(57)【要約】【課題】高いコスト抑制効果を得ることができる半導体素子の通電装置を提供する。【解決手段】通電装置２は、発振器１９と、発振器１９の出力を増幅する増幅ユニット１０と、ＲＦ出力コネクタ１５と、終端抵抗２０と、を備えている。高周波アンプ１１は、半導体増幅素子１１ａと、内部整合回路１１ｂ、１１ｃと、を備えている。増幅ユニット１０は、高周波アンプ１１と、外部整合回路基板１２ａ、１２ｂとを備えている。内部整合回路１１ｂ、１１ｃは、半導体増幅素子１１ａの入力側と出力側のそれぞれのインピーダンスを特性インピーダンスに整合する。通電装置２全体は特性インピーダンス（５０Ω）系で統一されている。外部整合回路基板１２ａ、１２ｂが備える外部整合回路は、内部整合回路１１ｂ、１１ｃよりも狭い周波数帯域幅でインピーダンス整合を行う回路である。【選択図】図１
2015084493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器と、
前記発振器の出力を増幅する第１増幅ユニットと、
前記第１増幅ユニットの出力側に電気的に接続したコネクタと、
前記コネクタと接続すべき被通電半導体素子の出力側に接続させるための終端抵抗と、
を備え、
前記第１増幅ユニットは、
第１半導体増幅素子と、前記第１半導体増幅素子の入力側と出力側のそれぞれのインピーダンスを特性インピーダンスに整合する内部整合回路と、を備えた半導体増幅デバイスと、
前記半導体増幅デバイスの入力側および出力側にそれぞれ設けられ、出力信号レベルの周波数特性において前記半導体増幅デバイスが有する出力信号レベルのピーク値よりも前記第１増幅ユニットが有する出力信号レベルのピーク値を増大させるように、前記内部整合回路よりも狭い周波数帯域幅でインピーダンス整合を行う第１外部整合回路と、
を含むことを特徴とする半導体素子の通電装置。
【請求項２】
入力信号を増幅して出力する第２増幅ユニットを、前記第１増幅ユニットの前段と後段の少なくも一方にさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の通電装置。
【請求項３】
前記第２増幅ユニットは、第２半導体増幅素子と、第２半導体増幅素子に接続し前記第１外部整合回路よりも広い周波数帯域幅で前記第２半導体増幅素子のインピーダンスを特性インピーダンスに整合する第２外部整合回路と、を含み、
前記第２増幅ユニットが前記第１増幅ユニットの前段に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の通電装置。
【請求項４】
前記第１増幅ユニットが複数段接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体素子の通電装置。
【請求項５】
前記第１外部整合回路は、チューナーを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の通電装置。
【請求項６】
前記第１外部整合回路は、線路を有する整合回路基板と、前記線路に設けられたスタブと、を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体素子の通電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の通電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開平５−３１５８５７号公報に開示されているように、高周波増幅器およびインピーダンス整合回路を備えた装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３１５８５７号公報
【特許文献２】特開平８−３７４３３号公報
【特許文献３】特開平１０−６５４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子の製造工程や信頼性の検証のために、通電装置が用いられることがある。具体的には、通電装置に製造中の高周波半導体素子（被通電半導体素子）をセットして高周波電力を印加する、いわゆるバーンインが行われることがある。これにより、素子特性の安定化、スクリーニング、および素子の寿命推定などを行うことができる。
【０００５】
従来の通電装置は、発振器からの高周波信号を増幅する目的で、半導体増幅デバイス（具体的には高周波アンプ）を内蔵している。この半導体増幅デバイスは、高周波半導体素子メーカが製造したものを使用するのが一般的である。この場合、通電装置の設計の際には、高周波半導体素子メーカが提示した性能（いわゆるカタログ値）に従って必要な増幅性能が得られるように半導体増幅デバイスを選択するのが普通であった。
【０００６】
一般に、出力信号レベルが高い仕様の半導体増幅デバイスのほうが、出力信号レベルが低い仕様の半導体増幅デバイスよりも高価なものとなりやすい。これは出力信号レベルが高ければ高いほど、内部の半導体増幅素子が大型化する等の理由で高コストとなりやすいからである。従って、通電装置で取り扱う信号レベルが大きくなればなるほど、高価な高出力の半導体増幅デバイスを使用せざるを得なかった。
【０００７】
ところで、通電装置は、上述したバーンインを行うという用途に鑑みれば、ある特定の周波数信号を出力できればよい。つまり、通電装置では広い周波数範囲で良好な出力を得る必要はなく、ある狭い周波数範囲でだけ必要な出力が得られればよい。これは、通電装置以外に半導体増幅デバイスを応用する場合とは異なり、通電装置の特殊な点である。本願発明者はこの点に着目し、高出力化に伴う半導体増幅デバイスの高コスト化を抑制することができる新規な通電装置を見出した。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高いコスト抑制効果を得ることができる半導体素子の通電装置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】
【０００９】
本発明にかかる半導体素子の通電装置は、
発振器と、
前記発振器の出力を増幅する第１増幅ユニットと、
前記第１増幅ユニットの出力側に電気的に接続したコネクタと、
前記コネクタと接続すべき被通電半導体素子の出力側に接続させるための終端抵抗と、
を備え、
前記第１増幅ユニットは、
第１半導体増幅素子と、前記第１半導体増幅素子の入力側と出力側のそれぞれのインピーダンスを特性インピーダンスに整合する内部整合回路と、を備えた半導体増幅デバイスと、
前記半導体増幅デバイスの入力側および出力側にそれぞれ設けられ、出力信号レベルの周波数特性において前記半導体増幅デバイスが有する出力信号レベルのピーク値よりも前記第１増幅ユニットが有する出力信号レベルのピーク値を増大させるように、前記内部整合回路よりも狭い周波数帯域幅でインピーダンス整合を行う第１外部整合回路と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高いコスト抑制効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の通電装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の通電装置の作用効果を説明するための周波数特性図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかる半導体素子の通電装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかる半導体素子の通電装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の通電装置２を示す図である。通電装置２は、発振器１９と、発振器１９の出力を増幅する増幅ユニット１０と、増幅ユニット１０の入力側に電気的に接続し発振器１９と接続されたＲＦ入力コネクタ１４と、増幅ユニット１０の出力側に電気的に接続したＲＦ出力コネクタ１５と、終端抵抗２０と、を備えている。通電装置２全体は特性インピーダンス（具体的には５０Ω）系で統一されている。
【００１３】
ＲＦ出力コネクタ１５には、バーンインされるべき被通電半導体素子６０の入力側が接続される。終端抵抗２０は、ＲＦ出力コネクタ１５と接続すべき被通電半導体素子６０の出力側に接続される。なお、通電装置２は、被通電半導体素子６０を保持するための治具（図示は省略する）も備えている。
【００１４】
増幅ユニット１０は、高周波アンプ１１と、外部整合回路基板１２ａ、１２ｂと、ＲＦ入力コネクタ１４とＲＦ出力コネクタ１５をそれぞれ保持するコネクタ保持板１６と、これらが実装された基板１７とを備えている。
【００１５】
高周波アンプ１１は、半導体増幅素子１１ａと、内部整合回路１１ｂ、１１ｃと、を備えている。内部整合回路１１ｂ、１１ｃは、半導体増幅素子１１ａの入力側と出力側のそれぞれのインピーダンスを特性インピーダンスに整合する。
【００１６】
図１では省略しているが、通電装置２は半導体増幅素子１１ａを動作させるためのドレイン電源およびゲート電源を備えており、これらの電源から半導体増幅素子１１ａにＤＣ電力が供給されている。
【００１７】
外部整合回路基板１２ａ、１２ｂは、高周波アンプ１１の入力側および出力側にそれぞれ設けられている。外部整合回路基板１２ａ、１２ｂは、表面にプリントされた金属のスルー線路１３ａ、１３ｂと、スルー線路１３ａ、１３ｂに設けられた整合調整用の複数のスタブ１８と、を含んでいる。外部整合回路基板１２ａ、１２ｂが備える外部整合回路は、内部整合回路１１ｂ、１１ｃよりも狭い周波数帯域幅でインピーダンス整合を行う回路であり、いわゆる狭帯域整合回路または単周波整合回路と呼ばれる。
【００１８】
図１では省略しているが、被通電半導体素子６０にもドレイン電源やゲート電源が取り付けられている。
【００１９】
通電装置２の動作を説明すると、まず発振器１９で所望周波数の微弱な高周波電力信号を発生させる。この高周波信号を高周波アンプ１１で増幅する。なお図１では１段のアンプ構成を示したが、通常は後述する実施の形態２のように数段直列にアンプを構成し所望の高周波電力を得るようにする。
【００２０】
発振器１９で発生した高周波電力は、ＲＦ入力コネクタ１４に入力されその後、スルー線路１３ａを通過する。その後、この高周波電力が半導体増幅素子１１ａに入力され、電力増幅が行われる。
【００２１】
増幅された高周波電力はスルー線路１３ｂを通過し、ＲＦ出力コネクタ１５を通過し、通電を行いたい被通電半導体素子６０に供給される。被通電半導体素子６０から出力された高周波電力は電波の漏洩を防ぐため、終端抵抗２０で熱に変換される。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の通電装置２の作用効果を説明するための周波数特性図である。図２（ａ）は、高周波アンプ１１が有する出力信号レベルの周波数特性を示す図である。これはつまり、半導体増幅素子１１ａの入出力インピーダンスが、内部整合回路１１ｂ、１１ｃによってインピーダンス整合されたものである。
【００２３】
一方、図２（ｂ）は、増幅ユニット１０が有する出力信号レベルの周波数特性を示す図である。これはつまり、高周波アンプ１１の入出力インピーダンスが、外部整合回路基板１２ａ、１２ｂによってインピーダンス整合されたものである。
【００２４】
図２（ａ）および図２（ｂ）からわかるように、外部整合回路基板１２ａ、１２ｂは、高周波アンプ１１が有する出力信号レベルのピーク値よりも増幅ユニット１０が有する出力信号レベルのピーク値を増大させている。具体的には、図２（ａ）に示すように、増幅ユニット１０は、中心周波数４．７ＧＨｚで、周波数帯域幅ＢＷ１において４７ｄＢｍのフラットな出力特性を得られるように内部整合が行われている。
【００２５】
例えば、www.MitsubishiElectric.co.jp/semiconductorsから入手可能な「三菱電機高周波デバイスカタログ（２０１２年９月作成）」には、ＭＧＦＣ４７Ａ４４５０では出力が４７ｄＢｍと記載されている。これは、４．４ＧＨｚから５．０ＧＨｚの範囲で実質的に４７ｄＢｍが得られることを示している。内部整合調整時にこの周波数範囲内で出力が得られるように、多少、広帯域の整合調整を行っている。通常のユーザは周波数を多少変動させて使用するので、動作周波数範囲が広いことが望ましいからである。
【００２６】
これに対し、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態にかかる外部整合回路基板１２ａ、１２ｂは、中心周波数は４．７ＧＨｚでありかつ周波数帯域幅ＢＷ１よりも狭い周波数帯域幅ＢＷ２において４９．５ｄＢｍをピークとするより狭い出力特性を得られるようにしている。
【００２７】
このように中心周波数である４．７ＧＨｚにおいてだけ狭帯域で整合を取ることにより、高周波アンプ１１の出力信号レベルを最大４９．５ｄＢｍまで向上させることができる。また、カタログ値のゲインが９．５ｄＢのところ、１１ｄＢという高いゲインを高周波アンプ１１で実現することもできる。このように、高周波アンプ１１をそのまま用いれば被通電半導体素子６０に４７ｄＢｍ（５０Ｗ）の電力しか印加できないところを、通電装置２全体で４９．５ｄＢｍ（８９Ｗ）もの電力を印加することができるようになる。
【００２８】
一般に、出力信号レベルが高い仕様の高周波アンプ１１のほうが、出力信号レベルが低い仕様の高周波アンプ１１よりも高価なものとなりやすい。これは出力信号レベルが高ければ高いほど、内部の半導体増幅素子が大型化する等の理由で高コストとなりやすいからである。また、一般的に、内部整合型の半導体デバイスは、入力側と出力側ともに特性インピーダンス(すなわち５０Ω)に整合されており、外部でインピーダンスを調整することなく所定の特性を得ることができる。
【００２９】
内部整合型の高周波アンプは、これ単体で増幅器として使用することを想定した一般的な製品であり、量産品なので安価なものが普及している。本実施の形態にかかる通電装置２によれば、内部整合型の高周波アンプ１１を、その出力信号レベルを高周波アンプ１１単体よりも増大させたうえで使用することができる。
【００３０】
通電装置２の主たる用途は、固定周波数（本実施の形態では４．７ＧＨｚ）で被通電半導体素子６０にバーンインを行うというものである。この点は、多くの場合の信号増幅用の増幅装置においてはユーザが周波数を多少変動させて使用することを想定して動作周波数範囲を広く設計しているのと明確に異なる。
【００３１】
従って、通電装置２においては、使用周波数（４．７ＧＨｚ）に合わせて出力信号レベルを増大させるように狭帯域整合を行ったとしても必要な性能を十分に満たすことができる。以上のように、安価な高周波アンプを用いて高出力信号レベルの通電装置２を実現できるので、高いコスト抑制効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる半導体素子の通電装置１０２を示す図である。通電装置１０２は、増幅ユニット１１０ａ、１１０ｂおよび増幅ユニット１０ａ、１０ｂが直列に接続した４段の増幅部を備えている。通電装置１０２は、発振器１９からの−１ｄＢｍの出力を４段の増幅を行い、最終段で４７ｄＢｍの出力を得るものである。
【００３３】
増幅ユニット１０ａ、１０ｂは、基本的な構造は、実施の形態１にかかる増幅ユニット１０と同じである。つまり、増幅ユニット１０ａ、１０ｂは、それぞれ、実施の形態１にかかる増幅ユニット１０と同様に、特性インピーダンスに整合された内部整合型の高周波アンプと、狭帯域幅でのインピーダンス整合を行う外部整合回路基板１２ａ、１２ｂと、を備えている。
【００３４】
ただし、内部の高周波アンプが異なっており、増幅ユニット１０ａの高周波アンプは出力信号レベルがカタログ値で３９ｄＢｍのものである。一方、増幅ユニット１０ｂの高周波アンプは出力信号レベルがカタログ値で４５ｄＢｍのものである。増幅ユニット１０ａ、１０ｂによれば、実施の形態１の増幅ユニット１０と同様に内蔵する高周波アンプの性能を引き出すことができ、出力について２ｄＢｍ〜３ｄＢｍほどカタログ値よりも向上でき、ゲインについても２ｄＢ程度カタログ値よりも向上できる。
【００３５】
通電装置１０２は、増幅ユニット１１０ａ、１１０ｂを、増幅ユニット１０の前段と後段にそれぞれ備えている。増幅ユニット１１０ａ、１１０ｂは、その内部構造は図示を省略するが、半導体増幅素子（図示せず）を備えた高周波アンプと、この高周波アンプに接続した外部整合回路と、を含んでいる。増幅ユニット１１０ａ、１１０ｂ内部の高周波アンプは、それぞれ内部整合回路を備えておらず、いわゆる外部整合型である。この外部整合回路は、周波数帯域幅ＢＷ２よりも広い周波数帯域幅で半導体増幅素子のインピーダンスを特性インピーダンス（通常は５０Ω）に整合する。増幅ユニット１１０ａ、１１０ｂは、増幅ユニット１０ａの前段に設けられている。
【００３６】
本実施の形態によれば、増幅ユニット１０ａ、１０ｂを用いることで、多段増幅を行う際の段数削減効果がある。すなわち、発振器１９からの出力が−１ｄＢｍとした場合に、最終段で４７ｄＢｍの出力を得るには、前述した「三菱電機高周波デバイスカタログ（２０１２年９月作成）」のカタログ値に従うと５段の高周波アンプが必要である。これに対し、実施の形態２では、カタログ値よりも出力を２ｄＢｍ〜３ｄＢｍほど向上でき、ゲインも２ｄＢ程度向上できる。図３に示すように、４段の増幅によって−１ｄＢｍから４７ｄＢｍへの電力増幅を実現することができる。更に最終段のアンプを、４７ｄＢｍの高周波アンプではなく、これよりも安価な４５ｄＢｍの高周波アンプを内蔵しかつこれと同等の出力信号レベルを備える増幅ユニット１０ｂに変更することができるという利点もある。
【００３７】
また、増幅ユニットの個数つまり増幅回路の段数削減につながるので、通電装置２の小型化、軽量化、低コスト化ができる。
【００３８】
また、増幅ユニット１０ａ、１０ｂを用いて多段増幅を行うことで、次の効果がある。複数の高周波アンプで信号を増幅するいわゆる多段増幅によれば、最終段で得られる出力信号レベルをより大きなものとすることができる。本実施の形態にかかる増幅ユニット１０ａ、１０ｂを備えた通電装置１０２を用いれば、安価な比較的低出力信号レベルの高周波アンプでそのような大きな出力信号レベルの増大を行うことができる。従って、より安価な高周波アンプ１１で同等の出力信号レベルを実現でき、これにより高いコスト抑制効果を得ることができる。
【００３９】
また、実施の形態２にかかる通電装置１０２のように増幅ユニット１０ａ、１０ｂを後段側に設けることで、次の効果がある。多段増幅を行う場合、複数の高周波アンプ１１は、後段の側（つまり相対的に出力側）に位置するほど、より高い出力信号レベルを有しなければならない。出力信号レベルが高い仕様の高周波アンプ１１のほうが、出力信号レベルが低い仕様の高周波アンプ１１よりも高価なものとなりやすい。
【００４０】
従来であれば、後段側、特に最終段の高周波アンプ１１には、高出力信号レベルの高価な高周波アンプ１１を使用せざるを得なかった。しかしながら、本実施の形態にかかる通電装置１０２では、後段の側の増幅ユニットにおいて本実施の形態にかかる増幅ユニット１０ａ、１０ｂを適用している。よって従来であれば高価な高出力信号レベルの高周波アンプを用いていたところを、これに代えてより安価な比較的低出力信号レベルの高周波アンプを用いて同等の出力信号レベルを得ることができる。従って、高いコスト抑制効果を得ることができる。
【００４１】
特に、通電装置１０２では、増幅ユニット１０ｂが最終段に設けられているという特徴もある。最終段は最も高出力が求められるので一般に最も高価な半導体増幅デバイスとならざるをえないが、４７ｄＢｍの高周波アンプと４５ｄＢｍの高周波アンプを比較すると二倍程度の価格差がある。実施の形態２では、４７ｄＢｍの高周波アンプではなく４５ｄＢｍの高周波アンプを用いて４７ｄＢｍの出力信号レベルを実現するので、半額程度の安価な高周波アンプで同等の性能を得ることができる。
【００４２】
なお、増幅ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、ゲインが向上するので電力変換効率が向上し低消費電力にもなる。
なお、本発明は４段の増幅ユニットを備えた通電装置に限られず、２段以上の複数段の増幅ユニットの少なくとも１つに増幅ユニット１０を用いた通電装置としてもよい。
【００４３】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる半導体素子の通電装置２０２を示す図である。外部整合回路基板１２ａ、１２ｂの代わりに、チューナー１１２ａ、１１２ｂを含む点を除いては、実施の形態１にかかる通電装置２と同じである。チューナーはスタブのように固定整合ではないため、被通電半導体素子６０のインピーダンス整合が微妙にずれていた場合、自由に調整できる。また、故意にインピーダンスをずらして印加負荷を調整することも自由にできる。
【符号の説明】
【００４４】
２  通電装置、１０  増幅ユニット、１０ａ  増幅ユニット、１０ｂ  増幅ユニット、１１  高周波アンプ、１１ａ  半導体増幅素子、１１ｂ  内部整合回路、１２ａ  外部整合回路基板、１３ａ  スルー線路、１３ｂ  スルー線路、１４  入力コネクタ、１５  出力コネクタ、１６  コネクタ保持板、１７  基板、１８  スタブ、１９  発振器、２０  終端抵抗、６０  被通電半導体素子、１０２  通電装置、１１０ａ  増幅ユニット、１１２ａ  チューナー、２０２  通電装置
【図１】
2015084493.tif 000003
【図２】
2015084493.tif 000004
【図３】
2015084493.tif 000005
【図４】
2015084493.tif 000006