(57)【要約】【課題】無線送信部に用いられる高周波電力増幅器の最後段のトランジスタについて、高出力動作時においても安定した高性能動作が可能であり、小型で安価な高性能の高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】最後段トランジスタ部を３つのマルチセル１２，１３，１４により構成する。これらのマルチセル１２，１３，１４は、サイズのさらに小さな単位セル１５により構成されている。前記マルチセル１２，１３，１４のそれぞれの出力端子のうち、中央部のマルチセル１３の出力端子からは、パッケージ１に形成されているリード配線５に４本のワイヤを張り、また周辺部に配置されているマルチセル１２，１４の出力端子からはパッケージ１に形成されているリード配線５にそれぞれ２本のワイヤを張り、中央部に配置されているマルチセル１３に接続されているワイヤ本数を、周辺部に配置されているマルチセル１２，１４に接続されているワイヤ本数よりも多くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２段の増幅器から構成される高周波電力増幅器であって、最後段増幅器に少なくとも１個の単位セルが複数個並列接続されたマルチセルを半導体チップ上に少なくとも３個配置し、該マルチセルの出力端子と外部の整合回路との電気的な接続のためのワイヤ本数のうち、前記半導体チップの中央部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数を、前記半導体チップの周辺部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数よりも多くなるように接続したことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
少なくとも２段の増幅器から構成される高周波電力増幅器であって、最後段増幅器に少なくとも１個の単位セルが複数個並列接続されたマルチセルを半導体チップ上に少なくとも３個配置し、該マルチセルの出力端子と外部の整合回路との電気的な接続のためのワイヤ本数のうち、前記半導体チップの中央部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数を、前記半導体チップの周辺部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数よりも多くなるように接続し、前記マルチセルのうち、前記半導体チップの周辺部に配置される前記マルチセルの出力端と接続されるパッケージの接続端子の位置を、前記半導体チップの中央部に配置される前記マルチセルの出力端に接続されるパッケージの接続端子の位置よりも、前記半導体チップに近接するように配置したことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項３】
少なくとも２段の増幅器から構成される高周波電力増幅器であって、最後段増幅器に少なくとも１個の単位セルが複数個並列接続されたマルチセルを半導体チップ上に少なくとも３個配置し、該マルチセルの出力端子と外部の整合回路との電気的な接続のためのワイヤ本数のうち、前記半導体チップの中央部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数を、前記半導体チップの周辺部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数よりも多くなるように接続し、前記マルチセルのうち中央部に配置されている前記マルチセルの出力端子とパッケージの接続端子とを接続するワイヤの電気長を補正するためのコンデンサを備えたことを特徴とする高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２段の増幅器から構成される高周波電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの移動体通信機の無線送信部に用いられる高周波電力増幅器は、通常、２段以上からなる多段の増幅器によって構成されている。最後段となる増幅器に使用されるトランジスタは、高出力動作が要求されるため、一般的には単位セルと呼ばれる小さいセルを複数個並列接続することによって得られるマルチセルを用いることにより所望の高周波電力を増幅できるようにしている。マルチセルは、要求される出力電力レベルに応じて、さらに並列に追加接続される。
【０００３】
マルチセルは、入力端子，出力端子，接地端子からなり、接地端子は、ワイヤ経由してグランド面へ接続されるか、あるいは半導体チップに設けられたヴィアホールを経由して接地されたダイボンド面へ接続されている。
【０００４】
図４は従来技術による高周波電力増幅器の一例を示す斜視図である。
【０００５】
図４において、増幅器を構成するパッケージ５４は、半導体チップ５５を実装するダイパッド５６とリード配線５７〜６２が設けられており、周囲を樹脂などの絶縁材料で封止されている。最後段トランジスタ部を含む半導体チップ５５には信号入力用端子６３，信号出力用端子６４，バイアス電圧供給用端子６５が設けられている。
【０００６】
最後段トランジスタ部は３つのマルチセル６６，６７，６８により構成されている。マルチセル６６，６７，６８は、さらにサイズの小さな単位セル６９により構成されており、マルチセル６６，６７，６８の入力端子は、それぞれ半導体チップ５５に形成される金属配線７０によって並列に接続され、半導体チップ５５の信号入力用端子６３へ接続されている。
【０００７】
マルチセル６６，６７，６８の単位セル６９は、それぞれマルチセル６６，６７，６８に各々設けられているビア７１を経由して、ダイパッド５６に接続されている。ダイパッド５６はパッケージ５４の裏面を介して接地されている。
【０００８】
また、マルチセル６６，６７，６８の出力端子は、半導体チップ５５に形成されている金属配線７２により並列に接続されて信号出力用端子６４を形成している。信号出力用端子６４からはパッケージ５４に形成されているリード配線５８に複数本のワイヤ７３が張られている。
【特許文献１】特開２００３−２８２６２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、携帯電話機などの移動体通信機の無線送信部に用いられる高周波電力増幅器の最後段には、高出力動作時においても安定して高性能動作が可能となるようなトランジスタが使用される。通常、トランジスタの接合温度には絶対最大定格が定められており、これを超えてトランジスタを動作させることは、安定した高性能動作が期待できないばかりか、過負荷による動作寿命の短縮、あるいは最悪の場合には、過度の電流集中による焼損を引き起こす可能性がある。
【００１０】
トランジスタの接合温度の上昇は、セル全体で消費される電力と放熱板接合時の熱抵抗により見積ることができる。また、所望の出力電力を引き出すために必要な単位セル数は、単位セルあたりの許容損失から見積ることができる。
【００１１】
図４における従来技術の場合では、見積られた単位セルは３つのマルチセル６６，６７，６８に均等に配分される。３つのマルチセルは、通常、同じ形状で構成される。最後段トランジスタ部を動作させるために、半導体チップ５５に信号入力用端子６３，信号出力用端子６４，バイアス電圧供給用端子６５が設けられており、さらにパッケージ５４のリード配線５７〜６２には、バイアス電圧供給用端子６５，信号入力用端子６３，信号出力用端子６４に複数本のワイヤが張られている。
【００１２】
この状態でパッケージ５４のリード配線５８を経由して、外部の直流電源よりメインのバイアス電圧を印加し、信号入力用端子６３から高周波信号を入力すると、マルチセル６６，６７，６８で構成されている最後段トランジスタ部が動作する。このとき、信号出力用端子６４からは増幅された高周波信号が発生し、交流成分はリード配線５８を経由してパッケージ５４の外部へ放出される。増幅に寄与しない電力がマルチセル６６，６７，６８で熱に変換される。
【００１３】
その結果、半導体チップ５５の表面温度が上昇する。発生する熱のほとんどは、マルチセル６６，６７，６８にそれぞれ設けられたビアホール７１を経由して、ダイパッド５６へ放熱される。ダイパッド５６はパッケージ５４の裏面を介して接地されている。
【００１４】
発生する熱の大部分は裏面の接地から放熱される。熱の一部は半導体チップ５５の表面から空気中へ放熱される。あるいは他の熱の一部が信号出力用端子６４に接続されている複数のワイヤ７３を経由してリード配線５８へ放熱される。
【００１５】
このとき、半導体チップ５５の表面温度は図５に示したように分布する。３つのマルチセル６６，６７，６８のうち、中央部に配置されているマルチセル６７付近の温度上昇が最も大きく、周辺部に配置されているマルチセル６６，６８付近の温度上昇は小さくなる。
【００１６】
一般的にトランジスタをより安定に高性能動作させるためには、トランジスタを構成しているセルの温度上昇を極力抑えることが効果的である。
【００１７】
しかし、使用するデバイスの種類や電気的特性によっては、動作時の温度上昇の低減だけでは不十分であり、複数の単位セルで構成されているマルチセルを使用しているようなトランジスタの場合は、単位セルひとつひとつの温度上昇をいかに均一にするかが重要になる。
【００１８】
図６は負の温度特性を持つバイポーラトランジスタの直流特性の従来例である。コレクタ電圧が高く、コレクタ電流が大きくなる動作領域において不連続に電流が急激に減少する領域が観測される。
【００１９】
これは、外部から印加されているベース電圧に対し温度上昇と共にベース電流が増加し、さらにコレクタ電流が増加して、温度上昇が加速するために起こる現象である。複数の単位セルが並列接続されているマルチセルに関して、中央部に温度上昇が著しい領域が集中し、コレクタ電流の増加を引き起こす。
【００２０】
このとき、逆に温度上昇が少ない周辺部に配置されている単位セルについては、コレクタ電流が減少して、さらに温度が下降して、最後には単位セルにほとんどコレクタ電流が流れなくなってしまう。
【００２１】
従来技術の範囲内で、この問題を解決する場合、温度上昇が集中する中央部の単位セルの配置間隔を、互いに十分離すことにより熱集中を緩和することができるが、半導体チップ５５のチップ面積が大きくなってしまうため、コストダウンの障害となっていた。
【００２２】
本発明は、携帯電話機などの移動体通信機の無線送信部に用いられる高周波電力増幅器の最後段のトランジスタについて、高出力動作時においても安定した高性能動作が可能であり、小型で安価な高性能の高周波電力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】
【００２３】
前記目的を達成するため、本発明は、少なくとも２段の増幅器から構成される高周波電力増幅器であって、最後段増幅器に少なくとも１個の単位セルが複数個並列接続されたマルチセルを半導体チップ上に少なくとも３個配置し、該マルチセルの出力端子と外部の整合回路との電気的な接続のためのワイヤ本数のうち、前記半導体チップの中央部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数を、前記半導体チップの周辺部に配置される前記マルチセルの出力端子に接続されるワイヤ本数よりも多くなるように接続するものである。
【００２４】
この構成によって、温度上昇の大きい領域が集中するマルチセルの中央部から、ワイヤを経由して放熱する経路を増加し、半導体チップ周辺部に配置されるマルチセルからの放熱経路との差を設けることにより、中央部のマルチセルと周辺部のマルチセルの温度上昇を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、携帯電話機などの移動体通信機の無線送信部に用いられる高周波電力増幅器の最後段のトランジスタについて、従来と同じ半導体チップサイズで中央部のマルチセルの温度上昇と、周辺部のマルチセルの温度上昇を均一にすることができるため、高出力動作時においても特定のセルに過度の電流集中を発生させることなく安定した高性能動作が可能となり、小型で安価な高性能の高周波電力増幅器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の高周波電力増幅器を示す斜視図である。
【００２８】
図１において、高周波電力増幅器を構成するパッケージ１には、半導体チップ２を実装するダイパッド３とリード配線４〜９とが設けられており、周囲を樹脂などの絶縁材料で封止されている。最後段トランジスタ部を含む半導体チップ２には、信号入力用端子１０，バイアス電圧供給用端子１１が設けられている。
【００２９】
最後段トランジスタ部は３つのマルチセル１２，１３，１４により構成されている。マルチセル１２，１３，１４は、さらにサイズの小さな単位セル１５により構成されており、マルチセル１２，１３，１４の入力端子は、それぞれ半導体チップ２に形成される金属配線１６により並列に接続され、半導体チップ２の信号入力用端子１０に接続されている。
【００３０】
マルチセル１２，１３，１４の単位セル１５は、それぞれマルチセル１２，１３，１４に各々設けられているビア１７を経由して、ダイパッド３に接続されている。ダイパッド３は、パッケージ１の裏面を介して接地されている。
【００３１】
マルチセル１２，１３，１４のそれぞれの出力端子のうち、中央部のマルチセル１３の出力端子からは、パッケージ１に形成されているリード配線５に４本のワイヤが張られ、また周辺部に配置されているマルチセル１２，１４の出力端子からはパッケージ１に形成されているリード配線５にそれぞれ２本のワイヤが張られている。
【００３２】
実施形態１において、マルチセル１２，１３，１４のそれぞれの出力端子からパッケージのリード配線に接続されるワイヤ本数は、常に中央部に配置されているマルチセル１３に接続されているワイヤ本数が、周辺部に配置されているマルチセル１２，１４に接続されているワイヤ本数よりも多いことが特徴である。
【００３３】
ワイヤからの放熱経路の違いを、さらに効果的にする目的から、マルチセル１２，１３，１４のそれぞれの出力端子を、従来例のように半導体チップ２の表面に形成されている金属配線により、互いを熱的に接続させることがないように分離している。
【００３４】
実施形態１では、マルチセル１２，１３，１４のそれぞれの出力端子の電気的な接続だけを目的として５０μｍ以下の線幅を有する金属配線１８，１９により接続されている。
【００３５】
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２の高周波電力増幅器を示す斜視図である。
【００３６】
図２において、高周波電力増幅器を構成するパッケージ２０には、半導体チップ２１を実装するダイパッド２２とリード配線２３〜２８とが設けられており、周囲を樹脂などの絶縁材料で封止されている。最後段トランジスタ部を含む半導体チップ２１には、信号入力用端子２９，バイアス電圧供給用端子３０が設けられている。
【００３７】
最後段トランジスタ部は、３つのマルチセル３１，３２，３３で構成されている。マルチセル３１，３２，３３は、さらにサイズの小さな単位セル３４で構成されており、マルチセル３１，３２，３３の入力端子は、それぞれ半導体チップ２１に形成される金属配線３５によって並列に接続され、半導体チップ２１の信号入力用端子２９に接続されている。
【００３８】
マルチセル３１，３２，３３の単位セル３４は、それぞれマルチセル３１，３２，３３に各々設けられているビア３６を経由してダイパッド２２へ接続されている。ダイパッド２２はパッケージ２０の裏面を介して接地されている。
【００３９】
マルチセル３１，３２，３３のそれぞれの出力端子のうち、中央部のマルチセル３２の出力端子からは、パッケージ２０に形成されているリード配線２４に４本のワイヤが張られ、また周辺部に配置されているマルチセル３１，３３の出力端子からは、パッケージ２０に形成されているリード配線２４に、それぞれ２本のワイヤが張られている。
【００４０】
リード配線２４の中央部に対して周辺部は、半導体チップ２１に近接するような形状となっており、半導体チップ２１の中央部のマルチセル３２の出力端子から接続される４本のワイヤの１本あたりの長さは、周辺部のマルチセル３１，３３の出力端子から接続される２本のワイヤの１本あたりの長さより長くなるようにする。
【００４１】
これにより、中央部のマルチセル３２と周辺部のマルチセル３１，３３からリード配線２４までのワイヤ接続本数により生じるインダクタンス値の差が均一となり、高周波動作している場合においても、マルチセル３１，３２，３３の動作状態の差を均一にすることができる。
【００４２】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態２の高周波電力増幅器を示す斜視図である。
【００４３】
図３において、高周波電力増幅器を構成するパッケージ３７には、半導体チップ３８を実装するダイパッド３９とリード配線４０〜４５とが設けられており、周囲を樹脂などの絶縁材料で封止されている。最後段トランジスタ部を含む半導体チップ３８には信号入力用端子４６，バイアス電圧供給用端子４７が設けられている。
【００４４】
最後段トランジスタ部は、３つのマルチセル４８，４９，５０で構成されている。マルチセル４８，４９，５０は、さらにサイズの小さな単位セル５１で構成されており、マルチセル４８，４９，５０の入力端子は、それぞれ半導体チップ３８に形成される金属配線５２により並列に接続され、半導体チップ３８の信号入力用端子４６に接続されている。
【００４５】
マルチセル４８，４９，５０の単位セル５１は、それぞれマルチセル４８，４９，５０に各々設けられているビア５４を経由して、ダイパッド３９に接続されている。ダイパッド３９はパッケージ３７の裏面を介して接地されている。
【００４６】
マルチセル４８，４９，５０の出力端子のうち、中央部のマルチセル４９の出力端子からは、パッケージ３７に形成されているリード配線４１に４本のワイヤが張られ、また周辺部に配置されているマルチセル４８，５０の出力端子からは、パッケージ３７に形成されているリード配線４１に、それぞれ２本のワイヤが張られている。
【００４７】
さらに、中央部に配置されているマルチセル４９の出力端子にはコンデンサ５３が接続されている。コンデンサ５３は、半導体チップ３８上に形成されており、一端がビア５４を経由して接地されている。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、高性能、高信頼性が要求される携帯電話用などの高周波電力増幅器に適用され、特に携帯電話機などの移動体通信機の無線送信部に用いられる高周波電力増幅器の最後段のトランジスタについて、高出力動作時においても安定した高性能動作が可能であり、小型かつ安価で高性能が要求される高周波電力増幅器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１の高周波電力増幅器を示す斜視図
【図２】本発明の実施形態２の高周波電力増幅器を示す斜視図
【図３】本発明の実施形態３の高周波電力増幅器を示す斜視図
【図４】従来技術による高周波電力増幅器の一例を示す斜視図
【図５】従来技術により構成される半導体チップの表面温度分布図
【図６】従来の負の温度特性をもつバイポーラトランジスタの直流特性図
【符号の説明】
【００５０】
１，２０，３７  パッケージ
２，２１，３８  半導体チップ
３，２２，３９  ダイパッド
４〜９，２３〜２８，４０〜４５  リード配線
１０，２９，４６  信号入力用端子
１１，３０，４７  バイアス電圧供給用端子
１２〜１４，３１〜３３，４８〜５０  マルチセル
１５，３４，５１  単位セル
１６，３５，５２  金属配線
１７，３６，５４  ビア
１８，１９  金属配線
５３  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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