JPH03214632A - マイクロ波・ミリ波回路 - 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】 概要 同一基板上にＨ　ＥＭＴ　（｝Ｉｉｇｈ　Ｅｉｌｅｃｔ
ｏｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌ１ｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
　　等の高性能トランジスタ及び周辺回路が集積されて
成るマイクロ波・ミリ波回路に関し、 回路に組み込まれるＨＥＭＴ等のトランジスタをサージ
から保護し、その破壊を防止することができると共に、
高周波特性を保証することができるマイクロ波・ミリ波
回路を提供することを目的とし、 同一基板上にトランジスタと周辺回路とが集積されて成
るマイクロ波・ミリ波回路において、所要周波数の高周
波信号が入力される信号入力端と前記トランジスタとの
信号経路の、前記トランジスタから前記高周波信号の１
／４波長の長さよりも離れた位置に、前記高周波信号の
１／４波長の長さのスタブを結合し、この結合されたス
タブの２ 先端とアースとの間に、かつ前記トランジスタにかかる
バイアス電圧では電流が流れない方向に前記トランジス
タを葆護する保護ダイオードを形成し、この保護ダイオ
ードを前記スタブの先端と前記アースとに接合して構成
する。

産業上の利用分野 本発明は同一基板上にＨＥＭＴ　（Ｈｉｇｈ　Ｂｌｅｃ
ｔｏｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
）　　等の高性能トランジスタ及び周辺回路が集積され
て成るマイクロ波・ミリ波回路に関する。

近年、ＨＥＭＴ等の高性能トランジスタが出現し、その
低雑音性及び高速性等のメリットにより、前記したマイ
クロ波回路及びミリ波回路に使用され始めている。この
ような高性能トランジスタを用いたマイクロ波回路及び
ミリ波回路を所望の装置に適用すれば、装置の小型軽量
化及び高信頼性化を実現することができるので、現在で
は自動車レーダ、衛星用機器等に広く適用されている。

ところでミリ波帯の低雑音応用ではトランジス夕のサイ
ズを小さくする必要があるが、例えばＨＥＭＴではゲー
ト幅を小さくする必要があり、ゲート幅が小さくなると
、それに応じて耐圧が低くくなるため、組み立て時の静
電破壊及び組み立て装置からのサージ或いは測定器から
のサージ等による破壊が多くなっている。また、回路を
高性能化するためには他のサイズ、例えばＨＥＭＴでは
ゲート長も短くしなければならないが、このようにすれ
ば、高周波特性は良くなるが耐圧が低くなり、前述した
破壊が更に増加する。

そこで高周波特性が良く、かつ破壊の生じないマイクロ
波・ミリ波回路が要求されている。

従来の技術 従来、マイクロ波回路及びミリ波回路のトランジスタを
静電破壊及びサージによる破壊等から保護するために、
保護ダイオードを用いることがあった。特に、低周波数
を扱う回路においては、第３図の等価回路図に示すよう
に、トランジスタＴｒのすぐ近傍に保護ダイオードＤを
モノリシツク化して形成し、回路を構成していた。しか
し、マイクロ波回路及びミリ波回路においては、トラン
ジスタの近傍に前記保護ダイオードＤのような不用寄生
インピーダンスを持ったデバイスが接続されると、高周
波特性を阻害してしまい、所望の特性が得られなくなる
問題がある。

そこで例えば、第４図に示すようなハイブリッド型のマ
イクロ波集積回路によって高周波特性を保証している。

この第４図は基板上に形成されたマイクロ波集積回路の
平面図を示し、第５図は第４図の等価回路図を示す。な
お、これらの図において、同一部分には同一符号が付し
てある。

第４図において、１は無酸素銅材料による金属キャリア
である。この金属キャリア１上の定められた左右対称部
分にはセラミック板２及び３が形成されており、それら
セラミック板２．３の上面には、所要周波数の高周波信
号が伝送されるマイクロストリップ線路によるスタブ４
．５が、金材料によって所定パターンに形成されている
。これらスタブ４，５には、定められた長さの分岐スタ
＝５ ブ４ａ，５ａが形成され、整合回路６．６が構成されて
いると共に、セラミック層２と３の間の金属キャリア１
上に金スズ材料の半田によって固定されたＨＥＭＴ７が
、ボンディングワイヤ８．９によって接続されている。

また、Ｈ　Ｅ　Ｍ　Ｔ　７の各ソース部は金属キャリア
１上に形成されたアース１０及びアース１１にそれぞれ
リード線１２，１３によって接続されている。

１４．１５は所定の電圧を供給するＤＣバイアス端子で
あり、金属キャリア１上の所定位置に形成されている。

１６はＨＥＭＴ７とＤＣバイアス端子１４とを接続する
人力バイアス回路であり、この入力バイアス回路１６は
、所要周波数の高周波信号の１／４波長に対応する長さ
のスタブ４ｂ及び分岐スタブ４Ｃが形成された経路によ
り構成されている。また、その経路の端部は金属キャリ
ア１上に固定されたチップコンデンサ１７を介して、Ｄ
Ｃバイアス端子１４にリード線１８．１９によって接続
されている。また、２０は人力バイアス回路１６と同様
に構成された出力バイアス回６一 路であり、その端部がチップコンデンサ２１を介して、
ＤＣバイアス端子１５にリード線２２．２３によって接
続されている。

２４．２５はＨＥＭＴを静電破壊及び、外部装置等から
のサージ等による破壊から保護するた必の保護ダイオー
ドであり、金属キャリア１上の所定位置に固定されてい
る。これら保護ダイオード２４．２５は、入力バイアス
回路１６及び出カバイアス回路２０と、金属キャリア１
上に形成されたアース２６及び２７とに、リード線２８
．２９及び３０．３１によってそれぞれ図示する方向く
第５図の等価回路参照）に接続されている。

このような構成によれば、スタブ４の信号入力端４Ｔに
入力される所要周波数の高周波信号に対しては、入力バ
イアス回路１６の分岐スタブ４ｃの一端部がオープンと
されているので、スタブ４Ｃとスタブ４ｂとの接続部が
ショートとなり、更にスタブ４ｂの信号人力端４Ｔ側に
接続された信号側がオープンとなる。また、出カバイア
ス回路２０についても同様であり、スタブ５ｂの信号側
がオープンとなる。

従って、信号入力端４Ｔに人力され、ＨＥＭＴ７を介し
て信号出力端５Ｔに伝送される高周波信号は、バイアス
回路１６．２０に伝送されることがなく、また、保護ダ
イオード２４．２５がＨＥＭＴ７から離れた位置となる
ので、これによって高周波特性を保証することができる
。

また、ＤＣバイアス端子から人力されるサージ電流を、
保護ダイオードを介してアース端子へ流すことができ、
これによってＨＥＭＴ７を保護することができる。

発明が解決しようとする課題 ところで、上述したマイクロ波集積回路において、信号
入力端４ＴからＨＥＭＴ７までの経路の長さが、信号人
力端４Ｔから第ＩＲＦチョーク回路１６を介したアース
端子２６までの長さよりも短く形成された場合、信号人
力端４Ｔに静電気によるサージ電流が人力されたり、外
部装置等からのサージ電流が入力されたりすると、その
サージ電流がＨＥＭＴ７へ流れ、ＨＥＭＴ７が破壊され
る問題が生じる。

また、ＨＥＭＴ７自身に保護回路が付いていないので、
ＨＥＭＴ７を組み立てる際に、その組み立て装置からＨ
ＥＭＴ７がサージを受け、破壊する問題があった。例え
ばＨＥＭＴ７を半田固定する際に、ＨＥＭＴ７を持つ人
体からピンセットを通してサージを受けたり、Ｈ　Ｅ　
Ｍ　Ｔ　７と整合回路６とをワイヤボンダによってワイ
ヤボンディング接続する際に、そのワイヤボンダからサ
ージを受けたり、また、保護ダイオードが接続されてい
ない状態で、リボンボンダによって信号人力端４Ｔと図
示せぬ他の回路を接続する際に、そのリボンボンダから
サージを受けたりす゛る。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、回
路に組み込まれるＨＥＭＴ等のトランジスタをサージか
ら保護し、その破壊を防止することができると共に、高
周波特性を保証することができるマイクロ波・ミリ波回
路を提供することを目的としている。

９ 課題を解決するための手段 同一基板上にトランジスタと周辺回路とが集積されて成
るマイクロ波・ミリ波回路において、所要周波数の高周
波信号が人力される信号入力端と前記トランジスタとの
信号経路の、前記トランジスタから前記高周波信号の１
／４波長の長さよりも離れた位置に、前記高周波信号の
１／４波長の長さのスタブを結合し、この結合されたス
タブの先端とアースとの間に、かつ前記トランジスタに
かかるバイアス電圧では電流が流れない方向に前記トラ
ンジスタを保護する保護ダイオードを形成し、この保護
ダイオードを前記スタブの先端と前記アースとに接合し
て構成する。

そして、その特徴とするところは、同一基板上にトラン
ジスタ、保護ダイオード及び周辺回路をモノリシック化
して形成し、更に、信号人力端からトランジスタまでの
経路長を、信号人力端から保護ダイオードまでの経路長
よりも長く形成し、かつ保護ダイオードが結合される経
路を、信号人力端に入力される高周波信号の１／４波長
の長さ１０ のスタブによって形成したことである。

作　　　用 本発明によれば、信号入力端からトランジスタまでの経
路長を、信号人力端から保護ダイオードまでの経路長よ
りも長くしたので、外部装置及び／又は静電気によって
信号入力端から入力されるサージ電流は、トランジスタ
に流れることがなく、保護ダイオードを介してアース端
子へ流れる。従って、トランジスタのサージによる破壊
を防止することができる。

また、信号入力端に特定周波数の高周波信号が入力され
る通常のバイアス状態においては、その高周波信号の１
／４波長の長さのスタブに接合された保護ダイオードが
容量性となるので、その高周波信号に対して、スタブの
、保護ダイオード接合側がショートとなり、信号入力端
側かオープンとなる。この結果、信号入力端に入力され
た高周波信号は、保護ダイオードが接合された経路に伝
送されることがないので、高周波特性が損なわれること
はない。

更に、同一基板上にトランジスタ、保護ダイオード及び
周辺回路をモノリシック化して形成し、マイクロ波・ミ
リ波回路を構成したので、トランジスタ等の各部品を組
み立てることがなくなり、その組み立ての際に、組み立
て装置からサージを受けて破壊するようなことがなくな
ると共に、モ／リシック化により全体を小型にすること
ができる。

実　　施　　例 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。第１図はこの発明の一実施例によるマイクロ波集
積回路の構成を示す平面図、第２図は第１図の等価回路
図を示す。なお、これらの図において、同一部分には同
一符号が付してある。

これらの図において、５０はＧａＡｓ　（ガリウム・ヒ
素）材料による基板である。５１は基板５０上に形成さ
れたＩ−｛　Ｅ　Ｍ　Ｔであり、このＨ　Ｅ　Ｍ　Ｔ５
１の各ソース部は基板５０上に金材料によって形成され
た給電パターン５２及びアースパターン５３にそれぞれ
接合されている。また、Ｈ　Ｅ　Ｍ　Ｔ５１のゲート部
及びドレーン部は、基板５０上に形成されたパターン５
４．５５に、それぞれ接合されている。このパターン５
４．５５は金材料によって所定パターンに形成されたマ
イクロストリップ線路によるものであり、その信号入力
端５４Ｔには所要周波数の高周波信号が人力され、この
入力された高周波信号はＨＥＭＴ５１によって増幅され
た後、信号出力端５５Ｔに伝送される。また、その高周
波信号が伝送されるパターン５４５５の経路には、定め
られた長さのスタブ５４ａ，５５ａが形成され、整合回
路５６．５７が構成されている。

５８．５９は所定の電圧を供給するＤＣバイアス端子で
あり、基板１上の所定位置に形成されている。また、６
０はＨＥＭＴ５１とＤＣバイアス端子５８とを接続する
入力バイアス回路である。

この入力バイアス回路６０は、信号人力端５４Ｔに入力
される高周波信号の１／４波長に対応するー　１　３− 長さのスタブ５４ｂによって構成されており、その端部
が基板５０上に形成されたコンデンサ６１に接合され、
更にコンデンサ６１が接続パターン６２を介してＤＣバ
イアス端子５８に接合されている。このようにスタブ５
４ｂとコンデンザ６１とを結合させた場合、スタブ５４
ｂの結合部側が信号人力端５４Ｔから人力される高周波
信号に対してショー１・となるので、スタブ５４ｂの他
端側、即ち信号側がオープンとなる。

また、６３は入力バイアス回路６０と同様に構成された
出力バイアス回路であり、その端部がコンデンサ６４に
接合され、更にコンデンサ６４が接続パターン６５を介
してＤＣバイアス端子５９に接合されている。

６６はＨＥＭＴ５１を静電破壊及びサージによる破壊等
から保護するための保護回路である。この保護回路６６
は、信号入力端５４Ｔから入力される高周波信号の１／
４波長に対応する長さのスタブ５４ｃと、このスタブ５
４ｃの端部が接合されたＨ　Ｅ　Ｍ　Ｔによる保護ダイ
オード６７とによっ−１４ て構成されており、その保護ダイオード６７は図示せぬ
ビアホールを介して基板５０裏面のアースパターンに接
続されている。また、この保護回路６６のスタブ５４ｃ
は、信号入力端５４ＴからＨＥＭＴ５１までの信号経路
の、ＨＥＭＴ５１からスタブ５４ｃの長さよりも離れた
位置に接合されている。つまり、信号人力端５４Ｔから
保護ダイオード６７までの長さよりも、信号入力端５４
ＴからＨＥＭＴ５１までの長さが長く形成されている。

ところで、保護ダイオード６７はＨＥＭＴをダイオード
として用いたものであるが、これは第２図に示すように
、スタブ５４ｃがＨＥＭＴ　（保護ダイオード６７）の
ゲート部６７Ｇに接合され、更にドレーン部６７Ｄ及び
ソース部６７Ｓがアースに接合されているので、ゲート
部６７Ｇに十電圧が印加されたときに、ドレーン６７Ｄ
−７−ス６７Ｓ間が導通状態となり、十電圧が印加され
ていないときに、導通状態とならず容量性となることを
利用したものである。

即ち、通常のバイアス状態において、信号人力端５４Ｔ
に所要周波数の高周波信号が入力されている場合は、ゲ
ート部６７Ｇに十電圧が印加されないので、保護ダイオ
ード６７は容量性となる。

この結果、所要周波数の高周波信号に対して、スタブ５
４ｃの、保護ダイオード６７が結合されている側がショ
ートとなり、信号入力端５４Ｔに結合されている側がオ
ープンとなる。従って、高周波信号はスタブ５４ｃには
伝送されない。また、例えば信号入力端５４Ｔにサージ
電圧が印加された場合は、スタブ５４ｃを介してＨＥＭ
Ｔ　（保護ダイオード６７）のゲート部６７Ｇに十電圧
が印加されるので、保護ダイオード６７が導通状態とな
り、サージ電流をアースに流すことができる。

以上、上述した構成によれば、信号人力端５４Ｔに人力
された所要周波数の高周波信号が、保護回路６６、入力
バイアス回路６０及び出力バイアス回路６３に伝送され
ることなく、ＨＥＭＴ５１によって増幅され、信号出力
端５５Ｔに伝達されるので、良好な高周波特性を保証す
ることができる。

また、信号入力端５４ＴからＨＥＭＴ５１までの経路長
を、信号入力端５４Ｔから保護ダイオード６７までの経
路長よりも長くしたので、外部装置及び／又は静電気に
よって信号入力端５４Ｔから人力されるサージ電流は、
ＨＥＭＴ５１に流れることがなく、保護回路６６のスタ
ブ５４Ｃ及び保護ダイオード６７を介してアース端子６
９へ流れる。これによってＨＥＭＴ５１を保護すること
ができる。

また、上述したマイクロ波集積回路は基板５０上に、Ｈ
ＥＭＴ５１、保護ダイオード６７及びコンデンサ６１．
６４等をモノリシック化して構成したので、従来のよう
にＨＥＭＴを組み立てる際に、その組み立て装置からサ
ージを受け、ＨＥＭＴが破壊するようなことはなくなる
。また、従来のハイブリッド型のものよりも、小型にす
ることができる。

なお、上述したマイクロ波集積回路において、保護回路
６６にＤＣバイアス端子等を設けてバイ１７ アス電圧を印加できるように構成し、保護回路にバイア
ス回路を兼ね合わせることも可能である。

その他、上述した保護ダイオード６７は、ＨＥＭＴを基
板上に形成し、ダイオードとして適用したが、一般的な
ＰＮ接合によるダイオードを形成してもよい。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、外部装置及び／
又は静電気によって信号人力端から人力されるサージ電
流を保護ダイオードを介してアース端子へ流すことがで
きるので、トランジスタのサージによる破壊を防止する
ことができる効果がある。

また、サージ電流を流す保護ダイオードが接合された経
路には、信号人力端から人力される特定周波数の高周波
信号が伝送されないようにしたので、高周波特性が損な
われることはない。

更に、同一基板上に１・ランジスタ、保護ダイオード及
び周辺回路をモノリシック化して形成し、１８ マイクロ波・ミリ波回路を構成したので、トランジスタ
等の各部品を組み立てることがなくなり、その組み立て
の際に、トランジスタが組み立て装置からのサージを受
けて破壊するようなことがなくなると共に、モノリシッ
ク化により全体を小型にすることができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるマイクロ波集積回路の
構成を示す平面図、 第２図は第１図の等価回路図、 第３図はトランジスタのすぐ近傍に保護ダイオードをモ
ノリシック化して構成した回路の等価回路図、 第４図は従来のマイクロ波集積回路の構成を示す平面図
、 第５図は第４図の等価回路図である。 ５０・・・基板、 ５１・・・トランジスタ　（ＨＥＭＴ）、５４Ｔ・・・
信号入力端、 ５４Ｃ・・・スタブ、 ５６，５７，６０．６３・・・周辺回路（５６．５７・
・・整合回路、 ６０・・・人力バイアス回路、 ６３・・・出力バイアス回路） ６７・・・保護ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同一基板（５０）上にトランジスタ（５１）と周辺回路
   （５６、５７、６０、６３）とが集積されて成るマイク
   ロ波・ミリ波回路において、 所要周波数の高周波信号が入力される信号入力端（５４
   Ｔ）と前記トランジスタ（５１）との信号経路の、前記
   トランジスタ（５１）から前記高周波信号の１／４波長
   の長さよりも離れた位置に、前記高周波信号の１／４波
   長の長さのスタブ（５４ｃ）を結合し、この結合された
   スタブ（５４ｃ）の先端とアースとの間に、かつ前記ト
   ランジスタ（５１）にかかるバイアス電圧では電流が流
   れない方向に前記トランジスタ（５１）を保護する保護
   ダイオード（６７）を形成し、この保護ダイオード（６
   ７）を前記スタブ（５４ｃ）の先端と前記アースとに接
   合したことを特徴とするマイクロ波・ミリ波回路。