(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上にトランジスタ等の高周波信号増幅用半導体素子とその周辺にチップコンデンサやチップインダクタ、チップ抵抗および高周波伝送線路等の受動素子からなるインピーダンス整合回路やＤＣバイアス供給回路を搭載した高周波パワーアンプモジュールであって、
前記誘電体基板は多層基板であると共に、第一の面と、前記第一の面の反対側の面である第二の面とを有し、
前記高周波信号増幅用半導体素子は前記誘電体基板の前記第一の面にワイヤボンディング実装され、
前記高周波信号増幅用半導体素子の出力側に設けるインピーダンス整合回路を構成する伝送線路の一部と、前記第一の面と前記第二の面とを接続する少なくとも一つの第一のサーマルビアと、前記第一のサーマルビアよりも長さの短い少なくとも一つの第二のサーマルビアとが、前記高周波信号増幅用半導体素子を搭載した位置の下層を通る様に配置されている
ことを特徴とする高周波パワーアンプモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波パワーアンプモジュールにおいて、
前記高周波信号増幅用半導体素子の下層を通る様に配置された前記伝送線路は、上下に接地導体層を備えて成るストリップ線路構造を有する
ことを特徴とする高周波パワーアンプモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の高周波パワーアンプモジュールにおいて、
前記高周波信号増幅用半導体素子は前記誘電体基板の第１層上に搭載され、前記誘電体基板の第２層上に接地導体層を備え、前記高周波信号増幅用半導体素子の下面から前記第２層の接地導体層にサーマルビアを有する
ことを特徴とする高周波パワーアンプモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の高周波パワーアンプモジュールにおいて、
前記高周波信号増幅用半導体素子の下層を通る様に配置された前記伝送線路の一部にビアを備え、該ビアと表層に設けられたチップ部品とが接続されている
ことを特徴とする高周波パワーアンプモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の高周波パワーアンプモジュールにおいて、
前記高周波信号増幅用半導体素子単体と、前記インピーダンス整合回路以外のインピーダンス整合回路や前記ＤＣバイアス供給回路の一部とがＭＭＩＣチップに組み込まれている
ことを特徴とする高周波パワーアンプモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載の高周波パワーアンプモジュールにおいて、
ＭＭＩＣチップや前記受動素子を搭載する前記誘電体基板が窒化アルミニウムで構成されている
ことを特徴とする高周波パワーアンプモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は通信用送受信器の送信部に使われる高周波増幅装置に関するもので、特に携帯電話等で要求される装置の小型化に適した高周波パワーアンプモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話端末はその利便性の観点から小型、高機能化が要求されており、これに伴い、送信部に用いられる高周波パワーアンプにおいても小型化が重要な課題となっている。この高周波パワーアンプの小型化手法の一つとして多層誘電体基板上に部品類を搭載したモジュール化の方法が知られており、特開平９−２８３７００等に記載されている。
【０００３】
図６に上記特開平９−２８３７００の多層基板を用いたパワーアンプモジュールを示す。図において、増幅用半導体素子２−１、２−２は、６層の誘電体層を有する多層基板１の２層分をくり貫いた凹部に搭載され、ボンディングワイヤ８により表層の回路パタンに接続されている。コンデンサ、インダクタ、抵抗等のチップ部品６は基板１の表面に搭載されており、その上をキャップ９で覆っている。誘電体層の２層毎に接地導体層３を設け、その層間に線路導体層７を設け、線路用ビア５により表層に設けた回路パタンやチップ部品とのコンタクトをとっている。半導体素子の下には複数のサーマルビア４を設け、熱を裏面に逃がす構造としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、多層基板を用いたパワーアンプモジュールでは表面に半導体素子やコンデンサ、インダクタ、抵抗、等のチップ部品を搭載し、伝送線路やＤＣバイアス印加用線路の一部は層間の導体層を使う方法がとられており、上記従来の技術で示した例でも同様の構成となっている。
【０００５】
しかし、上記従来例では増幅用半導体素子の下の部分は最下層のアース導体まで全てサーマルビアが設けられており、表層以下の層間を伝送線路やＤＣバイアス印加用線路として使用できるスペースは限られたものとなる。より小型化を目指し、使用する半導体チップとモジュールの大きさが近づくほどこのスペースはほとんど無くなってしまう。特に半導体素子と周辺回路の一部を半導体基板上に取り込んだＭＭＩＣチップとした場合にはこの状態が著しくなり、多層基板を用いた小型化の利点を生かすことができなくなるという課題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上で述べた課題を解決するため、増幅用半導体素子の下に設けたサーマルビアを前記半導体素子を搭載した面の次の層のアース導体層までとし、その下の層に伝送線路を設ける構造とした。また、誘電体基板として窒化アルミニウムのような熱伝導率のよい材料を用いれば半導体素子の下に設けるサーマルビアも特に必要無く、接地面への接続用ビアだけでよい。
【０００７】
一般に送信用パワーアンプモジュールの性能として重要となる効率の低下を抑えるための回路損失低減の観点から、出力側のインピーダンス整合回路を構成する伝送線路が最も広い面積を必要とする。より多くのチップ部品を基板表面に搭載するには、上記出力側のインピーダンス整合回路を構成する伝送線路を、半導体素子の下を通るように形成することが最も有効である。これにより多層基板の内層の面積を有効に利用でき、もって小型な高周波パワーアンプモジュールが実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。図１は本発明の高周波パワーアンプモジュールの上面図であり、図２は上記高周波パワーアンプモジュールのＡ−Ｂ断面図である。本実施例において、出力側のインピーダンス整合回路を構成する伝送線路は、その一部が増幅用半導体素子および周辺回路の一部を組み込んだＭＭＩＣチップの下を通る構造となっている。
【０００９】
図１、図２において多層基板１−１〜１−４の最上層の誘電体基板１−１上にＭＭＩＣチップ２、やコンデンサ、インダクタ、抵抗等の受動チップ部品４−１〜４−６が搭載されている。高周波信号はモジュールの裏面に設けられた高周波信号入力端１２からビア６−１を通り、表層の入力端子５からボンディングワイヤ８−１を通り、ＭＭＩＣの入力パッド側に入り、ＭＭＩＣ出力側のボンディングワイヤ８−２を経て出力側のインピーダンス整合回路を形成するマイクロストリップ線路７に出力され、ビア６−２を通り誘電体の２層と３層の間に設けたストリップ線路３を経て再びビア６−３を通り、表層に設けたチップコンデンサ４−３を経た後、再びビアを通りモジュールの裏面に設けた出力端子１３に至る。
【００１０】
本実施例では、誘電体の１層目と２層目の間に第１接地導体層９および３層目と４層目の間に第２接地導体層１０を設け、最下層のモジュールのグランドとなるグランド層１１と多数のビアで接続している。またＭＭＩＣチップの下面には、第１接地導体層との間に多数のサーマルビア６−４を設けて熱抵抗の低減をはかっている。
【００１１】
図３は図１、図２に示した高周波パワーアンプモジュールの誘電体基板の２層目と３層目の間に設けた出力側インピーダンス整合回路用ストリップ線路を示す図である。図において３層目誘電体基板１−３の上にストリップ線路導体３が、基板表層に取り付けられたＭＭＩＣチップ２の真下を通るように設けられている。ＭＭＩＣからの高周波信号は表層からビア６−２を通り、ストリップ線路３、ビア６−３を経て再び表層に現れる。
【００１２】
また、ストリップ線路の途中にビア６−４が設けられており、基板表層に設けたインピーダンス整合用のチップコンデンサと接続されている。３層目誘電体基板を貫通する形でサーマルビア６−５がストリップ線路を避ける形で設けられている。なお、多層誘電体基板材料を窒化アルミニウムとすれば、基板の熱抵抗が低減され、サーマルビアを設けなくてもよくなる。ただし、グランドをとるためのビアは必要であり、グランドまでのインダクタンスを低減するにはあまり数を減らすのは得策ではない。
【００１３】
図４は図３で示した出力側インピーダンス整合回路用ストリップ線路の他の実施例を示す図である。図においてストリップ線路３の出力側ビア６−３の位置が同じで入力側ビア６−２の位置が９０度違う場合である。図３または図４の構成は、ストリップ線路が必要とする長さにより選択できる。
【００１４】
図５は本発明の高周波パワーアンプモジュールの回路構成図である。図においてモジュール２１の高周波信号入力端子２４からの高周波信号は２段アンプからなるＭＭＩＣ２２に入り、初段のトランジスタ２６出力段のトランジスタ２７を経て出力側のインピーダンス整合回路を構成するストリップ線路２３に入りモジュールの出力端子２５から出力される。各トランジスタにはＤＣバイアスがＤＣバイアス端子２８−１〜２８−４から印加される。図において出力側のストリップ線路の一部（斜線部）がＭＭＩＣチップの下の内層に形成される部分である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、多層基板を用いたパワーアンプモジュールにおいて、増幅用半導体素子を含む半導体チップの下の層に伝送線路、特に最も広い面積を必要とする出力側のインピーダンス整合回路を構成する伝送線路の一部を設ける。これにより多層基板の内層の面積を有効に利用できると共に表層をチップ部品搭載用として有効活用でき、もって小型な高周波パワーアンプモジュールの実現が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の高周波パワーアンプモジュールを示す平面図。
【図２】本発明の一実施例の高周波パワーアンプモジュールの断面図。
【図３】３層目誘電体基板上に構成したストリップ線路の平面図。
【図４】３層目誘電体基板上に構成したストリップ線路の平面図。
【図５】高周波パワーアンプモジュールの回路図。
【図６】従来の高周波パワーアンプモジュールの一例を示す断面図。
【符号の説明】
１…多層誘電体基板、２…ＭＭＩＣチップ、３…高周波伝送線路、４…受動チップ部品、５…入力パッド、６…ビア、７…出力パッド、８…ボンディングワイヤ、９…接地導体層１、１０…接地導体層２、１１…グランド層。
【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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