(57)【要約】【課題】従来の技術による諸問題を解決するため、高放熱効能の電力増幅器を提供する。【解決手段】電力増幅集積回路１０は、基板５０と、放熱するためのヒートシンクと、基板５０に設けられてコレクター１２と、ベース１６と、少なくとも１個のエミッター１４ａ、１４ｂとを含むトランジスターと、ヒートシンクとエミッター１４ａ、１４ｂと直接に電気的に接続されるエミッター電極２０とを含む。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅集積回路であって、該電力増幅集積回路は、
基板と、
放熱するためのヒートシンクと、
基板に設けられてコレクターと、ベースと、少なくとも１個のエミッターとを含むトランジスターと、
ヒートシンクとエミッターと直接に電気的に接続されるエミッター電極とを含むことを特徴とする電力増幅集積回路。
【請求項２】
前記トランジスターがヘテロ接合バイポーラートランジスターであることを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項３】
前記エミッターが金属化薄膜を含むことを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項４】
前記エミッターがフリップチップバンプであることを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項５】
前記トランジスターがヒートシンクと基板との間に挟まれることを特徴とする請求項４記載の電力増幅集積回路。
【請求項６】
前記エミッター電極が基板をうがつ背面ビアであることを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項７】
前記基板がヒートシンクとトランジスターとの間に挟まれることを特徴とする請求項６記載の電力増幅集積回路。
【請求項８】
前記電力増幅集積回路は１個以上のエミッターを含み、各エミッターは金属化薄膜により相互接続されることを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項９】
前記エミッターがエミッター電極とヒートシンクを通して接地することを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項１０】
前記ヒートシンクが金属膜であることを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項１１】
前記複数のトランジスターとエミッター電極はマトリックス方式で配列されて特定の機能を提供する装置を形成することを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項１２】
前記基板がヒ化ガリウム基板であることを特徴とする請求項１記載の電力増幅集積回路。
【請求項１３】
放熱型電力増幅集積回路を製作する方法であって、該方法は、
基板を提供し、
放熱するためのヒートシンクを提供し、
コレクターと、ベースと、少なくとも１個のエミッターとを含むトランジスターを基板に形成し、
エミッター電極をヒートシンクとエミッターとに直接に電気的に接続するなどのステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記トランジスターを基板に形成するステップは更に、
金属化薄膜を基板に設けてエミッターを形成し、
第二金属化薄膜を設けて各エミッターを相互接続するなどのステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は更に、エミッターをエミッター電極とヒートシンクを通して接地させるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は更に、複数のトランジスターと複数のエミッター電極をマトリックス方式で配列して特定機能を提供する装置を形成することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
電力増幅集積回路であって、該電力増幅集積回路は、
基板と、
導電層と、
基板に設けられてコレクターと、ベースと、エミッターとを含むトランジスターと、
エミッターに直接に設けられてエミッターを導電層に接続して放熱するためのバンプとを含むことを特徴とする電力増幅集積回路。
【請求項１８】
前記トランジスターが導電層と基板との間に挟まれることを特徴とする請求項１７記載の電力増幅集積回路。
【請求項１９】
前記エミッターが導電層を通して接地することを特徴とする請求項１７記載の電力増幅集積回路。
【請求項２０】
前記導電層が金属膜であることを特徴とする請求項１７記載の電力増幅集積回路。
【請求項２１】
電力増幅集積回路であって、該電力増幅集積回路は、
基板と、
基板に設けられてコレクターと、ベースと、コレクターとベースとの側面に設けられる大型エミッターを具えるエミッターとを含むトランジスターと、
放熱するためのヒートシンクと、
ヒートシンクとエミッターにおける大型エミッターと接続されるフリップチップバンプとを含むことを特徴とする電力増幅集積回路。
【請求項２２】
前記エミッターがフリップチップバンプとヒートシンクを通して接地することを特徴とする請求項２１記載の電力増幅集積回路。
【請求項２３】
電力増幅集積回路であって、該電力増幅集積回路は、
基板と、
基板に設けられてコレクターと、ベースと、コレクターとベースとの側面に設けられる大型エミッターを具えるエミッターとを含むトランジスターと、
放熱するためのヒートシンクと、
ヒートシンクとエミッターにおける大型エミッターと接続されて、基板における大型エミッターの位置で基板をうがつビアとを含むことを特徴とする電力増幅集積回路。
【請求項２４】
前記エミッターがビアとヒートシンクを通して接地することを特徴とする請求項２３記載の電力増幅集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電力増幅器に関し、特にヘテロ接合バイポーラートランジスター（以下ＨＢＴと称する）電力増幅集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＢＴを含む電力増幅集積回路は広範囲に応用されており、特に高効能マイクロ波増幅器に広く応用されている。
【０００３】
ＨＢＴ電力増幅器の最も多発的かつ深刻な問題は高熱を生じさせることである。電力増幅集積回路は一般に高電流、即ち高熱の環境において作動するため、ＨＢＴによる高熱は接合部の温度を高めて増幅器周辺の温度を上回るようにさせる。接合部の高温は電力増幅器の信頼度を低めて電力増幅率を制限するのみならず、高熱環境において作動する電力増幅器も熱散逸により焼損する恐れがある。なお、高熱環境は電力増幅器の使用寿命を縮める。一般に、大寸法の電力増幅器には前述の熱散逸の問題がないものの、製作コストが引き上げられる欠点がある。
【０００４】
アメリカ合衆国特許第５，９８６，３２４号Ａｄｌｅｒｓｔｅｉｎ氏等の発明を参照するに、ＨＢＴの構造と作動は詳しく紹介されている。なおアメリカ合衆国特許第５，７９３，０６７号Ｍｉｕｒａ氏等の発明を参照するに、熱抵抗を低めるための幅広いリード線を具えるトランジスターの製作法は紹介されている。しかし、当該両氏はエミッター・エアブリッジ法などの高価かつ複雑な方法しか掲げなかった。
【０００５】
従来のＨＢＴなどの電力増幅器用トランジスターの放熱効率は低いのみならず、従来の電力増幅器における放熱装置は製作が困難だけでなく高価のため量産は難しくて信頼度も低い。放熱効率不足の問題によって従来の電力増幅器の動作温度は高められないため、寸法を大きくしなければならない。なお、放熱用のエアブリッジもダイよりはるかに高価である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は前述の問題を解決するため、高放熱効能の電力増幅器を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による電力増幅集積回路は、基板と、放熱するためのヒートシンクと、基板に設けられてコレクターと、ベースと、少なくとも１個のエミッターとを含むトランジスターと、ヒートシンクとエミッターと直接に電気的に接続されるエミッター電極とを含む。
【０００８】
この発明の特長は、トランジスターに集積する熱をエミッター電極とヒートシンクを通して発散させることによって、トランジスターが高熱環境に作動できるようにさせることにある。
【０００９】
この発明の更なる特長は、エミッター電極がエミッターを直接にヒートシンクと接続する設計によって放熱効率を高めて製作コストを低めることにある。
【００１０】
かかる電力増幅集積回路の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明を以下のような二通りの実施例によって説明する。両実施例はいずれもヒ化ガリウム基板に設けられるＨＢＴを含む。しかし、この発明はかかる基板とトランジスターに限らず、なお、この発明の応用も電力増幅器に限らない。
【００１２】
（第１の実施例）
図１を参照する。図１はこの発明によるＨＢＴ電力増幅器１０の平面図である。一般に、ＨＢＴは複数のベースと、エミッターと、コレクターとその他の素子を含むが、説明の便利を図るため、図１におけるＨＢＴ電力増幅器１０は簡素化されたものである。ＨＢＴ電力増幅器１０は基板５０に設けられるコレクター１２と、エミッター１４ａと、大型エミッター１４ｂと、ベース１６とを含む。基板５０はヒ化ガリウム材料またはその他の適当材料からなる。エミッター１４ａ、１４ｂは業界周知の金属化工程によって製作され、金属化薄膜１８と電気的に接続されて金属化薄膜１８を通して熱を伝導する。大型エミッター１４ｂはエミッター電極２０を通してヒートシンク２２（図３に示される）と接続される。この実施例において、エミッター電極２０はフリップチップバンプであり、放熱と接地のため大型エミッター１４ｂをヒートシンク２２に接続するものである。ＨＢＴ電力増幅器１０の電気的動作は従来の技術によるため、ここでその説明を省略する。
【００１３】
図２を参照する。図２はＨＢＴ電力増幅器１０の動作を表わす説明図である。
増幅器１０の生じた熱は増幅器１０作動時の電流値か仕事率と正比例してエミッター１４ａ、１４ｂに集積する。図における矢印４０方向の熱はエミッター１４ａ、１４ｂからフリップチップバンプ２０（即ちエミッター電極２０）を経てヒートシンク２２に流れ込む。増幅器が生じた熱の一部は輻射によってその他の周辺デバイスに流れるが、その大部分はフリップチップバンプ２０とヒートシンク２２を通して発散する。かくして、この発明はＨＢＴトランジスター内のエミッター１４ａ、１４ｂなどのデバイスに強力な冷却法を提供する。
【００１４】
図３を参照する。図３は図１における電力増幅器１０の図１における切線３―３に沿った断面図である。図３におけるヒートシンク２２は金属膜（例えば、電力増幅器１０のチップパッケージの裏側にある金属膜）であり、フリップチップバンプ２０は大型エミッター１４ｂとヒートシンク２２と接続される。図３によれば、矢印４２方向の熱はエミッター１４ａ、１４ｂからフリップチップバンプ２０を経て金属膜２２（即ちヒートシンク２２）に流れ込む。よってこの発明による強力な熱伝導作用は電力増幅器１０の放熱構造を大幅に改良し、電力増幅器１０が高仕事率の環境で作動できるようにさせる。
【００１５】
（第２の実施例）
図４を参照する。図４はこの発明の第２の実施例によるＨＢＴ電力増幅器１０’の平面図である。電力増幅器１０’は電力増幅器１０と類似していて、その相違点は電力増幅器１０’がエミッターと大型エミッターそれぞれ１個の代わりに２個の大型エミッター１４ｂ、１４ｂを含むことにある。もう一つの相違点は、電力増幅器１０’におけるエミッター電極２０’は２個の大型エミッター１４ｂの下方における背面ビア２０’のところに設けられることである。よって、電力増幅器１０’の生じた熱は矢印４４の方向に従って大型エミッター１４ｂ、１４ｂと背面ビア２０’からなる放熱経路を通して発散できる。この実施例における背面ビア２０’も第１の実施例におけるフリップチップバンプ２０のように熱をヒートシンク３０（図５に示される）に伝導することができる。例えば、ヒートシンク３０は電力増幅器１０’のチップパッケージの裏側にある金属膜である。
電力増幅器１０’の電気的動作は電力増幅器１０と同じであり、この実施例における背面ビア２０’の裏側にある金属膜がエミッター１４ｂに提供する接地も第１の実施例におけるフリップチップバンプ２０と同じである。図４を参照するに、この実施例と第１の実施例との更なる相違点は、この実施例には金属化薄膜１８を設けなくてもよいことにある。それは２個の大型エミッター１４ｂはいずれもヒートシンク３０と接続され、熱はヒートシンク３０によって発散するためである。このような構造をもって、この発明はＨＢＴトランジスター内のエミッター１４ａ、１４ｂなどのデバイスに強力な冷却法を提供する。
【００１６】
図５を参照する。図５は図４における電力増幅器１０’の図４における切線５―５に沿った断面図である。ヒートシンク３０はパッケージされていない電力増幅器１０’の基板５０の裏側にある金属膜である。図５によれば、背面ビア２０’は基板５０をうがっている。矢印４６方向の熱はエミッター１４ｂから背面ビア２０’を経てヒートシンク３０に流れ込む。よってこの発明による強力な熱伝導作用は電力増幅器１０’が高仕事率の環境で作動できるようにさせる。
【００１７】
もっとも、この発明の第１、第２の実施例は、複数のベースと、エミッターと、コレクターとその他の素子を含むＨＢＴ電力増幅器にようようされることが可能である。この発明によるＨＢＴ電力増幅器１０、１０’を製作するに現在の半導体製作技術を応用してもよいため、この発明は低コストと高利益などの長所を有する。
【００１８】
フリップチップバンプ２０または背面ビア２０’の数量を増やすことも電力増幅器１０、１０’の放熱効率を高められるが、電力増幅器１０、１０’の寸法の増大をもたらす。よって、設計者は実際の需要により放熱効率向上と寸法縮小にバランスをとることができる。
【００１９】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【００２０】
【発明の効果】
従来の技術と比べ、この発明は高効率の放熱方法を提供する。その方法によってトランジスター内の熱発生源たるエミッターが生じた熱を簡単かつ効率的に周辺にあるヒートシンクに伝導することが可能である。エミッター電極はエミッターの電気的接続の手段と熱伝導の経路とされ、フリップチップバンプまたは背面ビアに当たる。ヒートシンクは基板に直接に設けられる金属膜である。かくしてこの発明が提供する放熱経路の放熱効率と製作コストはいずれも従来の技術より優れている。そのため、この発明による電力増幅器の作動時における受容電流と受容電力強度は従来の技術をまさっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるＨＢＴ電力増幅器の平面図である。
【図２】ＨＢＴ電力増幅器１０の動作を表わす説明図である。
【図３】図１における電力増幅器の切線３―３に沿った断面図である。
【図４】この発明の第２の実施例によるＨＢＴ電力増幅器１０の平面図である。
【図５】図４における電力増幅器の切線５―５に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０、１０’　　　　　　　ＨＢＴ電力増幅器
１２　　　　　　　　　　　コレクター
１４ａ、１４ｂ　　　　　　エミッター
１６　　　　　　　　　　　ベース
１８　　　　　　　　　　　金属化薄膜
２０、２０’　　　　　　　エミッター電極
２２、３０　　　　　　　　ヒートシンク
５０　　　　　　　　　　　基板
【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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