JPH0389605A - 高周波増幅回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘電体基板の一方面に形成した所定配線パター
ンと、該配線パターンと接続したトランジスタと、基板
の他方°面に形成した接地導体とから構成された高周波
増幅回路に関するものであり、さらに詳しくはトランジ
スタの性能を充分に引き出す高周波増幅回路である。

〔従来技術〕

従来、高周波帯域、例えばマイクロ波帯の増幅回路にお
いては、厚膜配線基板上に配線パターンを形成し、該配
線パターン上にＨＥＭＴ　（高電子移動度トランジスタ
）などのトランジスタのペアチップを接合し、所定配線
パターンにワイヤボンディングされていた。

第６図はその一例を示す平面図である。

従来の高周波増幅回路はアルミナなどの誘電体材料から
なる基板６１上に信号の入力及び出力となる整合回路パ
ターンであるマイクロストリップライン６２．６３が形
成されている。また、トランジスタのベアチップ（以下
単にトランジスタと記す。）６４が接着されるマウント
部分６５及びトランジスタ６４の接地端子とワイヤボン
ディング細線６６によって接続される配線パターン（以
下接地パターンと記す）・６７が形威されている。

尚、該基板６１の裏面には接地導体（図にはあられれな
い）が基板の略全面にわたり形成され、前記接地パター
ン６７がスルーホール６８ａ、６８ｂを介して該接地導
体に接続されている。

トランジスタ６４とマイクロストリップライン６２．６
３及び接地パターン６７との接続の一例としてはトラン
ジスタ６４のゲート電極及びドレイン電極を夫、々マイ
クロストリップライン６２及び６３に接続し、ソース電
極を接地端子として接地パターン６７にワイヤボンディ
ング細線６６を介して接続する。

高周波増幅回路において、ワイヤボンディング細線６６
がインダクタンス成分として作用することから、従来の
回路にはワイヤボンディングの長さを可能な限り短くす
ることが行われていた。

このように、ワイヤボンディング細線６６を極力短くす
ることにより、ワイヤボンディング細線６６部分のイン
ダクタンス成分は小さくなり、トランジスタ６４の高周
波特性が良好となる。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、実際上、接地パターン６７にボンディン
グされる接合点Ｘから基板６１の他方面に形威した接地
導体までの間は、ある程度の導体長さを有し、さらにス
ルーホール６８ａ、６８ｂが形成されている。即ち、こ
のことにより接地パターン６７のボンディング接合点Ｘ
から接地導体までの間にインダクタンス成分が存在する
。第７図（ａ）は上述した従来の増幅回路のソース電極
の端子から接地パターン６７までのインダクタンス成分
を示す等価回路図である。

図から明らかなように、たとえワイヤボンディング細線
６６部分のインダクタンス成分Ｌ６の影響を少なくした
としても、接地パターン６７には特性インピーダンス成
分Ｚ０及びスルーホール６８ａ、６８ｂにインダクタン
ス成分Ｌ８が存在する。これは第７図（ｂ）に示す増幅
回路の等価回路で示すと、このインダクタンス成分Ｌ６
、インダクタンス成分Ｌ８がトランジスタ６４のソース
電極に寄生するインダクタンス成分Ｌ０が存在すること
になる。このインダクタンス成分り。は、トランジスタ
６４に影響を与え、良好な環境下で動作させることがで
きなかった。この寄生インダクタンス成分り。の悪影響
を具体的に示すと、第８図のように反射係数Ｆと寄生イ
ンダクタンス成分Ｌ０の関係から明らかなように、寄生
インダクタンス成分Ｌ０の僅かな変化により、トランジ
スタ６４の等価入力インピーダンスＳ＋＋　（第７図（
ｂ）のＳパラメータの入力インピーダンス）の絶対値で
ある反射係数Ｆが大きく減少してしまう。

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、
その目的は、トランジスタの接地側配線に寄生するイン
ダクタンス成分を低減することにより、トランジスタの
動作環境を向上させる高周波増幅回路を提供するもので
ある。

〔問題点を解決するための具体的な手段〕上述の問題点
を解決するために、本発明は誘電体基板の一方面に所定
配線パターンを形威し、他方面に接地導体を形成した回
路基板上にトランジスタを搭載するとともに、該トラン
ジスタがワイヤボンディング細線を介して所定配線パタ
ーンに接続されて成る高周波増幅回路において、前記ト
ランジスタの接地端子から延びるワイヤボンディング細
線でもって接地導体と導通する配線パターンと接続する
とともに、該配線パターンとワイヤボンディング細線と
の接合点から接地導体までの距離をλ／２の自然数（ｎ
＝１．２．３・・・）倍となるように設定したことを特
徴とする高周波増幅回路である。

以上の構成により、トランジスタの接地端子をワイヤボ
ンディング細線及び接地導体パターンを介して接地導体
に接続されるとき、この接地導体パターン及びスルーホ
ールなどのインダクタンス成分を実質的に「Ｏ」にする
ことができるので、高周波増幅回路におけるトランジス
タの性能を阻害する要因が解消できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて詳説する。

第１図（ａ）は本発明の高周波増幅回路の平面図であり
、第１図（ｂ）はＺ−Ｚ線の断面図である。

本発明の高周波増幅回路は、一方の面に所定配線パター
ンが、他方の面に接地導体９が形成されたアルミナなど
の誘電体基板１上にトランジスタ４が搭載されて構成さ
れている。誘電体基板１−方面の所定配線パターンは、
例えばマイクロストリップライン２．３や前記接地導体
９と導通する接地パターン７を含み、前記トランジスタ
４の各端子４ａ、４ｂ、４ｃから延びるワイヤボンディ
ング細線６ａ、６ｂ、６ｃによって接続されている。

アルミナなどの誘電体基板１はマイクロストリップライ
ン２．３の特性に応じて、所定厚み及び所定比誘電率ε
、に設定されている。例えばその厚みは０．６３５ｍｍ
であり、比誘電率ε、は９．６と設定されている。

この基板１の一方の面にはトランジスタ４の信号の入力
及び出力となる整合回路の配線パターンであるマイクロ
ストリップライン２．３が所定導体幅及び所定導体厚み
に厚膜手法で形成されている。例えば、マイクロストリ
ップライン２．３の導体幅Ｗは０．６ｍｍであり、導体
厚みは１４μｍになるように印刷によって形成される。

尚、マイクロストリップライン２．３の導体幅及び導体
厚みは、誘電体基板ｌの比誘電率ε１、厚みによって適
宜決定されるものである。

また、基板１の他方の面には略全面にわたり接地導体９
が厚膜手法によって形成されている。

さらにマイクロストリップライン２．３が形成された基
板１の一方の面には、トランジスタ４が搭載されるマウ
ント部５及びトランジスタ４の接地端子４ａから他方面
の接地導体９にまで延びる接地パターン７が配線パター
ンの一つとして、上述のマイクロストリップライン２．
３と同一工程で形成されている。尚、基板１の一方面の
接地パターン７から他方面の接地導体９に接続する手段
として図示するようにスルーホール８ａ、８ｂ介して行
われたり、基板１の端面を利用することによって行われ
る。

第１図（ａ）、（ｂ）では接地パターン７はトランジス
タ４に対して両方向に延びており、両端部で接地導体９
と接続された両端短絡のストリップラインとなる。

上述した基板１にトランジスタ４のペアチップをマウン
ト部５に載置・接続し、またトランジスタ４のゲート電
極の端子４ｂとマイクロストリップライン２、ドレイン
電極の端子４ｃとマイクロストリップライン３、ソース
電極の端子４ａと接地パターン７との間にそれぞれワイ
ヤボンディング細線６ａ、６ｂ、６ｃを介して接続する
。

トランジスタ４の接地端子４ａから延びるワイヤポンデ
イ２グ細線６ａと接地パターン７とが接合するとき、こ
の接合点Ｘから接地導体９までの長さｌについて考察す
る。

接地パターン７が形成される誘電体基板１の比誘電率を
ε１、基板ｌの厚みをｈ、接地パターン７の幅が一様で
あるＷ、比誘電率ε、の誘電体基板１に接地パターン７
を形成した時の見掛は上の接地パターン７の幅ｗ′、接
地パターン７の厚みｔとすると、接地パターン７の特性
インピーダンス成分Ｚ０ は次式 （■式） となる。

■式のａは次に掲げる■式で、 ｂは■式で、 は■式と■式、 ■式から夫々表されることになる。

１ ＝Ｗ＋ａ ΔＷ ・■ また、 接地パターン７の実効比誘電率ε１゜ は、 誘電体基板を取り除いた場合の特性インビーダンスＺ０
゛　をε、＝１として求めると次式■式で表される。

ε　ｒ −εｅｆｆ６ εｅｆｆ ＝　ε。

・■ １　＋　Ｇ　（ｆ　／　ｆ　ｐ ） ■式のεｅ６゜は次に掲げる０式で、 ｆ、は■式で表されることになる。

Ｇは０式で、 ε８７．。ミ　（ｚｏ’　　／ＺＯ）　”　　　　・　
・　・・■ｃ＝ｏ、６＋０．００９２０・・・・■ｆ　
ｐ（ＧＨｚ）　　ミＺ０１０．８πｈ・　・　・■また
、空気中での電波の伝播速度は２．９９７９Ｘ　１０１
０ｃｍ／ｓｅｃであるから周波数ｆ、Ｈｚにおける波長
λ、　ｃｍは次式［相］式で表される。

λＩ　　＝２．９９７９Ｘ１０”／ｆｌ　　−・　・＠
１ここで、上述の波長λ１は誘電体基板を取り除いた時
の状態であり、実際の誘電体基板１上に形成した接地パ
ターン７の波長λは、波長λ、よりも短縮することにな
る。この波長短縮率には■の実効誘電率εｅｆｆにより
決定され、０式のように表されることになる。

Ｋ＝　１／　ＦＴ＝７ ・０ ［相］式と■より、誘電体基板１上では波長λは、次の
０式に表される。

λ＝２．９９７９Ｘ１０１０−　Ｋ／　ｆ　、　　　−
−−−＠即ち、接地パターン７の両端が接地導体９と接
続している時、ワイヤボンディング細線６ａの接合点Ｘ
から接地導体９までの距Ｍ！Ｘ、　　（物理長）（注：
距離りは上述した式から求めた長さであり、距離ｌはス
ルーホール部分の電気長を考慮した実際の長さです。）
は、インピーダンス成分Ｚ１が「０」となるλ／２の自
然数（ｎ＝１．２．３・・・）倍と同一の値にすること
が重要である。

図のようなスルーホール８ａ・、８ｂをよって接地導体
９と接続する接地パターン７の導体長さｌを算出するに
は、まず接地パターン７から接地導体９までの距離１１
　（物理長）を求め、スルーホール８ａ、８ｂに相当す
る電気長を考慮して決定する。

具体的には、周波数ｆを１０ＧＨｚ、誘電体基板１の比
誘電率εを９．６、誘電体基板１の厚みｈを０．６３５
間、接地パターン７の厚みｔを１４ｐ１１１として、そ
の幅ｗ＠０．６〜２．０まで変化させた場合、距離ＩＩ
　（物理長、）は第２図のようになる。このスルーホー
ル８ａ、８ｂは高周波領域では、一種のインダクタンス
成分Ｌ８と等価であり、接地パターン７は、第５図（Ｃ
）のようにインピーダンス成分Ｚ７にインダクタンス成
分Ｌ８が接続されて接地されていることと等価である。

このスルーホール８ａ、８ｂ部分のインダクタンス成分
Ｌ８を接地パターン７の特性インピーダンス成分Ｚ０で
正規化したインピーダンスとして第３図に示すスミスチ
ャート図にプロットすると点Ａとなる。ここで、インピ
ーダンスが「０」となる点から点Ａまでには所定の回転
角が生じる。

この点Ａまでの電気長ΔＬはスルーホール８ａ。

８ｂ部分の電気長として表されることになる。

スルーホール８ａ、８ｂのインダクタンス成分は一般に
穴の径が小さくなるほどその値は　大きくなる。これを
電気長ΔＬに置換し、周波数とスルーホール８ａ、８ｂ
の穴径との関係を表すと第４図にのようになる。

従って、実際の接地パターン７の長さ１は第５図（ａ）
、（ｂ）に示すように、このスルーホール８ａ、８ｂ部
分の電気長ΔＬを考慮して決定すればよい。即ち、接地
パターン７の長さ１はλ／２−ΔＬとなる。

以上の構成により、トランジスタ４の接地端子４ａから
接地導体９までの等価インピーダンスを極めて小さくで
き、接地パターン７の接合点Ｘからスルーホール８ａ、
８ｂを介して接地導体９までの間の導体において、その
インピーダンス成分Ｚ７を実質上無視することができる
。

尚、上述では接地パターンの物理長は電気長λ／２の自
然数（ｎ＝１．２．３・−−）倍と同一の値で定められ
るが、回路の小型化などに鑑みて、自然数（ｎ＝１．２
．３・・・）倍はｎ＝１が最も好ましい。

上述の実施例では、接地パターン７と接地導体９とがス
ルーホール８ａ、８ｂによって接続されているが、スル
ーホール８ａ、８ｂの他に、基板１の端面に印刷導体を
形成して接地パターン７と接地導体９とを接続させるこ
とも考えられる。このとき、端面に印刷導体の電気長を
考慮して、接地パターン７上のワイヤボンディングの接
続点Ｘから接地導体９までの距離を決定すればよい。

尚、上述のトランジスタ４のマウント部分５には接地導
体９と導通するスルーホール５１を形成することが、ト
ランジスタ４の動作信頼性の向上からみて好ましい。例
えば接地パターン７にλ／２の自然数倍以外の波長を有
する高周波信号が発生すると、トランジスタが不要な発
振を起こし、安定的な動作が遠戚できない。このスルー
ホール５１はその発振を防止するものである。

また、トランジスタの接地端子が両側に形成さた２端子
型であるが、例えばシリコンバイポーラ型トランジスタ
を使って、片側のみに接地パターンを形成した高周波増
幅回路であっても構わない。

〔発明の効果〕

以上のように、誘電体基板の一方面に所定配線パターン
を形成し、他方面に接地導体を形成した回路基板上にト
ランジスタを搭載するとともに、該トランジスタがワイ
ヤボンディング細線を介して所定配線パターンに接続さ
れて成る高周波増幅回路において、前記トランジスタの
接地端子から延びるワイヤボンディング細線でもって接
地導体と導通ずる配線パターンと接続するとともに、該
配線パターンとワイヤボンディング細線との接合点から
接地導体までの距離をλ／２の自然数（ｎ＝１．２．３
・・・）倍となるように設定したので、トランジスタの
接地側配線に寄生するインダクタンス成分を低減するこ
とができ、トランジスタの動作環境を向上させることが
できるので、動作信頼性が向上する高周波増幅回路が遠
戚できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の高周波増幅回路の平面図であり
、第１図（ｂ）はＺ−Ｚ線の断面図である。 第２図は接地パターンの幅と物理長との関係を示す特性
図であり、第３図は接地パターンの電気長を表すスミス
チャート特性図であり、第４図はスルーホールの穴径の
変化による周波数と電気長との関係を示す特性図である
。 第５図（ａ＞は本発明の高周波増幅回路の接地パターン
の長さを示す断面図であり、第５図（ｂ）はその電気長
を示す線図であり、第５図（Ｃ）はその等価回路の概略
図である。 第６図は従来の高周波増幅回路の平面図であり、第７図
（ａ）は従来のトランジスタの接地端子部分の等価回路
の概略図であり、第７図（ｂ）は従来の高周波増幅回路
の等価回路の概略図である。 第８図は従来のトランジスタの接地端子部分の寄生イン
ダクタンス成分と反射係数との関係を示す特性図である
。 １．６１・　・　・　・ ２．３．６２．６３　　・　・ ４．６４・　・　・　・ ６ａ、６ｂ、６ｃ、６６　　・ ７．６７・　・　・　・ ８ａ、８ｂ、６８ａ、６８ｂ ９　・　・　・　・　・　・ 誘電体基板 マイクロストリフブライン トランジスタ フイヤーｆンディング細線 接地パターン スルーホール 接地導体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　誘電体基板の一方面に所定配線パターンを形成し、他
   方面に接地導体を形成した回路基板上にトランジスタを
   搭載するとともに、該トランジスタがワイヤボンディン
   グ細線を介して所定配線パターンに接続されて成る高周
   波増幅回路において、前記トランジスタの接地端子から
   延びるワイヤボンディング細線でもって接地導体と導通
   する配線パターンと接続するとともに、該配線パターン
   とワイヤボンディング細線との接合点から接地導体まで
   の距離をλ／２の自然数（ｎ＝１、２、３・・・）倍と
   なるように設定したことを特徴とする高周波増幅回路。