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JP2018050276A - Microwave semiconductor device - Google Patents

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JP2018050276A JP2017066958A JP2017066958A JP2018050276A JP 2018050276 A JP2018050276 A JP 2018050276A JP 2017066958 A JP2017066958 A JP 2017066958A JP 2017066958 A JP2017066958 A JP 2017066958A JP 2018050276 A JP2018050276 A JP 2018050276A
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Abstract

【課題】ベースバンド周波数が百MHzまで高くなっても、高周波半導体素子への印加電圧が平滑化可能なマイクロ波半導体装置を提供する。【解決手段】マイクロ波半導体装置1は、パッケージと、半導体増幅素子24と、出力整合回路と、平滑化回路とを有する。パッケージは、金属ベース板200と、枠体16と、入力フィードスルー部20aと、出力フィードスルー部20bとを有する。出力整合回路は、出力整合用キャパシタ32と第1ボンディングワイヤ14とを少なくとも有する。平滑化回路は、平滑化キャパシタ34a、34bと、第2ボンディングワイヤ23a、23bとを有する。平滑化キャパシタは、負荷インピーダンスの容量性リアクタンス成分が半導体増幅素子の出力電極からみた負荷インピーダンスの誘導性リアクタンス成分よりも小さくなる出力整合回路内の位置に、第2ボンディングワイヤにより接続される。【選択図】図1Provided is a microwave semiconductor device capable of smoothing a voltage applied to a high-frequency semiconductor element even when a baseband frequency is increased to 100 MHz. A microwave semiconductor device includes a package, a semiconductor amplifying element, an output matching circuit, and a smoothing circuit. The package includes a metal base plate 200, a frame 16, an input feedthrough portion 20a, and an output feedthrough portion 20b. The output matching circuit includes at least the output matching capacitor 32 and the first bonding wire 14. The smoothing circuit includes smoothing capacitors 34a and 34b and second bonding wires 23a and 23b. The smoothing capacitor is connected by a second bonding wire at a position in the output matching circuit where the capacitive reactance component of the load impedance is smaller than the inductive reactance component of the load impedance viewed from the output electrode of the semiconductor amplifying element. [Selection] Figure 1

Description

本発明の実施形態はマイクロ波半導体装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a microwave semiconductor device.

ベースバンド周波数が百MHzとなるデジタル通信システムがある。   Some digital communication systems have a baseband frequency of 100 MHz.

ベースバンド周波数が百MHz近傍である場合、増幅器の出力端子近傍にキャパシタを配置することにより高周波半導体増幅素子の出力電極への印加電圧を平滑化できる。   When the baseband frequency is near 100 MHz, the voltage applied to the output electrode of the high-frequency semiconductor amplifying element can be smoothed by disposing a capacitor near the output terminal of the amplifier.

他方、ベースバンド周波数が百MHzと高くなると、高周波半導体増幅素子と出力端子との間に整合回路が設けられた内部整合型マイクロ波半導体増幅器の出力端子近傍に設けられたキャパシタでは出力電極への印加電圧を平滑化することが困難となる。   On the other hand, when the baseband frequency is as high as 100 MHz, a capacitor provided in the vicinity of the output terminal of the internal matching microwave semiconductor amplifier in which a matching circuit is provided between the high-frequency semiconductor amplifying element and the output terminal is connected to the output electrode. It becomes difficult to smooth the applied voltage.

特開2012−235223号公報JP 2012-235223 A

ベースバンド周波数が百MHzまで高くなっても、高周波半導体素子の出力電極への印加電圧が平滑化可能なマイクロ波半導体装置を提供する。   Provided is a microwave semiconductor device capable of smoothing a voltage applied to an output electrode of a high-frequency semiconductor element even when a baseband frequency is increased to 100 MHz.

実施形態のマイクロ波半導体装置は、パッケージと、半導体増幅素子と、出力整合回路と、平滑化回路と、を有する。前記パッケージは、金属ベース板と、前記金属ベース板の表面に接合された枠体と、前記金属ベース板の前記表面に前記枠体にはめ込まれて接合された入力フィードスルー部と、前記金属ベース板の前記表面のうち前記入力フィードスルー部に対向する位置において前記枠体にはめ込まれて接合された出力フィードスルー部と、を有する。前記半導体増幅素子は、前記金属ベース板の前記表面のうち、前記枠体に囲まれた領域に接合され、出力電極を有し、平面形状が矩形である。前記出力整合回路は、前記金属ベース板の前記表面のうち、前記半導体増幅素子と前記出力フィードスルー部との間の領域に設けられ、前記半導体増幅素子の長辺方向に沿って配置された出力整合用キャパシタと、前記出力整合用キャパシタと前記出力電極とに接続された第1ボンディングワイヤと、を有する。前記平滑化回路は、前記金属ベース板の前記表面のうち、前記半導体増幅素子の短辺に隣接した領域に設けられた平滑化キャパシタと、第2ボンディングワイヤと、を有する。前記平滑化キャパシタは、負荷インピーダンスの容量性リアクタンス成分が前記半導体増幅素子の前記出力電極からみた負荷インピーダンスの誘導性リアクタンス成分よりも小さくなる前記出力整合回路内の位置に、前記第2ボンディングワイヤにより接続される。   The microwave semiconductor device according to the embodiment includes a package, a semiconductor amplifying element, an output matching circuit, and a smoothing circuit. The package includes a metal base plate, a frame joined to the surface of the metal base plate, an input feedthrough portion fitted and joined to the surface of the metal base plate, and the metal base An output feedthrough portion that is fitted and joined to the frame body at a position facing the input feedthrough portion on the surface of the plate. The semiconductor amplifying element is bonded to a region surrounded by the frame body on the surface of the metal base plate, has an output electrode, and has a rectangular planar shape. The output matching circuit is provided in a region between the semiconductor amplifying element and the output feedthrough portion in the surface of the metal base plate, and is arranged along a long side direction of the semiconductor amplifying element. A matching capacitor; and a first bonding wire connected to the output matching capacitor and the output electrode. The smoothing circuit includes a smoothing capacitor provided in a region adjacent to the short side of the semiconductor amplifying element on the surface of the metal base plate, and a second bonding wire. The smoothing capacitor is formed by the second bonding wire at a position in the output matching circuit where the capacitive reactance component of the load impedance is smaller than the inductive reactance component of the load impedance viewed from the output electrode of the semiconductor amplifying element. Connected.

図1(a)は第1の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図、図1(b)はA−A’線に沿った模式断面図、である。FIG. 1A is a schematic plan view of the microwave semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line A-A ′. 図2(a)は第1の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の等価回路図、図2(b)は半導体増幅素子の模式平面図、である。FIG. 2A is an equivalent circuit diagram of the microwave semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2B is a schematic plan view of the semiconductor amplifying element. 第1の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置のインピーダンス変換の軌跡と平滑化回路の接続位置を説明するスミス図である。It is a Smith figure explaining the locus of impedance conversion of the microwave semiconductor device concerning a 1st embodiment, and the connecting position of a smoothing circuit. 図4(a)は比較例にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図、図4(b)はそのインピーダンス変換の軌跡と平滑化回路の接続位置を説明するスミス図、である。FIG. 4A is a schematic plan view of a microwave semiconductor device according to a comparative example, and FIG. 4B is a Smith diagram illustrating the locus of impedance conversion and the connection position of the smoothing circuit. 第2の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図である。It is a schematic plan view of the microwave semiconductor device concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the microwave semiconductor device concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の負荷インピーダンス変換の軌跡と平滑化回路の接続位置を説明するスミス図である。It is a Smith figure explaining the locus of load impedance conversion of a microwave semiconductor device concerning a 2nd embodiment, and the connecting position of a smoothing circuit. 第2の実施形態の変形例にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図である。It is a schematic plan view of the microwave semiconductor device concerning the modification of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図1(a)は第1の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図、図1(b)はA−A’線に沿った模式断面図、である。
なお、図1(a)は、蓋部10を除いた模式平面図である。
また、図2(a)は第1の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の等価回路図、図2(b)は半導体増幅素子の模式平面図、である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic plan view of the microwave semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along the line AA ′.
FIG. 1A is a schematic plan view excluding the lid 10.
2A is an equivalent circuit diagram of the microwave semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2B is a schematic plan view of the semiconductor amplifying element.

マイクロ波半導体装置1は、パッケージと、半導体増幅素子24と、出力整合回路82と、平滑化回路90と、を有する。出力整合回路82は、出力整合用キャパシタ32と、第1ボンディングワイヤ14と、を少なくとも有する。   The microwave semiconductor device 1 includes a package, a semiconductor amplification element 24, an output matching circuit 82, and a smoothing circuit 90. The output matching circuit 82 includes at least the output matching capacitor 32 and the first bonding wire 14.

パッケージは、金属ベース板200と、金属ベース板200の表面に接合され金属などからなる枠体16と、枠体16にはめ込まれ金属ベース板200の表面に接合された入力フィードスルー部20aと、入力フィードスルー部20aに対向する位置において枠体16にはめ込まれかつ金属ベース板200の表面に接合された出力フィードスルー部20bと、を有する。入力フィードスルー部20aは入力リード21aを有し、出力フィードスルー部20bは出力リード21bを有する。金属ベース板200は、Cu、CuW、CuMoなどとすることができる。   The package includes a metal base plate 200, a frame body 16 made of metal or the like bonded to the surface of the metal base plate 200, an input feedthrough portion 20 a fitted in the frame body 16 and bonded to the surface of the metal base plate 200, An output feedthrough 20b that is fitted into the frame 16 and joined to the surface of the metal base plate 200 at a position facing the input feedthrough 20a. The input feedthrough portion 20a has an input lead 21a, and the output feedthrough portion 20b has an output lead 21b. The metal base plate 200 can be Cu, CuW, CuMo, or the like.

半導体増幅素子24は、金属ベース板200の表面のうち、枠体16に囲まれた領域に接合される。半導体増幅素子24は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)やMESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)などとすることができる。半導体増幅素子24は、図2(b)に表すように、チップの上面に入力電極Gや出力電極Dを有することができる。また、チップの下面には、チップ内に設けられたバイアホールを介して接地電極Sを設けることができる。半導体増幅素子24は、長辺24aと短辺24bとからなる矩形の平面形状を有し、長辺24aに沿って増幅機能を有する最小単位となるセル領域を含む。   The semiconductor amplifying element 24 is bonded to a region surrounded by the frame 16 on the surface of the metal base plate 200. The semiconductor amplifying element 24 may be a HEMT (High Electron Mobility Transistor), a MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor), or the like. The semiconductor amplifying element 24 can have an input electrode G and an output electrode D on the upper surface of the chip, as shown in FIG. In addition, a ground electrode S can be provided on the lower surface of the chip through a via hole provided in the chip. The semiconductor amplifying element 24 has a rectangular planar shape composed of a long side 24a and a short side 24b, and includes a cell region serving as a minimum unit having an amplifying function along the long side 24a.

出力整合用キャパシタ(C2)32は、金属ベース板200の表面のうち、出力電極Dと出力フィードスルー部20bとの間の領域に接合される。第1ボンディングワイヤ(L3)14は、出力電極Dと出力整合用キャパシタ32とを接続する。出力整合用キャパシタ32は、半導体増幅素子24の長辺24aに沿って平行に配置される。   The output matching capacitor (C2) 32 is joined to a region between the output electrode D and the output feedthrough portion 20b on the surface of the metal base plate 200. The first bonding wire (L3) 14 connects the output electrode D and the output matching capacitor 32. The output matching capacitor 32 is arranged in parallel along the long side 24 a of the semiconductor amplifying element 24.

また、マイクロ波半導体装置1は、入力整合用キャパシタ(C1)30と、ボンディングワイヤ(L1)13と、ボンディングワイヤ(L2)12と、を有することができる。   In addition, the microwave semiconductor device 1 can include an input matching capacitor (C1) 30, a bonding wire (L1) 13, and a bonding wire (L2) 12.

さらに、マイクロ波半導体装置1は、入力分布定数回路17と、出力分布定数回路18と、を有することができる。入力分布定数回路17は、Alなどのセラミック基板26にマイクロストリップ線路などを設けることにより構成される。また、出力分布定数回路18は、Alなどのセラミック基板28にマイクロストリップ線路などを設けることにより構成される。 Further, the microwave semiconductor device 1 can include an input distribution constant circuit 17 and an output distribution constant circuit 18. The input distributed constant circuit 17 is configured by providing a microstrip line or the like on a ceramic substrate 26 such as Al 2 O 3 . The output distribution constant circuit 18 is configured by providing a microstrip line or the like on a ceramic substrate 28 such as Al 2 O 3 .

図2(a)において、マイクロ波半導体装置1の出力整合回路(インピーダンス変換回路)82は、第1ボンディングワイヤ14、出力整合用キャパシタ32、ボンディングワイヤ(L4)19、および出力分布定数回路18を有する。また、マイクロ波半導体装置1の入力整合回路(インピーダンス変換回路)80は、入力分布定数回路17、ボンディングワイヤ13、入力整合用キャパシタ30、およびボンディングワイヤ12を有する。入力整合用キャパシタ30および出力整合用キャパシタ32は、たとえば、40〜280などと高い比誘電率を有する誘電体層が上下電極で挟まれた構造とすることにより、それぞれの整合回路を小型化できる。   2A, an output matching circuit (impedance conversion circuit) 82 of the microwave semiconductor device 1 includes a first bonding wire 14, an output matching capacitor 32, a bonding wire (L4) 19, and an output distribution constant circuit 18. Have. The input matching circuit (impedance conversion circuit) 80 of the microwave semiconductor device 1 includes an input distributed constant circuit 17, a bonding wire 13, an input matching capacitor 30, and a bonding wire 12. The input matching capacitor 30 and the output matching capacitor 32 have a structure in which a dielectric layer having a high relative dielectric constant such as 40 to 280 is sandwiched between upper and lower electrodes, so that each matching circuit can be reduced in size. .

平滑化回路90は、平滑化キャパシタ34と、第2ボンディングワイヤ(L)23と、を含む。平滑化キャパシタ34(34a、34b)は、半導体増幅素子24の短辺24bに隣接するように、金属ベース板200の表面に接合される。第2ボンディングワイヤ23(23a、23b)は、平滑化回路90と、出力整合回路82の所定の位置と、を接続する。 The smoothing circuit 90 includes a smoothing capacitor 34 and a second bonding wire (L B ) 23. The smoothing capacitor 34 (34a, 34b) is joined to the surface of the metal base plate 200 so as to be adjacent to the short side 24b of the semiconductor amplifying element 24. The second bonding wires 23 (23a, 23b) connect the smoothing circuit 90 and a predetermined position of the output matching circuit 82.

また、平滑化キャパシタ34は、高い比誘電率を有する誘電体層が上下電極で挟まれた構造とすることができる。図1(a)に表すように、平滑化キャパシタ34は、半導体増幅素子24に隣接した領域にそれぞれ設けることができる。   The smoothing capacitor 34 may have a structure in which a dielectric layer having a high relative dielectric constant is sandwiched between upper and lower electrodes. As shown in FIG. 1A, the smoothing capacitor 34 can be provided in a region adjacent to the semiconductor amplifying element 24.

マイクロ波半導体装置1を高出力としたい場合、半導体増幅素子24は、セル領域が並列配置されたマルチセル構成とするとよい。   When the microwave semiconductor device 1 is desired to have a high output, the semiconductor amplifying element 24 may have a multi-cell configuration in which cell regions are arranged in parallel.

図2(a)において、平滑化回路90は、接続位置N1において出力整合用キャパシタ32に接続される。平滑化キャパシタ34の容量をCBR、電流振幅の値をIPK、許容できるリップル電圧値をΔV、ベースバンド周波数の値をΔf、とする。CBR≧IPK×(1/2πΔf)/ΔVとすると、ベースバンド周波数成分により生じる半導体増幅素子24の出力電極における印加電圧が平滑化できる。 In FIG. 2A, the smoothing circuit 90 is connected to the output matching capacitor 32 at the connection position N1. The capacitance of the smoothing capacitor 34 is C BR , the current amplitude value is I PK , the allowable ripple voltage value is ΔV, and the baseband frequency value is Δf. If C BR ≧ I PK × (1 / 2πΔf) / ΔV, the applied voltage at the output electrode of the semiconductor amplifying element 24 caused by the baseband frequency component can be smoothed.

動作周波数では、平滑化回路90を構成する第2ボンディングワイヤ23(23a、23b)のインダクタンス成分が平滑化回路90の接続位置における整合回路の負荷インピーダンスに比べて十分に高いインピーダンスとなるようにワイヤ長を設定することにより平滑化キャパシタ34に漏れ出る動作周波数成分が低減される。すなわち、平滑化回路90は、動作周波数信号には影響を与えないように設けられる。   At the operating frequency, the wires are such that the inductance component of the second bonding wire 23 (23a, 23b) constituting the smoothing circuit 90 is sufficiently higher than the load impedance of the matching circuit at the connection position of the smoothing circuit 90. By setting the length, the operating frequency component leaking to the smoothing capacitor 34 is reduced. That is, the smoothing circuit 90 is provided so as not to affect the operating frequency signal.

一方、ベースバンド周波数でもインピーダンスが高くなるほど第2ボンディングワイヤ23(23a、23b)を長くしすぎると平滑化キャパシタ34の効果が弱まり、半導体増幅素子24の出力電極における印加電圧の平滑化が出来なくなる。   On the other hand, if the second bonding wire 23 (23a, 23b) is too long as the impedance increases even at the baseband frequency, the effect of the smoothing capacitor 34 is weakened, and the applied voltage at the output electrode of the semiconductor amplifying element 24 cannot be smoothed. .

図3は、第1の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の負荷インピーダンス変換を説明するスミス図である。
本図は、特性インピーダンス(Z)が50Ωにおける正規化インピーダンスを表す。半導体増幅素子24の抵抗成分は、たとえば、2.5Ω近傍で、これと並列に出力容量をもつので、半導体増幅素子24の出力インピーダンスは容量性であり、これと整合させる負荷インピーダンスZ1は誘導性となる。
FIG. 3 is a Smith diagram illustrating load impedance conversion of the microwave semiconductor device according to the first embodiment.
This figure represents the normalized impedance when the characteristic impedance (Z C ) is 50Ω. The resistance component of the semiconductor amplifying element 24 is, for example, in the vicinity of 2.5Ω, and has an output capacitance in parallel therewith. It becomes.

平滑化キャパシタ34に漏れ出る動作周波数成分の大きさは、平滑化回路90の接続位置における整合回路の負荷インピーダンスと平滑化回路90の動作周波数でのインピーダンス比により決まる。第1ボンディングワイヤ14による誘導性リアクタンスを加える前の第2基準面Q2からみた負荷インピーダンスZ2は、容量性となる。   The magnitude of the operating frequency component leaking to the smoothing capacitor 34 is determined by the impedance ratio at the operating frequency of the smoothing circuit 90 and the load impedance of the matching circuit at the connection position of the smoothing circuit 90. The load impedance Z2 viewed from the second reference plane Q2 before applying inductive reactance by the first bonding wire 14 is capacitive.

負荷インピーダンスZ2の容量性リアクタンス成分は、負荷インピーダンスZ1の誘導性リアクタンス成分よりも小さい。このため、出力整合回路82の接続位置N1での出力整合回路82の負荷インピーダンスZ2は半導体増幅素子24の出力電極Dにおける負荷インピーダンスZ1よりも小さいので、平滑化回路90の第2ボンディングワイヤ23a、23bを短くしても、平滑化回路90の接続位置における出力整合回路の動作周波数での負荷インピーダンスに対する平滑化回路90の動作周波数でのインピーダンス比を大きく保つことができる。この結果、平滑化キャパシタ34へ漏れ出る動作周波数成分を十分低減しながらも、平滑化回路90の第2ボンディングワイヤ23a、23bのベースバンド周波数でのインピーダンスを下げることができ、ベースバンド周波数での平滑化キャパシタ34の効果が増加する。   The capacitive reactance component of the load impedance Z2 is smaller than the inductive reactance component of the load impedance Z1. For this reason, since the load impedance Z2 of the output matching circuit 82 at the connection position N1 of the output matching circuit 82 is smaller than the load impedance Z1 at the output electrode D of the semiconductor amplifier 24, the second bonding wire 23a of the smoothing circuit 90, Even if 23b is shortened, the impedance ratio at the operating frequency of the smoothing circuit 90 with respect to the load impedance at the operating frequency of the output matching circuit at the connection position of the smoothing circuit 90 can be kept large. As a result, it is possible to reduce the impedance at the baseband frequency of the second bonding wires 23a and 23b of the smoothing circuit 90 while sufficiently reducing the operating frequency component leaking to the smoothing capacitor 34. The effect of the smoothing capacitor 34 is increased.

図4(a)は比較例にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図、図4(b)はその負荷インピーダンス変換を説明するスミス図、である。
本図は、特性インピーダンスZが50Ωのときの正規化インピーダンスを表す。比較例では、平滑化回路190のボンディングワイヤ23aは、半導体増幅素子24の出力電極(図示せず)に接続されている。すなわち、第1ボンディングワイヤ14による誘導性リアクタンスを加えている分だけ接続位置N2からみた負荷インピーダンスZ1の誘導性リアクタンスは、第2基準面Q2からみた負荷インピーダンスZ2の容量性リアクタンスよりも大きい。
FIG. 4A is a schematic plan view of a microwave semiconductor device according to a comparative example, and FIG. 4B is a Smith diagram for explaining the load impedance conversion.
This figure, the characteristic impedance Z C represents the normalized impedance when the 50 [Omega. In the comparative example, the bonding wire 23 a of the smoothing circuit 190 is connected to the output electrode (not shown) of the semiconductor amplifying element 24. That is, the inductive reactance of the load impedance Z1 viewed from the connection position N2 is larger than the capacitive reactance of the load impedance Z2 viewed from the second reference plane Q2 by the amount that the inductive reactance by the first bonding wire 14 is added.

接続位置N2の動作周波数における負荷インピーダンスZ1が負荷インピーダンスZ2よりも高い分、平滑化回路190の第2ボンディングワイヤ23aを長くして、動作周波数における平滑化回路190のインピーダンスを大きくし、平滑化キャパシタ134a、134bに漏れ出る動作周波数成分を低減する必要がある。第2ボンディングワイヤ23aを長くした結果、平滑化回路190の第2ボンディングワイヤ23aのベースバンド周波数でのインピーダンスが上がり、ベースバンド周波数での平滑化キャパシタ134の効果が低下する。   Since the load impedance Z1 at the operating frequency of the connection position N2 is higher than the load impedance Z2, the second bonding wire 23a of the smoothing circuit 190 is lengthened to increase the impedance of the smoothing circuit 190 at the operating frequency, and the smoothing capacitor It is necessary to reduce the operating frequency component leaking to 134a and 134b. As a result of lengthening the second bonding wire 23a, the impedance of the smoothing circuit 190 at the baseband frequency of the second bonding wire 23a increases, and the effect of the smoothing capacitor 134 at the baseband frequency decreases.

図5は、第2の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図である。
図6は、第2の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の等価回路図である。
図7は、第2の実施形態にかかるマイクロ波半導体装置の負荷インピーダンスを説明するスミス図である。
FIG. 5 is a schematic plan view of the microwave semiconductor device according to the second embodiment.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the microwave semiconductor device according to the second embodiment.
FIG. 7 is a Smith diagram illustrating the load impedance of the microwave semiconductor device according to the second embodiment.

インピーダンス変換回路における最低インピーダンス点は半導体増幅素子24の出力容量成分を整合回路の第1ボンディングワイヤ14のインダクタンスの一部が打ち消したときであり、スミス図における実軸上の点となる。平滑化回路90と出力整合回路82との接続位置N3をインピーダンス変換回路における最低インピーダンス点にすると、平滑化回路90の第2ボンディングワイヤ23(23a、23b)を最も短くでき、平滑化キャパシタ34(34a、34b)の効果を最大にすることができる。図5では、半導体増幅素子24と出力整合用キャパシタ32との間に、ボンディング用電極(図示せず)を有する中継基板94がさらに設けられる。中継基板94は、半導体増幅素子24の長辺24aに沿って配置される。中継基板94により第1ボンディングワイヤ14を2つに分け、接続位置N3をつくることができる。   The lowest impedance point in the impedance conversion circuit is when a part of the inductance of the first bonding wire 14 of the matching circuit cancels out the output capacitance component of the semiconductor amplifying element 24, and is a point on the real axis in the Smith diagram. When the connection position N3 between the smoothing circuit 90 and the output matching circuit 82 is set to the lowest impedance point in the impedance conversion circuit, the second bonding wires 23 (23a, 23b) of the smoothing circuit 90 can be made the shortest, and the smoothing capacitor 34 ( The effect of 34a, 34b) can be maximized. In FIG. 5, a relay substrate 94 having bonding electrodes (not shown) is further provided between the semiconductor amplifying element 24 and the output matching capacitor 32. The relay substrate 94 is disposed along the long side 24 a of the semiconductor amplifying element 24. The first bonding wire 14 can be divided into two by the relay substrate 94 to create the connection position N3.

半導体増幅素子24の出力電極Dと中継基板94のボンディング電極とは、第1ボンディングワイヤ14の第1部分14aで接続される。また、中継基板94のボンディング電極と出力整合用キャパシタ32とが、第1ボンディングワイヤ14の第2部分14bで接続される。第1ボンディングワイヤ14の第1部分14aと第1ボンディングワイヤ14の第2部分14bとは連続してもよい。たとえば、自動ワイヤボンダーを用いると、第1部分14aと第2部分14bとを連続させることが容易となる。第2ボンディングワイヤ23(23a、23b)は中継基板94のボンディング電極に接続される。   The output electrode D of the semiconductor amplifying element 24 and the bonding electrode of the relay substrate 94 are connected by the first portion 14 a of the first bonding wire 14. Further, the bonding electrode of the relay substrate 94 and the output matching capacitor 32 are connected by the second portion 14 b of the first bonding wire 14. The first portion 14a of the first bonding wire 14 and the second portion 14b of the first bonding wire 14 may be continuous. For example, when an automatic wire bonder is used, it is easy to make the first portion 14a and the second portion 14b continuous. The second bonding wires 23 (23a, 23b) are connected to the bonding electrodes of the relay substrate 94.

この場合、図7において、接続位置N3がインピーダンス変換回路の負荷インピーダンスがスミス図の実軸と交差する点(リアクタンス成分を含まず抵抗成分のみを含む純抵抗)であるZ2@Q2の近傍となるように決定する。すなわち、第1ボンディングワイヤ14が半導体増幅素子24の出力容量成分と動作周波数において共振するインダクタンス成分をもつように第1ボンディングワイヤ14の第1部分14aと第1ボンディングワイヤ14の第2部分14bとを設ける。このようにすると、平滑化回路90と出力整合回路82との接続位置N3をインピーダンス変換回路における最低インピーダンス点にでき、平滑化キャパシタ34(34a、34b)の効果を最大にすることができる。中継基板94がキャパシタを構成する必要はないので、中継基板の比誘電率は低い方がよい。   In this case, in FIG. 7, the connection position N3 is in the vicinity of Z2 @ Q2, which is the point where the load impedance of the impedance conversion circuit intersects the real axis of the Smith diagram (pure resistance not including the reactance component but including only the resistance component). To be determined. That is, the first portion 14a of the first bonding wire 14 and the second portion 14b of the first bonding wire 14 have an inductance component that resonates at the operating frequency with the output capacitance component of the semiconductor amplifying element 24. Is provided. In this way, the connection position N3 between the smoothing circuit 90 and the output matching circuit 82 can be the lowest impedance point in the impedance conversion circuit, and the effect of the smoothing capacitor 34 (34a, 34b) can be maximized. Since the relay substrate 94 does not need to form a capacitor, the relay substrate should have a lower relative dielectric constant.

図8は、第2の実施形態の変形例にかかるマイクロ波半導体装置の模式平面図である。
本変形例では、半導体増幅素子24と出力整合用キャパシタ32との間に、ボンディング用電極を有する補助基板95(補助平滑化キャパシタとして作用する)がさらに設けられる。また、出力整合用キャパシタ32と補助平滑化キャパシタ95のボンディング用電極とを接続する第3ボンディングワイヤ15がさらに設けられる。補助平滑化キャパシタ95を介して平滑化回路を接続することで並列接続された複数のセルに均等に平滑化キャパシタの効果を行き渡らせることが出来る。第3ボンディングワイヤ15の接続位置を動作周波数における負荷インピーダンスが接続位置N2よりも小さい接続位置N1にすることにより、平滑化回路のボンディングワイヤ23aを短くして、平滑化回路の第2ボンディングワイヤ23aのベースバンド周波数におけるインピーダンスを小さくできるので、ベースバンド周波数での平滑化キャパシタ34aの効果が高まる。また平滑化回路が並列接続された複数のセルに均等に接続されることにより、動作周波数での影響が低減される。
FIG. 8 is a schematic plan view of a microwave semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
In the present modification, an auxiliary substrate 95 having a bonding electrode (acting as an auxiliary smoothing capacitor) is further provided between the semiconductor amplifying element 24 and the output matching capacitor 32. Further, a third bonding wire 15 that connects the output matching capacitor 32 and the bonding electrode of the auxiliary smoothing capacitor 95 is further provided. By connecting a smoothing circuit via the auxiliary smoothing capacitor 95, the effect of the smoothing capacitor can be evenly distributed to a plurality of cells connected in parallel. By setting the connection position of the third bonding wire 15 to the connection position N1 in which the load impedance at the operating frequency is smaller than the connection position N2, the bonding wire 23a of the smoothing circuit is shortened and the second bonding wire 23a of the smoothing circuit is shortened. Since the impedance at the baseband frequency can be reduced, the effect of the smoothing capacitor 34a at the baseband frequency is enhanced. Further, since the smoothing circuit is evenly connected to the plurality of cells connected in parallel, the influence on the operating frequency is reduced.

第1および第2の実施形態並びにこれらに付随する変形例によれば、差分周波数が数百MHzと高くなっても、高周波半導体増幅素子への印加電圧が平滑化可能なマイクロ波半導体装置が提供される。このマイクロ波半導体装置は、近接した周波数を有する2つ以上のマイクロ波信号を使用するSNG(Satellite News Gathering)やMIMO(Multiple Input Multiple Output)などの通信システムに用いることができる。   According to the first and second embodiments and the modifications associated therewith, there is provided a microwave semiconductor device capable of smoothing the voltage applied to the high-frequency semiconductor amplifying element even when the differential frequency is as high as several hundred MHz. Is done. This microwave semiconductor device can be used in communication systems such as SNG (Satellite News Gathering) and MIMO (Multiple Input Multiple Output) that use two or more microwave signals having close frequencies.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 マイクロ波半導体装置、14、14a、14b 第1ボンディングワイヤ、15 第3ボンディングワイヤ、16 枠体、18 出力分布定数回路、20a 入力フィードスルー部、20b 出力フィードスルー部、23、23a、23b 第2ボンディングワイヤ、24 半導体増幅素子、24a 長辺、24b 短辺、32 出力整合用キャパシタ、34 平滑化キャパシタ、82 出力整合回路、90 平滑化回路、94 中継基板、95 補助基板(補助平滑化キャパシタ)、200 金属ベース板、Z1〜Z5 負荷インピーダンス、N1〜N3 (平滑化回路の)接続位置、G (半導体増幅素子の)入力電極、D (半導体増幅素子の)出力電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave semiconductor device, 14, 14a, 14b 1st bonding wire, 15 3rd bonding wire, 16 Frame, 18 Output distribution constant circuit, 20a Input feedthrough part, 20b Output feedthrough part, 23, 23a, 23b First 2 bonding wires, 24 semiconductor amplification elements, 24a long side, 24b short side, 32 output matching capacitor, 34 smoothing capacitor, 82 output matching circuit, 90 smoothing circuit, 94 relay board, 95 auxiliary board (auxiliary smoothing capacitor) ), 200 Metal base plate, Z1-Z5 load impedance, N1-N3 (smoothing circuit) connection position, G (semiconductor amplifier element) input electrode, D (semiconductor amplifier element) output electrode

Claims (7)

金属ベース板と、前記金属ベース板の表面に接合された枠体と、前記金属ベース板の前記表面に前記枠体にはめ込まれて接合された入力フィードスルー部と、前記金属ベース板の前記表面のうち前記入力フィードスルー部に対向する位置において前記枠体にはめ込まれて接合された出力フィードスルー部と、を有するパッケージと、
前記金属ベース板の前記表面のうち、前記枠体に囲まれた領域に接合され、出力電極を有し、平面形状が矩形である、半導体増幅素子と、
前記金属ベース板の前記表面のうち、前記半導体増幅素子と前記出力フィードスルー部との間の領域に設けられ、前記半導体増幅素子の長辺方向に沿って配置された出力整合用キャパシタと、前記出力整合用キャパシタと前記出力電極とに接続された第1ボンディングワイヤと、を有する出力整合回路と、
前記金属ベース板の前記表面のうち、前記半導体増幅素子の短辺に隣接した領域に設けられた平滑化キャパシタと、第2ボンディングワイヤと、を有する平滑化回路と、
を備え、
前記平滑化キャパシタは、負荷インピーダンスの容量性リアクタンス成分が前記半導体増幅素子の前記出力電極からみた負荷インピーダンスの誘導性リアクタンス成分よりも小さくなる前記出力整合回路内の位置に、前記第2ボンディングワイヤにより接続された、マイクロ波半導体装置。
A metal base plate, a frame joined to the surface of the metal base plate, an input feedthrough part fitted and joined to the surface of the metal base plate, and the surface of the metal base plate An output feedthrough part fitted and joined to the frame body at a position facing the input feedthrough part,
A semiconductor amplifying element that is bonded to a region surrounded by the frame body of the surface of the metal base plate, has an output electrode, and has a rectangular planar shape;
Of the surface of the metal base plate, provided in a region between the semiconductor amplifying element and the output feedthrough portion, the output matching capacitor disposed along the long side direction of the semiconductor amplifying element, An output matching circuit having an output matching capacitor and a first bonding wire connected to the output electrode;
A smoothing circuit having a smoothing capacitor provided in a region adjacent to the short side of the semiconductor amplifying element of the surface of the metal base plate; and a second bonding wire;
With
The smoothing capacitor is formed by the second bonding wire at a position in the output matching circuit where the capacitive reactance component of the load impedance is smaller than the inductive reactance component of the load impedance viewed from the output electrode of the semiconductor amplifying element. A connected microwave semiconductor device.
前記平滑化キャパシタは、前記第2ボンディングワイヤにより前記出力整合用キャパシタに接続された、請求項1記載のマイクロ波半導体装置。   The microwave semiconductor device according to claim 1, wherein the smoothing capacitor is connected to the output matching capacitor by the second bonding wire. 前記出力整合回路は、前記金属ベース板の前記表面のうち、前記半導体増幅素子と前記出力整合用キャパシタとの間の領域に前記半導体増幅素子の前記長辺方向に沿って設けられ、表面にボンディング用電極を有する中継基板をさらに有し、
前記第1ボンディングワイヤは、前記出力電極と前記ボンディング用電極とを接続する第1部分と、前記ボンディング用電極と前記出力整合用キャパシタとを接続する第2部分と、を有し、
前記平滑化キャパシタは、前記第2ボンディングワイヤにより前記ボンディング用電極に接続された、請求項1記載のマイクロ波半導体装置。
The output matching circuit is provided in the region between the semiconductor amplifying element and the output matching capacitor in the surface of the metal base plate along the long side direction of the semiconductor amplifying element, and bonded to the surface. Further having a relay substrate having a working electrode,
The first bonding wire has a first portion that connects the output electrode and the bonding electrode, and a second portion that connects the bonding electrode and the output matching capacitor,
The microwave semiconductor device according to claim 1, wherein the smoothing capacitor is connected to the bonding electrode by the second bonding wire.
前記第1ボンディングワイヤの前記第1部分は、前記半導体増幅素子の出力容量成分と動作周波数において共振するインダクタンス成分をもつ、請求項3記載のマイクロ波半導体装置。   The microwave semiconductor device according to claim 3, wherein the first portion of the first bonding wire has an inductance component that resonates with an output capacitance component of the semiconductor amplifying element at an operating frequency. 前記ボンディング用電極からみた負荷インピーダンスは純抵抗となる、請求項3または4に記載のマイクロ波半導体装置。   The microwave semiconductor device according to claim 3 or 4, wherein a load impedance viewed from the bonding electrode is a pure resistance. 前記平滑化回路は、前記金属ベース板の前記表面のうち、前記出力電極と前記出力整合用キャパシタとの間の領域に前記半導体増幅素子の前記長辺に沿って設けられ、表面にボンディング用電極を有する補助基板と、前記出力整合用キャパシタと前記補助基板の前記ボンディング用電極とを接続する第3ボンディングワイヤと、
をさらに有し、
前記平滑化キャパシタは、前記第2ボンディングワイヤにより前記補助基板の前記ボンディング用電極に接続された、請求項1記載のマイクロ波半導体装置。
The smoothing circuit is provided along the long side of the semiconductor amplifying element in a region between the output electrode and the output matching capacitor in the surface of the metal base plate. An auxiliary substrate, a third bonding wire connecting the output matching capacitor and the bonding electrode of the auxiliary substrate,
Further comprising
The microwave semiconductor device according to claim 1, wherein the smoothing capacitor is connected to the bonding electrode of the auxiliary substrate by the second bonding wire.
前記出力整合回路は、前記出力整合用キャパシタと前記出力フィードスルー部との間に設けられた出力分布定数回路をさらに有する請求項1〜6のいずれか1つに記載のマイクロ波半導体装置。   The microwave semiconductor device according to claim 1, wherein the output matching circuit further includes an output distributed constant circuit provided between the output matching capacitor and the output feedthrough unit.
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