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JP2012109320A - Power amplifier - Google Patents
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JP2012109320A - Power amplifier - Google Patents

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JP2012109320A JP2010255348A JP2010255348A JP2012109320A JP 2012109320 A JP2012109320 A JP 2012109320A JP 2010255348 A JP2010255348 A JP 2010255348A JP 2010255348 A JP2010255348 A JP 2010255348A JP 2012109320 A JP2012109320 A JP 2012109320A
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Abstract

【課題】複数のトランジスタを均一に動作させ、低消費電力及び良好な歪特性を実現する。
【解決手段】高周波信号を増幅する電力増幅器100であって、上部電極120a及び下部電極120bを有し、高周波信号が入力される整合容量120と、整合容量120の下部電極120bから出力される高周波信号を増幅する複数のトランジスタ110が所定の方向に並んで配置されているトランジスタ列とを備え、トランジスタ列に隣り合う領域において、トランジスタ列の両端から略等しい距離には、接地されたビアホール170が形成され、下部電極120bは、ビアホール170を挟んで高周波信号が均等に分配されるように配置されたマイクロストリップ線路であり、複数のトランジスタ110のベース端子に接続される。
【選択図】図2
A plurality of transistors are operated uniformly to achieve low power consumption and good distortion characteristics.
A power amplifier for amplifying a high-frequency signal, which includes an upper electrode and a lower electrode, and a matching capacitor to which a high-frequency signal is input and a high-frequency signal output from the lower electrode of the matching capacitor. A plurality of transistors 110 that amplify signals are arranged in a predetermined direction, and in a region adjacent to the transistor columns, grounded via holes 170 are provided at substantially equal distances from both ends of the transistor columns. The formed lower electrode 120b is a microstrip line arranged so that a high-frequency signal is evenly distributed across the via hole 170, and is connected to the base terminals of the plurality of transistors 110.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅器に関し、特に、複数のバイポーラトランジスタを有する電力増幅器に関する。   The present invention relates to a power amplifier that amplifies a high-frequency signal, and particularly to a power amplifier having a plurality of bipolar transistors.

近年、音声通話を主目的とする携帯電話ばかりでなく、スマートホンのようなより高度なアプリケーションを可能とする無線端末の市場拡大に伴い、無線端末の消費電力は、増大している。このため、無線端末で用いられる無線部での最大の電流を消費する送信用電力増幅器の低消費電力化に対する要望が、ますます高くなっている。   In recent years, the power consumption of wireless terminals has been increasing with the expansion of the market of wireless terminals that enable more advanced applications such as smart phones as well as mobile phones mainly intended for voice calls. For this reason, there is an increasing demand for lower power consumption of a transmission power amplifier that consumes the maximum current in the radio unit used in the radio terminal.

例えば、無線端末の送信部では一般的に、バイポーラトランジスタ、特に、化合物半導体を用いたヘテロ接合トランジスタ(以下、HBTと記載する)を用いた電力増幅器が用いられている。その中でも電力増幅器の消費電力特性に大きな影響を与える複数のHBT(マルチフィンガーHBT)のレイアウト方法に関するものである。   For example, a power amplifier using a bipolar transistor, particularly, a heterojunction transistor (hereinafter referred to as HBT) using a compound semiconductor is generally used in a transmitter of a wireless terminal. In particular, the present invention relates to a layout method of a plurality of HBTs (multi-finger HBTs) that greatly affects the power consumption characteristics of a power amplifier.

HBTが発熱素子であるために、複数のHBTの熱的な均一動作と消費電力特性とは、相関を有する。そこで、熱的な均一動作を実現するために、様々な複数のHBTのレイアウトが考案されている。なかでも最も多く一般的に用いられているレイアウトとして、複数のHBTから構成されるトランジスタ列を形成し、そのトランジスタ列を複数列、一般的には偶数列を配置するレイアウトがある。   Since the HBT is a heating element, the thermal uniform operation of the plurality of HBTs and the power consumption characteristics have a correlation. Accordingly, various HBT layouts have been devised in order to realize a thermal uniform operation. Among them, the layout that is most commonly used is a layout in which a plurality of transistor columns, generally even-numbered columns, are formed by forming a transistor column composed of a plurality of HBTs.

このようなレイアウトにおいて、トランジスタ列を単位として高周波信号を入力し、トランジスタ列ごとに増幅されて出力される出力信号を合成する。そして、半導体チップの外に接続される出力パッドから、外に出力信号が引き出される。   In such a layout, a high frequency signal is input in units of transistor arrays, and output signals that are amplified and output for each transistor array are synthesized. Then, an output signal is drawn out from an output pad connected outside the semiconductor chip.

図1は、特許文献1に記載の従来の電力増幅器10のレイアウトを示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a layout of a conventional power amplifier 10 described in Patent Document 1. In FIG.

電力増幅器10は、複数のHBTが配列された2列のトランジスタ列を有している。つまり、共通ベース端子11と2つの共通エミッタ端子12のそれぞれとの間に、複数のHBTが1列に配置されている(図1において横方向)。図1に示す電力増幅器10では、共通ベース端子11に入力された高周波信号が、上下のトランジスタ列に分配され、共通コレクタ端子13から出力される。   The power amplifier 10 has two transistor rows in which a plurality of HBTs are arranged. That is, a plurality of HBTs are arranged in one row between the common base terminal 11 and the two common emitter terminals 12 (lateral direction in FIG. 1). In the power amplifier 10 shown in FIG. 1, the high-frequency signal input to the common base terminal 11 is distributed to the upper and lower transistor rows and output from the common collector terminal 13.

米国特許第5321279号明細書US Pat. No. 5,321,279

しかしながら、上記従来技術では、複数のトランジスタを均一に動作させることができず、消費電力の増加、及び、歪特性の悪化を引き起こすという課題がある。   However, the above-described conventional techniques have a problem in that a plurality of transistors cannot be operated uniformly, causing an increase in power consumption and a deterioration in distortion characteristics.

図1に示すようなレイアウトの場合、複数のHBTが列を構成して、その列方向に対して平行に入力信号と出力信号とが進行する。このため、入力信号は、各HBTに均等に入力されない(入力側から遠い距離のHBTには入力信号の減衰が生じる)。また、出力信号も、出力パッドからの距離が異なるので、均等とはならない(出力パッドから遠いHBTは出力信号の減衰が生じる)。   In the case of the layout as shown in FIG. 1, a plurality of HBTs constitute a column, and an input signal and an output signal advance in parallel to the column direction. For this reason, the input signal is not input equally to each HBT (the input signal is attenuated in the HBT far from the input side). Also, the output signal is not uniform because the distance from the output pad is different (the HBT far from the output pad causes attenuation of the output signal).

これによって、各HBTは、均一な熱分布とはならない。一般的には、列の中央付近が高い温度となることが知られている。熱分布が不均一であるから、各HBTの動作も不均一となり、消費電力の増加、及び、歪特性の悪化を引き起こす。   As a result, each HBT does not have a uniform heat distribution. In general, it is known that the temperature near the center of the row is high. Since the heat distribution is non-uniform, the operation of each HBT is also non-uniform, causing an increase in power consumption and a deterioration in distortion characteristics.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、複数のトランジスタを均一に動作させることができ、低消費電力及び良好な歪特性の電力増幅器を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power amplifier that can operate a plurality of transistors uniformly and has low power consumption and good distortion characteristics. To do.

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る電力増幅器は、高周波信号を増幅する電力増幅器であって、上部電極及び下部電極を有し、前記高周波信号が入力される整合容量と、前記整合容量の前記下部電極から出力される高周波信号を増幅する複数のバイポーラトランジスタが所定の方向に並んで配置されているトランジスタ列とを備え、前記トランジスタ列に隣り合う領域において、前記トランジスタ列の両端から略等しい距離には、接地された第1ビアホールが形成され、前記下部電極は、前記第1ビアホールを挟んで、前記高周波信号が均等に分配されるように配置されたマイクロストリップ線路であり、前記複数のトランジスタのベース端子に接続される。   In order to solve the above problems, a power amplifier according to an aspect of the present invention is a power amplifier that amplifies a high-frequency signal, and includes an upper electrode and a lower electrode, and a matching capacitor to which the high-frequency signal is input; A plurality of bipolar transistors for amplifying a high-frequency signal output from the lower electrode of a matching capacitor, arranged in a predetermined direction, and at both ends of the transistor row in a region adjacent to the transistor row A grounded first via hole is formed at a substantially equal distance from the lower electrode, and the lower electrode is a microstrip line arranged so that the high-frequency signal is evenly distributed across the first via hole; Connected to base terminals of the plurality of transistors.

本構成によれば、2つに分配されたマイクロストリップ線路は、接地された第1ビアホールを中央部分で挟むように形成されているので、マイクロストリップ線路を通過する信号の電気力線は、接地されたビアホールに集中する。したがって、ビアホールを越しての干渉を大幅に低減することができるので、複数のトランジスタのそれぞれに均一の信号を入力することができる。よって、複数のトランジスタの入力を均一にすることができるので、複数のトランジスタを均一に動作させることができる。これにより、消費電力の増加、及び、歪特性の悪化を抑制することができる。   According to this configuration, since the microstrip line distributed in two is formed so as to sandwich the grounded first via hole at the center portion, the electric lines of force of the signal passing through the microstrip line are grounded. Concentrate on the via hole. Therefore, interference through the via hole can be greatly reduced, and a uniform signal can be input to each of the plurality of transistors. Accordingly, since the inputs of the plurality of transistors can be made uniform, the plurality of transistors can be operated uniformly. Thereby, an increase in power consumption and deterioration of distortion characteristics can be suppressed.

また、前記電力増幅器は、さらに、前記接地された第1ビアホールと、前記複数のバイポーラトランジスタのエミッタとに接続されるエミッタ接地用の配線を備えてもよい。   The power amplifier may further include a grounded emitter wiring connected to the grounded first via hole and the emitters of the plurality of bipolar transistors.

本構成によれば、第1ビアホールは、複数のトランジスタのエミッタ接地も兼ねている。これにより、1つのビアホールで2つの機能を兼ねているので、小面積化を実現することができる。   According to this configuration, the first via hole also serves as the emitter ground of the plurality of transistors. Thereby, since one via hole serves two functions, it is possible to reduce the area.

また、前記第1ビアホールを中央に挟む前記下部電極の外側には、さらに、第2ビアホールが形成され、前記エミッタ接地用の配線は、さらに、前記第2ビアホールに接続されていてもよい。   Further, a second via hole may be further formed outside the lower electrode sandwiching the first via hole in the center, and the emitter grounding wiring may be further connected to the second via hole.

これにより、複数のビアホールによってエミッタ接地を強化することができる。   Thereby, emitter grounding can be strengthened by a plurality of via holes.

また、前記エミッタ接地用の配線は、最上層の配線であってもよい。   The emitter grounding wiring may be the uppermost wiring.

本発明に係る電力増幅器によれば、複数のトランジスタを均一に動作させることができ、低消費電力及び良好な歪特性を実現することができる。   According to the power amplifier of the present invention, a plurality of transistors can be operated uniformly, and low power consumption and good distortion characteristics can be realized.

従来の電力増幅器のレイアウトを示す図である。It is a figure which shows the layout of the conventional power amplifier. 本発明の実施の形態に係る電力増幅器のレイアウトの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the layout of the power amplifier which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力増幅器のレイアウトの別の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the layout of the power amplifier which concerns on embodiment of this invention.

以下では、本発明に係る電力増幅器の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a power amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施の形態に係る電力増幅器は、高周波信号を増幅する電力増幅器であって、上部電極及び下部電極を有し、高周波信号が入力される整合容量と、整合容量の下部電極から出力される高周波信号を増幅する複数のバイポーラトランジスタが所定の方向に並んで配置されているトランジスタ列とを備える。トランジスタ列に隣り合う領域において、トランジスタ列の両端から略等しい距離には、接地されたビアホールが形成されている。そして、下部電極は、ビアホールを挟んで、高周波信号が均等に分配されるように配置されたマイクロストリップ線路であり、複数のトランジスタのベース端子に接続されている。   A power amplifier according to an embodiment of the present invention is a power amplifier that amplifies a high-frequency signal and has an upper electrode and a lower electrode, and is output from a matching capacitor to which a high-frequency signal is input and a lower electrode of the matching capacitor. And a transistor array in which a plurality of bipolar transistors that amplify the high-frequency signal are arranged in a predetermined direction. In a region adjacent to the transistor row, a grounded via hole is formed at a substantially equal distance from both ends of the transistor row. The lower electrode is a microstrip line arranged so that a high-frequency signal is evenly distributed across the via hole, and is connected to the base terminals of a plurality of transistors.

図2は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器100のレイアウトの一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る電力増幅器100は、複数のバイポーラトランジスタを有し、高周波信号を増幅する。   FIG. 2 is a diagram showing an example of the layout of the power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention. The power amplifier 100 according to the embodiment of the present invention includes a plurality of bipolar transistors and amplifies a high frequency signal.

図2に示すように、電力増幅器100は、複数のトランジスタ110と、整合容量120と、コレクタ列130と、コレクタパッド140と、バイアス用配線150と、エミッタ配線160とを備える。また、電力増幅器100には、ビアホール170が形成されている。   As shown in FIG. 2, the power amplifier 100 includes a plurality of transistors 110, a matching capacitor 120, a collector row 130, a collector pad 140, a bias wiring 150, and an emitter wiring 160. The power amplifier 100 has a via hole 170 formed therein.

複数のトランジスタ110は、所定の方向に沿って1列に配列され、トランジスタ列を構成する。複数のトランジスタ110のベースは、整合容量120に接続され、エミッタは、エミッタ配線160に接続され、コレクタは、コレクタ列130に接続されている。入力信号は、整合容量120を介して複数のトランジスタ110からなるトランジスタ列のベースに入力される。   The plurality of transistors 110 are arranged in one column along a predetermined direction, and constitute a transistor column. The bases of the plurality of transistors 110 are connected to the matching capacitor 120, the emitters are connected to the emitter wiring 160, and the collectors are connected to the collector row 130. An input signal is input to the base of a transistor array including a plurality of transistors 110 via a matching capacitor 120.

整合容量120は、整合用の容量であり、上部電極120aと下部電極120bとを有する。整合容量120は、図2に示すように、トランジスタ列に隣り合う領域であって、ビアホール170が中央部分に形成されている領域に、ビアホール170を挟むように形成されている。   The matching capacitor 120 is a matching capacitor and includes an upper electrode 120a and a lower electrode 120b. As shown in FIG. 2, the matching capacitor 120 is formed so as to sandwich the via hole 170 in a region adjacent to the transistor row and in which the via hole 170 is formed in the central portion.

また、上部電極120aと下部電極120bとの間には、絶縁膜が形成されている(図示せず)。下部電極120bは、ビアホール170を挟んで、高周波信号が均等に分配されるように配置されたマイクロストリップ線路であり、複数のトランジスタ110のベース端子に接続される。例えば、下部電極120bは、トランジスタ列の両端の中線を軸として線対称な形状である。また、上部電極120aは、ビアホール170を挟んで、下部電極120bの上方に形成されている。   In addition, an insulating film is formed between the upper electrode 120a and the lower electrode 120b (not shown). The lower electrode 120b is a microstrip line arranged so that a high-frequency signal is evenly distributed across the via hole 170, and is connected to the base terminals of the plurality of transistors 110. For example, the lower electrode 120b has a line-symmetric shape with the middle line at both ends of the transistor array as an axis. The upper electrode 120a is formed above the lower electrode 120b with the via hole 170 interposed therebetween.

なお、マイクロストリップ線路の対向接地面は電力増幅器が形成されたチップ裏面(図示せず)となる。また、ビアホール170は、半導体基板をエッチングして貫通させた後、導電体を埋め込み、チップ裏面と電気的に接続している。   Note that the opposing ground surface of the microstrip line is the back surface (not shown) of the chip on which the power amplifier is formed. In addition, the via hole 170 is etched through the semiconductor substrate, embedded with a conductor, and electrically connected to the back surface of the chip.

上部電極120aには、入力信号として高周波信号が入力される。この入力信号は、絶縁膜を介して下部電極120bに到達する。下部電極120bは、マイクロストリップ線路でもあり、2つに線路が分配されている。これは、マイクロストリップ線路を通る信号の進行が、1列に配置された複数のトランジスタ110の全てのベースに対し、均一に進行していくことが必要とされるためである。2つに分配された下部電極120bは、さらに図2に示すように、複数のトランジスタ110のベース方向に広げられている。   A high frequency signal is input to the upper electrode 120a as an input signal. This input signal reaches the lower electrode 120b through the insulating film. The lower electrode 120b is also a microstrip line, and the line is distributed into two. This is because the progress of the signal through the microstrip line needs to progress uniformly to all the bases of the plurality of transistors 110 arranged in one row. The lower electrode 120b distributed in two is further expanded in the base direction of the plurality of transistors 110 as shown in FIG.

コレクタ列130は、複数のトランジスタ110のコレクタとコレクタパッド140との間に平行に配置されている。コレクタ列130は、複数のトランジスタ110のそれぞれによって増幅された信号をコレクタパッド140に出力する。   The collector row 130 is disposed in parallel between the collectors of the plurality of transistors 110 and the collector pad 140. The collector column 130 outputs a signal amplified by each of the plurality of transistors 110 to the collector pad 140.

コレクタパッド140は、出力端子の一例であり、例えば、ワイヤーボンディングにより外部に増幅された信号を出力する。   The collector pad 140 is an example of an output terminal, and outputs a signal amplified to the outside by wire bonding, for example.

バイアス用配線150は、ベース電圧を印加するための配線であり、下部電極120bに接続されている。例えば、同じチップ内に構成されているバイアス回路からの出力電圧が、バイアス用配線150及び下部電極120bを介して、複数のトランジスタ110のベースに印加される。   The bias wiring 150 is a wiring for applying a base voltage, and is connected to the lower electrode 120b. For example, an output voltage from a bias circuit configured in the same chip is applied to the bases of the plurality of transistors 110 via the bias wiring 150 and the lower electrode 120b.

エミッタ配線160は、複数のトランジスタ110のエミッタ接地用の配線である。エミッタ配線160は、接地されたビアホール170と、複数のトランジスタ110のエミッタに接続されている。エミッタ配線160は、例えば、最上層の配線である。   The emitter wiring 160 is a wiring for grounding the emitters of the plurality of transistors 110. The emitter wiring 160 is connected to the grounded via hole 170 and the emitters of the plurality of transistors 110. The emitter wiring 160 is, for example, the uppermost layer wiring.

ビアホール170は、接地されており、複数のトランジスタ110から構成されるトランジスタ列に隣り合う領域において、トランジスタ列の両端から略等しい距離に形成されている。ビアホール170は、内部に導体が充填され、又は、内壁を導体によって覆われている。また、下部電極120bは、ビアホール170を挟んで、対称に上下方向に分けられたマイクロストリップ線路である。   The via hole 170 is grounded, and is formed at a substantially equal distance from both ends of the transistor array in a region adjacent to the transistor array including the plurality of transistors 110. The via hole 170 is filled with a conductor, or the inner wall is covered with the conductor. The lower electrode 120b is a microstrip line that is symmetrically divided in the vertical direction with the via hole 170 interposed therebetween.

本発明の実施の形態では、この分配されたマイクロストリップ線路の間に、接地されたビアホール170が設けられていることを特徴とする。   The embodiment of the present invention is characterized in that a grounded via hole 170 is provided between the distributed microstrip lines.

マイクロストリップ線路を進行する信号は、物理的に分配されていても、その信号の電気力線は3次元的であるので、通常互いに干渉する。しかしながら、図2に示すように、中央に接地されたビアホール170が形成されていると、このビアホール170に電気力線が集中するので、ビアホール170を越しての線路への干渉を大幅に低減できる。つまり、ビアホール170が信号分離(アイソレーション)の役割をもつ。これにより、1列に配列された複数のトランジスタ110のベース方向に対し、均一に分配された信号が拡がって入力されることになる。   Even if the signals traveling on the microstrip line are physically distributed, the electric lines of force of the signals are three-dimensional and thus usually interfere with each other. However, as shown in FIG. 2, when the via hole 170 grounded at the center is formed, the electric lines of force concentrate on the via hole 170, so that the interference with the line through the via hole 170 can be greatly reduced. . That is, the via hole 170 has a role of signal separation (isolation). As a result, the uniformly distributed signals are spread and input in the base direction of the plurality of transistors 110 arranged in one column.

本発明の実施の形態では、さらに、エミッタ配線160は、接地されたビアホール170と、複数のトランジスタ110のエミッタとを接続している。つまり、ビアホール170は、複数のトランジスタ110のエミッタ接地を兼ねる。そのため、1つのビアホールで、2つの機能を有することができ、面積削減ができて、コスト上有利となる。   In the embodiment of the present invention, the emitter wiring 160 further connects the grounded via hole 170 and the emitters of the plurality of transistors 110. That is, the via hole 170 also serves as a grounded emitter for the plurality of transistors 110. Therefore, one via hole can have two functions, and the area can be reduced, which is advantageous in terms of cost.

以下では、本発明の実施の形態に係る電力増幅器の別の例について説明する。   Hereinafter, another example of the power amplifier according to the embodiment of the present invention will be described.

図3は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器200のレイアウトの別の一例を示す図である。本発明の実施の形態の別の例に係る電力増幅器200は、複数のバイポーラトランジスタを有し、高周波信号を増幅する。   FIG. 3 is a diagram showing another example of the layout of the power amplifier 200 according to the embodiment of the present invention. A power amplifier 200 according to another example of the embodiment of the present invention includes a plurality of bipolar transistors and amplifies a high frequency signal.

図3に示すように、電力増幅器200は、複数のトランジスタ210と、整合容量220と、コレクタ列230と、コレクタパッド240と、バイアス用配線250と、エミッタ配線260とを備える。また、電力増幅器200には、ビアホール270a及び270bが形成されている。   As shown in FIG. 3, the power amplifier 200 includes a plurality of transistors 210, a matching capacitor 220, a collector row 230, a collector pad 240, a bias wiring 250, and an emitter wiring 260. In addition, via holes 270a and 270b are formed in the power amplifier 200.

例えば、本発明の実施の形態の別の例に係る電力増幅器200は、半導体基板上に形成される。このとき用いる半導体基板としては、例えば、GaAs基板がある。GaAs基板上に、各機能層をエピタキシャル成長することで、複数のトランジスタ210などを構成する。   For example, the power amplifier 200 according to another example of the embodiment of the present invention is formed on a semiconductor substrate. An example of the semiconductor substrate used at this time is a GaAs substrate. A plurality of transistors 210 and the like are formed by epitaxially growing each functional layer on a GaAs substrate.

複数のトランジスタ210は、所定の方向に沿って1列に配列され、トランジスタ列を構成する。例えば、複数のトランジスタ210のエミッタ層はInGaPからなる層であり、ベース層はp型ドーピングされたGaAs層であり、コレクタ層はN型ドーピングされたGaAs層である。つまり、複数のトランジスタ210は、エミッタ層とベース層との間が材料の異なる層のヘテロ接合であるようなHBTである。   The plurality of transistors 210 are arranged in one column along a predetermined direction, and constitute a transistor column. For example, the emitter layer of the plurality of transistors 210 is a layer made of InGaP, the base layer is a p-type doped GaAs layer, and the collector layer is an N-type doped GaAs layer. That is, the plurality of transistors 210 are HBTs in which the emitter layer and the base layer are heterojunctions of layers having different materials.

半導体基板上に形成される電力増幅器200のトランジスタ数は、求められる出力レベルによって異なるが、本実施の形態では一例として、現在、最も応用分野の広いいわゆる3Gと呼ばれるUMTS(Universal Mobile Telecommunications System)変調での約28dBmの場合とする。この場合、電力増幅器200は、2段増幅回路であり、初段は5セル程度、最終段は18セル程度である。図3は、電力増幅器200の最終段について示しており、18セルのトランジスタ210が1列に配列されている。   The number of transistors of the power amplifier 200 formed on the semiconductor substrate varies depending on the required output level. In the present embodiment, as an example, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) modulation, which is currently called 3G, which has the widest application field, is an example. In case of about 28 dBm. In this case, the power amplifier 200 is a two-stage amplifier circuit, with the first stage having about 5 cells and the final stage having about 18 cells. FIG. 3 shows the final stage of the power amplifier 200, in which 18-cell transistors 210 are arranged in one row.

図3では、トランジスタ列の左がベース側、右側がコレクタである。右側にコレクタ列230が形成されている。図3に示すように、コレクタ列230は、コレクタパッド240と平行に配置されている。つまり、複数のトランジスタ210それぞれのコレクタ出力は、従来のように一旦コレクタ列に集められることなく、コレクタパッド240に出力される。   In FIG. 3, the left side of the transistor array is the base side, and the right side is the collector. A collector row 230 is formed on the right side. As shown in FIG. 3, the collector row 230 is arranged in parallel with the collector pad 240. That is, the collector output of each of the plurality of transistors 210 is output to the collector pad 240 without being collected once in the collector row as in the prior art.

コレクタパッド240は、出力端子の一例であり、例えば、ワイヤーボンディングにより外部に増幅された信号を出力する。例えば、約25ミクロン径のAuからなるワイヤーボンドによって、増幅された信号を外部に取り出すことができる。   The collector pad 240 is an example of an output terminal, and outputs a signal amplified to the outside by wire bonding, for example. For example, the amplified signal can be taken out by a wire bond made of Au having a diameter of about 25 microns.

整合容量220は、整合用の容量であり、上部電極220aと下部電極220bとを有する。整合容量220は、図3に示すように、トランジスタ列に隣り合う領域であって、ビアホール270aが中央部分に形成されている領域に、ビアホール270aを挟むように形成されている。   The matching capacitor 220 is a matching capacitor and includes an upper electrode 220a and a lower electrode 220b. As shown in FIG. 3, the matching capacitor 220 is formed so as to sandwich the via hole 270a in a region adjacent to the transistor row and in which the via hole 270a is formed in the central portion.

上部電極220aには、複数のトランジスタ210の列に対する入力信号として、5個程度のHBTからなる前段アンプの増幅信号が入力される。上部電極220aは、例えば、Auを主材料とする約3μm厚の材料によって形成される。なお、上部電極220aは、入力信号が通過する線路も兼ねる。   The upper electrode 220a receives, as an input signal for the column of the plurality of transistors 210, an amplification signal of a pre-stage amplifier composed of about five HBTs. The upper electrode 220a is formed of, for example, a material having a thickness of about 3 μm whose main material is Au. The upper electrode 220a also serves as a line through which an input signal passes.

上部電極220aの下には、例えば100nmのSiNからなる絶縁膜が堆積されている(図示せず)。さらに、絶縁膜の下には、下部電極220bが形成されている。   An insulating film made of, for example, 100 nm SiN is deposited under the upper electrode 220a (not shown). Further, a lower electrode 220b is formed under the insulating film.

下部電極220bは、約1μm程度のAuを材料とする。前段の増幅信号は、絶縁膜を介してこの下部電極220bに伝えられ、その信号が下部電極220bで構成されるマイクロストリップ線路を通過して、複数のトランジスタ210のベース端子に入力される。   The lower electrode 220b is made of Au of about 1 μm. The amplification signal in the previous stage is transmitted to the lower electrode 220b through the insulating film, and the signal passes through the microstrip line formed by the lower electrode 220b and is input to the base terminals of the plurality of transistors 210.

下部電極220bは、ビアホール270aを挟んで、高周波信号が均等に分配されるように配置されたマイクロストリップ線路であり、複数のトランジスタ210のベース端子に接続される。下部電極220bは、ベース端子への入力までに分かれており、その中央に直径50μm程度の円形の、接地されたビアホール270aが設けられている。   The lower electrode 220b is a microstrip line arranged so that a high-frequency signal is evenly distributed across the via hole 270a, and is connected to the base terminals of the plurality of transistors 210. The lower electrode 220b is divided up to the input to the base terminal, and a circular, grounded via hole 270a having a diameter of about 50 μm is provided at the center thereof.

下部電極220bは、2つに分かれているので、同じように上部電極220aも分配される。そして、下部電極220bと上部電極220aとの上下の重なり部分が容量となるので、例えば、この整合容量220が全部で10pF必要な場合、5pFずつに分かれることになる。   Since the lower electrode 220b is divided into two, the upper electrode 220a is also distributed in the same manner. Since the upper and lower overlapping portions of the lower electrode 220b and the upper electrode 220a serve as capacitance, for example, when the matching capacitance 220 requires 10 pF in total, it is divided into 5 pF.

コレクタ列230、コレクタパッド240及びバイアス用配線250は、上述のコレクタ列130、コレクタパッド140及びバイアス用配線150と同様である。   The collector row 230, collector pad 240, and bias wiring 250 are the same as the collector row 130, collector pad 140, and bias wiring 150 described above.

エミッタ配線260は、複数のトランジスタ210のエミッタ接地用の配線である。エミッタ配線260は、ビアホール270a及び270bと、複数のトランジスタ210のエミッタとに接続されている。   The emitter wiring 260 is a wiring for grounding the emitters of the plurality of transistors 210. The emitter wiring 260 is connected to the via holes 270 a and 270 b and the emitters of the plurality of transistors 210.

ビアホール270aは、接地されており、複数のトランジスタ210から構成されるトランジスタ列に隣り合う領域において、トランジスタ列の両端から略等しい距離に形成されている。また、下部電極220bは、ビアホール270aを挟んで、対称に上下方向に分けられたマイクロストリップ線路である。なお、マイクロストリップ線路の対向接地面は電力増幅器が形成されたチップ裏面(図示せず)となる。   The via hole 270a is grounded, and is formed at a substantially equal distance from both ends of the transistor row in a region adjacent to the transistor row composed of the plurality of transistors 210. The lower electrode 220b is a microstrip line that is symmetrically divided in the vertical direction across the via hole 270a. Note that the opposing ground surface of the microstrip line is the back surface (not shown) of the chip on which the power amplifier is formed.

ビアホール270a及び270bは、半導体基板をエッチングすることで貫通して裏面の接地面と配線接続されている。ビアホール270aによって、下部電極220bのマイクロストリップ線路の2手に分かれた信号は、互いにアイソレーションがとれる。したがって、互いに干渉することなく均一に分配される。このビアホール270aは、トランジスタ列のエミッタとエミッタ配線260によって接続されており、エミッタ接地も兼ねている。   The via holes 270a and 270b are penetrated by etching the semiconductor substrate and connected to the ground plane on the back surface. The two signals of the microstrip line of the lower electrode 220b are isolated from each other by the via hole 270a. Therefore, they are evenly distributed without interfering with each other. The via hole 270a is connected to the emitter of the transistor array by the emitter wiring 260, and also serves as a grounded emitter.

さらに、本発明の実施の形態の別の例に係る電力増幅器200では、ビアホール270aを中央に挟む整合容量220の外側には、さらに、ビアホール270bが形成されている。具体的には、図3に示すように、整合容量220の両外側にも接地用の2つのビアホール270bが設けられており、接地を強化している。   Furthermore, in the power amplifier 200 according to another example of the embodiment of the present invention, a via hole 270b is further formed outside the matching capacitor 220 sandwiching the via hole 270a in the center. Specifically, as shown in FIG. 3, two via holes 270b for grounding are provided on both outer sides of the matching capacitor 220 to strengthen the grounding.

この接地強化は、ビアホール270bを介して半導体基板の裏面の接地面に接続されるが、その間に配線のインダクタンスがあるので、そのインダクタンスを低減するために行う。インダクタンス低減によって、高周波利得性能が改善し、結果的に低消費電力が実現できる。   This grounding enhancement is connected to the grounding surface on the back surface of the semiconductor substrate through the via hole 270b, and since there is an inductance of the wiring between them, it is performed in order to reduce the inductance. By reducing the inductance, the high frequency gain performance is improved, and as a result, low power consumption can be realized.

以上のように、本発明の実施の形態に係る電力増幅器100及び200は、高周波信号が入力される整合容量120及び220と、整合容量の下部電極120b及び220bから出力される高周波信号を増幅する複数のトランジスタ110が所定の方向に並んで配置されているトランジスタ列とを備える。下部電極120b及び220bは、接地されたビアホール170及び270aを挟んで均等に分かれるように配置されたマイクロストリップ線路であり、複数のトランジスタ110及び210のベース端子に接続される。   As described above, the power amplifiers 100 and 200 according to the embodiment of the present invention amplify the high-frequency signal output from the matching capacitors 120 and 220 to which the high-frequency signal is input and the lower electrodes 120b and 220b of the matching capacitor. And a transistor array in which a plurality of transistors 110 are arranged in a predetermined direction. The lower electrodes 120b and 220b are microstrip lines arranged so as to be evenly separated with the grounded via holes 170 and 270a interposed therebetween, and are connected to the base terminals of the plurality of transistors 110 and 210.

これにより、2つに分配されたマイクロストリップ線路は、接地されたビアホール170及び270aを中央部分で挟むように形成されているので、マイクロストリップ線路を通過する信号の電気力線は、ビアホール170及び270aに集中する。したがって、ビアホール170及び270aを越しての干渉を大幅に低減することができるので、複数のトランジスタ110及び210のそれぞれに均一の信号を入力することができる。   As a result, the microstrip line distributed in two is formed so that the grounded via holes 170 and 270a are sandwiched between the central portions. Concentrate on 270a. Therefore, interference through the via holes 170 and 270a can be greatly reduced, and a uniform signal can be input to each of the plurality of transistors 110 and 210.

また、複数のトランジスタ110及び210は、出力端子として機能するコレクタパッド140及び240と平行に1列に配列されている。このため、複数のトランジスタ110及び210のそれぞれから、増幅された信号が均一に出力される。   The plurality of transistors 110 and 210 are arranged in a line in parallel with the collector pads 140 and 240 that function as output terminals. For this reason, the amplified signal is uniformly output from each of the plurality of transistors 110 and 210.

このように、本発明の実施の形態に係る電力増幅器によれば、複数のトランジスタの入出力を均一にすることができるので、複数のトランジスタを均一に動作させることができる。したがって、消費電力の増加、及び、歪特性の悪化を抑制することができる。   Thus, according to the power amplifier according to the embodiment of the present invention, since the input / output of the plurality of transistors can be made uniform, the plurality of transistors can be operated uniformly. Therefore, an increase in power consumption and deterioration of distortion characteristics can be suppressed.

以上、本発明に係る電力増幅器について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。   As mentioned above, although the power amplifier which concerns on this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to these embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, what made the various deformation | transformation which those skilled in the art can consider to the said embodiment is also contained in the scope of the present invention.

例えば、エミッタ接地用の配線であるエミッタ配線160及び260は、整合容量120及び220の上部電極120a及び220aと同じレイヤーで形成されていてもよい。   For example, the emitter wirings 160 and 260, which are wirings for grounding the emitter, may be formed in the same layer as the upper electrodes 120a and 220a of the matching capacitors 120 and 220.

また、上記図2及び図3において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。   2 and 3, the corners and sides of each component are linearly described. However, for the reasons of manufacturing, those in which the corners and sides are rounded are also included in the present invention. .

また、上記図2において、下部電極120bとエミッタ配線160とは、上から見た場合に配線間隔が離間していても重なっていてもよい。放熱性を考慮すれば、エミッタ配線が重なったほうがビアホールに接続する電極面を大きく取れて有利である。上記図3における下部電極220bとエミッタ配線260との配置関係も同様である。   In FIG. 2, the lower electrode 120b and the emitter wiring 160 may be separated or overlapped when viewed from above. In consideration of heat dissipation, it is advantageous that the emitter wirings overlap each other because the electrode surface connected to the via hole can be made larger. The arrangement relationship between the lower electrode 220b and the emitter wiring 260 in FIG. 3 is the same.

また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、上記で示した各構成要素の材料は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された材料に制限されない。   Moreover, all the numbers used above are illustrated for specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated numbers. Further, the materials of the constituent elements shown above are all exemplified for specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited to the exemplified materials.

また、上記電力増幅器の構成は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、本発明に係る電力増幅器は、上記構成の全てを必ずしも備える必要はない。言い換えると、本発明に係る電力増幅器は、本発明の効果を実現できる最小限の構成のみを備えればよい。   The configuration of the power amplifier is for illustrating the present invention in detail, and the power amplifier according to the present invention is not necessarily provided with all of the above configurations. In other words, the power amplifier according to the present invention only needs to have a minimum configuration capable of realizing the effects of the present invention.

本発明によれば、低消費電力及び良好な歪特性を実現することができるという効果を奏し、例えば、無線端末などに備えられる電力増幅器として利用することができる。   According to the present invention, there is an effect that low power consumption and good distortion characteristics can be realized, and it can be used as, for example, a power amplifier provided in a wireless terminal or the like.

10、100、200 電力増幅器
11 共通ベース端子
12 共通エミッタ端子
13 共通コレクタ端子
110、210 トランジスタ
120、220 整合容量
120a、220a 上部電極
120b、220b 下部電極
130、230 コレクタ列
140、240 コレクタパッド
150、250 バイアス用配線
160、260 エミッタ配線
170、270a、270b ビアホール
10, 100, 200 Power amplifier 11 Common base terminal 12 Common emitter terminal 13 Common collector terminal 110, 210 Transistor 120, 220 Matching capacitance 120a, 220a Upper electrode 120b, 220b Lower electrode 130, 230 Collector row 140, 240 Collector pad 150, 250 Bias wiring 160, 260 Emitter wiring 170, 270a, 270b Via hole

Claims (4)

高周波信号を増幅する電力増幅器であって、
上部電極及び下部電極を有し、前記高周波信号が入力される整合容量と、
前記整合容量の前記下部電極から出力される高周波信号を増幅する複数のバイポーラトランジスタが所定の方向に並んで配置されているトランジスタ列とを備え、
前記トランジスタ列に隣り合う領域において、前記トランジスタ列の両端から略等しい距離には、接地された第1ビアホールが形成され、
前記下部電極は、
前記第1ビアホールを挟んで、前記高周波信号が均等に分配されるように配置されたマイクロストリップ線路であり、前記複数のトランジスタのベース端子に接続される
電力増幅器。
A power amplifier for amplifying a high-frequency signal,
A matching capacitor having an upper electrode and a lower electrode, to which the high-frequency signal is input;
A plurality of bipolar transistors for amplifying a high-frequency signal output from the lower electrode of the matching capacitor, and a transistor row arranged in a predetermined direction,
In a region adjacent to the transistor row, a grounded first via hole is formed at a substantially equal distance from both ends of the transistor row,
The lower electrode is
A power amplifier, which is a microstrip line arranged so that the high-frequency signal is evenly distributed across the first via hole, and is connected to base terminals of the plurality of transistors.
前記電力増幅器は、さらに、前記接地された第1ビアホールと、前記複数のバイポーラトランジスタのエミッタとに接続されるエミッタ接地用の配線を備える
請求項1記載の電力増幅器。
The power amplifier according to claim 1, further comprising a grounded emitter wiring connected to the grounded first via hole and the emitters of the plurality of bipolar transistors.
前記第1ビアホールを中央に挟む前記下部電極の外側には、さらに、第2ビアホールが形成され、
前記エミッタ接地用の配線は、さらに、前記第2ビアホールに接続されている
請求項2記載の電力増幅器。
A second via hole is further formed outside the lower electrode sandwiching the first via hole in the center,
The power amplifier according to claim 2, wherein the grounded emitter wiring is further connected to the second via hole.
前記エミッタ接地用の配線は、最上層の配線である
請求項2記載の電力増幅器。
The power amplifier according to claim 2, wherein the emitter grounding wiring is an uppermost wiring.
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