(57)【要約】【課題】  モノリシックアレイについての改良されたバイアス線バイパス技術を提供する。【解決手段】  バイアス線バイパス構造(300)が具備する複数のバイアス線バイパス回路（306）は、複数のアンプユニット（202）のそれぞれの周囲の少なくとも一部において繰り返し構造を構成し、アンプユニットとグリッドバイアスネットワーク（204）との間のＲＦ電流フローを減少させる。各バイアス線バイパス回路は、薄膜キャパシタ（308）と、誘導ワイヤブリッジ（310）と、グランドビア（314）に接続された薄膜抵抗（312）と、を具備し得る。薄膜キャパシタは、誘導ワイヤブリッジの関連する１つおよび薄膜抵抗の関連する１つと共振してＲＦ周波数に亘ってＲＦ電流フローを分流するよう選択された異なる値を有する。実施形態によっては、誘導ワイヤブリッジは、薄膜キャパシタの関連する１つがグランドにショートした場合に回路を開放する誘導ワイヤブリッジヒューズを具備し得る。【選択図】      図３
2007506357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシック基板（１０８）上にグリッド様構造（１０６）に配置された複数のアンプユニット（１０２）と、
前記アンプユニットを分離し、前記アンプユニットにＤＣ電力を供給するグリッドバイアスネットワーク（１０４）と、
を具備し、各アンプユニットは、繰り返し構造のバイアス線バイパス回路（２０６）を具備するモノリシックアレイアンプ。
【請求項２】
各バイアス線バイパス回路（２０６）は前記グリッドバイアスネットワークのバイアス通路（２１４）に沿って配置され、前記バイアス線バイパス回路は各アンプユニット（１０２）の周囲の少なくとも一部に配置されて前記アンプユニットの関連する１つと前記グリッドバイアスネットワークとの間のＲＦ電流フローを減ずる、請求項１に記載のモノリシックアレイアンプ。
【請求項３】
各バイアス線バイパス回路は、抵抗・インダクタンス・容量（ＲＬＣ）ネットワークを含み、
前記抵抗・インダクタンス・容量ネットワークは、
薄膜キャパシタ（３０８）と、
前記キャパシタを前記グリッドバイアスネットワークのバイアス通路（２１４）に接続する誘導ワイヤブリッジ（３１０）と、
前記キャパシタをグランドビア（３１４）に接続する薄膜抵抗（３１２）と、
を具備し、
前記グリッドバイアスネットワークは、ほぼ２０乃至３０ミクロンの厚さとほぼ２００乃至４００ミクロンの幅を有する金を具備する網構造を具備し、
電源が最大３００ａｍｐの電流を前記グリッドバイアスネットワークに供給し、前記キャパシタはほぼ０．０５ｐｆ乃至１０．０ｐｆである、請求項１に記載のモノリシックアレイアンプ。
【請求項４】
前記誘導ワイヤブリッジ（３１０）は、前記薄膜キャパシタの関連する１つがグランドにショートされた際に回路を開放する容量ワイヤブリッジヒューズを具備し、
前記モノリシック基板（１０８）は、半導体材料を具備し、前記バイアス線バイパス回路は、前記グリッドバイアスネットワークのバイアス通路（２１４）に沿って配置され、前記バイアス通路の実効伝搬定数の１／４波長未満、相互に離れている、請求項３に記載のモノリシックアレイアンプ。
【請求項５】
前記複数のアンプユニットの少なくとも幾つかは、
受信アンテナ（２０８）と、
送信アンテナ（２１０）と、
前記送信アンテナによる送信のために、前記グリッドバイアスネットワークからバイアス電圧を受け取り、前記受信アンテナが受信したミリ波周波数を増幅する、電力アンプ（２１２）と、
を具備し、前記受信アンテナは、ミリ波周波数において実質的に垂直偏向された波面を受信するよう構成され、前記電力アンプは信号を実質的に水平偏向された波面へと増幅するよう構成され、前記送信アンテナは前記増幅された信号を送信して前記ミリ波周波数において平行にされた高電力波面を生成するよう構成されている、請求項１に記載のモノリシックアレイアンプ。
【請求項６】
アンプユニット（１０２）を分離するグリッドバイアスネットワーク（１０４）とともにグリッド様構造（１０６）に配置された複数の前記アンプユニット（１０２）にＤＣ電力を供給し、
前記アンプユニット（１０２）と、前記アンプユニットのそれぞれにおいてバイアス線バイパス回路（２０６）の繰り返し構造を伴ったグリッドバイアスネットワークと、の間のＲＦ電流フローを減ずる、
ことを具備する、モノリシックアレイアンプ（１００）におけるバイアス構造の分離方法
【請求項７】
減ずることが、それぞれバイアス線バイパス回路（２０６）を具備する複数のＲＬＣネットワークによってＲＦ周波数の範囲に亘ってＲＦ電流フローを分流することを具備し、前記バイアス線バイパス回路（２０６）はそれぞれ薄膜キャパシタ（３０８）と、前記キャパシタを前記グリッドバイアスネットワークのバイアス通路（２１４）に接続する誘導ワイヤブリッジ（３１０）と、前記キャパシタをグランドビアに接続する薄膜抵抗（３１２）とを具備し、各バイアス線回路の前記キャパシタは前記薄膜レジスタの関連する１つおよび前記誘導ワイヤブリッジの関連する１つと共振するよう選択された異なる値を有する、請求項６に記載のバイアス構造の分離方法。
【請求項８】
前記誘導ワイヤブリッジは誘導ワイヤブリッジヒューズを具備し、前記バイアス構造の分離方法は、前記薄膜キャパシタの関連する１つがグランドにショートした際に前記誘導ワイヤブリッジヒューズを用いて回路を開放することをさらに具備し、
前記モノリシック基板（１０８）は、半導体材料を具備し、減ずることは、前記バイアス線バイパス回路を前記グリッドバイアスネットワークのバイアス通路（２１４）に沿って、前記バイアス通路の実効伝搬定数の１／４波長未満、相互に離れるように配置することを具備する、請求項７に記載のバイアス構造の分離方法。
【請求項９】
複数の回路要素（１０２）のそれぞれの周囲の少なくとも一部に繰り返し構造で配置され、前記回路要素（１０２）と前記回路要素にバイアス電流を供給するグリッドバイアスネットワーク（１０４）との間のＲＦ電流フローを減ずる、複数のバイアス線バイパス回路（２０６）を具備するバイアス線バイパス構造（１０６）。
【請求項１０】
各バイアス線バイパス回路は、薄膜キャパシタと、前記キャパシタを前記グリッドバイアスネットワークのバイアス通路（２１４）に接続する誘導ワイヤブリッジと、前記キャパシタをグランドビアに接続する薄膜抵抗と、を具備し、前記キャパシタは前記誘導ワイヤブリッジの関連する１つおよび前記薄膜レジスタの関連する１つと共振してＲＦ周波数の範囲に亘ってＲＦ電流を分流するよう選択された異なる値を有し、
前記誘導ワイヤブリッジは、前記薄膜キャパシタの関連する１つがグランドにショートした際に回路を開放する誘導ワイヤブリッジヒューズを具備し、
前記複数の回路要素は、グリッド様構造に配置され、１つのモノリシック基板（１０８）上に形成され、
前記グリッドバイアスネットワークは、前記回路要素を分離し、前記回路要素にＤＣ電力を供給し、
前記モノリシック基板は、半導体材料を具備し、前記バイアス線バイパス回路は、前記グリッドバイアスネットワークのバイアス通路に沿って、前記バイアス通路の実効伝搬定数の１／４波長未満、相互に離れて配置され、
前記半導体材料は、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、およびシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択された材料を具備する、請求項９に記載のバイアス線バイパス構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はＲＦ回路に関し、幾つかの実施形態はモノリシックアンプアレイおよびそのようなモノリシックアンプアレイのバイアスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＭＩＣアンプを含むモノリシック回路は、半導体ウェハ上に形成され、多数の個別の回路へと切り分けられ、ＲＦ基板上に搭載される。各ＲＦ基板は、各ＲＦ基板用のバイアス線上のＲＦエネルギーの総量を減らすために、個別にバイアスされ、大きなバイパスキャパシタを含むことがある。別個の独立した回路へと切り分けられる代わりに、モノリシックアレイは、１つのＲＦ半導体基板上において多数のモノリシック回路を含みことがある。これらのモノリシックアレイについての従来のバイアス線をバイパスする技術に関する問題は、要求されるバイパスキャパシタが、ウェハ上で利用可能な限られた領域に収まらないことである。
【０００３】
従来のバイアス線バイパス技術では、多数の大きさの異なるキャパシタを用いて、広帯域に亘るバイパスを提供することがある。低周波数をバイパスするのに用いられる大きなキャパシタは、たいてい限られた領域に収まらず、バイアス線の周囲に多数のキャパシタを分散させることが必要となることがある。残念なことに、多数のキャパシタによって、不良のキャパシタがグランドにショートされて回路が動作不良となる可能性が大きくなる。
【０００４】
したがって、モノリシックアレイについての改良されたバイアス線バイパス技術が広く求められている。また、キャパシタ欠陥に関連するリスクおよび問題を減ずる、バイアス線バイパス技術も求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
バイアス線バイパス構造が具備する複数のバイアス線バイパス回路は、複数のアンプユニットのそれぞれの周囲の少なくとも一部において繰り返し構造を構成し、アンプユニットとグリッドバイアスネットワークとの間のＲＦ電流フローを減少させる。各バイアス線バイパス回路は、薄膜キャパシタと、誘導ワイヤブリッジと、グランドビアに接続された薄膜抵抗と、を具備し得る。薄膜キャパシタは、誘導ワイヤブリッジの関連する１つおよび薄膜抵抗の関連する１つと共振してＲＦ周波数に亘ってＲＦ電流フローを分流するよう選択された異なる値を有する。実施形態によっては、誘導ワイヤブリッジは、薄膜キャパシタの関連する１つがグランドにショートした場合に回路を開放する誘導ワイヤブリッジヒューズを具備し得る。バイアス線バイパス回路は、グリッドバイアスネットワークのバイアス通路に沿って、バイアス線の実効伝搬定数の１／４波長未満、相互に離れて配置され得る。実施形態によっては、複数のアンプユニットは、１つのモノリシック基板上に形成されたグリッド様構造に配置されてアレイアンプを構成する。半導体材料は、例えば、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはシリコン（Ｓｉ）を具備し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下の記述および図面は、当業者が実施できるのに十分な程度に本発明の具体的な実施形態を示す。これ以外の実施形態は、構造的、論理的、電気的、工程の、およびその他の変更を含む。実施例は、可能な形態を代表しているだけである。各要素および機能は、はっきりと要求されている場合を除いて任意のものであり、動作の順序は変わり得る。幾つかの実施形態の部分および特徴は、他のものに含まれたり、代用されたりし得る。本発明の実施形態の範囲は、請求項の最大の範囲およびこれらの請求項の利用可能な同等物を包摂する。
【０００７】
図１は、本発明の実施形態に従ったモノリシックアレイアンプの一部を示している。モノリシックアレイアンプ１００は、グリッド様構造１０６に配置された複数のアンプユニット１０２を具備し、１つのモノリシック基板１０８上に形成されている。アレイアンプ１００は、また、グリッドバイアスネットワーク１０４を含み、グリッドバイアスネットワーク１０４は、アンプユニット１０２を分離し、アンプユニット１０２にＤＣ電力を供給する。実施形態に従えば、各アンプユニット１０２は、繰り返し（周期的）構造を形成するバイアス線バイパス回路（後に詳述する）１０２から構成される。グリッドバイアスネットワーク１０４は、電源グリッド網と捉えられても良い。
【０００８】
実施形態によっては、バイアス線バイパス回路は、グリッドバイアスネットワーク１０４のバイアス通路に沿って配置され、バイアス線の実効伝搬定数（例えば実効誘電率）の波長の４分の１未満相互に離れている。半導体材料は、例えばリン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）を具備する。
【０００９】
ユニット１０２は本明細書ではアンプユニットとして記載されているが、これは必須ではない。ユニット１０２は、バイアスグリッドネットワーク１０４からバイアスを受け取るほぼあらゆる回路から構成され得る。実施形態によっては、各アンプユニット１０２は、グリッドバイアスネットワーク１０４からバイアス電流を受け取る、１つ以上の電力アンプから構成され得る。実施形態によっては、電力アンプは、自己バイアス型高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）アンプ等の自己バイアス型アンプから構成され得るが、本発明の範囲はこの点において限定されない。これらの実施形態では、グリッドバイアスネットワーク１０４によって１つのバイアス電圧がトランジスタのゲートおよびドレインの両方に供給され、抵抗素子がゲート電圧を調整、降圧するために用いられてもよい。
【００１０】
図１は、アレイアンプを示しているが、本発明の実施形態は、回路要素のあらゆるグリッド様構造にも同様に適している。例えば、実施形態では、回路要素を含んでいるグリッドユニットの周囲の少なくとも一部に繰り返し構造で配置される複数のバイアス線バイパス回路を具備して回路要素と回路要素にバイアス電流を供給するグリッドバイアスネットワーク１０４との間のＲＦ電流フローを減ずることができる。これらの実施形態では、回路要素は、アンプユニット、電力アンプ等を含むほぼあらゆるタイプの能動回路を含み得る
実施形態によっては、アンプユニット１０２は、受信アンテナ、送信アンテナ、電力アンプを含んでおり、送信アンテナによって再送信するために、グリッドバイアスネットワーク１０４からバイアス電圧を受け取って受信アンテナが受信したＲＦ信号を増幅する。実施形態によってはＲＦ信号はミリ波周波数であってよいし、実施形態によってはＲＦ信号はＷバンドＲＦ信号であってもよい。実施形態によっては、構造１０６は、ほぼ９０乃至１００ＧＨｚ帯域のミリ波周波数を受信し、増幅し、再送信するためのアンプリフレクトアレイの一部であってよい。実施形態によっては、受信アンテナは、ミリ波周波数において実質的に垂直偏向された波面を受信するよう構成されていてもよいし、また、電力アンプは、信号を増幅して実質的に水平偏向された波面を提供するように構成されてもよい。送信アンテナは、増幅された信号を再送信してミリ波周波数において高出力の平行にされた波面を生成するように構成されてもよいが、本発明の範囲は、この点において限定されない。
【００１１】
図２は、本発明の実施形態に従ったアンプユニットを含んだグリッド様構造の一部を示している。実施形態によっては、部分２００は、アレイアンプ１００（図１）のグリッドユニットであってもよいが、他のグリッドユニットも適し得る。部分２００は、グリッドバイアスネットワーク２０４のバイアス通路２１４によって分離された１つ以上のアンプユニット２０２を含んでいる。アンプユニット２０２は、アンプユニット１０２（図１）の１つとしての利用に適し得るが、他の回路要素も適し得る。グリッドバイアスネットワーク２０４は、アンプユニット２０２にＤＣ電力を提供し得る。実施形態によっては、各アンプユニット２０２は、繰り返し構造を形成し得るバイアス線バイパス回路２０６を具備している。バイアス線バイパス回路２０６をグリッドバイアスネットワーク２０４のバイアス通路２１４に沿って配置してアンプユニット２０２とグリッドバイアスネットワーク２０４との間の電流フローを減じても良い。実施形態によっては、複数のバイアス線バイパス回路２０６を、各アンプユニット２０２の周囲のほぼ全てまたは少なくとも一部に配置して、アンプユニット２０２とグリッドバイアスネットワーク２０４との間のＲＦ電流フローをさらに減じてもよい。
【００１２】
実施形態によっては、各バイアス線バイパス回路２０６は、抵抗・インダクタンス・容量（ＲＬＣ）ネットワークの繰り返し構造から構成されてよい。これらの実施形態では、バイアス線バイパス回路２０６は、グリッドバイアスネットワーク２０４のバイアス通路２１４に沿って設けられてよいし、バイアス線の実効伝搬定数の１／４波長未満、相互に離れていてよい。
【００１３】
実施形態によっては、アンプユニット２０２は、受信アンテナ２０８、送信アンテナ２１０、電力アンプ２１２を含み得る。電力アンプ２１２は、グリッドバイアスネットワーク２０４からバイアス線２１６を介してバイアス電圧を受け取ることができる。これらの実施形態では、電力アンプ２１２を、受信アンテナが受信したミリ波信号等のＲＦ信号を、送信アンテナによる送信のために増幅するように構成してもよい。これらの実施形態では、アレイ中に構成された際に、各アンプユニット２０２は、アレイ１００（図１）の他のアンプユニット２０２から、少なくともＲＦに関して独立した動作であってもよい。
【００１４】
実施形態によっては、グリッドバイアスネットワーク２０４は、ほぼ２０乃至３０ミクロン（μｍ）の厚さとほぼ２００乃至４００ミクロン（μｍ）の幅を有する、１つ以上の、金等の導電体から構成されてよいが、本発明の範囲は、この点において限定されない。これらの実施形態では、アンプユニット２０２の電流要件に応じて、また網構造中での電圧サグを減ずるように、厚さを選択してよい。実施形態によっては、グリッドバイアスネットワーク２０４は、他の導電体から構成されてよい。実施形態によっては、電源は、グリッドバイアスネットワークに最大で３００ａｍｐまたはこれ以上の電流をグリッドバイアスネットワークに供給してよいが、本発明の範囲は、この点において限定されない。
【００１５】
図３は、本発明の実施形態に従ったバイアス線バイパス構造を示している。バイアス線バイパス構造３００は、アンプユニット２０２（図２）をグリッドバイアスネットワーク２０４から切り離すのに適し得るが、他の構造も適し得る。バイアス線バイパス構造３００は、バイアス線バイパス回路２０６（図２）として適し得るが他の回路も適し得るバイアス線バイパス回路３０６の繰り返しネットワークから構成される。実施形態に従えば、バイアス線バイパス構造３０６は、抵抗・インダクタンス・容量（ＲＬＣ）ネットワークの繰り返し構造を構成していてよい。各バイパス回路３０６は、１つ以上の薄膜キャパシタ３０８と、１つ以上のキャパシタ３０８をグリッドバイアスネットワークのバイアス通路３２２に接続する１つ以上の誘導ワイヤブリッジ３１０と、を具備してよい。各バイパス回路３０６は、また、キャパシタ３０８をグランドビア３１４に接続する１つ以上の薄膜抵抗３１２を具備してもよい。実施形態によっては、キャパシタ３０８に、誘導ワイヤブリッジ３１０の関連する１つおよび薄膜抵抗３１２の関連する１つと共振するように選択された異なる値を持たせ、ＲＦ周波数の範囲に亘ってＲＦ電流フローを分流してもよい。実施形態によっては、ＲＦ周波数の範囲は、３００ＧＨｚまでのＲＦ周波数を含んでいる。実施形態によっては、ＲＦ周波数の範囲は、ミリ波周波数を含んでいる。
【００１６】
実施形態によっては、バイアス線バイパス構造３００は、２つ以上のグランドビア３１４の間に薄膜抵抗３１８によって接続された薄膜キャパシタ３１６を具備していてよい。キャパシタ３１６は、さらに、誘導ワイヤブリッジ３２０によってバイアス通路３２２と接続されていてもよい。
【００１７】
実施形態によっては、誘導ワイヤブリッジ３１０および３２０は、誘導ブリッジヒューズから構成される。ワイヤブリッジヒューズは、関連する１つの薄膜キャパシタ３０８、３１６がグランドにショートされた際に、回路を開放する。これは、薄膜キャパシタの故障（failure）モードの間に起こり得る。実施形態によっては、１つのアンプユニットに対して複数のバイアス線バイパス回路３０６が設けられた場合、これらの薄膜キャパシタの幾つかが故障することは、ユニットの動作に対してほとんど、または全く影響しない。実施形態によっては、キャパシタ３０８および３１６は、ほぼ０．０５ｐｆ乃至１０．０ｐｆに亘る値を有し得るが、本発明の範囲はこの点において限定されない。薄膜抵抗３１２は、数オーム乃至１０オーム、またはこれ以上の範囲の値を有してよい。
【００１８】
実施形態によっては、各バイアス線バイパス回路３０６は、抵抗・インダクタンス・容量（ＲＬＣ）ネットワークの繰り返し構造３００の一部であり得る。これらの実施形態では、バイアス線バイパス回路３０６は、グリッドバイアスネットワークのバイアス通路３２２に沿って配置さてよいし、相互に間隔３２４を有していてよい。間隔３２４は、バイアス線の実効伝搬定数の１／４波長未満であってよいが、本発明の範囲は、この点において限定されない。ＩｎＰ基板を含んでいる実施形態においては、間隔３２４は、ほぼ５０乃至２００ミクロン（μｍ）であってよい。Ｗバンド動作の場合、間隔３２４は１５０ミクロン程度であってよい。
【００１９】
実施形態によっては、本発明は、モノリシックアレイアンプ（例えばアレイアンプ１００（図１））においてバイアス構造（例えば構造１０６（図１））を切り離す方法を提供する。これらの実施形態では、この方法は、１つのモノリシック基板上で複数のアンプユニットをグリッド様構造に配置することを具備する。アンプユニットは、ＤＣ電力をアンプユニットに供給するためのグリッドバイアスネットワークによって分離されていてよい。これらの実施形態では、この方法は、バイアス線バイパス回路（例えば回路３０６（図３））を、関連するアンプユニットの周囲の少なくとも一部においてＲＬＣネットワークの繰り返し構造（例えば構造３００（図３））で配置して、アンプユニットとグリッドバイアスネットワークの間のＲＦ電流フローの減少を補助することをさらに具備する。
【００２０】
代替実施形態においては、モノリシックアレイアンプ（例えばアレイアンプ１００（図１））においてバイアス構造（例えば構造１０６（図１））を切り離す方法は、アンプユニットを分離するグリッドバイアスネットワークとともにグリッド様構造に配置された複数のアンプユニットにＤＣ電力を供給することを具備する。これらの代替実施形態では、この方法は、各アンプユニットにおいて、アンプユニットと、バイアス線バイパス回路（例えば回路３０６（図３））の繰り返し構造（例えば構造３００（図３））を有するグリッドバイアスネットワークとの間のＲＦ電流フローを減ずることも具備する。
【００２１】
このように、モノリシックアレイのための、改良されたバイアス線バイパス技術および方法が記載された。また、キャパシタ欠陥に関連するリスクおよび問題を減ずる方法およびバイアス線バイパス技術が記載された。
【００２２】
強調される点は、Abstractは、読み手に技術開示の本質および主旨を理解させる要約を要求する37 C.F.R. Section 1.72（b）に従って提供されていることである。Abstractは、これが、請求の範囲または意味を限定したり、解釈したりすることに用いられないという理解の下に提出されている。
【００２３】
上記の詳細な記述において、種々の特徴が、開示を能率的にする目的のために、１つの実施形態においてまとめられている個所がある。この開示方法は、請求項化された実施形態の主題が各請求項で明確に言及されているより多くの特徴を要求しているという意図を示していると理解されるべきではない。むしろ、請求の範囲が示すように、発明の主題は、１つの開示された実施形態の全ての特徴より少ない。このように、請求の範囲は、本明細書によって、発明を実施するための最良の形態に包摂され、各請求項は、個別の好適な実施形態として独立している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るモノリシックアレイアンプの一部を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るアンプユニットを示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るバイアス線バイパス構造を示している。
【図１】
2007506357.tif 000003
【図２】
2007506357.tif 000004
【図３】
2007506357.tif 000005
【国際調査報告】
2007506357.tif 000006
2007506357.tif 000007
2007506357.tif 000008