JP2010272749A

JP2010272749A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2010272749A
Application number: JP2009124401A
Authority: JP
Inventors: Shuko Okuda; 修功奥田; Shunsuke Kobayashi; 俊介小林; Nobukazu Suzuki; 伸和鈴木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-12-02
Also published as: US20100295601A1; CN101895282A

Abstract

【課題】スイッチ回路部で生じる高周波輻射が論理回路部へ悪影響を及ぼすことを抑制でき、かつ、小型化、低コスト化を犠牲にすることのない半導体装置を得る。
【解決手段】スイッチ回路部を論理回路部にてスイッチング動作させる半導体装置（アンテナスイッチ）。スイッチ回路部と論理回路部とが単一の半導体基板２０上に形成されており、論理回路部の直上にシールド導体３０が配置されている。シールド導体３０はエアブリッジ構造とされ、グランド端子ＧＮＤ３に接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置、特に、スイッチ回路部と論理回路部とを備えた半導体装置に関する。

一般に、半導体装置として、携帯電話などのアンテナの直下に配置されるアンテナスイッチモジュールが知られており、この半導体装置では、トランジスタを含むスイッチ回路部を論理回路部にてスイッチング動作させるように構成されている。

特許文献１には、半導体基板を用いたアンテナスイッチ回路が記載されており、アンテナスイッチ回路チップとアンテナスイッチデコーダ回路チップとがそれぞれ別の基板上に形成され、両者がワイヤボンド接続されている。しかし、このアンテナスイッチ回路では、アンテナスイッチ回路とデコーダ回路とが別々に形成され、両者を接続して一体化しているため、装置が全体的に大型化し、接続のための工程が必要で高価になるという問題点を有していた。

そのために、スイッチ回路部とそれを制御する論理回路部とを単一の半導体基板上に形成することが考えられる。しかし、両者を近接して配置すると、例えば、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications）のように送信時に３５ｄＢｍという大きな電力を出力する場合、スイッチ回路部にその大電力（高周波）が印加されて電力の一部が論理回路部に輻射される不具合を生じる。輻射電力が論理回路部に作用すると、論理回路部が誤動作するおそれがある。スイッチ回路部のトランジスタの数を増加させたり、スイッチ回路部と論理回路部とを遠ざけてＩＣを大きくすることで、論理回路部への輻射作用を減少させることができるが、これでは小型化が損われ、両者を単一の基板上に形成した意味がなくなる。

特開２００４−３５００６８号公報

そこで、本発明の目的は、スイッチ回路部で生じる高周波輻射が論理回路部へ悪影響を及ぼすことを抑制でき、かつ、小型化、低コスト化を犠牲にすることのない半導体装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一形態である半導体装置は、
スイッチ回路部と論理回路部とを備えた半導体装置において、
前記スイッチ回路部と前記論理回路部とが単一の半導体基板上に形成されており、
前記論理回路部の直上にシールド導体が配置されていること、
を特徴とする。

前記半導体装置においては、スイッチ回路部と論理回路部とが単一の半導体基板上に形成されているために小型化、低コスト化を達成でき、かつ、論理回路部の直上にシールド導体が配置されているため、スイッチ回路部から高周波の電力輻射が生じたとしても、該輻射はシールド導体を介して逃がされるので論理回路部に誤動作が生じるおそれはない。

本発明によれば、スイッチ回路部で生じる高周波輻射が論理回路部へ悪影響を及ぼすことを抑制でき、かつ、小型化、低コスト化を犠牲にすることのない半導体装置を得ることができる。

本発明に係る半導体装置の概略構成を示すブロック図である。前記半導体装置の回路図である。前記半導体装置の各エレメントの配置関係を示す説明図である。前記半導体装置の論理回路部を示す断面図である。前記半導体装置に配置されたシールド導体の平面図である。

以下、本発明に係る半導体装置の実施例について添付図面を参照して説明する。

本発明に係る半導体装置の一実施例は、図１及び図２に示すように、スイッチ回路部１１と論理回路部１２とからなる単極双投スイッチであり、携帯電話などのアンテナの直下に配置されるものである。

詳しくは、スイッチ回路部１１は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、Ｔｒ３，Ｔｒ４及び抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を備えたスイッチ回路部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄからなり、アンテナ端子ＡＮＴ、信号端子Ｐｏｒｔ１，Ｐｏｒｔ２、グランド端子ＧＮＤ１，ＧＮＤ２を備えている。論理回路部１２はスイッチ回路部１１をスイッチング動作させる所定の回路で構成されており、制御端子ＣＴＬ、電源端子ＶＤＤ、グランド端子ＧＮＤ３を備えている。

以上の単極双投スイッチ（アンテナスイッチ）において、制御端子ＣＴＬからアンテナ端子ＡＮＴと信号端子Ｐｏｒｔ１とを接続する信号を論理回路部１２に入力すると、論理回路部１２が制御信号を出力し、回路部１１Ａ、１１Ｄの各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がオンするとともに、回路部１１Ｂ，１１Ｃの各トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３はオフのままとなる。回路部１１Ａがオンするのでアンテナ端子ＡＮＴと信号端子Ｐｏｒｔ１とが導通する。信号端子Ｐｏｒｔ２へ漏れてくる信号は回路部１１Ｄがオンになりグランド端子ＧＮＤ２を介して接地されるため、グランド端子ＧＮＤ２から外部に逃がされる。一方、制御端子ＣＴＬからアンテナ端子ＡＮＴと信号端子Ｐｏｒｔ２とを接続する信号を論理回路部１２に入力すると、回路部１１Ｂ，１１Ｃの各トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がオンするとともに、回路部１１Ａ，１１Ｄの各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４はオフ状態となり、回路部１１Ｂがオンしているので、アンテナ端子ＡＮＴと信号端子Ｐｏｒｔ２とが導通する。信号端子Ｐｏｒｔ１へ漏れてくる信号は回路部１１Ｃがオンになりグランド端子ＧＮＤ１を介して接地されるため、グランド端子ＧＮＤ１から外部に逃がされる。

前記トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４や端子ＡＮＴ，Ｐｏｒｔ１，Ｐｏｒｔ２，ＧＮＤ１，ＧＮＤ２は、半導体基板２０上に、図３に示す状態で配置されている。本実施例において、各スイッチ回路部は５個のトランジスタで構成されているが、必要な出力に応じて、トランジスタの数は変更しても構わない。また、論理回路部１２は半導体基板２０の下段部にグランド端子ＧＮＤ３を間にして２分割された状態で配置されている。

２分割された論理回路部１２の直上には、それぞれの論理回路部１２を覆うようにシールド導体３０（図４参照）が配置されている。論理回路部１２の断面構造は、図４に示すように、例えば、ガリウム・ヒ素基板からなる半導体基板２０の表面部分に論理回路部１２を構成するトランジスタなどの素子２１が形成され、保護層２２ａを介してグランド端子ＧＮＤ３などの電極が金、チタンなどで形成され、さらに、保護層２２ｂが形成されている。保護層２２ａ，２２ｂは窒化シリコン、酸化シリコンやポリイミドなどからなる。シールド導体３０は、金などの導体からなり、保護層２２ｂの開口部を通じてグランド端子ＧＮＤ３に電気的に接続された状態で、エアブリッジ構造で形成されている。

エアブリッジ構造とは、例えば、特開平７−３２１４２５号公報に詳述されている。即ち、保護層２２ｂの表面にレジストを塗布、乾燥させ、該保護層２２ｂ上に金属膜をめっきなどで形成し、レジストを洗い出すことによりシールド導体３０とする。洗い出されたレジストの跡は空隙３１となる。なお、レジストをそのまま残してもよい。また、シールド導体３０を、エアブリッジ構造とせずに、保護層２２ｂ上に直接形成してもよい。

シールド導体３０は、図５（Ａ）に示すように、全面的に覆う形状であってもよく、図５（Ｂ）に示すように、スリット３０ａが形成されていてもよく、あるいは、図５（Ｃ）に示すように、網目状に多数の開口３０ｂが形成されていてもよい。なお、シールド導体３０の大きさ（面積）は、図３に示すように２分割されている論理回路部１２のそれぞれの大きさ（面積）にほぼ等しい。

以上の構成からなる半導体装置（アンテナスイッチモジュール、複合モジュール）においては、スイッチ回路部１１と論理回路部１２とが単一の半導体基板２０上に形成されているために、配線が短くて済むので小型化が達成され、また、実装に手間がかからないので低コスト化を達成できる。しかも、論理回路部１２の直上にシールド導体３０が配置されているため、スイッチ回路部１１から高周波の電力輻射が生じたとしても、該輻射はシールド導体３０からグランド端子ＧＮＤ３を介して逃がされるので論理回路部１２に誤動作が生じるおそれはない。

前記シールド導体３０は必ずしもグランド端子ＧＮＤ３に接続されている必要はないが、グランドに落とされているほうがシールド効果が良好である。輻射された高周波信号を逃がすためであれば、シールド導体３０は制御端子ＣＴＬ又は電源端子ＶＤＤに接続されていてもよい。

また、シールド導体３０にスリット３０ａや開口３０ｂが形成されていれは、エアブリッジ構造とする際にレジストの洗い出しが容易になり、シールド導体３０自体の強度や耐候性が高くなる。しかも、シールド導体３０と論理回路部１２との間に発生する浮遊容量が小さくなり、制御動作が安定化する。スリット３０ａを形成する場合には、スリット３０ａの幅寸法を高周波信号の波長の１／２以下に設定することで、該高周波信号が論理回路部１２に侵入することを防止できる。

また、シールド導体３０をエアブリッジ構造とすれば、シールド導体３０と論理回路部１２との間に比誘電率が１の空隙３１が形成されるので、両者の間に発生する浮遊容量を小さくでき、制御動作が安定化する。

さらに、スイッチ回路部１１のグランド端子ＧＮＤ１、ＧＮＤ２と論理回路部１２のグランド端子ＧＮＤ３とを半導体基板２０上の異なる位置に離れた状態で配置することにより（図３参照）、スイッチ回路部１１で発生したノイズが論理回路部１２へ侵入することが防止される。また、論理回路部１２を二つに分けてその間にグランド端子ＧＮＤ３を配置し、両側に制御端子ＣＴＬ及び電源端子ＶＤＤを配置することで、外部からそれぞれの端子へ電気的に接続する作業が容易になる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る半導体装置は前記各実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、半導体基板上に設けられる各種電子素子や端子の個数、配置関係などは任意である。また、前記実施例に示した材料はあくまで例示である。

以上のように、本発明は、スイッチ回路部と論理回路部とを備えた半導体装置に有用であり、特に、スイッチ回路部で生じる高周波輻射が論理回路部へ悪影響を及ぼすことを抑制でき、かつ、小型化、低コスト化を犠牲にすることがない点で優れている。

１１…スイッチ回路部
１２…論理回路部
２０…半導体基板
２２ｂ…保護層
３０…シールド導体
３０ａ…スリット
３０ｂ…開口
ＡＮＴ…アンテナ端子
ＧＮＤ１，ＧＮＤ２，ＧＮＤ３…グランド端子
Ｐｏｒｔ１，Ｐｏｒｔ２…信号端子
ＣＴＬ…制御端子
ＶＤＤ…電源端子

Claims

スイッチ回路部と論理回路部とを備えた半導体装置において、
前記スイッチ回路部と前記論理回路部とが単一の半導体基板上に形成されており、
前記論理回路部の直上にシールド導体が配置されていること、
を特徴とする半導体装置。
前記シールド導体はグランドに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記論理回路部は前記スイッチ回路部を制御するための制御端子と、前記論理回路部と前記スイッチ回路部へ電力を供給するための電源端子とを備え、前記シールド導体は前記制御端子及び／又は電源端子に接続されていること、を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記シールド導体にはスリット、開口又は網目が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
前記シールド導体はエアブリッジ構造であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
前記シールド導体は前記半導体基板上に形成された保護層の表面に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
前記スイッチ回路部のグランド端子と前記論理回路部のグランド端子とは、前記半導体基板上の異なる位置に配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体装置。