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JP2020048184A - High frequency power amplifier and power amplifier module - Google Patents

High frequency power amplifier and power amplifier module Download PDF

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JP2020048184A
JP2020048184A JP2019122978A JP2019122978A JP2020048184A JP 2020048184 A JP2020048184 A JP 2020048184A JP 2019122978 A JP2019122978 A JP 2019122978A JP 2019122978 A JP2019122978 A JP 2019122978A JP 2020048184 A JP2020048184 A JP 2020048184A
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transistor
external connection
conductive member
connection conductive
power amplifier
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JP2019122978A
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Japanese (ja)
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佐々木 健次
Kenji Sasaki
健次 佐々木
大部 功
Isao Obe
功 大部
孝幸 筒井
Takayuki Tsutsui
孝幸 筒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

To provide a high frequency power amplifier capable of suppressing reduction in thermal stability of operation at a time of temperature rise of a heterojunction bipolar transistor for amplification.SOLUTION: A semiconductor chip includes at least one first transistor which amplifies a high frequency signal, a first external connection conductive member connected to the first transistor, a bias circuit including a second transistor which gives a bias voltage to the first transistor, and a second external connection conductive member connected to the second transistor. In a plan view, the second external connection conductive member at least partially overlaps with the second transistor.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、高周波電力増幅器及び電力増幅モジュールに関する。   The present invention relates to a high-frequency power amplifier and a power amplification module.

携帯端末等の高周波電力増幅器にヘテロ接合バイポーラトランジスタが用いられている。下記の特許文献1及び特許文献2に、温度補償されたベースバイアス電位を、増幅回路のヘテロ接合バイポーラトランジスタに供給する高周波電力増幅器が開示されている。   2. Description of the Related Art Heterojunction bipolar transistors are used in high-frequency power amplifiers such as portable terminals. Patent Documents 1 and 2 below disclose a high-frequency power amplifier for supplying a temperature-compensated base bias potential to a heterojunction bipolar transistor of an amplifier circuit.

特許文献1に開示された高周波電力増幅器のベースバイアス回路においては、温度検出用のダイオード接続されたトランジスタが、増幅用のバイポーラトランジスタの近傍に配置されている。特許文献2に開示された高周波電力増幅器のベースバイアス回路は、高周波増幅部のバイポーラトランジスタの温度上昇に応じてバイアス電圧を低下させるバイアス電圧低下部を備えている。バイアス電圧低下部はダイオードを有しており、このダイオードのカソードが、高周波増幅部のバイポーラトランジスタのエミッタに接続された金属配線と熱的に結合している。   In the base bias circuit of the high-frequency power amplifier disclosed in Patent Literature 1, a diode-connected transistor for detecting temperature is arranged near a bipolar transistor for amplification. The base bias circuit of the high-frequency power amplifier disclosed in Patent Literature 2 includes a bias voltage lowering unit that lowers a bias voltage according to a temperature rise of the bipolar transistor of the high-frequency amplifier. The bias voltage lowering section has a diode, and the cathode of the diode is thermally coupled to a metal wiring connected to the emitter of the bipolar transistor of the high frequency amplifier.

特開2001−274636号公報JP 2001-274636 A 特開2002−217378号公報JP-A-2002-217378

温度検出用のダイオード等の素子をヘテロ接合バイポーラトランジスタの近傍に配置することにより、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの熱的安定性を高めている。本願の発明者によるシミュレーションによると、温度検出用の素子を増幅用のヘテロ接合バイポーラトランジスタの近傍に配置しただけでは、高周波電力増幅器の動作の熱的安定性が十分でない場合があることが判明した。これは、ベースバイアス回路のエミッタフォロワトランジスタ(駆動用トランジスタ)が増幅回路の発熱の影響を受けることにより、駆動用トランジスタのhFEが低下し、電流供給能力が下がるためと考えられる。   By disposing an element such as a diode for temperature detection near the heterojunction bipolar transistor, the thermal stability of the heterojunction bipolar transistor is improved. According to the simulation by the inventor of the present application, it has been found that merely arranging the element for temperature detection in the vicinity of the heterojunction bipolar transistor for amplification may not provide sufficient thermal stability of the operation of the high-frequency power amplifier. . This is presumably because the emitter follower transistor (drive transistor) of the base bias circuit is affected by the heat generated by the amplifier circuit, so that the hFE of the drive transistor is reduced and the current supply capability is reduced.

本発明の目的は、増幅用のヘテロ接合バイポーラトランジスタの温度の上昇時における動作の熱的安定性の低下を抑制することができる高周波電力増幅器を提供することである。本発明の他の目的は、この高周波電力増幅器を有する電力増幅モジュールを提供することである。   An object of the present invention is to provide a high-frequency power amplifier capable of suppressing a decrease in thermal stability of operation when a temperature of an amplifying heterojunction bipolar transistor rises. Another object of the present invention is to provide a power amplification module having the high-frequency power amplifier.

本発明の一観点によると、
基板に形成され、高周波信号を増幅する少なくとも1つの第1トランジスタと、
前記第1トランジスタに接続された第1外部接続用導電部材と、
前記第1トランジスタにバイアス電圧を与える第2トランジスタを含むバイアス回路と、
前記第2トランジスタに接続された第2外部接続用導電部材と
を含む半導体チップを有し、
平面視において、前記第2外部接続用導電部材は前記第2トランジスタと少なくとも部分的に重なっている高周波電力増幅器が提供される。
According to one aspect of the invention,
At least one first transistor formed on the substrate and amplifying a high-frequency signal;
A first external connection conductive member connected to the first transistor;
A bias circuit including a second transistor for applying a bias voltage to the first transistor;
A second external connection conductive member connected to the second transistor.
In a plan view, a high-frequency power amplifier is provided in which the second external connection conductive member at least partially overlaps the second transistor.

本発明の他の観点によると、
半導体チップと、
前記半導体チップが実装されたモジュール基板と
を有し、
前記半導体チップは、
高周波信号を増幅する少なくとも1つの第1トランジスタと、
前記第1トランジスタに接続された第1外部接続用導電部材と、
前記第1トランジスタにバイアス電圧を与える第2トランジスタを含むバイアス回路と、
前記第2トランジスタに接続された第2外部接続用導電部材と
を含み、
平面視において、前記第2外部接続用導電部材は前記第2トランジスタと少なくとも部分的に重なっており、
前記モジュール基板は、
誘電体材料で形成された誘電体部分と、
前記第1外部接続用導電部材及び前記第2外部接続用導電部材にそれぞれ対向し、前記第1外部接続用導電部材及び前記第2外部接続用導電部材にそれぞれ接続された第1ランド及び第2ランドと、
前記誘電体部分の内層に配置されて前記第2ランドに接続され、平面視において前記第2ランドを内包する大きさ及び形状を持つ導体パターンと
を有する電力増幅モジュールが提供される。
According to another aspect of the invention,
A semiconductor chip,
A module substrate on which the semiconductor chip is mounted,
The semiconductor chip,
At least one first transistor for amplifying a high-frequency signal;
A first external connection conductive member connected to the first transistor;
A bias circuit including a second transistor for applying a bias voltage to the first transistor;
A second external connection conductive member connected to the second transistor;
In a plan view, the second external connection conductive member at least partially overlaps the second transistor,
The module substrate,
A dielectric portion formed of a dielectric material;
A first land and a second land respectively opposed to the first external connection conductive member and the second external connection conductive member and connected to the first external connection conductive member and the second external connection conductive member, respectively; Land and
A power amplification module is provided, which is disposed on an inner layer of the dielectric portion and is connected to the second land, and has a conductor pattern having a size and a shape including the second land in a plan view.

第2トランジスタと第2外部接続用導電部材とを、平面視において部分的に重ねて配置すると、第2トランジスタからの放熱特性が高まる。その結果、第2トランジスタの温度上昇が抑制され、高周波電力増幅器の動作の熱的安定性の低下を抑制することができる。   When the second transistor and the second conductive member for external connection are arranged so as to partially overlap each other in a plan view, heat radiation characteristics from the second transistor are enhanced. As a result, an increase in the temperature of the second transistor is suppressed, and a decrease in the thermal stability of the operation of the high-frequency power amplifier can be suppressed.

図1は、第1実施例による高周波電力増幅器のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of the high-frequency power amplifier according to the first embodiment. 図2は、出力段増幅回路及び出力段バイアス回路(図1)の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the output stage amplifier circuit and the output stage bias circuit (FIG. 1). 図3は、第1実施例による高周波電力増幅器の複数の構成要素の半導体チップ上における平面レイアウトを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a planar layout of a plurality of components of the high-frequency power amplifier according to the first embodiment on a semiconductor chip. 図4は、第1実施例による高周波電力増幅器(図1)の第1トランジスタQ1及び第2トランジスタQ2の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the first transistor Q1 and the second transistor Q2 of the high-frequency power amplifier (FIG. 1) according to the first embodiment. 図5Aから図5Fまでの図面は、それぞれシミュレーション対象であるサンプルの第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2、第3トランジスタQ3、及び第4トランジスタQ4のレイアウト、及び第2パッドの平面的な位置関係を示す図である。5A to 5F show the layout of the first transistor Q1, the second transistor Q2, the third transistor Q3, and the fourth transistor Q4 of the sample to be simulated, and the planar positional relationship of the second pad, respectively. FIG. 図6は、図5Aから図5Fまでの図面に示したサンプルのシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing simulation results of the samples shown in FIGS. 5A to 5F. 図7は、第1実施例の変形例による高周波電力増幅器の複数の構成要素の半導体チップ上における平面レイアウトを示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a planar layout of a plurality of components of a high-frequency power amplifier according to a modification of the first embodiment on a semiconductor chip. 図8は、第2実施例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路及び出力段バイアス回路の等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the output stage amplifier circuit and the output stage bias circuit of the high frequency power amplifier according to the second embodiment. 図9は、第3実施例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路及び出力段バイアス回路の等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the output stage amplifier circuit and the output stage bias circuit of the high frequency power amplifier according to the third embodiment. 図10A、図10B、及び図10Cは、第3実施例の変形例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路及び出力段バイアス回路の等価回路図である。FIGS. 10A, 10B, and 10C are equivalent circuit diagrams of an output-stage amplifier circuit and an output-stage bias circuit of a high-frequency power amplifier according to a modification of the third embodiment. 図11A、図11B、及び図11Cは、第3実施例の他の変形例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路及び出力段バイアス回路の等価回路図である。FIGS. 11A, 11B, and 11C are equivalent circuit diagrams of an output-stage amplifier circuit and an output-stage bias circuit of a high-frequency power amplifier according to another modification of the third embodiment. 図12は、第3実施例のさらに他の変形例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路及び出力段バイアス回路の等価回路図である。FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of an output stage amplifier circuit and an output stage bias circuit of a high frequency power amplifier according to still another modification of the third embodiment. 図13は、第4実施例による高周波電力増幅器の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a high-frequency power amplifier according to the fourth embodiment.

[第1実施例]
図1から図6までの図面を参照して、第1実施例による高周波電力増幅器について説明する。
図1は、第1実施例による高周波電力増幅器40のブロック図である。高周波信号入力端子RFinから入力された入力信号が入力整合回路43を介して初段増幅回路41に入力される。初段増幅回路41で増幅された信号が段間整合回路44を介して出力段増幅回路42に入力される。出力段増幅回路42で増幅された信号が出力整合回路45を介して高周波信号出力端子RFoutから出力される。
[First embodiment]
A high-frequency power amplifier according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 is a block diagram of a high-frequency power amplifier 40 according to the first embodiment. An input signal input from the high-frequency signal input terminal RFin is input to the first-stage amplifier circuit 41 via the input matching circuit 43. The signal amplified by the first-stage amplifier 41 is input to the output-stage amplifier 42 via the interstage matching circuit 44. The signal amplified by the output stage amplifier circuit 42 is output from the high-frequency signal output terminal RFout via the output matching circuit 45.

バイアス電圧入力端子Vbatから初段バイアス回路46及び出力段バイアス回路47にバイアス用の電源電圧が供給される。初段バイアス制御端子Vbias1から入力されるバイアス制御信号に基づいて、初段バイアス回路46が初段増幅回路41にバイアス電圧を供給する。出力段バイアス制御端子Vbias2から入力されるバイアス制御信号に基づいて、出力段バイアス回路47が出力段増幅回路42にバイアス電圧を供給する。初段増幅回路用電源電圧供給端子Vcc1からインダクタ48を介して、初段増幅回路41に電源電圧が印加される。出力段増幅回路用電源電圧供給端子Vcc2からインダクタ49を介して、出力段増幅回路42に電源電圧が印加される。   A bias power supply voltage is supplied from the bias voltage input terminal Vbat to the first-stage bias circuit 46 and the output-stage bias circuit 47. The first-stage bias circuit 46 supplies a bias voltage to the first-stage amplifier circuit 41 based on a bias control signal input from the first-stage bias control terminal Vbias1. The output stage bias circuit 47 supplies a bias voltage to the output stage amplifier circuit 42 based on a bias control signal input from the output stage bias control terminal Vbias2. A power supply voltage is applied to the first-stage amplifier circuit 41 from the first-stage amplifier circuit power supply voltage supply terminal Vcc1 via the inductor. A power supply voltage is applied from the power supply voltage supply terminal for output stage amplifier circuit Vcc2 to the output stage amplifier circuit 42 via the inductor 49.

初段増幅回路41、段間整合回路44、出力段増幅回路42、初段バイアス回路46、及び出力段バイアス回路47が、1つの半導体チップ50に組み込まれる。入力整合回路43、出力整合回路45、インダクタ48、49は、半導体チップ50が実装されるモジュール基板に搭載される。半導体チップ50の種々の入出力端子は、半導体チップ50の上面に設けられたパッド及びパッド上のバンプにより構成される。なお、第1実施例では入力整合回路43及び出力整合回路45がモジュール基板に搭載されるが、入力整合回路43及び出力整合回路45の全体または一部を半導体チップ50に組み込んでもよい。   The first-stage amplifier circuit 41, the interstage matching circuit 44, the output-stage amplifier circuit 42, the first-stage bias circuit 46, and the output-stage bias circuit 47 are incorporated in one semiconductor chip 50. The input matching circuit 43, the output matching circuit 45, and the inductors 48 and 49 are mounted on a module substrate on which the semiconductor chip 50 is mounted. Various input / output terminals of the semiconductor chip 50 are constituted by pads provided on the upper surface of the semiconductor chip 50 and bumps on the pads. Although the input matching circuit 43 and the output matching circuit 45 are mounted on the module substrate in the first embodiment, the whole or a part of the input matching circuit 43 and the output matching circuit 45 may be incorporated in the semiconductor chip 50.

図2は、出力段増幅回路42及び出力段バイアス回路47(図1)の等価回路図である。初段増幅回路41及び初段バイアス回路46の基本的な回路構成は、出力段増幅回路42及び出力段バイアス回路47の基本的な回路構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。   FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the output stage amplifier circuit 42 and the output stage bias circuit 47 (FIG. 1). The basic circuit configurations of the first-stage amplifier circuit 41 and the first-stage bias circuit 46 are the same as the basic circuit configurations of the output-stage amplifier circuit 42 and the output-stage bias circuit 47, and thus description thereof is omitted here.

増幅用の第1トランジスタQ1、DCカット容量C0、及びベースバラスト抵抗R1が1つの基本セルを構成している。DCカット容量C0及びベースバラスト抵抗R1は、共に第1トランジスタQ1のベースに接続されている。出力段増幅回路42は、相互に並列に接続された複数(例えば16個)の基本セルを含む。第1トランジスタQ1の各々は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。段間整合回路44からDCカット容量C0を介して第1トランジスタQ1の各々のベースに高周波信号が入力される。出力段バイアス回路47からベースバラスト抵抗R1を介して第1トランジスタQ1の各々のベースにベースバイアス電圧が供給される。ベースバラスト抵抗R1は第1トランジスタQ1の熱暴走を抑制する機能を持つ。第1トランジスタQ1は、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタである。   The first transistor Q1 for amplification, the DC cut capacitance C0, and the base ballast resistor R1 constitute one basic cell. The DC cut capacitance C0 and the base ballast resistor R1 are both connected to the base of the first transistor Q1. The output stage amplifier circuit 42 includes a plurality of (for example, 16) basic cells connected in parallel with each other. Each of the first transistors Q1 is a heterojunction bipolar transistor. A high-frequency signal is input from the inter-stage matching circuit 44 to each base of the first transistor Q1 via the DC cut capacitor C0. A base bias voltage is supplied from the output stage bias circuit 47 to each base of the first transistor Q1 via the base ballast resistor R1. The base ballast resistor R1 has a function of suppressing thermal runaway of the first transistor Q1. The first transistor Q1 is, for example, a heterojunction bipolar transistor.

複数の第1トランジスタQ1の各々のコレクタにインダクタ49を介して電源電圧が供給される。複数の第1トランジスタQ1の各々のエミッタは接地されている。   A power supply voltage is supplied to each collector of the plurality of first transistors Q1 via the inductor 49. The emitter of each of the plurality of first transistors Q1 is grounded.

出力段バイアス回路47は、第1トランジスタQ1にベースバイアス電圧を与えるエミッタフォロワトランジスタとして機能する第2トランジスタQ2を含む。第2トランジスタQ2は、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタである。第2トランジスタQ2のエミッタが、抵抗R2を介して複数の第1トランジスタQ1の各々のベースバラスト抵抗R1に接続されている。第2トランジスタQ2のコレクタは、バイアス電圧入力端子Vbatに接続されている。   The output stage bias circuit 47 includes a second transistor Q2 that functions as an emitter follower transistor that applies a base bias voltage to the first transistor Q1. The second transistor Q2 is, for example, a heterojunction bipolar transistor. The emitter of the second transistor Q2 is connected to the base ballast resistor R1 of each of the first transistors Q1 via the resistor R2. The collector of the second transistor Q2 is connected to the bias voltage input terminal Vbat.

第3トランジスタQ3と第4トランジスタQ4とが直列に接続されて温度特性補正回路S1を構成する。第3トランジスタQ3及び第4トランジスタQ4は、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタである。第3トランジスタQ3及び第4トランジスタQ4の各々において、コレクタとベースとが結線されている。トランジスタのコレクタとベースとを接続する形態は、ダイオード接続と呼ばれる。ダイオード接続された第3トランジスタQ3と第4トランジスタQ4とは、ダイオードとして機能する。また、第4トランジスタQ4のベースと第2トランジスタQ2のベースとが接続されており、カレントミラーを構成する。   The third transistor Q3 and the fourth transistor Q4 are connected in series to form a temperature characteristic correction circuit S1. The third transistor Q3 and the fourth transistor Q4 are, for example, heterojunction bipolar transistors. In each of the third transistor Q3 and the fourth transistor Q4, a collector and a base are connected. The form in which the collector and the base of the transistor are connected is called diode connection. The diode-connected third transistor Q3 and fourth transistor Q4 function as diodes. Further, the base of the fourth transistor Q4 and the base of the second transistor Q2 are connected to form a current mirror.

出力段バイアス制御端子Vbias2が、抵抗R3及び温度特性補正回路S1を介してグランドに接続されている。温度特性補正回路S1のダイオード接続された第3トランジスタQ3及び第4トランジスタQ4の各々は順方向に接続されており、抵抗R3と温度特性補正回路S1とが相互に接続された点(第4トランジスタQ4のベース)の電圧が第2トランジスタQ2のベースに印加される。第2トランジスタQ2のベースは、バイパス容量C1を介してグランドに接続されている。   The output stage bias control terminal Vbias2 is connected to the ground via the resistor R3 and the temperature characteristic correction circuit S1. Each of the diode-connected third transistor Q3 and fourth transistor Q4 of the temperature characteristic correction circuit S1 is connected in the forward direction, and the point at which the resistor R3 and the temperature characteristic correction circuit S1 are connected to each other (the fourth transistor The voltage of (base of Q4) is applied to the base of the second transistor Q2. The base of the second transistor Q2 is connected to the ground via the bypass capacitance C1.

第3トランジスタQ3は、例えば後に図3を参照して説明するように、第1トランジスタQ1の近傍に配置されており、第1トランジスタQ1の熱影響を受け、温度補償用素子として機能する。第1トランジスタQ1の温度上昇に伴って、第3トランジスタQ3の温度も上昇し、その結果、第3トランジスタQ3のコレクタエミッタ間電圧が低下し、第2トランジスタQ2のベースに供給されるバイアス電圧が低下する。第2トランジスタQ2のベースに供給されるバイアス電圧が低下すると、第1トランジスタQ1のベースに供給されるバイアス電圧及び電流も低下する。このように、第3トランジスタQ3からなる温度補償用素子は、温度の上昇に伴って、第1トランジスタQ1のベースに供給されるバイアス電圧及び電流を低下させる方向に第2トランジスタQ2を制御する。すなわち、温度補償用素子としての第3トランジスタQ3は、第1トランジスタQ1の温度上昇に伴ってコレクタ電流が増加すると、コレクタ電流の増加を抑制させるようにフィードバックを行う。   The third transistor Q3 is arranged near the first transistor Q1, for example, as described later with reference to FIG. 3, and is affected by the heat of the first transistor Q1, and functions as a temperature compensating element. As the temperature of the first transistor Q1 increases, the temperature of the third transistor Q3 also increases. As a result, the voltage between the collector and the emitter of the third transistor Q3 decreases, and the bias voltage supplied to the base of the second transistor Q2 decreases. descend. When the bias voltage supplied to the base of the second transistor Q2 decreases, the bias voltage and the current supplied to the base of the first transistor Q1 also decrease. As described above, the temperature compensating element including the third transistor Q3 controls the second transistor Q2 in a direction to decrease the bias voltage and the current supplied to the base of the first transistor Q1 as the temperature rises. That is, the third transistor Q3 serving as a temperature compensating element performs feedback so as to suppress the increase in the collector current when the collector current increases with the temperature rise of the first transistor Q1.

図3は、第1実施例による高周波電力増幅器40を構成する半導体チップ50内の各構成要素の平面レイアウトを示す図である。初段増幅回路41、出力段増幅回路42、初段バイアス回路46、出力段バイアス回路47等を形成する領域が、半導体チップ50の上面に確保されている。その他に、整合回路、保護回路、外部接続用の端子等を形成する領域が確保されている。   FIG. 3 is a diagram showing a planar layout of each component in the semiconductor chip 50 constituting the high-frequency power amplifier 40 according to the first embodiment. A region for forming the first-stage amplifier circuit 41, the output-stage amplifier circuit 42, the first-stage bias circuit 46, the output-stage bias circuit 47, and the like is secured on the upper surface of the semiconductor chip 50. In addition, areas for forming matching circuits, protection circuits, terminals for external connection, and the like are secured.

16個の第1トランジスタQ1は出力段増幅回路42用に確保された領域内に配置されている。複数の第1トランジスタQ1は8個ずつの2つのグループに分けられ、2つのグループに対応して2つの第1パッド51及び2つの第1バンプ52が配置されている。本明細書において、第1パッド51と、それに対応する第1バンプ52とを第1外部接続用導電部材53という。平面視において、複数の第1トランジスタQ1は、第1外部接続用導電部材53に少なくとも部分的に重なるように配置されている。ここで、トランジスタが平面視において特定の部材と重なるとは、平面視においてトランジスタのコレクタ層、ベース層、及びエミッタ層の少なくとも1つの層が当該特定の部材と重なることを意味する。また、「部分的に重なる」とは、一方の部材の少なくとも一部分が、他方の部材の少なくとも一部分に重なることを意味する。例えば、複数の第1トランジスタQ1は、平面視において第1パッド51及び第1バンプ52の内側に配置されている。第1バンプ52は、第1パッド51を介して第1トランジスタQ1に接続されている。   The sixteen first transistors Q1 are arranged in an area reserved for the output stage amplifier circuit 42. The plurality of first transistors Q1 are divided into two groups of eight each, and two first pads 51 and two first bumps 52 are arranged corresponding to the two groups. In this specification, the first pad 51 and the corresponding first bump 52 are referred to as a first external connection conductive member 53. In plan view, the plurality of first transistors Q1 are arranged so as to at least partially overlap the first external connection conductive member 53. Here, that the transistor overlaps with a specific member in plan view means that at least one of a collector layer, a base layer, and an emitter layer of the transistor overlaps with the specific member in plan view. Further, “partially overlap” means that at least a part of one member overlaps at least a part of the other member. For example, the plurality of first transistors Q1 are arranged inside the first pad 51 and the first bump 52 in plan view. The first bump 52 is connected to the first transistor Q1 via the first pad 51.

出力段バイアス回路47の第2トランジスタQ2及び第4トランジスタQ4は、出力段バイアス回路47用に確保された領域内に配置されている。すなわち、第2トランジスタQ2及び第4トランジスタQ4は、第1トランジスタQ1とは重ならない位置に、第1トランジスタQ1から離れて配置されている。出力段バイアス回路47の温度補償用素子として機能する第3トランジスタQ3は、出力段バイアス回路47用に確保された領域ではなく、出力段増幅回路42用に確保された領域内に配置されている。すなわち、第3トランジスタQ3は、第1トランジスタQ1の近傍に配置されている。より具体的には、第1トランジスタQ1の2つのグループの間に、第1トランジスタQ1に近接して配置されている。複数の第1トランジスタQ1から第2トランジスタQ2までの重心間の最短距離が、複数の第1トランジスタQ1から第3トランジスタQ3までの重心間の最短距離より長い。   The second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 of the output stage bias circuit 47 are arranged in a region reserved for the output stage bias circuit 47. That is, the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 are arranged apart from the first transistor Q1 at positions not overlapping with the first transistor Q1. The third transistor Q3 functioning as a temperature compensating element of the output stage bias circuit 47 is disposed not in the region reserved for the output stage bias circuit 47 but in the region reserved for the output stage amplifier circuit 42. . That is, the third transistor Q3 is arranged near the first transistor Q1. More specifically, it is arranged between the two groups of the first transistor Q1 and close to the first transistor Q1. The shortest distance between the centers of gravity of the plurality of first transistors Q1 to the second transistor Q2 is longer than the shortest distance between the centers of gravity of the plurality of first transistors Q1 to the third transistor Q3.

次に、複数の第1トランジスタQ1から第2トランジスタQ2までの重心間の最短距離の定義について説明する。第1トランジスタQ1及び第2トランジスタの各々は、後に図4を参照して説明するように、コレクタ層の少なくとも一部を含むコレクタメサ、ベース層を含むベースメサ、及びエミッタ層を含むエミッタメサで構成される。なお、平面視においてベースメサがコレクタメサと一致する構成を採用する場合もある。   Next, the definition of the shortest distance between the centers of gravity from the plurality of first transistors Q1 to the second transistors Q2 will be described. Each of the first transistor Q1 and the second transistor includes a collector mesa including at least a part of the collector layer, a base mesa including the base layer, and an emitter mesa including the emitter layer, as described later with reference to FIG. . Note that a configuration in which the base mesa matches the collector mesa in plan view may be employed.

平面視において、複数の第1トランジスタQ1の各々のエミッタメサの重心(幾何中心)から第2トランジスタQ2のエミッタメサの重心までの距離を重心間の距離ということとする。複数の第1トランジスタQ1から第2トランジスタQ2までの重心間の距離のうち最も短いものを、複数の第1トランジスタQ1から第2トランジスタQ2までの重心間の最短距離と定義する。複数の第1トランジスタQ1から第3トランジスタQ3までの重心間の最短距離の定義も同様である。   In plan view, the distance from the center of gravity (geometric center) of each emitter mesa of the plurality of first transistors Q1 to the center of gravity of the emitter mesa of the second transistor Q2 is referred to as the distance between the centers of gravity. The shortest distance between the centers of gravity of the plurality of first transistors Q1 to the second transistor Q2 is defined as the shortest distance between the centers of gravity of the plurality of first transistors Q1 to the second transistor Q2. The same applies to the definition of the shortest distance between the centers of gravity of the plurality of first transistors Q1 to the third transistors Q3.

第2バンプ56が第2パッド55を介して第2トランジスタQ2に接続されている。本明細書において、第2パッド55と、それに対応する第2バンプ56とを第2外部接続用導電部材57という。第2外部接続用導電部材57は、バイアス電圧入力端子Vbat(図2)に相当する。第2トランジスタQ2及び第4トランジスタQ4は、平面視において第2外部接続用導電部材57と少なくとも部分的に重なるように配置されている。例えば、第2トランジスタQ2及び第4トランジスタQ4は、平面視において第2パッド55の内側に配置される。   The second bump 56 is connected to the second transistor Q2 via the second pad 55. In this specification, the second pad 55 and the corresponding second bump 56 are referred to as a second external connection conductive member 57. The second external connection conductive member 57 corresponds to the bias voltage input terminal Vbat (FIG. 2). The second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 are arranged so as to at least partially overlap the second external connection conductive member 57 in plan view. For example, the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 are arranged inside the second pad 55 in plan view.

上述のように、第1トランジスタQ1及び第1パッド51は、トランジスタの真上にパッドが配置されている、いわゆるパッドオンエレメント(POE)構造とされている。同様に、第2トランジスタQ2及び第2パッド55もPOE構造とされている。第1実施例による高周波電力増幅器40を構成する半導体チップ50は、第1バンプ52及び第2バンプ56が形成された面をモジュール基板に対向させてフェイスダウン実装される。   As described above, the first transistor Q1 and the first pad 51 have a so-called pad-on-element (POE) structure in which a pad is disposed right above the transistor. Similarly, the second transistor Q2 and the second pad 55 also have a POE structure. The semiconductor chip 50 constituting the high-frequency power amplifier 40 according to the first embodiment is mounted face-down with the surface on which the first bumps 52 and the second bumps 56 are formed facing the module substrate.

図4は、第1実施例による高周波電力増幅器40(図1)の第1トランジスタQ1及び第2トランジスタQ2の断面図である。半絶縁性のGaAsからなる基板60の上にn型GaAsからなる層が形成されている。この層の一部の領域61Iは、イオン注入によって絶縁化されている。このn型GaAsからなる層のうち絶縁化されていない領域をサブコレクタ層61という。サブコレクタ層61の上に第1トランジスタQ1及び第2トランジスタQ2が配置されている。第1トランジスタQ1は、コレクタ層Q1C、ベース層Q1B、及びエミッタ層Q1Eを含む。第2トランジスタQ2は、コレクタ層Q2C、ベース層Q2B、及びエミッタ層Q2Eを含む。第1トランジスタQ1が配置されているサブコレクタ層61と、第2トランジスタQ2が配置されているサブコレクタ層61とは、絶縁化された領域61Iによって電気的に分離されている。コレクタ層Q1C、Q2Cはn型GaAsで形成され、ベース層Q1B、Q2Bはp型GaAsで形成されている。エミッタ層Q1E、Q2Eはn型InGaP等で形成される。   FIG. 4 is a sectional view of the first transistor Q1 and the second transistor Q2 of the high-frequency power amplifier 40 (FIG. 1) according to the first embodiment. A layer made of n-type GaAs is formed on a substrate 60 made of semi-insulating GaAs. Part of the region 61I of this layer is insulated by ion implantation. The non-insulated region of the n-type GaAs layer is called a sub-collector layer 61. The first transistor Q1 and the second transistor Q2 are arranged on the sub-collector layer 61. The first transistor Q1 includes a collector layer Q1C, a base layer Q1B, and an emitter layer Q1E. The second transistor Q2 includes a collector layer Q2C, a base layer Q2B, and an emitter layer Q2E. The sub-collector layer 61 in which the first transistor Q1 is arranged and the sub-collector layer 61 in which the second transistor Q2 is arranged are electrically separated by an insulated region 61I. The collector layers Q1C and Q2C are formed of n-type GaAs, and the base layers Q1B and Q2B are formed of p-type GaAs. The emitter layers Q1E and Q2E are formed of n-type InGaP or the like.

コレクタ層Q1C、Q2Cは、それぞれメサ状のコレクタメサCMを構成しており、ベース層Q1B、Q2Bは、それぞれメサ状のベースメサBMを構成しており、エミッタ層Q1E、Q2Eは、それぞれメサ状のエミッタメサEMを構成している。図4では、平面視において、コレクタメサCMとベースメサBMとが一致している場合を示しているが、コレクタメサCMの上面よりベースメサBMの下面を小さくし、コレクタメサCMの上面とベースメサBMの上面との間に段差を設けてもよい。   The collector layers Q1C and Q2C each constitute a mesa-shaped collector mesa CM, the base layers Q1B and Q2B each constitute a mesa-shaped base mesa BM, and the emitter layers Q1E and Q2E each constitute a mesa-shaped emitter mesa. EM. FIG. 4 shows a case where the collector mesa CM and the base mesa BM coincide with each other in a plan view. A step may be provided between them.

サブコレクタ層61の上に配置されたコレクタ電極62が、サブコレクタ層61を介して第1トランジスタQ1のコレクタ層にオーミックに接続されている。ベース電極63及びエミッタ電極64が、それぞれ第1トランジスタQ1のベース層及びエミッタ層にオーミックに接続されている。同様に、サブコレクタ層61の上に配置されたコレクタ電極65が、サブコレクタ層61を介して第2トランジスタQ2のコレクタ層にオーミックに接続されている。ベース電極66及びエミッタ電極67が、それぞれ第2トランジスタQ2のベース層及びエミッタ層にオーミックに接続されている。   A collector electrode 62 disposed on the sub-collector layer 61 is ohmically connected to the collector layer of the first transistor Q1 via the sub-collector layer 61. The base electrode 63 and the emitter electrode 64 are ohmically connected to the base layer and the emitter layer of the first transistor Q1, respectively. Similarly, a collector electrode 65 disposed on the sub-collector layer 61 is ohmically connected to the collector layer of the second transistor Q2 via the sub-collector layer 61. The base electrode 66 and the emitter electrode 67 are ohmically connected to the base layer and the emitter layer of the second transistor Q2, respectively.

コレクタ電極62、65の上に、それぞれコレクタ配線72、75が配置されている。エミッタ電極64、67の上に、それぞれエミッタ配線74、77が配置されている。これらの配線を覆うように、絶縁膜80が形成されている。なお、コレクタ電極62、65、エミッタ電極64、67等と、これらの配線との間に絶縁膜が配置されているが、図4ではこの絶縁膜の記載を省略している。   Collector wirings 72 and 75 are arranged on collector electrodes 62 and 65, respectively. Emitter wirings 74 and 77 are arranged on the emitter electrodes 64 and 67, respectively. An insulating film 80 is formed so as to cover these wirings. Note that an insulating film is disposed between the collector electrodes 62 and 65, the emitter electrodes 64 and 67, and these wirings, but illustration of the insulating film is omitted in FIG.

絶縁膜80の上に第1パッド51及び第2パッド55が配置されている。第1パッド51は、絶縁膜80に設けられた開口を通ってエミッタ配線74に接続されている。第2パッド55は、絶縁膜80に設けられた他の開口を通ってコレクタ配線75に接続されている。平面視において、第1パッド51は第1トランジスタQ1と少なくとも部分的に重なり、第2パッド55は第2トランジスタQ2と少なくとも部分的に重なるように配置されている。   The first pad 51 and the second pad 55 are arranged on the insulating film 80. The first pad 51 is connected to the emitter wiring 74 through an opening provided in the insulating film 80. Second pad 55 is connected to collector wiring 75 through another opening provided in insulating film 80. In a plan view, the first pad 51 is arranged to at least partially overlap the first transistor Q1, and the second pad 55 is arranged to at least partially overlap the second transistor Q2.

第1パッド51及び第2パッド55を覆うように、絶縁膜80の上に保護膜81が配置されている。保護膜81に、第1パッド51及び第2パッド55の上面の一部の領域をそれぞれ露出させる開口82、86が形成されている。開口82内に露出した第1パッド51の上に第1バンプ52が配置されており、開口86内に露出した第2パッド55の上に第2バンプ56が配置されている。第1バンプ52及び第2バンプ56の各々は、銅等からなる金属ピラーと、その上面に配置されたハンダ層とを有する。   A protective film 81 is disposed on the insulating film 80 so as to cover the first pad 51 and the second pad 55. Openings 82 and 86 are formed in the protective film 81 to expose portions of the upper surfaces of the first pad 51 and the second pad 55, respectively. The first bump 52 is arranged on the first pad 51 exposed in the opening 82, and the second bump 56 is arranged on the second pad 55 exposed in the opening 86. Each of the first bump 52 and the second bump 56 has a metal pillar made of copper or the like, and a solder layer disposed on the upper surface thereof.

次に、第1実施例の優れた効果について説明する。
出力段増幅回路42が動作すると第1トランジスタQ1(図2)の温度が上昇する。第1トランジスタQ1の温度上昇の影響を受けて第2トランジスタQ2の温度が上昇すると、第2トランジスタQ2のhFEが低下することにより第1トランジスタQ1へのベース電流の供給能力が低下する。第1トランジスタQ1へのベース電流の供給能力が低下すると、十分な温度補償制御を行うことができなくなる。特に、半導体チップ50をフェイスダウン実装する場合には放熱経路がバンプに限定されるため、半導体チップ50をヒートシンクに接着する構成と比べて基板60(図4)に熱がこもりやすくなる。その結果、第2トランジスタQ2が第1トランジスタQ1の温度上昇の影響を受けやすくなる。例えば、半導体チップ50をヒートシンクに接着して、ワイヤボンディングで接続を行った場合には、半導体チップ50の発熱箇所以外の温度は、ほぼ25℃である。これに対し、フェイスダウン実装した場合には、発熱箇所以外の半導体チップ50の温度が40℃程度まで上昇する。
Next, the excellent effects of the first embodiment will be described.
When the output stage amplifier circuit 42 operates, the temperature of the first transistor Q1 (FIG. 2) rises. When the temperature of the second transistor Q2 rises under the influence of the temperature rise of the first transistor Q1, the hFE of the second transistor Q2 decreases, and the ability to supply the base current to the first transistor Q1 decreases. When the ability to supply the base current to the first transistor Q1 is reduced, sufficient temperature compensation control cannot be performed. In particular, when the semiconductor chip 50 is mounted face-down, since the heat radiation path is limited to the bump, heat is more likely to be stored in the substrate 60 (FIG. 4) than in a configuration in which the semiconductor chip 50 is bonded to a heat sink. As a result, the second transistor Q2 is easily affected by the temperature rise of the first transistor Q1. For example, when the semiconductor chip 50 is bonded to a heat sink and connected by wire bonding, the temperature of the semiconductor chip 50 other than the heat generation point is approximately 25 ° C. On the other hand, when the semiconductor chip 50 is mounted face-down, the temperature of the semiconductor chip 50 other than the heat generation point rises to about 40 ° C.

第1実施例では、第2トランジスタQ2と第2パッド55とをPOE構造としているため、第2トランジスタQ2から第2パッド55及び第2バンプ56(図4)、すなわち第2外部接続用導電部材57を介した放熱経路の熱抵抗が小さくなる。このため、第2トランジスタQ2の温度上昇を抑制することができる。これにより、第1トランジスタQ1の温度が上昇しても、第2トランジスタQ2の温度上昇が抑制される。その結果、第1トランジスタQ1へのベース電流の供給能力の低下を抑制することができる。   In the first embodiment, since the second transistor Q2 and the second pad 55 have the POE structure, the second transistor Q2 to the second pad 55 and the second bump 56 (FIG. 4), that is, the second conductive member for external connection The heat resistance of the heat dissipation path via 57 becomes small. For this reason, the temperature rise of the second transistor Q2 can be suppressed. Thereby, even if the temperature of the first transistor Q1 rises, the temperature rise of the second transistor Q2 is suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the ability to supply the base current to the first transistor Q1.

次に、図5Aから図6までの図面を参照して、第1実施例の優れた効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2、第3トランジスタQ3、及び第4トランジスタQ4の位置関係が異なり、第2トランジスタQ2へのPOE構造の適用の有無が異なる6個のサンプルについて、電気−熱解析シミュレーションを行った。   Next, with reference to FIGS. 5A to 6, a simulation performed to confirm the excellent effects of the first embodiment will be described. An electro-thermal analysis was performed on six samples in which the positional relationship among the first transistor Q1, the second transistor Q2, the third transistor Q3, and the fourth transistor Q4 was different, and whether the POE structure was applied to the second transistor Q2 was different. A simulation was performed.

図5Aから図5Fまでの図面は、それぞれシミュレーション対象であるサンプルの第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2、第3トランジスタQ3、及び第4トランジスタQ4のレイアウト、及び第2バンプ56の平面的な位置関係を示す図である。   5A to 5F show the layout of the first transistor Q1, the second transistor Q2, the third transistor Q3, and the fourth transistor Q4 of the sample to be simulated, and the planar position of the second bump 56, respectively. It is a figure showing a relation.

図5Aから図5Fまでに示したいずれのサンプルにおいても、16個の第1トランジスタQ1が、図において縦方向に延びる直線に沿って一列に並んで配置されている。16個の第1トランジスタQ1に、上端から下端に向かって1から16まで通し番号を付したとき、1番目から8番目までの第1トランジスタQ1、及び9番目から16番目までの第1トランジスタQ1は等ピッチ(40μmピッチ)で配置されている。8番目の第1トランジスタQ1と9番目の第1トランジスタQ1との中心間距離は、他の第1トランジスタQ1のピッチより大きい。8番目の第1トランジスタQ1と9番目の第1トランジスタQ1との間に第3トランジスタQ3が配置されている。   In each of the samples shown in FIGS. 5A to 5F, 16 first transistors Q1 are arranged in a line along a straight line extending in the vertical direction in the drawing. When the 16 first transistors Q1 are numbered sequentially from 1 to 16 from the upper end to the lower end, the first to eighth first transistors Q1 and the ninth to sixteenth first transistors Q1 are: They are arranged at an equal pitch (40 μm pitch). The center distance between the eighth first transistor Q1 and the ninth first transistor Q1 is larger than the pitch of the other first transistors Q1. A third transistor Q3 is arranged between the eighth first transistor Q1 and the ninth first transistor Q1.

図5A及び図5Dに示したサンプルでは、第2トランジスタQ2が、第1トランジスタQ1の列を下方向に延長した延長線上に配置されており、16番目(下端)の第1トランジスタQ1と第2トランジスタQ2との中心間距離は31.4μmである。第4トランジスタQ4は、第1トランジスタQ1の列を下方向に延長した延長線から左方向に外れた位置に配置されている。下端の第2トランジスタQ2と第4トランジスタQ4との中心間距離は、等ピッチで配列した第1トランジスタQ1のピッチの約5倍、具体的には190μmである。   In the samples shown in FIGS. 5A and 5D, the second transistor Q2 is arranged on an extension of the column of the first transistor Q1 extending downward, and the 16th (lower end) first transistor Q1 and the second transistor Q2 The distance between the center and the transistor Q2 is 31.4 μm. The fourth transistor Q4 is arranged at a position deviated leftward from an extension of the column of the first transistor Q1 extending downward. The center-to-center distance between the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 at the lower end is about five times the pitch of the first transistors Q1 arranged at an equal pitch, specifically 190 μm.

図5B及び図5Eに示したサンプルの第4トランジスタQ4の位置は、図5A及び図5Bに示したサンプルの第4トランジスタQ4の位置と同一である。図5B及び図5Eに示したサンプルでは、第2トランジスタQ2が第4トランジスタQ4の近傍に配置されている。第2トランジスタQ2と第4トランジスタQ4との中心間距離は22.8μmである。すなわち、図5B及び図5Eに示したサンプルでは、図5A及び図5Dに示したサンプルと比べて、第2トランジスタQ2が第1トランジスタQ1からより遠くに離れて配置されている。   The position of the fourth transistor Q4 of the sample shown in FIGS. 5B and 5E is the same as the position of the fourth transistor Q4 of the sample shown in FIGS. 5A and 5B. In the samples shown in FIGS. 5B and 5E, the second transistor Q2 is arranged near the fourth transistor Q4. The center-to-center distance between the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 is 22.8 μm. That is, in the samples shown in FIGS. 5B and 5E, the second transistor Q2 is arranged farther away from the first transistor Q1 than in the samples shown in FIGS. 5A and 5D.

図5C及び図5Fに示したサンプルでは、第2トランジスタQ2及び第4トランジスタQ4が、図5B及び図5Eに示したサンプルと比べて16番目(下端)の第1トランジスタQ1からより遠くに離れて配置されている。図5C及び図5Fに示したサンプルにおける下端の第1トランジスタQ1から第2トランジスタQ2までの距離は、図5B及び図5Eに示したサンプルにおける当該距離の約2倍、具体的には375μmである。   In the samples shown in FIGS. 5C and 5F, the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 are farther away from the 16th (lower end) first transistor Q1 than the samples shown in FIGS. 5B and 5E. Are located. The distance from the first transistor Q1 at the lower end to the second transistor Q2 in the samples shown in FIGS. 5C and 5F is about twice the distance in the samples shown in FIGS. 5B and 5E, specifically 375 μm. .

図5A、図5B、及び図5Cに示したサンプルでは、第2トランジスタQ2にPOE構造が採用されていない。図5D、図5E、及び図5Fに示したサンプルでは、第2トランジスタQ2にPOE構造が採用されている。すなわち、第2トランジスタQ2と重なるように第2パッド55が配置されている。   In the samples shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the second transistor Q2 does not employ the POE structure. In the samples shown in FIGS. 5D, 5E, and 5F, the POE structure is employed for the second transistor Q2. That is, the second pad 55 is arranged so as to overlap the second transistor Q2.

図5Aから図5Fまでのサンプルの第1トランジスタQ1のDC動作をシミュレーションで解析した。具体的には、出力段バイアス制御端子Vbias2から流入する電流が一定の3.6mAになる条件とし、コレクタエミッタ間電圧Vceを変化させて、熱的定常状態になったときの第1トランジスタQ1のコレクタ電流を求めた。   The DC operation of the first transistor Q1 of each of the samples of FIGS. 5A to 5F was analyzed by simulation. Specifically, the condition is such that the current flowing from the output stage bias control terminal Vbias2 becomes a constant 3.6 mA, the collector-emitter voltage Vce is changed, and the first transistor Q1 at the time of thermal steady state is changed. The collector current was determined.

図6は、図5Aから図5Fまでの図面に示したサンプルのシミュレーション結果を示すグラフである。図6の横軸は第1トランジスタQ1のコレクタエミッタ間電圧Vceを単位「V」で表し、縦軸は16個の第1トランジスタQ1の合計のコレクタ電流Iceを単位「A」で表す。図5Aのサンプルのシミュレーション結果を丸記号と破線で表し、図5Bのサンプルのシミュレーション結果を三角記号と破線で表し、図5Cのサンプルのシミュレーション結果を四角記号と破線で表す。図5Dのサンプルのシミュレーション結果を丸記号と実線で表し、図5Eのサンプルのシミュレーション結果を三角記号と実線で表し、図5Fのサンプルのシミュレーション結果を四角記号と実線で表す。   FIG. 6 is a graph showing simulation results of the samples shown in FIGS. 5A to 5F. The horizontal axis of FIG. 6 represents the collector-emitter voltage Vce of the first transistor Q1 in the unit “V”, and the vertical axis represents the total collector current Ice of the 16 first transistors Q1 in the unit “A”. The simulation result of the sample of FIG. 5A is represented by a circle and a broken line, the simulation result of the sample of FIG. 5B is represented by a triangle and a broken line, and the simulation result of the sample of FIG. 5C is represented by a square and a broken line. The simulation result of the sample of FIG. 5D is represented by a circle and a solid line, the simulation result of the sample of FIG. 5E is represented by a triangle and a solid line, and the simulation result of the sample of FIG. 5F is represented by a square and a solid line.

図5A、図5B、図5Cのサンプルのシミュレーション結果を比較すると、第2トランジスタQ2を第1トランジスタQ1に近付けるほど、コレクタエミッタ間電圧Vceに対するコレクタ電流Iceの関係を示すグラフ(以下、Vce−Iceカーブという。)の傾きが大きくなることがわかる。Vce−Iceカーブの傾きが大きいことは、第1トランジスタQ1の動作が発熱の影響を受けやすいことを意味する。   When comparing the simulation results of the samples of FIGS. 5A, 5B, and 5C, a graph showing the relationship between the collector-emitter voltage Vce and the collector current Ice as the second transistor Q2 approaches the first transistor Q1 (hereinafter, Vce-Ice). It can be seen that the slope of the curve becomes larger. The large slope of the Vce-Ice curve means that the operation of the first transistor Q1 is easily affected by heat generation.

図5Aのサンプルと図5Dのサンプルとの比較、図5Bのサンプルと図5Eのサンプルとの比較、及び図5Cのサンプルと図5Fのサンプルとの比較から、第2トランジスタQ2にPOE構造を採用すると、Vce−Iceカーブの傾きが小さくなることがわかる。これは、第2トランジスタQ2からの放熱特性が改善され、第2トランジスタQ2の温度上昇が抑制されたためである。   From the comparison between the sample in FIG. 5A and the sample in FIG. 5D, the comparison between the sample in FIG. 5B and the sample in FIG. 5E, and the comparison between the sample in FIG. 5C and the sample in FIG. 5F, the POE structure is adopted for the second transistor Q2. Then, it can be seen that the slope of the Vce-Ice curve becomes small. This is because the heat radiation characteristic from the second transistor Q2 is improved, and the temperature rise of the second transistor Q2 is suppressed.

図5Bのサンプル、図5Cのサンプル、及び図5Eのサンプルのシミュレーション結果を比較すると、以下の知見が得られる。第2トランジスタQ2を第1トランジスタQ1から遠ざけるよりも、第1トランジスタQ1から第2トランジスタQ2までの距離を変えずに第2トランジスタQ2にPOE構造を採用する方が、Vce−Iceカーブの傾きを小さくする効果が高い。フェイスダウン実装の場合には、基板に熱がこもりやすいため、第2トランジスタQ2を第1トランジスタQ1から遠ざけても、第2トランジスタQ2が第1トランジスタQ1からの熱的影響を低減させる効果が低いためと考えられる。特に、フェイスダウン実装の場合には、第2トランジスタQ2にPOE構造を採用することにより、第2トランジスタQ2の温度上昇を抑制する効果が高くなる。   Comparing the simulation results of the sample of FIG. 5B, the sample of FIG. 5C, and the sample of FIG. 5E, the following findings are obtained. Rather than moving the second transistor Q2 away from the first transistor Q1, adopting a POE structure for the second transistor Q2 without changing the distance from the first transistor Q1 to the second transistor Q2 will reduce the slope of the Vce-Ice curve. The effect of reducing is high. In the case of face-down mounting, since heat is easily stored in the substrate, even if the second transistor Q2 is moved away from the first transistor Q1, the effect of the second transistor Q2 reducing the thermal effect from the first transistor Q1 is low. It is thought to be. In particular, in the case of face-down mounting, by adopting the POE structure for the second transistor Q2, the effect of suppressing the temperature rise of the second transistor Q2 increases.

次に、第1実施例の変形例について説明する。
第1実施例では、各々が8個の第1トランジスタQ1で構成されている2つのグループの間に第3トランジスタQ3(図3)が配置されている。第3トランジスタQ3は、2つのグループの間以外に、第1トランジスタQ1の近傍に配置してもよい。ここで、「近傍」とは、第3トランジスタQ3が第1トランジスタQ1の温度上昇による熱的影響を受ける程度の近さを意味する。
Next, a modification of the first embodiment will be described.
In the first embodiment, a third transistor Q3 (FIG. 3) is arranged between two groups each including eight first transistors Q1. The third transistor Q3 may be arranged near the first transistor Q1 other than between the two groups. Here, "near" means that the third transistor Q3 is close enough to be thermally affected by the temperature rise of the first transistor Q1.

次に、第3トランジスタQ3が第1トランジスタQ1の近傍に配置される具体例について説明する。平面視において、第3トランジスタQ3と第1トランジスタQ1との間に、第1トランジスタQ1及び第3トランジスタQ3のいずれにも直接接続されていない配線や、他の電子素子を配置すると、第3トランジスタQ3と第1トランジスタQ1との間隔を、両者の間に配置される電子素子や配線の寸法に応じて広げなければない。第3トランジスタQ3が第1トランジスタQ1から熱的影響を受ける程度の近さに配置するために、両者の間に、第1トランジスタQ1及び第3トランジスタQ3のいずれにも直接接続されていない配線や、他の電子素子を配置しない構成とすることが好ましい。   Next, a specific example in which the third transistor Q3 is arranged near the first transistor Q1 will be described. When a wiring not directly connected to either the first transistor Q1 or the third transistor Q3 or another electronic element is arranged between the third transistor Q3 and the first transistor Q1 in a plan view, the third transistor The distance between Q3 and the first transistor Q1 must be increased according to the size of the electronic elements and the wiring arranged between them. In order to arrange the third transistor Q3 so close that the third transistor Q3 is thermally affected by the first transistor Q1, a wiring not directly connected to any of the first transistor Q1 and the third transistor Q3 is provided between them. It is preferable that other electronic elements are not provided.

例えば、平面視において第1トランジスタQ1と第3トランジスタQ3とを最短距離で結ぶ線分が、第1トランジスタQ1及び第3トランジスタQ3のいずれにも直接接続されていない配線や、他の電子素子と交差しない構成とすることが好ましい。ここで、平面視において2つのトランジスタを結ぶ線分とは、一方のトランジスタのコレクタ層、ベース層、及びエミッタ層のいずれかと、他方のトランジスタのコレクタ層、ベース層、及びエミッタ層のいずれかとを結ぶ線分を意味する。   For example, a line connecting the first transistor Q1 and the third transistor Q3 at the shortest distance in a plan view may be connected to a wiring not directly connected to any of the first transistor Q1 and the third transistor Q3, or to another electronic element. It is preferable to adopt a configuration that does not intersect. Here, a line segment connecting two transistors in a plan view refers to any one of the collector layer, the base layer, and the emitter layer of one transistor and any one of the collector layer, the base layer, and the emitter layer of the other transistor. Means the connecting line segments.

平面視において第1トランジスタQ1と第3トランジスタQ3とを最短距離で結ぶ線分は1本とは限らない。例えば、第1トランジスタQ1及び第3トランジスタQ3の平面視における形状が長方形であり、2つの長方形の辺同士が平行に配置されて相互に対向している場合、平面視において両者を最短距離で結ぶ線分は無数に存在する。   The number of lines connecting the first transistor Q1 and the third transistor Q3 at the shortest distance in plan view is not limited to one line. For example, when the shapes of the first transistor Q1 and the third transistor Q3 in a plan view are rectangular, and the sides of the two rectangles are arranged in parallel and face each other, the two are connected at the shortest distance in a plan view. There are countless line segments.

第1実施例では、第3トランジスタQ3(図2、図3)を温度補償用素子として用いたが、第3トランジスタQ3の代わりに第4トランジスタQ4を温度補償用素子として用いてもよい。この場合には、第4トランジスタQ4を第1トランジスタQ1に近接して配置し、第3トランジスタQ3を第1トランジスタQ1から遠ざけて配置すればよい。また、第3トランジスタQ3及び第4トランジスタQ4の両方を温度補償用素子として用いてもよい。この場合には、第3トランジスタQ3及び第4トランジスタQ4の両方を第1トランジスタQ1に近接して配置すればよい。   In the first embodiment, the third transistor Q3 (FIGS. 2 and 3) is used as a temperature compensating element, but a fourth transistor Q4 may be used as a temperature compensating element instead of the third transistor Q3. In this case, the fourth transistor Q4 may be arranged close to the first transistor Q1, and the third transistor Q3 may be arranged away from the first transistor Q1. Further, both the third transistor Q3 and the fourth transistor Q4 may be used as temperature compensating elements. In this case, both the third transistor Q3 and the fourth transistor Q4 may be arranged close to the first transistor Q1.

温度補償用素子として用いられる第3トランジスタQ3以外の出力段バイアス回路47の回路素子(バイアス素子)に対しても、POE構造を採用するとよい。すなわち、第4トランジスタQ4、バイパス容量C1、抵抗R3に対しても、POE構造を採用するとよい。これにより、これらのバイアス素子の温度上昇を抑制することができる。その結果、出力段バイアス回路47が、第1トランジスタQ1の発熱の影響を受けにくくなり、動作が安定するという効果が得られる。出力段バイアス回路47のこれらのバイアス素子を、平面視において第2パッド55と部分的に重なるように配置したPOE構造を採用してもよい。   The POE structure may also be used for circuit elements (bias elements) of the output stage bias circuit 47 other than the third transistor Q3 used as a temperature compensation element. That is, the POE structure may be used for the fourth transistor Q4, the bypass capacitor C1, and the resistor R3. Thereby, the temperature rise of these bias elements can be suppressed. As a result, the output stage bias circuit 47 is less likely to be affected by the heat generated by the first transistor Q1, and the operation is stabilized. A POE structure in which these bias elements of the output stage bias circuit 47 are arranged so as to partially overlap the second pad 55 in plan view may be employed.

第1実施例では、第1トランジスタQ1として、GaAs/InGaP系のヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いたが、その他の化合物半導体からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いてもよい。   In the first embodiment, a GaAs / InGaP heterojunction bipolar transistor is used as the first transistor Q1, but a heterojunction bipolar transistor made of another compound semiconductor may be used.

第1実施例では、第1パッド51と第1バンプ52が第1外部接続用導電部材53を構成し、第2パッド55と第2バンプ56が第2外部接続用導電部材57を構成している。第1パッド51を配置することなく、第1バンプ52のみで第1外部接続用導電部材53を構成してもよい。同様に、第2パッド55を配置することなく、第2バンプ56のみで第2外部接続用導電部材57を構成してもよい。   In the first embodiment, the first pad 51 and the first bump 52 constitute a first conductive member 53 for external connection, and the second pad 55 and the second bump 56 constitute a second conductive member 57 for external connection. I have. The first external connection conductive member 53 may be configured only by the first bump 52 without disposing the first pad 51. Similarly, the second external connection conductive member 57 may be constituted only by the second bump 56 without disposing the second pad 55.

次に、図7を参照して第1実施例の他の変形例について説明する。
図7は、本変形例による高周波電力増幅器40を構成する半導体チップ50内の各構成要素の平面レイアウトを示す図である。第1実施例(図3)では、平面視において複数の第1トランジスタQ1が第1外部接続用導電部材53に包含されている。これに対して本変形例では、平面視において複数の第1トランジスタQ1の各々の一部分が、第1外部接続用導電部材53の外側まではみ出している。このように、平面視において第1外部接続用導電部材53を、複数の第1トランジスタQ1と部分的に重なるように配置してもよい。
Next, another modified example of the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a planar layout of each component in a semiconductor chip 50 constituting the high-frequency power amplifier 40 according to the present modification. In the first embodiment (FIG. 3), the plurality of first transistors Q1 are included in the first external connection conductive member 53 in plan view. On the other hand, in the present modification, a part of each of the plurality of first transistors Q1 extends outside the first external connection conductive member 53 in a plan view. As described above, the first external connection conductive member 53 may be arranged so as to partially overlap the plurality of first transistors Q1 in plan view.

第1実施例では、第1トランジスタQ1のエミッタに接続された第1外部接続用導電部材53(図3)を、平面視において第1トランジスタQ1と重ねるように配置しているが、第1トランジスタQ1のコレクタに接続された外部接続用導電部材を、平面視において第1トランジスタQ1と重ねてもよい。   In the first embodiment, the first external connection conductive member 53 (FIG. 3) connected to the emitter of the first transistor Q1 is arranged so as to overlap the first transistor Q1 in plan view. The conductive member for external connection connected to the collector of Q1 may overlap the first transistor Q1 in plan view.

第1実施例では、第1トランジスタQ1としてヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いたが、電界効果トランジスタを用いてもよい。この場合、第1外部接続用導電部材53を第1トランジスタQ1のドレインに接続するとよい。第2トランジスタQ2は、第1トランジスタQ1のゲートにバイアス電圧を与えるようにするとよい。   In the first embodiment, a heterojunction bipolar transistor is used as the first transistor Q1, but a field effect transistor may be used. In this case, it is preferable to connect the first external connection conductive member 53 to the drain of the first transistor Q1. The second transistor Q2 may apply a bias voltage to the gate of the first transistor Q1.

電界効果トランジスタである第1トランジスタQ1のソースに接続された外部接続用導電部材を、平面視において第1トランジスタQ1に重ねて配置してもよい。   The conductive member for external connection connected to the source of the first transistor Q1, which is a field-effect transistor, may be arranged so as to overlap the first transistor Q1 in plan view.

[第2実施例]
次に、図8を参照して第2実施例による高周波電力増幅器について説明する。以下、第1実施例による高周波電力増幅器(図1、図2、図3、図4)と共通の構成については説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a high-frequency power amplifier according to a second embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the description of the configuration common to the high-frequency power amplifier (FIGS. 1, 2, 3, and 4) according to the first embodiment will be omitted.

図8は、第2実施例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路42及び出力段バイアス回路47の等価回路図である。第2実施例では、バイアス電圧入力端子Vbatと第2トランジスタQ2のコレクタとの間に抵抗R4が挿入されている。第2トランジスタQ2のエミッタが抵抗R5を介して第3トランジスタQ3のベースに接続されている。第1トランジスタQ1及び第3トランジスタQ3に、第2トランジスタQ2からベースバイアス電圧が供給される。第3トランジスタQ3のベースとコレクタとの間に容量C2が挿入されている。   FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the output stage amplifier circuit 42 and the output stage bias circuit 47 of the high frequency power amplifier according to the second embodiment. In the second embodiment, a resistor R4 is inserted between the bias voltage input terminal Vbat and the collector of the second transistor Q2. The emitter of the second transistor Q2 is connected to the base of the third transistor Q3 via the resistor R5. A base bias voltage is supplied from the second transistor Q2 to the first transistor Q1 and the third transistor Q3. The capacitor C2 is inserted between the base and the collector of the third transistor Q3.

さらに、第4トランジスタQ4のコレクタが抵抗R6及び抵抗R3を介して出力段バイアス制御端子Vbias2に接続されている。さらに、第3トランジスタQ3のコレクタ及び第4トランジスタQ4のエミッタが、抵抗R7及び抵抗R3を介して出力段バイアス制御端子Vbias2に接続されている。   Further, the collector of the fourth transistor Q4 is connected to the output stage bias control terminal Vbias2 via the resistors R6 and R3. Further, the collector of the third transistor Q3 and the emitter of the fourth transistor Q4 are connected to the output stage bias control terminal Vbias2 via the resistors R7 and R3.

第2実施例においても、第3トランジスタQ3が温度補償用素子として機能する。従って、第1実施例と同様に、第3トランジスタQ3が第1トランジスタQ1の近傍に配置される。また、第1実施例と同様に、第2トランジスタQ2が第1トランジスタQ1から遠ざけて配置され、第2トランジスタQ2にPOE構造が採用される。このような配置にすることにより、第2実施例においても第1実施例と同様の優れた効果が得られる。   Also in the second embodiment, the third transistor Q3 functions as a temperature compensation element. Therefore, similarly to the first embodiment, the third transistor Q3 is arranged near the first transistor Q1. Further, as in the first embodiment, the second transistor Q2 is arranged away from the first transistor Q1, and the second transistor Q2 has a POE structure. With such an arrangement, excellent effects similar to those of the first embodiment can be obtained in the second embodiment.

[第3実施例]
次に、図9を参照して第3実施例による高周波電力増幅器について説明する。以下、第2実施例による高周波電力増幅器(図8)と共通の構成については説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a high-frequency power amplifier according to a third embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, description of the configuration common to the high-frequency power amplifier (FIG. 8) according to the second embodiment will be omitted.

図9は、第3実施例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路42及び出力段バイアス回路47の等価回路図である。第8実施例の出力段バイアス回路47は、第2実施例による出力段バイアス回路47から第4トランジスタQ4(図8)を取り除いた構成と同一である。第3実施例においても、第3トランジスタQ3が温度補償用素子として機能する。第3実施例においても、第2実施例と同様の優れた効果が得られる。   FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the output stage amplifier circuit 42 and the output stage bias circuit 47 of the high frequency power amplifier according to the third embodiment. The output stage bias circuit 47 of the eighth embodiment has the same configuration as the output stage bias circuit 47 of the second embodiment except that the fourth transistor Q4 (FIG. 8) is removed. Also in the third embodiment, the third transistor Q3 functions as a temperature compensating element. In the third embodiment, the same excellent effects as in the second embodiment can be obtained.

次に、図10Aから図12までの図面を参照して第3実施例の変形例による高周波電力増幅器の出力段バイアス回路47について説明する。   Next, an output stage bias circuit 47 of a high-frequency power amplifier according to a modification of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 10A to 12.

図10Aから図10Cまでの各図面、図11Aから図11Cまでの各図面、及び図12は、それぞれ第3実施例の変形例による高周波電力増幅器の出力段バイアス回路47の等価回路図である。   10A to 10C, FIGS. 11A to 11C, and FIG. 12 are equivalent circuit diagrams of the output stage bias circuit 47 of the high frequency power amplifier according to the modification of the third embodiment.

図10Aから図10Cまでの各図面、図11Aから図11Cまでの各図面に示した変形例による出力段バイアス回路47は、第1実施例、第2実施例、及び第3実施例と同様に、第1トランジスタQ1(図2)のベースにバイアス電圧を与えるエミッタフォロワトランジスタとして機能する第2トランジスタQ2を含んでいる。さらに、温度補償用素子として機能する第3トランジスタQ3を含んでいる。   The output stage bias circuit 47 according to the modification shown in each drawing of FIGS. 10A to 10C and each drawing of FIGS. 11A to 11C is similar to the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. And a second transistor Q2 functioning as an emitter follower transistor for applying a bias voltage to the base of the first transistor Q1 (FIG. 2). Further, it includes a third transistor Q3 functioning as a temperature compensating element.

図12に示した変形例による出力段バイアス回路47は、出力段増幅回路42の増幅用トランジスタに電界効果トランジスタ(FET)を用いた場合のバイアス回路である。本変形例による出力段バイアス回路47は、FETである第2トランジスタQ2と、バイポーラトランジスタである第3トランジスタQ3を含む。第2トランジスタQ2は、出力段増幅回路42のFETのゲートにバイアス電圧を与えるソースフォロワトランジスタとして機能する。第3トランジスタQ3は温度補償用素子として機能する。   The output stage bias circuit 47 according to the modified example shown in FIG. 12 is a bias circuit in the case where a field effect transistor (FET) is used as an amplification transistor of the output stage amplifier circuit 42. The output stage bias circuit 47 according to the present modification includes a second transistor Q2 that is an FET and a third transistor Q3 that is a bipolar transistor. The second transistor Q2 functions as a source follower transistor that applies a bias voltage to the gate of the FET of the output stage amplifier circuit 42. The third transistor Q3 functions as a temperature compensating element.

[第4実施例]
次に、図13を参照して第4実施例による電力増幅モジュールについて説明する。以下、第1実施例による高周波電力増幅器(図1、図2、図3、図4)と共通の構成については説明を省略する。
[Fourth embodiment]
Next, a power amplification module according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the description of the configuration common to the high-frequency power amplifier (FIGS. 1, 2, 3, and 4) according to the first embodiment will be omitted.

図13は、第4実施例による電力増幅モジュールの断面図である。第4実施例による電力増幅モジュールは、モジュール基板90及び半導体チップ50を有する。半導体チップ50として、第1実施例から第3実施例までのいずれかの実施例による高周波電力増幅器の半導体チップ50が用いられる。半導体チップ50がモジュール基板90にフェイスダウン実装されている。モジュール基板90は、誘電体材料からなる誘電体部分を有する。   FIG. 13 is a sectional view of a power amplification module according to the fourth embodiment. The power amplification module according to the fourth embodiment includes a module substrate 90 and a semiconductor chip 50. As the semiconductor chip 50, the semiconductor chip 50 of the high-frequency power amplifier according to any one of the first to third embodiments is used. The semiconductor chip 50 is mounted face down on the module substrate 90. Module substrate 90 has a dielectric portion made of a dielectric material.

モジュール基板90の一方の面に第1ランド91及び第2ランド92が設けられており、他方の面に第3ランド99及び第4ランド100が設けられている。第1ランド91及び第2ランド92は、それぞれ半導体チップ50の第1バンプ52及び第2バンプ56に対向する。第1バンプ52と第1ランド91とが、はんだ111により機械的及び電気的に接続されている。第2バンプ56と第2ランド92とが、はんだ112により機械的及び電気的に接続されている。第3ランド99及び第4ランド100は、マザーボード等に実装するためのものである。   A first land 91 and a second land 92 are provided on one surface of the module substrate 90, and a third land 99 and a fourth land 100 are provided on the other surface. The first land 91 and the second land 92 face the first bump 52 and the second bump 56 of the semiconductor chip 50, respectively. The first bump 52 and the first land 91 are mechanically and electrically connected by the solder 111. The second bump 56 and the second land 92 are mechanically and electrically connected by the solder 112. The third land 99 and the fourth land 100 are for mounting on a motherboard or the like.

モジュール基板90の誘電体部分の内層に、第1導体パターン93及び第2導体パターン94が配置されている。第1ランド91と第1導体パターン93とが、複数のビア導体95で接続されており、第1導体パターン93と第3ランド99とが複数のビア導体96で接続されている。同様に、第2ランド92と第2導体パターン94とが複数のビア導体97で接続されており、第2導体パターン94と第4ランド100とが複数のビア導体98で接続されている。   A first conductor pattern 93 and a second conductor pattern 94 are arranged in an inner layer of the dielectric portion of the module substrate 90. The first land 91 and the first conductor pattern 93 are connected by a plurality of via conductors 95, and the first conductor pattern 93 and the third land 99 are connected by a plurality of via conductors 96. Similarly, the second land 92 and the second conductor pattern 94 are connected by a plurality of via conductors 97, and the second conductor pattern 94 and the fourth land 100 are connected by a plurality of via conductors 98.

半導体チップ50の第1トランジスタQ1(図3、図4)で発生した熱は、第1バンプ52、はんだ111、第1ランド91、ビア導体95、第1導体パターン93、ビア導体96、及び第3ランド99を経由してマザーボード等に伝わる。半導体チップ50の第2トランジスタQ2(図3、図4)で発生した熱は、第2バンプ56、はんだ112、第2ランド92、ビア導体97、第2導体パターン94、ビア導体98、及び第4ランド100を経由してマザーボード等に伝わる。ビア導体95、96、97、98、第1導体パターン93、及び第2導体パターン94は、半導体チップ50から放熱を行うための熱流路となる。従って、ビア導体95、96、97、98、第1導体パターン93、及び第2導体パターン94は、放熱用パターンということができる。   The heat generated in the first transistor Q1 (FIGS. 3 and 4) of the semiconductor chip 50 is generated by the first bump 52, the solder 111, the first land 91, the via conductor 95, the first conductor pattern 93, the via conductor 96, and the It is transmitted to the motherboard and the like via the third land 99. The heat generated in the second transistor Q2 (FIGS. 3 and 4) of the semiconductor chip 50 is generated by the second bump 56, the solder 112, the second land 92, the via conductor 97, the second conductor pattern 94, the via conductor 98, and the second It is transmitted to the motherboard or the like via the four lands 100. The via conductors 95, 96, 97, 98, the first conductor pattern 93, and the second conductor pattern 94 serve as heat flow paths for radiating heat from the semiconductor chip 50. Therefore, the via conductors 95, 96, 97, 98, the first conductor pattern 93, and the second conductor pattern 94 can be said to be heat dissipation patterns.

これらの放熱用パターンを熱流路として機能させるために、十分な流路断面積を確保することが好ましい。例えば、平面視において、第1導体パターン93が第1ランド91を内包する大きさ及び形状を持ち、第2導体パターン94が第2ランド92を内包する大きさ及び形状を持つことが好ましい。ここで「内包する大きさ及び形状を持つ」とは、平面視において第1導体パターン93に内包される位置に第1ランド91が配置されていることを意味しない。第1ランド91を面内方向に平行移動することによって第1導体パターン93に第1ランド91を内包させることができる場合にも、第1導体パターン93が第1ランド91を内包する大きさ及び形状を持つといえる。   In order for these heat dissipation patterns to function as heat channels, it is preferable to secure a sufficient channel cross-sectional area. For example, in plan view, it is preferable that the first conductor pattern 93 has a size and shape that includes the first land 91, and the second conductor pattern 94 has a size and shape that includes the second land 92. Here, “having the included size and shape” does not mean that the first land 91 is arranged at a position included in the first conductor pattern 93 in plan view. Even when the first land 91 can be included in the first conductor pattern 93 by moving the first land 91 in parallel in the in-plane direction, the size of the first conductor pattern 93 including the first land 91 and It can be said that it has a shape.

また、1つのランドと内層の導体パターンとの間の熱流路の流路断面を大きくするために、両者を接続するために複数のビア導体を配置することが好ましい。1つのランドと1つの内層の導体パターンとを接続するために複数のビア導体が配置されている場合は、これらのビア導体を放熱用パターンということができる。   Further, in order to increase the cross section of the heat flow path between one land and the conductor pattern of the inner layer, it is preferable to arrange a plurality of via conductors for connecting the two. When a plurality of via conductors are arranged to connect one land and one inner layer conductor pattern, these via conductors can be called a heat dissipation pattern.

次に、第4実施例の変形例について説明する。第4実施例(図13)では、ビア導体95とビア導体96との間に第1導体パターン93を配置しているが、第1導体パターン93を配置することなく、ビア導体95を第3ランド99まで延ばしてもよい。この構成では、第1ランド91と第3ランド99とが、複数のビア導体95によって接続される。   Next, a modification of the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment (FIG. 13), the first conductor pattern 93 is arranged between the via conductor 95 and the via conductor 96. However, the third conductor pattern 93 is arranged without the first conductor pattern 93. It may be extended to the land 99. In this configuration, the first land 91 and the third land 99 are connected by a plurality of via conductors 95.

第4実施例による電力増幅モジュールをアンテナ素子、ダイプレクサ等と組み合わせて通信装置を構成してもよい。   A communication device may be configured by combining the power amplification module according to the fourth embodiment with an antenna element, a diplexer, and the like.

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Each of the embodiments described above is an exemplification, and it goes without saying that the configurations shown in the different embodiments can be partially replaced or combined. The same operation and effect of the same configuration of the plurality of embodiments will not be sequentially described for each embodiment. Furthermore, the invention is not limited to the embodiments described above. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

40 高周波電力増幅回路
41 初段増幅回路
42 出力段増幅回路
43 入力整合回路
44 段間整合回路
45 出力整合回路
46 初段バイアス回路
47 出力段バイアス回路
48、49 インダクタ
50 半導体チップ
51 第1パッド
52 第1バンプ
53 第1外部接続用導電部材
55 第2パッド
56 第2バンプ
57 第2外部接続用導電部材
60 基板
61 サブコレクタ層
61I 絶縁化された領域
62 コレクタ電極
63 ベース電極
64 エミッタ電極
65 コレクタ電極
66 ベース電極
67 エミッタ電極
72 コレクタ配線
74 エミッタ配線
75 コレクタ配線
77 エミッタ配線
80 絶縁膜
81 保護膜
82、86 開口
90 モジュール基板
91 第1ランド
92 第2ランド
93 第1導体パターン
94 第2導体パターン
95、96、97、98 ビア導体
99 第3ランド
100 第4ランド
111、112 はんだ
BM ベースメサ
C0 DCカット容量
C1 バイパス容量
C2 容量
CM コレクタメサ
EM エミッタメサ
Q1 第1トランジスタ(増幅用トランジスタ)
Q1B ベース層
Q1C コレクタ層
Q1E エミッタ層
Q2 第2トランジスタ(駆動用トランジスタ)
Q2B ベース層
Q3C コレクタ層
Q4E エミッタ層
Q3 第3トランジスタ(温度補償用素子)
Q4 第4トランジスタ
R1 ベースバラスト抵抗
R2、R3、R4、R5、R6、R7 抵抗
RFin 高周波信号入力端子
RFout 高周波信号出力端子
S1 温度特性補償回路
Vbat バイアス電圧入力端子
Vbias1 初段バイアス制御端子
Vbias2 出力段バイアス制御端子
Vcc1 初段増幅回路用電源電圧供給端子
Vcc2 出力段増幅回路用電源電圧供給端子
Reference Signs List 40 High frequency power amplifier circuit 41 First stage amplifier circuit 42 Output stage amplifier circuit 43 Input matching circuit 44 Interstage matching circuit 45 Output matching circuit 46 First stage bias circuit 47 Output stage bias circuit 48, 49 Inductor 50 Semiconductor chip 51 First pad 52 First Bump 53 First conductive member for external connection 55 Second pad 56 Second bump 57 Second conductive member for external connection 60 Substrate 61 Sub-collector layer 61I Insulated region 62 Collector electrode 63 Base electrode 64 Emitter electrode 65 Collector electrode 66 Base electrode 67 emitter electrode 72 collector wiring 74 emitter wiring 75 collector wiring 77 emitter wiring 80 insulating film 81 protective film 82, 86 opening 90 module substrate 91 first land 92 second land 93 first conductive pattern 94 second conductive pattern 95, 96, 97, 98 via Body 99 third land 100 the fourth land 111, 112 solder BM mesa C0 DC cut capacitor C1 bypass capacitor C2 capacitance CM mesa EM emitter mesa Q1 first transistor (amplification transistor)
Q1B Base layer Q1C Collector layer Q1E Emitter layer Q2 Second transistor (driving transistor)
Q2B Base layer Q3C Collector layer Q4E Emitter layer Q3 Third transistor (element for temperature compensation)
Q4 Fourth transistor R1 Base ballast resistors R2, R3, R4, R5, R6, R7 Resistance RFin High frequency signal input terminal RFout High frequency signal output terminal S1 Temperature characteristic compensation circuit Vbat Bias voltage input terminal Vbias1 First stage bias control terminal Vbias2 Output stage bias control Terminal Vcc1 Power supply voltage supply terminal for first stage amplifier circuit Vcc2 Power supply voltage supply terminal for output stage amplifier circuit

図5B及び図5Eに示したサンプルの第4トランジスタQ4の位置は、図5A及び図5に示したサンプルの第4トランジスタQ4の位置と同一である。図5B及び図5Eに示したサンプルでは、第2トランジスタQ2が第4トランジスタQ4の近傍に配置されている。第2トランジスタQ2と第4トランジスタQ4との中心間距離は22.8μmである。すなわち、図5B及び図5Eに示したサンプルでは、図5A及び図5Dに示したサンプルと比べて、第2トランジスタQ2が第1トランジスタQ1からより遠くに離れて配置されている。
Position of the fourth transistor Q4 of the samples shown in FIGS. 5B and 5E is identical to the position of the fourth transistor Q4 of the samples shown in FIGS. 5A and FIG. 5 D. In the samples shown in FIGS. 5B and 5E, the second transistor Q2 is arranged near the fourth transistor Q4. The center-to-center distance between the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 is 22.8 μm. That is, in the samples shown in FIGS. 5B and 5E, the second transistor Q2 is arranged farther away from the first transistor Q1 than in the samples shown in FIGS. 5A and 5D.

図9は、第3実施例による高周波電力増幅器の出力段増幅回路42及び出力段バイアス回路47の等価回路図である。第実施例の出力段バイアス回路47は、第2実施例による出力段バイアス回路47から第4トランジスタQ4(図8)を取り除いた構成と同一である。第3実施例においても、第3トランジスタQ3が温度補償用素子として機能する。第3実施例においても、第2実施例と同様の優れた効果が得られる。 FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the output stage amplifier circuit 42 and the output stage bias circuit 47 of the high frequency power amplifier according to the third embodiment. The output stage bias circuit 47 of the third embodiment has the same configuration as the output stage bias circuit 47 of the second embodiment except that the fourth transistor Q4 (FIG. 8) is removed. Also in the third embodiment, the third transistor Q3 functions as a temperature compensating element. In the third embodiment, the same excellent effects as in the second embodiment can be obtained.

Claims (14)

高周波信号を増幅する少なくとも1つの第1トランジスタと、
前記第1トランジスタに接続された第1外部接続用導電部材と、
前記第1トランジスタにバイアス電圧を与える第2トランジスタを含むバイアス回路と、
前記第2トランジスタに接続された第2外部接続用導電部材と
を含む半導体チップを有し、
平面視において、前記第2外部接続用導電部材は前記第2トランジスタと少なくとも部分的に重なっている高周波電力増幅器。
At least one first transistor for amplifying a high-frequency signal;
A first external connection conductive member connected to the first transistor;
A bias circuit including a second transistor for applying a bias voltage to the first transistor;
A second external connection conductive member connected to the second transistor.
A high-frequency power amplifier in which the second external connection conductive member at least partially overlaps the second transistor in plan view.
前記バイアス回路は、さらに、温度の上昇に伴って前記第1トランジスタに与えられるバイアス電圧を低下させる方向に前記第2トランジスタを制御する温度補償用素子を含み、
前記第1トランジスタから前記第2トランジスタまでの最短距離が、前記第1トランジスタから前記温度補償用素子までの最短距離より長い請求項1に記載の高周波電力増幅器。
The bias circuit further includes a temperature compensating element that controls the second transistor in a direction to decrease a bias voltage applied to the first transistor with a rise in temperature,
The high-frequency power amplifier according to claim 1, wherein a shortest distance from the first transistor to the second transistor is longer than a shortest distance from the first transistor to the temperature compensating element.
前記バイアス回路は、前記第2トランジスタ及び前記温度補償用素子の他に、さらに抵抗、容量、及びトランジスタの少なくとも1つであるバイアス素子を含み、
平面視において前記バイアス素子は前記第1外部接続用導電部材と重なっておらず、前記第2外部接続用導電部材または他の外部接続用の導電部材と重なっている請求項2に記載の高周波電力増幅器。
The bias circuit further includes a bias element that is at least one of a resistor, a capacitor, and a transistor, in addition to the second transistor and the temperature compensation element,
The high-frequency power according to claim 2, wherein the bias element does not overlap with the first external connection conductive member but overlaps with the second external connection conductive member or another external connection conductive member in a plan view. amplifier.
前記少なくとも1つの第1トランジスタは前記半導体チップに複数個配置されており、前記複数の第1トランジスタは少なくとも2つのグループに分けられており、前記少なくとも2つのグループに対してそれぞれ前記第1外部接続用導電部材が設けられており、前記温度補償用素子は、一方のグループの第1トランジスタと他方のグループの第1トランジスタとの間に配置されている請求項2または3に記載の高周波電力増幅器。   A plurality of the at least one first transistor is disposed on the semiconductor chip, the plurality of first transistors are divided into at least two groups, and the first external connection is provided for each of the at least two groups. 4. The high-frequency power amplifier according to claim 2, further comprising a conductive member for use, wherein the temperature compensation element is disposed between the first transistor in one group and the first transistor in the other group. 5. . 前記第1トランジスタはヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、前記第1外部接続用導電部材は、前記第1トランジスタのエミッタまたはコレクタに接続されており、前記第2トランジスタは前記第1トランジスタのベースまたはコレクタに電圧を与える請求項1乃至4のいずれか1項に記載の高周波電力増幅器。   The first transistor is a heterojunction bipolar transistor, the first external connection conductive member is connected to an emitter or a collector of the first transistor, and the second transistor is connected to a base or a collector of the first transistor. The high-frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 4, which applies a voltage. 前記第1トランジスタは電界効果トランジスタであり、前記第1外部接続用導電部材は、前記第1トランジスタのドレインまたはソースに接続されており、前記第2トランジスタは前記第1トランジスタのゲートまたはドレインに電圧を与える請求項1乃至4のいずれか1項に記載の高周波電力増幅器。   The first transistor is a field-effect transistor, the first conductive member for external connection is connected to a drain or a source of the first transistor, and the second transistor has a voltage applied to a gate or a drain of the first transistor. The high frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 4, which provides: 平面視において前記第1トランジスタは前記第1外部接続用導電部材に包含されている請求項1乃至6のいずれか1項に記載の高周波電力増幅器。   The high-frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 6, wherein the first transistor is included in the first external connection conductive member in a plan view. 半導体チップと、
前記半導体チップが実装されたモジュール基板と
を有し、
前記半導体チップは、
高周波信号を増幅する少なくとも1つの第1トランジスタと、
前記第1トランジスタに接続された第1外部接続用導電部材と、
前記第1トランジスタにバイアス電圧を与える第2トランジスタを含むバイアス回路と、
前記第2トランジスタに接続された第2外部接続用導電部材と
を含み、
平面視において、前記第2外部接続用導電部材は前記第2トランジスタと少なくとも部分的に重なっており、
前記モジュール基板は、
誘電体材料で形成された誘電体部分と、
前記第1外部接続用導電部材及び前記第2外部接続用導電部材にそれぞれ対向し、前記第1外部接続用導電部材及び前記第2外部接続用導電部材にそれぞれ接続された第1ランド及び第2ランドと、
前記誘電体部分の内層に配置されて前記第2ランドに接続され、平面視において前記第2ランドを内包する大きさ及び形状を持つ導体パターンと
を有する電力増幅モジュール。
A semiconductor chip,
A module substrate on which the semiconductor chip is mounted,
The semiconductor chip,
At least one first transistor for amplifying a high-frequency signal;
A first external connection conductive member connected to the first transistor;
A bias circuit including a second transistor for applying a bias voltage to the first transistor;
A second external connection conductive member connected to the second transistor;
In a plan view, the second external connection conductive member at least partially overlaps the second transistor,
The module substrate,
A dielectric portion formed of a dielectric material;
A first land and a second land facing the first external connection conductive member and the second external connection conductive member, respectively, and connected to the first external connection conductive member and the second external connection conductive member, respectively; Land and
A power amplifying module comprising: a conductor pattern disposed on an inner layer of the dielectric portion, connected to the second land, and having a size and shape that includes the second land in plan view.
前記バイアス回路は、さらに、温度の上昇に伴って前記第1トランジスタに与えられるバイアス電圧を低下させる方向に前記第2トランジスタを制御する温度補償用素子を含み、
前記第1トランジスタから前記第2トランジスタまでの最短距離が、前記第1トランジスタから前記温度補償用素子までの最短距離より長い請求項8に記載の電力増幅モジュール。
The bias circuit further includes a temperature compensating element that controls the second transistor in a direction to decrease a bias voltage applied to the first transistor with a rise in temperature,
The power amplifier module according to claim 8, wherein a shortest distance from the first transistor to the second transistor is longer than a shortest distance from the first transistor to the temperature compensation element.
前記バイアス回路は、前記第2トランジスタ及び前記温度補償用素子の他に、さらに抵抗、容量、及びトランジスタの少なくとも1つであるバイアス素子を含み、
平面視において前記バイアス素子は前記第1外部接続用導電部材と重なっておらず、前記第2外部接続用導電部材または他の外部接続用の導電部材と重なっている請求項9に記載の電力増幅モジュール。
The bias circuit further includes a bias element that is at least one of a resistor, a capacitor, and a transistor, in addition to the second transistor and the temperature compensation element,
The power amplifier according to claim 9, wherein the bias element does not overlap the first external connection conductive member but overlaps the second external connection conductive member or another external connection conductive member in plan view. module.
前記少なくとも1つの第1トランジスタは前記半導体チップに複数個配置されており、前記複数の第1トランジスタは少なくとも2つのグループに分けられており、前記少なくとも2つのグループに対してそれぞれ前記第1外部接続用導電部材が設けられており、前記温度補償用素子は、一方のグループの第1トランジスタと他方のグループの第1トランジスタとの間に配置されている請求項9または10に記載の電力増幅モジュール。   A plurality of the at least one first transistor is disposed on the semiconductor chip, the plurality of first transistors are divided into at least two groups, and the first external connection is provided for each of the at least two groups. The power amplification module according to claim 9, further comprising: a conductive member for use in the power amplifier, wherein the temperature compensation element is disposed between the first transistor in one group and the first transistor in the other group. . 前記第1トランジスタはヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、前記第1外部接続用導電部材は、前記第1トランジスタのエミッタまたはコレクタに接続されており、前記第2トランジスタは前記第1トランジスタのベースまたはコレクタに電圧を与える請求項8乃至11のいずれか1項に記載の電力増幅モジュール。   The first transistor is a heterojunction bipolar transistor, the first external connection conductive member is connected to an emitter or a collector of the first transistor, and the second transistor is connected to a base or a collector of the first transistor. The power amplification module according to any one of claims 8 to 11, which applies a voltage. 前記第1トランジスタは電界効果トランジスタであり、前記第1外部接続用導電部材は、前記第1トランジスタのドレインまたはソースに接続されており、前記第2トランジスタは前記第1トランジスタのゲートまたはドレインに電圧を与える請求項8乃至11のいずれか1項に記載の電力増幅モジュール。   The first transistor is a field-effect transistor, the first conductive member for external connection is connected to a drain or a source of the first transistor, and the second transistor has a voltage applied to a gate or a drain of the first transistor. The power amplification module according to any one of claims 8 to 11, which provides: 平面視において前記第1トランジスタは前記第1外部接続用導電部材に包含されている請求項8乃至13のいずれか1項に記載の電力増幅モジュール。   The power amplification module according to any one of claims 8 to 13, wherein the first transistor is included in the first external connection conductive member in a plan view.
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