JP2000223656A - 無線通信装置用半導体装置およびこれを用いた無線通信装置 - Google Patents

無線通信装置用半導体装置およびこれを用いた無線通信装置

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JP2000223656A
JP2000223656A JP11026540A JP2654099A JP2000223656A JP 2000223656 A JP2000223656 A JP 2000223656A JP 11026540 A JP11026540 A JP 11026540A JP 2654099 A JP2654099 A JP 2654099A JP 2000223656 A JP2000223656 A JP 2000223656A
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frequency
communication device
semiconductor device
signal
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Junichi Hikita
純一 疋田
Hiroo Mochida
博雄 持田
Katsutoshi Nagi
勝利 梛
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】構成を簡単にすることができ、チップ間の配線
での損失を低減できる無線通信装置用半導体装置および
これを用いた無線通信装置を提供する。 【解決手段】移動電話機の送信部（ＴＸ）、受信部（Ｒ
Ｘ）およびスイッチ部（ＳＷ）等をそれぞれ構成する高
周波チップＨＣ１〜ＨＣ４は、復調部やディジタル信号
処理部等を集積したベースバンドチップＢＣの表面４１
に重ねて接合されている。これにより、チップ・オン・
チップ構造の無線通信装置用半導体装置が構成されてい
る。 【効果】チップ間の配線長が微小なので、配線での反射
を考慮する必要がない。したがって、チップ間の配線に
整合回路を介装する必要がない。また、配線での損失が
微小なので、消費電力を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、移動電話機等の
無線通信装置に適用される半導体装置、およびこの半導
体装置を用いた無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、自動車電話機や携帯電話機に代
表される移動電話機の電気的構成を示すブロック図であ
る。無線信号の送信および受信のためのアンテナ１０に
は、送信信号と受信信号とを分離するスイッチ部１が接
続されており、このスイッチ部１に、送信部２および受
信部３が接続されている。送信部２には、ディジタル信
号処理部５（信号処理部）からの信号が、変調部４で変
調され、さらに適当なフィルタ回路（図示せず）などを
介して与えられている。受信部３で受信された信号は、
ミクサ６，７で周波数変換され、さらに、バンドパスフ
ィルタ（ＢＰＦ）８，９で濾波された後に復調部１１で
復調され、ディジタル信号処理部５に入力される。
【０００３】送信部２は、送信内容に対応した中間周波
数の信号を送信周波数の信号に周波数変換するためのミ
クサ２１と、このミクサ２１の出力信号を増幅するため
の増幅回路２２とを集積したガリウム砒素半導体チップ
で構成されている。また、受信部３は、受信信号を増幅
する増幅回路３１と、この増幅回路３１の出力信号を濾
波するバンドパスフィルタ１２から出力される受信周波
数の信号を第１中間周波数信号に変換するミクサ３２
と、このミクサ３２に周波数変換のための基準周波数信
号を与える局部発振器３３とを集積したガリウム砒素半
導体チップで構成されている。
【０００４】ミクサ６，７は、局部発振器１３からの基
準周波数信号（移相器１４によりミクサ６，７間で位相
をずらした信号）と、受信部３からの第１中間周波数信
号とを混合することにより、この第１中間周波数信号よ
りも周波数の低い第２中間周波数信号を生成して、バン
ドパスフィルタ８，９をそれぞれ介して復調部１１に入
力する。
【０００５】変調部４、復調部１１およびディジタル信
号処理部５は、たとえば、ひとつのシリコン半導体チッ
プＢＣに集積されて構成される。また、バンドパスフィ
ルタ８，９，１２は、たとえば、高周波信号を良好に処
理することができる表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acou
stic Waves）フィルタで構成されている。この表面弾性
波フィルタは、セラミック等（アルミナなど）の圧電基
板の表面にすだれ状電極を形成することによって構成す
ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図３に示された移動電
話機の電気回路は、スイッチ部１を構成するガリウム砒
素半導体チップ、送信部２を構成するガリウム砒素半導
体チップ、受信部３を構成するガリウム砒素半導体チッ
プ、バンドパスフィルタ８，９，１２をそれぞれ構成す
る３つのシリコン半導体チップ、および変調部４等を構
成するシリコン半導体チップＢＣなどを、配線基板上
に、たとえばフリップ・チップ・ボンディングにより接
合して構成されている。
【０００７】ところが、このような構成では、チップ間
の配線長が必然的に長くなるため、とくに高周波処理部
において、配線での反射に起因する損失Ｌossが生じ
る。この損失Ｌossを低減する目的で、チップ間の配線
には、マイクロストリップフィルタなどで構成した整合
回路が介装され、インピーダンスの整合がとられる。し
かし、チップ間の配線に整合回路を介装する構成は複雑
であるうえ、基板上にマイクロストリップを形成しなけ
ればならないから、配線基板が必然的に大型化し、移動
電話機の小型化が阻害されるという問題がある。また、
整合回路を用いることによって損失Ｌossが低減できる
とはいえ、その低減の程度は必ずしも満足できるもので
はない。とくに、電源を内蔵電池に依存する携帯電話機
では、消費電力の低減に対する要求が厳しいから、チッ
プ間配線での損失Ｌossのさらなる低減が望ましいこと
は言うまでもない。
【０００８】全ての構成部分を１つの半導体チップに集
積することができれば、上記の問題は解決できるであろ
うが、高速動作（８００ＭHz〜２ＧHz：第２の周波数帯
域）の必要なスイッチ部１、送信部２および受信部３な
どはシリコン半導体では構成することが難しく、変調部
４および復調部１１などの低速動作部（１０〜２００Ｍ
Hz：第１の周波数帯域）をガリウム砒素半導体で構成す
るのは、プロセス上およびコスト上の問題から、実際的
ではない。また、表面弾性波フィルタで構成されるバン
ドパスフィルタ８，９，１２は、個別素子として形成せ
ざるを得ない。よって、全構成部分を１つの半導体チッ
プに集積することは、実際上、不可能である。
【０００９】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、構成を簡単にすることができ、チップ間
の配線での損失を低減できる無線通信装置用半導体装置
およびこれを用いた無線通信装置を提供することであ
る。また、この発明の他の目的は、小型化に有利な構成
を有する無線通信装置用半導体装置およびこれを用いた
無線通信装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１の周
波数帯域の信号処理を行う低周波信号処理部を形成した
ベースバンドチップと、このベースバンドチップの表面
に重ねて接合され、第１の周波数帯域よりも高い第２の
周波数帯域の信号処理を行う高周波信号処理部を形成し
た高周波チップとを含む無線通信装置用半導体装置であ
る。
【００１１】上記の構成によれば、ベースバンドチップ
の表面に高周波チップを重ねて接合することにより、い
わゆるチップ・オン・チップ構造の半導体装置が構成さ
れる。したがって、ベースバンドチップと高周波チップ
との間の配線長は極微小である。また、ベースバンドチ
ップ上に複数の高周波チップが形成される場合であって
も、同一チップ上に形成された複数の高周波チップ間の
配線長は極微小である。したがって、これらの極微小長
の配線における反射に起因する損失をほとんど無視でき
るようになる。そのため、整合回路を省略して、構成を
簡単にすることができ、かつ、チップ間配線での損失を
著しく低減できる。チップ間配線の損失の低減により、
消費電力を低減できるから、移動電話機などの内蔵電池
の寿命を長くすることができる。
【００１２】さらに、チップ・オン・チップ構造の半導
体装置は、実質的に１チップとして取り扱うことができ
るので、無線通信装置の電気的構成部分の小型化、薄型
化および軽量化が可能であり、結果として、無線通信装
置の小型化に寄与できる。しかも、配線基板上に多数の
チップが実装され、また、マイクロストリップフィルタ
が形成されていた従来の構成に比較して、電磁シールド
構造を簡素化および小型化することが可能であり、これ
によっても、無線通信装置の小型化を図ることができ
る。
【００１３】請求項２記載の発明は、上記ベースバンド
チップと上記高周波チップとは、各表面同士を対向さ
せ、この対向する表面間に介装されたチップ間接続部材
によって互いに接続されていることを特徴とする請求項
１記載の無線通信装置用半導体装置である。この場合の
チップ間接続部材は、ベースバンドチップおよび／また
は高周波チップの表面に形成された金属隆起部であって
もよい。このような金属隆起部の一例は、いわゆるバン
プであるが、バンプほど高さが高くない金属蒸着膜など
も金属隆起部として採用しうる。
【００１４】この発明によれば、ベースバンドチップと
高周波チップとの間には、チップ間接続部材によって間
隔が保持される。そのため、たとえば、表面弾性波素子
が形成された高周波チップをフェースダウン方式でベー
スバンドチップの表面に接合することができ、その状態
で、表面弾性波素子の良好な動作を許容する動作空間を
チップ表面間に確保することができる。
【００１５】なお、ベースバンドチップに形成される低
周波信号処理部は、受信信号を復調する復調部や、この
復調部によって復調された信号を処理する信号処理部で
あってもよい（請求項３）。また、高周波チップに集積
される高周波信号処理部は、アンテナに送信信号を与え
る送信部や、アンテナからの受信信号を周波数変換して
上記復調部に与える受信部であってもよい（請求項
４）。ただし、送信部および受信部は各別の高周波半導
体チップに形成されてもよい。
【００１６】請求項５に記載のように、上記受信部は、
アンテナからの受信信号を濾波するフィルタであっても
よく、この場合に、上記フィルタは、表面弾性波フィル
タであってもよい（請求項６）。表面弾性波素子の一種
である表面弾性波フィルタは、上述のとおり、ベースバ
ンドチップに接合された状態で、良好に動作することが
できる。
【００１７】また、高周波チップに形成される高周波信
号処理部は、上記送信部からの送信信号を選択してアン
テナに与え、かつ、アンテナからの受信信号を選択して
上記受信部に与えるスイッチ部であってもよい（請求項
７）。この場合に、スイッチ部は、送信部や受信部とは
別の高周波チップに形成されてもよい。請求項８記載の
発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の無線通信
装置用半導体装置と、この無線通信装置用半導体装置に
接続された送受信アンテナとを含むことを特徴とする無
線通信装置である。
【００１８】この構成により、電気的構成部分が小型化
されるから、無線通信装置の小型化を図ることができ
る。しかも、電気的構成部分が小型化される結果とし
て、電磁シールド構造を簡素化および小型化することが
できるから、これによっても、無線通信装置の一層の小
型化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る移動電話機の送受信部等を構成
する半導体装置の構成を示す斜視図である。なお、この
実施形態における移動電話機の電気的構成は、上述の図
３に示されたとおりであるので、説明の重複を避けるた
めに、この図３を再び参照することとする。
【００２０】この実施形態の半導体装置は、ベースバン
ドチップＢＣの表面４１に、複数の高周波チップＨＣ
１，ＨＣ２，ＨＣ３，ＨＣ４，・・・・・・（以下、総称する
ときには「高周波チップＨＣ」という。）をいわゆるフ
ェースダウン方式で重ねて接合し、チップ・オン・チッ
プ構造の半導体装置を構成している。ベースバンドチッ
プＢＣは、変調部４、ディジタル信号処理部５および復
調部１１を集積したシリコン半導体チップからなってい
る。これに対して、高周波チップＨＣ１は、送信部２か
らの送信信号を選択してアンテナ１０に与え、かつ、ア
ンテナ１０からの受信信号を選択して受信部３に与える
スイッチ部（ＳＷ）１を集積したガリウム砒素半導体チ
ップからなる。また、高周波チップＨＣ２は、送信部
（ＴＸ）２を集積したガリウム砒素半導体チップからな
る。さらに、高周波チップＨＣ３は、受信部（ＲＸ）３
を集積したガリウム砒素半導体チップからなる。また、
高周波チップＨＣ４は、表面弾性波フィルタで構成した
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２を形成した圧電基板
からなる。これらの他、バンドパスフィルタ８，９を構
成するシリコン半導体チップなどの他の半導体チップが
ベースバンドチップＢＣの表面４１に重ねて接合されて
いるが、図１では、これらの図示は省略してある。
【００２１】図２は、ベースバンドチップＢＣと高周波
チップＨＣとの接合構造を説明するための図解的な断面
図である。ベースバンドチップＢＣおよび高周波チップ
ＨＣの互いに対向している表面４１，５１は、各チップ
の基体を構成する半導体基板においてトランジスタなど
の素子が形成される活性表層領域側の表面である。これ
らの表面４１，５１は、それぞれ、窒化シリコンなどの
絶縁物からなる保護膜で覆われている。この保護膜上に
は、複数のチップ接続用パッドＰＢ，ＰＨが、それぞれ
形成されている。高周波チップＨＣ側のチップ接続用パ
ッドＰＨの表面には、耐酸化性の金属、たとえば、金、
鉛、プラチナ、銀またはイリジウムからなるバンプＢが
それぞれ形成されている。
【００２２】高周波チップＨＣは、表面５１をベースバ
ンドチップＨＣの表面４１に対向させた状態でベースバ
ンドチップＢＣに接合される。この接合は、複数のバン
プＢをチップ接続用パッドＰＢにそれぞれ当接させた状
態で、ベースバンドチップＢＣと高周波チップＨＣとを
相互に圧着することにより達成される。この圧着の際、
必要に応じてベースバンドチップＢＣおよび／または高
周波チップＨＣに超音波振動を与えることにより、バン
プＢとチップ接続用パッドＰＢとの確実な接合が達成さ
れる。
【００２３】高周波チップＨＣとベースバンドチップＢ
Ｃとの電気接続は、チップ接続用パッドＰＨ、バンプＢ
およびチップ接続用パッドＰＢにより達成される。高周
波チップＨＣ相互間の電気接続は、ベースバンドチップ
ＢＣの内部に形成されたアルミニウムなどの配線により
行ってもよいし、図１に示されているように、ベースバ
ンドチップＢＣの保護膜の表面４１上に形成された金属
配線Ｍによって行われてもよい。たとえば、チップ接続
用パッドＰＢの表面に耐酸化性の金属（たとえば、金、
鉛、プラチナ、銀またはイリジウム）の薄膜（蒸着膜な
ど）を形成する場合には、金属配線Ｍは、この金属薄膜
の形成工程において、同一材料を用いて同時に形成され
ることが好ましい。
【００２４】また、バンプＢは、高周波チップＨＣ側に
形成する代わりに、または、高周波チップＨＣ側に形成
するとともに、ベースバンドチップＢＣのチップ接続用
パッドＰＢ上に形成してもよいから、この場合には、金
属配線Ｍは、バンプＢと同一材料を用いてバンプＢの形
成時に同時に形成されてもよい。ベースバンドチップＢ
Ｃの表面の周縁付近には、金属配線Ｍ（またはベースバ
ンドチップＢＣの内部の配線）によって高周波チップＨ
Ｃ１に接続された外部接続用パッドＰＥＸ（図１参照）
が形成されている。この外部接続用パッドＰＥＸは、リ
ードフレーム４５にボンディングワイヤ４６によって接
続される。そして、リードフレーム４５の先端部を外部
に露出させた状態で、チップ・オン・チップ接合された
ベースバンドチップＢＣおよび高周波チップＨＣは樹脂
封止され、これらの複数のチップＢＣ，ＨＣが１つのパ
ッケージに収容される。
【００２５】以上のようにこの実施形態によれば、ベー
スバンドチップＢＣの表面４１に高周波チップＨＣを重
ねて接合してチップ・オン・チップ構造の半導体装置を
構成し、この半導体装置によって移動電話機の電気的構
成部分を構成している。これにより、チップ間の配線長
を極微小にすることができるので、チップ間の配線にお
ける信号の反射をほとんど無視できるようになる。その
ため、チップ間の配線における損失Ｌossは著しく低減
され、整合回路を配線中に介装しなくても所定（所望）
の特性を得ることができるようになる。
【００２６】これにより、構成を簡単にすることがで
き、かつ、チップ・オン・チップ構造の半導体装置は実
質的に１チップとして取り扱うことができるので、移動
電話機の電気的構成部分を格段に小型化することができ
る。これにより、移動電話機の小型化が可能となる。し
かも、電気的構成部分の小型化に伴い、電磁シールドの
ための構成も簡素化および小型化することができるか
ら、これによっても、移動電話機の小型化が図られる。
【００２７】さらに、チップ間配線における損失Ｌoss
が格段に低減されるので、消費電力を低減できる。これ
により、内部電源としての内蔵電池の寿命を長くするこ
とができる。なお、表面弾性波フィルタを構成している
高周波チップＨＣ４においては、その表面とベースバン
ドチップＢＣの表面４１との間に、バンプＢ等により表
面弾性波フィルタ素子の動作空間が確保される。したが
って、この表面弾性波フィルタは良好に動作させること
ができる。
【００２８】この発明の一実施形態の説明は以上のとお
りであるが、この発明は他の形態でも実施することがで
きる。たとえば、上記の実施形態では、移動電話機を例
にとったが、高周波部と低周波部とを有する他の無線通
信装置に関しても同様な構成を適用することができる。
また、上記の実施形態では、ベースバンドチップＢＣは
シリコンチップからなり、高周波チップＨＣ１，ＨＣ
２，ＨＣ３はガリウム砒素半導体チップからなり、高周
波チップＨＣ４は圧電基板からなっている例を挙げた
が、各チップに適用される半導体材料には、必要とされ
る特性に応じて、シリコン、ガリウム砒素半導体および
ゲルマニウム半導体などの任意の半導体材料を適用すれ
ばよい。この場合に、ベースバンドチップと高周波チッ
プとの半導体材料は、同種であってもよいし、異種であ
ってもよい。また、高周波チップＨＣ１，ＨＣ２，ＨＣ
３を１つのチップで構成してもよい。
【００２９】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る移動電話機の送受
信部等を構成する半導体装置の構成を示す斜視図であ
る。
【図２】ベースバンドチップと高周波チップとの接合構
造を説明するための図解的な断面図である。
【図３】自動車電話機や携帯電話機に代表される移動電
話機の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＢＣ ベースバンドチップ ＨＣ，ＨＣ１，ＨＣ２，ＨＣ３，ＨＣ４ 高周波チッ
プ ＰＢ チップ接続用パッド ＰＨ チップ接続用パッド Ｂ バンプ（チップ間接続部材） １ スイッチ部 ２ 送信部 ３ 受信部 ４ 変調部 ５ ディジタル信号処理部 ８ バンドパスフィルタ ９ バンドパスフィルタ １０ アンテナ １１ 復調部 １２ バンドパスフィルタ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の周波数帯域の信号処理を行う低周波
    信号処理部を形成したベースバンドチップと、 このベースバンドチップの表面に重ねて接合され、第１
    の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域の信号処理を
    行う高周波信号処理部を形成した高周波チップとを含む
    無線通信装置用半導体装置。
  2. 【請求項２】上記ベースバンドチップと上記高周波チッ
    プとは、各表面同士を対向させ、この対向する表面間に
    介装されたチップ間接続部材によって互いに接続されて
    いることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置用半
    導体装置。
  3. 【請求項３】上記低周波信号処理部は、受信信号を復調
    する復調部と、この復調部によって復調された信号を処
    理する信号処理部とを含むことを特徴とする請求項１ま
    たは２記載の無線通信装置用半導体装置。
  4. 【請求項４】上記高周波信号処理部は、アンテナに送信
    信号を与える送信部と、アンテナからの受信信号を周波
    数変換して上記復調部に与える受信部とを含むことを特
    徴とする請求項３記載の無線通信装置用半導体装置。
  5. 【請求項５】上記受信部は、アンテナからの受信信号を
    濾波するフィルタを含むことを特徴とする請求項４記載
    の無線通信装置用半導体装置。
  6. 【請求項６】上記フィルタは、表面弾性波フィルタであ
    ることを特徴とする請求項５記載の無線通信装置用半導
    体装置。
  7. 【請求項７】上記高周波信号処理部は、上記送信部から
    の送信信号を選択してアンテナに与え、かつ、アンテナ
    からの受信信号を選択して上記受信部に与えるスイッチ
    部を含むことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか
    に記載の無線通信装置用半導体装置。
  8. 【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の無線
    通信装置用半導体装置と、 この無線通信装置用半導体装置に接続された送受信アン
    テナとを含むことを特徴とする無線通信装置。
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