相当）、３３はバイポーラ
ベアチップ（第２図のＱ５又はＱ６に相当）である、窒
化アルミニウム基板１０の上面には回路配線導体パター
ン２０などを形成し、チップ部品３０〜３３を搭載する
。一方、下面はベタグランド面２１として使用する。上
面導体パターン２０と下面導体パターン２１の接続はス
ルーホール２２により行う、導体パターンとしては厚膜
及び薄膜技術が使用できる。

以上のような装置構造において、次のようなことを具体
的に実施し、高周波、大電力（低熱抵抗）を達成するた
めに効果がある。

（１）窒化アルミニウム基板は熱膨張率がＳｉと近いの
で、パワートランジスタチップ３２やバイポーラベアチ
ップ３３との接着が容易で、小形に実装（搭載）できる
。また、窒化アルミニウムは低誘電率、低誘電損失なの
で、チップ実装と相まって高周波特性に優れる効果があ
る。更に、窒化アルミニウム基板は高熱伝導率のためパ
ワートランジスタチップ３２の放熱に優れ、熱抵抗を小
さくできる効果がある。

（２）給電においては、例えばチップ部品３０がバイパ
スコンデンサと考えると、部品のグランド側をスルーホ
ール２２により基板下面導体パターン２１、即ちベタグ
ランド面に最短の導体パターン長で配線できるので下面
導体パターン２１までの配線インダクタンスを小さくで
きる。

これにより、給電による高周波インピーダンスを下げる
ことができ、高周波特性が優れる効果がある。また、ス
ルーホールは第１図の部品のグランド接続においても同
様の効果がある。

（３）ケース６０は肉厚を厚くし、放熱フィンと兼ねる
ことにより、熱抵抗を下げられる。したがって、別に放
熱フィンを使用したときより小形にでき、より熱抵抗を
下げられる効果がある。

（４）窒化アルミニウム基板１０とケース６０の接着は
高発熱部のパワートランジスタチップ３２の下部付近を
部分接着として、熟歪みが緩和される効果がある。

（５）ケース６ｏとケース上蓋７０は密閉構造にできる
ので、不要輻射をなくす効果がある。

（６）ハイブリッドＩＣは三次元実装なので、窒化アル
ミニウム基板１０の下面導体パターン２１、即ちベタグ
ランド面が回路へ°接近していると、回路（部品）間の
干渉をなくす効果がある。

第３図は一実施例を窒化アルミニウム基板上面で示した
もので、第１図及び第２図と同等物は同一符号を符しで
ある。第３図には第２図の回路を実装するためのレイア
ウトパターンを図示していないが、回路のブロック分け
による配置や回路の信号線、電源給電線をピン配置との
対応で表わしている。

第３図において、１０１〜１２１はピン、２０１〜２０
Ｂは窒化アルミニウム基板上面グランドパターン、ＴＨ
Ｉ〜ＴＨ８はスルーホールである。

ピン１０１〜１２１は第２図の信号線、電源給電線、及
びグランドが接続される。即ち、１０１は第１の電源給
電ピン、１０３はＤＣバイアスピン、１０５及び１０６
は入力ピン、１１２はカスコードバイアスピン、１１４
は出力ピン、１２１は第２の電源給電ピン、１０２，１
０４，１０７〜１１１．１１３及び１１５〜１２０はグ
ランドピンである。なお、図示していないがグランドピ
ンは基板下面導体パターン２１にも接続して低インピー
ダンスを図っている。

以上のような回路実装及びピン配において１次のような
ことを具体的に実施して、高周波、大電力の点で効果が
ある。

（１）ピン配置は、高周波動作のピンが最小となるよう
な回路にハイブリッドＩＣをまとめたので、高周波ピン
間の相互干渉をなくすとともに、高周波ピン容量におけ
るＣ１ｆ（Ｃ：ピン容量。

Ｖ：電圧振幅、ｆ：動作周波数）損失を削減している。

また、信号ピン間をグランドピンで囲むようにして、高
周波動作時の相互干渉をなくしている。更に、グランド
ピンや入力ピンに見られるように、ピンを２本以上並列
使用することでピンのリードインダクタンスを低減して
いる。

（２）回路の配置については、島回路化し、増幅器Ａｌ
、Ａ２の島と増幅器Ａ３の島に給電を含めてブロック分
けした。このため、回路面積が小さくなり高周波特性の
向上が図れるとともに、給電系も分離できるので給電イ
ンピーダンスを小さく給電による相互干渉が少なく、か
つノイズが小さくなる。また、信号の流れと給電方法を
９０’変えているので、信号線と給電線の干渉が少なく
なる。更に、鳥目路間の信号接続、即ち増幅器Ａ２とＡ
３間の配線パターンは長くなり、信号が逆相駆動なので
、ガードシールドグランド２０６を設けて相互干渉をな
くす。このガードシールド、グランドは、増幅器Ａ３の
出カバターンをグランド２０４と２０５で囲むのにも用
いており、高周波ノイズが他の回路に影響を扱さないよ
うにしている。この他１図示していないが回路内部で行
っている。

（３）スルーホールはチップ部品のグランド接続側端子
を窒化アルミニウム基板下面導体パターン、即ちベタグ
ランド面に低インピーダンスで接続する最短接続方法で
あるが、スルーホールのインピーダンスを十分確保する
ためスルーホールは２個以上設けている。即ち、第３図
ではコンデンサＣ３とＣ４，Ｃ５とＣ６，Ｃ７とＣ８の
ように２つのコンデンサのグランド側端子でスルーホー
ルをＴＨＩ〜ＴＨ８に見られるように供用して２個とし
ている例である。また、図示していないが、１つのチッ
プ部品に対して２個設けたパターンも使用している。

これらの具体的実施により、相互干渉をなくすことがで
きたので、高周波特性に優れる効果がある。

次に、本発明の他の実施例を第４図に示す。第１図と異
なる点は高発熱部のパワートランジスタチップ３２のみ
を窒化アルミニウム基板１０に搭載し、その他の回路は
アルミナ基板１１に実装したことである。これは、第５
図の上面図からもわかるようにアルミナ基板１１のくり
ぬき部分に窒化アルミニウム基板１０をはめ込み、その
すき間にガラスなどのスペーサ８ｏを入れた構造として
いる。これにより、窒化アルミニウム基板は周波数特性
と熱伝導特性に優れるため高周波大電力動作を担い、ア
ルミナ基板は低誘電率、低誘電損失を有して周波数特性
に優れるため高周波動作を担うことで、総合的に高周波
、低熱抵抗に効果がある。また、高価な窒化アルミニウ
ム基板を高発熱部のみ小寸法で使用できるのでコストの
低減が図れる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高熱伝導率、低誘電率、低誘電損失、
かつ熱膨張率がＳｉと近いなどの性質を有する窒化アル
ミニウム基板上にパワートランジスタチップやバイポー
ラベアチップを小形に実装（搭載）できるので、高周波
特性と低減抵抗に優れた高周波ビデオ増幅装置の実現に
効果がある。

また、給電にスルーホールを設け、複数個使用すること
で、高周波インピーダンスを下げることができるので、
高周波特性の向上に効果がある。

更に、高価な窒化アルミニウム基板を高発熱部のパワー
トランジスタチップのみを実装してアルミナ基板のくり
ぬき部分に小寸法で用いることによっても、高周波特性
と低熱抵抗が得られる高周波ビデオ増幅装置が実現でき
るので、コストの低減に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の高周波ビデオ増幅装置の構
造断面図、第２図は第１図に適用した高周波ビデオ増幅
回路図、第３図は第１図を窒化アルミニウム基板上面か
ら見た図、第４図は本発明の他の実施例の構造断面図の
一部、第５図は第４図を基板上面から見た図の一部であ
る。 １・・・入力端子、２・・・ＤＣバイアス端子、３・・
・出力端子、４・・・第１の電源給電端子、５・・・カ
スコードバイアス端子、６・・・第２の電源給電端子、
１０・・・窒化アルミニウム基板、１１・・・アルミナ
基板。 ２ｏ・・・上面導体パターン、２１・・・下面導体パタ
ーン、２２・・・スルーホール、２５・・・金導体パタ
ーン、３０．３１，３２，３３・・・チップ部品、４０
゜４５・・・半田、５０・・・ボンディングワイア、６
０・・・ケース、７０・・・ケース上蓋、８０・・・ス
ペーサー１０１〜１２１・・・ビン、２０１〜２０８・
・・上面グランドパターン、ＴＨＩ〜ＴＨ８・・・スル
ーホール、Ｃ１〜Ｃ８・・・コンデンサ、Ｒ１−Ｒ１１
・・・抵抗、Ｑ１〜Ｑ７・・・トランジスタ、ＣＣＩ、
ＣＣ２・・・定電流源、 Ａｌ、Ａ２゜ Ａ３・・・増幅器。 尾３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒化アルミニウム基板の上にパワートランジスタチ
   ップやバイポーラベアチップを実装し、かつ上記基板へ
   の給電をスルーホールを設けて行うことを特徴とする高
   周波ビデオ増幅装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の窒化アルミニウム基板
   の上に上記パワートランジスタチップを実装し、該基板
   をアルミナ基板のくりぬき部分にはめ込んだことを特徴
   とする高周波ビデオ増幅装置。