(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトランジスタで構成される高周波増幅器において、
平面上に配置されている前記複数のトランジスタのうち隣接している２つの各トランジスタのそれぞれの熱流通過面積を特定する熱流通過領域が重なるように、前記トランジスタの中心を前記複数のトランジスタの配列方向であるｘ軸方向から該ｘ軸方向と直交するｙ軸方向にずらして、各々の前記トランジスタを配置したことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
全てのトランジスタについて、隣接している２つの各トランジスタにおける前記ｘ軸方向の各中心は前記ｙ軸方向に互い違いにずれていることを特徴とした請求項１記載の高周波増幅器。
【請求項３】
互いに縦続接続したｎ（ｎは自然数）段で構成され、
前記複数のトランジスタの中で、ｎ段のうちの少なくとも１段に含まれるトランジスタについて、隣接している２つの各トランジスタにおける前記ｘ軸方向の各中心は前記ｙ軸方向に互い違いにずれている
ことを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。
【請求項４】
直線上に配置された複数のトランジスタのうちの隣接している前記トランジスタのそれぞれの熱流通過面積を特定する熱流通過領域が重なるように、前記複数のトランジスタが配置されている前記直線の方向と、前記複数のトランジスタの各トランジスタの長手方向とのなす角度が、０度を超え且つ９０度までのいずれかとなるように前記トランジスタを配置したことを特徴とする高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は高周波増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波増幅器の構成について図１を参照しながら説明する。この図１に示すように、従来の高周波増幅器は、複数のトランジスタセル１及び各トランジスタセル１内部のドレインソースフィンガー２２から構成されている。各トランジスタセル１同士は、一定の間隔ｌで一直線上（図１にて点線３で示す線上）に配置されている。従来の高周波増幅器では、発熱部であるトランジスタセル１同士の間隔ｌを大きくすることで、放熱性能を改善していた（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】S. Masuda et al., “Over 10W C-Ku Band GaN MMIC Non-uniform Distributed Power Amplifier with Broadband Couplers,” 2010 IEEE MTT Symposium, pp.1388-1391, May, 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の高周波増幅器では、トランジスタセル１の中心が同一線上となるように配置されているため、高周波増幅器から高周波増幅器下部への熱の拡散について、高周波増幅器のトランジスタセル１から、図１中ｚ軸の正の方向に、間隔ｌの半分の距離において隣接するトランジスタセル１同士の熱流がぶつかり、熱流の干渉し合う範囲が広く熱抵抗が上がり高周波増幅器全体の放熱性能が劣化するという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱抵抗が下がり高周波増幅器全体の放熱性能が向上する高周波増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る高周波増幅器は、平面上に配置されている前記複数のトランジスタのうち隣接している２つの各トランジスタのそれぞれの熱流通過面積を特定する熱流通過領域が重なるように、トランジスタの中心を複数のトランジスタの配列方向であるｘ軸方向から該ｘ軸方向と直交するｙ軸方向にずらして、各々のトランジスタを配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、トランジスタはｘ軸方向の中心がｙ軸方向にずれているために熱抵抗が下がり高周波増幅器全体の放熱性能が向上する高周波増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の高周波増幅器の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の回路図である。
【図３】図２に記載の高周波増幅器の効果を説明するための図である。
【図４】図２に記載の高周波増幅器の効果を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の回路図である。
【図６】従来の２段高周波増幅器の回路図である。
【図７】図５に記載の高周波増幅器の効果を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の回路図である。
【図９】図８に記載の高周波増幅器の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の回路図である。この図２中、１ａ−１ｇはトランジスタセル（トランジスタ）、２は周辺回路、１０は高周波増幅器を示す。
【００１０】
全てのトランジスタセル１ａ−１ｇについて、隣接している２つの各トランジスタセル（例えば、トランジスタセル１ａ及び１ｂ、トランジスタセル１ｂ及び１ｃ等）におけるｘ軸方向の各中心は、ｙ軸方向に互い違いにずれている。
ここで、互い違いにずれているとは、下方にずれたトランジスタセル（例えば１ａ）と上方にずれたトランジスタセル（例えば１ｂ）とが交互に配列されていることを意味する。
【００１１】
具体的には、トランジスタセル１ａ−１ｇは、図２において左から１ａ，１ｂ，・・・，１ｇとすると、１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇの中心が図２において点線Ｄで示した線上に位置し、１ｂ，１ｄ，１ｆの中心が図２において点線Ｄで示した線よりも上方にある点線Ｅで示した線上に位置している。
【００１２】
この実施の形態の説明においてトランジスタセルを用いて説明するが、トランジスタセル１ａ−１ｇは、１つのトランジスタで構成されていてもよい。以後の説明でも同様である。
【００１３】
図２中点線Ｄで示した線の上方に点線Ｅで示す線がある場合の例を用いて説明しているが、図２中点線Ｅで示した線の上方に点線Ｄで示す線があってもよい。
【００１４】
この実施の形態１の説明では、トランジスタセル１ａ−１ｇの数が７個の場合を例にして説明しているが、７個である必要はない。
【００１５】
次に、この実施の形態１に係る高周波増幅器１０の放熱性能について説明する。
放熱性能の指標として熱抵抗の大小を用いることができる。熱抵抗Ｒｔｈは式（１）を用いて計算する事ができる。
0005611110.tif 000002
式（１）において、χは熱が伝達する媒質（半導体内部あるいは放熱器など）の熱伝導率、ｈ１は計算する範囲のｚ軸方向における上辺、ｈ２は計算する範囲のｚ軸方向における下辺、Ｓ（ｚ）は、あるｚ（ｈ１＜ｚ＜ｈ２）についてのｘ−ｙ平面上において熱流の通過する面積である。式（１）より、熱抵抗は面積が大きいほど小さくなる、言い換えると放熱面積が大きいほど放熱性能が高いと言える。
【００１６】
Ｓ（ｚ）としては、いくつかのモデルが提案されている。図３を参照して、以下の説明で用いるモデルについて述べる。
熱流は、その伝達した距離だけ拡散する。各辺の長さが（ｌ×ｍ）の長方形（図３にてハッチングされている部分）を放熱面とし、ｚ軸方向の熱流伝達距離をｈとした場合、Ｓ（ｚ）は｛（ｌ＋２ｈ）×（ｍ＋２ｈ）｝の長方形（図３にて面積の広い方の長方形）から（ｌ×ｍ）の長方形（図３にてハッチングされている部分）を引いた部分である。以降の検討では、Ｓ（ｚ）は本モデルを用いて計算を行う。
【００１７】
図１に示す従来の高周波増幅器及びこの実施の形態１に係る高周波増幅器１０について、熱流の通過面積で比較を行う。図１、２において、各トランジスタセル１を発熱体（発熱面）とする。
【００１８】
図４（ａ）は、図１に示した従来の高周波増幅器について、発熱面よりｚ軸方向の距離０．２ｍｍの位置でのｘ−ｙ平面に平行な切断面における熱流の通過面積を示す図である。
【００１９】
図４（ｂ）は、この実施の形態１に係る高周波増幅器１０について、発熱面よりｚ軸方向の距離０．２ｍｍの位置でのｘ−ｙ平面に平行な切断面における熱流の通過面積を示す図である。
【００２０】
これら図４（ａ）及び（ｂ）におけるＳ（０．２）を計算するためのパラメータを図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）のパラメータを元にＳ（０．２）を計算した結果、この実施の形態１に係る高周波増幅器１０のＳ（０．２）は、１．８６５ｍｍ２となり、図１に示す従来の高周波増幅器でのＳ（０．２）は、１．６２５ｍｍ２となった。この実施の形態１に係る高周波増幅器１０のＳ（０．２）は、従来の高周波増幅器におけるＳ（０．２）と比較して１５％程度大きくなっている。このため、高周波増幅器１０は、放熱性能が向上したといえる。
【００２１】
この実施の形態１に係る高周波増幅器１０及び図１に示す従来の高周波増幅器について、ｚ軸方向に材料とその厚みを定義して、より実践的な放熱性能の改善量を計算する。図４（ｄ）に材料の計算条件を示す。各材料のｘ軸及びｙ軸方向の大きさは無限大とする。
これらの条件の元で放熱性能、すなわち熱抵抗Ｒｔｈを計算すると、この実施の形態１に係る高周波増幅器１０における熱抵抗は２．６［Ｋ／Ｗ］となり、従来の高周波増幅器の熱抵抗値２．８８［Ｋ／Ｗ］と比較して１０％程度熱抵抗が小さい結果が得られた。
【００２２】
図４（ｅ）の半導体デバイス、高周波増幅器性能を仮定し、常温の条件で比較すると、この実施の形態１に係る高周波増幅器１０は、従来の高周波増幅器と比較して半導体デバイスの温度が１６度低く、０．６４ｄＢ利得が高くなる。
【００２３】
以上から、この実施の形態１に係る高周波増幅器１０により放熱性能の向上が可能となる。
同時に、放熱性能が良いため、デバイスの温度を下げることができ半導体デバイスの信頼性の観点から有利である。また、温度が低いことで高周波増幅器１０の利得を改善することができる。また、高周波増幅器１０の利得が改善することで、高周波増幅器１０の効率を改善することができる。同時に高周波増幅器１０の利得が改善することで、高周波増幅器１０の前段に接続するドライバ段の高周波増幅器１０に必要な出力電力を小さくすることができ、システムの小型化、低価格化に有利である。一般的にトランジスタでは出力電力も利得と同様に高熱条件化では低下するので、出力電力を改善することもできる。
【００２４】
この実施の形態１では、分布形増幅器を例に説明を行ったが分配合成型の増幅器であっても同様の効果を得ることができる。
【００２５】
図２では、この実施の形態１の高周波増幅器の例として、全てのトランジスタセル１ａ−１ｇについて、隣接している２つの各トランジスタセル（１ａと１ｂ、１ｂと１ｃ、１ｃと１ｄ、１ｄと１ｅ、１ｅと１ｆ及び１ｆと１ｇ）におけるｘ軸方向の各中心はｙ軸方向に互い違いにずれている例を説明したが、これに限らず、少なくとも隣接している２つの各トランジスタセル（１ａと１ｂ、又は１ｂと１ｃ等）におけるｘ軸方向の各中心がｙ軸方向にずれていれば同様の効果を得られる。
【００２６】
以上より、実施の形態１に係る高周波増幅器１０は、複数のトランジスタセル１ａ−１ｇで構成され、平面上に配置されている複数のトランジスタセル１ａ−１ｇのうち隣接している２つの各トランジスタセルにおけるｘ軸方向の各中心はｙ軸方向にずれているように構成した。このため熱抵抗が下がり高周波増幅器１０全体の放熱性能が向上する高周波増幅器１０を提供することができる。
【００２７】
また、実施の形態１によれば、全てのトランジスタセル１ａ−１ｇについて、隣接している２つの各トランジスタセルにおけるｘ軸方向の各中心はｙ軸方向に互い違いにずれているように構成したので、熱抵抗が更に下がり高周波増幅器１０全体の放熱性能がより向上する高周波増幅器１０を提供することができる。
【００２８】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器２０について説明する。図５は、この実施の形態２に係る高周波増幅器２０の回路構成を示す図である。この図５中、１ａ−１ｆはトランジスタセル（トランジスタ）、２は周辺回路、２０は高周波増幅器を示す。
【００２９】
高周波増幅器２０は、互いに縦続接続された２段構成であり、２段のうち上段に含まれるトランジスタセル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ、及び、２段のうち下段に含まれるトランジスタセル１ｅ，１ｆを備える。
【００３０】
２段のうち上段に含まれるトランジスタセル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄについて、隣接している２つの各トランジスタセル（１ａと１ｂ、１ｂと１ｃ及び１ｃと１ｄ）におけるｘ軸方向の各中心はｙ軸方向に互い違いにずれている。
より具体的には、上方にずれたトランジスタセルと下方にずれたトランジスタセルとが交互に配列するような位置関係にある。
【００３１】
図５の例では、上段に含まれるトランジスタセル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうちトランジスタセル１ａ，１ｃは上方に位置しておりトランジスタセル１ｂ，１ｄは下方に位置している。
下段に含まれるトランジスタセル１ｅ，１ｆは、上段に含まれるトランジスタセル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうち上方に配列しているトランジスタセル（トランジスタセル１ａ，１ｃ）の下方向に位置している。
【００３２】
実施の形態１と同様に、この実施の形態２に係る高周波増幅器２０と従来の高周波増幅器とを放熱性能で比較する。熱流の通過面積Ｓ（ｚ）が大きい方が放熱性能が良いため、ここでもこれを指標とする。
【００３３】
比較のための従来の２段高周波増幅器を図６に示す。図５、６において、各トランジスタセルを発熱体（発熱面）とする。
【００３４】
図７（ａ）は、この実施の形態２に係る高周波増幅器２０について、発熱面よりｚ軸方向の距離０．２ｍｍの位置でのｘ−ｙ平面に平行な切断面における熱流の通過面積を示す図である。
【００３５】
図７（ｂ）は、図６に示した従来の高周波増幅器について、発熱面よりｚ軸方向の距離０．２ｍｍの位置でのｘ−ｙ平面に平行な切断面における熱流の通過面積を示す図である。
【００３６】
これら図７（ａ）及び（ｂ）におけるＳ（０．２）を計算するためのトランジスタセル１のパラメータを図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）のパラメータを元にＳ（０．２）を計算した結果、この実施の形態２に係る高周波増幅器２０のＳ（０．２）は、１．５９ｍｍ２となり、図６に示す従来の高周波増幅器でのＳ（０．２）は、１．３５ｍｍ２となった。この実施の形態２に係る高周波増幅器２０のＳ（０．２）は、従来の高周波増幅器におけるＳ（０．２）と比較して１５％程度大きくなっている。このため、高周波増幅器２０は、放熱性能が向上したといえる。
【００３７】
以上から、この実施の形態２に係る高周波増幅器２０により、放熱性能が向上する。同時に、上述の実施の形態１で説明したとおり、利得、効率及び出力電力等を改善することができる。
【００３８】
この実施の形態２では、２段構成の高周波増幅器２０を用いて説明したが、互いに縦続接続したｎ（ｎは自然数）段で構成してもよい。
この場合、ｎ段のうちの少なくとも１段に含まれるトランジスタセルについて、隣接している２つの各トランジスタセルにおけるｘ軸方向の各中心がｙ軸方向に互い違いにずれて配置されてもよい。
【００３９】
この実施の形態２では、分配合成形増幅器を例に説明を行ったが分布形増幅器であっても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
以上より実施の形態２に係る高周波増幅器２０は、互いに縦続接続したｎ（ｎは自然数）段で構成され、複数のトランジスタセル１ａ−１ｆの中で、ｎ段のうちの少なくとも１段に含まれるトランジスタセル１ａ−１ｄについて、隣接している２つの各トランジスタセルにおけるｘ軸方向の各中心はｙ軸方向に互い違いにずれているように構成した。このため熱抵抗が下がり高周波増幅器２０全体の放熱性能が向上する高周波増幅器２０を提供することができる。
【００４１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器３０について説明する。図８は、この実施の形態３に係る高周波増幅器３０の回路構成を示す図である。この図８中、１は複数のトランジスタセル、２は複数の周辺回路、３０は高周波増幅器を示す。
【００４２】
高周波増幅器３０は１段構成である。
トランジスタセル１は、直線上に配置されている。トランジスタセル１が配置されている直線（図８で点線Ｆで示す直線）の方向と、各トランジスタセル１の長手方向とのなす角度は９０度である。
【００４３】
高周波増幅器３０は、図１に示した高周波増幅器に対して、各トランジスタセル１を時計回りに９０度回転することで得ることができる。
【００４４】
実施の形態１と同様に、この実施の形態３に係る高周波増幅器３０と従来の高周波増幅器とを放熱性能で比較する。熱流の通過面積Ｓ（ｚ）が大きい方が放熱性能が良いため、ここでもこれを指標とする。
【００４５】
比較のための従来の高周波増幅器の計算は、上述の実施の形態１と同様である。
図８において、各トランジスタセル１を発熱体（発熱面）とする。
【００４６】
図９は、この実施の形態３に係る高周波増幅器３０について、発熱面よりｚ軸方向の距離０．２ｍｍの位置でのｘ−ｙ平面に平行な切断面における熱流の通過面積を示す図である。
【００４７】
図９におけるＳ（０．２）を計算するためのトランジスタセル１のパラメータを図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）のパラメータを元にＳ（０．２）を計算した結果、この実施の形態３に係る高周波増幅器３０のＳ（０．２）は、１．７６ｍｍ２となり、図１に示す従来の高周波増幅器でのＳ（０．２）は、１．６２５ｍｍ２となった（上述）。この実施の形態３に係る高周波増幅器３０のＳ（０．２）は、従来の高周波増幅器におけるＳ（０．２）と比較して８％程度大きくなっている。このため、高周波増幅器３０は、放熱性能が向上したといえる。
【００４８】
以上から、この実施の形態３に係る高周波増幅器３０により、放熱性能が向上する。同時に、上述の実施の形態１で説明したとおり、利得、効率及び出力電力等を改善することができる。
【００４９】
この実施の形態３に係る高周波増幅器３０の説明は、複数のトランジスタセル１が配置されている直線の方向と、各トランジスタセル１の長手方向とのなす角度が９０である例を用いて説明したが、角度は、０度を超え且つ９０までのいずれかであってもよい。それによって同様の効果を得ることが可能である。
【００５０】
この実施の形態３では、分布形増幅器を例に説明を行ったが分配合成型の増幅器であっても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
以上より実施の形態３に係る高周波増幅器３０は、直線上に配置された複数のトランジスタセル１で構成され、複数のトランジスタセル１が配置されている直線の方向と、複数のトランジスタセル１の各トランジスタセルの長手方向とのなす角度は、０度を超え且つ９０度までのいずれかであるように構成した。このため、熱抵抗が下がり高周波増幅器３０全体の放熱性能が向上する高周波増幅器３０を提供することができる。
【００５２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ  トランジスタセル（トランジスタ）、２  周辺回路、１０，２０，３０  高周波増幅器、２２  ドレインソースフィンガー。
【図１】
0005611110.tif 000003
【図２】
0005611110.tif 000004
【図３】
0005611110.tif 000005
【図４】
0005611110.tif 000006
【図５】
0005611110.tif 000007
【図６】
0005611110.tif 000008
【図７】
0005611110.tif 000009
【図８】
0005611110.tif 000010
【図９】
0005611110.tif 000011