高频功率放大器制造技术

本发明专利技术涉及在相同金属板上，主要将放大用GaN类芯片与形成有其预匹配电路的GaAs类芯片通过导线而连接的高频功率放大器。本发明专利技术涉及的高频功率放大器通过将呈现减极性互感的耦合器设置于GaAs类芯片，从而能够抵消相邻的导线间的互感，能够抑制从GaN类芯片的栅极端子观察信号源时的二次谐波阻抗的相对于频率的扩展，能够将所期望的基波频带处的功率放大器的效率保持得高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高频功率放大器
本专利技术涉及在同一金属板上，主要将使用了GaN类HEMT的放大用晶体管与形成有其预匹配电路的GaAs类半导体通过导线而连接的高频功率放大器。
技术介绍
近年来，发挥宽带隙的优点，使用了与以往的GaAs类晶体管、Si类LDMOS晶体管相比能够在更高的电源电压下进行动作的GaN类HEMT(高电子迁移率晶体管)的高频功率放大器在民用领域也逐渐普及。其主要领域之一是移动电话基站所使用的高频功率放大器。动作频率1～5GHz左右为主流，通常能够在28～50V的高电源电压下进行动作，因此与以往的GaAs类、Si类晶体管相比能够使用小栅极宽度的晶体管而实现相同输出功率。栅极宽度小会带来向标准阻抗即50Ω的阻抗匹配时的损耗降低或功率分配合成损耗的降低。因此，使用了GaN类HEMT的高频功率放大器与使用了GaAs类、Si类晶体管的放大器相比，具有能够实现高增益并且能够高效率地动作这样的优点(例如参照非专利文献1)专利文献1：日本特开2007－60616号专利文献2：日本特表2004－523172号非专利文献1：2016Proceedingsofthe46thEuropeanMicrowaveConference,pp.572-575,“A83-W,51％GaNHEMTDohertyPowerAmplifierfor3.5-GHz-BandLTEBaseStations”
技术实现思路
在专利文献1、2以及非专利文献1中，示出了移动电话基站用功率放大器所使用的GaN类HEMT的封装制品的典型例。在图9中示出使用了非专利文献1所记载的GaN类HEMT的1级放大器的封装件内的安装例的仰视图，在图10中示出从侧方观察该安装的图。图11示出包含GaN芯片(T1)以及GaAs芯片(P1)的布局的详细安装图，图12示出图11的一部分的路径的等效电路图。这里，GaN芯片T1由多个GaN类HEMT(HighElectronMobilityTransistor)单元构成，GaAs芯片P1担负将GaN类HEMT的低输入阻抗转换为稍高阻抗的预匹配的作用和保证功率放大器整体的稳定性的作用。在图9中，T1是GaN类HEMT芯片，P1是预匹配用GaAs芯片，10是输入用引线，也兼用作栅极偏置端子。14是输出用引线，也兼用作漏极偏置端子。12是陶瓷封装件的侧壁和散热用金属板。W11～W15是将输入用引线10与GaAs芯片P1连接的导线，W21～W30是将GaAs芯片P1与GaN芯片T1的栅极电极焊盘连接的导线，W31～W35是将GaN芯片T1的漏极电极焊盘与输出用引线14连接的导线。在图10中，12a是将GaN芯片T1处的发热排至封装件下部，同时还担负接地的作用的金属板，12b是用于将引线10、14与金属板12a电绝缘的绝缘体，12c是封装件的侧壁和上表面的罩体。在图11中，就将GaAs芯片P1与GaN芯片T1连接的导线、W21A、W21B～W25A、W25B而言，在图8中为了简化，而由W21～W25这5根导线示出，但在实际的布局中，大多如图9所示，各自由A和B这2根导线构成。这是由于，为了使功率放大器高效率地进行动作，在从由F1～F5示出的GaN类HEMT单元的栅极电极焊盘P31～P35观察输入用引线10方向时的阻抗中，不仅优化基波阻抗，还优化二次谐波阻抗是有效的。就该优化而言，将基波的路径(例如W21A的路径)与二次谐波的路径(例如W21B的路径)分开这一做法在设计上对于优化是有利的，因而在图11中，GaAs芯片P1上的焊盘也与W21A、W21B～W25A、W25B对应地，与焊盘P21A、P21B～P25A、P25B分开。VH11和VH21分别是在GaAs芯片P1上、GaN芯片T1上形成的通路孔，用于将芯片背面的接地电极和芯片表面的接地金属连接。为了避免附图的复杂化，对于所有部位的通路孔都不标记标号，但相同形状的圆点表示通路孔。此外，PP是GaAs芯片P1的输入焊盘，TT是GaN芯片T1的漏极电极焊盘。另外，IN1～IN5示出各导线W11～W15的与输入用焊盘10之间的连接点，OUT1～OUT5示出各导线W31～W35的与输出用焊盘14之间的连接点。图12的等效电路示出从图11的连接点IN1至OUT1为止的路径的等效电路。在图12中，Lw11、Lw21A、Lw21B、Lw31分别示出图11的导线W11、W21A、W21B、W31所呈现的电感。电阻R11和电容器C11形成稳定化电路，电感Lw21A和电容器C21形成针对基波的预匹配电路，电感Lw21B和电容器C31形成二次谐波短路电路。与没有二次谐波短路电路的情况相比，通过该二次谐波短路电路，能够提高GaN类HEMT单元F1的功率放大动作时的效率。此外，图12所示的电阻R11、电容器C11～C31对应于图11的芯片布局上示出的标号。图13示出在将从GaN类HEMT(F1)的栅极电极焊盘P31观察连接点IN1方向时的二次谐波阻抗的反射系数的大小设为大致1(全反射)的状态下，使反射相位发生了变化时，对路径IN1～OUT1的功率放大器的漏极效率进行模拟的例子。在模拟中，使该反射系数的大小和相位在栅极电极焊盘P31处理想地发生变化，因而不包含图12的电感Lw21B和电容器C3。如图13所示，放大器的漏极效率根据前述二次谐波反射相位而变化，通常，在180°附近示出最大值。图14示出在图12的等效电路中，从栅极电极焊盘P31观察连接点IN1的方向时的阻抗的轨迹的例子。可知基波频带fl～fh(fc是中心频率)的阻抗集中于大致一点，与此相对，二次谐波频带(2fl～2fh，2fc是中心)的阻抗的轨迹显著地扩展。该扩展存在以下课题，即，脱离图13所示的170°～190°这一可以得到最大效率的范围，无法在整个被设为目标的频带内实现高效率动作。本专利技术涉及的高频功率放大器具有：场效应晶体管(F1)，其具有栅极端子(P31)、源极端子和漏极端子(TT)，该场效应晶体管(F1)用于对高频基波信号进行放大；第1半导体芯片(T1)，其形成有场效应晶体管(F1)；预匹配电路，其具有场效应晶体管(F1)的输入侧基波匹配用的第1输入端子(PP)和第1输出端子(N11)；二次谐波短路电容器(C31)，其具有场效应晶体管的输入侧二次谐波短路用端子(N12)；第1耦合器(CPL1)，其具有第2输入端子(与N11相同部位)、第3输入端子(与N12相同部位)、第2输出端子(P21A)以及第3输出端子(P21B)，该第2输入端子与第1输出端子(N11)连接，该第3输入端子与输入侧二次谐波短路用端子(N12)连接，该第2输出端子(P21A)输出来自第2输入端子的信号，该第3输出端子(P21B)输出来自第3输入端子的信号，在从第2输入端子和第3输入端子同时输入了信号的情况下，该第1耦合器(CPL1)呈现减极性互感；第2半导体芯片(P1)，其形成有预匹配电路、二次谐波短路电容器和耦合器；第1导线(W21A)，其将第2输出端子与栅极端子连接；以及第2导线(W21B)，其将第3输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频功率放大器，其具有：/n场效应晶体管，其具有栅极端子、源极端子和漏极端子，该场效应晶体管用于对高频基波信号进行放大；/n第1半导体芯片，其形成有所述场效应晶体管；/n预匹配电路，其具有所述场效应晶体管的输入侧基波匹配用的第1输入端子和第1输出端子；/n二次谐波短路用电容器，其具有所述场效应晶体管的输入侧二次谐波短路用端子；/n耦合器，其具有第2输入端子、第3输入端子、第2输出端子、以及第3输出端子，该第2输入端子与所述第1输出端子连接，该第3输入端子与所述输入侧二次谐波短路用端子连接，该第2输出端子输出来自所述第2输入端子的信号，该第3输出端子输出来自所述第3输入端子的信号，在从所述第2输入端子和所述第3输入端子同时输入了信号的情况下，该耦合器呈现减极性互感；/n第2半导体芯片，其形成有所述预匹配电路、所述二次谐波短路用电容器和所述耦合器；/n第1导线，其将所述第2输出端子与所述栅极端子连接；以及/n第2导线，其将所述第3输出端子与所述栅极端子连接，该第2导线与第1导线之间呈现加极性互感。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高频功率放大器，其具有：
场效应晶体管，其具有栅极端子、源极端子和漏极端子，该场效应晶体管用于对高频基波信号进行放大；
第1半导体芯片，其形成有所述场效应晶体管；
预匹配电路，其具有所述场效应晶体管的输入侧基波匹配用的第1输入端子和第1输出端子；
二次谐波短路用电容器，其具有所述场效应晶体管的输入侧二次谐波短路用端子；
耦合器，其具有第2输入端子、第3输入端子、第2输出端子、以及第3输出端子，该第2输入端子与所述第1输出端子连接，该第3输入端子与所述输入侧二次谐波短路用端子连接，该第2输出端子输出来自所述第2输入端子的信号，该第3输出端子输出来自所述第3输入端子的信号，在从所述第2输入端子和所述第3输入端子同时输入了信号的情况下，该耦合器呈现减极性互感；
第2半导体芯片，其形成有所述预匹配电路、所述二次谐波短路用电容器和所述耦合器；
第1导线，其将所述第2输出端子与所述栅极端子连接；以及
第2导线，其将所述第3输出端子与所述栅极端子连接，该第2导线与第1导线之间呈现加极性互感。


2.根据权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于，
所述第1半导体芯片是GaN类HEMT芯片，所述第2半导体芯片是GaAs类芯片。


3.根据权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于，
所述第1半导体芯片是GaN类HEMT芯片，所述第2半导体芯片是SOI芯片。


4.根据权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于，
所述第1半导体芯片和所述第2半导体芯片都是GaAs类芯片。


5.根据权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于，
所述第2半导体芯片是IPD芯片。
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木善伸，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP