JP2005302852A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の薄型化を図る。
【解決手段】半導体装置１は、第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する配線基板２と、前記配線基板の前記第１の面に設けられる複数の外部電極端子８と、前記配線基板の前記第１の面に設けられる少なくとも一つの窪みと、前記窪みの底に固定される半導体チップ５と、前記配線基板の前記第１の面に搭載されるチップ部品２０とを有し、前記半導体チップの上面の全ての電極１６はそれぞれチップ部品を介して前記配線基板の前記第１の面の所定の配線部４に電気的に接続されていることを特徴とする。前記配線基板の第１の面の高さと、前記窪みの底に固定された前記半導体チップの上面の高さは略同じ高さになっている。前記半導体チップの前記電極と前記配線基板の前記配線部を電気的に接続するチップ部品はチップジャンパーまたは受動部品である。前記外部電極端子は上面に突条１１を有する溶接接続用端子である。
【選択図】図２

Description

本発明は混成集積回路装置（ハイブリッドＩＣ）等の半導体装置に係わり、例えば自動車の発電機におけるＩＣレギュレータ（半導体モジュール）に適用して有効な技術に関する。

各種機器に組み込まれる混成集積回路装置は、配線基板を構成するセラミック基板等からなる配線基板上にトランジスタやＩＣ（Integrated Circuit）を形成した半導体チップを１乃至複数搭載するとともに、抵抗，コンデンサ，インダクタンス等の受動素子（受動部品）を形成するチップ部品を搭載し、かつこれらの部品を絶縁性の樹脂で覆う構造になっている。

混成集積回路装置等の半導体装置の製造方法の一つとして、例えば、多数個取りされるパッケージ用ベース基板の単位区画にベアーチップや他の部品を搭載し、その後前記ベアーチップや他の部品を絶縁性の樹脂で覆って封止樹脂を形成し、ついで前記パッケージ用ベース基板を樹脂と共に切断して前記単位区画部分による半導体装置を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１７０４号公報

ＩＣレギュレータ等の半導体装置（半導体モジュール）においては、更なる小型・薄型化が求められかつコスト低減が要請されている。このような半導体モジュールは、配線基板（モジュール基板）の上面に半導体チップを搭載し、半導体チップの上面の各電極と配線基板の上面の各配線部（接続パッド）を導電性のワイヤで接続し、かつワイヤや半導体チップを絶縁性樹脂で覆う構造になっている。また、モジュール基板の上面には受動素子を構成するチップ部品が搭載されている。

このような構造では、電極と接続パッドをワイヤで接続するためワイヤが弧を描くようになり（これをループと呼称する）、ワイヤループのため、またこのループを確実に絶縁性樹脂で覆うため、製品の薄型化が妨げられている。

本発明の一つの目的は、半導体装置の薄型・小型化を図ることにある。

本発明の一つの目的は、半導体装置のコスト低減を図ることにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

（１）本発明の半導体装置は、第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する配線基板（モジュール基板）と、前記モジュール基板の前記第１の面に設けられる複数の外部電極端子と、前記モジュール基板の前記第１の面に設けられる少なくとも一つの窪みと、前記窪みの底に固定される半導体チップと、前記モジュール基板の前記第１の面に搭載されるチップ部品とを有し、前記半導体チップの上面の全ての電極はそれぞれチップ部品を介して前記モジュール基板の前記第１の面の所定の配線部（電極接続パッド）に電気的に接続されていることを特徴とする。

前記モジュール基板の第１の面の高さと、前記窪みの底に固定された前記半導体チップの上面の高さは略同じ高さになり、前記電極接続パッド面と半導体チップの電極面は略同じ高さになっている。前記半導体チップの前記電極と前記モジュール基板の前記電極接続パッドを電気的に接続するチップ部品はチップジャンパーまたは受動部品である。前記外部電極端子は上面に突条を有する溶接接続用端子である。

このような半導体装置は、前記モジュール基板の前記第１の面に設けられる少なくとも第１乃至第４の外部電極端子と、第１電極及び第２電極並びに制御電極を有するトランジスタと、前記トランジスタの前記制御電極に接続される比較回路と、前記比較回路の反転入力端子と第１電源電位になる前記第１の外部電極端子との間に接続されるバッテリー電圧検出回路と、前記比較回路の非反転入力端子に接続される基準電圧回路と、第１電源電位になる前記第２の外部電極端子と前記第３の外部電極端子との間に順バイアス状態で接続されるダイオードとを有し、前記トランジスタの前記第１電極は前記ダイオード及び前記第３の外部電極端子に接続され、前記トランジスタの前記第２電極は第２基準電位とされる前記第４の外部電極端子に接続されてＩＣレギュレータを構成している。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

上記（１）の手段によれば、（ａ）半導体装置は、半導体チップの電極とモジュール基板の電極接続パッド（配線部）をチップジャンパーまたは受動部品を含むチップ部品によって電気的に接続する構造になっていることから、ワイヤ接続する構造に比較して薄型化が達成できる。例えば、厚さが０．２５〜０．４ｍｍの半導体チップを使用した場合、電極と配線部をワイヤで接続しかつ絶縁性樹脂で覆う構造では、封止部分は配線基板の上面から１・７〜２．２ｍｍ程度の厚さ（高さ）になるが、１６０８と呼称される長さが１６ｍｍ、幅及び高さ（厚さ）が０．８ｍｍのチップ部品で電極と電極接続パッドを接続する構造では、実装用接着剤を含んでも配線基板の上面から１ｍｍ程度の厚さ（高さ）に抑えることができ、半導体装置の薄型化を図ることができる。

（ｂ）チップジャンパーは単なる導体であり、電気的接続体であるが、回路構成素子であるチップ抵抗，チップ容量、チップインダクタ等受動部品を構成するチップ部品で電極と電極接続パッドを接続する場合には、配線のインダクタンスを低減でき、半導体装置の特性向上が達成できる。

（ｃ）上記（ｂ）のように、受動部品を構成するチップ部品で電極と電極接続パッドを接続する構造では、搭載部品の一部が半導体チップの上面に位置する構造となることから、空いた領域を他の部品の搭載領域として利用することができる。また、空いた領域を詰めて他の部品を搭載することにより、搭載部品全体の搭載面積を小さくできる。この結果、モジュール基板を小型化することも可能になる。

（ｄ）モジュール基板の上面に設けられる外部電極端子は溶接接続用端子になっていることから、溶接によって、例えば、ワイヤを接続することができる。

（ｅ）半導体装置の製造において、半導体チップの電極とモジュール基板上面の配線部をワイヤで接続せず、回路を構成する受動部品であるチップ部品やチップジャンパーで接続することから、ワイヤボンディング工程が不要になり、工程簡略化が図れ、製造コストの低減が達成できる。

（ｆ）半導体装置の製造において、半導体チップの電極とモジュール基板上面の配線部（電極接続パッド）をチップ部品で接続することから、保護のための封止が不要になり、製造コストの低減が達成できる。

（ｇ）本発明をＩＣレギュレータに適用すれば、薄型で小型のＩＣレギュレータを安価に提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

本実施例１では、自動車用ＩＣレギュレータに本発明を適用した例について説明する。図１はＩＣレギュレータを構成する半導体装置（半導体モジュール）１の一部を簡略化して示す斜視図である。また、図２はその一部の拡大断面図である。半導体モジュール１は、平板からなる配線基板（モジュール基板）２を有している。このモジュール基板２は、例えば、長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのアルミナセラミック基板からなっている。モジュール基板２の上面（第１の面）の反対面となる下面（第２の面）は平坦な面になっている。モジュール基板２は、図示しないが上面（第１の面）及び中層にそれぞれ所定の配線が形成され、かつ上下の配線は導体で電気的に接続され、所望の配線パターンが形成された多層配線基板構造になっている。図１では一部の配線３と、この配線の一部である電極接続パッド（配線部）４を示してある。実際には、複数の半導体チップやチップ部品が搭載されている。ここでは、一つの半導体チップとその周囲の関係が分かるような簡略図としてある。

モジュール基板２の上面には、図１及び図２に示すように、半導体チップ５が収容できる大きさの窪み６が設けられている。この窪み６の底面にも、図２に示すように、配線の一部によってチップ搭載パッド７が形成されている。また、モジュール基板２の上面には外部電極端子となる溶接接続用端子８が固定されている。図１では、溶接接続用端子８は左端側に３個、右端側に４個並んで配置されている。溶接接続用端子８は、図２に示すように、配線３の一部である端子接続パッド９上に導電性の接着剤１０で接着されている。溶接接続用端子８はＮｉとＣｕのクラッド材で形成され、下面のＣｕ面が半田からなる接着剤１０で接続されている。この端子接続パッド９は、その上面にＮｉワイヤが溶接によって接続されることから、突条１１が端子接続パッド９の上面に設けられている。突条１１は端子接続パッド９の長手方向に沿い、かつ中央に設けられている。溶接接続用端子８は、例えば、長さ２．５ｍｍ、幅２ｍｍ、高さ０．６ｍｍとなり、突条１１は幅０．６ｍｍ、高さ０．２ｍｍとなっている。

前記端子接続パッド９，チップ搭載パッド７，電極接続パッド（配線部）４，配線３を含む配線パターンの各部の厚さは１０μｍ程度になっている。また、溶接接続用端子８を接続する接着剤１０の厚さは２０μｍ程度である。また、図２に示すように、モジュール基板２の上面の配線パターンは溶接接続用端子８やチップ部品を搭載する電極接続パッド（配線部）４を除き、絶縁材からなるガラスコート膜１２によって覆われている。

窪み６の底面上には導電性の接着剤１５、例えば、半田によって半導体チップ５が固定されている。この半導体チップ５の上面は絶縁性の保護膜で覆われ、一部に電極１６が露出する構造になっている。電極１６の上面の高さと、モジュール基板２の上面に設けられる電極接続パッド（配線部）４の上面の高さが略同じ程度になるように、窪み６を形成しておく。電極接続パッド（配線部）４の厚さは１０μｍ程度と極めて薄いことから、モジュール基板２の上面の高さと半導体チップ５の上面の高さが同じ程度の高さとなるように窪み６の深さを決定する。

半導体チップ５の上面に設けられた電極１６とモジュール基板２の上面の電極接続パッド（配線部）４は、チップ部品２０によって接続されている。チップ部品２０は両端にそれぞれ電極２１を有する直方体構造となっている。チップ部品２０は、例えば、長さが１６ｍｍ、幅及び高さ（厚さ）が０．８ｍｍのいわゆる１６０８と呼称されるチップ部品を使用する。本実施例１では、チップ部品２０は、例えば、２点間を電気的に接続するチップジャンパー２２が使用される。即ち、２個のチップジャンパー２２によって、半導体チップ５の上面の各電極１６とモジュール基板２の上面の電極接続パッド（配線部）４が電気的に接続される。電極２１と電極１６及び電極接続パッド（配線部）４との接続は導電性の接着剤２３、例えば、半田で接続される（図２参照、図１では省略）。

半導体チップ５は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor）であり、上面にゲート電極とソース電極を有し、裏面に裏面電極としてドレイン電極を有するものである。従って、ドレイン電極は接着剤１５を介してチップ搭載パッド７に電気的に接続されている。また、ゲート電極及びソース電極はチップジャンパー２２を介して所定の電極接続パッド（配線部）４に電気的に接続されることになる。

本実施例１の半導体モジュール１は、図３に示す自動車用発電機に組み込まれるＩＣレギュレータを形成している。図３はＩＣレギュレータ（半導体モジュール）１が組み込まれる発電機の回路構成を示す模式的回路図である。実線枠内の回路素子（回路部品）によって発電機３０が形成されている。また、点線枠部分がＩＣレギュレータ（半導体モジュール）１である。ＩＣレギュレータ１で使用されるトランジスタＴｒ１は、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。このトランジスタＴｒ１は、半導体チップ５の上面に第１電極としてのソース電極及び制御電極としてのゲート電極を有し、下面には第２電極としてのドレイン電極を有する構造になっている。ドレイン電極は半導体チップ５の下面全域に形成され、接着剤１５によってチップ搭載パッド７に電気的に接続されている。

ＩＣレギュレータ１は、図３に示すように、トランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１のゲート電極に接続される比較回路３１と、比較回路３１の反転入力端子と第１電源電位になる第１の外部電極端子（溶接接続用端子８）３２との間に接続されるバッテリー電圧検出回路４０と、比較回路３１の非反転入力端子に接続される基準電圧回路５０と、第１電源電位になる第２の外部電極端子（溶接接続用端子８）３３と第３の外部電極端子（溶接接続用端子８）３４との間に順バイアス状態で接続されるダイオードＤ１とを有し、トランジスタＴｒ１のドレイン電極はダイオードＤ１及び第３の外部電極端子３４に接続され、トランジスタＴｒ１のソース電極は第２基準電位（グランド電位）とされる図示しない第４の外部電極端子（溶接接続用端子）に接続されている。

バッテリー電圧検出回路４０は、比較回路３１の反転入力端子とグランド端子との間に並列に接続されるチップ容量（容量素子）Ｃ１及びチップ抵抗（抵抗素子）Ｒ２と、比較回路３１の反転入力端子と第１の外部電極端子３２との間に接続されるチップ抵抗（チップ抵抗）Ｒ１とから構成されている。

ＩＣレギュレータ１の第１の外部電極端子３２及び第２の外部電極端子３３には、発電機３０の外付け部品となるバッテリー６０からライン５９ａ，５９ｂを通して第１基準電位が供給される。また、発電機を構成するステータ（固定子）６２には整流回路６３が接続されている。この整流回路６３はライン５９ｂとグランド端子間に３列に接続されるダイオード列によって構成されている。各列は２個のダイオード６５が順方向に接続され、ダイオード６５とダイオード６５との間のノードがステータ６２の各部に接続されている。ステータ６２に対面するロータ（回転子）６７の一端はライン５９ｂに接続され、他の一端は第３の外部電極端子３４に接続されている。

本実施例１の半導体モジュール（ＩＣレギュレータ）によれば以下の効果を有する。

（１）半導体装置（半導体モジュール）１は、半導体チップ５の電極１６とモジュール基板２の電極接続パッド（配線部）４をチップジャンパー２２によって電気的に接続する構造になっていることから、ワイヤ接続する構造に比較して薄型化が達成できる。例えば、厚さが０．２５〜０．４ｍｍの半導体チップを使用した場合、半導体チップ５の電極１６と配線部をワイヤで接続しかつ絶縁性樹脂で覆う構造では、封止部分はモジュール基板２の上面から１・７〜２．２ｍｍ程度の厚さ（高さ）になるが、１６０８と呼称される長さが１６ｍｍ、幅及び高さ（厚さ）が０．８ｍｍのチップジャンパー２２で半導体チップ５の電極１６と電極接続パッド（配線部）４を接続する構造では、実装用の接着剤２３を含んでも配線基板の上面から１ｍｍ程度の厚さ（高さ）に抑えることができ、半導体モジュール１の薄型化を図ることができる。

（２）モジュール基板２の上面に設けられる外部電極端子は溶接接続用端子８であり、溶接によって、ワイヤを接続することができる。

（３）半導体モジュール１の製造において、半導体チップ５の電極１６とモジュール基板２上面の電極接続パッド（配線部）４をチップジャンパー２２で接続することから、ワイヤボンディング工程が不要になり、工程簡略化が図れ、製造コストの低減が達成できる。

（４）半導体モジュール１の製造において、半導体チップ５の電極１６とモジュール基板２上面の電極接続パッド（配線部）４をチップジャンパー２２で接続することから、保護のための封止が不要になり、製造コストの低減が達成できる。

（５）モジュール基板２は平板なアルミナセラミック基板であることから半導体モジュール１を放熱体上に配置して使用することができ、放熱性の良好な半導体装置となる。

（６）上記（１）〜（５）により、半導体モジュール１でＩＣレギュレータを形成すれば、薄型で小型のＩＣレギュレータを安価に提供することができる。

図４は本発明の実施例２である半導体装置の一部を示す模式的平面図である。本実施例２では、半導体チップ５の上面の各電極１６と、モジュール基板２の電極接続パッド（配線部）４を全てチップ部品２０で電気的に接続する例について説明する。チップ部品２０は両端にそれぞれ電極２１を有する。図４では電極２１を電極接続パッド（配線部）４や電極１６に接続する導電性の接着剤は省略してある。

図４に示すように、モジュール基板２上面に設けた窪み６内に半導体チップ５を搭載し、窪み６の周囲に配置される電極接続パッド（配線部）４と、半導体チップ５の上面の各電極１６を全てチップ部品２０で電気的に接続してある。点々を施したチップ部品２０はチップジャンパー２２であり、点々を施してないチップ部品２０は、チップ抵抗２６，チップ容量２７，チップインダクタ２８等の受動部品である。

本実施例２では実施例１と同様の効果を有するが、さらにつぎのような効果を有する。 （１）チップジャンパー２２は単なる導体であり、電気的接続体であるが、回路構成素子であるチップ抵抗２６，チップ容量２７，チップインダクタ２８等の受動部品を構成するチップ部品２０で半導体チップ５の電極１６と電極接続パッド４を接続する場合には、従来のワイヤ延在部分に受動部品を配置する構造になり、その分配線長を短くでき、配線のインダクタンスを低減できることから半導体装置の特性の向上を図ることができる。

（２）上記（１）のように、受動部品を構成するチップ部品２０で半導体チップ５の電極１６と電極接続パッド４を接続する構造では、搭載部品の一部が半導体チップの上面に位置する構造となることから、窪み６から外れたモジュール基板２の上面領域におけるチップ部品の搭載領域が小さくなる。従って、小さくなって空いた領域を他の部品の搭載領域として利用することができる。また、空いた領域を詰めて他の部品を搭載することにより、搭載部品全体の搭載面積を小さくできる。この結果、モジュール基板２を小型化することも可能になる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の実施例１である半導体装置の一部を模式的に示す拡大斜視図である。 実施例１の半導体装置の一部を示す拡大断面図である。 実施例１の半導体装置が組み込まれる発電機の回路構成を示す模式的回路図である。 本発明の実施例２である半導体装置の一部を示す模式的平面図である。

符号の説明

１…半導体装置（半導体モジュール）、２…配線基板（モジュール基板）、３…配線、４…電極接続パッド（配線部）、５…半導体チップ、６…窪み、７…チップ搭載パッド、８…溶接接続用端子、９…端子接続パッド、１０…接着剤、１１…突条、１２…ガラスコート膜、１５…接着剤、１６…電極、２０…チップ部品、２１…電極、２２…チップジャンパー、２３…接着剤、２６…チップ抵抗、２７…チップ容量、２８…チップインダクタ、３０…発電機、３１…比較回路、３２…第１の外部電極端子、３３…第２の外部電極端子、３４…第３の外部電極端子、４０…バッテリー電圧検出回路、５０…基準電圧回路、５９ａ，５９ｂ…ライン、６０…バッテリー、６２…ステータ（固定子）、６３…整流回路、６５…ダイオード、６７…ロータ（回転子）

Claims (5)

1. 第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する配線基板と、
   前記配線基板の前記第１の面に設けられる複数の外部電極端子と、
   前記配線基板の前記第１の面に設けられる少なくとも一つの窪みと、
   前記窪みの底に固定される半導体チップと、
   前記配線基板の前記第１の面に搭載されるチップ部品とを有し、
   前記半導体チップの上面の全ての電極はそれぞれチップ部品を介して前記配線基板の前記第１の面の所定の配線部に電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記配線基板の第１の面の高さと、前記窪みの底に固定された前記半導体チップの上面の高さは略同じ高さになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導体チップの前記電極と前記配線基板の前記配線部を電気的に接続するチップ部品はチップジャンパーまたは受動部品であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記外部電極端子は上面に突条を有する溶接接続用端子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記配線基板の前記第１の面に設けられる少なくとも第１乃至第４の外部電極端子と、
   第１電極及び第２電極並びに制御電極を有するトランジスタと、
   前記トランジスタの前記制御電極に接続される比較回路と、
   前記比較回路の反転入力端子と第１電源電位になる前記第１の外部電極端子との間に接続されるバッテリー電圧検出回路と、
   前記比較回路の非反転入力端子に接続される基準電圧回路と、
   第１電源電位になる前記第２の外部電極端子と前記第３の外部電極端子との間に順バイアス状態で接続されるダイオードとを有し、
   前記トランジスタの前記第１電極は前記ダイオード及び前記第３の外部電極端子に接続され、
   前記トランジスタの前記第２電極は第２基準電位とされる前記第４の外部電極端子に接続されてＩＣレギュレータを構成していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
   

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