JP2006332096A - 半導体装置 - Google Patents

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崇 北原
Ikuo Akazawa
生朗 赤澤
Jun Sakazume
順 坂爪
Takashi Yamada
孝 山田
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Abstract

【課題】 実装基板上にワイヤボンディングによって実装されたチップを有する半導体装置において、実装基板上における実装レイアウトの自由度を向上する。
【解決手段】 チップ14の主面上においては、相対的にチップ14の外周側に位置するボンディングパッド15Aの配列および相対的にチップ14の中心側に位置するボンディングパッド15Bの配列の2列をチップ14の外周に沿って配置し、これらのボンディングパッド15A、15Bは、チップ14の外周に沿った方向で互い違いに配置する。配線基板11上においては、相対的にチップ14の外周に近いボンディングパッド16Aの配列および相対的にチップ14の外周に遠いボンディングパッド16Bの配列の2列をチップ14の外周の1辺およびその1辺と対向する1辺に沿って配置し、これらのボンディングパッド16A、16Bは、チップ14の外周に沿った方向で互い違いに配置する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、ワイヤボンディングによって実装された半導体チップを有する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
特開2004−179442号公報(特許文献1)には、複数の第1半導体チップを搭載基板の表面上に面付けし、それら複数の第1半導体チップのうちの少なくとも1つと背中合わせで第2半導体チップを搭載し、第2半導体チップの1つの辺に沿って大半のボンディングパッドと上記搭載基板上に形成された対応する電極との間をワイヤボンディングで接続することにより、マルチチップモジュールを小型化する技術が開示されている。
特開2004−179442号公報
近年、携帯電話などの移動体通信機器で使用されるRF(Radio Frequency)パワーモジュールに対して小型化が要求されてきている。本発明者らは、RFパワーモジュールの小型化について検討しており、その中で以下のような課題を見出した。
すなわち、本発明者らが検討したRFパワーモジュールに搭載される半導体チップ(以下、単にチップと記す)においては、平面外周に沿ってボンディングパッドが配置され、そのボンディングパッドから放射状にボンディングワイヤが引き出されることによって実装基板に実装されている。そのため、その放射状に広がったボンディングワイヤが実装基板上を広く占有し、その実装基板上における実装レイアウトの自由度を制限してしまう課題が存在する。
本発明の目的は、実装基板上にワイヤボンディングによって実装されたチップを有する半導体装置において、実装基板上における実装レイアウトの自由度を向上できる技術を提供することにある。
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。
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。
本発明による半導体装置は、
(a)実装基板と、
(b)前記実装基板上に複数のボンディングワイヤによって実装された半導体チップと、
(c)前記半導体チップの主面において外周に沿って複数列で配列され、前記複数のボンディングワイヤのうちの対応するものの一端が接続された複数の第1ボンディングパッドと、
(d)前記実装基板上において前記半導体チップの前記外周に沿って配列され、前記複数のボンディングワイヤの他端が接続された複数の第2ボンディングパッドとを有し、
前記複数の第1ボンディングパッドは複数列で配列され、第1列に含まれる前記第1ボンディングパッドと第2列に含まれる前記第1ボンディングパッドとは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに配置され、
前記複数の第2ボンディングパッドは複数列で配列され、第3列に含まれる前記第2ボンディングパッドと第4列に含まれる前記第2ボンディングパッドとは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに配置されているものである。
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以下のとおりである。
すなわち、実装基板上にワイヤボンディングによって実装されたチップを有する半導体装置において、実装基板上における実装レイアウトの自由度を向上できる。
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。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1のRFパワーモジュールを形成する増幅回路の回路ブロック図である。図1には、GSM900とDCS1800の2つの周波数帯が使用可能なデュアルバンド方式の回路ブロック図を例示しており、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つの通信方式が使用可能となっている。
ここで、GSM(Global System for Mobile Communication)は、デジタル携帯電話機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。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もしくはPCN(Personal Communication Network)という。また、1900MHz帯をGSM1900またはDCS1900もしくは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。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位相シフトの他に振幅変調を加えた方式である。
図1に示すように、増幅回路1は、GSM900用の電力増幅回路2と、DCS1800用の電力増幅回路3と、これら電力増幅回路2、3の増幅動作の制御や補正などを行う周辺回路4とを有している。各電力増幅回路2、3は、それぞれ3つの増幅段2a〜2c、3a〜3cと、3つの整合回路2d〜2f、3d〜3fとを有している。つまり、入力端子5a、5bは、入力用の整合回路2d、3dを介して1段目の増幅段2a、3aの入力と電気的に接続されており、1段目の増幅段2a、3aの出力は、段間用の整合回路2e、3eを介して2段目の増幅段2b、3bの入力と電気的に接続されている。そして、2段目の増幅段2b、3bの出力は、段間用の整合回路2f、3fを介して最後の増幅段2c、3cの入力と電気的に接続され、最後の増幅段2c、3cの出力は、出力端子6a、6bと電気的に接続されている。
周辺回路4は、制御回路4aと、増幅段2a〜2c、3a〜3cにバイアス電圧を印加するためのバイアス回路4bなどを有している。制御回路4aは、電力増幅回路2、3に印加する所定の電圧を発生する回路であり、電源制御回路4cおよびバイアス電圧生成回路4dを有している。電源制御回路4cは、増幅段2a〜2c、3a〜3cにおいて、各出力用のパワーMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のドレイン電極に印加される電源電圧を生成する回路である。また、バイアス電圧生成回路4dは、バイアス回路4bを制御するための制御電圧を生成する回路である。
本実施の形態1では、電源制御回路4cが増幅回路1の外部にあるベースバンド回路から供給される出力レベル指定信号に基づいて電源電圧を生成すると、バイアス電圧生成回路4dが電源制御回路4cで生成された電源電圧に基づいて、制御電圧を生成するようになっている。ベースバンド回路は、出力レベル指定信号を生成する回路である。ベースバンド回路で生成される出力レベル指定信号は、電力増幅回路2、3の出力レベルを指定する信号で、携帯電話機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るようになっている。
図2は、電力増幅回路2およびバイアス回路4bの回路構成の一例を示した回路図である。図2において、本実施の形態1における電力増幅回路2は、3段の増幅段2a〜2cとして、3つのMISFETQ1〜Q3を順次接続した回路構成をしている。この電力増幅回路2の出力レベルは電源制御回路4cから供給される電源電圧Vdd1とバイアス回路4bから供給されるゲートバイアス電圧によって制御される。電源電圧Vdd1は、3つのMISFETQ1〜Q3のドレイン電極に供給されるようになっている。
整合回路2d〜2fは、インダクタとコンデンサとを有しており、増幅段2aの入力および各段間でのインピーダンス整合をとる機能を有している。また、コンデンサは、インダクタと各段のMISFETQ1〜Q3の入力との間に接続されており、インピーダンス整合をとる機能と、電源電圧Vdd1とゲートバイアス電圧との直流電圧を遮断する機能とを有している。
バイアス回路4bは、複数の分圧回路を有している。各分圧回路は、一対の抵抗R1、R2より構成されている。各一対の抵抗R1、R2はバイアス回路4bの入力端子5cと、基準電位(たとえば、接地電位)との間に直列に接続されている。そして、一対の抵抗R1、R2間を繋ぐ配線部分と各段のMISFETQ1〜Q3のゲート電極とは、電気的に接続されている。したがって、バイアス回路4bの入力端子5cに制御電圧が入力されると、その電圧が一対の抵抗R1、R2で分圧されて所定のゲートバイアス電圧が生成され、生成されたゲートバイアス電圧がそれぞれのMISFETQ1〜Q3のゲート電極に入力されるようになっている。
次に、上記回路構成を有するRFパワーモジュールの実装構成について説明する。図3は、本実施の形態1におけるRFパワーモジュールの構成を示した平面図である。
図3に示すように、本実施の形態1におけるRFパワーモジュール10は、配線基板11上に受動部品12およびチップ14を有している。配線基板(実装基板)11は、配線を形成した複数枚の絶縁体板を積層して一体化した多層配線構造をしている。配線基板11を構成する絶縁体板は、たとえばミリ波域まで誘電損失の少ないアルミナ(酸化アルミニウム、Al、比誘電率9〜9.7程度)などのようなセラミックからなるが、これに限定されるものではなく、たとえばガラスエポキシ樹脂などを使用してもよい。受動部品12は、前述の回路を形成するインダクタ、コンデンサおよび抵抗等である。チップ14には、前述の増幅回路を形成するMISFET等が形成されている。また、チップ14の主面(素子形成面)に設けられたボンディングパッド(第1ボンディングパッド)15A、15Bと配線基板11上に形成されたボンディングパッド(第2ボンディングパッド)16A、16Bとは、それぞれ対応するもの同士がたとえばAu(金)からなるワイヤ17によってボンディングされることにより電気的に接続している。
上記チップ14の主面上においては、相対的にチップ14の外周側に位置するボンディングパッド15Aの配列(第1列)および相対的にチップ14の中心側に位置するボンディングパッド15Bの配列(第2列)の2列がチップ14の外周の1辺およびその1辺と対向する1辺に沿って配置され、これらのボンディングパッド15A、15Bは、それら2辺のそれぞれに沿った方向で互い違いに配置されている。また、配線基板11上においては、相対的にチップ14の外周に近いボンディングパッド16Aの配列(第3列)および相対的にチップ14の外周に遠いボンディングパッド16Bの配列(第4列)の2列がチップ14の外周の1辺およびその1辺と対向する1辺に沿って配置され、これらのボンディングパッド16A、16Bは、それら2辺のそれぞれに沿った方向で互い違いに配置されている。それにより、ボンディングパッド15A、15B、16A、16Bの配列に沿った方向においては、これらボンディングパッド15A、15B、16A、16Bをより密接して配置することが可能となる。すなわち、ボンディングパッド15A、15B、16A、16Bの配列と交差する方向へワイヤ17をより密に引き出すことができる。その結果、チップ14から見てワイヤ17が引き出されていない方向においては、実装基板11上のレイアウトの自由度を向上できるので、たとえばさらに多くの受動部品12などを搭載することが可能となる。
また、ボンディングパッド15A、15Bが互い違いの2列でなく、チップ14の外周に沿った1列のみで配列されるレイアウトに合わせてチップ14の平面がレイアウトされていた場合には、ボンディングパッド15A、15Bが互い違いの2列になることによって、チップ14の平面をボンディングパッド15A、15Bが配置されていない領域14Aを削除したレイアウトとすることができる(図4参照)。それにより、さらに実装基板11上のレイアウトの自由度を向上できるので、さらに多くの受動部品12などを搭載することが可能となる。また、本実施の形態1のRFパワーモジュール自体も小型化することが可能となる。
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、実装基板11上のレイアウトの自由度を向上するためにボンディングパッド15A、15Bとボンディングパッド16A、16Bとのそれぞれを互い違いに配置する場合について説明したが(図3参照)、本実施の形態2では、ワイヤ17の接続位置を工夫することで実装基板11上のレイアウトの自由度の向上を図るものである。
図5に示すように、高周波出力で用いられるチップ14上のボンディングパッド15Cと実装基板11上のボンディングパッド16Cとの間を、複数本のワイヤ17によって電気的に接続することにより、高周波出力に伴うインピーダンスの低減が期待できる。しかしながら、複数本のワイヤ17は、ボンディングパッド15C上にチップ14の外周に沿って1列で接続され、ボンディングパッド16Cに向かって放射状に引き出される。そのため、実装基板11上のレイアウトの自由度を低下させてしまうことが懸念される。
そこで、本実施の形態2では、図6に示すように、複数本のワイヤ17をチップ14の外周の1辺に沿って互い違いにボンディングパッド(第1ボンディングパッド)15Cに接続し、かつボンディングパッド15Cについてもそれに合わせたレイアウトとする。それにより、ワイヤ17が並ぶチップ14の外周に沿った方向においては、ボンディングパッド15Cに対してより密接して複数のワイヤ17を接続することが可能となる。また、ボンディングパッド15Cからボンディングパッド16Cへワイヤ17をより密に引き出すことができる。それにより、ボンディングパッド16Cにおいては、領域16Dで示す部分を縮小することができる。その結果、チップ14から見てワイヤ17が引き出されていない方向においては、実装基板11上のレイアウトの自由度を向上できるので、たとえばさらに多くの受動部品12などを搭載することが可能となる。
また、図7に示すように、図6に示したレイアウトに加えて、ボンディングパッド15Cから引き出された複数本のワイヤ17をボンディングパッド(第2ボンディングパッド)16Cに対してもチップ14の外周の1辺に沿って互い違いに接続してもよい。この場合、ボンディングパッド16Cについてもそれに合わせたレイアウトとする。それにより、図6に示したレイアウトに比べて、ボンディングパッド15Cからボンディングパッド16Cへワイヤ17をさらに密に引き出すことができる。その結果、ボンディングパッド16Cにおいては、縮小できる領域16Dをさらに大きくすることが可能となるので、チップ14から見てワイヤ17が引き出されていない方向においては、実装基板11上のレイアウトの自由度をさらに向上することができる。
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。
たとえば、前記実施の形態においては、半導体装置の一例としてRFパワーモジュールについて説明したが、RFパワーモジュール以外でもDRAM(Dynamic Random Access Memory)などのワイヤボンディングによって実装基板にボンディングされるチップを有する半導体装置であってもよい。
本発明の半導体装置は、ワイヤボンディングによって実装基板にボンディングされるチップを有する半導体装置に広く適用することができる。
本発明の実施の形態1の半導体装置の一例であるRFパワーモジュールを形成する増幅回路の回路ブロック図である。 図1中に示した電力増幅回路およびバイアス回路の回路構成の一例を示した回路図である。 本発明の実施の形態1の半導体装置の一例であるRFパワーモジュール構成を示した平面図である。 本発明の実施の形態1の半導体装置の一例であるRFパワーモジュールに含まれるチップの平面図である。 本発明の実施の形態2の半導体装置の一例であるRFパワーモジュールに含まれるチップと比較したチップの平面図である。 本発明の実施の形態2の半導体装置の一例であるRFパワーモジュールに含まれるチップの平面図である。 本発明の実施の形態2の半導体装置の一例であるRFパワーモジュールに含まれるチップの平面図である。
符号の説明
1 増幅回路
2 電力増幅回路
2a〜2c 増幅段
2d〜2f 整合回路
3 電力増幅回路
3a〜3c 増幅段
3d〜3f 整合回路
4 周辺回路
4a 制御回路
4b バイアス回路
4c 電源制御回路
4d バイアス電圧生成回路
5a、5b、5c 入力端子
6a、6b 出力端子
10 RFパワーモジュール
11 配線基板(実装基板)
12 受動部品
14 チップ
14A 領域
15A、15B ボンディングパッド(第1ボンディングパッド)
15C ボンディングパッド(第1ボンディングパッド)
16A、16B ボンディングパッド(第2ボンディングパッド)
16C ボンディングパッド(第2ボンディングパッド)
16D 領域
17 ワイヤ
Q1〜Q3 MISFET
R1、R2 抵抗
Vdd1 電源電圧

Claims (5)

  1. 実装基板と、
    前記実装基板上に複数のボンディングワイヤによって実装された半導体チップと、
    前記半導体チップの主面において外周に沿って複数列で配列され、前記複数のボンディングワイヤのうちの対応するものの一端が接続された複数の第1ボンディングパッドと、
    前記実装基板上において前記半導体チップの前記外周に沿って配列され、前記複数のボンディングワイヤの他端が接続された複数の第2ボンディングパッドとを有し、
    前記複数の第1ボンディングパッドは複数列で配列され、第1列に含まれる前記第1ボンディングパッドと第2列に含まれる前記第1ボンディングパッドとは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに配置され、
    前記複数の第2ボンディングパッドは複数列で配列され、第3列に含まれる前記第2ボンディングパッドと第4列に含まれる前記第2ボンディングパッドとは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに配置されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 実装基板と、
    前記実装基板上に複数のボンディングワイヤによって実装された半導体チップと、
    前記半導体チップの主面において外周に沿って複数列で配列され、前記複数のボンディングワイヤのうちの対応するものの一端が接続された複数の第1ボンディングパッドと、
    前記実装基板上において前記半導体チップの前記外周に沿って配列され、前記複数のボンディングワイヤの他端が接続された複数の第2ボンディングパッドとを有し、
    前記複数の第1ボンディングパッドは複数列で配列され、第1列に含まれる前記第1ボンディングパッドと第2列に含まれる前記第1ボンディングパッドとは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに配置され、
    前記複数の第2ボンディングパッドは複数列で配列され、第3列に含まれる前記第2ボンディングパッドと第4列に含まれる前記第2ボンディングパッドとは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに配置され、
    前記半導体チップは、前記複数の第1ボンディングパッドが1列で配列された場合に比べて前記主面が小型化されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 実装基板と、
    前記実装基板上に複数のボンディングワイヤによって実装された半導体チップと、
    前記半導体チップの主面において外周に沿って複数列で配列され、前記複数のボンディングワイヤのうちの対応するものの一端が接続された複数の第1ボンディングパッドと、
    前記実装基板上において前記半導体チップの前記外周に沿って配列され、前記複数のボンディングワイヤの他端が接続された複数の第2ボンディングパッドとを有し、
    同電位の前記第1ボンディングパッドおよび前記第2ボンディングパッドはそれぞれ一体化して配置され、複数本の前記ボンディングワイヤで電気的に接続され、
    前記同電位の前記第1ボンディングパッドに接続する複数本の前記ボンディングワイヤは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに前記同電位の前記第1ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする半導体装置。
  4. 実装基板と、
    前記実装基板上に複数のボンディングワイヤによって実装された半導体チップと、
    前記半導体チップの主面において外周に沿って複数列で配列され、前記複数のボンディングワイヤのうちの対応するものの一端が接続された複数の第1ボンディングパッドと、
    前記実装基板上において前記半導体チップの前記外周に沿って配列され、前記複数のボンディングワイヤの他端が接続された複数の第2ボンディングパッドとを有し、
    同電位の前記第1ボンディングパッドおよび前記第2ボンディングパッドはそれぞれ一体化して配置され、複数本の前記ボンディングワイヤで電気的に接続され、
    前記同電位の前記第1ボンディングパッドおよび前記第2ボンディングパッドに接続する複数本の前記ボンディングワイヤは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに前記同電位の前記第1ボンディングパッドおよび前記第2ボンディングパッドのそれぞれに接続されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 実装基板と、
    前記実装基板上に複数のボンディングワイヤによって実装された半導体チップと、
    前記半導体チップの主面において外周に沿って複数列で配列され、前記複数のボンディングワイヤのうちの対応するものの一端が接続された複数の第1ボンディングパッドと、
    前記実装基板上において前記半導体チップの前記外周に沿って配列され、前記複数のボンディングワイヤの他端が接続された複数の第2ボンディングパッドとを有し、
    同電位の前記第1ボンディングパッドおよび前記第2ボンディングパッドはそれぞれ一体化して配置され、複数本の前記ボンディングワイヤで電気的に接続され、
    前記同電位の前記第1ボンディングパッドに接続する複数本の前記ボンディングワイヤは、前記半導体チップの前記外周に沿った方向で互い違いに前記同電位の前記第1ボンディングパッドに接続され、
    前記同電位の前記第1ボンディングパッドおよび前記第2ボンディングパッドは、高周波出力に用いられることを特徴とする半導体装置。
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