JPH0473322B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトランジスタRF増幅器に関するもの
であり、更に詳しくいえば、プツシユプル（平衡
または二重としても知られている）構成を利用す
る大電力RF増幅器のパツケージングに関するも
のである。

無線周波用増幅器の設計においてはトランジス
タ・ダイス、すなわち、チツプ上に形成された複
数のトランジスタ・セルを有するトランジスタ装
置、がしばしば採用される。それらのダイスは、
RF増幅器全体を構成するために、別の部品とと
もに利用される。この増幅器は、接続される信号
源と負荷のそれぞれの内部インピーダンスに入力
インピーダンスと出力インピーダンスを整合させ
るために、入力インピーダンス整合回路と出力イ
ンピーダンス整合回路を含む。大電力（10〜200
ワツト台）増幅器を構成するために、従来は多く
のトランジスタ・セルを並列に接続するやり方を
採用していた。このやり方で増幅器の電力は増加
するが、その入力インピーダンスと出力インピー
ダンスが低くなり、RF損失が生じて増幅器の帯
域幅が狭くなる。

従来の並列組合わせ増幅器の改良が米国特許第
4107728号と、雑誌「マイクロ波（Microwave）」
1977年６号月所載のマツクス（Max）の論文
「平衡トランジスタ：RF設計のための新しい選択
（Balanced Transistors：Ａ New Op−tion
For RF Design）」に開示されている。この開示
されている設計においては、等しい数のセルを有
する一対のトランジスタ・チツプがRF動作のた
めに直列接続される。この直列接続により、トラ
ンジスタの入力インピーダンスと出力インピーダ
ンスが並列接続の時のインピーダンスと比較して
４倍になる。２つのダイスをプツシユプル・モー
ドの動作で駆動するために外部回路網が利用され
る。入力インピーダンスと出力インピーダンスが
高くるために、トランジスタを信号源と負荷に整
合させることが極めて簡単になる。

従来のプツシユプル構成の全体的な物理的構成
を第１図に示す。装置１０は、全てのトランジス
タ・セルが装置の対称軸線に垂直な１本の線に沿
つて置かれるように配置された一対の多セル・ト
ランジスタ・ダイス１２，１４を含む。ダイス１
２，１４はコレクタ金属化パツド１８，２０上に
配置させられる。それらのパツドはセラミツク
（B_eＯ）キヤリヤ２２上に配置される。この装置
は接地金属化領域２４と、この接地金属化領域の
上に設けられた一対のMOS入力コンデンサ２６
を含む。接続ワイヤ２８がダイスのベース・エミ
ツタ、コレクタを種々の点に結合する。この装置
の出力容量の作用を打ち消すためにシヤント・イ
ンダクタ３０が設けられる。通常は、このシヤン
ト・インダクタは２つのダイスのコレクタ・パツ
ドの間に接続される金属化条である。

ワイヤと金属化領域には寄生インダクタンスが
存在する。このインダクタンスが大きくなると装
置内部の損失が増加して、装置の帯域幅が狭くな
る。したがつて、装置のワイヤと金属化領域に附
随するインダクタンスをできるだけ小さくするこ
とが望ましい。本発明の目的はそれらの素子に附
随するインダクタンスを小さくすることである。

最適に動作させるためには各セル中の全てのセ
ルを同一に動作させねばならない。すなわち、各
セルを流れる電流を同じくすべきである。そうす
るとセルの間の温度差が最小となり、かつ電力が
均等に分担されることになる。しかし、第１図に
示されている構成においては、（エミツター接地
（またはベース−接地）ワイヤ２８と接地金属化
領域を介して）直列接続されているセルの間の電
流路は等しくない。本発明の別の目的は、トラン
ジスタ・セルを流れる電流を等しくするトランジ
スタ構成を得ることである。

それらの目的およびその他の目的は、各ダイス
の個々のセルがプツシユプル・トランジスタ装置
の対称軸線から等間隔であるように構成されるプ
ツシユプル・トランジスタ装置を得ることにより
達成される。この構成により２つのダイスの間の
電気長が一定となり、それにより、一方のダイス
のベース（またはエミツタ）から他方のダイスの
ベース（またはエミツタ）へ、最低インピーダン
スで電流を流すことができる。電気長が一定であ
るために各セルの間で電力が等しく分担され、２
つのダイスの間のインダクタンスが小さくなる。
インダクタンスが小さくなるために直列帰還が減
少し、装置内の損失が少くなるから安定度が増大
する。この構成によりコレクタとコレクタの間の
シヤント・インダクタの長さを短くすることが容
易となる。これはマイクロ波の用途と、小さい値
のシヤント・インダクタを必要とする大きな出力
容量を持つ大電力トランジスタにとつて有用であ
る。また、この構成により、セルの間の電力分担
を更に等しくするために、同一のシヤント・イン
ダクタを複数個用いることができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

まず第２，３図を参照して、本発明のプツシユ
プル・トランジスタはセラミツク（典型的なもの
はB_eＯ）キヤリヤ４０と、上部のアルミナ基板
５４とを用いる。キヤリヤ４０はベース（エミツ
タ接地構成の場合）またはエミツタ（ベース接地
構成の場合）の入力金属化領域４２，４４と、接
地金属化領域４６，４８と、コレクタすなわち出
力金属化領域５０，５２とを含む。コレクタ金属
化領域はコレクタ・パツド５０ａ，５２ａを含
む。一対のコレクタ金属化領域−コレクタ金属化
領域間シヤント・インダクタ５３がコレクタ・パ
ツド５０ａ，５２ａを接続する。

アルミナ基板５４は一対の細長い穴５４ａ，５
４ｂを含む。共通の接地金属化領域５６が基板５
４の上面の大部分を被覆する。この金属化領域は
基板５４の縁部で延びる。これらの縁部金属化領
域５６ａ，５６ｂは金属化領域５６をキヤリヤ４
０の金属化領域４６，４８に接続する機能を果
す。一対の入力金属化領域５８，６０が基板４０
の上面の残りの部分のほとんどを被覆し、かつ縁
部金属化領域５８ａ，６０ａを含む。それらの縁
部金属化領域５８ａ，６０ａはキヤリヤ４０の金
属化領域４２，４４に入力金属化領域５８，６０
を接触させる。

第４図は本発明の組立てられたトランジスタ装
置を示す。アルミナ基板５４は、穴５４ａ，５４
ｂがコレクタ・パツド５０ａ，５２ａの上に位置
するように、セラミツク・キヤリヤ４０の上に設
けられる。一対のトランジスタ・ダイス６２，６
４がコレクタ・パツド５０ａ，５２ａにそれぞれ
固定される。各トランジスタ・ダイスは複数のト
ランジスタ・セルで構成され、ダイスのボデーは
全てのトランジスタ・セルの共通コレクタを構成
する。各ダイスは第４図には４個のトランジス
タ・セルを有するものとして示されているが、セ
ルの数は任意である。

アルミナ基板５４の上面の穴５４ａ，５４ｂに
近接する場所に一対のMOSコンデンサ６６，６
８が設けられる。複数のワイヤ７０ａ，７０ｂが
トランジスタ・セルのエミツタを、穴の間のスト
リツプ内の接地金属化領域と、適切なコンデンサ
６６，６８の端子にそれぞれ接続する。同様に、
ワイヤ７２ａ，７２ｂがトランジスタ・セルのベ
ースを、適切なコンデンサ６６，６８の他方の端
子と、入力金属化領域５８，６０にそれぞれ接続
する。コンデンサ６６，６８の端子の一方は接地
金属化領域に接続される。入力リード７４と、コ
レクタ・リード７６と、接地リード７８がキヤリ
ヤ４０上の対応する金属化領域にとりつけられ
る。

トランジスタ・セルのエミツタを接地金属化領
域５６に接続することにより、図示のトランジス
タ装置はエミツタ接地動作することになる。トラ
ンジスタ・セルのベースへのワイヤ接続を、接地
金属化領域への接続に変えることによりベース接
地動作が行われる。

第５図は第４図に示されているトランジスタ・
パツケージの等価回路である。伝送線５０，５
２，５８，６０とインダクタ５３，５６，７０，
７２は第４図に示されている装置の同じ番号がつ
けられているワイヤと金属化領域の少くとも一方
に対応する。第１図に示されている装置の等価回
路は第５図に示されている回路と同じであり、た
だ付加寄生インダクタンス７９が、コレクタ・パ
ツドを出力端子に接続するために必要なワイヤに
より発生させられることが異なる。本発明は別の
キヤリヤ４０と基板５４を用いることによつてそ
れらのワイヤ（またはどのような種類のブリツジ
接続）に対する必要を解消するものである。

第４図に示す構造が用いられる時の従来の構造
より優れている点は、両方の構造の種々の寄生イ
ンダクタンスの対応する値を比較することにより
明らかとなる。各セルのエミツタを接地金属化領
域に接続するワイヤ７０ａにより生ずるインダク
タンスは、それらのワイヤの長さのために、第１
図に示されている従来の構造においては比較的大
きい。第４図に示す構造においては、アルミナ基
板５４をダイスに接近して設けることがでできる
から、ワイヤ７０ａは短い。第１図に示すような
単一レベル構造では、コレクタ・パツド１８と接
地金属化領域２４の間に比較的広いスペースを設
ける必要がある。これに反して本発明では、別の
アルミナ基板上における接地金属化領域の位置の
ために、セルを接地金属化領域に接続するワイヤ
を大幅に短くできる。

第４図に示す構造における接地金属化領域５６
ａのインダクタンスはセルごとに一定であつて、
（短い経路のために）比較的小さい。従来の構造
では、それらのインダクタンスは比較的大きく、
セルごとに一定ではない。すなわち、ダイスとダ
イスの間の接地金属化領域を通る電路はセルごと
に異なる。第４図に示す構造では２つのダイスの
間の電気長が非常に一定であつて、そのために一
方のダイスのエミツタから他方のダイスのエミツ
タまで（または、ベース接地構造ではベースから
ベースまで）電流を最低のインピーダンスで流す
ことができる。２つのダイスの間の電気長が一定
であると各セルの間で電力が等しく分担される。
２つのダイスの間のインダクタンスが比較的小さ
いから、この装置の安定度が高くなり、RF損失
が減少する。

第１図に示す従来の構造ではただ１つのシヤン
ト・インダクタが用いられ、その最短長はダイス
の長さにほぼ等しい。本発明ではいくつかのシヤ
ント・インダクタを用いることがき、しかも必要
があればそれらのインダクタを非常に短くでき
る。複数のシヤント・インダクタを用いると、セ
ルの間の電路が等しくなつてセルの間の電力分担
を等しくできる。マイクロ波の分野、または大き
な出力容量を有する大電力トランジスタなどのよ
うにシヤント・インダクタの値が小さいことを必
要とする場合のように、短いシヤント・インダク
タを求められる場合には、第６図に示されている
構造に類似する構造を用いることができる。この
構造においては、第２図に示されている比較的長
い２本のシヤント・インダクタ５３の代りに４本
の非常に短い金属化条８０を用いている。それら
のインダクタ８０は各トランジスタ・セルに小さ
くて等しい値のインダクタンスを持たせる。ま
た、マイクロ波トランジスタのために入力整合と
出力整合を行うための開放スタブ４２ａ，４４
ａ，５０ｂ，５２ｂを含ませるように入力金属化
領域およびコレクタ金属化領域を変更できる。

第７図は、アルミナ基板に１つの開口部９０が
設けられ、ダイスのエミツタ（またはベース）が
ワイヤ９２により互いに接続されるようにして構
成した本発明の別の実施例を示す。この実施例で
は、ワイヤの中心は仮想アースを構成し、接地金
属化領域への実際の接続は行わない。ワイヤ９２
はガラス棒９４により支持される。MOSコンデ
ンサ９６，９８により入力整合と出力整合を更に
行うことができる。

要約すると、本発明の構成により、ワイヤと金
属化領域のために寄生インダクタンスの値が小さ
いトランジスタ装置が得られる。この寄生インダ
クタンスの値が小さいために装置の安定度が高く
なり、帯域幅が広くなり、かつパツケージ内の損
失が減少する。更に、ダイスの異なるセルの間で
の電力分担を改善するために、パツケージの対称
性が従来の構造よりも改善された。セルの間の電
力分担が改善されたためにセルの間の温度差が小
さくなるから、トランジスタのRF性能が向上す
る。このパツケージ構成のために数種類のコレク
ターコレクタ間シヤント・インダクタを利用でき
ることになり、従来の構造とは異り、インダクタ
の最小寸法はダイスの寸法により制約されること
はない。更に、コレクタ・パツドとコレクタ・リ
ードの間のワイヤまたはブリツジ（それらのうち
のいずれか一方が従来は必要とされていた）の必
要がなくされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプツシユプルRFパワートラン
ジスタの構造を示す平面図、第２図は本発明の一
部を構成するセラミツク（B_eＯ）キヤリヤの上
面図、第３図は本発明の一部を構成するアルミナ
基板の上面図、第４図は本発明の一実施例の上面
図、第５図は第４図に示す装置の等価回路図、第
６図は本発明の別の実施例の上面図、第７図は本
発明の更に別の実施例の上面図である。 ４０……キヤリヤ、４２，４４，５８，６０…
…入力金属化領域、４６，４８……接地金属化領
域、５０，５２……出力金属化領域、５３，８０
……シヤント・インダクタ、５４……基板、５６
……金属化領域、５６ａ，５６ｂ，５８ａ，６０
ａ……縁部金属化領域、６２，６４……トランジ
スタ・ダイス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１及び第２の入力リード、第１及び第２の
   出力リード、及び接地リードを有し、これらのリ
   ードが対称軸線に関してほぼ対称に配置される誘
   電体部と、 第１のダイス上にほぼ同一のトランジスタ・セ
   ルを複数個有し、各セルは前記第１のダイスの第
   １の面上で入力端子及び接地端子を有するととも
   に、前記第１のダイスの反対の面である第２の面
   上で共通の出力端子を有し、この出力端子は第１
   の導体によつて前記第１の出力リードに取付けら
   れる第１のトランジスタと、 第２のダイス上にほぼ同一のトランジスタ・セ
   ルを複数個有し、各セルは前記第２のダイスの第
   １の面上で入力端子及び接地端子を有するととも
   に、前記第２のダイスの反対の面である第２の面
   上で共通の出力端子を有し、この出力端子は第２
   の導体によつて前記第２の出力リードに取付けら
   れる第２のトランジスタと、 前記第１のトランジスタの各セルの入力端子を
   前記第１の入力リードに接続する第３の導体と、 前記第２のトランジスタの各セルの入力端子を
   前記第２の入力リードに接続する第４の導体と、 前記第１及び第２のトランジスタの各セルの接
   地端子を前記接地リードに接続する第５の導体と
   を備え、 前記第１及び第２のトランジスタのセルは前記
   対称軸線に平行でかつ前記対称軸線からほぼ等距
   離となるように配置され、前記第３の導体の各々
   はほぼ同一の電気長であり、前記第４の導体の
   各々はほぼ同一の電気長であり、前記第５の導体
   の各々はほぼ同一の電気長であり、前記第１及び
   第２の導体はほぼ同一の電気長であることを特徴
   とするプツシユプルRF増幅器。 ２ 前記誘電体部はキヤリヤと基板を重ね合わせ
   たものからなり、前記キヤリヤは前記第１及び第
   ２の出力リードを有し、前記基板は前記第１及び
   第２の入力リード及び接地リードを形成するため
   の金属領域と、前記第１及び第２のトランジスタ
   を収容するための少なくとも１つの開口部とを有
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のプツシユプルRF増幅器。 ３ 前記第５の導体は、個々のセルの接地端子か
   ら、前記第１及び第２のトランジスタ間に位置し
   ている接地リードの一部分を形成する前記誘電体
   部に延びている導体を備えていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のプツシユプルRF
   増幅器。 ４ 前記第５の導体は第１及び第２のトランジス
   タの個々のセルの接地端子間を直接に接続する導
   体を備えていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のプツシユプルRF増幅器。 ５ 前記第５の導体は前記誘電体部上の接地リー
   ドに接触することなしに第１及び第２のトランジ
   スタの個々の接地端子間を直接に接続する導体を
   備えていることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載のプツシユプルRF増幅器。 ６ 前記第１及び第２の出力リードは相互接続さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のプツシユプルRF増幅器。 ７ 前記第１及び第２のトランジスタの向合つた
   セルはプツシユプルに結合されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のプツシユプルRF
   増幅器。 ８ 前記第１及び第２の出力リードは前記向合つ
   たセルどうしを接続する空間的に分離された複数
   個の導体によつて相互に接続されることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載のプツシユプル
   RF増幅器。