JP2012156362A - 伝送線路、集積回路搭載装置および通信機モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型で伝送損失の少ない伝送線路、集積回路搭載装置および通信機モジュールの実現。
【解決手段】テーパー状の平面形状を有する並列に配置された２本のテーパー線路32AA,32AB;32BA,32BBと、２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向して設けられた対向線路34A,34Bと、２本のテーパー線路の幅の狭い側と、前記対向線路を接続するワイヤボンディング38AA,38AB;38BA,38BBと、を有し、並列に配置された２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向する対向線路の対向側の外側のエッジ間の幅より大きい伝送線路。
【選択図】図４

Description

本発明は、伝送線路、伝送線路を含む集積回路搭載装置、および集積回路搭載装置を含む通信機モジュールに関する。

近年、携帯電話基地局やレーダー向けに高出力トランジスタを含む集積回路チップを搭載した高出力の集積回路搭載装置が要望されている。このような集積回路搭載装置は、メタルパッケージ上の集積回路チップ上に形成されたパワートランジスタを複数並列に配置し、誘電体基板上の線路でインピーダンス変換器を形成してインピーダンス整合させて高出力特性を実現している。

広帯域な整合回路を形成するには、Ｑ値を小さく保持するように、１／４波長線路を複数直列に接続したインピーダンス変換器を利用する。このようなインピーダンス変換器は、１／４波長線路の段数を増加させることで広帯域な特性が得られるため、広帯域特性を必要とする集積回路搭載装置に広く使用されている。１／４波長インピーダンス変換器を構成する際、所望の特性インピーダンスを有する伝送線路を、配線の基板厚や基板の誘電率、および配線幅を考慮して形成する。

図１は、インピーダンス変換を説明する図であり、図１の（Ａ）は１段で整合する場合を、（Ｂ）は２段で整合する場合を示す。トランジスタの出力インピーダンスをＲ１、後段の入力インピーダンスをＲ０とし、Ｒ０＞Ｒ１であるとする。図１の（Ａ）に示すように１段で整合する場合は、特性インピーダンスがＺの１／４波長線路を１つ使用して、Ｚ＝（Ｒ０×Ｒ１）^1/2にする。これに対して、図１の（Ｂ）に示すように２段で整合する場合は、特性インピーダンスがＺ１の１／４波長線路とＺ２の１／４波長線路を直列に接続し、Ｚ１＝（Ｒ１³×Ｒ０）^1/4およびＺ２＝（Ｒ１×Ｒ０³）^1/4にする。なお、３段以上の１／４波長線路を直列に接続する場合もある。

高出力の集積回路搭載装置では、高出力化のために、トランジスタのゲート幅を増やすことが行われる。トランジスタのゲート幅の増加は、同一の特性の複数のトランジスタを並列に使用し、複数のトランジスタの出力を共通に接続することにより実現される。このようにしてトランジスタのゲート幅を増加すると、トランジスタの出力インピーダンスは１オーム以下にまで低下する。トランジスタからの出力を最大限に引き出すためには、数オームの出力インピーダンスを、通常使われる５０オームにインピーダンス変換を行い、インピーダンス整合する必要がある。この場合、周波数帯域を確保するために、図１の（Ｂ）に示したように、インピーダンス変換器を複数直列接続して、段階的にインピーダンスを５０オームへ変換して整合させることが行われる。１／４波長線路の長さおよび幅などの形状は、基板の誘電率、インピーダンスなどにより決定される。そのため、低誘電率の基板を使用した高インピーダンスの線路は、高誘電率の基板を使用した低インピーダンスの線路に比べて１／４波長線路の長さが長くなる。その結果、整合回路のサイズが大きくなるという問題がある。そのため、長い線路は配線を折り曲げるパターンレイアウトを用いて、整合回路を小型化することが行われる。

一方、 近年のブロードバンドの進展により、大容量の高速無線通信の要求が高まっている。大容量化に向けて、携帯電話の基地局用増幅器は第３世代が普及し、今後さらに第４世代へと進展していくと予測される。また、新通信方式（WiMAX）も実用化され、今後さらに大容量化が進むものと予測される。そのため、より一層の高出力、高効率、広帯域化、低コスト化が求められている。一方、レーダー用増幅器には検知距離の拡大や分解能向上などの高性能化に向けた高出力化、広帯域化、さらに運用コスト削減や冷却器の小型化に向けた高効率化が求められる。さらに、フェーズドアレーレーダでは、増幅器を含むレーダー素子を狭い空間にアレー状に配置する必要があり、増幅器の一層の小型化が要求されている。

特開平１１−１２２００９号公報 特開平１０−２８４９２０号公報 特開昭５７−０３７９０３号公報

S. B. Cohn, "Optimum Design of Stepped Transmission-Line Transformers", IRE trans. MTT-3, pp.16-21, 1955.

実施形態は、小型で伝送損失の少ない伝送線路、集積回路搭載装置および通信機モジュールを実現する。

実施形態の第１の態様によれば、テーパー状の平面形状を有する並列に配置された２本のテーパー線路と、２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向して設けられた対向線路と、２本のテーパー線路の幅の狭い側と、対向線路を接続するワイヤボンディングと、を有し、並列に配置された２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向する対向線路の対向側の外側のエッジ間の幅より大きい伝送線路が提供される。

実施形態の第２の態様によれば、２本の第１の線路と、第２の線路と、２本の第１の線路と第２の線路を接続するワイヤボンディングと、を備え、ワイヤボンディングは、第１の組と第２の組を備え、第１の組の複数のワイヤは、線路の平面に投影した時に互いに平行な方向に伸び、第２の組の複数のワイヤは、線路の平面に投影した時に、第１の組の複数のワイヤの伸びる方向と異なる方向に、互いに平行に伸びる伝送線路が提供される。

実施形態によれば、小型で伝送損失の少ない伝送線路、集積回路搭載装置および通信機モジュールが実現される。

図１は、インピーダンス変換を説明する図である。 図２は、折り曲げ形状の線路を含む高出力の集積回路搭載装置の整合回路の従来例を示す図である。 図３は、２個のチップを使用し、図２に示した折り曲げ（ベンド）形状の線路を有する出力整合回路を適用した場合に想定される回路配置の例を示す図である。 図４は、第１実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。 図５は、第１実施形態の集積回路搭載装置の上面図、および上面図における破線部分の断面図である。 図６は、第１実施形態の集積回路搭載装置のインピーダンス変換回路を模式的に示す図である。 図７は、第１実施形態の回路配置を有する増幅器と、図３の回路配置を有する増幅器を試作し、測定した特性を示す図であり、（Ａ）が第１実施形態の場合を、（Ｂ）が図３の場合を、示す。 図８は、第２実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。 図９は、第２実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。 図１０は、第３実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。 図１１は、第４実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。 図１２は、第５実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。 図１３は、第４実施形態の回路配置において、低インピーダンス線路をテーパー形状とした変形例を示す。 図１４は、高出力増幅回路装置を使用した通信機モジュールの構成を示す図である。

実施形態を説明する前に、集積回路搭載装置を高出力化および小型化する技術について説明する。

図２は、折り曲げ（ベンド）形状の線路を含む高出力の集積回路搭載装置の整合回路の従来例を示す図である。図２において、集積回路チップ１１は、複数のトランジスタを含む。集積回路チップ１１の左側が入力整合回路２０であり、右側が出力整合回路３０である。入力整合回路２０は、基板２１上に形成された折り曲げ形状の１／４波長線路２２と、基板２３上に形成された直線形状の１／４波長線路２４と、１／４波長線路２２と１／４波長線路２４とを接続するワイヤボンディング２５と、１／４波長線路２４と集積回路チップ１１の入力端子とを接続するワイヤボンディング２６と、を含む。１／４波長線路２２の左側の端部ＩＮが入力部で、集積回路搭載装置のパッケージの端子にワイヤボンディングなどで接続される。出力整合回路３０は、基板３１上に形成されたテーパー形状の電極３２と、基板３３上に形成された直線形状の１／４波長線路３４と、基板３５上に形成された折り曲げ形状の１／４波長線路３６と、集積回路チップ１１の出力端子と電極３２とを接続するワイヤボンディング３７と、電極３２と１／４波長線路３４とを接続するワイヤボンディング３８と、１／４波長線路３４と１／４波長線路３６とを接続するワイヤボンディング３９と、を含む。１／４波長線路３６の右側の端部ＯＵＴが出力部で、集積回路搭載装置のパッケージの端子にワイヤボンディングなどで接続される。折り曲げ（ベンド）形状の線路を使用することにより、集積回路搭載装置の信号の進行方向の幅を小さくできる。

通常、接続は、複数本のワイヤを使用するワイヤボンディングで実現される。例えば、図２の従来例では、集積回路チップ１１と１／４波長線路２４および１／４波長線路３２は、それぞれ８本のワイヤを使用するワイヤボンディング２６および３７で接続される。また、１／４波長線路２２と１／４波長線路２４の接続には、４本のワイヤを使用するワイヤボンディング２５が使用され、電極３２と１／４波長線路３４およびと１／４波長線路３４と１／４波長線路３６の接続には、それぞれ５本のワイヤを使用するワイヤボンディング３８および３９が使用される。複数のワイヤは、同一のボンディング装置を使用して、ボンディング位置を平行にずらしてボンディングされる。したがって、ボンディングされたワイヤをボンディング（線路）面に投影したトレースは平行に伸びている。以下、このような場合をワイヤが平行であると称する。

高出力半導体回路には、メタルパッケージ上に半導体チップ上に形成されたパワートランジスタを複数並列に並べたトランジスタチップが用いられる。トランジスタの性能を引き出すために、トランジスタチップの入出力に整合回路が配置される。この整合回路は誘電体基板上の線路でインピーダンス変換器により構成され、トランジスタをインピーダンス整合させて高出力特性を実現している。

高出力化のためには、トランジスタのゲート幅を増やすことが行われる。複数のトランジスタに同一の信号を入力し、複数のトランジスタの出力を共通に接続することにより、実質的にトランジスタのゲート幅を増加させて高出力化を実現する。その際、チップ内のトランジス並列接続数を増やすことや、複数のチップを整列して配置し、電力合成することが行われる。チップ内のトランジスタ並列数を増やすと、それに伴って、チップ横幅サイズも増大し、トランジスタチップの両端の出力部（パッド）間の長さが増大する。また、複数のチップを整列配置した場合も、両端に位置する出力部間の長さが増大する。このようなトランジスタチップあるいは複数のチップから、トランジスタの出力性能を損なうことなく、出力を引き出す整合回路を形成することが望ましい。

図３は、２個のチップを使用し、図２に示した折り曲げ（ベンド）形状の線路を有する出力整合回路を適用した場合に想定される回路配置の例を示す図である。なお、入力整合回路についても考慮することが望ましいが、入力整合回路は例えば出力整合回路を対称に配置することにより実現されるので、説明を簡単にするため、以下の説明では出力整合回路についてのみ説明する。

図３において、参照番号２０は入力整合回路を、３０は出力整合回路を示す。上記のように、入力整合回路２０についての説明は省略する。

図３に示すように、２個のチップ１１Ａおよび１１Ｂを、各トランジスタの出力端子が一直線に配置されるように、言い換えればチップ１１Ａおよび１１Ｂを並べて配置する。

出力整合回路３０は、低誘電率基板３１Ａおよび３１Ｂと、高誘電率基板３３Ａおよび３３Ｂと、低誘電率基板３５と、を有する。低誘電率基板３１Ａの上には、テーパー状（台形状）の平面形状を有するテーパー線路３２Ａが形成されている。低誘電率基板３１Ｂの上には、テーパー状（台形状）の平面形状を有するテーパー線路３２Ｂが形成されている。高誘電率基板３３Ａの上には、直線（長方形）の平面形状を有する低インピーダンス線路３４Ａが形成されている。高誘電率基板３３Ｂの上には、直線（長方形）の平面形状を有する低インピーダンス線路３４Ｂが形成されている。低誘電率基板３５の上には、低インピーダンス線路３４Ａおよび３４Ｂの出力を、インピーダンス整合させて出力ＯＵＴで合成する高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂが形成される。実装ばらつきなどによる回路発振などの不具合を抑制するため、高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂの入力の間に、抵抗を挿入することが望ましい。高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂの入力端子の位置は離れているので、高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂの入力端子から接続線４０Ａおよび４０Ｂを伸ばし、抵抗４１と接続する。

テーパー線路３２Ａの幅の広い側（台形の下底）は、チップ１１Ａに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。テーパー線路３２Ｂの幅の広い側（台形の下底）は、チップ１１Ｂに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。チップ１１Ａとテーパー線路３２Ａの下底の幅およびチップ１１Ｂとテーパー線路３２Ｂの下底の幅はほぼ等しく、ワイヤボンディングの複数のワイヤは平行である。

テーパー線路３２Ａの幅の狭い側（台形の上底）は、低インピーダンス線路３４Ａに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。テーパー線路３２Ｂの幅の狭い側（台形の上底）は、低インピーダンス線路３４Ｂに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。テーパー線路３２Ａの上底の幅と低インピーダンス線路３４Ａの幅およびテーパー線路３２Ｂの上底の幅と低インピーダンス線路３４Ｂの幅はほぼ等しく、ワイヤボンディングの複数のワイヤは平行である。

低インピーダンス線路３４Ａは、高インピーダンス線路３６Ａに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。低インピーダンス線路３４Ｂは、高インピーダンス線路３６Ｂに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。

したがって、図３の出力整合回路において、線路を接続するワイヤボンディングのワイヤは、ほぼ平行である。

テーパー線路３２Ａおよび３２Ｂ、低インピーダンス線路３４Ａおよび３４Ｂ、および高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂの幅と長さは、基板の誘電率に応じてインピーダンス整合するように決定される。

図２および図３に示すように、低誘電率基板の上に形成されるテーパー線路は、テーパー状（台形状）の平面形状を有し、チップと反対側の端で、チップの幅サイズよりも狭い配線幅とすることが行われる。

しかし、テーパー線路を使用した場合、チップの両端部から出力される信号とチップ中心部から出力される信号では、信号経路長が異なるため、特に高周波では信号が打ち消しあい、効率よく信号を取り出すことが困難となる。その結果、出力、効率および周波数帯域が低下してしまう。また、従来の回路特性の微調整が難しく、歩留向上の阻害要因となっている。

以下に説明する実施形態では、チップの両端部と中心部から出力される信号の信号経路長信の差を小さくして、高性能な集積回路搭載装置が提供される。

図４は、第１実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。

第１実施形態の集積回路搭載装置の回路配置は、複数のトランジスタが列状に配列された２個のチップ１１Ａおよび１１Ｂと、入力整合回路２０と、出力整合回路３０、を有する。入力整合回路２０の入力端子から入力された信号は、入力整合回路２０でインピーダンス整合を維持しながら、２個のチップのトランジスタの入力に並列に入力される。したがって、複数個のトランジスタには同じ信号が入力され、複数のトランジスタは同じ出力を、出力整合回路３０に並列に同時に出力する。出力整合回路３０は、２個のチップ１１Ａおよび１１Ｂから並列に入力された信号を、インピーダンス整合を維持しながら合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。これにより、実質的にトランジスタのゲート幅を増加させて高出力化を実現する。上記のように、入力整合回路２０はどのようなものでもよく、説明は省略する。

図４に示すように、出力整合回路３０は、低誘電率基板３１Ａおよび３１Ｂと、高誘電率基板３３Ａおよび３３Ｂと、低誘電率基板３５と、を有する。低誘電率基板３１Ａの上には、テーパー状（台形状）の平面形状を有する２個のテーパー線路３２ＡＡおよび３２ＡＢが形成されている。低誘電率基板３１Ｂの上には、テーパー状（台形状）の平面形状を有する２個のテーパー線路３２ＢＡおよび３２ＢＢが形成されている。高誘電率基板３３Ａの上には、直線（長方形）の平面形状を有する低インピーダンス線路３４Ａが形成されている。高誘電率基板３３Ｂの上には、直線（長方形）の平面形状を有する低インピーダンス線路３４Ｂが形成されている。低誘電率基板３５の上には、低インピーダンス線路３４Ａおよび３４Ｂの出力を、インピーダンス整合させて出力ＯＵＴで合成する高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂが形成される。さらに、低誘電率基板３５の上には、高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂの入力端子から伸びる接続線４０Ａおよび４０Ｂと、接続線４０Ａおよび４０Ｂの間に接続される抵抗４１が配置される。

２個のテーパー線路３２ＡＡおよび３２ＡＢの幅の広い側（台形の下底）は、信号の進行方向と垂直な方向に並べて配置され、チップ１１Ａに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。２個のテーパー線路３２ＢＡおよび３２ＢＢの幅の広い側（台形の下底）は、信号の進行方向と垂直な方向に並べて配置され、チップ１１Ｂに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。チップ１１Ａと２個のテーパー線路３２ＡＡおよび３２ＡＢの下底の幅の和はほぼ等しく、ワイヤボンディングの複数のワイヤは平行である。同様に、チップ１１Ｂと２個のテーパー線路３２ＢＡおよび３２ＢＢの下底の幅の和はほぼ等しく、ワイヤボンディングの複数のワイヤは平行である。

２個のテーパー線路３２ＡＡおよび３２ＡＢの幅の狭い側（台形の上底）は、低インピーダンス線路３４Ａに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。２個のテーパー線路３２ＢＡおよび３２ＢＢの幅の狭い側（台形の上底）は、低インピーダンス線路３４Ｂに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。

２個のテーパー線路３２ＡＡおよび３２ＡＢの上底は間隔を置いて配置され、テーパー線路３２ＡＡの上底の上側の端とテーパー線路３２ＡＢの上底の下側の端の間の距離は、低インピーダンス線路３４Ａより大きい。そのため、テーパー線路３２ＡＡと低インピーダンス線路３４Ａとを接続するワイヤボンディングのワイヤ３８ＡＡと、テーパー線路３２ＡＢと低インピーダンス線路３４Ａとを接続するワイヤボンディングのワイヤ３８ＡＢは、平行でない。具体的には、テーパー線路３２ＡＡと低インピーダンス線路３４Ａは５本の平行なワイヤ３８ＡＡで接続され、テーパー線路３２ＡＢと低インピーダンス線路３４Ａは５本の平行なワイヤ３８ＡＢで接続される。ただし、ワイヤ３８ＡＡとワイヤ３８ＡＢを線路面に投影したトレースは、異なる方向に伸びている。

同様に、テーパー線路３２ＢＡと低インピーダンス線路３４Ｂは５本の平行なワイヤ３８ＢＡで接続され、テーパー線路３２ＢＢと低インピーダンス線路３４Ｂは５本の平行なワイヤ３８ＢＢで接続される。ただし、ワイヤ３８ＢＡとワイヤ３８ＢＢを線路面に投影したトレースは、異なる方向に伸びている。

低インピーダンス線路３４Ａは、高インピーダンス線路３６Ａに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。低インピーダンス線路３４Ｂは、高インピーダンス線路３６Ｂに対向しており、複数のワイヤを有するワイヤボンディングにより接続されている。高インピーダンス線路３６Ａと高インピーダンス線路３６Ｂは、出力端子ＯＵＴで接続されており、そこから出力が得られる。

テーパー線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢ、低インピーダンス線路３４Ａおよび３４Ｂ、および高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂの幅と長さは、基板の誘電率に応じてインピーダンス整合するように決定される。

以上のように、第１実施形態の回路配置は、テーパー線路が２個のテーパー線路に分けられ、２個のテーパー線路の上底と低インピーダンス線路は、異なる方向に伸びるワイヤボンディングにより接続されている、ことが図３の回路配置と異なり、他の部分は同じである。

図５は、第１実施形態の集積回路搭載装置の上面図、および上面図における破線部分の断面図である。図５は、図４の回路配置を、メタルウォールを有する気密封止メタルパッケージに搭載した高出力増幅回路装置を示す。

パッケージは、メタルベース８１上のメタルウォール８２およびふた８３で気密封止される。外部との電気的接続のために、接続電極８４および８７が設けられる。接続電極８４および８７は、フィードスルー８６および８９により、メタルウォール８２およびふた８３から電気的に絶縁される。接続電極８４のパッケージ外の部分には入力用リード８５が設けられ、接続電極８７のパッケージ外の部分には出力用リード８８が設けられる。接続電極８４のパッケージ内の部分と、入力整合回路２０の入力部ＩＮがワイヤボンディングなどで接続される。接続電極８８のパッケージ内の部分と、出力整合回路３０の出力部ＯＵＴがワイヤボンディングなどで接続される。

メタルベース８１上には、２個のＧａＮ（窒化ガリウム）パワートランジスタ（ＨＥＭＴ）チップと、インピーダンス変換器を構成する整合回路基板（高誘電体基板、低誘電体基板）が例えばＡｕＳｎを用いて３００℃の窒素雰囲気で実装されている。低誘電率基板３１Ａ、３１Ｂは比誘電率が９．８のものを、高誘電体基板３３Ａ、３３Ｂは比誘電率が１４０のものを、用いることができる。これにより、例えば出力整合回路３０においては、トランジスタの出力インピーダンスを５０オームへ変換するインピーダンス変換器を所望の特性インピーダンスを有する伝送線路で形成できる。高誘電率基板３３Ａ、３３Ｂに形成される低インピーダンス線３４Ａ、３４Ｂは、配線幅２．４ｍｍで形成される。ワイヤは、テーパー線路の上底の長さに均等にワイヤを配置しており、このワイヤ間隔を保って、高誘電率基板３３Ａ、３３Ｂ上の低インピーダンス線路３４Ａ、３４Ｂへ上下対称（信号の進行方向の線に対して対称）になるようにワイヤ接続している。このような構造とすることで、チップ１１Ａおよび１１Ｂ内のトランジスタから出力される信号の位相差を低減して、信号を効率よく基板３１Ａ、３１Ｂから基板３３Ａ、３３Ｂへと伝送させることが可能となる。また、従来のワイヤ本数の変更によるワイヤインダクタンスの調整だけでなく、このワイヤ角度とワイヤ本数を変更することで、ワイヤ長を細かく変更できるため、ワイヤインダクタンスを微調整して回路特性の微調節が可能となり、より高性能で歩留まり向上にも寄与する。

低インピーダンス線路３４Ａ、３４Ｂは、低誘電率基板３５の高インピーダンス線路３６Ａ、３６Ｂに接続されている。低誘電率基板３５は、基板厚０．３８ｍｍ、基板の誘電率９．８で配線幅０．６５ｍｍの並列線路である。マイクロストリップ線路は誘電体基板の裏面を接地、表面を信号配線とすることで、マイクロ波やミリ波の伝送線路を容易に実現できるため、設計性を確保することができる。

上記の説明では、各線路間はワイヤボンディングにより接続するとしたが、リボンボンディングで接続することも可能である。この場合も、テーパー線路３２ＡＡおよび３２ＡＢの上底と低インピーダンス線路３４Ａを接続するリボンボンディングは、異なる方向に伸びる。また、テーパー線路３２ＢＡおよび３２ＢＢの上底と低インピーダンス線路３４Ｂを接続するリボンボンディングは、異なる方向に伸びる。

図６は、第１実施形態の集積回路搭載装置のインピーダンス変換回路を模式的に示す図である。集積回路チップ１１Ａおよび１１Ｂの一方に、入力整合回路２０を、他方の出力整合回路３０を、配置する。入力整合回路２０は、２段の１／４波長回路でインピーダンス変換を行う。出力整合回路３０も同様に２段の１／４波長回路でインピーダンス変換を行う。出力整合回路３０の１段目は、テーパー線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢと、低インピーダンス線路３４と、で形成され、２段目は、高インピーダンス線路３６Ａおよび３６Ｂで形成される。

図７は、第１実施形態の回路配置の効果を確認するため、第１実施形態の回路配置を有する増幅器と、図３の回路配置を有する増幅器を試作し、測定した特性を示す図であり、（Ａ）が第１実施形態の場合を、（Ｂ）が図３の場合を、示す。

図７の（Ｂ）に示すように、図３の回路配置では、高周波での性能（出力（Ｐ）、電力付加効率（Ｅ））が低下している。これは、出力整合回路３０において、チップの出力直後の信号の打ち消しあいが、高周波で顕著になることによる。一方、図７の（Ａ）に示すように、第１実施形態の回路配置では、チップの出力直後の信号の打ち消しあいが低減され、さらに、特性の微調整も可能となり、出力および電力付加効率が増加し、さらに高周波での特性が向上することで広帯域化することが分かる。これにより、第１実施形態の効果が確認できた。

図８は、第２実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。

第２実施形態の回路配置は、第１実施形態において、低インピーダンス線路３４Ａを、２本の低インピーダンス線路３４ＡＡおよび３４ＡＢに分割し、低インピーダンス線路３４Ｂを、２本の低インピーダンス線路３４ＢＡおよび３４ＢＢに分割したことが異なり、他は同じである。２本の低インピーダンス線路３４ＡＡおよび３４ＡＢの間には抵抗４２Ａを、２本の低インピーダンス線路３４ＢＡおよび３４ＢＢの間には抵抗４２Ｂを設ける。

高周波化に伴い、線路幅が信号波長に対して無視できなくなると、所望の信号伝播モード以外のモードが励起され、信号損失の原因となる。第２実施形態では、この問題を回避するために、線路を並列線路とする。さらに、並列線路間に抵抗４２Ａおよび４２Ｂを挿入することにより、実装ばらつきによる回路発振などの不具合を抑制する。

図９は、第３実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。

第３実施形態の回路配置は、第２実施形態において、低インピーダンス線路３４ＡＡおよび３４ＡＢを合成する合成線路４３Ａと、低インピーダンス線路３４ＢＡおよび３４ＢＢを合成する合成線路４３Ｂと、を設けたことが異なり、他は同じである。２本の低インピーダンス線路３４ＡＡおよび３４ＡＢの間には抵抗４２Ａを、２本の低インピーダンス線路３４ＢＡおよび３４ＢＢの間には抵抗４２Ｂを設ける第３実施形態でも、第２実施形態と同様の効果が得られる。

図１０は、第４実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。

第４実施形態の回路配置は、第１実施形態において、テーパー線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢを、低インピーダンス線路３４Ａおよび３４Ｂが形成される高誘電率基板３３Ａおよび３３Ｂ上に形成したことが異なり、他は同じである。したがって、第４実施形態では、低誘電率基板３１Ａおよび３１Ｂは設けない。

第４実施形態でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。

図１１は、第５実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。

第５実施形態の回路配置は、第１実施形態において、テーパー線路３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡおよび３２ＢＢの形状を、図３に示したテーパー線路３２Ａおよび３２Ｂを、それぞれ中心で対称に分割した形状としたことが異なり、他は同じである。なお、テーパー線路３２ＡＡと３２ＡＢの間、テーパー線路３２ＢＡと３２ＢＢの間に、抵抗４９Ａおよび４９Ｂを接続してもよい。これにより、実装ばらつきによる回路の発振等の不具合を抑制することができる。

第５実施形態でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。

図１２は、第６実施形態の集積回路搭載装置の回路配置を示す図である。

第６実施形態の回路配置は、入力整合回路２０にも、第１実施形態の出力整合回路３０と同じ配置を適用したことが、第１実施形態と異なる。入力整合回路２０における構成および動作は、チップ１１Ａおよび１１Ｂに対して出力整合回路３０と対称であるので、説明は省略する。

以上、実施形態の集積回路搭載装置の回路配置について説明したが、各種の変形例が可能であるのは言うまでもない。例えば、上記の説明では、直線（長方形）の平面形状を有する低インピーダンス線路の例を説明したが、テーパー形状とすることも可能である。

図１３は、図１０に示した第４実施形態の回路配置において、低インピーダンス線路３４Ａをテーパー形状とした変形例を示す。

さらに、第２から第５実施形態で説明した出力整合回路３０の構成は、入力整合回路２０にも適用可能である。また、入力整合回路にのみ、説明した実施形態の構成を適用することも可能であり、出力整合回路３０と入力整合回路２０に異なる構成を適用することも組み合わせて適用することも可能である。

さらに、実施形態では、ＧａＮ トランジスタを用いたが、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いたトランジスタを使用することも可能である。また、実施形態では、チップや整合回路基板をＡｕＳｎを用いて実装したが、導電性接着剤で実装してもよい。この場合、２００℃以下で実装できるので、パッケージとチップならびに整合回路基板、コンデンサの熱膨張係数差による割れが抑制でき、歩留まりが向上できる。また、耐熱性が比較的よくないＩｎＰ等のデバイスも特性を劣化させることなく実装することができる。さらには、パッケージ材料の熱膨張係数差の大きい放熱性の優れた銅などの材料の適用も可能となり、より高出力な回路が実現できる。

以上説明したように、実施形態によれば、インピーダンス変換回路を低損失化し、さらにはインピーダンス変換回路の特性の微調整も可能となり、より高出力、高効率、広帯域な高性能を有し、かつ高歩留化による低コストの集積回路装置を実現できる。

次に、上記の集積回路装置の応用例を説明する。

図１４は、実施形態の高出力増幅回路装置を使用した通信機モジュール１００の構成を示す図である。

図１４に示すように、通信機モジュール１００は、アンテナに接続される入出力端子９０と、入出力端子９０と接続された送受切替器９１と、低雑音増幅器９２と、制御回路９３と、前段増幅器９４と、高出力増幅器９５と、フィルタ９６と、を含む。

図１４の右手前の列が送信系を構成し、左奥側が受信系を構成する。入出力端子９０からの入力信号は、送受切替器９１で選択的に低雑音増幅器９２に送られ、受信処理が行われる。一方、送信信号は、前段増幅器９４で増幅された送信信号は、高出力増幅器９５でさらに増幅され、フィルタ９６を経て送受切替器９１で選択的に入出力端子９０に送られ、アンテナから送信される。高出力増幅器９５として、実施形態の高出力増幅回路装置が使用される。なお、実施形態の高出力増幅回路装置は、送受信用通信機モジュールだけでなく、送信用通信機モジュールにも使用できるのは言うまでもない。

図１４の通信機モジュール１００は、通信システム、レーダー装置、センサー、電波妨害器等のシステム機器の一部として使用される。実施形態の高性能で小型の高出力増幅回路装置を各種システム機器に搭載することで、機器の高性能化と小型化に寄与することができる。

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

以下、実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
テーパー状の平面形状を有する並列に配置された２本のテーパー線路と、
前記２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向して設けられた対向線路と、
前記２本のテーパー線路の幅の狭い側と、前記対向線路を接続するワイヤボンディングと、を備え、
並列に配置された前記２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、前記２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向する前記対向線路の対向側の外側のエッジ間の幅より大きいことを特徴とする伝送線路。
（付記２）
前記対向線路は、１本の対向線路であり、
並列に配置された前記２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、前記１本の対向線路の前記対向側の幅より大きい付記１記載の伝送線路。
（付記３）
前記対向線路は、２本の対向線路であり、
並列に配置された前記２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、前記２本の対向線路の前記対向側の２つの外側のエッジ間の幅より大きい付記１記載の伝送線路。
（付記４）
前記対向線路は、長方形の平面形状を有する付記１から３のいずれか記載の伝送線路。
（付記５）
前記対向線路は、テーパー状の平面形状を有する付記１から３のいずれか記載の伝送線路。
（付記６）
前記ワイヤボンディングは、第１の組と第２の組を備え、
前記第１の組の複数のワイヤは、前記対向線路の平面に投影した時に互いに平行な方向に伸び、
前記第２の組の複数のワイヤは、前記対向線路の平面に投影した時に、前記第１の組の複数のワイヤの伸びる方向と異なる方向に、互いに平行に伸びる付記１から５のいずれか記載の伝送線路。
（付記７）
前記２本のテーパー線路は、低誘電率基板上に形成され、
前記対向線路は、高誘電率基板上に形成された低インピーダンス線路である付記１から６のいずれか記載の伝送線路。
（付記８）
前記２本のテーパー線路は、高誘電率基板上に形成され、
前記対向線路は、高誘電率基板上に形成された低インピーダンス線路である付記１から６のいずれか記載の伝送線路。
（付記９）
前記対向線路が形成される前記高誘電率基板よりも誘電率の低い誘電率基板上に形成され、前記対向線路が接続される高インピーダンス線路をさらに備え、
前記対向線路は、前記高インピーダンス線路に接続され、
当該伝送線路は、インピーダンス変換回路を形成する付記７または８記載の伝送線路。
（付記１０）
２本の第１の線路と、
第２の線路と、
前記２本の第１の線路と、前記第２の線路を接続するワイヤボンディングと、を備え、
前記ワイヤボンディングは、第１の組と第２の組を備え、
前記第１の組の複数のワイヤは、前記線路の平面に投影した時に互いに平行な方向に伸び、
前記第２の組の複数のワイヤは、前記線路の平面に投影した時に、前記第１の組の複数のワイヤの伸びる方向と異なる方向に、互いに平行に伸びることを特徴とする伝送線路。
（付記１１）
集積回路と、
付記１から９のいずれか１つ記載の伝送線路と、を備えることを特徴とする集積回路搭載装置。
（付記１２）
前記伝送線路は、前記集積回路の出力側に設けられ、
前記集積回路の出力と、前記伝送線路の前記２本のテーパー線路の幅の広い側を接続するワイヤボンディングを備える付記１１記載の集積回路搭載装置。
（付記１３）
前記伝送線路は、前記集積回路の入力側と出力側の両方に設けられ、
前記集積回路の入力および出力と、前記伝送線路の前記２本のテーパー線路の幅の広い側を接続するワイヤボンディングを備える付記１１記載の集積回路搭載装置。
（付記１４）
前記集積回路は、前記伝送線路の前記２本のテーパー線路の幅の広い側に平行に配列された複数のトランジスタを備える付記１１から１３のいずれか記載の集積回路搭載装置。
（付記１５）
付記１１から１４のいずれか記載の集積回路搭載装置を備える通信機モジュール。

１１Ａ、１１Ｂ 集積回路チップ
２０ 入力整合回路
３０ 出力整合回路
３１Ａ、３１Ｂ、５１ 低誘電率基板
３２ＡＡ、３２ＡＢ、３２ＢＡ、３２ＢＢ テーパー線路
３３Ａ、３３Ｂ 高誘電率基板
３４Ａ、３４Ｂ 低インピーダンス線路
３８ＡＡ、３８ＡＢ、３８ＢＡ、３８ＢＢ ワイヤボンディング
４２Ａ、４２Ｂ 抵抗

Claims (8)

1. テーパー状の平面形状を有する並列に配置された２本のテーパー線路と、
   前記２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向して設けられた対向線路と、
   前記２本のテーパー線路の幅の狭い側と、前記対向線路を接続するワイヤボンディングと、を備え、
   並列に配置された前記２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、前記２本のテーパー線路の幅の狭い側に対向する前記対向線路の対向側の外側のエッジ間の幅より大きいことを特徴とする伝送線路。
2. 前記対向線路は、１本の対向線路であり、
   並列に配置された前記２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、前記１本の対向線路の前記対向側の幅より大きい請求項１記載の伝送線路。
3. 前記対向線路は、２本の対向線路であり、
   並列に配置された前記２本のテーパー線路の幅の狭い側の２つの外側のエッジ間の幅は、前記２本の対向線路の前記対向側の２つの外側のエッジ間の幅より大きい請求項１記載の伝送線路。
4. 前記ワイヤボンディングは、第１の組と第２の組を備え、
   前記第１の組の複数のワイヤは、前記対向線路の平面に投影した時に互いに平行な方向に伸び、
   前記第２の組の複数のワイヤは、前記対向線路の平面に投影した時に、前記第１の組の複数のワイヤの伸びる方向と異なる方向に、互いに平行に伸びる請求項１から３のいずれか１項記載の伝送線路。
5. ２本の第１の線路と、
   第２の線路と、
   前記２本の第１の線路と、前記第２の線路を接続するワイヤボンディングと、を備え、
   前記ワイヤボンディングは、第１の組と第２の組を備え、
   前記第１の組の複数のワイヤは、前記線路の平面に投影した時に互いに平行な方向に伸び、
   前記第２の組の複数のワイヤは、前記線路の平面に投影した時に、前記第１の組の複数のワイヤの伸びる方向と異なる方向に、互いに平行に伸びることを特徴とする伝送線路。
6. 集積回路と、
   請求項１から５のいずれか１項記載の伝送線路と、を備えることを特徴とする集積回路搭載装置。
7. 前記集積回路は、前記伝送線路の前記２本のテーパー線路の幅の広い側に平行に配列された複数のトランジスタを備える請求項６記載の集積回路搭載装置。
8. 請求項６または７記載の集積回路搭載装置を備える通信機モジュール。

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