WO2009027488A1 - Plaited-signal-manifold-connection structure for a high frequency component and high frequency component thereto - Google Patents

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WO2009027488A1
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connection conductors
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Harald Klockenhoff
Franz-Josef Schmueckle
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Forschungsverbund Berlin E. V.
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Definitions

  • the present invention relates to a connection structure for a high-frequency component such.
  • B a transistor or a diode and such a high-frequency component.
  • High frequency devices often can provide only a limited output power, which may be too low for certain applications such as radar or mobile base stations. Therefore, a plurality of high-frequency components are often connected in parallel to obtain an output of the entire arrangement which is higher than the output of each one of the high-frequency components. So z.
  • multiple field effect transistors such as high electron mobility transistors (HEMTs) or bipolar transistors such as heterojunction bipolar transistors (HBTs) are commonly connected to an input signal to allow greater output power.
  • HEMTs high electron mobility transistors
  • bipolar transistors such as heterojunction bipolar transistors (HBTs)
  • HBTs heterojunction bipolar transistors
  • a source circuit is used for this purpose. The sources of the transistors are grounded and the gates are connected to the input signal. The drains of the transistors then form the output of the overall arrangement (the same applies to bipolar transistors).
  • the overall arrangement is called a "multi-cell transistor.”
  • the feed structure distributes the signal to the individual cells at the input or
  • a feed line is used as the input conductor for the input signal between two groundplanes or ground planes.
  • the input conductor and the two ground planes lie in a wiring plane and are laterally spaced from each other such that the input conductor is electrically isolated from the two ground surfaces surrounding it on both sides.
  • the distances between the ground planes and the input conductor are kept as constant as possible to ensure uniform signal line properties along the propagation direction of the input signal.
  • This arrangement is generally referred to as "coplanar line” or English “coplanar waveguide” (CPW).
  • the two ground planes are omitted and functionally replaced by a ground plane or ground plane on the underside of the substrate.
  • a ground plane or ground plane on the underside of the substrate.
  • the entire underside of the substrate is metallized.
  • This arrangement is referred to as “microstrip line” or “microstrip”.
  • the ground plane is passed through metallized holes through the substrate, so-called “vias”, to the top of the substrate.
  • the individual transistors of the multi-cell transistor are arranged side by side transversely to the direction of the signal flow such that a respective source and drain region alternate. Between the source and drain regions, a gate electrode extending along the direction of propagation of the input signal is then arranged in each case, which is connected to the feed line. This gate electrode together with the underlying Semiconductor material and the adjacent drain and source surfaces of a transistor cell. Each source and each drain region thereby acts as the source and drain of two single transistors of the multi-cell transistor. Accordingly, a transistor cell with a signal and a ground terminal can be constructed internally as a double transistor, wherein then the gate electrode is divided into two within the transistor cell.
  • the active regions of the single transistors are formed in the semiconductor layer under the source / drain regions.
  • the current flow direction in the active regions is transverse to the propagation direction of the input signal.
  • materials for the active region in addition to silicon, in particular for high-frequency applications, preferably III-V matehals, such as, for example, are used.
  • the manifold transistor Since the manifold transistor is wider than the input conductor, the problem now is that the outer gates of the manifold transistor must be connected to the input conductor.
  • the T-structure in which the individual gates are connected to each other via a straight, lying transversely to the direction of propagation of the input signal conductors, or the tapered-manifold structure is used, wherein the connection structure has a tapered delta-shaped form ,
  • a corresponding connection structure is usually provided on the output side to connect the drains of the individual transistors to an output signal conductor.
  • the sources of the manifold transistor are in the source circuit
  • Multicell transistor uses a so-called source bridge that transversely extends to the propagation direction of the input signal from the first ground plane to the second across the individual transistors of the manifold and is on a higher wiring level or is realized as an air bridge.
  • the source bridge is arranged on both sides of the multi-cell transistor metallized holes with the ground plane contacted on the substrate bottom.
  • the actual power available at the output of a multi-cell transistor does not increase linearly with the number of individual transistors of the manifold transistor. Instead, the increase in output power for each additional single transistor becomes smaller and smaller. Likewise, the gain and the cut-off frequency of the multi-cell transistor decrease as the number of cells increases. As a result, the achievable maximum output power can not be increased beyond a certain extent by using a plurality of parallel-connected transistor cells. Likewise, other high frequency components can not be connected in parallel to any degree to increase the output power of the overall arrangement.
  • a first aspect of the invention accordingly provides a connection structure for a high-frequency component equipped with a plurality of signal terminals and a plurality of ground terminals.
  • the connection structure comprises at least one contact region, a connection region, a supply line, a first ground plane and a plurality of strip-shaped signal connection conductors which are electrically connected to the supply line.
  • a plurality of contacts in a first direction next to each other and spaced from each other.
  • the connection region adjoins the contact region in a second direction perpendicular to the first direction.
  • the feed line has a directional component along the second direction.
  • the longitudinal extension direction of each signal connection conductor in the connection region has a directional component along the second direction.
  • connection structure has a plurality of strip-shaped ground connection conductors which are electrically connected to the first ground plane.
  • the longitudinal extension direction of each ground connection conductor in the connection region has a directional component along the second direction.
  • the plurality of grounding conductors and the plurality of signal connection conductors are arranged side by side in the connection region in a projection in a plane spanned by the first and the second direction (projection plane).
  • no two of the plurality of signal connection conductors are arranged directly next to each other, meaning that at least one of the plurality of ground connection conductors is arranged between each directly adjacent pair of the plurality of signal connection conductors It has been found that such a connection structure is the one at the signal inputs of the
  • High frequency individual elements available input power particularly evenly distributed to the high-frequency single elements.
  • the signal flow direction is in the second direction when the terminal structure is connected on the output side, and opposite to the second direction when the terminal structure is connected on the input side.
  • the contact region has a plurality of contacts, which are preferably arranged on a straight line extending in the first direction. Accordingly, the contact area is defined by the contacts provided for connection of ground and signal as the area in which these contacts are located.
  • connection region In addition to the contact region in a second direction perpendicular to the first direction, the connection region is arranged in which the signal and ground connection conductors extend.
  • the ground connection conductors run in the connection region in such a way that they do not intersect any signal connection or distribution conductor.
  • the signal conductors run in the Connection area so that they do not cross a ground connection or distribution conductor.
  • the subject invention differs from the prior art, where the ground line is usually made only on a first-direction extending source bridge, which contacts the provided for ground terminal contacts in the vertical. According to the invention, however, the supply line of the mass as well as the supply of the signal from the adjoining the contact area terminal area and thus with a
  • Direction component made in or against the second direction.
  • the signal connection conductors are electrically connected to the supply line via a plurality of signal distribution conductors.
  • the electrical connection of the ground connection conductors to the first and possibly the second ground plane takes place via a plurality of ground distribution conductors.
  • These signal or ground distribution conductors may include branches and underpasses.
  • An underpass means the following: in the projection of the signal and ground distribution conductors onto the projection plane, the signal and ground distribution conductors running at different distances (heights) to the projection plane and not contacting each other intersect in the area of the underpass. It is irrelevant whether the respective signal distribution conductor or the respective ground distribution conductor in the region of the underpass has a greater or lesser distance from the projection plane.
  • the connection structure may be implemented in a coplanar waveguide variant, in which the supply line has a second ground area electrically connected to the plurality of ground connection conductors, and the first and second ground areas are arranged on respectively opposite sides next to the supply line and spaced therefrom.
  • connection structure may be embodied as a microstrip variant, in which the supply line is arranged on an upper side of a substrate and the first ground surface is arranged on an underside of a substrate.
  • connection structure may additionally be configured such that the plurality of ground connection conductors and the plurality of signal connection conductors between the first ground plane and the second ground plane are also arranged next to one another so that no two of the plurality of ground connection conductors are arranged directly next to one another.
  • the plurality of signal connection conductors comprise a total number n1 of signal connection conductors and the
  • Grounding conductors wherein the total number n1 of signal conductors is one greater than the total number m1 of grounding conductors.
  • this connection structure is combined with the aforementioned embodiments so that signal connection conductors and
  • Signal conductor is arranged directly between two ground connection conductors. Exceptions to this rule are only the two extremely arranged signal connection conductors, which are directly on their inner side next to a ground connection conductor and on its outer side are arranged next to one of the two ground planes.
  • the plurality of signal connection conductors preferably comprise a total number n2 of signal connection conductors and the plurality of ground connection conductors have a total number m2 of ground connection conductors, wherein the total number n2 of signal connection conductors is one less than the total number m2 of ground connection conductors.
  • signal connection conductors and ground connection conductors can alternate with one another such that each ground connection conductor is arranged directly between two signal connection conductors and each signal connection conductor directly between two ground connection conductors. Since no ground planes lying in the same plane as the feed line are provided in the microstrip variant, then the signal feed conductors arranged too highly are each arranged on both sides directly next to one of the ground connection conductors.
  • connection structure is formed symmetrically along an axis of symmetry extending in the second direction.
  • a high-frequency unit component receives the same proportion of the total available input power as another high-frequency unit element arranged symmetrically with respect to the symmetry axis, which results in an overall more uniform distribution of the input power.
  • the signal connection conductors preferably have no direction component in the first direction, so that the signal connection conductors run perpendicular to the first direction in which the contacts are arranged next to one another.
  • the signal connection conductors are then designed as metal strips running in the second direction.
  • the ground connection conductors preferably also have no direction component in the first direction.
  • the signal connection conductors and the ground connection conductors can be arranged in one plane. It is possible, but not required, for both signal connection conductors and ground connection conductors to lie in the same plane. It is much more conceivable that the signal connection conductors are arranged in a first plane and the ground connection conductors are arranged in a second plane lying above or below the first plane. The first and second planes are then preferably parallel to each other.
  • each radio frequency single element converts power dissipation into heat which must be dissipated across the substrate or via the source or emitter bridge (eg, in flip-chip mounting). Since the superposition of the power loss of the cells, the thermal load of the substrate in the environment of an internal high-frequency single element is greater than that of the environment of an external high-frequency single element, the resulting maximum temperature can be reduced by the area-related Power loss density is reduced to the center of the high-frequency device. This is done in this embodiment, by increasing the distances between adjacent high-frequency individual components to the center of the high-frequency component out.
  • a first distance of a second of the plurality of signal connection conductors to a third of the plurality of signal connection conductors immediately adjacent to the second of the plurality of signal connection conductors may be greater than a second distance of the third of the plurality of signal connection conductors to one of the third of the plurality of signal terminals Signal conductors directly adjacent fourth of the plurality of signal conductors.
  • a third distance of the fourth of the plurality of signal connection conductors to an axis of symmetry extending in the second direction is then greater than a fourth distance of the third of the plurality of signal connection conductors to the axis of symmetry.
  • the invention includes the realization that the distribution of the available input power to the individual high-frequency individual components connected in parallel can be influenced by the widths of the individual signal connection conductors and / or the widths of the ground connection conductors lying between the individual signal connection conductors and the distances between the directly adjacent ones Signal and ground connection conductors are varied.
  • reducing the width of a signal conductor relative to the width of the other signal conductors results in a reduced portion of the high frequency component connected to the signal conductor of reduced width is supplied to the stationary input power.
  • the same effect can be achieved for a high frequency single element device connected to a ground lead when the width of a ground lead is reduced or the distance between a signal lead and a ground lead disposed directly adjacent thereto is increased.
  • a fifth of the plurality of signal conductors to a directly adjacent second of the plurality of grounding conductors has a fifth spacing and a sixth of the plurality of signal conductors to a directly adjacent third of the plurality of grounding conductors has a sixth spacing different from the fifth spacing ,
  • a first width of a seventh of the plurality of signal connection conductors may differ from a second width of an eighth of the plurality of signal connection conductors.
  • a third width of a fourth of the plurality of ground connection conductors may differ from a fourth width of a fifth of the plurality of ground connection conductors.
  • connection structure In order to connect the ground connection conductors to the first and / or the second ground plane, it may be necessary to provide underpasses in which a ground connection conductor is carried out above or below a signal connection conductor.
  • a particularly preferred embodiment of the connection structure according to the invention provides a plurality of signal undercuts, wherein in one each supply path from the supply line to each of the plurality of signal conductors is arranged the same number of signal sub-paths of the plurality of signal sub-conductors.
  • a first length of a first of the plurality of signal conductors differs by less than 20 percent from a second length of a first one of the plurality of signal conductors directly adjacent to the first of the plurality of signal conductors grounding conductors.
  • the first of the plurality of signal connection conductors and the first of the plurality of ground connection conductors form a connection pair.
  • a further improvement may be achieved if the deviation is less than 10 percent, or even equal to the first length of the first of the plurality of signal leads of the second length of the first one of the plurality of ground lead conductors.
  • the first length of each one of the plurality of signal connection conductors differs in an advantageous embodiment of the connection structure by less than 20 percent of the second length of one immediately adjacent to the respective one of the plurality grounding conductor of signal conductors arranged in the plurality of grounding conductors.
  • a further improvement may be achieved if the deviation is less than 10 percent, or the first length of each of the plurality of signal leads of the second length of the ground lead disposed adjacent to each one of the plurality of signal leads is equal to the plurality of ground lead conductors.
  • the first length of each of the plurality of signal conductors may differ by less than 20 percent or less than 10 percent from the second length of each of the plurality of ground conductors. Also, an embodiment is provided in which the first length of each of the plurality of signal leads equals the second length of each of the plurality of ground lead conductors.
  • a second aspect of the present invention introduces a high frequency device having a plurality of signal inputs and a plurality of input side ground terminals, wherein the plurality of signal inputs and the plurality of input side ground terminals are juxtaposed so that no two of the plurality of signal inputs are directly juxtaposed ,
  • the high-frequency component comprises an input-side connection structure electrically connected to the plurality of signal inputs and the plurality of input-side ground connections via the contacts lying in the contact region according to the first aspect of the invention.
  • the high-frequency device may have a plurality of signal outputs and a plurality of output-side ground terminals, wherein the plurality of signal outputs and the plurality of output-side ground terminals are juxtaposed so that no two of the plurality of signal outputs are directly juxtaposed.
  • the high-frequency component has an output-side connection structure which is electrically connected to the plurality of signal outputs and the plurality of output-side ground connections via the contacts lying in the contact region according to the first aspect of the invention.
  • the first ground plane of the second connection structure can be electrically connected be connected to the first ground plane of the first connection structure or be identical to this.
  • the second ground plane of the second connection structure can then be electrically connected to or identical to the second ground plane of the first connection structure.
  • the high-frequency component particularly preferably comprises a plurality of transistors connected in parallel, in particular of field effect transistors (FETs) such as high electron mobility transistors (HEMTs) or of bipolar transistors such as heterojunction bipolar transistors (HBTs).
  • FETs field effect transistors
  • HEMTs high electron mobility transistors
  • HBTs heterojunction bipolar transistors
  • This high frequency device is referred to as a Plaited Signal Ground Manifold Transistor (PSG Manifold Transistor).
  • the plurality of signal inputs having a plurality of gate terminals of the plurality of parallel-connected transistors, the plurality of input-side ground terminals, and the plurality of output-side ground terminals having a plurality of sources (FIG. Emitter terminals) of the plurality of parallel-connected transistors and the plurality of signal outputs with a plurality of drain terminals (or collector terminals) of the plurality of parallel-connected transistors to be electrically connected.
  • FIG. 2 shows a multi-cell transistor with a tapered manifold structure
  • FIG. 6 shows a representation of the input power and output power (in dBm) of a PSG manifold transistor according to the invention
  • Fig. 7 shows a variant of the PSG Manifold transistor with shortened connection structure
  • FIG 8 shows a further embodiment variant of the PSG manifold transistor and a PSG manifold transistor optimized by adjusting the conductor widths of this variant embodiment.
  • Fig. 1 shows a multi-cell transistor of known design with source or ground bridge 3. The propagation direction of the input signal is in all
  • Partial image a) shows an isometric view of the complete multicell transistor.
  • a source bridge 3 extends over a plurality of juxtaposed parallel-connected individual transistors and connects a first ground plane 4a, the source terminals 5 of the individual transistors and a second ground plane 4b.
  • the first ground plane 4 a extends along the signal input 1 and the signal output 2 on the side shown in the sub-illustration on the top left, the second ground surface 4 b on the side shown in the bottom right part of the signal input and output.
  • the second partial image b) shows the ground surfaces 4a, 4b and the entire metallization, which is connected to the ground surfaces 4a, 4b. These are on the one hand the underpasses 6, 7 at the signal input 1 and signal output 2, which serve to suppress unwanted waves.
  • the source connections can be seen under the source bridge 3, which connect the source regions to the source bridge 3 and at the same time serve as pillars for the source bridge 3.
  • Part of Figure c) shows the signal input 1 and all metalizations associated with it, ie the T-shaped distribution structure and the individual gate fingers. 8
  • Part of Figure e) shows a section of the region of the source bridge 3 with the input and output side terminals.
  • subfigure f) is the Source bridge 3 not shown for better illustration. It can clearly be seen that the source regions and the drain regions of the individual transistors of the multi-cell transistor are alternately adjacent to one another, wherein a gate finger 8 lies between each sequence of drain-source and source-drain.
  • the investigations leading to the invention have shown that a significant disadvantage of the T-shaped distribution structure is due to the different distances that must cover the input signals of the respective individual transistors in order to achieve the respective individual transistor.
  • the path from the signal input to the gate of a single transistor becomes longer and longer the farther it is from the center of the multi-cell transistor.
  • the distance over which source terminal 3 supplies a single transistor to the bulk terminal for the source region becomes shorter, the farther the single transistor is removed from the center of the manifold transistor, which improves the uniformity of the distribution of the available input power over the single cells of the multi-cell transistor further deteriorated.
  • the various lengths can be represented as inductances of different sizes, via which the individual cells are connected to the signal input 1 or the ground surfaces 4a, 4b.
  • FIG. 3 shows a plot of the input and output power of a tapered manifold transistor versus the available source power (P SOURCE ) of a radio frequency source.
  • P SOURCE available source power
  • the figure illustrates the lack of uniformity of the distribution of the input power to the three individual transistors of the transistor on the basis of the three divergent input powers P
  • Single low power transistors at the source of the tapered manifold transistor are equal and approximately 10.3 dB.
  • the transistor cell starts with the largest input and saturate output power while the other transistor cells sequentially saturate at higher overall power. This leads firstly to the fact that the total power at about 17 dBm P SOURCE begins to go into saturation. Second, when the total saturation power is reached at about 28 dBm P SOURCE, the transistor cell that first saturates is so far in compression that significant harmonics arise, here on the order of 15 dBm.
  • FIG. 4 shows in four partial illustrations an embodiment of a plaited signal ground (PSG) manifold transistor according to the invention with a signal input 11 and a signal output 12.
  • the PSG manifold transistor has six signal connection conductors 15 and five ground connection conductors 16 on the input side are connected via gate fingers 18 as in the classical multi-cell transistor with the gates of two individual transistors, which are designed as a double transistor with a common drain region.
  • the signal connection conductors 15 are connected to the signal input 11 via signal distribution conductors 17.
  • the two source regions of a dual transistor are each connected to one of the ground connection conductors 16, which are also connected via ground distribution conductor 20 to the ground planes 14a, 14b. Passing across the PSG manifold transistor is a bridge 13 which conductively connects the ground planes 14a, 14b disposed on either side of the PSG manifold transistor.
  • the braided connection structure can clearly be seen in FIG The name "plaited signal ground” is derived and signal and ground leads alternate, and each ground lead 16 is connected to one or both of the ground planes 14a, 14b to provide underpasses at a plurality of locations where a signal conductor The vertical distance between the wiring planes is small, which is why a signal underpass is a capacitive load on the respective supply path, Therefore, the PSG connection structure shown in Fig.
  • Fig. 5 shows a comparison of the current density distribution between the individual transistors of the classical tapered-manifold transistor and the PSG manifold transistor.
  • the magnetic field strength which is directly dependent on the respective current flowing, applied over a cross-sectional line through the manifold transistor.
  • the classical tapered-manifold transistor dashed line
  • the two most isolated single transistors receive a significantly larger proportion of the input power than the individual transistors located further inside.
  • the proportion of the total input power decreases the further inside a single transistor lies.
  • Electromagnetic simulations have shown in the investigations that led to the present invention, that the magnetic Field strength on the outer sides of the signal lead and the Tapered- connection structure due to the proximity to the two ground planes is strongest, so there also flows the main part of the signal current, which is why the outer individual transistors receive a correspondingly a larger proportion of the input power.
  • the maximum for the outer transistors and the minimum for the inner transistors differ by about a factor of 2.5.
  • the solid line shows a much more uniform magnetic field strength distribution compared to the first for the PSG manifold transistor.
  • the maximum for and the minimum differ only by about a factor of 1, 3. In the variant shown here, the maximum is now even in the inner transistor cells.
  • the PSG Manifold can be set so that all cells with virtually identical power components are controlled. As a result, all individual transistors saturate at approximately the same input power, so that distortions can only be expected at higher powers of the PSG manifold transistor. In addition, due to the matched impedances of the individual supply paths and the thus adapted phase shifts, the output signals are superimposed in a better constructive manner, so that a higher total gain is to be expected. Another positive effect has the effect that due to the better current distribution, a relatively larger cross-sectional area of the electrical conductor is utilized for the signal line and therefore the resistance lining of the connection structure is smaller.
  • FIG. 6 is a plot of the input and output power of a PSG manifold transistor versus available source power (P SOURCE ).
  • P SOURCE available source power
  • the resulting harmonics are about 1 O dB lower than the comparison transistor in Fig. 3. It is also to be noted as a particular advantage that the gain of the overall arrangement at about 11, 5 dB by 1, 2 dB higher than the tapered manifold Transistor.
  • the PSG manifold transistor therefore offers higher gain, lower distortion, and higher summed linear output power over prior art multi-cell transistors, making it particularly interesting in radar signal power amplification.
  • the PSG manifold transistor's output power scales better with the number of single transistors than the traditional tapered manifold transistor due to the more uniform distribution of input power to the single transistors. In order to achieve greater output powers, therefore, a large number of individual transistors can be connected in parallel.
  • the two outermost transistors make the largest contribution to the output power and saturate early, while additional, internal transistors only make a small contribution to the output power total output power is low for each further single transistor.
  • the advantages of the PSG manifold transistor over the conventional manifold transistor for a larger number of single transistors connected in parallel in Manifold transistor always larger.
  • FIG. 7 shows in four sub-illustrations a variant embodiment of the PSG manifold transistor with a shortened connection structure. Corresponding elements are indicated in FIG. 7 by the same reference numerals as in FIG. 4, a repetition of a description takes place only where necessary.
  • a manifold transistor a large number of individual transistors can be interconnected.
  • the connection structure becomes deeper, the wider the manifold transistor to be contacted.
  • the individual supply paths have angles of less than ⁇ 135 degrees with respect to the axis of symmetry. The angles can be from ⁇ 135 degrees to ⁇ 90 degrees with respect to the axis of symmetry, which allows for different degrees of shortening of the connection structure.
  • Fig. 8 shows half of a symmetrical multi-cell transistor according to the invention with source bridge 13.
  • Main supply line are electrically connected. Accordingly, it is also possible to couple a larger number of Manifold transistors with terminal structures according to the invention by the
  • Supply lines of the individual Manifold transistors in turn via a Connection structure according to the invention are coupled to the main supply line. This results in a recursive self-similar structure.
  • the input signal is fed to the CPW terminal of the signal input 11.
  • the output is taken via a CPW (not shown) immediately following the drain 19 in its left corner.
  • the picture shows the basic circuit without observing the real dimensions.
  • the circuit is divided into four vertically successive levels.
  • the first level is the lower level, the vertical levels following are counted naturally.
  • the level 3 contains only feedthroughs (vias) 22, which are listed in part c).
  • the lower level 1 is shown in part c). It contains all ground connections, vias 21 to level 2 (signal conductor level) and vias 22 to level 4 (source bridge).
  • the level 2 (signal conductor level) is shown in part b). It contains the ground environment of the coplanar line 14a, the CPW signal conductor terminal 11 with the connected, triangular taper which feeds the gate fingers 18.
  • the ground fingers 23 each contact the top right of the
  • the drain terminal and its fingers 19 are in the same plane.
  • the level 4 contains the source bridge 13.
  • All ground lines and ground feedthroughs are isolated from the gate and drain lines.
  • the PSG connection structure can also be used on any other components transmit, process the signals of high frequencies and seek to achieve an increase in the output power or the maximum allowable current or other parameters by connecting a plurality of similar individual components in parallel.
  • An example of such other components are diodes.

Abstract

A connection structure for a high frequency component equipped with a plurality of signal connections and a plurality of ground connections, and high frequency component thereto. The connection structure has a plurality of signal connecting conductors electrically connected to an inlet line and a plurality of ground connecting conductors electrically connected to a first or to a second, or to the first and to the second ground surface, wherein the plurality of ground connecting conductors and the plurality of signal connecting conductors are arranged side by side so that no two of the plurality of signal connecting conductors are arranged directly side by side.

Description

Plaited-Signal-Manifold-Anschlussstruktur für ein Hochfrequenzbauelement und ein solches Hochfrequenzbauelement Plaited signal manifold connection structure for a high frequency device and such a high frequency device
Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlussstruktur für ein Hochfrequenzbauelement wie z. B. einen Transistor oder eine Diode und ein solches Hochfrequenzbauelement.The present invention relates to a connection structure for a high-frequency component such. B. a transistor or a diode and such a high-frequency component.
Technischer HintergrundTechnical background
Hochfrequenzbauelemente können oft nur eine begrenzte Ausgangsleistung zur Verfügung stellen, die für bestimmte Anwendungsgebiete wie die Radartechnik oder Mobilkommunikationsbasisstationen zu gering sein kann. Deshalb werden häufig mehrere Hochfrequenzbauelemente parallel geschaltet, um eine Ausgangsleistung der Gesamtanordnung zu erhalten, die höher ist als die Ausgangsleistung jedes einzelnen der Hochfrequenzbauelemente. So werden z. B. mehrere Feldeffekttransistoren wie High Electron Mobility Transistoren (HEMTs) oder Bipolartransistoren wie Heterojunction Bipolartransistoren (HBTs) gemeinsam an ein Eingangssignal angeschlossen, um eine größere Ausgangsleistung zu ermöglichen. Gewöhnlich wird dazu eine Sourceschaltung verwendet. Dabei werden die Sources der Transistoren auf Masse und die Gates an das Eingangssignal gelegt. Die Drains der Transistoren bilden dann den Ausgang der Gesamtanordnung (Analoges gilt für Bipolartransistoren). Die Gesamtanordnung wird als „Multizellen-Transistor" bezeichnet. Die Zuleitungsstruktur, die das Signal auf die einzelnen Zellen am Eingang verteilt bzw. am Ausgang zusammenführt wird als „Verteil struktur" (Anschlussstruktur) oder „Man ifold" bezeichnet.High frequency devices often can provide only a limited output power, which may be too low for certain applications such as radar or mobile base stations. Therefore, a plurality of high-frequency components are often connected in parallel to obtain an output of the entire arrangement which is higher than the output of each one of the high-frequency components. So z. For example, multiple field effect transistors such as high electron mobility transistors (HEMTs) or bipolar transistors such as heterojunction bipolar transistors (HBTs) are commonly connected to an input signal to allow greater output power. Usually, a source circuit is used for this purpose. The sources of the transistors are grounded and the gates are connected to the input signal. The drains of the transistors then form the output of the overall arrangement (the same applies to bipolar transistors). The overall arrangement is called a "multi-cell transistor." The feed structure distributes the signal to the individual cells at the input or merge at the output is referred to as "distribution structure" (connection structure) or "Man ifold".
In einem typischen Multizellen-Transistor wird eine Zuführungsleitung als Eingangsleiter für das Eingangssignal zwischen zwei Groundplanes oder Masseflächen verwendet. Dabei liegen der Eingangsleiter und die beiden Masseflächen in einer Verdrahtungsebene und sind zueinander derart lateral beabstandet, dass der Eingangsleiter elektrisch von den beiden Masseflächen, die ihn zu beiden Seiten umgeben, isoliert ist. Die Abstände zwischen den Masseflächen und dem Eingangsleiter werden möglichst konstant gehalten, um gleichmäßige Signalleitungseigenschaften entlang der Ausbreitungsrichtung des Eingangssignals zu gewährleisten. Diese Anordnung wird generell als „Koplanarleitung" oder englisch „Coplanar-Waveguide" (CPW) bezeichnet.In a typical multi-cell transistor, a feed line is used as the input conductor for the input signal between two groundplanes or ground planes. In this case, the input conductor and the two ground planes lie in a wiring plane and are laterally spaced from each other such that the input conductor is electrically isolated from the two ground surfaces surrounding it on both sides. The distances between the ground planes and the input conductor are kept as constant as possible to ensure uniform signal line properties along the propagation direction of the input signal. This arrangement is generally referred to as "coplanar line" or English "coplanar waveguide" (CPW).
Bei einer weiteren typischen Anordnung werden die beiden Masseflächen weggelassen und funktional durch eine Massefläche oder Groundplane auf der Unterseite des Substrats ersetzt. Dabei wird gewöhnlich die gesamte Unterseite des Substrats metallisiert. Diese Anordnung wird als „Mikrostreifenleitung" oder „Microstrip" bezeichnet. Um die Sourceflächen des Transistors an diese Massefläche anzuschließen, wird die Massefläche durch metallisierte Bohrungen durch das Substrat, sogenannte „Vias", an die Oberseite des Substrats geführt.In another typical arrangement, the two ground planes are omitted and functionally replaced by a ground plane or ground plane on the underside of the substrate. Usually, the entire underside of the substrate is metallized. This arrangement is referred to as "microstrip line" or "microstrip". To connect the source surfaces of the transistor to this ground plane, the ground plane is passed through metallized holes through the substrate, so-called "vias", to the top of the substrate.
Die einzelnen Transistoren des Multizellen-Transistors werden quer zur Signalflussrichtung nebeneinander so angeordnet, dass sich jeweils ein Source- und ein Draingebiet abwechseln. Zwischen den Source- und Draingebieten wird dann jeweils eine sich entlang der Ausbreitungsrichtung des Eingangssignals erstreckende mit der Zuführungsleitung verbundene Gateelektrode angeordnet. Diese Gateelektrode bildet zusammen mit dem darunter liegenden Halbleitermaterial und den angrenzenden Drain- und Sourceflächen eine Transistorzelle. Jedes Source- und jedes Draingebiet fungiert dadurch als Source und Drain von zwei Einzeltransistoren des Multizellen-Transistors. Demzufolge kann eine Transistorzelle mit einem Signal- und einem Masseanschluss intern als Doppeltransistor aufgebaut sein, wobei dann innerhalb der Transistorzelle die Gateelektrode zweigeteilt wird.The individual transistors of the multi-cell transistor are arranged side by side transversely to the direction of the signal flow such that a respective source and drain region alternate. Between the source and drain regions, a gate electrode extending along the direction of propagation of the input signal is then arranged in each case, which is connected to the feed line. This gate electrode together with the underlying Semiconductor material and the adjacent drain and source surfaces of a transistor cell. Each source and each drain region thereby acts as the source and drain of two single transistors of the multi-cell transistor. Accordingly, a transistor cell with a signal and a ground terminal can be constructed internally as a double transistor, wherein then the gate electrode is divided into two within the transistor cell.
Die aktiven Gebiete der Einzeltransistoren bilden sich in der Halbleiterschicht unter den Source/Draingebieten aus. Die Stromflussrichtung in den aktiven Gebieten ist quer zur Ausbreitungsrichtung des Eingangssignals. Als Materialien für das aktive Gebiet werden neben Silizium insbesondere für Hochfrequenzanwendungen vorzugsweise Ill-V-Matehalien wie z. B. Galliumarsenid, Galliumnitrid und Indiumphosphid verwendet.The active regions of the single transistors are formed in the semiconductor layer under the source / drain regions. The current flow direction in the active regions is transverse to the propagation direction of the input signal. As materials for the active region, in addition to silicon, in particular for high-frequency applications, preferably III-V matehals, such as, for example, are used. Gallium arsenide, gallium nitride and indium phosphide.
Da der Manifold-Transistor breiter ist als der Eingangsleiter, besteht nun das Problem, dass die außen liegenden Gates des Manifold-Transistors mit dem Eingangsleiter verbunden werden müssen. Dazu werden in vorbekannten Multizellen-Transistoren die T-Struktur, bei der die einzelnen Gates über einen geraden, quer zur Ausbreitungsrichtung des Eingangssignals liegenden Leiter miteinander verbunden werden, oder die Tapered-Manifold-Struktur verwendet, bei der die Anschlussstruktur eine abgeschrägte deltaförmige Form aufweist. Eine entsprechende Anschlussstruktur wird gewöhnlich ausgangsseitig vorgesehen, um die Drainanschlüsse der Einzeltransistoren mit einem Ausgangssignalleiter zu verbinden.Since the manifold transistor is wider than the input conductor, the problem now is that the outer gates of the manifold transistor must be connected to the input conductor. For this purpose, in previously known multi-cell transistors, the T-structure, in which the individual gates are connected to each other via a straight, lying transversely to the direction of propagation of the input signal conductors, or the tapered-manifold structure is used, wherein the connection structure has a tapered delta-shaped form , A corresponding connection structure is usually provided on the output side to connect the drains of the individual transistors to an output signal conductor.
Die Sources des Manifold-Transistors werden in der Sourceschaltung aufThe sources of the manifold transistor are in the source circuit
Masse gelegt und müssen daher mit einer der oder beiden Masseflächen elektrisch verbunden werden. Dazu wird in den vorbekannten Formen desGround and must therefore be electrically connected to one or both ground planes. This is in the previously known forms of
Multizellen-Transistors eine sogenannte Sourcebrücke verwendet, die sich quer zur Ausbreitungsrichtung des Eingangssignals von der ersten Massefläche zur zweiten über die Einzeltransistoren des Manifolds hinweg erstreckt und auf einer höhergelegenen Verdrahtungsebene liegt oder als Luftbrücke realisiert wird.. Bei der Microstripvariante wird die Sourcebrücke durch auf beiden Seiten des Multizellen-Transistors angeordnete metallisierte Bohrungen mit der Massefläche auf der Substratunterseite kontaktiert.Multicell transistor uses a so-called source bridge that transversely extends to the propagation direction of the input signal from the first ground plane to the second across the individual transistors of the manifold and is on a higher wiring level or is realized as an air bridge. In the microstrip variant, the source bridge is arranged on both sides of the multi-cell transistor metallized holes with the ground plane contacted on the substrate bottom.
Es hat sich nun gezeigt, dass die tatsächlich am Ausgang eines Multizellen- Transistors zur Verfügung stehende Leistung nicht linear mit der Anzahl der Einzeltransistoren des Manifold-Transistors steigt. Stattdessen wird die Zunahme der Ausgangsleistung für jeden weiteren Einzeltransistor immer geringer. Ebenso nehmen die Verstärkung und die Grenzfrequenz des Multizellen-Transistors mit zunehmender Zellenanzahl ab. Demzufolge kann die erzielbare maximale Ausgangsleistung durch Verwendung mehrerer parallelgeschalteter Transistorzellen nicht über ein gewisses Maß hinaus gesteigert werden. Genauso können auch andere Hochfrequenzbauelemente nicht in beliebigem Maß parallelgeschaltet werden, um die Ausgangsleistung der Gesamtanordnung zu erhöhen.It has now been found that the actual power available at the output of a multi-cell transistor does not increase linearly with the number of individual transistors of the manifold transistor. Instead, the increase in output power for each additional single transistor becomes smaller and smaller. Likewise, the gain and the cut-off frequency of the multi-cell transistor decrease as the number of cells increases. As a result, the achievable maximum output power can not be increased beyond a certain extent by using a plurality of parallel-connected transistor cells. Likewise, other high frequency components can not be connected in parallel to any degree to increase the output power of the overall arrangement.
Daher ist es ein Ziel der Erfindung, eine Anschlussstruktur für ein Hochfrequenzbauelement einzuführen, die ein besseres Skalieren der Ausgangsleistung mit der Anzahl von parallelgeschalteten Hochfrequenzeinzelbauelementen gewährleistet. Außerdem ist es ein Ziel der Erfindung, ein solches verbessertes, eine Mehrzahl von parallelgeschalteten Hochfrequenzeinzelbauelementen umfassendes Hochfrequenzbauelement einzuführen, das gegenüber der klassischen T-förmigen oder deltaförmigen Verteilstruktur eine geringere Abnahme der Verstärkung und Grenzfrequenz mit zunehmender Zellenzahl und dadurch auch eine verbesserte Linearität aufweist. Zusammenfassung der ErfindungTherefore, it is an object of the invention to provide a high frequency device connection structure which ensures a better scaling of the output power with the number of high frequency single elements in parallel. In addition, it is an object of the invention to introduce such an improved high-frequency component comprising a plurality of parallel-connected high-frequency elements which has a smaller decrease in gain and cut-off frequency with increasing cell number and thereby also improved linearity over the classical T-shaped or delta shaped distribution structure. Summary of the invention
Teil der technischen Lehre der Erfindung ist, dass ein besseres Skalieren der Ausgangsleistung mit der Anzahl von parallelgeschalteten Hochfrequenzeinzelbauelementen erreicht werden kann, indem die zur Verfügung stehende Eingangsleistung möglichst gleichmäßig auf die parallelgeschalteten Hochfrequenzeinzelbauelemente verteilt wird. Außerdem ist es erstrebenswert, die Impedanzen und Phasenwinkel der einzelnen Anschlusswege von der Zuführungsleitung zu den einzelnen Hochfrequenzeinzelbauelemente einander anzugleichen.It is part of the technical teaching of the invention that a better scaling of the output power can be achieved with the number of parallel-connected high-frequency individual components by distributing the available input power as evenly as possible to the parallel-connected high-frequency individual components. In addition, it is desirable to match the impedances and phase angles of the individual connection paths from the supply line to the individual high-frequency unit components.
Ein erster Aspekt der Erfindung sieht demgemäß eine Anschlussstruktur für ein mit einer Mehrzahl von Signalanschlüssen und einer Mehrzahl von Massenanschlüssen ausgestattetes Hochfrequenzbauelement vor. Die Anschlussstruktur umfasst wenigstens einen Kontaktbereich, einen Anschlussbereich, eine Zuführungsleitung, eine erste Massefläche und eine Mehrzahl von mit der Zuführungsleitung elektrisch verbundenen streifenförmigen Signalanschlussleitern. Im Kontaktbereich ist eine Mehrzahl von Kontakten in einer ersten Richtung nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnet. Der Anschlussbereich schließt sich dem Kontaktbereich in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung an. Die Zuführungsleitung besitzt eine Richtungskomponente entlang der zweiten Richtung. Die Längserstreckungsrichtung jedes Signalanschlussleiters im Anschlussbereich weist eine Richtungskomponente entlang der zweiten Richtung auf. Erfindungsgemäß weist die Anschlussstruktur eine Mehrzahl von mit der ersten Massefläche elektrisch verbundenen streifenförmigen Masseanschlussleitern auf. Hierbei weist die Längserstreckungsrichtung jedes Masseanschlussleiters in dem Anschlussbereich eine Richtungskomponente entlang der zweiten Richtung auf. Die Mehrzahl von Masseanschlussleitern und die Mehrzahl von Signalanschlussleitern sind in dem Anschlussbereich in einer Projektion auf eine von der ersten und der zweiten Richtung aufgespannten Ebene (Projektionsebene) nebeneinander angeordnet. „Projektion" bedeutet hierbei eine einfache nichtverzerrende Draufsicht, bei der die Höhenkomponente der Anordnung entfällt. Erfindungsgemäß sind keine zwei der Mehrzahl von Signalanschlussleitern direkt nebeneinander angeordnet. Dies bedeutet, dass zwischen jedem direkt benachbarten Paar der Mehrzahl von Signalanschlussleitern wenigstens einer der Mehrzahl von Masseanschlussleitern angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass eine solche Anschlussstruktur die an den Signaleingängen derA first aspect of the invention accordingly provides a connection structure for a high-frequency component equipped with a plurality of signal terminals and a plurality of ground terminals. The connection structure comprises at least one contact region, a connection region, a supply line, a first ground plane and a plurality of strip-shaped signal connection conductors which are electrically connected to the supply line. In the contact region, a plurality of contacts in a first direction next to each other and spaced from each other. The connection region adjoins the contact region in a second direction perpendicular to the first direction. The feed line has a directional component along the second direction. The longitudinal extension direction of each signal connection conductor in the connection region has a directional component along the second direction. According to the invention, the connection structure has a plurality of strip-shaped ground connection conductors which are electrically connected to the first ground plane. In this case, the longitudinal extension direction of each ground connection conductor in the connection region has a directional component along the second direction. The plurality of grounding conductors and the plurality of signal connection conductors are arranged side by side in the connection region in a projection in a plane spanned by the first and the second direction (projection plane). According to the invention, no two of the plurality of signal connection conductors are arranged directly next to each other, meaning that at least one of the plurality of ground connection conductors is arranged between each directly adjacent pair of the plurality of signal connection conductors It has been found that such a connection structure is the one at the signal inputs of the
Hochfrequenzeinzelbauelemente zur Verfügung stehende Eingangsleistung besonders gleichmäßig auf die Hochfrequenzeinzelbauelemente verteilt.High frequency individual elements available input power particularly evenly distributed to the high-frequency single elements.
Die Signalflussrichtung verläuft in der zweiten Richtung, wenn die Anschlussstruktur ausgangsseitig angeschlossen wird, und der zweiten Richtung entgegengesetzt, wenn die Anschlussstruktur eingangsseitig angeschlossen wird.The signal flow direction is in the second direction when the terminal structure is connected on the output side, and opposite to the second direction when the terminal structure is connected on the input side.
Der Kontaktbereich weist eine Mehrzahl von Kontakten auf, welche bevorzugt auf einer in der ersten Richtung verlaufenden Geraden angeordnet sind. Dementsprechend wird der Kontaktbereich durch die zum Anschluss von Masse und Signal vorgesehenen Kontakte als der Bereich, in dem diese Kontakte liegen, definiert.The contact region has a plurality of contacts, which are preferably arranged on a straight line extending in the first direction. Accordingly, the contact area is defined by the contacts provided for connection of ground and signal as the area in which these contacts are located.
Neben dem Kontaktbereich in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung ist der Anschlussbereich angeordnet, in dem die Signal- und Masseanschlussleiter verlaufen.. Die Masseanschlussleiter verlaufen im Anschlussbereich dergestalt, dass sie keinen Signalanschluss- oder - Verteilungsleiter kreuzen. Ebenso verlaufen die Signalanschlussleiter im Anschlussbereich so, dass sie keinen Masseanschluss- oder -Verteilungsleiter kreuzen.In addition to the contact region in a second direction perpendicular to the first direction, the connection region is arranged in which the signal and ground connection conductors extend. The ground connection conductors run in the connection region in such a way that they do not intersect any signal connection or distribution conductor. Likewise, the signal conductors run in the Connection area so that they do not cross a ground connection or distribution conductor.
Die Tatsache, dass die Masseanschlussleiter in dem neben demThe fact that the grounding conductor in the next to the
Kontaktbereich liegenden Anschlussbereich verlaufen, unterscheidet den Erfindungsgegenstand vom Stand der Technik, wo die Massezuleitung gewöhnlich einzig über eine in der ersten Richtung verlaufende Sourcebrücke vorgenommen wird, welche die zum Masseanschluss vorgesehenen Kontakte in der Vertikalen kontaktiert. Gemäß der Erfindung wird die Zuleitung der Masse jedoch ebenso wie die Zuleitung des Signals aus dem neben dem Kontaktbereich gelegenen Anschlussbereich und somit mit einerArea of contact lying lying range, the subject invention differs from the prior art, where the ground line is usually made only on a first-direction extending source bridge, which contacts the provided for ground terminal contacts in the vertical. According to the invention, however, the supply line of the mass as well as the supply of the signal from the adjoining the contact area terminal area and thus with a
Richtungskomponente in oder entgegen der zweiten Richtung vorgenommen.Direction component made in or against the second direction.
In bevorzugten Ausführungen der Erfindung sind die Signalanschlussleiter mit der Zuführungsleitung über eine Mehrzahl von Signalverteilungsleiter elektrisch verbunden. Ebenfalls bevorzugt erfolgt die elektrische Verbindung der Masseanschlussleiter mit der ersten und ggf. der zweiten Massefläche (siehe unten) über eine Mehrzahl von Masseverteilungsleitern. Diese Signal- bzw. Masseverteilungsleiter können Verzweigungen und Unterführungen aufweisen.In preferred embodiments of the invention, the signal connection conductors are electrically connected to the supply line via a plurality of signal distribution conductors. Likewise preferably, the electrical connection of the ground connection conductors to the first and possibly the second ground plane (see below) takes place via a plurality of ground distribution conductors. These signal or ground distribution conductors may include branches and underpasses.
Unter eine Unterführung ist folgendes zu verstehen: bei der Projektion der Signal- und Masseverteilungsleiter auf die Projektionsebene kreuzen sich die in verschiedenen Abständen (Höhen) zur Projektionsebene verlaufenden und einander nicht kontaktierenden Signal- und Masseverteilungsleiter im Bereich der Unterführung. Dabei ist es unerheblich, ob der jeweilige Signalverteilungsleiter oder der jeweilige Masseverteilungsleiter im Bereich der Unterführung einen größeren oder geringeren Abstand zur Projektionsebene aufweist. Die Anschlussstruktur kann in einer Coplanar-Waveguide-Variante ausgeführt werden, bei der die Zuführungsleitung über eine mit der Mehrzahl von Masseanschlussleitern elektrisch verbundene zweite Massefläche verfügt und die erste und die zweite Massefläche auf jeweils gegenüberliegenden Seiten neben der Zuführungsleitung und zu dieser beabstandet angeordnet sind.An underpass means the following: in the projection of the signal and ground distribution conductors onto the projection plane, the signal and ground distribution conductors running at different distances (heights) to the projection plane and not contacting each other intersect in the area of the underpass. It is irrelevant whether the respective signal distribution conductor or the respective ground distribution conductor in the region of the underpass has a greater or lesser distance from the projection plane. The connection structure may be implemented in a coplanar waveguide variant, in which the supply line has a second ground area electrically connected to the plurality of ground connection conductors, and the first and second ground areas are arranged on respectively opposite sides next to the supply line and spaced therefrom.
Alternativ kann die Anschlussstruktur als Microstrip-Variante ausgeführt werden, bei der die Zuführungsleitung auf einer Oberseite eines Substrates und die erste Massefläche auf einer Unterseite eines Substrates angeordnet sind.Alternatively, the connection structure may be embodied as a microstrip variant, in which the supply line is arranged on an upper side of a substrate and the first ground surface is arranged on an underside of a substrate.
Die Anschlussstruktur kann zusätzlich so ausgebildet sein, dass die Mehrzahl von Masseanschlussleitern und die Mehrzahl von Signalanschlussleitern zwischen der ersten Massefläche und der zweiten Massefläche außerdem nebeneinander so angeordnet sind, dass keine zwei der Mehrzahl von Masseanschlussleiter direkt nebeneinander angeordnet sind.The connection structure may additionally be configured such that the plurality of ground connection conductors and the plurality of signal connection conductors between the first ground plane and the second ground plane are also arranged next to one another so that no two of the plurality of ground connection conductors are arranged directly next to one another.
In einer bevorzugten Coplanar-Waveguide-Variante umfassen die Mehrzahl von Signalanschlussleitern eine Gesamtzahl n1 von Signalanschlussleitern und dieIn a preferred coplanar waveguide variant, the plurality of signal connection conductors comprise a total number n1 of signal connection conductors and the
Mehrzahl von Masseanschlussleitern eine Gesamtzahl m1 vonPlurality of grounding conductors a total number m1 of
Masseanschlussleitern, wobei die Gesamtzahl n1 von Signalanschlussleitern um eins größer ist als die Gesamtzahl m1 von Masseanschlussleitern.Grounding conductors, wherein the total number n1 of signal conductors is one greater than the total number m1 of grounding conductors.
Besonders bevorzugt wird diese Anschlussstruktur mit der zuvorgenannten Ausführungsformen kombiniert, so dass sich Signalanschlussleiter undParticularly preferably, this connection structure is combined with the aforementioned embodiments so that signal connection conductors and
Masseanschlussleiter miteinander derart abwechseln, dass jederAlternate grounding conductors with each other such that each
Masseanschlussleiter direkt zwischen zwei Signalanschlussleitern und jederGround connection conductor directly between two signal conductors and each
Signalanschlussleiter direkt zwischen zwei Masseanschlussleitern angeordnet ist. Ausnahmen von dieser Regel bilden lediglich die beiden zu äußerst angeordneten Signalanschlussleiter, die auf ihrer innenliegenden Seite direkt neben einem Masseanschlussleiter und auf ihrer außenliegenden Seite direkt neben einer der beiden Masseflächen angeordnet sind.Signal conductor is arranged directly between two ground connection conductors. Exceptions to this rule are only the two extremely arranged signal connection conductors, which are directly on their inner side next to a ground connection conductor and on its outer side are arranged next to one of the two ground planes.
Bei der Microstrip-Variante umfassen die Mehrzahl von Signalanschlussleitern bevorzugt eine Gesamtzahl n2 von Signalanschlussleitern und die Mehrzahl von Masseanschlussleitern eine Gesamtzahl m2 von Masseanschlussleitern, wobei die Gesamtzahl n2 von Signalanschlussleitern um eins kleiner ist als die Gesamtzahl m2 von Masseanschlussleitern. Auch hier können sich Signalanschlussleiter und Masseanschlussleiter derart miteinander abwechseln, dass jeder Masseanschlussleiter direkt zwischen zwei Signalanschlussleitern und jeder Signalanschlussleiter direkt zwischen zwei Masseanschlussleitern angeordnet ist. Da bei der Microstrip-Variante keine in derselben Ebene wie die Zuführungsleitung liegende Masseebenen vorgesehen sind, sind dann die zu äußerst angeordneten Signalanschlussleiter jeweils zu beiden Seiten direkt neben einem der Masseanschlussleiter angeordnet.In the microstrip variant, the plurality of signal connection conductors preferably comprise a total number n2 of signal connection conductors and the plurality of ground connection conductors have a total number m2 of ground connection conductors, wherein the total number n2 of signal connection conductors is one less than the total number m2 of ground connection conductors. Here, too, signal connection conductors and ground connection conductors can alternate with one another such that each ground connection conductor is arranged directly between two signal connection conductors and each signal connection conductor directly between two ground connection conductors. Since no ground planes lying in the same plane as the feed line are provided in the microstrip variant, then the signal feed conductors arranged too highly are each arranged on both sides directly next to one of the ground connection conductors.
Besonders bevorzugt ist die Anschlussstruktur symmetrisch entlang einer in der zweiten Richtung verlaufenden Symmetrieachse ausgebildet. Dadurch erhält ein Hochfrequenzeinzelbauelement den gleichen Anteil der zur gesamten zur Verfügung stehenden Eingangsleistung wie ein symmetrisch zur Symmetrieachse angeordnetes anderes Hochfrequenzeinzelbauelement, was eine insgesamt gleichmäßigere Verteilung der Eingangsleistung bewirkt.Particularly preferably, the connection structure is formed symmetrically along an axis of symmetry extending in the second direction. As a result, a high-frequency unit component receives the same proportion of the total available input power as another high-frequency unit element arranged symmetrically with respect to the symmetry axis, which results in an overall more uniform distribution of the input power.
Bevorzugt weisen die Signalanschlussleiter keine Richtungskomponente in der ersten Richtung auf, so dass die Signalanschlussleiter senkrecht zur ersten Richtung, in welcher die Kontakte nebeneinander angeordnet sind, verlaufen. Die Signalanschlussleiter sind dann als in der zweiten Richtung verlaufende Metallstreifen ausgebildet. Ebenso weisen auch die Masseanschlussleiter bevorzugt keine Richtungskomponente in der ersten Richtung auf. Die Signalanschlussleiter und die Masseanschlussleiter können in einer Ebene angeordnet sein. Dabei ist es möglich, aber nicht erforderlich, dass sowohl Signalanschlussleiter als auch Masseanschlussleiter in derselben Ebene liegen. Viel mehr ist es vorstellbar, dass die Signalanschlussleiter in einer ersten Ebene angeordnet sind und die Masseanschlussleiter in einer zweiten, über oder unter der ersten Ebene liegenden Ebene angeordnet sind. Die erste und die zweite Ebene sind dann bevorzugt parallel zueinander.The signal connection conductors preferably have no direction component in the first direction, so that the signal connection conductors run perpendicular to the first direction in which the contacts are arranged next to one another. The signal connection conductors are then designed as metal strips running in the second direction. Likewise, the ground connection conductors preferably also have no direction component in the first direction. The signal connection conductors and the ground connection conductors can be arranged in one plane. It is possible, but not required, for both signal connection conductors and ground connection conductors to lie in the same plane. It is much more conceivable that the signal connection conductors are arranged in a first plane and the ground connection conductors are arranged in a second plane lying above or below the first plane. The first and second planes are then preferably parallel to each other.
Werden die Signalanschlussleiter und Masseanschlussleiter in unterschiedlichen Abständen (Höhen) von der Projektionsebene angeordnet, ist es auch möglich, dass sich die auf die Projektionsebene projizierten Signalanschlussleiter und Masseanschlussleiter in der Projektion teilweise überlappen. „Nebeneinander" oder „benachbart" angeordnet bedeutet daher, dass die Flächenschwerpunkte der Querschnitte der Signalanschlussleiter und/oder der Masseanschlussleiter bei der obenerwähnten Projektion nebeneinander angeordnet sind. Der Begriff „zwischen" ist im Rahmen der Erfindung abgeleitet von der Definition von „nebeneinander" so zu verstehen, dass die auf die Projektionsebene projizierten Schwerpunkte der Querschnittsflächen des zwischen zwei Elementen liegenden Elementes und der zwei Elemente in der Projektionsebene nebeneinander angeordnet sind.If the signal connection conductors and ground connection conductors are arranged at different distances (heights) from the projection plane, it is also possible that the signal connection conductors and ground connection conductors projected onto the projection plane partially overlap in the projection. Therefore, "juxtaposed" or "adjacent" arranged means that the centroids of the cross sections of the signal connection conductors and / or the ground connection conductors are arranged next to one another in the above-mentioned projection. In the context of the invention, the term "between" is derived from the definition of "next to one another" in such a way that the focal points of the cross-sectional areas projected on the projection plane of the element lying between two elements and the two elements in the projection plane are arranged side by side.
Jedes Hochfrequenzeinzelbauelement setzt im Betrieb eine Verlustleistung in Wärme um, welche über das Substrat oder über die Source- bzw. Emitter- Brücke (z. B. bei Flip-Chip Montage) abgeleitet werden muss. Da durch die Überlagerung der Verlustleistung der Zellen die thermische Belastung des Substrates in der Umgebung eines innenliegenden Hochfrequenzeinzelbauelements größer ist als der der Umgebung eines außenliegenden Hochfrequenzeinzelbauelements, kann die entstehende maximale Temperatur verringert werden, indem die flächenbezogene Verlustleistungsdichte zum Zentrum des Hochfrequenzbauelements verringert wird. Dies geschieht in dieser Ausführungsvariante, indem die Abstände zwischen benachbarten Hochfrequenzeinzelbauelementen zum Zentrum des Hochfrequenzbauelements hin vergrößert werden. In einer vorteilhaften Variante der Anschlussstruktur kann ein erster Abstand eines zweiten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem dem zweiten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern direkt benachbarten dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern größer sein als ein zweiter Abstand des dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem dem dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern direkt benachbarten vierten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern. Ein dritter Abstand des vierten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einer in der zweiten Richtung verlaufenden Symmetrieachse ist dann größer als ein vierter Abstand des dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu der Symmetrieachse. Diese Variante erlaubt den Anschluss eines Hochfrequenzbauelements bei dem die Abstände zwischen innenliegenden Hochfrequenzeinzelbauelementen größer sind als solche zwischen außenliegenden Hochfrequenzeinzelbauelementen.In operation, each radio frequency single element converts power dissipation into heat which must be dissipated across the substrate or via the source or emitter bridge (eg, in flip-chip mounting). Since the superposition of the power loss of the cells, the thermal load of the substrate in the environment of an internal high-frequency single element is greater than that of the environment of an external high-frequency single element, the resulting maximum temperature can be reduced by the area-related Power loss density is reduced to the center of the high-frequency device. This is done in this embodiment, by increasing the distances between adjacent high-frequency individual components to the center of the high-frequency component out. In an advantageous variant of the connection structure, a first distance of a second of the plurality of signal connection conductors to a third of the plurality of signal connection conductors immediately adjacent to the second of the plurality of signal connection conductors may be greater than a second distance of the third of the plurality of signal connection conductors to one of the third of the plurality of signal terminals Signal conductors directly adjacent fourth of the plurality of signal conductors. A third distance of the fourth of the plurality of signal connection conductors to an axis of symmetry extending in the second direction is then greater than a fourth distance of the third of the plurality of signal connection conductors to the axis of symmetry. This variant allows the connection of a high-frequency component in which the distances between internal high-frequency individual elements are greater than those between external high-frequency individual elements.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass die Verteilung der zur Verfügung stehenden Eingangsleistung auf die einzelnen parallelgeschalteten Hochfrequenzeinzelbauelemente beeinflusst werden kann, indem die Breiten der einzelnen Signalanschlussleiter und/oder die Breiten der zwischen den einzelnen Signalanschlussleitern liegenden Masseanschlussleiter sowie die Abstände zwischen den direkt nebeneinander liegenden Signal- und Masseanschlussleitern variiert werden. So führt eine Verringerung der Breite eines Signalanschlussleiters relativ zur Breite der anderen Signalanschlussleiter dazu, dass dem mit dem Signalanschlussleiter verringerter Breite verbundenen Hochfrequenzeinzelbauelement ein verringerter Anteil der zur Verfügung stehenden Eingangsleistung zugeleitet wird. Der gleiche Effekt kann für ein mit einem Masseanschlussleiter verbundenes Hochfrequenzeinzelbauelement erzielt werden, wenn die Breite eines Masseanschlussleiters verringert oder der Abstand zwischen einem Signalanschlussleiter und einem direkt daneben angeordneten Masseanschlussleiter vergrößert wird.The invention includes the realization that the distribution of the available input power to the individual high-frequency individual components connected in parallel can be influenced by the widths of the individual signal connection conductors and / or the widths of the ground connection conductors lying between the individual signal connection conductors and the distances between the directly adjacent ones Signal and ground connection conductors are varied. Thus, reducing the width of a signal conductor relative to the width of the other signal conductors results in a reduced portion of the high frequency component connected to the signal conductor of reduced width is supplied to the stationary input power. The same effect can be achieved for a high frequency single element device connected to a ground lead when the width of a ground lead is reduced or the distance between a signal lead and a ground lead disposed directly adjacent thereto is increased.
Demzufolge weisen bei einer Ausführungsvariante der Anschlussstruktur ein fünfter der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem direkt benachbarten zweiten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern einen fünften Abstand und ein sechster der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem direkt benachbarten dritten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern einen sechsten, vom fünften Abstand verschiedenen Abstand auf.Accordingly, in one embodiment of the terminal structure, a fifth of the plurality of signal conductors to a directly adjacent second of the plurality of grounding conductors has a fifth spacing and a sixth of the plurality of signal conductors to a directly adjacent third of the plurality of grounding conductors has a sixth spacing different from the fifth spacing ,
Alternativ oder zusätzlich kann sich eine erste Breite eines siebten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern von einer zweiten Breite eines achten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern unterscheiden.Alternatively or additionally, a first width of a seventh of the plurality of signal connection conductors may differ from a second width of an eighth of the plurality of signal connection conductors.
Wiederum alternativ oder zusätzlich kann sich eine dritte Breite eines vierten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern von einer vierten Breite eines fünften der Mehrzahl von Masseanschlussleitern unterscheiden.Again alternatively or additionally, a third width of a fourth of the plurality of ground connection conductors may differ from a fourth width of a fifth of the plurality of ground connection conductors.
Um die Masseanschlussleiter mit der ersten und/oder der zweiten Massefläche zu verbinden, kann es notwendig sein, Unterführungen vorzusehen, bei denen ein Masseanschlussleiter über oder unter einem Signalanschlussleiter durchgeführt wird. Um die Impedanzen der einzelnen Anschlusswege von der Zuführungsleitung zu den einzelnen Hochfrequenzeinzelbauelemente sowie die auf diesen entstehenden Phasenverschiebungen einander anzugleichen, sieht eine besonders bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Anschlussstruktur eine Mehrzahl von Signalunterführungen vor, wobei in einem jeden Zuleitungsweg von der Zuführungsleitung zu jedem der Mehrzahl von Signalanschlussleitern dieselbe Anzahl von Signalunterführungen der Mehrzahl von Signalunterführungen angeordnet ist.In order to connect the ground connection conductors to the first and / or the second ground plane, it may be necessary to provide underpasses in which a ground connection conductor is carried out above or below a signal connection conductor. In order to equalize the impedances of the individual connection paths from the supply line to the individual high-frequency individual components and the phase shifts arising therefrom, a particularly preferred embodiment of the connection structure according to the invention provides a plurality of signal undercuts, wherein in one each supply path from the supply line to each of the plurality of signal conductors is arranged the same number of signal sub-paths of the plurality of signal sub-conductors.
Um entlang des Verlaufs eines Signalanschlussleiters gleichbleibende Signalausbreitungsbedingungen zu ermöglichen, unterscheidet sich bei einer Ausführungsform der Erfindung eine erste Länge eines ersten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern um weniger als 20 Prozent von einer zweiten Länge eines direkt neben dem ersten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern angeordneten ersten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern. Der erste der Mehrzahl von Signalanschlussleitern und der erste der Mehrzahl von Masseanschlussleitern bilden hierbei ein Anschlusspaar. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn die Abweichung weniger als 10 Prozent beträgt oder die erste Länge des ersten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern der zweiten Länge des ersten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern sogar gleicht.In one embodiment of the invention, to enable consistent signal propagation conditions along the path of a signal conductor, a first length of a first of the plurality of signal conductors differs by less than 20 percent from a second length of a first one of the plurality of signal conductors directly adjacent to the first of the plurality of signal conductors grounding conductors. The first of the plurality of signal connection conductors and the first of the plurality of ground connection conductors form a connection pair. A further improvement may be achieved if the deviation is less than 10 percent, or even equal to the first length of the first of the plurality of signal leads of the second length of the first one of the plurality of ground lead conductors.
Um eine besonders gleichmäßige Verteilung der zur Verfügung stehenden Eingangsleistung auf die Hochfrequenzeinzelbauelemente zu gewährleisten, unterscheidet sich die erste Länge jedes einzelnen der Mehrzahl von Signalanschlussleitern bei einer vorteilhaften Ausführung der Anschlussstruktur um weniger als 20 Prozent von der zweiten Länge eines direkt neben dem jeweiligen einzelnen der Mehrzahl von Signalanschlussleitern angeordneten Masseanschlussleiters der Mehrzahl von Masseanschlussleitern. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn die Abweichung weniger als 10 Prozent beträgt oder die erste Länge jedes einzelnen der Mehrzahl von Signalanschlussleitern der zweiten Länge des direkt neben dem jeweiligen einzelnen der Mehrzahl von Signalanschlussleitern angeordneten Masseanschlussleiters der Mehrzahl von Masseanschlussleitern gleicht. In einer Ausführungsform kann sich die erste Länge eines jeden der Mehrzahl von Signalanschlussleitern um weniger als 20 Prozent oder um weniger als 10 Prozent von der zweiten Länge eines jeden der Mehrzahl von Masseanschlussleitern unterscheiden. Auch ist eine Ausführungsform vorgesehen, bei der die erste Länge eines jeden der Mehrzahl von Signalanschlussleitern der zweiten Länge eines jeden der Mehrzahl von Masseanschlussleitern gleicht.In order to ensure a particularly uniform distribution of the available input power to the high-frequency individual components, the first length of each one of the plurality of signal connection conductors differs in an advantageous embodiment of the connection structure by less than 20 percent of the second length of one immediately adjacent to the respective one of the plurality grounding conductor of signal conductors arranged in the plurality of grounding conductors. A further improvement may be achieved if the deviation is less than 10 percent, or the first length of each of the plurality of signal leads of the second length of the ground lead disposed adjacent to each one of the plurality of signal leads is equal to the plurality of ground lead conductors. In an embodiment, the first length of each of the plurality of signal conductors may differ by less than 20 percent or less than 10 percent from the second length of each of the plurality of ground conductors. Also, an embodiment is provided in which the first length of each of the plurality of signal leads equals the second length of each of the plurality of ground lead conductors.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung führt ein Hochfrequenzbauelement mit einer Mehrzahl von Signaleingängen und einer Mehrzahl von eingangsseitigen Masseanschlüssen ein, bei dem die Mehrzahl von Signaleingängen und die Mehrzahl von eingangsseitigen Masseanschlüssen nebeneinander so angeordnet sind, dass keine zwei der Mehrzahl von Signaleingängen direkt nebeneinander angeordnet sind. Das Hochfrequenzbauelement umfasst eine mit der Mehrzahl von Signaleingängen und der Mehrzahl von eingangsseitigen Masseanschlüssen über die im Kontaktbereich liegenden Kontakte elektrisch verbundene eingangsseitige Anschlussstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.A second aspect of the present invention introduces a high frequency device having a plurality of signal inputs and a plurality of input side ground terminals, wherein the plurality of signal inputs and the plurality of input side ground terminals are juxtaposed so that no two of the plurality of signal inputs are directly juxtaposed , The high-frequency component comprises an input-side connection structure electrically connected to the plurality of signal inputs and the plurality of input-side ground connections via the contacts lying in the contact region according to the first aspect of the invention.
Das Hochfrequenzbauelement kann über eine Mehrzahl von Signalausgängen und eine Mehrzahl von ausgansseitigen Masseanschlüssen verfügen, wobei die Mehrzahl von Signalausgängen und die Mehrzahl von ausgansseitigen Masseanschlüssen nebeneinander so angeordnet sind, dass keine zwei der Mehrzahl von Signalausgängen direkt nebeneinander angeordnet sind. Das Hochfrequenzbauelement besitzt in diesem Fall eine mit der Mehrzahl von Signalausgängen und der Mehrzahl von ausgangsseitigen Masseanschlüssen über die im Kontaktbereich liegenden Kontakte elektrisch verbundene ausgansseitige Anschlussstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Dabei kann die erste Massefläche der zweiten Anschlussstruktur elektrisch mit der ersten Massefläche der ersten Anschlussstruktur verbunden oder mit dieser identisch sein. Genauso kann dann die zweite Massefläche der zweiten Anschlussstruktur elektrisch mit der zweiten Massefläche der ersten Anschlussstruktur verbunden oder mit dieser identisch sein.The high-frequency device may have a plurality of signal outputs and a plurality of output-side ground terminals, wherein the plurality of signal outputs and the plurality of output-side ground terminals are juxtaposed so that no two of the plurality of signal outputs are directly juxtaposed. In this case, the high-frequency component has an output-side connection structure which is electrically connected to the plurality of signal outputs and the plurality of output-side ground connections via the contacts lying in the contact region according to the first aspect of the invention. In this case, the first ground plane of the second connection structure can be electrically connected be connected to the first ground plane of the first connection structure or be identical to this. Likewise, the second ground plane of the second connection structure can then be electrically connected to or identical to the second ground plane of the first connection structure.
Das Hochfrequenzbauelement umfasst besonders bevorzugt eine Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren, insbesondere von Feldeffekt-Transistoren (FETs) wie High Electron Mobility Transistoren (HEMTs) oder von Bipolartransistoren wie Heterojunction Bipolartransistoren (HBTs). Dieses Hochfrequenzbauelement wird als „Plaited-Signal-Ground-Manifold-Transistor" (PSG-Manifold-Transistor) bezeichnet.The high-frequency component particularly preferably comprises a plurality of transistors connected in parallel, in particular of field effect transistors (FETs) such as high electron mobility transistors (HEMTs) or of bipolar transistors such as heterojunction bipolar transistors (HBTs). This high frequency device is referred to as a Plaited Signal Ground Manifold Transistor (PSG Manifold Transistor).
Bei dem Hochfrequenzbauelement kann in diesem Fall für den Betrieb in Sourceschaltung bzw. Emitterschaltung die Mehrzahl von Signaleingängen mit einer Mehrzahl von Gateanschlüssen bzw. Basisanschlüssen der Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren, die Mehrzahl von eingansseitigen Masseanschlüssen und die Mehrzahl von ausgansseitigen Masseanschlüssen mit einer Mehrzahl von Sourceanschlüssen (bzw. Emitteranschlüssen) der Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren und die Mehrzahl von Signalausgängen mit einer Mehrzahl von Drainanschlüssen (bzw. Kollektoranschlüssen) der Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren elektrisch verbunden sein.In the high-frequency device, in this case, for operation in a source circuit, the plurality of signal inputs having a plurality of gate terminals of the plurality of parallel-connected transistors, the plurality of input-side ground terminals, and the plurality of output-side ground terminals having a plurality of sources (FIG. Emitter terminals) of the plurality of parallel-connected transistors and the plurality of signal outputs with a plurality of drain terminals (or collector terminals) of the plurality of parallel-connected transistors to be electrically connected.
Kurzbeschreibung der AbbildungenBrief description of the pictures
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Multizellen-Transistor bekannter Bauart mit Sourcebrücke,The invention will be explained in more detail with reference to illustrations of exemplary embodiments. Show it: 1 shows a multi-cell transistor of known design with source bridge,
Fig. 2 ein Multizellen-Transistor mit Tapered-Manifold-Struktur,FIG. 2 shows a multi-cell transistor with a tapered manifold structure, FIG.
Fig. 3 eine Darstellung der Eingangsleistung und Ausgangsleistung (in dBm) eines klassischen Multizellen-Transistors,3 is a representation of the input power and output power (in dBm) of a classical multi-cell transistor,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen PSG-Manifold- Transistors,4 shows an embodiment of a PSG manifold transistor according to the invention,
Fig. 5 einen Vergleich der Stromdichteverteilung zwischen den Einzeltransistoren des klassischen Manifold-Transistors und des PSG-Manifold- Transistors,5 shows a comparison of the current density distribution between the individual transistors of the conventional manifold transistor and of the PSG manifold transistor,
Fig. 6 eine Darstellung der Eingangsleistung und Ausgangsleistung (in dBm) eines erfindungsgemäßen PSG-Manifold-Transistors,6 shows a representation of the input power and output power (in dBm) of a PSG manifold transistor according to the invention,
Fig. 7 eine Ausführungsvariante des PSG-Manifold-Transistors mit verkürzter Anschlussstruktur, undFig. 7 shows a variant of the PSG Manifold transistor with shortened connection structure, and
Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante des PSG-Manifold-Transistors und einen durch Anpassung der Leiterbreiten optimierten PSG-Manifold-Transistor dieser Ausführungsvariante.8 shows a further embodiment variant of the PSG manifold transistor and a PSG manifold transistor optimized by adjusting the conductor widths of this variant embodiment.
Detaillierte Beschreibung der AbbildungenDetailed description of the pictures
Fig. 1 zeigt einen Multizellen-Transistor bekannter Bauart mit Source- oder Massebrücke 3. Die Ausbreitungsrichtung des Eingangssignals ist in allenFig. 1 shows a multi-cell transistor of known design with source or ground bridge 3. The propagation direction of the input signal is in all
Teilansichten von links unten nach rechts oben, d.h. vom Gateanschluss bzw. Signaleingang 1 des Multizellen-Transistors links zum Drainanschluss bzw. Signalausgang 2 rechts. In Teilabbildung a) ist eine isometrische Ansicht des vollständigen Multizellen-Transistors zu sehen. Eine Sourcebrücke 3 erstreckt sich über eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten parallelgeschalteten Einzeltransistoren und verbindet eine erste Massefläche 4a, die Sourceanschlüsse 5 der Einzeltransistoren und eine zweite Massefläche 4b. Die erste Massefläche 4a erstreckt sich auf der in der Teilabbildung oben links dargestellten Seite entlang des Signaleingangs 1 und des Signalausgangs 2, die zweite Massefläche 4b auf der in der Teilabbildung unten rechts dargestellten Seite entlang von Signalein- und -ausgang.Partial views from bottom left to top right, ie from the gate or Signal input 1 of the multicell transistor left to the drain connection or signal output 2 right. Partial image a) shows an isometric view of the complete multicell transistor. A source bridge 3 extends over a plurality of juxtaposed parallel-connected individual transistors and connects a first ground plane 4a, the source terminals 5 of the individual transistors and a second ground plane 4b. The first ground plane 4 a extends along the signal input 1 and the signal output 2 on the side shown in the sub-illustration on the top left, the second ground surface 4 b on the side shown in the bottom right part of the signal input and output.
Die zweite Teilabbildung b) zeigt die Masseflächen 4a, 4b und die gesamte Metallisierung, die mit den Masseflächen 4a, 4b verbunden ist. Dies sind einerseits die Unterführungen 6, 7 am Signaleingang 1 bzw. Signalausgang 2, die zur Unterdrückung unerwünschter Wellen dienen. Andererseits sind die Source-Anschlüsse unter der Sourcebrücke 3 zu erkennen, die die Source- Gebiete an die Sourcebrücke 3 anschließen und gleichzeitig als Pfeiler für die Sourcebrücke 3 dienen.The second partial image b) shows the ground surfaces 4a, 4b and the entire metallization, which is connected to the ground surfaces 4a, 4b. These are on the one hand the underpasses 6, 7 at the signal input 1 and signal output 2, which serve to suppress unwanted waves. On the other hand, the source connections can be seen under the source bridge 3, which connect the source regions to the source bridge 3 and at the same time serve as pillars for the source bridge 3.
Teilabbildung c) zeigt den Signaleingang 1 und alle mit ihm verbundenen Metallisierungen, also die T-förmige Verteilstruktur und die einzelnen Gatefinger 8.Part of Figure c) shows the signal input 1 and all metalizations associated with it, ie the T-shaped distribution structure and the individual gate fingers. 8
Teilabbildung d) zeigt den Signalausgang 2 und alle mit ihm verbundenen Metallisierungen, also die T-förmige Verteil struktur und die einzelnen Drainfinger 9.Part of Figure d) shows the signal output 2 and all metalizations associated with it, ie the T-shaped distribution structure and the individual drain fingers. 9
Teilabbildung e) zeigt einen Ausschnitt aus dem Bereich der Sourcebrücke 3 mit den eingangs- und ausgangsseitigen Anschlüssen. In Teilabbildung f) ist die Sourcebrücke 3 zur besseren Illustration nicht dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, dass die Sourcegebiete und die Draingebiete der Einzeltransistoren des Multizellen-Transistors abwechselnd nebeneinander liegen, wobei zwischen jeder Abfolge Drain-Source und Source-Drain ein Gatefinger 8 liegt.Part of Figure e) shows a section of the region of the source bridge 3 with the input and output side terminals. In subfigure f) is the Source bridge 3 not shown for better illustration. It can clearly be seen that the source regions and the drain regions of the individual transistors of the multi-cell transistor are alternately adjacent to one another, wherein a gate finger 8 lies between each sequence of drain-source and source-drain.
Die zu der Erfindung führenden Untersuchungen haben gezeigt, dass ein wesentlicher Nachteil der T-förmigen Verteilstruktur in den unterschiedlichen Wegstrecken begründet liegt, die die Eingangssignale der jeweiligen Einzeltransistoren zurücklegen müssen, um den jeweiligen Einzeltransistor zu erreichen. So wird der Weg vom Signaleingang zum Gate eines Einzeltransistors immer länger, je weiter dieser vom Zentrum des Multizellen- Transistors entfernt ist. Gleichzeitig wird die Strecke, über die mittels der Sourcebrücke 3 einem Einzeltransistor der Massenanschluss für das Sourcegebiet zugeführt wird, immer kürzer, je weiter der Einzeltransistor vom Zentrum des Manifold-Transistors entfernt ist, was die Gleichmäßigkeit der Verteilung der zur Verfügung stehenden Eingangsleistung über die Einzelzellen des Multizellen-Transistors weiter verschlechtert. Elektrisch betrachtet, lassen sich die verschiedenen Längen als verschieden große Induktivitäten darstellen, über die die einzelnen Zellen an den Signaleingang 1 bzw. die Masseflächen 4a, 4b angeschlossen sind.The investigations leading to the invention have shown that a significant disadvantage of the T-shaped distribution structure is due to the different distances that must cover the input signals of the respective individual transistors in order to achieve the respective individual transistor. Thus, the path from the signal input to the gate of a single transistor becomes longer and longer the farther it is from the center of the multi-cell transistor. At the same time, the distance over which source terminal 3 supplies a single transistor to the bulk terminal for the source region becomes shorter, the farther the single transistor is removed from the center of the manifold transistor, which improves the uniformity of the distribution of the available input power over the single cells of the multi-cell transistor further deteriorated. Viewed electrically, the various lengths can be represented as inductances of different sizes, via which the individual cells are connected to the signal input 1 or the ground surfaces 4a, 4b.
Diesen Effekt mildert die in Fig. 2 schematisch dargestellte vorbekannte Tapered-Manifold-Struktur in gewissem Maße (gleichartige Elemente werden mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet und nicht erneut beschrieben). Bei der Tapered-Manifold-Struktur wird ein deltaförmiges Anschlussgebiet vorgesehen, so dass sich ausgehend vom Signaleingang 1 weniger stark variierende Zuleitungswege durch das deltaförmige Anschlussgebiet zu den Gateanschlüssen der Einzeltransistoren bzw. Ausgangswege von den Drainanschlüssen der Einzeltransistoren zum Signalausgang 2 ergeben. Jedoch sind weiterhin die Signalwege auf den Masseflächen 4a, 4b bzw. der Sourcebrücke 3 zu den inneren Zellen des Multizellen-Transistors länger als zu den äußeren Zellen.This effect is alleviated to some extent by the prior art tapered manifold structure shown schematically in FIG. 2 (like elements are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 and will not be described again). In the tapered manifold structure, a delta-shaped connection region is provided, so that, starting from the signal input 1, less strongly varying supply paths through the delta-shaped connection region to the gate connections of the individual transistors or output paths from the drain connections of the individual transistors Signal output 2 result. However, further, the signal paths on the ground planes 4a, 4b and the source bridge 3 to the inner cells of the multi-cell transistor are longer than to the outer cells.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Eingangs- und Ausgangsleistung eines Tapered-Manifold-Transistors über der verfügbaren Quelleistung (PSOURCE) einer Hochfrequenzquelle. In dem Diagramm von Fig. 3 sind die3 shows a plot of the input and output power of a tapered manifold transistor versus the available source power (P SOURCE ) of a radio frequency source. In the diagram of Fig. 3 are the
Eingangsleistung P|Ni,fo, PiN2,ro und PiN3,to von drei Einzeltransistoren, dieInput power P | N i, fo, PiN2, ro and PiN3, to of three single transistors, the
Summe der Eingangsleistungen P|N, TOTAL, die Ausgangsleistungen Pouτi,fo,Sum of the input powers P | N , TOTAL, the output powers Pouτi, fo,
Pouτ2,fo und Pouτ3,fo jedes der drei Einzeltransistoren sowie die Summe POUTJOTAL der Ausgangsleistung logarithmisch in Dezibeleinheiten bei derPouτ2, fo and Pouτ3, fo each of the three single transistors and the sum P OUT J OTAL of the output power logarithmically in decibel units at the
Grundfrequenz (f0) aufgetragen. Zudem sind die Ausgangsleistungen derFundamental frequency (f 0 ) plotted. In addition, the output of the
Einzeltransistoren bei der ersten Oberwelle (2*f0) aufgetragen (Pouτi,2*fo,Single transistors at the first harmonic (2 * f 0) is applied (Pouτi, 2 * fo,
PθUT2,2*fO Und PθUT3,2*fθ)-PθUT2,2 * f0 and P0UT3,2 * f0) -
Die Abbildung illustriert die mangelhafte Gleichmäßigkeit der Verteilung der Eingangsleistung auf die drei Einzeltransistoren des Transistors anhand der drei voneinander abweichenden Eingangsleistungen P|Ni,fo, PiN2,to und PiN3,to der drei Einzeltransistoren. Genauso weichen die Ausgangsleistungen Pouτi,fo,The figure illustrates the lack of uniformity of the distribution of the input power to the three individual transistors of the transistor on the basis of the three divergent input powers P | N i, fo, PiN2, to and PiN3, to the three single transistors. Similarly, the output powers Pouτi, fo,
Pouτ2,fo und Pouτ3,fo der Einzeltransistoren voneinander ab. DiePouτ2, fo and Pouτ3, fo of the single transistors from each other. The
Gesamtverstärkung des Manifold-Transistors ergibt sich aufgrund der logarithmischen Darstellung durch einfache Subtraktion der Kurve für die summierte Eingangsleistung von der für die summierte Ausgangsleistung.Overall gain of the manifold transistor is due to the logarithmic representation by simply subtracting the summed input power curve from that for the summed output power.
Entsprechend kann für jeden Einzeltransistor eine Verstärkung bestimmt werden. Es zeigt sich, dass die Gesamtverstärkung und die Verstärkungen derAccordingly, a gain can be determined for each individual transistor. It turns out that the overall gain and the gains of the
Einzeltransistoren für niedrige Gesamtleistungen an der Source des Tapered- Manifold-Transistors gleich sind und ungefähr 10,3 dB beträgt.Single low power transistors at the source of the tapered manifold transistor are equal and approximately 10.3 dB.
Ab etwa 17 dBm PSOURCE beginnt die Transistorzelle mit der größten Eingangs- und Ausgangsleistung in die Sättigung zu gehen, während die anderen Transistorzellen erst bei höherer Gesamtleistung nacheinander in die Sättigung gehen. Dies führt erstens dazu, dass auch die Gesamtleistung bei etwa 17 dBm PSOURCE beginnt, in die Sättigung zu gehen. Zweitens ist bei Erreichen der Gesamtsättigungsleistung bei etwa 28 dBm PSOURCE die Transistorzelle, die als erste in die Sättigung gegangen ist, so weit in der Kompression, dass erhebliche Oberwellen entstehen, hier in der Größenordnung von 15 dBm.From about 17 dBm P SOURCE , the transistor cell starts with the largest input and saturate output power while the other transistor cells sequentially saturate at higher overall power. This leads firstly to the fact that the total power at about 17 dBm P SOURCE begins to go into saturation. Second, when the total saturation power is reached at about 28 dBm P SOURCE, the transistor cell that first saturates is so far in compression that significant harmonics arise, here on the order of 15 dBm.
Durch die starke Übersteuerung dieser Zelle ist auch Gefahr einer Zerstörung oder vorzeitigen Alterung größer als bei gleichmäßiger Aussteuerung aller Transistorzellen.Due to the strong overload of this cell is also greater risk of destruction or premature aging than with uniform modulation of all transistor cells.
Fig. 4 zeigt in vier Teilabbildungen eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Plaited-Signal-Ground (PSG) Manifold-Transistors mit einem Signaleingang 11 und einem Signalausgang 12. Der PSG-Manifold- Transistor besitzt eingangsseitig sechs Signalanschlussleiter 15 und fünf Masseanschlussleiter 16. Die Signalanschlussleiter 15 sind wie beim klassischen Multizellen-Transistor mit den Gates von jeweils zwei Einzeltransistoren, die als Doppeltransistor mit einem gemeinsamen Draingebiet ausgeführt sind, über Gatefinger 18 verbunden. Außerdem sind die Signalanschlussleiter 15 mit dem Signaleingang 11 über Signalverteilungsleiter 17 verbunden. Die beiden Sourcegebiete eines Doppeltransistors sind jeweils mit einem der Masseanschlussleiter 16 verbunden, welche zudem über Masseverteilungsleiter 20 mit den Masseebenen 14a, 14b verbunden sind. Über den PSG-Manifold-Transistor hinweg führt eine Brücke 13, die die zu beiden Seiten des PSG-Manifold-Transistors angeordneten Masseflächen 14a, 14b leitend miteinander verbindet.4 shows in four partial illustrations an embodiment of a plaited signal ground (PSG) manifold transistor according to the invention with a signal input 11 and a signal output 12. The PSG manifold transistor has six signal connection conductors 15 and five ground connection conductors 16 on the input side are connected via gate fingers 18 as in the classical multi-cell transistor with the gates of two individual transistors, which are designed as a double transistor with a common drain region. In addition, the signal connection conductors 15 are connected to the signal input 11 via signal distribution conductors 17. The two source regions of a dual transistor are each connected to one of the ground connection conductors 16, which are also connected via ground distribution conductor 20 to the ground planes 14a, 14b. Passing across the PSG manifold transistor is a bridge 13 which conductively connects the ground planes 14a, 14b disposed on either side of the PSG manifold transistor.
Deutlich ist in Fig. 4 die geflochtene Anschlussstruktur zu erkennen, von der sich der Name „Plaited-Signal-Ground" ableitet und bei der sich Anschlussleiter für Signal und Masse abwechseln. Da jeder Masseanschlussleiter 16 mit einer der beiden oder beiden Masseflächen 14a, 14b verbunden ist, sind an mehreren Stellen Unterführungen vorgesehen, bei denen ein Signalleiter über oder unter einem Masseleiter durchgeführt wird. Der vertikale Abstand zwischen den Verdrahtungsebenen ist gering, weshalb eine Signalunterführung eine kapazitive Belastung des jeweiligen Zuleitungsweges bedeutet. Die in Fig. 4 dargestellte PSG-Anschlussstruktur weist in jedem Zuleitungsweg daher dieselbe (und eine möglichst geringe) Anzahl von Unterführungen auf, wodurch die Impedanzen und die Phasenverschiebungen jedes Zuleitungsweges gleich bleiben. Außerdem sind alle Zuleistungswege bei dieser Ausführungsform der Erfindung gleich lang. Um die Vorteile der Signalverteilung der PSG- Anschlussstruktur am Eingang auch am Ausgang zu erhalten, ist eine gespiegelte Ausführung der Anschlussstruktur auch am Ausgang des PSG- Manifold-Transistors der Fig. 4 vorgesehen, welche die Draingebiete 19 kontaktiert.The braided connection structure can clearly be seen in FIG The name "plaited signal ground" is derived and signal and ground leads alternate, and each ground lead 16 is connected to one or both of the ground planes 14a, 14b to provide underpasses at a plurality of locations where a signal conductor The vertical distance between the wiring planes is small, which is why a signal underpass is a capacitive load on the respective supply path, Therefore, the PSG connection structure shown in Fig. 4 has the same (and the smallest possible) number in each feeder path In addition, all feed lines in this embodiment of the invention are the same length, and in order to obtain the advantages of signal distribution of the input PSG connection structure also at the output, a mirrored version of the An Final structure also provided at the output of the PSG Manifold transistor of FIG. 4, which contacts the drain areas 19.
Fig. 5 zeigt einen Vergleich der Stromdichteverteilung zwischen den Einzeltransistoren des klassischen Tapered-Manifold-Transistors und des PSG- Manifold-Transistors. In dem Diagramm ist die magnetische Feldstärke, die direkt abhängig vom jeweils fließenden Strom ist, über einer Querschnittslinie durch den Manifold-Transistor aufgetragen. Es zeigt sich für den klassischen Tapered-Manifold-Transistor (gestrichelt), dass die beiden zuäußerst gelegenen Einzeltransistoren einen deutlich größeren Anteil der Eingangsleistung erhalten als die weiter innen liegenden Einzeltransistoren. Der Anteil an der gesamten Eingangsleistung nimmt ab, je weiter innen ein Einzeltransistor liegt. Elektromagnetische Simulationen haben im Rahmen der Untersuchungen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, gezeigt, dass die magnetische Feldstärke an den Außenseiten des Signalzuleiters und der Tapered- Anschlussstruktur aufgrund der Nähe zu den beiden Masseebenen am stärksten ist, dort also auch der Hauptteil des Signalstromes fließt, weshalb die außenliegenden Einzeltransistoren dementsprechend einen größeren Anteil der Eingangsleistung erhalten. Das Maximum für die äußeren Transistoren und das Minimum für die inneren Transistoren unterscheiden sich etwa um den Faktor 2,5.Fig. 5 shows a comparison of the current density distribution between the individual transistors of the classical tapered-manifold transistor and the PSG manifold transistor. In the diagram, the magnetic field strength, which is directly dependent on the respective current flowing, applied over a cross-sectional line through the manifold transistor. For the classical tapered-manifold transistor (dashed line), it can be seen that the two most isolated single transistors receive a significantly larger proportion of the input power than the individual transistors located further inside. The proportion of the total input power decreases the further inside a single transistor lies. Electromagnetic simulations have shown in the investigations that led to the present invention, that the magnetic Field strength on the outer sides of the signal lead and the Tapered- connection structure due to the proximity to the two ground planes is strongest, so there also flows the main part of the signal current, which is why the outer individual transistors receive a correspondingly a larger proportion of the input power. The maximum for the outer transistors and the minimum for the inner transistors differ by about a factor of 2.5.
Die durchgezogene Linie zeigt im Vergleich zur ersten für den PSG-Manifold- Transistor eine wesentlich gleichmäßigere magnetische Feldstärkenverteilung. Das Maximum für und das Minimum unterscheiden sich nur etwa um den Faktor 1 ,3. In der hier dargestellten Variante liegt das Maximum nun sogar bei den inneren Transistorzellen.The solid line shows a much more uniform magnetic field strength distribution compared to the first for the PSG manifold transistor. The maximum for and the minimum differ only by about a factor of 1, 3. In the variant shown here, the maximum is now even in the inner transistor cells.
Durch entsprechende Optimierung lässt sich das PSG Manifold so einstellen, dass alle Zellen mit praktisch identischen Leistungsanteilen angesteuert werden. Dadurch gehen alle Einzeltransistoren ungefähr bei derselben Eingangsleistung in Sättigung, so dass Verzerrungen erst bei höheren Leistungen des PSG-Manifold-Transistors zu erwarten sind. Zudem überlagern sich die Ausgangssignale aufgrund der angepassten Impedanzen der einzelnen Zuleitungswege und der dadurch angeglichenen Phasenverschiebungen besser konstruktiv, so dass eine höhere Gesamtverstärkung zu erwarten ist. Als weiterer positiver Effekt wirkt sich aus, dass aufgrund der besseren Stromverteilung eine verhältnismäßig größere Querschnittsfläche des elektrischen Leiters für die Signalleitung ausgenutzt wird und daher der Widerstandsbelag der Anschlussstruktur geringer ist.Through appropriate optimization, the PSG Manifold can be set so that all cells with virtually identical power components are controlled. As a result, all individual transistors saturate at approximately the same input power, so that distortions can only be expected at higher powers of the PSG manifold transistor. In addition, due to the matched impedances of the individual supply paths and the thus adapted phase shifts, the output signals are superimposed in a better constructive manner, so that a higher total gain is to be expected. Another positive effect has the effect that due to the better current distribution, a relatively larger cross-sectional area of the electrical conductor is utilized for the signal line and therefore the resistance lining of the connection structure is smaller.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung der Eingangs- und Ausgangsleistung eines PSG- Manifold-Transistors über der verfügbaren Quelleistung (PSOURCE) einer Hochfrequenzquelle. Die Vorhersagen, die aufgrund der besseren Stromverteilung getroffen wurden, werden durch Fig. 6 bestätigt. Dies wird insbesondere bei einem direkten Vergleich mit Fig. 3 augenfällig. Im Gegensatz zum klassischen Manifold-Transistor der Fig. 3 zeigt sich hier, dass die Kurven für die Eingangsleistungen und die Ausgangsleistungen der Einzeltransistoren praktisch zusammenfallen, die zur Verfügung stehende Eingangsleistung folglich gleichmäßig auf die Einzeltransistoren verteilt wird. Da keiner der Einzeltransistoren überproportional viel Eingangsleistung erhält und daher keiner der Einzeltransistoren vorzeitig übersteuert wird, flacht die Kurve für die summierte Ausgangsleistung auch erst bei höheren PsouRCE-Werten ab. Die Verstärkung bleibt folglich noch für höhere Gesamtleistungen linear. Die entstehenden Oberwellen sind um etwa 1 O dB geringer als beim Vergleichstransistor in Fig. 3. Als besonderer Vorteil ist zudem vorherzuheben, dass die Verstärkung der Gesamtanordnung mit ca. 11 ,5 dB um 1 ,2 dB höher liegt als beim Tapered-Manifold-Transistor. Der PSG-Manifold-Transistor bietet gegenüber vorbekannten Multizellen-Transistoren daher eine höhere Verstärkung, geringere Verzerrung und eine höhere summierte lineare Ausgangsleistung, was ihn insbesondere in der Leistungsverstärkung von Radarsignalen besonders interessant macht. Außerdem skaliert die summierte Ausgangsleistung beim PSG-Manifold-Transistor aufgrund der gleichmäßigeren Verteilung der Eingangsleistung auf die Einzeltransistoren besser mit der Zahl der Einzeltransistoren als beim klassischen Tapered-Manifold-Transistor. Um größere Ausgangsleistungen zu erzielen, können daher eine große Zahl von Einzeltransistoren parallelgeschaltet werden. Beim klassischen Manifold- Transistor hingegen leisten die beiden zuäußerst liegenden Transistoren den größten Beitrag zur Ausgangsleistung und gehen früh in Sättigung, während zusätzliche, innenliegende Transistoren nur einen kleinen Beitrag zur Ausgangsleistung zu leisten vermögen, weshalb auch die Zunahme der gesamten Ausgangsleistung für jeden weiteren Einzeltransistor nur gering ist. Demzufolge werden die Vorteile des PSG-Manifold-Transistors gegenüber dem klassischen Manifold-Transistor für eine größere Anzahl von im Manifold- Transistor parallelgeschalteten Einzeltransistoren immer größer.FIG. 6 is a plot of the input and output power of a PSG manifold transistor versus available source power (P SOURCE ). FIG RF source. The predictions made due to the better current distribution are confirmed by FIG. This is particularly evident in a direct comparison with Fig. 3. In contrast to the conventional manifold transistor of FIG. 3, it can be seen here that the curves for the input powers and the output powers of the individual transistors virtually coincide, that the available input power is consequently distributed uniformly to the individual transistors. Since none of the individual transistors receives a disproportionate amount of input power and therefore none of the individual transistors is prematurely overdriven, the curve for the summed output power also levels off only at higher Psou RCE values. The gain is therefore still linear for higher overall performance. The resulting harmonics are about 1 O dB lower than the comparison transistor in Fig. 3. It is also to be noted as a particular advantage that the gain of the overall arrangement at about 11, 5 dB by 1, 2 dB higher than the tapered manifold Transistor. The PSG manifold transistor therefore offers higher gain, lower distortion, and higher summed linear output power over prior art multi-cell transistors, making it particularly interesting in radar signal power amplification. In addition, the PSG manifold transistor's output power scales better with the number of single transistors than the traditional tapered manifold transistor due to the more uniform distribution of input power to the single transistors. In order to achieve greater output powers, therefore, a large number of individual transistors can be connected in parallel. In contrast, in the case of the conventional manifold transistor, the two outermost transistors make the largest contribution to the output power and saturate early, while additional, internal transistors only make a small contribution to the output power total output power is low for each further single transistor. As a result, the advantages of the PSG manifold transistor over the conventional manifold transistor for a larger number of single transistors connected in parallel in Manifold transistor always larger.
Fig. 7 zeigt in vier Unterabbildungen eine Ausführungsvariante des PSG- Manifold-Transistors mit verkürzter Anschlussstruktur. Entsprechende Elemente werden in Fig. 7 mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 4 gekennzeichnet, eine Wiederholung einer Beschreibung erfolgt nur dort, wo es nötig erscheint. In einem Manifold-Transistor können eine große Zahl von Einzeltransistoren zusammengeschaltet sein. Beim PSG-Manifold-Transistor (wie auch beim Tapered-Manifold-Transistor) wird dabei die Anschlussstruktur immer tiefer, je breiter der zu kontaktierende Manifold-Transistor ist. Um die Tiefe der Anschlussstruktur zu verringern, weisen bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante des PSG-Manifold-Transistors die einzelnen Zuleitungswege gegenüber der Symmetrieachse Winkel kleiner als ±135 Grad auf. Die Winkel können von ±135 Grad bis ±90 Grad, bezogen auf die Symmetrieachse, betragen, wodurch sich unterschiedlich starke Verkürzungen der Anschlussstruktur erreichen lassen.FIG. 7 shows in four sub-illustrations a variant embodiment of the PSG manifold transistor with a shortened connection structure. Corresponding elements are indicated in FIG. 7 by the same reference numerals as in FIG. 4, a repetition of a description takes place only where necessary. In a manifold transistor, a large number of individual transistors can be interconnected. In the PSG manifold transistor (as well as in the tapered manifold transistor), the connection structure becomes deeper, the wider the manifold transistor to be contacted. In order to reduce the depth of the connection structure, in the embodiment variant of the PSG manifold transistor shown in FIG. 7, the individual supply paths have angles of less than ± 135 degrees with respect to the axis of symmetry. The angles can be from ± 135 degrees to ± 90 degrees with respect to the axis of symmetry, which allows for different degrees of shortening of the connection structure.
Fig. 8 zeigt die Hälfte eines erfindungsgemäßen symmetrischen Multizellen- Transistors mit Sourcebrücke 13. Um eine noch größere Zahl vonFig. 8 shows half of a symmetrical multi-cell transistor according to the invention with source bridge 13. To an even greater number of
Einzeltransistoren parallelschalten zu können, weist der Manifold-Transistor derTo be able to connect individual transistors in parallel, the manifold transistor of the
Abbildung zwei Hälften auf, die jeweils für sich eine Anschlussstruktur gemäß der Erfindung besitzen, deren Zuführungsleitungen mit einerFigure two halves, each of which has a connection structure according to the invention, the supply lines with a
Hauptzuführungsleitung elektrisch verbunden sind. Entsprechend ist es auch möglich, eine größere Anzahl von Manifold-Transistoren mit erfindungsgemäßen Anschlussstrukturen zu koppeln, indem dieMain supply line are electrically connected. Accordingly, it is also possible to couple a larger number of Manifold transistors with terminal structures according to the invention by the
Zuführungsleitungen der einzelnen Manifold-Transistoren wiederum über eine erfindungsgemäße Anschlussstruktur mit der Hauptzuführungsleitung gekoppelt werden. Es ergibt sich dann eine rekursive selbstähnliche Struktur.Supply lines of the individual Manifold transistors in turn via a Connection structure according to the invention are coupled to the main supply line. This results in a recursive self-similar structure.
Das Eingangssignal wird am CPW-Anschluss des Signaleingangs 11 eingespeist. Das Ausgangssignal wird über eine (nichtdargestellte) CPW direkt im Anschluß an den Drain 19 in dessen linker Ecke entnommen. Das Bild zeigt die Prinzipschaltung ohne Einhaltung der realen Abmessungen. Die Schaltung ist in vier vertikal aufeinanderfolgende Ebenen aufgeteilt. Die erste Ebene ist die untere, die vertikal nach oben folgenden Ebenen werden natürlich gezählt. Die Ebene 3 enthält nur Durchführungen (Vias) 22, die im Teilbild c) mit aufgeführt sind. Die untere Ebene 1 ist in Teilbild c) dargestellt. Sie enthält alle Masseverbindungen, die Durchführungen (Vias) 21 auf die Ebene 2 (Signalleiterebene) sowie Durchführungen (Vias) 22 auf die Ebene 4 (Sourcebrücke).The input signal is fed to the CPW terminal of the signal input 11. The output is taken via a CPW (not shown) immediately following the drain 19 in its left corner. The picture shows the basic circuit without observing the real dimensions. The circuit is divided into four vertically successive levels. The first level is the lower level, the vertical levels following are counted naturally. The level 3 contains only feedthroughs (vias) 22, which are listed in part c). The lower level 1 is shown in part c). It contains all ground connections, vias 21 to level 2 (signal conductor level) and vias 22 to level 4 (source bridge).
Die Ebene 2 (Signalleiterebene) ist in Teilbild b) dargestellt. Sie enthält die Masseumgebung der Coplanarleitung 14a, den CPW-Signalleiteranschluss 11 mit dem angeschlossenen, dreieckförmigem Taper, der die Gatefinger 18 speist. Die Massefinger 23 kontaktieren jeweils rechts oben an dieThe level 2 (signal conductor level) is shown in part b). It contains the ground environment of the coplanar line 14a, the CPW signal conductor terminal 11 with the connected, triangular taper which feeds the gate fingers 18. The ground fingers 23 each contact the top right of the
Durchführungen (Vias) 21 und sind nach oben an die Sourcebrücke 13 kontaktiert. Der Drain-Anschluss und seine Finger 19 liegen in der gleichen Ebene. Um die Folge von Masse- und Signalleiter gateseitig einhalten zu können sind zusätzliche Masseleiter über die Durchführungen 22 und dieFeedthroughs (vias) 21 and are contacted at the top of the source bridge 13. The drain terminal and its fingers 19 are in the same plane. In order to comply with the sequence of ground and signal conductors on the gate side additional grounding conductors on the bushings 22 and the
Anschlüsse 16 an die Sourcebrücke 13 angeschlossen. Die Durchführungen 22 sind im Teilbild b) nicht gezeichnet. Die Ebene 4 enthält die Sourcebrücke 13.Connections 16 connected to the source bridge 13. The bushings 22 are not shown in the drawing b). The level 4 contains the source bridge 13.
Alle Masseleitungen und Massedurchführungen sind isoliert von den Gate- und Drainleitungen.All ground lines and ground feedthroughs are isolated from the gate and drain lines.
Die PSG-Anschlussstruktur lässt sich auch auf beliebige andere Bauelemente übertragen, die Signale hoher Frequenzen verarbeiten und eine Steigerung der Ausgangsleistung oder des maximal zulässigen Stromes oder anderer Parameter durch Parallelschalten einer Vielzahl gleichartiger Einzelbauelemente zu erreichen suchen. Ein Beispiel für solche anderen Bauelemente sind Dioden. The PSG connection structure can also be used on any other components transmit, process the signals of high frequencies and seek to achieve an increase in the output power or the maximum allowable current or other parameters by connecting a plurality of similar individual components in parallel. An example of such other components are diodes.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Fig. 1Fig. 1
1 Signaleingang1 signal input
2 Signalausgang2 signal output
3 Sourcebrücke3 source bridge
4a erste Massefläche4a first ground plane
4b zweite Massefläche4b second ground plane
5 Sourceanschlüsse5 source connections
6, 7 Unterführung6, 7 underpass
8 Gatefinger8 gate fingers
9 Drainfinger9 drain fingers
Fig. 2Fig. 2
1 Signaleingang1 signal input
2 Signalausgang2 signal output
3 Sourcebrücke3 source bridge
4a erste Massefläche4a first ground plane
4b zweite Massefläche4b second ground plane
5 Sourceanschlüsse5 source connections
6, 7 Unterführung6, 7 underpass
8 Gatefinger Drainfinger8 gate fingers drain finger
Fig. 4 11 SignaleingangFig. 4 11 signal input
12 Signalausgang12 signal output
13 Sourcebrücke13 Source bridge
14a erste Massefläche14a first ground plane
14b zweite Massefläche 15 Signalanschlussleiter14b second ground plane 15 signal connection conductor
16 Masseanschlussleiter16 earth connection conductors
17 Signalverteilungsleiter17 signal distribution ladder
18 Gatefinger18 gate fingers
19 Draingebiete 20 Masseverteilungsleiter19 drain areas 20 ground distribution ladder
Fig. 7Fig. 7
11 Signaleingang 12 Signalausgang11 signal input 12 signal output
13 Sourcebrücke13 Source bridge
14a erste Massefläche 14b zweite Massefläche14a first ground plane 14b second ground plane
15 Signalanschlussleiter15 signal connection conductor
16 Masseanschlussleiter16 earth connection conductors
17 Signalverteilungsleiter17 signal distribution ladder
18 Gatefinger18 gate fingers
19 Draingebiete19 drainage areas
20 Masseverteilungsleiter20 grounding conductor
Fig. 8Fig. 8
11 CPW-Signalleiteranschluss (Signaleingang)11 CPW signal conductor connection (signal input)
12 Signalausgang12 signal output
13 Sourcebrücke13 Source bridge
14a Coplanarleitung (erste Masseebene) 16 Masseanschlussleiter14a coplanar line (first ground plane) 16 grounding conductors
18 Gatefinger18 gate fingers
19 Drainfinger19 Drainfinger
21 Massedurchführungen (Vias) von Ebene 1 zur Ebene 221 mass vias from level 1 to level 2
22 Massedurchführungen (Vias) von Ebene 1 zur Ebene 4 23 Massefinger 22 ground vias from level 1 to level 4 23 ground fingers

Claims

Patentansprüche claims
1. Anschlussstruktur für ein mit einer Mehrzahl von Signalanschlüssen und einer Mehrzahl von Massenanschlüssen ausgestattetes Hochfrequenzbauelement, die Anschlussstruktur wenigstens umfassend:A terminal structure for a high frequency device equipped with a plurality of signal terminals and a plurality of ground terminals, the terminal structure comprising at least:
einen Kontaktbereich, in welchem eine Mehrzahl von Kontakten in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind;a contact region in which a plurality of contacts are juxtaposed in a first direction;
einen Anschlussbereich, welcher sich dem Kontaktbereich in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung anschließt;a terminal portion which adjoins the contact portion in a second direction perpendicular to the first direction;
eine Zuführungsleitung mit einer Richtungskomponente entlang der zweiten Richtung;a supply line having a directional component along the second direction;
wenigstens eine erste Massefläche; undat least a first ground plane; and
eine Mehrzahl von mit der Zuführungsleitung elektrisch verbundenen streifenförmigen Signalanschlussleitern, wobei die Längserstreckungshchtung jedes Signalanschlussleiters in dem Anschlussbereich eine Richtungskomponente entlang der zweiten Richtung aufweist;a plurality of strip-shaped signal connection conductors electrically connected to the supply line, wherein the longitudinal extension direction of each signal connection conductor in the connection region has a directional component along the second direction;
gekennzeichnet durchmarked by
eine Mehrzahl von mit der ersten Massefläche elektrisch verbundenen streifenförmigen Masseanschlussleitern,a plurality of strip-shaped grounding conductors electrically connected to the first ground plane,
wobei die Längserstreckungsrichtung jedes Masseanschlussleiters in dem Anschlussbereich eine Richtungskomponente entlang der zweiten Richtung aufweist,wherein the longitudinal extension direction of each ground lead in the terminal region is a directional component along the second Has direction,
wobei die Mehrzahl von Masseanschlussleitern und die Mehrzahl von Signalanschlussleitern in dem Anschlussbereich in einer Projektion auf eine von der ersten und der zweiten Richtung aufgespannten Ebene nebeneinander angeordnet sind, undwherein the plurality of grounding conductors and the plurality of signal connecting conductors are juxtaposed in the terminal region in a projection in a plane spanned by the first and second directions, and
wobei keine zwei der Mehrzahl von Signalanschlussleitern direkt nebeneinander angeordnet sind.wherein no two of the plurality of signal connection conductors are arranged directly next to each other.
2. Die Anschlussstruktur nach Anspruch 1 , bei der die Zuführungsleitung über eine mit der Mehrzahl von Masseanschlussleitern elektrisch verbundene zweite Massefläche verfügt und die erste und die zweite Massefläche auf jeweils gegenüberliegenden Seiten neben der Zuführungsleitung und zu dieser beabstandet angeordnet sind.2. The terminal structure of claim 1, wherein the feed line has a second ground plane electrically connected to the plurality of ground lead conductors, and the first and second ground planes are disposed on opposite sides of and spaced from the feed line.
3. Die Anschlussstruktur nach Anspruch 1 , bei der die Zuführungsleitung auf einer Oberseite einer Isolationsschicht oder eines Substrates und die erste Massefläche auf einer Unterseite der Isolationsschicht oder des Substrates angeordnet sind.3. The terminal structure according to claim 1, wherein the supply line is disposed on an upper surface of an insulating layer or a substrate and the first ground surface is disposed on a lower surface of the insulating layer or the substrate.
4. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Mehrzahl von Masseanschlussleitern und die Mehrzahl von Signalanschlussleitern nebeneinander so angeordnet sind, dass keine zwei der Mehrzahl von Masseanschlussleitern direkt nebeneinander angeordnet sind.4. The terminal structure according to claim 1, wherein the plurality of ground connection conductors and the plurality of signal connection conductors are arranged side by side so that no two of the plurality of ground connection conductors are arranged directly next to each other.
5. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalanschlussleiter keine Richtungskomponente in der ersten Richtung aufweisen. 5. The terminal structure according to one of the preceding claims, wherein the signal connection conductors have no directional component in the first direction.
6. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Masseanschlussleiter keine Richtungskomponente in der ersten Richtung aufweisen.6. The terminal structure according to one of the preceding claims, wherein the ground terminal conductors have no directional component in the first direction.
7. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalanschlussleiter in einer Ebene angeordnet sind.7. The terminal structure according to one of the preceding claims, wherein the signal connection conductors are arranged in a plane.
8. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Masseanschlussleiter in einer Ebene angeordnet sind.8. The terminal structure according to one of the preceding claims, wherein the ground terminal conductors are arranged in a plane.
9. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein erster Abstand eines zweiten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem dem zweiten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern direkt benachbarten dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern größer ist als ein zweiter Abstand des dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem dem dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern direkt benachbarten vierten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern und bei der ein dritter Abstand des vierten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einer in der zweiten Richtung verlaufenden Symmetrieachse größer ist als ein vierter Abstand des dritten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu der Symmetrieachse.9. The terminal structure according to claim 1, wherein a first distance of a second of the plurality of signal connection conductors to a third of the plurality of signal connection conductors immediately adjacent to the second of the plurality of signal connection conductors is greater than a second distance of the third of the plurality of signal connection conductors to one the third of the plurality of signal connection conductors directly adjacent fourth of the plurality of signal connection conductors and in which a third distance of the fourth of the plurality of signal connection conductors to a symmetry axis extending in the second direction is greater than a fourth distance of the third of the plurality of signal connection conductors to the axis of symmetry.
10. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein fünfter der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem direkt benachbarten zweiten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern einen fünften Abstand aufweist und ein sechster der Mehrzahl von Signalanschlussleitern zu einem direkt benachbarten dritten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern einen sechsten, vom fünften Abstand verschiedenen Abstand aufweist. 10. The terminal structure of claim 1, wherein a fifth of the plurality of signal leads to a directly adjacent second of the plurality of ground lead conductors has a fifth pitch and a sixth of the plurality of signal leads to a directly adjacent third of the plurality of ground lead conductors has a sixth pitch; has a different distance from the fifth distance.
11. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine erste Breite eines siebten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern sich von einer zweiten Breite eines achten der Mehrzahl von Signalanschlussleitern unterscheidet.11. The terminal structure of claim 1, wherein a first width of a seventh of the plurality of signal connection conductors is different from a second width of an eighth of the plurality of signal connection conductors.
12. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine dritte Breite eines vierten der Mehrzahl von Masseanschlussleitern sich von einer vierten Breite eines fünften der Mehrzahl von Masseanschlussleitern unterscheidet.12. The terminal structure of claim 1, wherein a third width of a fourth of the plurality of ground connection conductors differs from a fourth width of a fifth of the plurality of ground connection conductors.
13. Die Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Unterführungen.13. The connection structure according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of underpasses.
14. Die Anschlussstruktur nach Anspruch 13, bei der in einem jeden Zuleitungsweg von der Zuführungsleitung zu jedem der Mehrzahl von Signalanschlussleitern dieselbe Anzahl von Unterführungen angeordnet ist.14. The terminal structure according to claim 13, wherein the same number of underpasses are arranged in each feeder path from the feeder line to each of the plurality of signal feeder lines.
15. Hochfrequenzbauelement, gekennzeichnet durch eine erste Anschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche.15. High-frequency component, characterized by a first connection structure according to one of the preceding claims.
16. Das Hochfrequenzbauelement nach Anspruch 15, mit einer Mehrzahl von Signalausgängen und einer Mehrzahl von ausgangsseitigen Masseanschlüssen, wobei die Mehrzahl von Signalausgängen und die Mehrzahl von ausgangsseitigen Masseanschlüssen nebeneinander so angeordnet sind, dass keine zwei der Mehrzahl von Signalausgängen direkt nebeneinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine mit der Mehrzahl von Signalausgängen und der Mehrzahl von ausgangsseitigen Masseanschlüssen elektrisch verbundene zweite Anschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14. 16. The high-frequency component according to claim 15, having a plurality of signal outputs and a plurality of output-side ground connections, wherein the plurality of signal outputs and the plurality of output-side ground connections are arranged next to each other such that no two of the plurality of signal outputs are arranged directly next to one another, characterized by A second terminal structure electrically connected to the plurality of signal outputs and the plurality of output-side ground terminals according to any one of claims 1 to 14.
17. Das Hochfrequenzbauelement nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Hochfrequenzbauelement eine Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren, insbesondere von High Electron Mobility Transistoren (HEMTs) oder von Heterojunction Bipolartransistoren (HBTs), umfasst.17. The high-frequency component according to claim 15 or 16, wherein the high-frequency component comprises a plurality of parallel-connected transistors, in particular high-electron mobility transistors (HEMTs) or heterojunction bipolar transistors (HBTs).
18. Das Hochfrequenzbauelement nach Anspruch 17, bei dem die Mehrzahl von Signaleingängen mit einer Mehrzahl von Gateanschlüssen der Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren, die Mehrzahl von eingangsseitigen Masseanschlüssen und die Mehrzahl von ausgangsseitigen Masseanschlüssen mit einer Mehrzahl von Sourceanschlüssen der Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren und die Mehrzahl von Signalausgängen mit einer Mehrzahl von Drainanschlüssen der Mehrzahl von parallelgeschalteten Transistoren elektrisch verbunden sind.18. The high-frequency component according to claim 17, wherein the plurality of signal inputs having a plurality of gate terminals of the plurality of parallel-connected transistors, the plurality of input-side ground terminals and the plurality of output-side ground terminals having a plurality of sources of the plurality of parallel-connected transistors and the plurality of Signal outputs are electrically connected to a plurality of drain terminals of the plurality of parallel-connected transistors.
19. Das Hochfrequenzbauelement nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzbauelement geeignet ist, innerhalb eines Frequenzbereiches von größer 500 MHz bis 500 GHz betrieben zu werden. 19. The high-frequency component according to one of claims 15 to 18, characterized in that the high-frequency component is suitable to be operated within a frequency range of greater than 500 MHz to 500 GHz.
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