JP2005346412A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＰＵ、メモリ等の第１の半導体チップのほかに、識別符号を格納した第２の半導体チップを内蔵し、非接触で識別符号を読み出す半導体装置では、第２の半導体チップ用のアンテナを収納するスペースを余分に設ける必要があり、このため、パッケージのサイズが大きくなると言う課題がある。
【解決手段】 第１の半導体チップを搭載するのに使用されるリードフレームの一部に、スリットを設け、当該スリットによって規定されるリードフレーム部分をアンテナとして使用する。スリットを挟んだ位置に、第２の半導体チップを取り付け、スリットを形成したリードフレームと第２の半導体チップとを電磁気的に結合させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体チップ及びアンテナを内蔵した半導体装置、特に、半導体チップの真贋を判定する無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップを有する半導体装置に関する。

従来、半導体チップ及びアンテナを備えた半導体装置は、非接触ＩＣカード、ＩＣタグ等に使用されており、リーダライタとの間で無線によって信号を送受信できるため、接触式の半導体装置のように外部端子等の損傷が無く、且つ、データの改ざん等が行われ難いと言う利点を備えている。この種の半導体装置として、特開２００１−５２１３７号公報（特許文献１）には、ＩＣチップと当該ＩＣチップのパッド部に無線通信用のコイルの両端を接続すると共に、ＩＣチップとアンテナコイルとを樹脂モールドすることにより一体化した半導体装置が開示されている。また、特許文献１は、平面的に配置されたアンテナコイルの両端に、ＩＣチップを直接接続した半導体装置を明らかにしている。この場合、アンテナコイルはリードフレーム又は配線タブの配線支持部を切断することによって構成できる。

この構成によれば、アンテナコイルとＩＣチップを搭載する基板を不要にすることができ、このため、半導体装置の厚さを０.３〜０.５ｍｍ程度まで薄くすることができる。

一方、特開平１１−３１６８０９号公報（特許文献２）には、パチンコ台、パチスロ台等の遊技器具に使用される半導体装置が開示されている。特許文献２に示された半導体装置は、マイクロプロセッサＩＣ或いはメモリＩＣが不正ＩＣに替えられていないかを判断するために、マイクロプロセッサＩＣ、メモリＩＣ等の第１の半導体チップのほかに、ＩＤコードを格納した第２の半導体チップを備えている。

具体的に説明すると、第１の半導体チップはリードフレームに実装され、これらリードフレームを介して、電源電圧、制御信号、及び、データを送受することができ、他方、第２の半導体チップはアンテナを構成するコイルに接続されており、アンテナを介して、第１の半導体チップとは独立にデータを送信することができる。第２の半導体チップは第１の半導体チップの稼動中か否かに関係無く、データを外部装置に送信し、外部装置では、第２の半導体チップのＩＤコード、パスワード等を監視することによって第１の半導体チップが不正なＩＣに取り換えられていないかを判断することができる。

更に、特許文献２では、第１の半導体チップを実装したリードフレームとは異なる平面上に、第２の半導体チップ及びアンテナコイルを設けた２層構造の半導体装置が開示されている。

特開２００１−５２１３７号公報 特開平１１−３１６８０９号公報

特許文献１では、アンテナの両端に直接半導体チップを搭載した半導体装置を開示すると共に、リードフレームによってコイル状に形成することによってアンテナを構成している。特許文献１に示されたように、半導体チップを搭載したリードフレームと、アンテナを構成するリードフレームを平面的に配置した場合、半導体装置の厚さを薄くすることができる反面、アンテナを構成するリードフレームの占有面積が広くなって、平面的な面積が大きくなってしまうと言う欠点がある。

他方、特許文献２のように、ＲＦＩＤチップのような第２の半導体チップをＲＯＭ等の第１の半導体メモリとは異なる面上に２層に積層した場合、平面的な面積の拡大は防止できるものの、半導体装置の厚さが厚くなってしまうと言う欠点がある。また、２つの半導体チップを２層構造にした状態で、両半導体チップを樹脂によって封止するためには、パッケージ自体の設計を変更する必要があると共に、製造も難しいと言う欠点がある。この結果、特許文献２に示された半導体装置はコストの上昇は避けられないと言う欠点がある。

更に、特許文献１及び２はリードフレームをコイル状に形成することによってアンテナを構成するか、リードフレームとは別にアンテナを構成しており、アンテナを収納するスペースを縮小することについて、全く示唆していない。

本発明の目的は平面的な占有面積を小さくできると共に、厚さをも薄くできるアンテナ搭載型半導体装置を提供することである。

本発明の他の目的は半導体チップ用のリードフレームを有効に利用したアンテナ搭載型半導体装置を提供することである。

本発明の更に他の目的はＲＦＩＤチップに適した構造を備えた半導体装置を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、半導体チップとアンテナとを含む半導体装置において、前記アンテナを形成するパターンを有する所定リードフレームを備えていることを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明の第２の態様によれば、前記所定リードフレームはアイランド及び吊りピンの少なくとも一方であることを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明の第３の態様によれば、前記パターンは前記所定リードフレームを部分的に切り欠くことによって形成されたスリットであることを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明の第４の態様によれば、前記スリットを形成された所定リードフレームは、長さ及び幅方向に延在し、前記スリットは前記幅方向に延びる第１のスリット部分と、前記第１のスリット部分に連続し、前記長さ方向に延びる第２のスリット部分とを有していることを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明の第５の態様によれば、前記第１のスリット部分は前記所定幅の１／２以下であることを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明の第６の態様によれば、前記第２のスリット部分は前記第１のスリット部分に対して直角方向に延在し、前記第１のスリット部分と前記第２のスリット部分とに囲まれる前記リードフレームの部分が、前記第２のスリット部分の長さによって大きさの定まるアンテナのインダクタンス成分を規定していることを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明の第７の態様によれば、前記スリットを形成された前記所定リードフレームは接地端子に接続されていることを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明の第８の態様によれば、更に、前記第１のスリット部分を跨ぎ、その跨ぐ両側に前記所定リードフレームと接続する端子を持つＲＦＩＤチップを有することを特徴とする半導体装置が得られる。

本発明によれば、リードフレームの一部にアンテナを形成することにより、リードフレーム自体に、リードフレーム本来の機能の他に、アンテナとしての機能を持たせることができ、アンテナ領域を別の層上に設ける等、２層構造を取る必要がなくなるため、半導体装置製造プロセスを簡略化できるだけでなく、コスト的にも安価な半導体装置を得ることができる。更に、本発明では、従来のパッケージをそのまま使用できるため、新たなパッケージを開発する必要がなく、コストを大幅に低下させることができる。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る半導体装置１０は、矩形形状のＳＤＩＰ（Shrink Dual In Package）型の半導体装置であり、ここでは、カバーを形成するモールド部分を取り除いた状態が示されている。尚、本発明は、ＳＤＩＰ型半導体装置だけでなく、他の形式の半導体装置、例えば、ＳＯＰ（Small Out−line Package）型の半導体装置、ＱＦＰ（Quad Flat Package）型の半導体装置にも適用できる。

図示された半導体装置１０は、マイクロプロセッサＩＣ、メモリＩＣ等の第１の半導体チップ１１とリードフレーム１３とを含み、リードフレーム１３は、第１の半導体チップ１１を搭載するアイランド１３１、当該アイランド１３１を支持する吊りピン１３２、及び、これらアイランド１３１、吊りピン１３２を囲むように配置された複数のリード１３３とによって構成されている。リードフレーム１３のうち、リード１３３は半導体装置１０の長手方向に沿って図の上下に配置されたピン１４に接続されている。尚、吊りピン１３２はグランドに接続されるピン１４に接続されていても良い。

更に、図示された半導体装置１０には、第１の半導体チップ１１が不正ＩＣに替えられていないかを判断するために、ＩＤコードを格納した第２の半導体チップ１２が搭載されている。図１に示された第２の半導体チップ１２は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップであるものとする。

ここで、ＲＦＩＤチップは、例えば、特開２００１−２５００９７号公報等にも記載されているように、通常、ＩＣタグとして使用され、非接触で外部機器から電力の供給及び情報を受け、外部機器へ情報を出力する非接触ＩＣカード等に用いられている。

図２を参照して、第２の半導体チップ１２として使用されるＲＦＩＤチップを概略的に説明する。図示されたＲＦＩＤチップ（即ち、第２の半導体チップ１２）は、外部機器から電力及び情報を受けるアンテナ１５に接続されるべき２つの入出力端子１６及び１７を備えている。ここで、本発明に係るアンテナ１５は、後述するように、リードフレーム１３の吊りピン１３２に形成されている。

ＲＦＩＤチップは入出力端子１６及び１７に接続された共振コンデンサ１８と情報処理回路２０とによって構成されている。ＲＦＩＤチップに含まれている情報処理回路２０は、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）２２及び当該ＭＰＵ２２の動作プログラム及び識別情報を格納した消去可能な不揮発性メモリ２４と有すると共に、外部機器からアンテナ１５及び共振コンデンサ１８を介して受信した所定周波数の交流波を平滑整流して、直流に変換する平滑整流回路２６、及び、通信制御回路２８とによって構成されている。

ＭＰＵ２２は、平滑整流回路２６からの直流電力及び通信制御回路２８からの復調データ、クロックに従って動作を行うと共に、不揮発性メモリ２４から読出されたデータは通信制御回路２８により変調された後、アンテナ１５を介して外部機器に出力される。このことからも明らかな通り、図示された通信制御回路２８は、外部機器との送受信に必要な変復調回路、クロック再生回路、及び、キャリア発生回路を含んでいる。

図示された構成を備えたＲＦＩＤチップは外部機器との間で非接触で識別情報の送受を行うことができる。このようなＲＦＩＤチップは前述したように、遊技機、ＩＣカード等に広く応用されている。

図１に戻ると、第２の半導体チップ１２を構成するＲＦＩＤチップはリードフレーム１３のうち、吊りピン１３２上に搭載されている。

ここで、第２の半導体チップ１２を実装した部分を拡大して示す図３をも参照すると、長手方向に延びる吊りピン１３２には、当該吊りピン１３２を部分的に切り欠くことによって形成されたスリット３０が形成されており、スリット３０によって規定されたパターン領域をスリットアンテナとして動作させることができる。具体的に説明すると、図示されたスリット３０は吊りピン１３２の幅方向に延びる第１のスリット部分と長手方向に延びる第２のスリット部分とを有し、第２のスリット部分は第１のスリット部分に連続し、第１のスリット部分から図の右方向に、即ち、第１の半導体チップ１１から離れる方向に延在している。

長手方向に延びる第２のスリット部分の下側に規定される吊りピン１３２の領域は、アンテナ１５のインダクタンス成分を構成している。換言すれば、第２のスリット部分の長さを選択することによって、所定周波数の信号を送受することができるアンテナを構成できる。

吊りピン１３２を切り欠くことによって得られたアンテナを利用して、図３では、第１のスリット部分を跨ぐように、第２の半導体チップ１２を構成するＲＦＩＤチップが実装されている。図２に示されたＲＦＩＤチップでは、入出力端子１６及び１７がそれぞれ吊りピン１３２のａ及びｂ点に接続されている。

この構成では、外部機器とＲＦＩＤチップとの間に、電磁結合、或いは、電磁誘導が生じると、ＲＦＩＤチップ内の共振コンデンサ１８の容量と、第２のスリット部分の長さに依存したアンテナのインダクタンス成分とによって規定される所定周波数で、ＲＦＩＤチップ内で共振が生じて、当該所定周波数の信号を送受することができる。この場合、吊りピン１３２はグランドに接続されるピン１４に接続されることが好ましく、ＲＦＩＤチップはダイオード型のＲＦＩＤであることが望ましい。

図４を参照して、本発明に係るアンテナについて更に説明する。吊りピン１３２の幅をＷ、スリットの幅をＳ、第１のスリット部分の長さをＬ１、第２のスリット部分の長さをＬ２とすると、Ｌ２は送受される波長の半波長を考慮して決定され、更に、Ｓは０．０２〜０.０５波長になるように決定される。具体的には、Ｌ１はＷの１／２以下で、Ｌ２は３ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることが好ましいことが判明した。また、Ｓは２００μｍ、ＲＦＩＤチップの接続点ａとｂとの間の距離は２.５ｍｍにすることが望ましいことも判明した。尚、Ｌ２の長さはアンテナ形成面の材料によって変化する。

図示されたアンテナを構成するスリットの形状としては、図示されたスリットに限定されることなく、目的、周波数に応じて種々の形状のスリットに変更することができる。

以上説明した実施形態では、リードフレーム１３の吊りピン１３２にスリットを設けてアンテナを形成する場合についてのみ説明したが、本発明は何等これに限定されることなく、例えば、リードフレーム１３のアイランド３１或いは他のリード１３３にスリットを設けても良い。

本発明はリードフレームとを備えた半導体装置において、リードフレームをアンテナとして利用することにより、パッケージのサイズ、形状等を変化させることなく、ＲＦＩＤチップのように識別情報を格納した半導体チップを実装することができる。

本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図１に示された第２の半導体チップとしてのＲＦＩＤチップを説明するブロック図である。 図１の一部分を拡大して示す図である。 本発明に係るアンテナの具体例を説明する図である。

符号の説明

１０ 半導体装置
１１ 第１の半導体チップ
１２ 第２の半導体チップ
１３ リードフレーム
１３１ アイランド
１３２ 吊りピン
１３３ リード
１４ ピン
１５ アンテナ
３０ スリット
１６、１７ 入出力端子
１８ 共振コンデンサ
２０ 情報処理回路
２２ ＭＰＵ
２４ メモリ
２６ 整流・平滑回路
２８ 通信制御回路

Claims (8)

1. 半導体チップとアンテナとを含む半導体装置において、前記アンテナを形成するパターンを有する所定リードフレームを備えていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１において、前記所定リードフレームはアイランド及び吊りピンの少なくとも一方であることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２において、前記パターンは前記所定リードフレームを部分的に切り欠くことによって形成されたスリットであることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項３において、前記スリットを形成された所定リードフレームは、長さ及び幅方向に延在し、前記スリットは前記幅方向に延びる第１のスリット部分と、前記第１のスリット部分に連続し、前記長さ方向に延びる第２のスリット部分とを有していることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４において、前記第１のスリット部分は前記所定幅の１／２以下であることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項５において、前記第２のスリット部分は前記第１のスリット部分に対して直角方向に延在し、前記第１のスリット部分と前記第２のスリット部分とによって囲まれる前記リードフレームの部分が、前記第２のスリット部分の長さによって大きさの定まるアンテナのインダクタンス成分を規定していることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項６において、前記スリットを形成された前記所定リードフレームは接地端子に接続されていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項４〜７のいずれかにおいて、前記第１のスリット部分を跨ぎ、その跨ぐ両側に前記所定リードフレームと接続する端子を持つＲＦＩＤチップを有することを特徴とする半導体装置。
   
   

Images