特許 7590465 ＲＦ電力増幅器のためのオンパッケージインピーダンス整合ネットワークと一体化された多段デカップリングネットワーク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】ＲＦ電力増幅器のためのオンパッケージインピーダンス整合ネットワークと一体化された多段デカップリングネットワーク

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/56 20060101AFI20241119BHJP

   H03F 1/02 20060101ALI20241119BHJP

   H03F 1/42 20060101ALI20241119BHJP

   H03F 1/32 20060101ALI20241119BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20241119BHJP

【ＦＩ】

H03F1/56

H03F1/02 188

H03F1/42

H03F1/32

H03F3/24

【請求項の数】 41

(21)【出願番号】P 2022577521

(86)(22)【出願日】2021-06-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-19

(86)【国際出願番号】 US2021037864

(87)【国際公開番号】W WO2021257853

(87)【国際公開日】2021-12-23

【審査請求日】2023-02-09

(31)【優先権主張番号】16/903,771

(32)【優先日】2020-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592054856

【氏名又は名称】ウルフスピード インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＷＯＬＦＳＰＥＥＤ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】チドゥララ マドゥ

(72)【発明者】

【氏名】マーベル マーヴィン

(72)【発明者】

【氏名】チューリン ニクラス

【審査官】竹内 亨

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２５３７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１３０６０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０１７４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２０２０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｆ １／００－３／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

増幅回路であって、
ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有し、前記ソース端子がＲＦ信号接地に接続されている、少なくとも第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）と、
前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ゲート端子に電気的に結合された第１のＲＦ入力コネクタと、
前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ドレイン端子に電気的に結合された第１のＲＦ出力コネクタと、
前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ゲート端子に電気的に結合された第１の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ）、および前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ドレイン端子に電気的に結合された第１の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０、２０ａ）のうちの少なくとも１つと、
を備え、
少なくとも１つの第１のインピーダンス整合ネットワーク（１６、２０）が２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを備え、前記多段デカップリングネットワークの各デカップリング段が前記増幅回路の動作帯域を下回る異なる特性周波数において共振することによってインピーダンスを低減するように構成され、前記デカップリング段が前記ＲＦ増幅器（１８、１８ａ）とともにパッケージングされた集積受動デバイス（ＩＰＤ）を備え、
各デカップリング段が、シャントキャパシタンスを伴う、直列に接続された抵抗およびインダクタンスを備え、各デカップリング段が、前記多段デカップリングネットワークにおいて直列構成で接続されている、
増幅回路。

【請求項2】

前記増幅回路の前記動作帯域がＲバンドにある、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項3】

前記増幅回路の前記動作帯域がＳバンドにある、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項4】

前記増幅回路の動作帯域がＸバンドにある、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項5】

前記増幅回路の動作帯域がＫｕバンドにある、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項6】

前記増幅回路の前記動作帯域がＫバンドにある、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項7】

前記増幅回路の前記動作帯域がＫａバンドにある、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項8】

前記増幅回路の前記動作帯域がＶバンドにある、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項9】

前記多段デカップリングネットワークが、前記２つ以上のデカップリング段のうちのいずれか１つの共振周波数範囲よりも広い、前記増幅回路の前記動作帯域を下回る周波数範囲にわたってインピーダンスを低減するように構成されている、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項10】

第１のデカップリング段が、約１００ＭＨｚ～約３００ＭＨｚの範囲の周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項11】

第２のデカップリング段が、約１ＭＨｚ～約３０ＭＨｚの範囲の周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項12】

第３のデカップリング段が、約１００ＫＨｚ～約９００ＫＨｚの範囲の周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項13】

各デカップリング段が、直列に接続された抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスを備え、各デカップリング段が、前記デカップリングネットワークにおいてシャント構成で接続されている、請求項１に記載の増幅回路。

【請求項14】

多段デカップリングネットワークを備える前記第１の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ）と、多段デカップリングネットワークを備える前記第１の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０、２０ａ）の両方を備える、請求項１～１３のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項15】

前記第１の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ）および前記第１の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０、２０ａ）の両方を備え、前記第１の入力および第１の出力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）の一方のみが、多段デカップリングネットワークを備える、請求項１～１３のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項16】

前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ゲート端子に電気的に結合された第１のゲートバイアス電圧コネクタ、および
前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ドレイン端子に電気的に結合された第１のドレインバイアス電圧コネクタ
のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１～１５のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項17】

多段デカップリングネットワークを含む１つまたは複数の第１のインピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）を有する前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の端子に電気的に結合されたバイアス電圧コネクタが、前記第１のインピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）と前記多段デカップリングネットワークとの間に結合されている、請求項１６に記載の増幅回路。

【請求項18】

多段デカップリングネットワークを含む１つまたは複数の第１のインピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）を有する前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の端子に電気的に結合されたバイアス電圧コネクタが、前記インピーダンス整合ネットワーク（１６、２０）および少なくとも１つのデカップリング段が前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の端子と前記バイアス電圧コネクタとの間に介在するように結合されている、請求項１６に記載の増幅回路。

【請求項19】

ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有し、前記ソース端子がＲＦ信号接地に電気的に結合されている、第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）と、
前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ゲート端子に電気的に結合された第２のＲＦ入力コネクタと、
前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ドレイン端子に電気的に結合された第２のＲＦ出力コネクタと、
をさらに備える、請求項１～１８のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項20】

前記第１および第２のＲＦ増幅器（１８ａ、１８ｂ）がドハティ増幅器として構成されている、請求項１９に記載の増幅回路。

【請求項21】

前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ゲート端子に電気的に結合された第２の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６ｂ）、および
前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ドレイン端子に電気的に結合された第２の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０ｂ）
のうちの少なくとも１つをさらに備え、
少なくとも１つの第２のインピーダンス整合ネットワーク（１６ｂ、２０ｂ）が多段デカップリングネットワークを備え、前記デカップリングネットワークの各デカップリング段が前記増幅回路の動作帯域を下回る異なる周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、
請求項１９または２０に記載の増幅回路。

【請求項22】

前記第２の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６ｂ）および前記第２の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０ｂ）の両方を備える、請求項２１に記載の増幅回路。

【請求項23】

前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ゲート端子に電気的に結合された第１のゲートバイアス電圧コネクタ、および
前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ドレイン端子に電気的に結合された第１のドレインバイアス電圧コネクタ
のうちの少なくとも１つをさらに備え、
前記第１のゲートバイアス電圧コネクタが前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ゲート端子にさらに結合されている、および
前記第１のドレインバイアス電圧コネクタが前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ドレイン端子にさらに結合されている、
の一方または両方である、
請求項１９～２２のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項24】

前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ゲート端子に結合された第２のゲートバイアス電圧コネクタ、および
前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ドレイン端子に結合された第２のドレインバイアス電圧コネクタ
のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１９～２２のいずれか１項に記載の増幅回路。

【請求項25】

増幅回路を製造する方法であって、
ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有する少なくとも第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）を設け、前記ソース端子をＲＦ信号接地に電気的に結合するステップと、
第１のＲＦ入力コネクタを前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ゲート端子に電気的に結合するステップと、
第１のＲＦ出力コネクタを前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ドレイン端子に電気的に結合するステップと、
第１の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ）を前記第１の増幅回路の前記ゲート端子に電気的に結合するステップ、および第１の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０、２０ａ）を前記第１の増幅回路の前記ドレイン端子に電気的に結合するステップのうちの少なくとも１つを行うステップと、
を含み、
少なくとも１つの第１のインピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）が、２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを備え、前記多段デカップリングネットワークの各デカップリング段が前記増幅回路の動作帯域を下回る異なる特性周波数において共振することによってインピーダンスを低減するように構成され、前記デカップリング段が前記ＲＦ増幅器（１８、１８ａ）とともにパッケージングされた集積受動デバイス（ＩＰＤ）を備え、
各デカップリング段が、シャントキャパシタンスを伴う、直列に接続された抵抗およびインダクタンスを備え、前記第１のインピーダンス整合ネットワークを電気的に結合するステップが、前記多段デカップリングネットワークにおいて各デカップリング段を直列構成で結合するステップを含む、
方法。

【請求項26】

前記増幅回路の前記動作帯域が、Ｒバンド、Ｓバンド、Ｘバンド、Ｋｕバンド、Ｋバンド、Ｋａバンド、およびＶバンドのうちの１つにある、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

第１のデカップリング段が約１００ＭＨｚ～約３００ＭＨｚの範囲の周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、請求項２５または２６に記載の方法。

【請求項28】

第２のデカップリング段が約１ＭＨｚ～３０ＭＨｚの範囲の周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、請求項２５～２７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項29】

第３のデカップリング段が約１００ＫＨｚ～約９００ＫＨｚの範囲の周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、請求項２５～２８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項30】

前記多段デカップリングネットワークが、前記２つ以上のデカップリング段のうちのいずれか１つの共振周波数範囲よりも広い、前記増幅回路の前記動作帯域を下回る周波数範囲にわたってインピーダンスを低減するように構成されている、請求項２５に記載の方法。

【請求項31】

各デカップリング段が、直列に接続された抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスを備え、前記第１のインピーダンス整合ネットワークを電気的に結合するステップが、前記デカップリングネットワークにおいて各デカップリング段をシャント構成で結合するステップを含む、請求項２５に記載の方法。

【請求項32】

第１の入力および出力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）のうちの少なくとも１つを電気的に結合するステップが、多段デカップリングネットワークを備える前記第１の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ）と、多段デカップリングネットワークを備える前記第１の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０、２０ａ）の両方を電気的に結合するステップを含む、請求項２５～３１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項33】

第１の入力および出力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）のうちの少なくとも１つを電気的に結合するステップが、前記第１の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ）および前記第１の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０、２０ａ）の両方を電気的に結合するステップを含み、前記第１の入力および出力インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）の一方のみが、多段デカップリングネットワークを含む、請求項２５～３１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項34】

第１のゲートバイアス電圧コネクタを前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ゲート端子に電気的に結合するステップ、および
第１のドレインバイアス電圧コネクタを前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の前記ドレイン端子に電気的に結合するステップ
のうちの少なくとも１つを行うステップをさらに含む、請求項２５～３３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項35】

多段デカップリングネットワークを含むインピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）を有する前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の端子にバイアス電圧コネクタを電気的に結合するステップが、前記インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）と前記多段デカップリングネットワークとの間に前記バイアス電圧コネクタを結合するステップを含む、請求項３４に記載の方法。

【請求項36】

多段デカップリングネットワークを含むインピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）を有する前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の端子にバイアス電圧コネクタを結合するステップが、前記インピーダンス整合ネットワーク（１６、１６ａ、２０、２０ａ）および少なくとも１つのデカップリング段が前記第１のＲＦ増幅器（１８、１８ａ）の端子と前記バイアス電圧コネクタとの間に介在するように前記バイアス電圧コネクタを結合するステップを含む、請求項３４に記載の方法。

【請求項37】

ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有し、前記ソース端子をＲＦ信号接地に電気的に結合する第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）を設けるステップと、
第２のＲＦ入力コネクタを前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ゲート端子に電気的に結合するステップと、
第２のＲＦ出力コネクタを前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ドレイン端子に電気的に結合するステップと、
をさらに含む、請求項３４～３６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項38】

前記第１および第２のＲＦ増幅器（１８ａ、１８ｂ）がドハティ増幅器として構成されている、請求項３７に記載の方法。

【請求項39】

第２の入力インピーダンス整合ネットワーク（１６ｂ）を前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ゲート端子に電気的に結合するステップ、および
第２の出力インピーダンス整合ネットワーク（２０ｂ）を前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ドレイン端子に電気的に結合するステップ
のうちの少なくとも１つを行うステップをさらに含み、
少なくとも１つの第２のインピーダンス整合ネットワーク（１６ｂ、２０ｂ）が多段デカップリングネットワークを備え、前記デカップリングネットワークの各デカップリング段が前記増幅回路の動作帯域を下回る異なる周波数においてインピーダンスを低減するように構成されている、
請求項３７または３８に記載の方法。

【請求項40】

第２の入力および出力インピーダンス整合ネットワーク（１６ｂ、２０ｂ）の少なくとも１つを電気的に結合するステップが、前記第２の入力および出力インピーダンス整合ネットワーク（１６ｂ、２０ｂ）の両方を電気的に結合するステップを含む、請求項３９に記載の方法。

【請求項41】

第２のゲートバイアス電圧コネクタを前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ゲート端子に電気的に結合するステップ、および
第２のドレインバイアス電圧コネクタを前記第２のＲＦ増幅器（１８ｂ）の前記ドレイン端子に電気的に結合するステップ
のうちの少なくとも１つを行うステップをさらに含む、請求項３７～４０のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、２０２０年６月１７日に出願された米国特許出願第１６／９０３，７７１号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は一般に増幅器に関し、詳細にはＲＦ電力増幅器とともにパッケージに一体化された多段入力および／または出力デカップリングネットワークに関する。

【背景技術】

【0003】

現代の無線通信ネットワークは、一般に（基地局、ｅＮＢ、ｇＮＢなどとして知られている）固定アクセスポイントと多数の携帯端末（スマートフォン、携帯電話、タブレット、ラップトップなどのユーザ機器またはＵＥ）との間で、高周波（ＲＦ）信号に変調された音声およびデータコンテンツを送信することによって動作する。双方向の信号伝送には、ＲＦ電力増幅器が必要である。どちらの場合も、効率（出力電力を入力電力で割ったもの）は、重要な考慮事項である。効率の悪い増幅器は、消費電力の多くを単に熱に変えるだけであり、運用コストを上昇させ、熱を放出するための物理的な設計が必要となるため、アクセスポイントには効率の良い電力増幅器が望まれている。携帯端末の電力増幅器は、バッテリ電力の主要な消費源であり、１回の充電で有効なデバイス寿命を延ばすために、高い効率が望まれている。

【0004】

増幅器は、増幅器が常にオンになっているか、または強く導通している点である圧縮点またはその近傍で最も効率的に動作する。圧縮点より下で動作する増幅器は線形領域で動作し、出力信号は入力信号の増幅されたバージョンである。部分的にまたは全体的に圧縮状態で動作する増幅器は、周波数／位相変調信号、またはオンオフキーイング変調信号（例えば、モールス符号）を、高出力、高効率で送信することができる。これらの用途では、線形性は必要とされず、すなわち、増幅器は、信号に変調された情報に影響を及ぼすことなく信号振幅を歪ませることができる。しかしながら、搬送波信号の振幅を変調することによって、部分的にでも情報を符号化する通信信号では、振幅変調（ＡＭ）情報を保持するために、電力増幅器を高い線形性で動作させる必要がある。

【0005】

例えば、様々なレベルの直交振幅変調（１６－ＱＡＭ、６４－ＱＡＭ、２５６－ＱＡＭ）などの、現代の無線通信ネットワークで使用するために標準化された信号変調方式の多くは、増幅器が圧縮状態で動作した場合に生じる振幅変調情報の損失を回避するために線形増幅器が必要である。多くのこのような信号の特性は、平均的な信号電力は比較的低いが、信号の断続的なピークが、平均と比較して高い電力を有することである。この特性は、ＰＡＰＲ（ピーク対平均電力比：Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）として定量化される。高ＰＡＰＲ信号を送信する単一の電力増幅器は、まれにしか発生しない信号ピークに合わせてサイズ調整されなければならず、平均して非常に低い電力で動作するため、低い効率を示す。すなわち、電力増幅器は、平均して使用されない大きな「ヘッドルーム」を有するように設計されなければならない。増幅器の動作点は、その圧縮点よりもはるかに低いため、効率が悪い。これは、増幅器が消費する電力の多く（携帯端末の場合にはバッテリからの）が熱として浪費されることを意味する。

【0006】

Ｗｉｌｌｉａｍ Ｄｏｈｅｒｔｙは、高ＰＡＰＲ ＡＭ無線信号を送信しながら効率を向上させた電力増幅器を設計して、１９３６年にこの問題を解決した。図１にブロック図の形態で表されたドハティ増幅器１０は、多くの場合「主」または「キャリア」増幅器と呼ばれる、大部分の信号を増幅するために使用される第１の増幅器１８ａと、多くの場合「補助」または「ピーク」増幅器と呼ばれる、信号ピークを増幅するために使用される第２の増幅器１８ｂとを備える。本明細書では、より一般的な用語である「第１の」および「第２の」増幅器を使用する。多くの場合、第１の増幅器１８ａにはＡＢ級増幅器が使用され、この増幅器は、線形領域内であるが圧縮に近い（すなわち、ヘッドルームが低い）平均信号を増幅するようにバイアスされ得る。信号ピークは、例えば、第２の増幅器１８ｂとしてのＣ級増幅器によって増幅され、この増幅器は、ほとんどの時間非アクティブであり、入力信号の導通角のごく一部にわたって線形であればよい。ＡＢ級またはＣ級増幅器としてのトランジスタの動作は、ゲート端子およびドレイン端子に印加されるバイアス電圧によって確立される。

【0007】

ドハティ増幅器の特徴は、第１および第２の増幅器１８ａ、１８ｂの出力接続であり、これは、１／４波長伝送線路を使用して実装されることが多く、９０度の位相シフトを有するインピーダンスインバータ２２を介して行われる。低い入力信号電力レベルでは、第２の増幅器１８ｂは、非アクティブであり、インピーダンスインバータ２２は、第１の増幅器１８ａに高出力インピーダンスを与え、その効率を改善する。第２の増幅器１８ｂが信号ピークを増幅し始めると、その出力電流は、負荷インピーダンスの両端間の電圧を増加させ、インピーダンスインバータ２２は、この負荷インピーダンスを減少するインピーダンスとして第１の増幅器１８ａに与え、入力信号電力が増加するにつれてその出力電力を増加させることを可能にする。これは、負荷変調として知られており、この負荷変調の結果、ドハティ増幅器１０は入力信号電力の全範囲にわたって高効率を示すことになる。

【0008】

図１を参照すると、電力分割回路１２は、ＲＦ入力信号を、その瞬時電力レベルに応答して第１の増幅器１８ａと第２の増幅器１８ｂとに分割する。移相器１４は、第２の増幅器１８ｂの入力の位相を９０度遅延させ、出力インピーダンスインバータ２２が第１の増幅器１８ａの出力にかける９０度の遅延と合わせるようにする。一部の実施形態では、電力分割器１２および移相器１４は、入力信号を分割し、９０度位相シフトを第２の増幅器１８ｂ入力に適用する直交電力分割器にまとめることができる。入力ＲＦインピーダンス整合回路１６ａ、１６ｂは、インピーダンス整合を実行し、例えば、標準的な５０Ωシステムインピーダンスを第１および第２の増幅器１８ａ、１８ｂの低入力インピーダンスに整合させる。同様に、出力ＲＦインピーダンス整合回路２０ａ、２０ｂは、第１および第２の増幅器１８ａ、１８ｂの出力インピーダンスを、増幅器１８ａ、１８ｂから見た負荷インピーダンスＺ_loadに整合させる。入力および出力インピーダンス整合回路１６、２０は両方とも、ドハティ増幅器１０の動作帯域幅全体にわたって動作するように設計されている。

【0009】

上述したように、ドハティ構成における第１および第２の増幅器１８ａ、１８ｂの出力には、９０度の位相遅延を有するインピーダンスインバータ２２が接続されている。インピーダンスインバータ２２は、１／４波長伝送線路を用いて実装されることが多い。ドハティ増幅器１０の出力は、典型的にはインピーダンスインバータ２２の第２の増幅器１８ｂ側の、いわゆる加算ノードで取り出される。インピーダンス変成器などの出力インピーダンス整合ネットワーク（ＯＭＮ）２４は、負荷インピーダンスＺ_loadを標準の５０Ωシステムインピーダンスに整合させる。

【0010】

図２は、ドハティ増幅器１０の中核部分の簡略化された回路モデルであり、第１および第２の増幅器１８ａ、１８ｂは、理想的な電流源としてモデル化されている。インピーダンスインバータ２２は、位相を９０度シフトさせる１／４波長伝送線路である。合成された出力電力は、加算ノードから取り出され、負荷は抵抗器Ｒ_sumによって表されている。入力電力分割器１２、移相器１４、ならびに入力および出力インピーダンス整合回路１６、２０は、明瞭にするために省略されている。

【0011】

横方向拡散金属酸化膜半導体（ＬＤＭＯＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、または高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスなどの現実世界のＲＦ電力増幅器１８ａ、１８ｂは、必要な帯域幅にわたって、特に１００ＭＨｚ付近などのビデオ周波数において歪みを生成する。この歪みを軽減するための１つの知られている手法は、デカップリングコンデンサを使用することである。図３Ａは、入力および出力ＲＦインピーダンス整合ネットワーク１６、２０を有する増幅器１８を示す。図３Ａには、トランジスタ１８を所望の動作クラス（例えば、第１の増幅器１８ａについてはＡＢ級、第２の増幅器１８ｂについてはＣ級）にバイアスするために必要なゲートおよびドレインバイアス給電回路も示されている。これらのバイアス給電回路は、ＲＦキャパシタンスＣ_RF、デカップリングコンデンサＣ_DC、およびλ／４伝送線路を含む。例えば１０～２０ｐＦの範囲にあってもよいＲＦキャパシタンスＣ_RFは、インピーダンス整合のために１／４波長のための短絡回路を提供する。すなわち、ゲートバイアス給電回路上では、例えば、Ｃ_RFは、ＲＦ周波数では事実上短絡回路である。デカップリングコンデンサＣ_DCは、例えば１０μＦの範囲であってもよく、より低い周波数、例えば１００ＭＨｚ未満での歪みを軽減する。

【0012】

図３Ｂは、回路パッケージ上の図３Ａの回路の実施態様を示す。当技術分野で知られているように、回路パッケージは、１つまたは複数のＲＦ増幅回路（例えば、トランジスタ増幅器）、ならびにインピーダンス整合回路、電力分配回路、クロック生成および分配回路などの他の回路を含んでもよい。回路パッケージは、例えばプリント回路板（ＰＣＢ）への物理的、機械的、および電気的接続を提供することによって、増幅回路を別の回路に組み込むことを容易にする。電子デバイスのサイズが縮小し続けるにつれて、多くの場合、パッケージのサイズは、パッケージ上の回路をＰＣＢと接続するピン、パッド、または同様のインターフェース要素（本明細書では「コネクタ」）の数および相対的なサイズによって制限される。増幅器１８は、トランジスタ（例えば、ＬＤＭＯＳまたはＧａＮ ＨＥＭＴ）として実装される。入力および出力ＲＦインピーダンス整合回路１６、２０は、パッケージ上に形成されたＬＣネットワークとして実装されるが、他の実施形態では、ＬＣ回路の一部または全部がパッケージの外部にあってもよい。キャパシタンスＣ_RFおよびＣ_DCは、一般にパッケージの外部にある。λ／４伝送線路は、ゲートまたはドレインバイアス電圧をそれぞれのＲＦインピーダンス整合回路１６、２０に接続するボンドワイヤの給電インダクタンスＬ_Fとして表されている。

【0013】

ゲートおよびドレインバイアス電圧給電回路に関する知られている問題は、コンデンサとインダクタンスの組合せによって引き起こされる共振が動作帯域に近く、これが線形性の向上を制限することである。したがって、ドハティ増幅器の高線形広帯域動作に対する主要な課題は、バイアス電圧給電インダクタンスＬ_Fを最小にして、共振を動作帯域から遠ざけておくことである。この必要性は、例えば、先進の無線通信ネットワークのデータレートの向上に起因して、ＲＦ電力増幅器に対する帯域幅要件が増大し続けているため、さらに悪化する。したがって、拡大された帯域幅全体にわたって増幅器の線形動作を維持することが課題である。

【0014】

別の課題は、特に通信システムで使用される増幅器に関して、スペース、重量、および電力消費を最小限に抑えることである。例えば、先進アンテナシステム（ＡＡＳ）は、既存の４Ｇおよび将来の５Ｇ無線通信ネットワークにおける大規模な展開を対象としている。ＡＡＳは、ビームフォーミングおよび多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術などの先進のアンテナ技術を採用して、エンドユーザ体験、容量、およびカバレッジを向上させている。ＡＡＳは、機器ごとに多数のアンテナ（例えば、基地局の数百のアンテナ）だけでなく、個々に制御可能な（すなわち、ビームフォーミングのための）アンテナエレメントの大規模なアレイを含むアンテナも想定している。各アンテナまたはアンテナエレメントには、一般に、個別のＲＦ電力増幅器が必要である。したがって、ＲＦ電力増幅器および関連付けされた回路は、非常に小型で高集積でなければならず、電力消費は、最小限に抑えられなければならない。

【0015】

本明細書の背景技術の項は、本発明の実施形態を技術的および動作的な文脈に位置付け、当業者がその範囲および有用性を理解する手助けをするために提供されている。背景技術の項で説明した手法は、追究することは可能であるが、必ずしも以前に考え出された、または追究された手法ではない。明示的にそのように特定されない限り、本明細書のいかなる記述も、単に背景技術の項に含まれることによって従来技術であると認められるものではない。

【発明の概要】

【0016】

以下は、当業者に基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された概要を提示する。本概要は、本開示の広範な概説ではなく、本発明の実施形態の主要な／重要な要素を特定すること、または本発明の範囲を線引きすることを意図したものではない。本概要の唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明の前置きとして、本明細書で開示される一部の概念を簡略化された形態で提示することである。

【0017】

本明細書に記載され、特許請求される１つまたは複数の実施形態によると、電子パッケージは、１つまたは複数のＲＦ増幅回路を収容する。パッケージ上に集積され、増幅回路のゲートまたはドレインバイアス電圧接続部にそれぞれ接続された入力または出力インピーダンス整合ネットワークのうちの少なくとも１つは、多段デカップリングネットワークを含む。各多段デカップリングネットワークは、２つ以上のデカップリング段を含む。多段デカップリングネットワークの各デカップリング段は、抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスを含み、増幅回路の動作帯域を下回る異なる周波数において増幅回路から見たインピーダンスを低減するように構成される。各デカップリング段の部品値は、デカップリング段が増幅回路の動作帯域を下回る異なる特性周波数において共振するように選択され、共振周波数およびその近傍でＲＦ信号接地への低インピーダンス経路を与える。組み合わせることで、複数のデカップリング段は、パッケージの内部に実装された基準面のドレインおよびゲートバイアス給電ネットワークの低周波インピーダンスを効果的に低減する。これにより、広い信号帯域幅を有するドハティＲＦ電力増幅器（主および補助の両方）の設計が可能になる。したがって、小型の電力ＲＦ増幅器は、広帯域線形性およびＲＦ電力増幅器サイズの低減を達成する。各デカップリング段は、シャントキャパシタンスを伴う、直列に接続された抵抗およびインダクタンスとして構成されてもよく（本明細書では「タイプ１」段と呼ばれる）、デカップリング段は直列に接続される。代替として、各デカップリング段は、直列に接続された抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスとして構成されてもよく（本明細書では「タイプ２」段と呼ばれる）、デカップリング段はシャント構成で接続される。バイアス電圧接続は共有されてもよく、多段デカップリングネットワークに沿った任意の場所に接続されてもよい。

【0018】

一実施形態は、増幅回路に関する。増幅回路は、ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有する少なくとも第１のＲＦ増幅回路を含み、ソース端子はＲＦ信号接地に接続される。増幅回路は、第１の増幅回路のゲート端子に接続された第１のＲＦ入力コネクタと、第１の増幅回路のドレイン端子に接続された第１のＲＦ出力コネクタとをさらに含む。増幅回路はまた、第１の増幅回路のゲート端子に接続された第１の入力インピーダンス整合ネットワーク、および第１の増幅回路のドレイン端子に接続された第１の出力インピーダンス整合ネットワークのうちの少なくとも１つを含む。少なくとも１つの第１のインピーダンス整合ネットワークは、２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを含む。多段デカップリングネットワークの各デカップリング段は、増幅回路の動作帯域を下回る異なる周波数においてインピーダンスを低減するように構成される。

【0019】

別の実施形態は、増幅回路を製造する方法に関する。ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有する少なくとも第１のＲＦ増幅回路が設けられ、ソース端子はＲＦ信号接地に接続される。第１のＲＦ入力コネクタは、第１の増幅回路のゲート端子に接続される。第１のＲＦ出力コネクタは、第１の増幅回路のドレイン端子に接続される。第１の入力インピーダンス整合ネットワークが第１の増幅回路のゲート端子に接続される、および第１の出力インピーダンス整合ネットワークが第１の増幅回路のドレイン端子に接続される、そのうち少なくとも１つが行われる。少なくとも１つの第１のインピーダンス整合ネットワークは、２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを備える。多段デカップリングネットワークの各デカップリング段は、増幅回路の動作帯域を下回る異なる周波数においてインピーダンスを低減するように構成される。

【0020】

ここで、本発明の実施形態が示されている添付の図面を参照して本発明を以下により完全に説明する。しかしながら、本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完璧かつ完全なものとなり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されている。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】従来のドハティ増幅回路のブロック図である。

【図2】図１のドハティ増幅回路の等価回路モデルである。

【図3A】バイアス電圧給電回路を有する増幅器のブロック図である。

【図3B】パッケージ内の図３Ａの増幅器の回路図である。

【図4A】パッケージングされたＲＦ増幅器の側断面図である。

【図4B】図４ＡのＲＦ増幅器の平面断面図である。

【図5】ＨＥＭＴデバイスの側断面図である。

【図6】ＲＦ増幅器ダイの側断面図である。

【図7】熱的に強化されたＩＣデバイスパッケージの側断面図である。

【図8】単一のデカップリング段を有する増幅回路および多段デカップリングネットワークを有する増幅回路について、１ＭＨｚ～１ＧＨｚの周波数範囲における増幅器から見たインピーダンスのグラフである。

【図9】それぞれがタイプ１の多段デカップリングネットワークを含む入力および出力インピーダンス整合回路を有する増幅器を収容する電子回路パッケージの概略回路図である。

【図10】それぞれがタイプ２の多段デカップリングネットワークを含む入力および出力インピーダンス整合回路を有する増幅器を収容する電子回路パッケージの概略回路図である。

【図11】異なるバイアス電圧接続位置を示す図４の概略回路図である。

【図12】ドハティ増幅器を収容する電子回路パッケージの概略回路図であり、両方の増幅回路は、入力および出力インピーダンス整合回路を含み、それぞれがタイプ１の多段デカップリングネットワークを含む。

【図13】ドハティ増幅器を収容する電子回路パッケージの概略回路図であり、両方の増幅回路は、入力および出力インピーダンス整合回路を含み、それらの全部ではないが一部がタイプ２の多段デカップリングネットワークを含む。

【図14】ドハティ増幅器を収容する電子回路パッケージの概略回路図であり、両方の増幅回路は、入力および出力インピーダンス整合回路を含み、それらの全部ではないが一部がタイプ１の多段デカップリングネットワークを含む。

【図15】ＲＦ電力増幅回路を製造する方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

分かりやすく説明する目的で、本発明は、その例示的な実施形態を主に参照することによって記載される。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細に限定されることなく実施され得ることは、当業者には容易に明らかであろう。本説明では、本発明を不必要に不明瞭にしないように、よく知られている方法および構造については詳細に説明していない。

【0023】

高周波（ＲＦ）増幅器は、モバイル無線通信ネットワークを構成する機器またはモバイル無線通信ネットワークで動作する機器、ならびにその他のアプリケーションにおいて広く使用されている。ＲＦ増幅器は、典型的には、半導体集積回路チップとして形成される。ほとんどのＲＦ増幅器は、シリコンで、または炭化ケイ素（「ＳｉＣ」）およびＩＩＩ族窒化物材料などのワイドバンドギャップ半導体材料を使用して実装される。本明細書で使用される場合、「ＩＩＩ族窒化物」という用語は、窒素と、周期律表のＩＩＩ族の元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、および／またはインジウム（Ｉｎ）との間で形成される半導体化合物を指す。ＩＩＩ族窒化物は、多くの他の半導体材料と比べてバンドギャップが大きいため、より高い電力およびより高い周波数の用途に適している。バンドギャップが異なる材料から形成された層の接合部には、ヘテロ接合が形成される。ＧａＮが特に重要であるが、一般に、ＲＦ増幅器（特に、ＨＥＭＴ）用のＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合は、ＩＩＩ族金属と窒素の二元、三元、または四元合金から形成されることがある。この式は、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（式中、０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１）、すなわち、アルミニウム、インジウム、およびガリウムの一部または全部が窒素と任意の組合せで合金化されたものとして表すことができる。特に、様々な合金の密度を変えて、半導体の特性を制御することができる。例えば、アルミニウムは、ＧａＮのバンドギャップを増大させるが、インジウムは、バンドギャップを減少させる。

【0024】

シリコンベースのＲＦ増幅器は、典型的には、横方向拡散金属酸化膜半導体（「ＬＤＭＯＳ」）トランジスタを使用して実装される。シリコンＬＤＭＯＳ ＲＦ増幅器は、高レベルの線形性を示すことができ、比較的安価に製造することができる。ＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器は、典型的には、高電子移動度トランジスタ（「ＨＥＭＴ」）を使用して実装され、主に、ＬＤＭＯＳトランジスタ増幅器が固有の性能限界を有し得る、高電力および／または高周波動作を必要とする用途において使用される。

【0025】

ＲＦ増幅器は、１つまたは複数の増幅段を含むことができ、各段は、典型的には、トランジスタ増幅器として実装される。出力電力および電流処理能力を増加させるために、ＲＦ増幅器は、典型的には、多数の個々の「単位セル」トランジスタが電気的に並列に配置された「単位セル」構成で実装される。ＲＦ増幅器は、単一の集積回路チップまたは「ダイ」として実装されてもよく、または複数のダイを含んでもよい。複数のＲＦ増幅器ダイが使用される場合、それらは、直列および／または並列に接続されてもよい。

【0026】

図１、図３Ａ、および図３Ｂを参照して上述したインピーダンス整合回路１６、２０に加えて、ＲＦ増幅器は、２次および３次高調波などの、デバイス動作中に生成され得る高調波を少なくとも部分的に終端するように設計された高調波終端回路をさらに含むことができる。加えて、本明細書でさらに説明するように、インピーダンス整合回路１６、２０は、増幅器の動作帯域未満などの低周波においてＲＦ信号接地への低インピーダンス経路を与える多段デカップリングネットワークを含むことができる。ＲＦ増幅器ダイ、ならびにインピーダンス整合回路、高調波終端回路、および多段デカップリングネットワークは、パッケージに封入されてもよい。ＲＦ増幅器を入力および出力ＲＦ伝送線路ならびにバイアス電圧源などの外部回路要素に電気的に接続するために使用される電気リードが、パッケージから延びている場合がある。

【0027】

上述したように、ＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器は、高電力および／または高周波用途で使用されることが多い。典型的には、動作中にＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器ダイ内で高レベルの熱が生成される。ＲＦダイが熱くなりすぎると、ＲＦ増幅器の性能（例えば、出力電力、効率、線形性、利得など）が劣化することがあり、および／またはＲＦ増幅器ダイが損傷することがある。したがって、ＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器は、典型的には、熱除去のために最適化され得るパッケージ内に取り付けられる。図４Ａおよび図４Ｂは、パッケージングされたＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器の一実施形態を示す。特に、図４Ａは、パッケージングされたＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器１００の側断面図であり、図４Ｂは、パッケージングされたＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦトランジスタ増幅器１００に含まれるＲＦトランジスタ増幅器ダイの平面断面図であり、この断面は、図４Ａの線４Ｂ－４Ｂに沿って取られている。図４Ａおよび図４Ｂ（および他の様々な図）は非常に簡略化された図であり、実際のＲＦ増幅器は、本明細書の簡略化された図に示されていない、より多くの単位セルならびに様々な回路および素子を含み得ることが理解されよう。

【0028】

図４Ａに示すように、ＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器１００は、オープンキャビティパッケージ１７０内に取り付けられたＲＦ増幅器ダイ１１０を含む。パッケージ１７０は、ゲートリード１７２と、ドレインリード１７４と、金属フランジ１７６と、セラミック側壁および蓋１７８と、を含む。ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０は、金属フランジ１７６とセラミック側壁および蓋１７８とによって形成されたキャビティ内で金属フランジ１７６の上面に取り付けられている。ＲＦ増幅器ダイ１１０は、頂部側１１２および底部側１１４を有する。ＲＦ増幅器ダイ１１０は、順次積層された底部側（「裏」面とも呼ばれる）メタライゼーション構造１２０、半導体層構造１３０、および頂部側メタライゼーション構造１４０を含む。裏面メタライゼーション構造１２０は、ソース端子１２６を備える。ＲＦ増幅器１００は、ＨＥＭＴベースのＲＦ増幅器とすることができ、この場合、半導体層構造１３０は、少なくともチャネル層およびバリア層を含むことができ、これらは、典型的には、半導体または絶縁性成長基板（ＳｉＣまたはサファイア基板など）上に形成される。頂部側メタライゼーション構造１４０は、とりわけ、ゲート端子１４２およびドレイン端子１４４を含む。

【0029】

入力整合回路１９０および／または出力整合回路１９２も、ハウジング１７０内に取り付けられてもよい。整合回路１９０、１９２は、ＲＦトランジスタ増幅器１００に入力されるまたはＲＦトランジスタ増幅器１００から出力されるＲＦ信号の基本波成分のインピーダンスを、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０の入力または出力におけるインピーダンスに整合させるインピーダンス整合回路であってもよい。インピーダンス整合回路は、増幅器の動作周波数未満などの低周波信号をＲＦ信号接地にシャントする多段デカップリングネットワークを含むことができる。加えてまたは代替として、整合回路１９０、１９２は、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０の入力または出力に存在し得る基本波ＲＦ信号の高調波、例えば２次または３次高調波を接地に短絡するように構成された高調波終端回路であってよい。

【0030】

図４Ａに概略的に示すように、入力および出力整合回路１９０、１９２は、金属フランジ１７６上に取り付けられてもよい。ゲートリード１７２は、１つまたは複数の第１のボンドワイヤ１８２によって入力整合回路１９０に接続されてもよく、入力整合回路１９０は、１つまたは複数の第２のボンドワイヤ１８３によってＲＦ増幅器ダイ１１０のゲート端子１４２に接続されてもよい。同様に、ドレインリード１７４は、１つまたは複数の第４のボンドワイヤ１８５によって出力整合回路１９２に接続されてもよく、出力整合回路１９２は、１つまたは複数の第３のボンドワイヤ１８４によってＲＦ増幅器ダイ１１０のドレイン端子１４４に接続されてもよい。ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０のソース端子１２６は、金属フランジ１７６上に直接取り付けられてもよい。金属フランジ１７６は、ソース端子１２６への電気的接続を提供することができ、放熱構造として機能することもできる。第１～第４のボンドワイヤ１８２～１８５は、入力および／または出力整合回路の一部を形成してもよい。ハウジング１７８は、セラミックハウジングを含むことができ、ゲートリード１７２およびドレインリード１７４は、ハウジング１７８を貫いて延びることができる。ハウジング１７８は、側壁の下方部分を形成し、ゲートおよびドレインリード１７２、１７４を支持するフレーム、ならびにフレームの上に配置される蓋などの複数の部品を備えることができる。デバイスの内部は、空気が充填されたキャビティを備えることができる。

【0031】

図４Ｂは、頂部側メタライゼーション構造１４０の一部を通って取られたＲＦ増幅器ダイ１１０の平面断面図である。頂部側メタライゼーション構造１４０の様々な導電性要素を互いに絶縁する誘電体層は、図面を簡略化するために図４Ｂには示されていない。

【0032】

図４Ｂに示すように、ＲＦ増幅器ダイ１１０は、それぞれがゲートフィンガ１５２、ドレインフィンガ１５４、およびソースフィンガ１５６を含む複数の単位セルトランジスタ１１６を有するＩＩＩ族窒化物ベースのＨＥＭＴ ＲＦ増幅器を含む。ゲートフィンガ１５２は、共通のゲートバス１４６に電気的に接続され、ドレインフィンガ１５４は、共通のドレインバス１４８に電気的に接続されている。ゲートバス１４６は、ゲートボンドパッド（図４Ａ参照）として実装されたゲート端子１４２に（例えば、ゲートバス１４６から上向きに延在する導電性ビアを介して）電気的に接続され、ドレインバス１４８は、ドレインボンドパッド（図４Ａ参照）として実装されたドレイン端子１４４に（例えば、ドレインバス１４８から上向きに延在する導電性ビアを介して）電気的に接続されている。ソースフィンガ１５６は、半導体層構造１３０を貫いて延在する複数の導電性ソースビア１６６を介してソース端子１２６に電気的に接続されている。導電性ソースビア１６６は、半導体層構造１３０を完全に貫いて延在する金属めっきビアを含むことができる。

【0033】

再び図４Ａを参照すると、金属フランジ１７６は、ＲＦ増幅器ダイ１１０で生成される熱を放散するヒートシンクとして機能することができる。熱は、比較的高い電流密度が、例えば、単位セルトランジスタ１１６のチャネル領域において生成される、ＲＦ増幅器ダイ１１０の上部において主に生成される。この熱は、ソースビア１６６および半導体層構造１３０の両方を通って金属フランジ１７６に伝達され得る。

【0034】

図５は、従来のＨＥＭＴデバイス１０００の側断面図である。例えば、図５は、単位セルトランジスタ１１６によって概略が示された図４Ｂの断面とすることができる。ＩＩＩ族窒化物半導体ＨＥＭＴ用の半導体構造などの半導体構造１０９０は、ＳｉまたはＳｉＣ基板、さらにはサファイア基板などの基板１０２２上に形成されてもよい。基板１０２２は、例えば４Ｈポリタイプの炭化ケイ素であってもよい半絶縁性ＳｉＣ基板であってもよい。他の炭化ケイ素候補のポリタイプとしては、３Ｃ、６Ｈ、および１５Ｒポリタイプが挙げられる。基板は、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．から入手可能な高純度半絶縁性（ＨＰＳＩ）基板であってもよい。「半絶縁性」という用語は、絶対的な意味ではなく、本明細書では記述的に使用される。

【0035】

本発明の一部の実施形態では、基板１０２２のＳｉまたはＳｉＣバルク結晶は、室温で約１×１０⁵Ωｃｍ以上の抵抗率を有することがある。本発明の一部の実施形態において使用されることがある例示的なＳｉ基板またはＳｉＣ基板は、例えば、本発明の譲受人である、Ｄｕｒｈａｍ，Ｎ．Ｃ．のＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．によって製造されている。このような基板を製造する方法は、例えば、米国特許第Ｒｅ．３４，８６１号、米国特許第４，９４６，５４７号、米国特許第５，２００，０２２号、および米国特許第６，２１８，６８０号に記載されており、これらの開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。基板材料としてＳｉまたはＳｉＣを使用することができるが、本出願の実施形態は、任意の適切な基板を利用することができる。基板１０２２は、ＳｉまたはＳｉＣウエハとすることができ、ＨＥＭＴデバイス１０００は、少なくとも部分的に、ウエハレベル処理を介して形成することができ、その後、ウエハは、ダイシングされ、複数の個々のＨＥＭＴ１０００を提供することができる。

【0036】

図５に示すように、基板１０２２の上面１０２２Ｂにはチャネル層１０２４が形成され、チャネル層１０２４の上面にはバリア層１０２６が形成されている。チャネル層１０２４およびバリア層１０２６は、一部の実施形態では、それぞれエピタキシャル成長によって形成することができる。第ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長のための技術は、例えば、米国特許第５，２１０，０５１号、米国特許第５，３９３，９９３号、および米国特許第５，５２３，５８９号に記載されており、これらの開示も、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。チャネル層１０２４およびバリア層１０２６は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料を含むことができる。

【0037】

特に、一実施形態では、チャネル層１０２４は、ＧａＮで形成されてもよく、バリア層１０２６は、ＡｌＧａＮで形成されてもよい。本明細書で使用される場合、ＡｌＧａＮは、式Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）の省略形であり、合金中のＡｌの濃度が変化し得ることを意味する。ＡｌＧａＮの層は、格子中のＡｌ原子の濃度が深さの関数として変化するように傾斜させることもできる。

【0038】

ＧａＮ層１０２４とＡｌＧａＮ層１０２６のヘテロ接合では、バンドギャップがより高いＡｌＧａＮとＧａＮとの間のバンドギャップエネルギーの差により、より高い電子親和力を有する、バンドギャップがより小さいＧａＮ層１０２４内に二次元電子ガス（２ＤＥＧ）１０２５が生成される。２ＤＥＧ１０２５は、非常に高い電子濃度を有する。加えて、ＡｌＧａＮ層１０２６内のＡｌ含有量は、界面に圧電電荷を生成し、電子をＧａＮ層１０２４内の２ＤＥＧ１０２５に移動させ、高い電子移動度を可能にする。例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴの２ＤＥＧ１０２５のシート密度は、１０¹³ｃｍ^-2を超えることができる。２ＤＥＧ１０２５における高いキャリア濃度および高い電子移動度により、大きな相互コンダクタンスが生成され、高周波においてＨＥＭＴの高い性能がもたらされる。よく知られているように、ＨＥＭＴでは、２ＤＥＧ１０２５の相互コンダクタンスは、ゲート端子１０１０に印加される電圧によって制御される。

【0039】

半導体構造１０９０は、例示の目的でチャネル層１０２４およびバリア層１０２６とともに示されているが、半導体構造１０９０は、チャネル層１０２４と基板１０２２との間のバッファおよび／または核形成層、ならびに／あるいはバリア層１０２６上のキャップ層などの追加の層／構造／要素を含むことができる。基板、チャネル層、バリア層、および他の層を含む高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造は、一例として、米国特許第５，１９２，９８７号、米国特許第５，２９６，３９５号、米国特許第６，３１６，７９３号、米国特許第６，５４８，３３３号、米国特許第７，５４４，９６３号、米国特許第７，５４８，１１２号、米国特許第７，５９２，２１１号、米国特許第７，６１５，７７４号、および米国特許第７，７０９，２６９号に記載されており、これらの開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。例えば、ＡｌＮバッファ層を基板１０２２の上面１０２２Ｂに形成して、ＳｉＣ基板１０２２とＨＥＭＴデバイス１０００の残りの部分との間に適切な結晶構造遷移を設けることができる。加えて、歪み平衡遷移層もまた、および／または代替として、例えば、同一出願人による米国特許第７，０３０，４２８号に記載されるように設けることができ、その開示は、本明細書に完全に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。任意選択のバッファ／核形成／遷移層は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、および／またはＨＶＰＥによって堆積させることができる。

【0040】

ソースコンタクト１０１５およびドレインコンタクト１００５は、バリア層１０２６の上面１０２６Ａに形成することができ、互いに横方向に間隔を空けて配置することができる。ゲートコンタクト１０１０は、ソースコンタクト１０１５とドレインコンタクト１００５との間のバリア層１０２６の上面１０２６Ａに形成することができる。ゲートコンタクト１０１０の材料は、バリア層１０２６の組成に基づいて選択することができ、一部の実施形態では、ショットキーコンタクトであってもよい。

【0041】

ソースコンタクト１０１５は、例えば接地電圧などの基準信号に結合することができる。基準信号への結合は、基板１０２２の下面１０２２Ａから基板１０２２を貫いてバリア層の上面１０２６Ａまで延在するビア１０２５によって提供することができる。ビア１０２５は、ソースコンタクト１０１５のオーミック部分１０１５Ａの底面を露出させることができる。バックメタル層１０３５は、基板１０２２の下面１０２２Ａおよびビア１０２５の側壁に形成することができる。バックメタル層１０３５は、ソースコンタクト１０１５のオーミック部分１０１５Ａに直接接触することができる。バックメタル層１０３５およびこれに結合された信号は、ソースコンタクト１０１５に電気的に接続することができる。

【0042】

ＨＥＭＴデバイス１０００は、第１の絶縁層１０５０および第２の絶縁層１０５５を含むことができる。第１の絶縁層１０５０は、半導体構造１０９０の上面に直接接触する（例えば、バリア層１０２６の上面１０２６Ａに接触する）ことができる。第２の絶縁層１０５５は、第１の絶縁層１０５０上に形成することができる。一部の実施形態では、３つ以上の絶縁層を含むことができることも理解されるであろう。第１の絶縁層１０５０および第２の絶縁層１０５５は、ＨＥＭＴデバイス１０００のパッシベーション層として機能することができる。

【0043】

ソースコンタクト１０１５、ドレインコンタクト１００５、およびゲートコンタクト１０１０は、第１の絶縁層１０５０内に形成することができる。一部の実施形態では、ゲートコンタクト１０１０の少なくとも一部は、第１の絶縁層上にあってもよい。一部の実施形態では、ゲートコンタクト１０１０は、Ｔ字形ゲートおよび／またはガンマゲートとして形成することができ、その形成は、一例として、米国特許第８，０４９，２５２号、米国特許第７，０４５，４０４号、および米国特許第８，１２０，０６４号に記載されており、これらの開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。第２の絶縁層１０５５は、第１の絶縁層１０５０上と、ドレインコンタクト１００５、ゲートコンタクト１０１０、およびソースコンタクト１０１５の一部の上に形成されてもよい。

【0044】

一部の実施形態では、フィールドプレート１０６０を第２の絶縁層１０５５上に形成することができる。フィールドプレート１０６０の少なくとも一部は、ゲートコンタクト１０１０上にあってもよい。フィールドプレート１０６０の少なくとも一部は、ゲートコンタクト１０１０とドレインコンタクト１００５との間にある第２の絶縁層１０５５の一部の上にあってもよい。フィールドプレートおよびフィールドプレートを形成するための技術は、一例として、米国特許第８，１２０，０６４号で検討されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0045】

フィールドプレート１０６０は、高電界動作の下での電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）デバイスの性能を向上させるための既知の技術である。フィールドプレート１０６０は、ＦＥＴの通常の動作中にゲート－ドレインアクセス領域に生じる大きな電界に対処する。高電界で動作するデバイスは、絶縁破壊電圧、トラッピング効果、信頼性の低下を被ることが知られているが、これらのすべては、フィールドプレート１０６０によって少なくとも部分的に緩和される。

【0046】

フィールドプレーティング（Ｆｉｅｌｄ ｐｌａｔｉｎｇ）は、ＦＥＴデバイスの活性領域の垂直方向の空乏化に依存しており、これにより、水平方向の空乏化領域をより大きく広げることができる。これにより、所与のバイアス電圧に対してデバイス活性領域の電界が低くなり、高電界でＦＥＴデバイスを動作させることによる有害な影響の少なくとも一部が緩和される。加えて、ゲートドレインアクセス領域に配置されたフィールドプレート１０６０は、デバイス活性領域を変調する追加の能力を有する。これは、大きなＲＦ信号の下でＦＥＴデバイスの動作を損なう表面トラップ効果を減じる。ＦＥＴデバイス上、特にＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴデバイス上にフィールドプレートを製造する方法は、米国特許第７，８１２，３６９号に記載されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0047】

米国特許第７，８１２，３６９号は、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ１０００のバリア層１０２６から絶縁され、ゲート端子１０１０に少なくとも部分的に重なり、ゲート端子１０１０からドレイン端子１００５までの距離の一部（しかし、全部ではない）にわたって延在する、フィールドプレート１０６０と同様のフィールドプレートの形成について記載している。フィールドプレート１０６０は、ソース端子１０１５に電気的に接続されてもよい。この構成により、ＨＥＭＴデバイス１０００内のピーク電界が低減され、その結果、絶縁破壊電圧が上昇し、トラッピングが低減され、リーク電流が低減され、信頼性が向上する。さらに、ソース接続されたフィールドプレート１０６０のシールド効果は、ゲート－ドレイン間容量Ｃ_gdを低減し、これにより、入力－出力間分離が強化される。

【0048】

金属コンタクト１０６５は、第２の絶縁層１０５５内に配置することができる。金属コンタクト１０６５は、ドレインコンタクト１００５、ゲートコンタクト１０１０、およびソースコンタクト１０１５と、ＨＥＭＴデバイス１０００の他の部分との間の相互接続を提供することができる。金属コンタクト１０６５のそれぞれは、ドレインコンタクト１００５および／またはソースコンタクト１０１５のそれぞれに直接接触することができる。

【0049】

図６は、図４Ａを参照して上述したＲＦトランジスタ増幅器と同様の従来のパッケージングされたＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦトランジスタ増幅器１００’の側断面図である。ＲＦトランジスタ増幅器１００’は、異なるパッケージ１７０’を含むという点でＲＦトランジスタ増幅器１００とは異なる。パッケージ１７０’は、金属サブマウント１７６（金属ヒートシンクとして機能し、金属スラグとして実装することができる）、ならびにゲートリード１７２’およびドレインリード１７４’を含む。一部の実施形態では、金属サブマウント１７６ならびに／またはゲートリード１７２’およびドレインリード１７４’を提供するように処理された金属リードフレームが形成されてもよい。ＲＦトランジスタ増幅器１００’は、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０、リード１７２’、１７４’、および金属サブマウント１７６を少なくとも部分的に取り囲むプラスチックオーバモールド１７８’も含む。プラスチックオーバモールド１７８’は、ＲＦトランジスタ増幅器１００に含まれるセラミック側壁および蓋１７８に取って代わるものである。

【0050】

実施形態によっては、パッケージングされたＲＦトランジスタ増幅器１００’は、例えば、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０としてモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）を含むことができ、この場合、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０は、複数のディスクリートデバイスを組み込む。ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０がＭＭＩＣ実施態様である場合、入力整合回路１９０および／または出力整合回路１９２は、省略されてもよく（それらは代わりにＲＦトランジスタ増幅器ダイ１１０内に実装されてもよいため）、ボンドワイヤ１８２および／または１８５は、ゲートおよびドレインリード１７２’、１７４’からゲートおよびドレイン端子１４２、１４４に直接延在してもよい。一部の実施形態では、パッケージングされたＲＦトランジスタ増幅器１００’は、直列に接続されて多段ＲＦトランジスタ増幅器を形成する複数のＲＦトランジスタ増幅器ダイを含むことができ、および／または、複数の経路に（例えば、並列に）配置されて、ドハティ増幅器構成などの複数のＲＦトランジスタ増幅器ダイおよび複数の経路を有するＲＦトランジスタ増幅器を形成する複数のトランジスタダイを含むことができる。

【0051】

他の場合には、ＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器は、１つまたは複数のＲＦ増幅器ダイが、それらの関連付けされたインピーダンス整合回路とともに実装されたＭＭＩＣデバイスとして実装されてもよく、インピーダンス整合回路は、単一の集積回路ダイにおいて、多段デカップリングネットワークおよび／または高調波終端回路を含んでもよい。このようなＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦ増幅器の実施形態は、例えば、米国特許第９，９４７，６１６号に開示されており、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0052】

図７は、熱的に強化された集積回路デバイスパッケージ、より具体的にはＴ３ＰＡＣパッケージ１００’’の一例を示す断面図である。図７のＴ３ＰＡＣパッケージ１００’’は、ベース１７６’’と、蓋部材１７８’’および側壁部材を有する上部ハウジングとを含むセラミックベースのパッケージとすることができる。蓋部材１７８’’および側壁は、同様に、導電性ベースまたはフランジ１７６’’上の増幅器ダイ１１０を取り囲む開放キャビティを画定し、フランジ１７６’’は、同様に、熱をパッケージ１００’’の外側に放散または他の方法で伝達するための取り付け面および熱伝導性（例えば、ヒートシンク）の両方を提供する。

【0053】

フランジ１７６’’は、導電性材料、例えば、銅層／積層体またはその合金もしくは金属－マトリックス複合体とすることができる。一部の実施形態では、フランジ１７６’’は、銅－モリブデン（ＣｕＭｏ）層、ＣＰＣ（Ｃｕ／ＭｏＣｕ／Ｃｕ）、もしくは銅－タングステンＣｕＷなどの他の銅合金、および／または他の積層／多層構造を含むことができる。図７の例では、フランジ１７６’’は、側壁および／または蓋部材１７８’’が、例えば導電性接着剤によって取り付けられた銅－モリブデン（ＲＣＭ６０）ベースの構造として示されている。

【0054】

フランジ１７６’’はまた、パッケージ１００’’のためのソースリードを提供する。ゲートリードおよびドレインリードは、フランジ１７６’’に取り付けられた、側壁部材によって支持されたそれぞれの導電性配線構造によって提供される。

【0055】

モバイル無線通信ネットワークは、ビデオストリーミングなどのデータ集約型アプリケーションを満足させるために、高いデータレートをサポートしなければならない。高いデータ レートは、帯域幅全体にわたって線形に動作するＲＦ電力増幅器を必要とするより広いスペクトルの広帯域通信システムを使用することによって達成される。このようなＲＦ電力増幅器が動作しなければならない代表的な周波数には、Ｒバンド（０．５～１ＧＨｚ）、Ｓバンド（３ＧＨｚ）、Ｘバンド（１０ＧＨｚ）、Ｋｕバンド（１２～１８ＧＨｚ）、Ｋバンド（１８～２７ＧＨｚ）、Ｋａバンド（２７～４０ＧＨｚ）、およびＶバンド（４０～７５ＧＨｚ）が含まれる。一般に、現在、例えば５００ＭＨｚ以上（マイクロ波周波数を含む）で高い線形性を有するＲＦトランジスタ増幅器に対する高い需要がある。これらのＲＦトランジスタ増幅器は、高い信頼性、良好な線形性を示し、高い出力電力レベルを処理しなければならない。

【0056】

上述したように、情報を少なくとも部分的に信号振幅に変調するＲＦ変調方式により、ドハティ電力増幅器は、スマートフォンとそれらを支える基地局の両方におけるＲＦ増幅器ための一般的なアーキテクチャとして出現した。

【0057】

図１を参照すると、ドハティ増幅器１０は、異なるクラスで動作するように第１（主）および第２（補助）の増幅器（１８ａ、１８ｂ）にバイアスをかけることによって動作する。したがって、バイアス電圧回路（図１には図示せず）が、各増幅器１８ａ、１８ｂの入力および出力に接続されている。増幅器デバイス１８ａ、１８ｂの特性インピーダンスをシステムまたは伝送線路のインピーダンス（典型的には５０Ω）に整合させるために、インピーダンス整合ネットワーク１６ａ、２０ａ、１６ｂ、２０ｂが、多くの場合、両方の増幅器デバイス１８ａ、１８ｂの入力（ゲート）および出力（ドレイン）の両方に追加されている。上述したように、インピーダンス整合ネットワーク１６ａ、２０ａ、１６ｂ、２０ｂは、高調波終端回路をさらに含むことができ、以下でさらに説明するように、これらは、多段デカップリングネットワークをさらに含むことができる。

【0058】

図３Ｂに示すように、デカップリングコンデンサＣ_DCは、典型的には、増幅回路パッケージの外部で、シャント構成で接続されている。シャントコンデンサは、特性周波数において信号接地への低インピーダンス経路を提供する。したがって、デカップリングコンデンサは、典型的には、例えば、電源からの望ましくないスイッチングノイズを接地にシャントするために使用され、増幅回路の線形性を改善する。単一のデカップリングコンデンサを、例えば増幅器１８の出力インピーダンス整合ネットワーク２０にも使用して、選択された周波数において信号接地への低インピーダンス経路を同様に提供することができる。一般に、デカップリングコンデンサは、出力信号の、その動作帯域を下回る低周波部分（例えば、ストリーミングビデオコンテンツを搬送するために使用される周波数を下回る周波数）を信号接地にシャントするように設計される。

【0059】

しかしながら、増幅回路は、より広い帯域幅にわたって動作するため、単一のデカップリングコンデンサでは、所望の周波数範囲全体にわたって接地への所望の低インピーダンス経路を提供することができない。図８は、１ＭＨｚ～１ＧＨｚの周波数範囲にわたって増幅回路のインピーダンスをプロットしている。単一のデカップリングコンデンサは、最初の１０ＭＨｚにわたってのみインピーダンスを低減するように動作する。１０ＭＨｚからほぼ１ＧＨｚまで、インピーダンスは大幅に増加する。比較的低周波の帯域全体にわたって低インピーダンスを維持するために、多段デカップリングネットワークが、増幅回路の入力および出力インピーダンス整合ネットワークの一方または両方に追加される。図８が示すように、この結果、例えばほぼ１ＧＨｚまでの周波数帯域全体にわたって低インピーダンスが持続することになる。多段デカップリングネットワークは、２つ以上のデカップリング段を備え、各段は、異なる周波数においてインピーダンスを低減するように構成されているが、そのいずれも低周波範囲全体にわたるものではない。各デカップリング段を異なる周波数において共振するように調整することによって、多段デカップリングネットワークは、図８のプロットが示すように、広い周波数帯域にわたってインピーダンスの低減を達成する。

【0060】

図９は、入力インピーダンス整合回路１６および出力インピーダンス整合回路２０の両方を有するＲＦ電力増幅器１８を収容する電子回路パッケージを示す。各インピーダンス整合回路１６、２０は、２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを含む。各デカップリング段は、抵抗Ｒ_DCx、インダクタンスＬ_DCx、およびキャパシタンスＣ_DCx（ｘ＝１，２，．，ｎまたはｘ＝１，２，．，ｍ）を備え、各多段デカップリングネットワークは、異なる数の段を備えることができる。図９に示すデカップリング段（本明細書では「タイプ１」デカップリング段と呼ぶ）では、抵抗Ｒ_DCxとインダクタンスＬ_DCxが直列に接続され、キャパシタンスＣ_DCxがＲＦ信号接地にシャントで接続される。個々のデカップリング段は、互いに直列に接続されている。各デカップリング段の部品値は、特性周波数において共振を達成し、したがって低インピーダンスを達成するように選択される。この周波数は、多段デカップリングネットワークのデカップリング段ごとに異なるように選択される。このような各共振周波数は、増幅器１８の動作範囲を下回る。段の数および各段の共振周波数を適切に選択することによって、ＲＦ信号接地に対する一貫した低インピーダンスが、増幅器１８の低周波動作帯域全体にわたって達成される。

【0061】

図１０も、入力および出力インピーダンス整合回路１６、２０の両方を有するＲＦ電力増幅器１８を収容する電子回路パッケージを示し、各インピーダンス整合回路１６、２０は、２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを含む。図９と同様に、各デカップリング段は、抵抗Ｒ_DCx、インダクタンスＬ_DCx、およびキャパシタンスＣ_DCx（ｘ＝１，２，．，ｎまたはｘ＝１，２，．，ｍ）を備える。しかしながら、「タイプ２」デカップリング段と呼ばれる本実施形態では、抵抗Ｒ_DCx、インダクタンスＬ_DCx、およびキャパシタンスＣ_DCxがすべて直列に接続されている。各デカップリング段は、多段デカップリングネットワークにおいてシャント構成で接続されている。

【0062】

タイプ１およびタイプ２のデカップリング段のそれぞれは、増幅器１８の設計動作帯域を下回る特性周波数において共振するように、したがって、その周波数でおよびその周波数の近傍でインピーダンスを低減するように構成することができる。タイプ１またはタイプ２のどちらのデカップリング段が採用されるかは、実施態様に依存する場合がある。例えば、シリコン集積受動デバイス（ＩＰＤ）またはガラスＩＰＤでは、どちらか一方の方が実装し易い場合がある。実際には、図１１に示すように、これらのデカップリング段は同じパッケージ上で使用されてもよい。図１１は、入力インピーダンス整合回路１６と一体化されたタイプ１のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークと、出力インピーダンス整合回路２０と一体化されたタイプ２のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークとを示す。ここでも、各多段デカップリングネットワークは、同じまたは異なる数（すなわち、ｍ＝ｎまたはｍ≠ｎ）の段を備えることができる。

【0063】

ゲートおよびドレインバイアス電圧の取り付け点にも留意されたい。図９および図１０では、ゲートバイアス電圧およびドレインバイアス電圧は両方とも、それぞれのインピーダンス整合ネットワークと多段デカップリングネットワークとの間のノードに取り付けられている。しかしながら、これは本発明の実施形態の限定ではない。図１１は、入力インピーダンス整合ネットワーク１６と一体化された多段デカップリングネットワークの外側ノードに接続されたゲートバイアス電圧を示す。ドレインバイアス電圧は、多段デカップリングネットワークの中間のノードに接続し、すなわち、出力インピーダンス整合ネットワークおよび少なくとも１つのデカップリング段が、増幅回路ドレイン端子とバイアス電圧コネクタとの間に介在している。一般に、バイアス電圧コネクタは、多段デカップリングネットワークに沿った任意の点に接続することができる。

【0064】

図１２は、第１のまたは主増幅器１８ａと第２のまたは補助増幅器１８ｂとを備えるドハティＲＦ電力増幅器を収容する電子回路パッケージを示す。増幅器１８ａ、１８ｂは、異なるクラスにバイアスされており、それに応じて、それぞれが異なるゲートおよびドレインバイアス回路を有する。両方の増幅器は、入力インピーダンス整合回路１６ａ、１６ｂおよび出力インピーダンス整合回路２０ａ、２０ｂも含む。各インピーダンス整合回路１６ａ、１６ｂ、２０ａ、２０ｂは、本実施形態ではすべてタイプ１のデカップリング段である２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを含むが、多段デカップリングネットワークは異なる数の段を有してもよい。増幅器１８ａ、１８ｂの出力は、インピーダンスインバータ２２（図１参照）によってオフパッケージで接続される。各多段デカップリングネットワーク内で、部品値Ｒ_DCx、Ｌ_DCx、およびＣ_DCxは、ドハティＲＦ増幅器の動作帯域を下回る異なる特性共振周波数を達成するように選択される。

【0065】

図１３は、異なるドハティＲＦ電力増幅器を収容する電子回路パッケージを示し、やはり第１のまたは主増幅器１８ａおよび第２のまたは補助増幅器１８ｂを備える。各増幅器１８ａ、１８ｂは、入力および出力インピーダンス整合回路１６ａ、２０ａ、１６ｂ、２０ｂの両方を含む。これらのインピーダンス整合回路のうちの３つ、１６ａ、２０ａ、１６ｂは、多段デカップリングネットワークを含む。しかしながら、第２の増幅器１８ｂの出力インピーダンス整合回路２０ｂは、単一のタイプ２のデカップリング段のみを含む。これにより、値Ｒ_DC1、Ｌ_DC1、およびＣ_DC1によって決まる特性周波数において、増幅器１８ｂから見たインピーダンスは低減するが、低インピーダンス化は、低周波帯域幅全体には（すなわち、増幅器動作帯域までは）広がらない。図８を参照されたい。一般に、多段デカップリングネットワークは、パッケージ上のインピーダンス整合ネットワーク１６ａ、２０ａ、１６ｂ、２０ｂのすべてではないが１つまたは複数に含まれてもよい。

【0066】

本実施形態では、第１および第２の増幅器１８ａ、１８ｂのゲートノードは、独立したゲートバイアス電圧回路によって別々にバイアスされる。しかしながら、ドレインバイアス電圧は、オンパッケージで接続されている。一般に、任意の数の増幅回路は、独立したバイアス電圧給電を有することができ、または任意の組合せでバイアス電圧を共有することができる。

【0067】

最後に、バイアス電圧は、インピーダンス整合回路１６ｂ、２０ａ、および２０ｂに直接接続しているが、第１の増幅器１８ａの入力におけるゲートバイアス電圧は、多段デカップリングネットワークの２つのデカップリング段の間に接続していることに留意されたい。一般に、上述したように、バイアス電圧接続は、多段デカップリングネットワークに隣接するか、またはそれに沿った任意の場所で行うことができる。

【0068】

図１４は、ドハティＲＦ電力増幅器を収容する電子回路パッケージを示し、第１の増幅器１８ａの入力インピーダンス整合ネットワーク１６ａは、単一のタイプ１のデカップリング段を含む。他のすべてのインピーダンス整合ネットワーク２０ａ、１６ｂ、２０ｂは、少なくとも２つのタイプ１のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを含み、各段は、増幅器の動作帯域を下回る異なる周波数において共振するように調整されている。加えて、第１の増幅器１８ａおよび第２の増幅器１８ｂは、独立したゲートバイアス電圧回路を有するが、出力インピーダンス整合ネットワーク２０ａ、２０ｂのオンパッケージ接続のために、同じドレインバイアス電圧を共有していることに留意されたい。

【0069】

図に示される多数の異なる構成、オプション、およびトポロジは、電子回路パッケージにパッケージングされた増幅器、特にドハティ増幅器の線形性の必要性を満たすための本発明の実施形態の柔軟性を示す。展開される多段デカップリングネットワークの数、それぞれのデカップリング段の数、デカップリング段のトポロジ（例えば、タイプ１またはタイプ２）、各デカップリング段の部品の値（したがって、それぞれの特性共振周波数）、バイアス電圧接続の位置、およびバイアス電圧が共有されるかどうかは、すべて、任意の特定のアプリケーションの低周波インピーダンスの必要性を満たすために当業者が利用することができる自由度である。これらの様々なパラメータの選択および最適化は、本開示の教示を考慮すれば、過度の実験を行うことなく、十分に当業者の技術の範囲内である。

【0070】

図８が示すように、パッケージングされたドハティ増幅器の低周波性能、したがって線形性は、本明細書に記載されるように、１つまたは複数の多段デカップリングネットワークを採用することによって大幅に向上する可能性がある。一般に、１つのデカップリング段のみの使用では、広域のスペクトル、例えば１ＭＨｚ～１ＧＨｚにわたって必要な低インピーダンス化を実現するには不十分な場合がある。

【0071】

１つの非限定的な例として、Ｒバンド以上、すなわち約５００ＭＨｚ以上で動作する増幅回路を考える。入力および出力インピーダンス整合回路の一方または両方に３段のデカップリングネットワークが必要な場合がある。最小のＬ－Ｃ値を有する部品を備える第１のデカップリング段は、１００ＭＨｚ～３００ＭＨｚの範囲で共振し、その周波数範囲の信号成分に対して低インピーダンス経路を提供することができる。より大きなＬ－Ｃ値を有する部品を備える第２のデカップリング段は、１ＭＨｚ～３０ＭＨｚの範囲で共振する（したがって、信号成分を抑制する）ことができる。最後に、最大のＬ－Ｃ値を有する第３のデカップリング段は、１００ＫＨｚ～９００ＫＨｚの範囲で共振することができる。３つすべてのデカップリング段を組み合わせることで、１００ＫＨｚ～３００ＭＨｚの範囲にわたる信号成分に対してＲＦ信号接地への低インピーダンス経路を提供することができ、単一のデカップリングコンデンサを用いて、または任意の単一のデカップリング段によって達成され得るよりもはるかに広い周波数帯域を抑制することができる。当業者は、本開示の教示を考慮すれば、任意の特定の増幅回路の動作帯域を下回る周波数にわたって信号成分を抑制するのに適切なデカップリング段の数および各段の部品値（したがって、共振周波数範囲）を容易に確かめることができる。

【0072】

図１５は、１つまたは複数の高周波（ＲＦ）電力増幅回路を収容する電子回路パッケージを製造する方法５０のステップを示す。ソース、ゲート、およびドレイン端子を有する少なくとも第１のＲＦ増幅回路が設けられ、ソース端子はＲＦ信号接地に接続される（ブロック５２）。第１のＲＦ入力コネクタは、第１の増幅回路のゲート端子に接続される（ブロック５４）。第１のＲＦ出力コネクタは、第１の増幅回路のドレイン端子に接続される（ブロック５６）。第１の入力インピーダンス整合ネットワークが第１の増幅回路のゲート端子に接続される（ブロック５８）、および第１の出力インピーダンス整合ネットワークが第１の増幅回路のドレイン端子に接続される（ブロック６０）のうちの少なくとも１つを行う。少なくとも１つの第１のインピーダンス整合ネットワークは、２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークを備える（ブロック６２）。多段デカップリングネットワークの各デカップリング段は、増幅器の動作帯域を下回る異なる周波数においてインピーダンスを低減するように構成される。

【0073】

本発明の実施形態は、従来技術に勝る多数の利点を提示する。２つ以上のデカップリング段を備える多段デカップリングネットワークでは、各デカップリング段は、異なる周波数において共振するように調整することができ、すべての共振周波数は、増幅回路の動作帯域を下回る。これにより、１ＭＨｚ～１ＧＨｚなどの広い低周波範囲にわたって、増幅回路から見たインピーダンスを低減することが可能になる。これは、高解像度ビデオをストリーミングするときなど、現代の無線通信機器に必要な広域のスペクトルにわたって増幅器の線形性を向上させる。

【0074】

一般に、本明細書で使用されるすべての用語は、異なる意味が明確に与えられない限り、および／またはその用語が使用される文脈から暗示されない限り、関連する技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。本明細書で使用される場合、「ように構成される」という用語は、特定の仕方で動作するように設定され、編成され、適合され、または配置されることを意味し、この用語は、「ように設計される」と同義である。本明細書で使用される場合、「約」、「実質的に」などの用語は、機械的公差、測定誤差、ランダムな変動、および同様の不正確さの原因を包含し、説明する。要素、装置、構成要素、手段、ステップなどへのすべての言及は、明示的に別段の定めがない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップなどの少なくとも１つのインスタンスを指すものとしてオープンに解釈されるべきである。本明細書に開示される任意の方法のステップは、あるステップが別のステップに続くまたは先行するものとして明示的に記載されない限り、および／あるいはあるステップが別のステップに続くまたは先行しなければならないことが暗黙的である場合、開示される正確な順序で行われる必要はない。本明細書に開示される実施形態のうちのいずれかの任意の特徴は、適切な場合はいつでも、任意の他の実施形態に適用されてもよい。同様に、実施形態のうちのいずれかの任意の利点は、任意の他の実施形態に適用されてもよく、その逆もまた同様である。同封の実施形態の他の目的、特徴、および利点は、本明細書から明らかになるであろう。

【0075】

本発明は、当然ながら、本発明の本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書に具体的に記載されたもの以外の仕方で実行されてもよい。本実施形態は、すべての点で例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲の意味および均等物の範囲内に入るすべての変更は、特許請求の範囲に包含されることが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】