JPH06151696A - 混成集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混成集積回路のダイオードバイアスのダイオ
ードとトランジスタの熱結合の改善を図り、温度特性の
良いバイアス回路を持った高周波電力増幅用リニア混成
集積回路を得る。 【構成】 被温度補償用トランジスタ３ｂのダイボンデ
ィング導体面（銅プレート）４に誘電体片２０を介して
温度補償用のダイオード２をダイボンディングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は無線機送信段の高周波
電力増幅部に使用する高周波電力増幅用の混成集積回路
に関し、特にそのバイアス回路を構成するダイオードチ
ップのレイアウトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、無線機送信段の高周波電力増幅
用として製造されている高周波高出力混成集積回路（以
下、ＭＨＨと記す）の内部構造の一例を示す平面図であ
り、図６は上記ＭＨＨの等価回路である。

【０００３】図５において、１はＭＨＨを構成するため
のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の誘電体により作られた回
路基板であり、該基板１の裏面に形成された裏面メタラ
イズ（図示せず）が半田によって図示しないフィンに取
り付けられている。２はこの回路基板１にボンディング
されたダイオード（チップ）、３ａは回路基板１上に形
成されたメタライズ層６ａに直接ボンディングされたト
ランジスタ（チップ）、４は回路基板１上に形成された
メタライズ層６ａに、熱容量を大きくするためにボンデ
ィングされた銅プレート、３ｂはこの銅プレート４上に
ボンディングされたトランジスタ（チップ）、３ｃは動
作電力が大きいため特別のパッケージに入れられ、上記
図示しないフィンに半田付けされたトランジスタであ
る。

【０００４】また５ａは上記回路基板１に印刷によって
形成された印刷抵抗、６ｂはＭＨＨの整合回路（高周波
回路）を構成するストリップラインやインダクタとする
ために上記回路基板１にＡｇＰｔ等により形成されたメ
タライズ層（導体層）、７は上記回路基板１の上面メタ
ライズ層６ａに半田付けされ、整合回路（高周波回路）
のキャパシタとなるチップコンデンサ、８ａは上面アー
スメタライズ層（図示せず）と裏面メタライズ層（図示
せず）とを電気的に接続するためのスルーホールであ
る。

【０００５】図６の等価回路図において、９はこのＭＨ
Ｈに増幅したい高周波電力（高周波信号）を入力するた
めの入力端子（図５では入力リード）、１０は１段目と
２段目のトランジスタ３ａとそのバイアス回路に直流電
力を供給するための直流電源端子（図５では直流電源リ
ード）、１１は３段目のトランジスタ３ｂとそのバイア
ス回路に直流電力を供給するための直流電源端子（図５
では直流電源リード）、１２は４段目のトランジスタ３
ｂと５段目（終段）のトランジスタ３ｃとに直流電力を
供給するための直流電源端子（図５では直流電源リー
ド）、１３は前記入力端子９より入力された高周波電力
に従い、各段トランジスタ（３ａ，３ａ，３ｂ，３ｂ，
３ｃ）により各直流電源端子（１０，１１，１２）より
供給された直流電力を高周波電力に変換・増幅された高
周波電力を出力するための出力端子（図５では出力リー
ド）、１４はＭＨＨのアース（フィン）である。

【０００６】以上、無線機の送信段に使用される高周波
電力増幅用混成集積回路（ＭＨＮ）の構造の概要につい
て述べた。

【０００７】次に本発明のポイントとなる部分について
さらに詳しく説明する。図３は、図５の３段目トランジ
スタ３ｂの周辺を拡大した部分立体図である。図におい
て、５ｂはダイオード２を流れるバイアス用ブリーダ電
流を設定するための抵抗、５ｃは高周波的安定度を向上
させるためのダンピング抵抗（２．２〜４．７Ω）、１
５はトランジスタチップ３ｂのエミッタ電極と、スルー
ホール８ｂによって図示しない裏面メタライズ（アー
ス）に接続された上面アースメタライズ６ａ及びこの上
面アースメタライズ６ａに半田付けされたブリッジ１６
とを接続するためのエミッタボンディングワイヤ、１７
はトランジスタチップ３ｂのベース電極と上面メタライ
ズ層６ｂとをに接続するためのベースボンディングワイ
ヤ、１８はトランジスタ３ｂのベースに、ダイオード２
と抵抗５ｂにより分圧された電圧を印加するための４分
の１波長のストリップラインである。１９はダイオード
２のアノード電極をバイアス回路に接続するためのボン
ディングワイヤである。

【０００８】以上のように、トランジスタ３ｂのエミッ
タ電極を複数のワイヤ２１を用いて接地することによ
り、エミッタインダクタを低減して高周波的なゲインを
高めることができる。

【０００９】図４は上記図３の部分の等価回路を示し、
一般的にこのようにダイオードを介して回路にバイアス
電位を印加するタイプのバイアス方式を、ダイオードバ
イアスと言う。

【００１０】次に本混成集積回路の高周波電力増幅にお
ける動作の概要と、本発明において問題点としているダ
イオードバイアス回路の作用について説明する。混成集
積回路として、８００ＭＨｚ帯の出力７Ｗの車載用で、
５段混成集積回路を考えた場合、この混成集積回路の特
性は、初段電源電圧（直流電源端子１０の電圧）Ｖcc1
＝８Ｖ，２段目電源電圧（直流電源端子１１の電圧）Ｖ
cc2 ＝８Ｖ，終段電源電圧（直流電源端子１２の電圧）
Ｖcc3 ＝１２．５Ｖとし、周波数帯域ｆ＝８９０〜９１
５ＭＨｚ，入力電力（入力端子９の高周波電力レベル）
Ｐｉｎ＝１ｍＷ（０ｄＢｍ）で、出力電力（出力端子１
３から出る高周波電力）Ｐ0 ≧７Ｗ、および総合効率
（（高周波出力／総供給直流電力）×１００）ηT ≧３
５％である。

【００１１】また回路の各段トランジスタの動作は、１
段目から３段目までは、無信号時（入力電力Ｐｉｎ＝０
の時）にアイドル電流（直流電流）の流れるＡＢ級のバ
イアス回路となっており、また４段目、５段目のトラン
ジスタの動作は無信号時にはトランジスタが動作しない
Ｃ級バイアス回路となっている。

【００１２】以下、今回の発明はバイアス回路のダイオ
ードの取付け構造に関するものであるので、ダイオード
バイアスのみに説明を限定して行う。本混成集積回路に
ダイオードバイアス回路を採用する理由は２つある。ま
ず１つはダイオードの順方向温度特性の負性特性を利用
することにより被バイアストランジスタのアイドル電流
の温度特性の安定化をはかり、アイドル電流の熱暴走を
防止する。

【００１３】すなわち、図４の等価回路において、無信
号時（トランジスタ３ｂが直流動作のみで高周波動作し
ていない場合）、直流電源端子１１に直流電圧Ｖcc2 を
印加した時、抵抗５ｂの値をＲ5b（Ω）とした場合のダ
イオード２に流れるダイオード電流（バイアス回路のブ
リーダ電流）ＩD （Ａ）は、通常、Ｖcc2 ＝８Ｖ，およ
びダイオードの順方向電圧はＶD ＝０．６〜０．８Ｖ位
であるので、ＩD ≒Ｖcc2 ／Ｒ5b（Ａ）と簡略化して表
記できる。ダイオード順方向電流ＩD と順方向電圧ＶD
の関係は、

【００１４】

【数１】 である。

【００１５】また抵抗５の抵抗が無視できる程度に小さ
い（普通２．２Ω）とした場合、トランジスタ３ｂのア
イドル電流ＩCQ（Ａ）は、このトランジスタの増幅率
（ＨFE）が高く、ベース電流の影響を無視できる場合、

【数２】 と表現され、数１式より、

【数３】 そして数３式より数２式は、

【数４】 となる。

【００１６】上記数４式において、トランジスタの絶対
温度ＴT 〔°Ｋ〕とダイオードの絶対温度ＴD 〔°Ｋ〕
が同じか、もしくはＴD ／ＴT が一定であれば、トラン
ジスタのアイドル電流は温度に関係無く一定となる。以
上のようにして、アイドル電流の熱暴走を防止すること
ができる。

【００１７】また、ダイオードバイアス回路を採用する
もう１つの理由は、ダイオードの順方向電流ＩD と順方
向電圧ＶD が数１式に示したように、指数関数的な関係
になっており、シリコンの場合、０．６Ｖ〜０．７Ｖで
電流が流れ出し、あとは電流が大きくなっても０．８〜
０．９Ｖ位までしか増加しない。従って図４の回路のダ
イオード２を抵抗に置き換えた抵抗バイアスのように、
直流電源端子１１の電圧を８Ｖより１６Ｖに増加しても
ダイオード２のアノード電圧、すなわちトランジスタ３
ｂのベース電流は２倍までは増加しない。このため電源
電圧の増加に対するトランジスタのアイドル電流の安定
化を図ることができる。

【００１８】以上のような働きを十分にダイオードに行
なわせるためには、図３のダイオード２と被バイアスト
ランジスタ３ｃとの熱結合、すなわちダイオード２とト
ランジスタ２との温度変化の連動性をよくする必要があ
る。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来の高周波高出力混
成集積回路（ＭＨＨ）装置のバイアス回路は以上のよう
に構成されており、温度補償用ダイオード２と被温度補
償用トランジスタ３ｂとの熱結合をよくするためにダイ
オード２とトランジスタ３ｂとを極力近づけて組立てる
ことが必要であるが、図３に示すようにブリッジ１６を
上面アースメタライス層に半田付けし、この状態で該ブ
リッジ１６を介してトランジスタ３ｂのエミッタ電極を
ワイヤボンディングするとともに、ダイオードのアノー
ドをワイヤボンディングするため、ダイオードをあまり
トランジスタに近づけすぎると、ブリッジ１６にワイヤ
ボンディング装置のヘッドが接触する等してワイヤボン
ディングができなくなるという問題点があった。

【００２０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、温度補償用ダイオードを被温度
補償用トランジスタの至近距離に配置しても支承なくワ
イヤボンディングすることができる混成集積回路装置を
得ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る混成集積
回路装置は、ダイオードバイアス回路の温度補償用ダイ
オードを誘電体片を介して、被温度補償用トランジスタ
がダイボンディングされている導体上に隣接して取りつ
けたものである。

【００２２】

【作用】この発明においては、温度補償用ダイオードが
被温度補償トランジスタと電気的に分離されるとともに
熱的に結合されているため温度補償特性を高めることが
でき、かつボンディング時にボンディング装置のヘッド
とブリッジとが干渉することがない。

【００２３】

【実施例】

実施例１ 以下、この発明の実施例を図について説明する。図１は
本発明の一実施例による高周波高出力混成集積回路装置
のバイアス回路付近の構成図であり、図２と同一符号は
同一または相当部分を示し、図において、２０は銅プレ
ート４の表面に半田付けされた、両面にメタライズ層を
有する誘電体片であり、これによってトランジスタ３ｂ
のチップ表面とダイオード２のチップ表面間の高さの差
が低減されている。２１はダイオード２のカソード電極
をアースするために、誘電体片２０上のメタライズ層と
ブリッジ１６とを接続するためのボンディングワイヤ、
６ｃはバイアス回路を構成するための上面メタライズ
層、２１はダイオード２のカソード電極をブリッジ１６
を介して上面メタライズ６ａと接続するためのボンディ
ングワイヤであり、２３はダイオード２のアノード電極
と上面メタライズ層６ａとを接続するためのボンディン
グワイヤである。

【００２４】図２は上記トランジスタ３ｂ，ダイオード
２を搭載した銅プレート４近傍の断面図であり、図に示
すように、上記誘電体片２０はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）
やベリリア（Ｂｅの化合物）等の熱伝導性に優れた誘電
体層２０１をメタライズ層２００，２０２で挟んだ構造
となっており、ダイオード２のカソード電極とメタライ
ズ層２００とが電気的に接続されている。

【００２５】このように本実施例によれば、銅プレート
４上に、両面メタライズされた誘電体片２０を介してダ
イオード２を、トランジスタ３ｂと極めて近接して取り
付けたので、ワイヤボンディング時にボンディング装置
のボンディングヘッドがブリッジ１６に干渉することな
くダイオード２とトランジスタ３ｂとの熱結合を極めて
向上することができ、組立方法によってはダイオード２
とトランジスタ３ｂの２次元的間隔を１mm以内にするこ
とも可能である。

【００２６】なお上記実施例では、銅プレート４上にト
ランジスタチップをダイボンディングされた構造につい
て述べたが、直接回路基板上のメタライズ層にトランジ
スタがダイボンディングされ、エミッタインダクタを低
減するためにエミッタ電極を橋桁状の導電層を用いて接
地された場合においても、バイアス回路を構成する温度
補償用ダイオードを誘電体片を介して上記トランジスタ
に隣接して配置することにより、同等の効果を期待する
ことができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る混成集積
回路装置によれば、ダイオードバイアス回路を構成する
温度補償用ダイオードを、被温度補償用トランジスタの
近傍に誘電体片を介して半田付けすることにより、温度
特性の優れたＡＢ級の高周波電力用リニアアンプ用の混
成集積回路を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による混成集積回路の一部
を拡大した構成図。

【図２】上記混成集積回路装置の部分断面図。

【図３】従来の混成集積回路の一部を拡大した構成図。

【図４】混成集積回路装置のバイアス回路の回路図。

【図５】従来の混成集積回路装置の内部構造を示す平面
図。

【図６】従来の混成集積回路装置の回路図。

【符号の説明】

１ 回路基板 ２ ダイオード（チップ） ３ａ メタライズ層に直接ボンディングされたトランジ
スタ（チップ） ３ｂ 銅プレート上にボンディングされたトランジスタ
（チップ） ４ 銅プレート ５ａ，５ｂ，５ｃ 回路基板上に印刷された印刷抵抗 ６ａ 回路基板のメタライズ層 ６ｂ ストリップラインやインダクタとなるメタライズ
層 ６ｃ バイアス回路を構成するメタライズ層 ７ 整合回路のキャパシタ ８ａ，８ｂ スルーホール ９ 入力端子 １０，１１，１２ 直流電源端子 １３ 出力端子 １４ 混成集積回路のフィン １５ エミッタボンディングワイヤ １６ ブリッジ １７ ベースボンディングワイヤ １８ １／４波長ストリップライン １９ アノードボンディングワイヤ ２０ 誘電体片 ２１ カソードボンディングワイヤ ２３ アノードとメタライズ層６ｃとを接続するボンデ
ィングワイヤ ２００，２０３ メタライズ層 ２０１ 誘電体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板上の導体パターンに接続された
   トランジスタチップと、該トランジスタチップの温度特
   性を補償するための温度補償用ダイオードチップと、上
   記トランジスタチップと隣接して配置され、該トランジ
   スタチップを接地するための橋桁状の導体層とを有し、
   ワイヤを用いて上記トランジスタチップを上記回路基板
   上の接地導体パターンに接続するとともに、ワイヤを用
   いて上記橋桁状の導体層と接続して接地してなる混成集
   積回路装置において、 上記温度補償用ダイオードを熱伝導性の高い誘電体層を
   介して上記トランジスタチップに近接して配置したこと
   を特徴とする混成集積回路装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の混成集積回路装置におい
   て、 上記トランジスタチップは該チップの放熱性を高めるた
   めの放熱プレート上に搭載されており、 上記温度補償用ダイオードは、上記トランジスタチップ
   を搭載する放熱プレート上に熱伝導性の高い誘電体層を
   介して上記トランジスタチップに近接して配置されてい
   ることを特徴とする混成集積回路装置。