JP2006310425A - Electronic apparatus and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子装置およびその製造技術に関し、特に、RF(Radio Frequency)モジュールおよびその製造技術に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to an electronic device and a manufacturing technique thereof, and more particularly, to a technique effective when applied to an RF (Radio Frequency) module and a manufacturing technique thereof.
近年、GSM(Global System for Mobile Communications)方式、PCS(Personal Communication Systems)方式、PDC(Personal Digital Cellular)方式、CDMA(Code Division Multiple Access)方式といった通信方式に代表される移動体通信装置(例えば携帯電話)が世界的に普及している。 In recent years, mobile communication devices represented by communication systems such as GSM (Global System for Mobile Communications) system, PCS (Personal Communication Systems) system, PDC (Personal Digital Cellular) system, and CDMA (Code Division Multiple Access) system (for example, mobile phones) Phone) is widespread worldwide.
一般に、この種の移動体通信装置は、電波の放射と受信をするアンテナ、電力変調された高周波信号を増幅してアンテナへ供給するRFモジュール(RFパワーモジュール、高周波電力増幅器)である電子装置、アンテナで受信した高周波信号を信号処理する受信部、これらの制御を行う制御部、そしてこれらに電源電圧を供給する電池(バッテリー)で構成される。 In general, this type of mobile communication device includes an antenna that emits and receives radio waves, an electronic device that is an RF module (RF power module, high-frequency power amplifier) that amplifies a power-modulated high-frequency signal and supplies the signal to the antenna, The receiving unit is configured to process a high-frequency signal received by an antenna, a control unit that controls these, and a battery (battery) that supplies a power supply voltage thereto.
特許文献1〜3には、伝送線路が構成されたリードフレームに、半導体チップを搭載してパッケージ化する技術が記載されている。
特許文献4には、半導体チップの信号用の端子に電気的に接続されるリードと、半導体チップの電源端子に電気的に接続される板状の導体とを平行な2層構造で、樹脂封止する技術が記載されている。
近年、移動体通信装置の小型化、薄型化および低コスト化などの要求に伴い、そこに搭載するRF(Radio Frequency)モジュールにも、小型化、薄型化および低コスト化が要求されている。 In recent years, along with demands for downsizing, thinning, and cost reduction of mobile communication devices, RF (Radio Frequency) modules mounted thereon are also required to be downsized, thinned, and low in cost.
一般的なRFモジュールは、例えば導電パターンで伝送線路が構成された積層基板に半導体チップ、受動素子および受動部品のような電子部品を実装した構造を有している。このRFモジュールの積層基板には、例えばPCB(Printed Circuit Board)、セラミック基板などが用いられている。これら基板は信号用配線層の他に電源用配線層、基準電位用配線層を大面積平面パターン(プレーン)として信号用配線層とは別の層で形成し、また層間の相互接続がビアホール(Via hole)で行われている。しかしながら、例えばセラミック基板は、セラミックの積層、メタライズとセラミックの同時焼成技術、金(Au)めっき等を必要とし、その構造が複雑で、かつ高価である。 A general RF module has a structure in which electronic components such as a semiconductor chip, a passive element, and a passive component are mounted on a laminated substrate in which a transmission line is configured by a conductive pattern, for example. For example, a PCB (Printed Circuit Board), a ceramic substrate, or the like is used as the laminated substrate of the RF module. In addition to the signal wiring layer, these substrates are formed by forming a power supply wiring layer and a reference potential wiring layer as a large area plane pattern (plane) in a layer different from the signal wiring layer, and interconnecting layers between the via holes ( Via hole). However, a ceramic substrate, for example, requires ceramic lamination, metallization and ceramic simultaneous firing technology, gold (Au) plating, and the like, and its structure is complicated and expensive.
また、RFモジュールには、高周波領域において、伝送線路内の信号の反射を抑制し、電力を高効率で伝達すること、すなわち良好な高周波特性であることが求められている。なお、本願において、「高周波」とは、500MHz程度以上の周波数帯をいう。 Further, the RF module is required to suppress signal reflection in the transmission line and transmit power with high efficiency, that is, good high frequency characteristics in a high frequency region. In the present application, “high frequency” refers to a frequency band of about 500 MHz or more.
ここで、電力を高効率で伝達するためには、インピーダンス整合(マッチング)を行う必要があり、一般的には50Ωの特性インピーダンスとなるように調整される。このインピーダンス整合は、要求される周波数帯、ストリップライン(伝送線路)、回路構成および部材等によって、調整の仕方が幾通りもある。例えば900MHzの高周波で動作するRFモジュールにおいて、例えば基板上の伝送線路を構成するためのストリップラインのパターンは、例えば数100kHzで動作する半導体装置より、パターン長が無視できない。すなわち、例えば900MHzの高周波で動作するRFモジュールでは、伝送線路間の位置が数cm異なるだけで、信号の位相と振幅が大きく異なることになるため、良好な高周波特性を得ることができなくなる。このように、例えば100kHzより900MHzの高周波でのインピーダンス整合の調整は、難しいものとなる。 Here, in order to transmit electric power with high efficiency, it is necessary to perform impedance matching (matching), and in general, the characteristic impedance is adjusted to 50Ω. This impedance matching can be adjusted in various ways depending on the required frequency band, stripline (transmission line), circuit configuration and members. For example, in an RF module that operates at a high frequency of 900 MHz, for example, the pattern length of a stripline pattern for configuring a transmission line on a substrate cannot be ignored compared to a semiconductor device that operates at, for example, several hundred kHz. That is, for example, in an RF module that operates at a high frequency of 900 MHz, the phase and amplitude of the signal are greatly different only by the position between the transmission lines being different by several centimeters. Thus, for example, it is difficult to adjust impedance matching at a high frequency from 100 kHz to 900 MHz.
本発明者らは、電力増幅回路を内蔵した半導体増幅素子チップを搭載したQFN(Quad Flat Non-leaded package)などの封止型のRFモジュールを形成し、良好な高周波特性のRFモジュールを低コスト化することのできる技術について検討している。 The present inventors formed a sealed RF module such as a quad flat non-leaded package (QFN) equipped with a semiconductor amplifying element chip with a built-in power amplifier circuit, and reduced the cost of an RF module with good high-frequency characteristics. We are studying technologies that can be used.
上記特許文献4には、数100kHz以上の周波数での動作が必要な半導体素子チップを搭載した場合の樹脂封止型半導体装置において、信号の反射、信号の干渉およびノイズの発生を抑えるために、半導体素子チップの信号用の端子に電気的に接続されるリードと、半導体素子チップの電源端子に電気的に接続される板状の導体とを平行な2層構造で、樹脂封止する技術が記載されている。しかしながら、例えば900MHzの高周波で動作するRFモジュールは、数100kHzの周波数で動作する半導体装置とは、上述したように、伝送線路内の信号の反射を抑制し、電力を高効率で伝達するために行うインピーダンス整合の調整の仕方が異なる。また、RFモジュールの伝送線路は、例えば900MHz程度の高周波帯でインピーダンス整合を行うため、数100kHzの周波数で動作する半導体装置の伝送線路より複雑なものとなる。したがって、単に信号用の伝送線路と、電源用の導電パターンとを2層構造で構成するだけでは、良好な高周波特性のRFモジュールを形成することができないと考えられる。 In Patent Document 4, in a resin-encapsulated semiconductor device in which a semiconductor element chip that requires an operation at a frequency of several hundred kHz or more is mounted, in order to suppress signal reflection, signal interference, and noise generation, There is a technique of resin-sealing a lead electrically connected to a signal terminal of a semiconductor element chip and a plate-like conductor electrically connected to a power supply terminal of the semiconductor element chip with a parallel two-layer structure. Are listed. However, for example, an RF module operating at a high frequency of 900 MHz is different from a semiconductor device operating at a frequency of several hundred kHz in order to suppress reflection of a signal in a transmission line and transmit power with high efficiency as described above. The method of adjusting impedance matching is different. Also, the transmission line of the RF module is more complicated than the transmission line of a semiconductor device that operates at a frequency of several hundred kHz because impedance matching is performed in a high frequency band of about 900 MHz, for example. Therefore, it is considered that an RF module having good high-frequency characteristics cannot be formed simply by configuring a signal transmission line and a power supply conductive pattern with a two-layer structure.
また、上記特許文献1〜3には、信号用の伝送線路と、電源用の導電パターンとが1層のリードフレーム構造で構成したRFモジュールに関する技術が記載されている。このように信号用の伝送線路と、電源用の導電パターンとが1層のリードフレーム構造において、ストリップラインを含む伝送線路を構成したRFモジュールでは、以下の課題があることを本発明者らは見出した。
Further,
図21は、本発明者らが検討した1層構造のリード4で信号用の伝送線路および電源用の導電パターンを構成したRFモジュール1を実装基板(マザーボード)2に搭載した状態を模式的に示す断面図である。
FIG. 21 schematically shows a state in which the
図21に示すように、本発明者らが検討したRFモジュール1は、半導体増幅素子チップ3を搭載したQFN(Quad Flat Non-leaded package)の封止型のRFモジュールである。すなわち、このRFモジュール1は、半導体増幅素子チップ3と、リード4と、ダイパッド部5と、導電性ワイヤ6と、封止部7とを有している。リード4は、1層構造で信号用の伝送線路および電源用の導電パターンを構成し、リードフレーム(導電体層)から加工されたものである。このリード4は、実装基板2上に形成されている信号用配線層9とのショートを防止するため、ハーフエッチ部8を有している。ダイパッド部5は、リード4と同一のリードフレームから加工されており、半導体増幅素子チップ3を搭載している。導電性ワイヤ6は、半導体増幅素子チップ3とリード4とを電気的に接続している。封止部7は、半導体増幅素子チップ3、導電性ワイヤ6およびリード4の一部を封止しており、モールド樹脂からなる。
As shown in FIG. 21, the
また、実装基板2は、実装基板2の主面上に信号用配線層9を有している。この実装基板2上には、例えば実装用ハンダからなる接合材10を介して、RFモジュール1が搭載されている。この接合材10は、RFモジュール1側では、RFモジュール1の入力端子あるいは出力端子と接合され、電気的に接続されている。また接合材10は、実装基板2側では、信号用配線層9と接合され、電気的に接続されている。なお、実装基板2は、積層構造からなり、実装基板2の層間において図示しない信号用配線層を有しており、この図示しない信号用配線層と、実装基板2の主面上の信号用配線層9とは、実装基板2に形成された図示しないビアホール(Via hole)を介して電気的に接続されている。
The
上述したように、本発明者らが検討した1層構造のリード4を有するRFモジュール1においても、良好な高周波特性(電力付加効率(PAE)、電力利得(Gp)など)のRFモジュールを実現するために、インピーダンス整合が行われている(ここで、電力付加効率(PAE)とは、増幅器に供給された直流電力が出力信号として高周波電力に変換される効率を表す指数の一つであり、電力利得(Gp)とは、増幅器に供給された入力信号と出力信号の比率すなわち増幅された割合を示している)。すなわち、信号の反射、信号の干渉およびノイズの発生を抑えるように調整された伝送線路を1層構造のリード4で構成している。しかしながら、RFモジュール1を良好な高周波特性となるように形成したとしても、実装基板2に実装した場合、RFモジュール1の高周波特性が悪化(不安定化、発振)するなどの問題が生じた。実装基板2に実装した場合、RFモジュール1の高周波特性が悪化する原因としては、接合材10の高さ変動により、RFモジュール1の、リード4により構成された伝送線路と、実装基板2の信号用配線層9との間の距離が変動することで、高周波特性が変動するものと考えられる。また、実装基板2の信号用配線層9とRFモジュール1の伝送線路を構成するリード4との距離が短いため、実装基板2の信号用配線層9の信号が、RFモジュール1の伝送線路を構成するリード4に影響を与えることも考えられる。このためRFモジュール1内での損失が増大し、電力利得(Gp)が低下してしまう。
As described above, the
本発明の目的は、複数の導電体層で信号用の伝送線路および基準電位用の導電パターンを構成した封止型のRFモジュールの高周波特性を向上させることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the high-frequency characteristics of a sealed RF module in which a signal transmission line and a reference potential conductive pattern are configured by a plurality of conductor layers.
本発明の前記ならびにその他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明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
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、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による電子装置は、電力増幅回路が形成された半導体チップと、信号用の伝送線路および基準電位用の導電パターンが構成された複数の導電体層とを有している。前記信号用の伝送線路と、前記基準電位用の導電パターンとは、複数の導電体層のうち、それぞれ異なる導電体層で構成されている。 An electronic device according to the present invention includes a semiconductor chip on which a power amplifier circuit is formed, and a plurality of conductor layers each including a signal transmission line and a reference potential conductive pattern. The signal transmission line and the reference potential conductive pattern are formed of different conductor layers among the plurality of conductor layers.
また、本発明による電子装置の製造方法は、電力増幅回路が形成された半導体チップと、信号用の伝送線路および基準電位用の導電パターンが構成された複数の導電体層とを有してなる電子装置の製造方法であって、前記複数の導電体層を準備する際に、前記信号用の伝送線路と、前記基準電位用の導電パターンとを、それぞれ異なる導電体層で構成する。 The electronic device manufacturing method according to the present invention includes a semiconductor chip on which a power amplifier circuit is formed, and a plurality of conductor layers each having a signal transmission line and a reference potential conductive pattern. In the method of manufacturing an electronic device, when the plurality of conductor layers are prepared, the signal transmission line and the reference potential conductive pattern are formed of different conductor layers.
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以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
上層に信号用の伝送線路、下層に基準電位用の導電パターンを構成した複数の導電体層の積層構造とすることにより、RFモジュールの高周波特性を向上することができる。 The high frequency characteristics of the RF module can be improved by employing a laminated structure of a plurality of conductor layers in which a transmission line for signals is formed in the upper layer and a conductive pattern for reference potential is formed in the lower layer.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is a part of the other or All the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related.
(実施の形態1)
本実施の形態で示すRF(Radio Frequency)モジュールおよびそれを用いた移動体通信装置の一例を図1〜図7により説明し、RFモジュールの製造方法を図8〜図14により説明する。本実施の形態で示すRFモジュールは、信号用の伝送線路および基準電位用の導電パターンが、上層および下層からなる2層の導電体層であるリードフレームで構成したRFモジュール(RFパワーモジュール、高周波電力増幅装置、電力増幅器モジュール)である。また、このRFモジュールは、例えばGSM方式、W−CDMA方式などのネットワークを利用して情報を伝送するデジタル携帯電話(移動体通信装置)に使用されるRFモジュールである。このGSM(Global System for Mobile Communication)は、デジタル携帯電話に使用されている無線通信方式の1つまたは規格をいう。また、GSMには、使用する電波の周波数帯が3つあり、900MHz帯をGSM900または単にGSM、1800MHz帯をGSM1800またはDCS(Digital Cellular System)1800若しくはPCN、1900MHz帯をGSM1900またはDCS1900若しくはPCS(Personal Communication Services)という。なお、GSM1900は主に北米で使用されている。北米ではその他に850MHz帯のGSM850を使用する場合もある。W−CDMA(Wideband Code Division Multiple Access:広帯域・符号分割多元接続)方式は1.92GHz以上の周波数帯域で通信を行う方式である。
(Embodiment 1)
An example of an RF (Radio Frequency) module and a mobile communication device using the same shown in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7, and a method for manufacturing the RF module will be described with reference to FIGS. The RF module shown in this embodiment mode includes an RF module (RF power module, high-frequency wave) in which a signal transmission line and a reference potential conductive pattern are two-layered conductor layers composed of an upper layer and a lower layer. Power amplifier, power amplifier module). Further, this RF module is an RF module used for a digital mobile phone (mobile communication device) that transmits information using a network such as a GSM system or a W-CDMA system. This GSM (Global System for Mobile Communication) is one of radio communication systems or standards used for digital mobile phones. GSM has three frequency bands of radio waves to be used: 900 MHz band is GSM900 or simply GSM, 1800 MHz band is GSM1800 or DCS (Digital Cellular System) 1800 or PCN, 1900 MHz band is GSM1900 or DCS1900 or PCS (Personal Communication Services). GSM1900 is mainly used in North America. In North America, GSM850 in the 850 MHz band may also be used. The W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) system is a system that performs communication in a frequency band of 1.92 GHz or higher.
図1は、本実施の形態のRFモジュール1を用いたデジタル携帯電話機システムDPSの一例を示す説明図である。この図1には、本実施の形態のRFモジュール1を構成する電力増幅回路の回路ブロック図が示されている。図2は、図1のRFモジュール1を構成する電力増幅回路の回路ブロック図の回路図である。なお、この図2中の囲み部A1は、基準電位用の導電パターンとして構成されるリードフレームにワイヤボンディングされる端子を指している。また、図2中の囲み部A2は、受動素子であるインダクタ素子L1およびL2を指しており、このインダクタ素子L1およびL2は、空芯コイルとしてリードフレーム上に搭載される。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a digital cellular phone system DPS using the
図1および図2には、例えばGSM900(824〜915MHz)とDCS1800(1710〜1910MHz)との2つの周波数帯が使用可能(デュアルバンド方式)で、それぞれの周波数帯でGMSK(Gaussian filtered Minimum Shift Keying)変調方式とEDGE(Enhanced Data GSM Environment)変調方式との2つの通信方式を使用可能なRFモジュール1の電力増幅回路が示されている。なお、GMSK変調方式は、音声信号の通信に用いる方式で搬送波の位相を送信データに応じて位相シフトする方式である。また、EDGE変調方式は、データ通信に用いる方式でGMSK変調の位相シフトにさらに振幅シフトを加えた方式である。
In FIG. 1 and FIG. 2, for example, two frequency bands of GSM900 (824 to 915 MHz) and DCS1800 (1710 to 1910 MHz) can be used (dual band system), and GMSK (Gaussian filtered Minimum Shift Keying) is used in each frequency band. The power amplifying circuit of the
RFモジュール1の電力増幅回路は、例えば2つの増幅段からなるGSM900用の電力増幅回路102Aと、例えば2つの増幅段からなるDCS1800用の電力増幅回路102Bとを有している。それら電力増幅回路102A、102Bの増幅動作の制御や補佐などを行う周辺回路が配置されている。また、RFモジュール1の入力側では、GSM900用の入力端子Pin1および電力増幅回路102A間の整合回路(入力整合回路)105Aと、DCS1800用の入力端子Pin2および電力増幅回路102B間の整合回路(入力整合回路)105Bとが配置されている。さらに、RFモジュール1の出力側では、GSM900用の出力端子Pout1および電力増幅回路102A間の整合回路(出力整合回路)107Aおよびローパスフィルタ(Low Pass Filter)108Aと、DCS1800用の出力端子Pout2および電力増幅回路102B間の整合回路(出力整合回路)107Bおよびローパスフィルタ108Bとが配置されている。
The power amplifying circuit of the
GSM900用のローパスフィルタ108Aは、整合回路107Aと出力端子Pout1の間に設けられ、電力増幅回路102Aの出力が整合回路107Aを経て入力されるようになっている。DCS1800用のローパスフィルタ108Bは、整合回路107Bと出力端子Pout2の間に設けられ、電力増幅回路102Bの出力が整合回路107Bを経て入力されるようになっている。また、GSM900用の電力増幅回路102Aの各増幅段の間には段間用の整合回路(段間整合回路)が設けられ、DCS1800用の電力増幅回路102Bの各増幅段の間には段間用の整合回路(段間整合回路)が設けられている。
The low-
このうち、GSM900用の電力増幅回路102Aと、DCS1800用の電力増幅回路102Bと、周辺回路とは、1つの半導体増幅素子チップ(半導体チップ、高周波用電力増幅素子チップ)3内に形成されている。この周辺回路は、制御回路と、各増幅段にバイアス電圧を印加するバイアス回路などを有している。この制御回路は、上記電力増幅回路102A、102Bに印加する所望の電圧を発生する回路であり、各増幅段の各々の出力用の増幅素子(例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor))のドレイン端子に印加される第1電源電圧を生成する電源制御回路、およびバイアス回路を制御するための第1制御電圧を生成するバイアス電圧生成回路を有している。ここでは、電源制御回路が外部のベースバンド回路152から供給される出力レベル指定信号に基づいて第1電源電圧を生成すると、バイアス電圧生成回路が電源制御回路で生成された第1電源電圧に基づいて、第1制御電圧を生成するようになっている。ここで、ベースバンド回路152は、出力レベル指定信号を生成する回路である。この出力レベル指定信号は、電力増幅回路102A、102Bの出力レベルを指定する信号で、携帯電話と基地局との間の距離、すなわち、電波の強弱に応じた出力レベルに基づいて生成されているようになっている。
Among these, the
RFモジュール1のGSM900用の入力端子Pin1に入力されたRF入力信号は、整合回路105Aを経て半導体増幅素子チップ3に入力され、半導体増幅素子チップ3内の電力増幅回路102A、例えば3つの増幅段で増幅されて半導体増幅素子チップ3から出力され、整合回路107Aおよびローパスフィルタ108Aを経てGSM900用の出力端子Pout1からRF出力信号として出力される。また、RFモジュール1のDCS1800用の入力端子Pin2に入力されたRF入力信号は、整合回路105Bを経て半導体増幅素子チップ3に入力され、半導体増幅素子チップ3内の電力増幅回路102B、例えば2つの増幅段で増幅されて半導体増幅素子チップ3から出力され、整合回路107Bおよびローパスフィルタ108Bを経てDCS1800用の出力端子Pout2からRF出力信号として出力される。
The RF input signal input to the input terminal Pin1 for GSM900 of the
このような出力端子Pout1、Pout2から出力されるRF出力信号は、信号用の伝送線路を伝達している。一方、RFモジュール1の基準電位用の導電パターンには、例えばMOSFET(Q3)のドレインから出力端子Pout1までの間で、コンデンサ(CP11)が接地されている。
Such RF output signals output from the output terminals Pout1 and Pout2 are transmitted through a transmission line for signals. On the other hand, in the conductive pattern for the reference potential of the
各整合回路は上述したようにインピーダンス整合を行う回路である。電力を高効率で伝達するためには、インピーダンス整合を行う必要があり、例えば50Ωの特性インピーダンスとなるように調整される。 Each matching circuit is a circuit that performs impedance matching as described above. In order to transmit electric power with high efficiency, it is necessary to perform impedance matching. For example, the characteristic impedance is adjusted to 50Ω.
ローパスフィルタ108A、108Bは高調波を減衰させる回路である。電力増幅回路102A、102Bで高調波(2倍波や3倍波)成分が発生するが、電力増幅回路102A、102Bと出力端子Pout1、Pout2との間にローパスフィルタ108A、108Bを介在させることで、増幅されたRF信号に含まれる高調波成分をローパスフィルタ108A、108Bで減衰させ、出力端子Pout1、Pout2から出力されるRF出力信号に高調波成分が含まれないようにすることができる。
The low-
GSM900用の出力端子Pout1とGSM900用の電力増幅回路102Aとの間のGSM900用のローパスフィルタ(バンドパスフィルタ)108Aは、824〜915MHzの周波数帯の信号は通過させ、その周波数の2倍帯(1648〜1830MHz)や3倍帯(2472〜2745MHz)をカット(減衰)して通過させないように機能することができる。また、DCS1800用の出力端子Pout2とDCS1800用の電力増幅回路102Bとの間のDCS1800用のローパスフィルタ(バンドパスフィルタ)108Bは、1710〜1910MHzの周波数帯の信号は通過させ、その周波数の2倍帯(3420〜3820MHz)や3倍帯(5130〜5730MHz)をカット(減衰)して通過させないように機能することができる。従って、ローパスフィルタ108A、108Bは、所定の周波数帯の信号は通過させ、他の周波数帯の信号を減衰させるバンドパスフィルタとして機能することができる。
A GSM900 low-pass filter (bandpass filter) 108A between the GSM900 output terminal Pout1 and the
このように、本実施の形態のRFモジュール1は2系統(すなわちGSM900用およびDCS1800用)の電力増幅回路102A、102Bを有し、2系統の電力増幅回路102A、102Bのそれぞれにローパスフィルタ回路が接続されており、2系統の電力増幅回路102A、102Bの送信周波数帯は、それぞれ0.9GHz帯と1.8GHz帯である。
As described above, the
また、図1に示す符号ANTはアンテナ、符号151はフロントエンド・モジュール、符号152はベースバンド回路、符号153は変復調用回路、FLT1、FLT2はフィルタを示している。
In FIG. 1, reference numeral ANT denotes an antenna,
アンテナANTは、信号電波の送受信用のアンテナである。フロントエンド・モジュール151は、スイッチ回路154a、154b、コンデンサC5、C6および分波器156を有している。ベースバンド回路152は、音声信号をベースバンド信号に変換したり、受信信号を音声信号に変換したり、変調方式切換信号やバンド切換信号を生成したりするものであり、DSP(Digital Signal Processor)やマイクロプロセッサ、半導体メモリ等の複数の半導体集積回路で構成されている。変復調用回路153は、受信信号をダウンコンバートして復調しベースバンド信号を生成したり送信信号を変調したりするものである。フィルタFLT1、FLT2は、受信信号からノイズや妨害波を除去するフィルタであり、フィルタFLT1はGSM用、フィルタFLT2はDCS用である。
The antenna ANT is an antenna for transmitting and receiving signal radio waves. The
スイッチ回路154a、154bは送受信切り換え用のスイッチ回路、コンデンサC5、C6は受信信号から直流成分をカットする素子、分波器156は、GSM900帯の信号と、DCS1800帯の信号とを分波する回路であり、これら回路および素子は1つの配線基板上に搭載されてモジュールとされている。なお、スイッチ回路154a、154bの切換信号CNT1、CNT2は上記ベースバンド回路152から供給される。
The
図3は、本実施の形態のRFモジュール1を模式的に示す断面図である。図4は、図3のRFモジュール1の断面箇所とは異なる箇所のRFモジュール1を模式的に示す断面図である。図5は、本実施の形態のRFモジュール1を模式的に示す平面図(上面図)であり、封止部7を透視した状態が示されている。なお、図3および図4はRFモジュール1の模式的な構造が示されており、図5の構造を所定の位置で切断した断面とは完全には一致していない。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the
本実施の形態のRFモジュール1は、半導体増幅素子チップ3を搭載したQFN(Quad Flat Non-leaded package)の封止型のRFモジュールである。図3では、RFモジュール1が、半導体増幅素子チップ3と、リード4と、ダイパッド部5と、導電性ワイヤ6と、封止部7とを有している。また、図4では、RFモジュール1が、半導体増幅素子チップ3、リード4、ダイパッド部5、導電性ワイヤ6、封止部7、さらに例えば空芯コイルからなるインダクタ素子20を有している。
The
リード4は、上層リード4aと下層リード4bとの2層構造からなる。この下層リード4bは、実装基板(マザーボード)2上に形成されている信号用配線層9とのショートを防止するため、ハーフエッチ部8を有している。また、上層リード4aおよび下層リード4bは、それぞれ異なる導電体層である2枚のリードフレームから加工されたものである。図5に示すように、上層リード4aが加工されている上層(2枚のリードフレームのうち最上層)のリードフレームは、下層リード4bが加工されている下層(2枚のリードフレームのうち最下層)のリードフレーム上に重なっている。したがって、上層リード4aで構成する伝送線路と、下層リード4bで構成する伝送線路とは、立体交差している。例えば2層構造の伝送線路のインピーダンス整合を行う場合、伝送線路が立体交差でないRFモジュールに対し、本実施の形態のRFモジュール1は立体交差しているので、伝送線路の設計の自由度を確保することができる。なお、本実施の形態のRFモジュール1では、信号用の伝送線路が、上層リード4aで構成されており、基準電位用の導電パターンが、下層リード4bで構成されている。
The lead 4 has a two-layer structure of an
ダイパッド部5は、半導体増幅素子チップ3を搭載するものである。このダイパッド部5は、露出している箇所からダイパッド部5を抜けにくくするため、ハーフエッチ部8を有している。また、このダイパッド部5は、下層リード4bと同一のリードフレームから加工されている。したがって、最下層のリードフレームの一部であるダイパッド部5が露出しているため、実装基板2の信号用配線層9に対して接合材10を介して電気的に接続(接合)することによって、ダイパッド部5に搭載された半導体増幅素子チップ3の動作時の発熱を実装基板2側へ放散することができる。
The
導電性ワイヤ6は、半導体増幅素子チップ3の主面上に形成された電極(パッド)3aと上層リード4aおよび下層リード4bとを電気的に接続し、また、上層リード4aと下層リード4bとを電気的に接続している。
The
封止部7は、例えばモールド樹脂からなり、図3では、半導体増幅素子チップ3、導電性ワイヤ6、リード4aおよびリード4bの一部を封止している。すなわち、下層リード4bを構成するリードフレーム(導電体層)の一部が、封止部7の下面から露出している。この露出している部分は、RFモジュール1の入出力端子(外部端子)となる。
The sealing
インダクタ素子20は、例えば空芯コイルからなり、図2で示した囲み部A2のインダクタ素子である。図4に示すように、上層リード4a間を跨って、インダクタ素子20を搭載する構造が示されている。上層リード4aとインダクタ素子20とは、例えば銀(Ag)ペーストなどの接合材17を介して電気的に接続されている。また、接合材17は、インダクタ素子20と、上層リード4aまたは下層リード4bの上面に導電性の良い接合材であれば良い。また、本実施の形態では、インダクタ素子20は、上層リード4a間を跨って搭載されているが、下層リード4b間を跨って搭載されても良い。
The
実装基板2は、実装基板2の主面上に信号用配線層9を有している。この実装基板2上に、例えば実装用ハンダからなる接合材10を介して、RFモジュール1が搭載されている。この接合材10は、RFモジュール1側では、RFモジュール1の入力端子あるいは出力端子と接合され、電気的に接続されている。また接合材10は、実装基板2側では、信号用配線層9と接合され、電気的に接続されている。なお、実装基板2は、積層構造からなり、実装基板2の層間において図示しない信号用配線層を有しており、この図示しない信号用配線層と、実装基板2の主面上の信号用配線層9とは、実装基板2に形成された図示しないビアホール(Via hole)を介して電気的に接続されている。
The mounting
半導体増幅素子チップ3は、図2の回路図において点線で囲まれた回路構成に対応する半導体集積回路が形成された半導体チップである。したがって、半導体増幅素子チップ3内(または表層部分)には、電力増幅回路を構成する半導体増幅素子(例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)またはヘテロ接合バイポーラトランジスタなど)、周辺回路を構成する半導体素子および整合回路(段間整合回路)を構成する受動素子などが形成されている。半導体増幅素子チップ3は、例えば、単結晶シリコンもしくはGaAs等の化合物などからなる半導体基板(半導体ウエハ)に半導体増幅素子を形成した後、必要に応じて半導体基板の裏面研削を行ってから、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体増幅素子チップ3に分離したものである。
The semiconductor
また、半導体増幅素子チップ3の主面上には、複数の電極3aが形成されている。入力端子Pin1、Pin2、出力端子Pout1、Pout2、制御端子Ctrlに対応する電極3aは、上層リード4aと導電性ワイヤ6を介して電気的に接続される。また、電源Vdd1、Vdd2、基準電位GNDに対応する電極3aは、下層リード4bと導電性ワイヤ6を介して電気的に接続される。
A plurality of
図6は、一例として、上記電力増幅回路102A、102Bを構成する半導体増幅素子をLDMOSFET(Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor、横方向拡散MOSFET)により形成した場合の半導体増幅素子チップ3の要部断面図である。
FIG. 6 shows an example of the semiconductor
図6に示すように、p+型単結晶シリコンからなる半導体基板201の主面には、p−型単結晶シリコンからなるエピタキシャル層202が形成され、エピタキシャル層202の主面の一部には、LDMOSFETのドレインからソースへの空乏層の延びを抑えるパンチスルーストッパとしての機能するp型ウエル203が形成されている。p型ウエル203の表面には、酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜204を介してLDMOSFETのゲート電極205が形成されている。ゲート電極205は、例えばn型の多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜の積層膜などからなり、ゲート電極205の側壁には、酸化シリコンなどからなるサイドウォールスペーサ206が形成されている。
As shown in FIG. 6, an
エピタキシャル層202の内部のチャネル形成領域を挟んで互いに離間する領域には、LDMOSFETのソース、ドレインが形成されている。ドレインは、チャネル形成領域に接するn−型オフセットドレイン領域207と、n−型オフセットドレイン領域207に接し、チャネル形成領域から離間して形成されたn型オフセットドレイン領域208と、n型オフセットドレイン領域208に接し、チャネル形成領域からさらに離間して形成されたn+型ドレイン領域209とからなる。これらn−型オフセットドレイン領域207、n型オフセットドレイン領域208およびn+型ドレイン領域209のうち、ゲート電極205に最も近いn−型オフセットドレイン領域207は不純物濃度が最も低く、ゲート電極205から最も離間したn+型ドレイン領域209は不純物濃度が最も高い。
The source and drain of the LDMOSFET are formed in regions separated from each other across the channel formation region inside the
LDMOSFETのソースは、チャネル形成領域に接するn−型ソース領域210と、n−型ソース領域210に接し、チャネル形成領域から離間して形成され、n−型ソース領域210よりも不純物濃度が高いn+型ソース領域211とからなる。n−型ソース領域210の下部には、p型ハロー領域212が形成されている。
The source of the LDMOSFET, n contact with the channel forming region - -
n+型ソース領域211の端部(n−型ソース領域210と接する側と反対側の端部)には、n+型ソース領域211と接するp型打抜き層214が形成されている。p型打抜き層214の表面近傍には、p+型半導体領域215が形成されている。p型打抜き層214は、LDMOSFETのソースと半導体基板201とを電気的に接続するための導電体層であり、例えばエピタキシャル層202に形成した溝213の内部に埋め込んだp型多結晶シリコン膜によって形成される。
A p-
LDMOSFETのp型打抜き層214(p+型半導体領域215)、ソース(n+型ソース領域211)およびドレイン(n+型ドレイン領域209)のそれぞれの上部には、窒化シリコン膜221と酸化シリコン膜222とに形成されたコンタクトホール223内のプラグ224が接続されている。p型打抜き層214(p+型半導体領域215)およびソース(n+型ソース領域211)には、プラグ224を介してソース電極225が接続され、ドレイン(n+型ドレイン領域209)には、プラグ224を介してドレイン電極226が接続されている。
A
ドレイン電極226およびソース電極225のそれぞれには、ドレイン電極226およびソース電極225を覆う酸化シリコン膜227に形成されたスルーホール228を介して配線229が接続されている。配線229の上部には、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜からなる表面保護膜230が形成されている。また、半導体基板201の裏面にはソース裏面電極231が形成されている。
A
図7は、他の一例として、上記電力増幅回路102A、102Bを構成する半導体増幅素子をヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(HBT:Hetero-junction Bipolar Transistor)により形成した場合の半導体増幅素子チップ3の要部断面図である。
FIG. 7 shows, as another example, a main part of the semiconductor
図7に示されるように、半絶縁性のGaAs基板(半導体基板)251上にn+型GaAs層よりなるサブコレクタ層252が形成され、サブコレクタ層252上にHBT253が形成されている。
As shown in FIG. 7, a
各HBT253は、サブコレクタ層252上に形成された金などからなるコレクタ電極254と、このコレクタ電極254とは所定間隔だけ離間して形成されたコレクタメサ255を有している。コレクタメサ255は、例えばn型GaAs層より形成され、コレクタメサ255とコレクタ電極254はサブコレクタ層252を介して電気的に接続されている。
Each
コレクタメサ255上には、例えばp型GaAs層よりなるベースメサ256が形成されている。ベースメサ256上の周辺領域には金等よりなるベース電極257が形成されている。ベースメサ256の略中央部上にエミッタ層258が形成され、エミッタ層258上にエミッタ電極259が形成されている。エミッタ層258は、例えばn型InGaP層、GaAs層およびInGaAs層を積層した層より形成され、エミッタ電極259は、例えばタングステンシリサイドから形成されている。このように、ベースメサ(p型GaAs層)256とエミッタ層(n型InGaP層)258との間には異種半導体接合(ヘテロ接合)が形成されている。
A
コレクタメサ255上には、例えばp型GaAs層よりなるベースメサ256が形成されている。ベースメサ256上の周辺領域には金等よりなるベース電極257が形成されている。ベースメサ256の略中央部上にエミッタ層258が形成され、エミッタ層258上にエミッタ電極259が形成されている。エミッタ層258は、例えばn型InGaP層、GaAs層およびInGaAs層を積層した層より形成され、エミッタ電極259は、例えばタングステンシリサイドから形成されている。このように、ベースメサ(p型GaAs層)256とエミッタ層(n型InGaP層)258との間には異種半導体接合(ヘテロ接合)が形成されている。
A
図2〜図5に示したように、本実施の形態で示すRFモジュール1は、信号用の伝送線路および基準電位用の導電パターンが、それぞれ上層リード4aおよび下層リード4bで構成されたRFモジュールである。すなわち、上層リード4aが1枚のリードフレーム(導電体層)で加工されており、下層リード4bが1枚のリードフレーム(導電体層)で加工されており、それら2枚のリードフレームが積層して、信号用の伝送線路および基準電位用の導電パターンが構成されたRFモジュールである。なお、下層のリードフレームは、ダイパッド部5を有している。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
図2に示したRFモジュール1の回路構成において、例えばMOSFET(Q3)のドレインから出力端子Pout1までの伝送線路は、信号用の伝送線路の1つであり、上層リード4a(図3〜図5参照)で構成されることとなる。このMOSFET(Q3)のドレインから出力端子Pout1までの伝送線路から、コンデンサ(CP11)を介して基準電位までの伝送線路は、導電性ワイヤ6(図3〜図5参照)で構成されることとなる。また、RFモジュール1の基準電位用の導電パターンには、この導電性ワイヤ6が接地されている。この基準電位用の導電パターンは、下層リード4b(図3〜図5参照)で構成されることとなる。
In the circuit configuration of the
図3に示すように、この上層リード4aを有する上層のリードフレームと、下層リード4bを有する下層リードフレームとの間の間隙Gは、例えば150〜200μm程度である。また、下層のリードフレームの厚さTは、例えば125μm程度である。この場合において、実装基板2の主面上の信号用配線層9と、信号ラインが構成されている上層リード4aを有するリードフレームとの間には、少なくとも275μm程度の距離が確保されていることとなる。なお、本実施の形態では、少なくとも275μm程度の距離が確保されているが、この実装基板2の主面上の信号用配線層9と、信号ラインが構成されている上層リード4aを有するリードフレームとの間の距離は、要求される周波数帯によってストリップライン、伝送線路、回路構成および部材等が異なるため、幾通りにも調整することができる。
As shown in FIG. 3, the gap G between the upper lead frame having the
実装基板2上に、例えば実装用ハンダからなる接合材10を介して、RFモジュール1を搭載したとした場合において、接合材10の高さが変動したとしても、信号層(4a)と基準電位層(4b)の距離Gは常に一定である為、高周波特性の変動を少なくすることができる。また、2層リードフレーム構造のRFモジュール1において、最上層のリードフレームの上層リード4aに高周波信号を伝達し、最下層のリードフレームの下層リード4bを基準電位とすることにより、例えば顧客のマザーボードなどの実装基板2から発生する信号との干渉などによる高周波特性の劣化を防止することができる。
When the
また、RFモジュール1に搭載される半導体増幅素子チップ3は、出力が例えば2〜3Wであり、RFモジュール1を構成する素子のうち最も発熱する発熱能動素子である。このため、本実施の形態で示したように、RFモジュール1のパッケージを封止型のQFNとし、発熱能動素子である半導体増幅素子チップ3を封止部7から露出したダイパッド部5上に搭載している。したがって、発熱能動素子である半導体増幅素子チップ3を、下層のリードフレームのダイパッド部5上に搭載することにより、RFモジュール1の熱抵抗を低減することができる。
Further, the semiconductor
また、本実施の形態で示す2層構造のリードフレーム(上層リード4aおよび下層リード4b)による信号用の伝送線路および基準電位用の導電パターンは、従来から使用されている例えばセラミック基板、PCBなどのような主面および裏面(主面と反対の面)の2面を有する基板に形成された信号用の伝送線路および異準電位用の導電パターンと同様な構成とすることができる。
Further, the signal transmission line and the reference potential conductive pattern by the lead frame (
また、本実施の形態で示すRFモジュール1は、信号用の伝送線路が構成された上層リード4aを有するリードフレームと、基準電位用の導電パターンが構成された下層リード4bを有するリードフレームとが積層された構造のため、上層リード4aと下層リード4bとを立体交差させて構成することができる。
The
次に、本実施の形態で示すRFモジュール1の製造工程の一例を図面を参照して説明する。図8〜図14は、製造工程中のRFモジュール1を模式的に示す断面図である。なお、図8〜図14には、1つのRFモジュール1が形成される領域を符号Rで示しており、2つの領域Rが示されている。
Next, an example of a manufacturing process of the
まず、図8に示すように、肉薄金属板に打ち抜き加工またはエッチング加工が施された2枚のリードフレーム11a、11bを準備した後、それらリードフレーム11a、11bを平行に重ね合わせて、それらの枠部のキャビティ12でカシメにより一体化する。上層のリードフレーム11aには、RFモジュール1の信号用の伝送線路(図3〜図5参照)が形成されている。一方、下層のリードフレーム11bには、RFモジュール1の基準電位用の導電パターン(図3〜図5参照)が形成されている。また下層のリードフレーム11bには、ダイパッド部5およびハーフエッチ部8が形成されている。なお、本実施の形態では、このリードフレーム11a、11bから一括して複数個のRFモジュール1を形成する。
First, as shown in FIG. 8, after preparing two
続いて、図9に示すように、半導体増幅素子チップ3を下層のリードフレーム11bのダイパッド部5に搭載し、ダイボンドする。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the semiconductor
続いて、図10に示すように、半導体増幅素子チップ3とリードフレーム11a、11bとの間、およびリードフレーム11aとリードフレーム11bとの間を、導電性ワイヤ6でワイヤボンドする。
Subsequently, as shown in FIG. 10, the
続いて、図11および図12に示すように、上金型13aと下金型13bとの間にシート14を介して、ダイボンドされた半導体増幅素子チップ3、ワイヤボンドされた導電性ワイヤ6およびリードフレーム11a、11b上を例えばエポキシ樹脂等からなる封止部7で封止するために、トランスファーモールドする。すなわち、下金型13bにシートを敷いた状態でトランスファーモールドにより樹脂封止する。なお、このトランスファーモールドによる成形は、加熱加圧した樹脂を閉鎖された加熱金型内へ注入して加圧成形する方法で、一度に複数の成形が可能であり、生産性に優れている。
Subsequently, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, the die-bonded semiconductor
続いて、図13に示すように、ダイボンドされた半導体増幅素子チップ3、ワイヤボンドされた導電性ワイヤ6およびリードフレーム11a、11bおよびそれらを封止した封止部7から2つのRFモジュール1を切り出すために、ダイシングする。これにより、RFモジュール1が略完成するが、さらに図14に示すように、封止部7の角部を面取りしても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 13, two
(実施の形態2)
本実施の形態では、前記実施の形態1で示したRFモジュール1の回路を構成する受動素子を、前記実施の形態1のように半導体増幅素子チップ3内ではなく、ディスクリート部品として半導体増幅素子チップ3外で配置する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the passive element constituting the circuit of the
図15は、本実施の形態のRFモジュール1の回路図である。このRFモジュール1の回路構成は、前記実施の形態1で示した図2の回路図と同じである。なお、囲み部A1は、基準電位用の導電パターンとして適用されるリードフレーム(リード)にワイヤボンディングされる端子を指している。また、囲み部A3は、ディスクリート部品となる受動素子を指している。
FIG. 15 is a circuit diagram of the
図16は、本実施の形態のRFモジュール1を模式的に示す断面図である。図16に示すように、上層リード4a間を跨って、ディスクリート部品16を搭載する構造が示されている。上層リード4aとディスクリート部品16とは、例えば銀(Ag)ペーストなどの接合材17を介して電気的に接続されている。それ以外の構造は、前記実施の形態1と同様である。本実施の形態では、ディスクリート部品16は、容量素子の場合について示しているが、これに限らず、抵抗素子またはインダクタ素子などの受動素子でも良い。また、接合材17は、ディスクリート部品16と、上層リード4aまたは下層リード4bの上面に導電性の良い接合材であれば良い。また、本実施の形態では、ディスクリート部品16は、上層リード4a間を跨って搭載されているが、下層リード4b間を跨って搭載されても良い。
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing the
また、本実施の形態で示すRFモジュール1の製造工程は、接合材17を介して上層リード4aとディスクリート部品16とを電気的に接続する工程を有する。なお、これ以外の工程は、前記実施の形態1と同様に実現される。
Further, the manufacturing process of the
半導体増幅素子チップ3に形成できない、例えば数千pF〜数万pFのバイパスコンデンサのような受動素子でRFモジュールの回路を構成する場合、本実施の形態で示すRFモジュール1は、そのような受動素子を半導体増幅素子チップ3外でディスクリート部品16として適用することができる。
When the circuit of the RF module is configured with a passive element such as a bypass capacitor of several thousand pF to several tens of thousands pF, which cannot be formed in the semiconductor
(実施の形態3)
本実施の形態では、前記実施の形態2で示したRFモジュール1の回路を構成する受動素子を、前記実施の形態2のようにディスクリート部品16ではなく、集積受動部品(IPD(Integrated Passive Device))18として半導体増幅素子チップ3外で配置する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, the passive elements constituting the circuit of the
図17は、本実施の形態の集積受動部品18を模式的に示す断面図である。図18は、本実施の形態のRFモジュール1を模式的に示す断面図である。なお、集積受動部品18は、基板31上に複数の受動素子が形成され、能動素子は形成されていないものをいい、基板31上の導電体層および/または絶縁体層により複数の受動素子が形成されて集積受動素子が形成されているものである。
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing the integrated
図17の符号31は基板を示す。この基板31は、例えばシリコン単結晶などからなる半導体基板(半導体ウエハ)である。基板31としてシリコン単結晶などからなる半導体基板を用いれば、例えばウエハプロセスを経てウエハに形成された複数の集積受動部品チップに対して、ウエハの状態のまま一括してパッケージ・プロセスを施す、いわゆるウエハプロセスパッケージ(WPP(Wafer Process Package))技術により集積受動部品18を製造するのが容易である。他の形態として、GaAs(ガリウムヒ素)基板や、サファイア基板またはガラス基板などの絶縁性の基板などを基板31に用いることも可能である。
また、符号32は絶縁膜(酸化膜、酸化シリコン膜)を示す。この絶縁膜32は、例えば熱酸化法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)などを用いて、基板31の表面に形成されている。なお、基板31として絶縁性の基板(例えばガラス基板)を用いた場合などは、絶縁膜32の形成を省略することもできる。
また、符号33は配線を示す。この配線33は、絶縁膜32上に、例えばアルミニウム(Al)合金膜を主体とする導電体膜(導電体層)を形成し、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いてこの導電体膜をパターニングすることで、パターニングされた導電体膜(導電体層、アルミニウム合金膜)からなる。この配線33により、MIM(Metal Insulator Metal)型の容量素子(MIMキャパシタ)34の下部電極34aが形成される。
また、符号35は絶縁膜を示す。この絶縁膜35は、基板31(絶縁膜32)上に配線33を覆うように形成されている。絶縁膜35は、層間絶縁膜として機能し、例えば酸化シリコン膜などからなる。
また、符号36は開口部を示す。この開口部36は、絶縁膜35上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして絶縁膜35をドライエッチングすることにより、絶縁膜35に形成されている。この開口部36の底部では配線33(下部電極34a)が露出している。
また、符号37は絶縁膜を示す。この絶縁膜37は、開口部36の底部および側壁上を含む絶縁膜35上に、キャパシタの容量絶縁膜(例えば窒化シリコン膜など)として形成され、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングされている。この絶縁膜37が開口部36の底部の下部電極34a(配線33)上に存在し、MIM型の容量素子34の容量絶縁膜34bとなる。
また、符号38は開口部を示す。この開口部38は、フォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして絶縁膜35をドライエッチングすることにより形成される。開口部38の底部では配線33が露出している。
また、符号41は配線を示す。この配線41は、基板31(絶縁膜35)上に、開口部36、38内を埋めるように、例えばアルミニウム(Al)合金膜を主体とする導電体膜(導電体層)が形成されてなる。この配線41は、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてこの導電体膜をパターニングすることで、パターニングされた導電体膜(導電体層、アルミニウム合金膜)により形成されてなる。また、配線41は開口部38の底部で配線33に電気的に接続されている。また、キャパシタ形成領域では、配線33からなる下部電極34a上に容量絶縁膜34b(絶縁膜37)を介して形成された配線41により、MIM型の容量素子34の上部電極34cが形成されている。したがって、下部電極34a(配線33)、容量絶縁膜34b(絶縁膜37)および上部電極34c(配線41)により、MIM(Metal Insulator Metal)型の容量素子(MIMキャパシタ)34が形成されている。
また、符号43は絶縁膜(保護膜、保護樹脂膜)を示す。絶縁膜43は、基板31(絶縁膜35)上に配線41を覆うように、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはこれらの積層膜などからなる相対的に薄い絶縁膜43aを形成してから、絶縁膜43a上に相対的に厚い表面保護膜として形成されてなる。絶縁膜43は、例えばポリイミド樹脂(樹脂材料)などの樹脂材料膜からなる。
また、符号44は開口部を示す。開口部44は、絶縁膜43、43aの一部を選択的に除去して形成されてなる。
また、符号45はパッド部(パッド電極)を示す。このパッド部45は、開口部44の底部で配線41の一部を露出して配線41から形成されている。
Reference numeral 45 denotes a pad portion (pad electrode). The pad portion 45 is formed from the
また、符号51はシード膜を示す。このシード膜51は、基板31(の受動素子を形成した側の主面)上に形成されている。シード膜51は、例えばクロム(Cr)膜などからなり、例えばスパッタリング法によって形成することができる。すなわち、開口部44で露出するパッド部45(配線41)上を含む絶縁膜43上にシード膜51が形成されている。
また、符号53は配線(再配置配線層、再配線)を示す。この配線53は、露出するシード膜51上に、銅(Cu)膜を形成し、銅膜(導電体層)からなる。この配線53は、絶縁膜43、43aの開口部44の底部で配線41(パッド部45)に電気的に接続される。この配線53を絶縁膜43上に渦巻状のパターン(スパイラルパターン)に形成することにより、スパイラルインダクタ(スパイラルコイル)が形成される。
また、符号54はニッケル膜を示す。このニッケル膜54は、例えばめっき法などを用いて形成される。
また、符号61は絶縁膜(保護膜、保護樹脂膜)を示す。この絶縁膜61は、基板31(絶縁膜43)上に、配線53およびニッケル膜54を覆うように表面保護膜として、例えばポリイミド樹脂などの樹脂材料膜からなる。最上層の絶縁膜61をポリイミド樹脂などのような有機系絶縁膜とすることで、比較的軟らかい有機系絶縁膜を最上層としてチップ(集積受動部品)の取り扱いを容易にすることができる。
また、符号62は開口部を示す。この開口部62は、絶縁膜61に、配線53の一部を露出するように形成されている。
また、符号63は金(Au)膜を示す。この金膜63は、例えばめっき法などを用いて、開口部62の配線53(上のニッケル膜54)上に端子表面膜(バンプ下地金属層)として形成されている。
また、符号64はバンプ電極を示す。このバンプ電極64は、開口部62の配線53上の金膜63上に形成されている。また、バンプ電極64は、例えば半田バンプなどからなり、例えば、印刷法などにより半田ペーストを印刷した後、熱処理を施すことにより形成される。
図18に示すように、本実施の形態のRFモジュール1では、下層リード4b上に、集積受動部品18を搭載する構造が示されている。なお、本実施の形態では、集積受動部品18は、下層リード4b上に搭載されているが、上層リード4a上に搭載されても良い。しかしながら、集積受動部品18の動作時の発熱を放散するため、最下層のリードフレームに構成されている下層リード4b上に集積受動部品18を搭載することが望ましい。
As shown in FIG. 18, in the
また、本実施の形態で示すRFモジュール1の製造工程は、下層リード4b上に集積受動部品18を搭載する工程と、集積受動部品18と上層リード4aとを導電性ワイヤ6で電気的に接続する工程と、とディスクリート部品16とを電気的に接続する工程とを有する。なお、これ以外の工程は、前記実施の形態1と同様に実現される。
Further, the manufacturing process of the
より小型化されたRFモジュールを形成するにあたり、本実施の形態で示すRFモジュール1のように複数の受動素子が集積された集積受動部品18を適用することで、実現することができる。
The formation of a more compact RF module can be realized by applying an integrated
(実施の形態4)
本実施の形態では、前記実施の形態1で示したダイパッド部5上に、インターポーザー19を介して半導体増幅素子チップ3を搭載する。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, the semiconductor
図19は、本実施の形態のRFモジュール1を模式的に示す断面図である。図19に示すように、ダイパッド部5上には、例えばフレキシブル基板、テープなどのインターポーザー19を介して半導体増幅素子チップ3およびディスクリート部品16が搭載されている。なお、インターポーザー19は、下層リード4b上に架かるようにダイパッド部5上に搭載されても良い。
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the
また、本実施の形態で示すRFモジュール1の製造工程は、ダイパッド部5上にインターポーザー19を搭載する工程を有する。なお、これ以外の工程は、前記実施の形態1と同様に実現される。
Further, the manufacturing process of the
特に半導体増幅素子チップ3の周辺回路が複雑になるようなRFモジュールの回路を構成する場合、本実施の形態で示すRFモジュール1のようにインターポーザー19を適用することで、実現することができる。
In particular, when configuring a circuit of an RF module such that the peripheral circuit of the semiconductor
(実施の形態5)
本実施の形態では、前記実施の形態1で示したダイパッド部5上に、上層リード4aを介して半導体増幅素子チップ3を搭載する。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, the semiconductor
図20は、本実施の形態のRFモジュール1を模式的に示す断面図である。図20に示すように、下層のリードフレームから構成されたダイパッド部5上には、上層のリードフレームから構成された上層リード4aを介して半導体増幅素子チップ3が搭載されている。
FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing the
また、本実施の形態で示すRFモジュール1の製造工程は、上層のリードフレームと下層のリードフレームとを、ダイパッド部5上に上層リード4aが配置されるように接合する工程を有する。なお、これ以外の工程は、前記実施の形態1と同様に実現される。
In addition, the manufacturing process of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、RFモジュールを製造する製造業に幅広く利用されるものである。 The present invention is widely used in the manufacturing industry for manufacturing RF modules.
1 RFモジュール
2 実装基板
3 半導体増幅素子チップ
3a 電極
4 リード
4a 上層リード
4b 下層リード
5 ダイパッド部
6 導電性ワイヤ
7 封止部
8 ハーフエッチ部
9 信号用配線層
10 接合材
11a、11b リードフレーム
12 キャビティ
13a 上金型
13b 下金型
14 シート
15 樹脂注入口
16 ディスクリート部品
17 接合材
18 集積受動部品
19 インターポーザー
20 インダクタ素子
31 基板
32 絶縁膜
33 配線
34 容量素子
34a 下部電極
34b 容量絶縁膜
34c 上部電極
35 絶縁膜
36 開口部
37 絶縁膜
38 開口部
41 配線
43 絶縁膜
43a 絶縁膜
44 開口部
45 パッド部
51 シード膜
53 配線
54 ニッケル膜
61 絶縁膜
62 開口部
63 金膜
64 バンプ電極
102 半導体チップ
102A、102B 電力増幅回路
105A、105B 整合回路
107A、107B 整合回路
108A、108B ローパスフィルタ
151 フロントエンド・モジュール
152 ベースバンド回路
153 変復調用回路
154a スイッチ回路
154b スイッチ回路
156 分波器
201 半導体基板
202 エピタキシャル層
203 p型ウエル
204 ゲート絶縁膜
205 ゲート電極
206 サイドウォールスペーサ
207 n−型オフセットドレイン領域
208 n型オフセットドレイン領域
209 n+型ドレイン領域
210 n−型ソース領域
211 n+型ソース領域
212 p型ハロー領域
213 溝
214 p型打抜き層
215 p+型半導体領域
221 窒化シリコン膜
222 酸化シリコン膜
223 コンタクトホール
224 プラグ
225 ソース電極
226 ドレイン電極
227 酸化シリコン膜
228 スルーホール
229 配線
230 表面保護膜
231 ソース裏面電極
251 GaAs基板
252 サブコレクタ層
253 HBT
254 コレクタ電極
255 コレクタメサ
256 ベースメサ
257 ベース電極
258 エミッタ層
259 エミッタ電極
261 絶縁膜
262 コンタクトホール
263 コレクタ配線
264 絶縁膜
265 スルーホール
266 エミッタ配線
A1、A2、A3 囲み部
ANT アンテナ
C5、C6 コンデンサ
CNT1、CNT2 切換信号
Ctrl 制御端子
DPS デジタル携帯電話機システム
FLT1、FLT2 フィルタ
G 間隙
Pin1、Pin2 入力端子
Pout1、Pout2 出力端子
R 領域
T 厚さ
Vdd1、Vdd2 電源
GND 基準電位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 RF module 2 Mounting board 3 Semiconductor amplifier element chip 3a Electrode 4 Lead 4a Upper layer lead 4b Lower layer lead 5 Die pad part 6 Conductive wire 7 Sealing part 8 Half etch part 9 Signal wiring layer 10 Bonding material 11a, 11b Lead frame 12 Cavity 13a Upper mold 13b Lower mold 14 Sheet 15 Resin injection port 16 Discrete component 17 Bonding material 18 Integrated passive component 19 Interposer 20 Inductor element 31 Substrate 32 Insulating film 33 Wiring 34 Capacitor element 34a Lower electrode 34b Capacitor insulating film 34c Upper part Electrode 35 Insulating film 36 Opening 37 Insulating film 38 Opening 41 Wiring 43 Insulating film 43a Insulating film 44 Opening 45 Pad part 51 Seed film 53 Wiring 54 Nickel film 61 Insulating film 62 Opening 63 Gold film 64 Bump electrode 102 Semiconductor chip 102A, 102B Power amplifier circuit 105A, 105B Matching circuit 107A, 107B Matching circuit 108A, 108B Low-pass filter 151 Front end module 152 Baseband circuit 153 Modulation / demodulation circuit 154a Switch circuit 154b Switch circuit 156 Demultiplexer 201 Semiconductor substrate 202 Epitaxial Layer 203 p-type well 204 gate insulating film 205 gate electrode 206 sidewall spacer 207 n − type offset drain region 208 n type offset drain region 209 n + type drain region 210 n − type source region 211 n + type source region 212 p type Halo region 213 groove 214 p-type punching layer 215 p + -type semiconductor region 221 silicon nitride film 222 silicon oxide film 223 contact hole 224 plug 225 Source electrode 226 drain electrode 227 silicon oxide film 228 through hole 229 wiring 230 surface protective film 231 source back electrode 251 GaAs substrate 252 subcollector layer 253 HBT
254
Claims (19)
前記電子装置は、
第1導電体層と、
前記第1導電体層の上方に配置された第2導電体層と、
前記第1導電体層または第2導電体層上に搭載された、前記電力増幅回路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップ、第1および第2導電体層を覆う封止部とを有し、
前記第1導電体層の裏面は、前記封止部から露出し、
前記半導体チップは、入力信号用電極、出力信号用電極および基準電位用電極を有し、
前記第1導電体層は、前記基準電位用電極と電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。 An electronic device having a power amplifier circuit,
The electronic device is
A first conductor layer;
A second conductor layer disposed above the first conductor layer;
A semiconductor chip mounted on the first conductor layer or the second conductor layer and having the power amplifier circuit formed thereon;
A sealing portion covering the semiconductor chip and the first and second conductor layers;
A back surface of the first conductor layer is exposed from the sealing portion;
The semiconductor chip has an input signal electrode, an output signal electrode, and a reference potential electrode;
The electronic device, wherein the first conductor layer is electrically connected to the reference potential electrode.
前記第1および第2導電体層は、リードフレームによって構成されていることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 1.
The electronic device, wherein the first and second conductor layers are constituted by a lead frame.
前記第2導電体層は、前記入力および出力信号用電極と電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 1.
The electronic device, wherein the second conductor layer is electrically connected to the input and output signal electrodes.
前記半導体チップは、前記第1導電体層上に搭載されていることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 1.
The electronic device is characterized in that the semiconductor chip is mounted on the first conductor layer.
前記第1導電体層と第2導電体層は、導電性ワイヤによって電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 2.
The electronic device, wherein the first conductor layer and the second conductor layer are electrically connected by a conductive wire.
前記封止部は、樹脂からなることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 2.
The electronic device is characterized in that the sealing portion is made of resin.
前記第1導電体層は、ハーフエッチ部を有していることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 2.
The electronic device according to claim 1, wherein the first conductor layer has a half-etched portion.
前記電子装置は更に、整合回路を有しており、
前記整合回路は、受動素子を有してなり、
前記受動素子は、ディスクリート部品であり、前記第1または第2導電体層上に搭載されていることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 2.
The electronic device further includes a matching circuit,
The matching circuit includes a passive element,
The electronic device according to claim 1, wherein the passive element is a discrete component and is mounted on the first or second conductor layer.
前記電子装置は更に、出力整合回路を有しており、
前記出力整合回路は、集積受動部品を有してなり、
前記集積受動部品は、前記第1導体層上に搭載されていることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 2.
The electronic device further includes an output matching circuit,
The output matching circuit has integrated passive components,
The integrated passive component is mounted on the first conductor layer.
前記電子装置は更に、インターポーザーを有しており、
前記インターポーザーは、前記第1導電体層上に搭載されており、
前記半導体チップは、前記インターポーザー上に搭載されており、
前記インターポーザーは、フレキシブル基板またはテープであることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 2.
The electronic device further includes an interposer,
The interposer is mounted on the first conductor layer;
The semiconductor chip is mounted on the interposer,
The electronic device is characterized in that the interposer is a flexible substrate or a tape.
前記電子装置は、実装基板上に搭載され、
前記実装基板の主面上には、平面パターン層が形成されており、
前記第1導電体層は、前記平面パターン層と電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。 The electronic device according to claim 2.
The electronic device is mounted on a mounting substrate,
A planar pattern layer is formed on the main surface of the mounting substrate,
The electronic device, wherein the first conductor layer is electrically connected to the planar pattern layer.
(a)第1導電体層を構成する第1リードフレームおよび第2導電体層を構成する第2リードフレームを準備する工程、
(b)前記電力増幅回路が形成され、入力信号用電極、出力信号用電極および基準電位用電極が形成された半導体チップを準備する工程、
(c)前記第1リードフレームの上方に前記第2リードフレームを配置する工程、
(d)前記第1導電体層と前記基準電位用電極とを電気的に接続する工程、
(e)前記第1導電体層の裏面を露出して、前記半導体チップ、第1および第2導電体層を封止する工程、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。 A method of manufacturing an electronic device having a power amplifier circuit,
(A) preparing a first lead frame constituting the first conductor layer and a second lead frame constituting the second conductor layer;
(B) preparing a semiconductor chip in which the power amplifier circuit is formed and the input signal electrode, the output signal electrode, and the reference potential electrode are formed;
(C) disposing the second lead frame above the first lead frame;
(D) electrically connecting the first conductor layer and the reference potential electrode;
(E) exposing the back surface of the first conductor layer and sealing the semiconductor chip and the first and second conductor layers;
A method for manufacturing an electronic device, comprising:
更に、
(f)前記第2導電体層と前記入力および出力信号用電極とを電気的に接続する工程、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electronic device according to claim 12,
Furthermore,
(F) electrically connecting the second conductor layer and the input and output signal electrodes;
A method for manufacturing an electronic device, comprising:
更に、
(g)前記第1導電体層上に、前記半導体チップを搭載する工程、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electronic device according to claim 12,
Furthermore,
(G) mounting the semiconductor chip on the first conductor layer;
A method for manufacturing an electronic device, comprising:
更に、
(h)前記第1導電体層と第2導電体層とを、導電性ワイヤによって電気的に接続することを特徴とする電子装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electronic device according to claim 12,
Furthermore,
(H) A method of manufacturing an electronic device, wherein the first conductor layer and the second conductor layer are electrically connected by a conductive wire.
前記工程(e)では、前記半導体チップ、第1および第2導電体層を覆う封止部が形成され、
前記工程(e)の後、更に、
(i)前記第1リードフレームおよび前記第2リードフレームから前記第1および第2導電体層を切断した後、前記第1および第2導電体層を、前記封止部によって保持する工程、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electronic device according to claim 12,
In the step (e), a sealing portion that covers the semiconductor chip and the first and second conductor layers is formed,
After the step (e),
(I) a step of holding the first and second conductor layers by the sealing portion after cutting the first and second conductor layers from the first lead frame and the second lead frame;
A method for manufacturing an electronic device, comprising:
前記工程(a)は、更に、
(a1)前記第1導電体層をハーフエッチングする工程を有することを特徴とする電子装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electronic device according to claim 12,
The step (a) further comprises:
(A1) A method for manufacturing an electronic device, comprising a step of half-etching the first conductor layer.
前記工程(e)では、トランスファーモールドにより樹脂封止することを特徴とする電子装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electronic device according to claim 12,
In the step (e), the resin device is sealed by transfer molding.
前記工程(e)では、金型にシートを敷いた状態でトランスファーモールドにより樹脂封止することを特徴とする電子装置の製造方法。 In the manufacturing method of the electronic device according to claim 12,
In the step (e), the resin device is sealed by transfer molding in a state where a sheet is laid on a mold, and the method for manufacturing an electronic device is characterized.
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