(57)【要約】【課題】  ボンディングワイヤ等が断線しても多大な電流が流れないようにした半導体装置を提供する。【解決手段】  本発明による半導体装置は、エミッタ接地の第１トランジスタＱ１を有する増幅回路１と、エミッタ接地の第２トランジスタＱ２を有して第１トランジスタＱ１のベースにバイアス電流を供給するベースバイアス回路２と、増幅回路１の接地部ｇ１とベースバイアス回路２の接地部ｇ２との間に接続される抵抗素子Ｒ１とを備えている。【選択図】  図１
2006261925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ（ソース）接地の第１トランジスタを有する増幅回路と、
エミッタ（ソース）接地の第２トランジスタを有し、前記第１トランジスタのベース（ゲート）にバイアス信号を供給するバイアス回路と、
前記バイアス回路の接地部と前記増幅回路の接地部との間に接続されるインピーダンス素子と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
エミッタ（ソース）接地の第１トランジスタを有する増幅回路と、
エミッタ（ソース）接地の第２トランジスタを有し、前記第１トランジスタのベース（ゲート）にバイアス信号を供給するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路の接地部と前記増幅回路の接地部との間が短絡されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記バイアス回路、前記増幅回路および前記インピーダンス素子は、同一ペレット内に形成され、
前記バイアス回路の接地部および前記増幅回路の接地部はそれぞれ、ボンディングワイヤまたはバイアホールを介して、前記ペレットを内蔵するＩＣのパッケージの接地面に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バイアス回路は、
前記第２トランジスタのエミッタ（ソース）に接続される定電流回路と、
前記第２トランジスタのベース（ゲート）に接続される基準電圧回路と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１トランジスタのコレクタ（ドレイン）に接続される信号出力端子と、
前記第１トランジスタのベース（ゲート）に接続される信号入力端子と、を備え、
前記インピーダンス素子の一端は、前記第１トランジスタのエミッタ（ソース）に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅回路にバイアス信号を供給するバイアス回路を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＣＤＭＡ等の携帯電話の送信回路には、ヘテロバイポーラ型トランジスタ（ＨＢＴ）を用いたマイクロ波モノリシック電力増幅器が用いられる。同増幅器を内蔵する半導体ペレット（以下、単にペレット）の接地は、ペレットの接地部とＩＣパッケージに形成された接地導体部を、ボンディングワイヤで接続するか、あるいはペレットの半導体基板に穴加工を行い、ペレット表面と裏面をバイアホール等で導通させて行う（非特許文献１参照）。
【０００３】
ＷＣＤＭＡ等のディジタル通信に用いる電力増幅器は、信号増幅における線形性が電気特性上最も重要となる。マイクロ波領域では、接地部に接続されるボンディングワイヤやバイアホール等のインダクタンス成分により、マイクロ波電位が発生する。このマイクロ波電位の偏りにより、電力増幅器のベースバイアス回路で変調現象が発生し、電力増幅器の歪特性を悪化させる。このため、従来のマイクロ波増幅器では、ペレットの接地部は共通にはせず、個々にボンディングワイヤ等でパッケージの接地面に接続している。
【０００４】
ここで、何らかの要因でベースバイアス回路の接地部のボンディングワイヤが断線した場合、信号増幅用トランジスタの電位が上昇し、多大なコレクタ電流が流れる。携帯電話では、通常動作では最大250mA程度のコレクタ電流が、ボンディングワイヤの断線により数A以上にまで増大するおそれがある。
【非特許文献１】「移動体通信端末用増幅器切替型ＨＢＴ高出力モジュール」、大西正巳、松本秀俊、田上知紀（日立）、電子情報通信学会2004年秋全国大会  C-2-3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ボンディングワイヤ等が断線しても多大な電流が流れないようにした半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、エミッタ（ソース）接地の第１トランジスタを有する増幅回路と、エミッタ（ソース）接地の第２トランジスタを有し、前記第１トランジスタのベース（ゲート）にバイアス信号を供給するバイアス回路と、前記バイアス回路の接地部と前記増幅回路の接地部との間に接続されるインピーダンス素子と、を備えることを特徴とする半導体装置を提供する。
【０００７】
また、本発明の一態様によれば、エミッタ（ソース）接地の第１トランジスタを有する増幅回路と、エミッタ（ソース）接地の第２トランジスタを有し、前記第１トランジスタのベース（ゲート）にバイアス信号を供給するバイアス回路と、を備え、前記バイアス回路の接地部と前記増幅回路の接地部との間が短絡されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バイアス回路の接地部と増幅回路の接地部との間にインピーダンス素子を接続するため、ボンディングワイヤ等の断線が生じても、多大な電流が流れるおそれがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態による半導体装置の回路図である。図１の半導体装置は、ＷＣＤＭＡ等の携帯電話の送信回路内で用いられる電力増幅器の回路構成を示している。
【００１１】
図１の半導体装置は、エミッタ接地の第１トランジスタＱ１を有する増幅回路１と、エミッタ接地の第２トランジスタＱ２を有して第１トランジスタＱ１のベースにバイアス電流を供給するベースバイアス回路２と、増幅回路１の接地部ｇ１とベースバイアス回路２の接地部ｇ２との間に接続される抵抗素子Ｒ１とを備えている。電力増幅器を構成する各部品は、半導体ペレット内に形成されている。抵抗素子Ｒ１は、例えば、半導体ペレットに形成される高抵抗層にて実現される。
【００１２】
増幅回路１内の第１トランジスタＱ１のベースには、増幅すべきＲＦ信号Ｖinが入力される。第１トランジスタＱ１のコレクタには、ＲＦ信号を増幅して出力する出力端子Ｖoutが設けられている。
【００１３】
ベースバイアス回路２は、第２トランジスタＱ２のエミッタと接地部ｇ２との間に接続される定電流回路３と、第２トランジスタＱ２のベースと接地部ｇ２との間に接続される基準電圧回路４とを有する。
【００１４】
第２トランジスタＱ２のベースは、基準電圧回路４により、常に定電圧になるように設定される。第２トランジスタＱ２のエミッタは、第１トランジスタＱ１のベースと信号入力端子Ｖinとに接続されているが、第２トランジスタＱ２のエミッタにはＲＦ信号は流れず、常に定電流が流れる。
【００１５】
第１トランジスタＱ１のコレクタには基準電圧Ｖc1が供給される。第２トランジスタＱ２のベースには、抵抗素子Ｒ１を介して基準電圧Ｖcon1が供給され、第２トランジスタＱ２のコレクタには基準電圧Ｖdcが供給される。
【００１６】
図２は定電流回路３と基準電圧回路４の詳細構成の一例を示す回路図である。図示のように、定電流回路３は、ベースとコレクタが短絡された第３トランジスタＱ３を有する。基準電圧回路４は、直列接続された複数個のダイオードＤ１と、これら複数のダイオードＤ１に並列接続されるキャパシタＣ１とを有する。ダイオードＤ１のアノード−カソード間電圧は一定であるため、直列接続されるダイオードＤ１の数を調整することにより、第２トランジスタＱ２のベース電圧を所望の定電圧に設定できる。
【００１７】
増幅回路１の接地部ｇ１とベースバイアス回路２の接地部ｇ２は、それぞれ別個のボンディングワイヤｂ１，ｂ２にて、図１の半導体装置のＩＣパッケージの接地面に接続されて接地される。あるいは、両接地部ｇ１，ｇ２を不図示のバイアホールによりＩＣパッケージの接地面に接続してもよい。
【００１８】
以下では、両接地部ｇ１，ｇ２をボンディングワイヤｂ１，ｂ２によりＩＣパッケージの接地面に接続する例を説明する。何らかの原因でベースバイアス回路２の接地用に用いているボンディングワイヤｂ２が断線を起こした場合、ベースバイアス回路２内の第２トランジスタＱ２のベース電位が上昇し、結果として、エミッタ電位も上昇する。
【００１９】
ところが、ベースバイアス回路２は、抵抗素子Ｒ１と第１トランジスタＱ１のエミッタに接続されたボンディングワイヤを介して、ＩＣパッケージの接地面と導通しているため、ベースバイアス回路２内の第２トランジスタＱ２のエミッタ電位は所定の電位以上には上昇しない。このため、第１トランジスタＱ１のベース電位の上昇も抑制され、コレクタ電流が過大に流れるおそれがなくなる。結果として、電力増幅器の発熱を抑制でき、電話機等の高温化あるいは発火等の危険を防止できる。
【００２０】
図３は抵抗素子Ｒ１の抵抗値と第１トランジスタＱ１のコレクタ電流との対応関係を示す図であり、トランジスタサイズごとに対応関係を示している。図示のように、概略的な傾向として、抵抗素子Ｒ１が小さいほど、コレクタ電流が減少する。また、第１トランジスタＱ１のサイズが大きくなるほど、最適な抵抗値は小さくなる。
【００２１】
なお、図３のトランジスタサイズとは、トランジスタの電流を流すことが可能な面積であり、エミッタの断面積と等価である。トランジスタサイズが大きいほど、流せる電流が多くなるため、トランジスタの消費電力も増大する。
【００２２】
図４は図３の対応関係を図式化したグラフである。トランジスタサイズが大きくなるほど、コレクタ電流は大きくなるが、どのトランジスタサイズであっても、抵抗素子Ｒ１の抵抗値が小さいほど、コレクタ電流は小さくなる。
【００２３】
図３および図４によれば、抵抗素子Ｒ１が０Ωの場合、すなわち、ノードｇ１，ｇ２を短絡した場合がコレクタ電流を減らす上で最も望ましいように見受けられるが、直流的には問題なくても、交流的に変調が起こってしまい、回路が正常に動作しなくなる。このように、抵抗素子Ｒ１は、変調抑制作用も行う。
【００２４】
したがって、実際には、トランジスタサイズにも依存するが、抵抗値を数Ω〜数百Ωに設定するのが望ましい。より望ましくは、抵抗値を100〜200Ωに設定する。
【００２５】
このように、抵抗素子Ｒ１の抵抗値を適切に設定すれば、コレクタ電流の増大を抑制できる。例えば、抵抗素子Ｒ１の抵抗値を100〜200Ωの範囲内に設定すれば、コレクタ電流を１Ａ以下に抑えることができ、電話機の発熱や発火等の危険性を確実に排除できる。
【００２６】
また、この抵抗素子Ｒ１により、マイクロ波領域では、ボンディングワイヤの断線時にベースバイアス回路２と増幅回路１とが互いに遮断される。このため、ベースバイアス回路２が変調を受けて歪特性が劣化する等の問題は起きない。
【００２７】
一方、ボンディングワイヤｂ１，ｂ２が正しく接続されている場合には、この抵抗素子Ｒ１には電流が流れないため、回路動作に影響を与えることはない。また、第１トランジスタＱ１のエミッタに接続されたボンディングワイヤｂ１が断線した場合には、第１トランジスタＱ１にコレクタ電流が流れなくなるため、特に問題は起きない。
【００２８】
図５は本実施形態による半導体装置の上面図である。中央の半導体ペレット１１には、図１の電力増幅器が半導体プロセスにより形成される。この半導体ペレット１１は、ＩＣパッケージ１２に収納される。半導体ペレット１１の接地部は、例えばボンディングワイヤ１３（ｂ１），１４（ｂ２）によりＩＣパッケージ１２の接地面に接続されている。図１の抵抗素子Ｒ１は、図５に示すように、増幅回路１の接地部ｇ１（１５）とベースバイアス回路２の接地部ｇ２（１６）との間に接続されている。
【００２９】
図５では、ボンディングワイヤ１３，１４により、半導体ペレット１１とＩＣパッケージ１２とを接続する例を示したが、上述したように、バイアホールにより両者を接続してもよい。
【００３０】
図６は図１の電力増幅器を有する携帯電話の概略構成の一例を示すブロック図である。図１の電力増幅器は、例えば携帯電話の送信系で利用される。送信系は、変復調を行う変復調回路２１と、ミキサ２２と、プリアンプ２３と、減衰器（ＡＴＴ）２４と、図１の電力増幅器２５と、アイソレータ２６とを有する。受信系は、高周波増幅器２７と、ミキサ２８と、送信系と共用される変復調回路２１とを有する。この他、図６の携帯電話は、送信信号と受信信号の切替を行う方向性結合器２９と、アンテナ３０と、ミキサ２２，２８に局部発振信号を供給する局部発振器３１とを有する。
【００３１】
なお、本実施形態の電力増幅器２５は、図６のような携帯電話のみでの利用に限らない。種々の電子機器に適用可能である。
【００３２】
このように、本実施形態では、増幅回路１の接地部ｇ１とベースバイアス回路２の接地部ｇ２との間に抵抗素子Ｒ１を接続するため、増幅回路１の接地部ｇ１やベースバイアス回路２の接地部ｇ２に接続されるボンディングワイヤやバイアホールが断線しても、増幅回路１やベースバイアス回路２内に多大な電流が流れるおそれがなくなる。したがって、ボンディングワイヤ等が断線しても電力増幅器２５が高温になったり、発火を起こす可能性がなくなる。
【００３３】
上述した実施形態では、本発明の半導体装置を、携帯電話等で用いられる電力増幅器２５に適用する例を説明したが、本発明の半導体装置の利用目的は特に問わない。増幅回路１とベースバイアス回路２とを備えた各種の回路に適用可能である。
【００３４】
本発明の半導体装置は、図１の回路構成に限定されない。増幅回路１とベースバイアス回路２を備え、増幅回路１の接地部ｇ１とベースバイアス回路２の接地部ｇ２にボンディングワイヤやバイアホールが接続される各種の回路構成に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の回路図。
【図２】定電流回路３と基準電圧回路４の詳細構成の一例を示す回路図。
【図３】抵抗素子Ｒ１の抵抗値と第１トランジスタＱ１のコレクタ電流との関係を示す図。
【図４】図３の対応関係を図式化したグラフ。
【図５】本実施形態による半導体装置の上面図。
【図６】図１の電力増幅器を有する携帯電話の概略構成の一例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３６】
１  増幅回路
２  ベースバイアス回路
３  定電流回路
４  基準電圧回路
Ｑ１  第１トランジスタ
Ｑ２  第２トランジスタ
Ｑ３  第３トランジスタ
【図１】
2006261925.tif 000003
【図２】
2006261925.tif 000004
【図３】
2006261925.tif 000005
【図４】
2006261925.tif 000006
【図５】
2006261925.tif 000007
【図６】
2006261925.tif 000008