JPH05152876A - Power limiting element - Google Patents

Power limiting element

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Publication number
JPH05152876A
JPH05152876A JP30962691A JP30962691A JPH05152876A JP H05152876 A JPH05152876 A JP H05152876A JP 30962691 A JP30962691 A JP 30962691A JP 30962691 A JP30962691 A JP 30962691A JP H05152876 A JPH05152876 A JP H05152876A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistor
power
terminal
drain
bias
Prior art date
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Pending
Application number
JP30962691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Yoshida
大広 吉田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP30962691A priority Critical patent/JPH05152876A/en
Publication of JPH05152876A publication Critical patent/JPH05152876A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To realize the power limiting element with a small size, a high output, and excellent power limiting characteristic in which a matching circuit and a bias circuit are integrated and mounted in a package. CONSTITUTION:The power limiting element is featured that a field effect transistor(TR) chip 2, matching circuits 3, 4 converting an impedance of the TR chip 2 into a desired load impedance, a bias circuit supplying drive power, a resistor 6, a resistive element whose electrode is connected to a metallic member via an insulation film are mounted in a package 1, the element is provided with a microwave input terminal, an output terminal and a drain bias terminal 11, and a voltage applied to a drain bias terminal is fed to a drain electrode of a TR chip via the resistive element fixed to a metallic base of the package by the metallic member.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波回路部品、
特に大電力で用いる電力リミッティング素子の構造に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a microwave circuit component,
In particular, it relates to the structure of a power limiting element used for high power.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクロ波帯で使用する増幅器で
は益々高出力化の方向に進んでおり、それに伴ない個々
のトランジスタの電力利得が余り高くないと言う理由
で、その回路構成に於いてトランジスタのシリーズ結合
によるアンプチェーンも益々多段化の傾向にある。この
ような回路構成の増幅器の中において、環境温度や周波
数変更に対する出力電力の安定化やトランジスタ素子の
オーバードライブなどによる破壊を避けるために電力リ
ミッティング素子が用いられる。このリミッティング素
子を増幅器のアンプチェーンに配置する構成方法では、
アンプチェーンの中間位置に配置するのが最も一般的で
あり効率が良い方法であるが、前記のように高出力増幅
器においては、リミッティング素子の後に配置された多
段のトランジスタに因る温度勾配のための利得変動や周
波数に対する出力変動などの影響を無視できなくなり、
最終段の手前付近にもリミッティング素子が必要になっ
てくる。 通常この電力リミッティング素子には、ダイ
オードで構成されるものと、電界効果トランジスタのド
レインバイアスに抵抗を挿入して電流の変動による電力
の変化分を電圧降下によって吸収してトランジスタを低
電圧のバイアスで動作しその飽和出力を利用するものが
ある。
2. Description of the Related Art In recent years, the output of amplifiers used in the microwave band is becoming higher and higher, and the power gain of each transistor is not so high accordingly, and therefore the circuit configuration thereof is high. The number of stages in the amplifier chain, which is based on the series connection of transistors, is also increasing. In an amplifier having such a circuit configuration, a power limiting element is used in order to stabilize output power against environmental temperature and frequency changes and to avoid damage due to overdrive of transistor elements. In the configuration method of arranging this limiting element in the amplifier chain of the amplifier,
The most common and most efficient method is to place it in the middle position of the amplifier chain, but in the high power amplifier as described above, the temperature gradient caused by the multi-stage transistors placed after the limiting element is It is not possible to ignore the effects of gain fluctuations and output fluctuations on frequency,
Limiting elements are needed near the final stage. Usually, this power limiting element consists of a diode, and a resistor is inserted in the drain bias of the field effect transistor to absorb the change in power due to the change in current by a voltage drop and to bias the transistor at a low voltage bias. There are some that work with and utilize its saturated output.

【0003】前者は、設計が容易であると言う利点があ
るが、素子その物がパッシブなものなので通過損が大き
くリミッティングが働いたときの電力反射が大きくなる
欠点がある。
The former has the advantage that it is easy to design, but has the drawback that since the element itself is passive, the passage loss is large and the power reflection becomes large when limiting occurs.

【0004】後者は、リミッティングにアクティブなト
ランジスタ素子を利用しているので、リミッティング素
子そのものに利得があり、反射損がリミッティング状態
によらずに比較的安定している利点があるが、設計が難
しく歩留りの安定したリミッティング素子を得ることが
難しい欠点がある。
Since the latter uses an active transistor element for limiting, there is an advantage that the limiting element itself has a gain and the reflection loss is relatively stable regardless of the limiting state. There is a drawback that it is difficult to design and it is difficult to obtain a limiting element with a stable yield.

【0005】また両手法共に、前記のような高出力増幅
器の終段付近で使用する場合には耐電力性を向上させな
ければならないが、前者の場合には半導体の接合面積を
大きく形成しなければならずそうする事により更に通過
損と反射損が大きくなる問題が生じる。後者の場合は、
ゲート幅を大きくし動作チャネルの幅を大きくすること
で対応できるがそのことにより動作電流が増え、リミッ
ティング特性を決める抵抗体に耐電力性を持たせるため
大型化しなければならず、その為外囲器の外側に接続し
なければならず、また外囲器と抵抗体の間の配線は無用
なインダクタの影響を避けるために間近に配置しなけれ
ばならず設置場所が限定される。外囲器の周辺はテフロ
ン基板や、セラミック基板などの高誘電率基板が配置さ
れていることが普通であり、このような基板上に配置さ
れた抵抗体は放熱が悪いためにかなりの大形のセメント
抵抗やセラミック抵抗を使う必要があった。
In both methods, the power withstanding property must be improved when used near the final stage of the high-power amplifier as described above, but in the former case, the junction area of the semiconductor must be large. This inevitably causes a problem that the passing loss and the reflection loss are further increased. In the latter case,
This can be dealt with by increasing the gate width and the operating channel width, but this increases the operating current, and the resistor that determines the limiting characteristics must be upsized in order to have power resistance. It must be connected to the outside of the envelope, and the wiring between the envelope and the resistor must be placed close to avoid the effect of unnecessary inductors, limiting the place of installation. A high-dielectric constant substrate such as a Teflon substrate or a ceramic substrate is usually placed around the envelope, and the resistor placed on such a substrate does not dissipate heat well. It was necessary to use cement resistance or ceramic resistance of.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述の如くトランジス
タ増幅器に安定したリミッティング特性を持たせるため
には、トランジスタの外部に電流容量が大きい抵抗体を
設ける必要があるが、パルス電圧で用いる場合やDC電
圧で用いる場合など大形の抵抗体ではこれが有する。イ
ンダクタンスの影響が見えてくるのでバイアス発振など
の可能性があった。 本発明はこの点を解決するもの
で、小型で放熱性のよい抵抗体を外囲器内の放熱性の良
い金属ベースに直接マウントし、この抵抗体を介してド
レイン電極に外部ドレイン電圧が印加されるようにした
ものである。また、この構造に適した抵抗体の構造とし
て放熱特性の良い新規なる抵抗を提供するものである。
As described above, in order to provide the transistor amplifier with a stable limiting characteristic, it is necessary to provide a resistor having a large current capacity outside the transistor. It has for large resistors, such as when used with DC voltage. Since the influence of inductance becomes visible, there was a possibility of bias oscillation. The present invention solves this problem by mounting a small resistor with good heat dissipation directly on a metal base with good heat dissipation in an envelope, and applying an external drain voltage to the drain electrode via this resistor. It was made to be done. Further, the present invention provides a new resistor having a good heat dissipation characteristic as a resistor structure suitable for this structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電力リミッ
ティング素子は、外囲器に電力用電界効果型トランジス
タチップ、前記トランジスタチップのインピーダンスを
所望の負荷インピーダンスに変換する整合回路、駆動電
力を供給するバイアス回路および抵抗体と電極が金属部
材に絶緑膜を介し構成された抵抗体素子を内装し、マイ
クロ波の入力端子、出力端子およびドレインバイアス端
子を備え、前記ドレインバイアス端子に供給される電圧
が外囲器の金属ベースに金属部材で固着された抵抗体素
子を介して前記トランジスタチップのドレイン電極に印
加されることを特徴とする。
A power limiting element according to the present invention includes a power field effect transistor chip in an envelope, a matching circuit for converting the impedance of the transistor chip into a desired load impedance, and drive power. A bias circuit for supplying and a resistor element in which a resistor and an electrode are formed on a metal member via an insulation film are provided, and a microwave input terminal, an output terminal and a drain bias terminal are provided, and the bias circuit is supplied to the drain bias terminal. Voltage is applied to the drain electrode of the transistor chip through a resistor element fixed to the metal base of the envelope with a metal member.

【0008】また、前記抵抗体素子は、その上面に金属
抵抗体と電極が設置され、前記抵抗体及び電極は金属基
体上の無機絶縁膜上に形成されており、該抵抗部と電極
部を含めた形状寸法が使用周波数の波長に対して十分小
さく前記金属基体と絶緑膜の熱膨張係数の差がないこと
を特徴としている。
The resistor element is provided with a metal resistor and an electrode on the upper surface thereof, and the resistor and the electrode are formed on an inorganic insulating film on a metal substrate, and the resistor portion and the electrode portion are connected to each other. It is characterized in that the included shape and dimension are sufficiently small with respect to the wavelength of the operating frequency and there is no difference in the coefficient of thermal expansion between the metal substrate and the insulation film.

【0009】[0009]

【作用】この様なトランジスタ増幅器では、安定したリ
ミッティング特性を得るために挿入されるドレインバイ
アス抵抗が外囲器内の金属ベース上に設けられているた
め、抵抗からの放熱性は非常に良く抵抗の温度上昇が押
さえられ信頼性が向上する。また、抵抗体自身の構造を
金属基板を主体としているため抵抗体の熱抵抗も小さ
く、従って小形の抵抗でも十分な耐電力性を持たせるこ
とが可能となる。
In such a transistor amplifier, since the drain bias resistor inserted to obtain a stable limiting characteristic is provided on the metal base inside the envelope, the heat radiation from the resistor is very good. The temperature rise of the resistance is suppressed and the reliability is improved. Further, since the structure of the resistor itself is mainly composed of the metal substrate, the thermal resistance of the resistor is also small, so that even a small resistor can have sufficient power resistance.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】図1は、本発明による電力リミッティング
増幅素子の全体の構成を示す上面図である。図中、1は
外囲器で、銅とタングステンからなる合金をベースとす
る。この金属ベース上にFETチップ2、入力整合回路
4が形成された入力整合回路基板、出力整合回路3が形
成された出力整合回路基板が設けられている。また、F
ETのゲート、ドレインにバイアスを印加するためのゲ
ートバイアス端子11、ドレインバイアス端子12が外
囲器に設けられている。また、ドレイン側ではまず端子
から抵抗体6にボンディングされ、さらに、バイアス回
路、チップキヤパシタ5aを介してFETチップ近くの
出力整合回路パターン3に接続されている。抵抗体6の
基板は外囲器のベース金属と同一の銅タングステンで構
成されており、ゲート側は外囲器のベース金属上に設け
られたバイアス回路チップキャパシタ5bと、出力整合
回路パターンCに接続されている。ここで7はいわゆる
DCカット用のチップキャパシタ、6は低抵抗体、9は
高抵抗体、12はゲートバイアス端子、13はRF端子
を夫々示す。
FIG. 1 is a top view showing the overall structure of a power limiting amplifier element according to the present invention. In the figure, 1 is an envelope, which is based on an alloy of copper and tungsten. On this metal base, an FET chip 2, an input matching circuit board having an input matching circuit 4 formed thereon, and an output matching circuit board having an output matching circuit 3 formed thereon are provided. Also, F
A gate bias terminal 11 and a drain bias terminal 12 for applying a bias to the gate and drain of the ET are provided in the envelope. On the drain side, first, the terminal is bonded to the resistor 6 and further connected to the output matching circuit pattern 3 near the FET chip via the bias circuit and the chip capacitor 5a. The substrate of the resistor 6 is made of the same copper tungsten as the base metal of the envelope, and the gate side has a bias circuit chip capacitor 5b provided on the base metal of the envelope and an output matching circuit pattern C. It is connected. Here, 7 is a chip capacitor for so-called DC cutting, 6 is a low resistance body, 9 is a high resistance body, 12 is a gate bias terminal, and 13 is an RF terminal.

【0012】次に、前記抵抗体6の構成を図2に斜視図
で示す。
Next, the structure of the resistor 6 is shown in a perspective view in FIG.

【0013】図中、金属基板61はCu20%、W80
%の合金で板厚0.2mmに形成されてなり、その表面
を十分に研磨を施したのち、プラズマCVD(化学蒸気
堆積)法により層厚0.4μmの窒素酸化硅素(SiO
N)層62を形成する。このSiON層62の形成条件
はこれを金属基板61の熱膨張率になるべく近づけるよ
うに、温度、ガス流量比を設定する。さらにタンタル
(Ta)更に金(Au)を電子ビーム蒸着法により形成
し、抵抗部とする部分の金を選択エッチングで除去し抵
抗を形成する。この構造による抵抗体では発熱源である
抵抗部の直ぐ下側に熱伝導率の良い金属体があるので耐
電力性が高くなる。また、抵抗体の基板の材質とこの抵
抗体がマウントされる外囲器のベースメタルが同一の金
属であるため、熱膨張係数の相違により生ずる応力が抵
抗体に印加されず窒素酸化硅素SiONが割れることは
ない。
In the figure, the metal substrate 61 is made of Cu20%, W80
% Alloy with a plate thickness of 0.2 mm, the surface of which is sufficiently polished, and then a plasma CVD (chemical vapor deposition) method is used to form a layer of silicon dioxide (SiO 2) having a layer thickness of 0.4 μm.
N) form layer 62. The conditions for forming the SiON layer 62 are such that the temperature and the gas flow rate ratio are set so that the SiON layer 62 comes close to the coefficient of thermal expansion of the metal substrate 61. Further, tantalum (Ta) and gold (Au) are formed by an electron beam evaporation method, and gold in a portion to be a resistance portion is removed by selective etching to form a resistance. In the resistor having this structure, the metal body having a high thermal conductivity is provided immediately below the resistor portion which is the heat source, and therefore the power resistance is high. In addition, since the substrate material of the resistor and the base metal of the envelope on which this resistor is mounted are the same metal, the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion is not applied to the resistor and the nitrogen oxide SiON is It won't break.

【0014】次に、図3に図1で示した構成図の等価回
路を示す。
Next, FIG. 3 shows an equivalent circuit of the block diagram shown in FIG.

【0015】図示のように接続された電力増幅素子は、
電界効果型トランジスタ(FET)の入出力に対する電
流特性及び温度特性は図4のような特性を示すので、電
流増加分に比例してドレイン端電圧は低下し温度や入力
レベルに対して安定な電力リミッティング特性が得られ
ることになる。また、すべての部品が一つの外囲器の中
に組み込まれており、金属またはセラミック材などでキ
ャップシーリングすることにより完全密閉型の一つの素
子として取り扱いが容易になり、信頼性も向上した。
The power amplifier elements connected as shown in the figure are:
Since the current characteristic and the temperature characteristic with respect to the input / output of the field effect transistor (FET) show the characteristics as shown in FIG. 4, the drain end voltage decreases in proportion to the increase in the current, and the power is stable with respect to the temperature and the input level. Limiting characteristics can be obtained. In addition, all parts are built in one envelope, and by cap-sealing with metal or ceramic material, it is easy to handle as a completely sealed type element, and reliability is improved.

【0016】[0016]

【発明の効果】叙上の如く本発明によれば小型で高出力
であり、整合回路・バイアス回路を一体化して外囲器に
組み込んだ電力リミッテング特性の優れた電力リミッテ
ィング素子を実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a power limiting element which is small in size and has a high output, and which has a matching circuit and a bias circuit integrated with each other and incorporated in an envelope to have excellent power limiting characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る一実施例の電力リミッティング増
幅素子の上面図、
FIG. 1 is a top view of a power limiting amplifier element according to an embodiment of the present invention,

【図2】図1における低抗体の斜視図、2 is a perspective view of the low antibody in FIG. 1,

【図3】図1に示した電力リミッティング増幅素子の等
価回路図、
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the power limiting amplification element shown in FIG.

【図4】FETの入力出に対する電流特性と温度特性を
示す線図。
FIG. 4 is a diagram showing a current characteristic and a temperature characteristic with respect to an input / output of the FET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 外囲器 2 FETチップ 3 出力整合回路 4 入力整合回路 5a、5b バイアス回路チップキャパシタ 6 低抵抗体 61 金属基板 62 無機絶縁体(SiON) 63 金属電極 64 抵抗体 7 DCカットチップキャパシタ 8 金属細線 9 高抵抗体 11 ドレインバイアス端子 12 ゲートバイアス端子 13 RF端子 1 Envelope 2 FET Chip 3 Output Matching Circuit 4 Input Matching Circuit 5a, 5b Bias Circuit Chip Capacitor 6 Low Resistor 61 Metal Substrate 62 Inorganic Insulator (SiON) 63 Metal Electrode 64 Resistor 7 DC Cut Chip Capacitor 8 Metal Fine Wire 9 High Resistor 11 Drain Bias Terminal 12 Gate Bias Terminal 13 RF Terminal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外囲器に収納された電力用電界効果型ト
ランジスタチップ、前記トランジスタチップのインピー
ダンスを所望の負荷インピーダンスに変換する整合回
路、駆動電力を供給するバイアス回路および抵抗体と電
極が金属部材に絶緑膜を介し構成された抵抗体素子を内
装し、マイクロ波の入力端子、出力端子およびドレイン
バイアス端子を備え、前記ドレインバイアス端子に供給
される電圧が外囲器の金属ベースに金属部材で固着され
た抵抗体素子を介して前記トランジスタチップのドレイ
ン電極に印加されることを特徴とする電力リミッティン
グ素子。
1. A power field-effect transistor chip housed in an envelope, a matching circuit for converting the impedance of the transistor chip into a desired load impedance, a bias circuit for supplying drive power, and a resistor and an electrode made of metal. A member is internally provided with a resistor element configured through an insulation film, and a microwave input terminal, an output terminal and a drain bias terminal are provided, and the voltage supplied to the drain bias terminal is a metal base of an envelope. A power limiting element, which is applied to a drain electrode of the transistor chip via a resistor element fixed by a member.
JP30962691A 1991-11-26 1991-11-26 Power limiting element Pending JPH05152876A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008219507A (en) * 2007-03-05 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp Low noise amplifier
JP2012124282A (en) * 2010-12-07 2012-06-28 Toshiba Corp Semiconductor device

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