JP2015035554A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】樹脂封止部上にチップ部品等を実装することが可能な半導体装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、ダイパッド10と、ダイパッド10上に搭載された半導体チップ14と、一端が半導体チップ14に接続されるワイヤ30a、30bと、ワイヤ30a、30bの他端が接続されると共に、上端よりも大きい面積の下端を有する入力端子26及び出力端子28と、ダイパッド10、半導体チップ14、ワイヤ30a、30b、入力端子26、及び出力端子28を封止し、上面に入力端子26及び出力端子28の上端が露出すると共に、下面に入力端子26及び出力端子28の下端が上端よりも大きい面積で露出してなる樹脂封止部32と、を備える半導体装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば半導体チップが樹脂封止部により封止された半導体装置に関する。
ダイパッド、入力端子、及び出力端子を有するリードフレームを用い、ダイパッド上に実装した半導体チップを樹脂封止部で封止する構成が知られている。また、半導体チップで発生した熱を放熱させるために、樹脂封止部の上面から、半導体チップと熱的に接続する金属部を露出させる構成が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
米国特許第8049312号明細書 米国特許第6777800号明細書
ダイパッド上に実装した半導体チップを樹脂封止部で封止する従来の構成では、入力端子及び出力端子は、樹脂封止部の下面からのみ露出する。半導体装置の小型化のためには、半導体チップに電気的に接続されるチップ部品等を、樹脂封止部上に実装することが望ましいが、従来の構成では、実現することが難しい。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、樹脂封止部上にチップ部品等を実装することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
本発明は、ダイパッドと、前記ダイパッド上に搭載された半導体チップと、一端が前記半導体チップに接続される接続部と、前記接続部の他端が接続されると共に、上端よりも大きい面積の下端を有する端子と、前記ダイパッド、前記半導体チップ、前記接続部、及び前記端子を封止し、上面に前記端子の前記上端が露出すると共に、下面に前記端子の前記下端が前記上端よりも大きい面積で露出してなる樹脂封止部と、を備えることを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、樹脂封止部上にチップ部品等を実装することができる。
上記構成において、上面にチップ部品が搭載され、下面に前記チップ部品に接続された電極が設けられた基板をさらに備え、前記基板の前記電極は、前記樹脂封止部の上面に露出した前記端子の前記上端に接続され、前記樹脂封止部の下面に露出した前記端子の前記下端は、外部と接続される接続部となる構成とすることができる。
上記構成において、前記端子の側面は、前記樹脂封止部の側面から露出している構成とすることがっできる。
本発明によれば、樹脂封止部上にチップ部品等を実装することができる。
図1は、実施例1に係る半導体装置の断面図である。 図2(a)は、実施例1に係る半導体装置の上面斜視図、図2(b)は、下面斜視図である。 図3は、比較例1に係る半導体装置の断面図である。 図4は、実施例1の変形例1に係る半導体装置の断面図である。 図5(a)は、実施例2に係る半導体装置の上面図、図5(b)は、プリント基板の下面図、図5(c)は、図5(a)のA−A間の断面図である。 図6は、実施例2に係る半導体装置を示す回路図である。 図7(a)は、実施例3に係る半導体装置の上面図、図7(b)は、プリント基板の下面図、図7(c)は、図7(a)のA−A間の断面図である。 図8は、実施例3に係る半導体装置を示す回路図である。 図9(a)は、実施例4に係る半導体装置の上面図、図9(b)は、プリント基板の下面図、図9(c)は、図9(a)のA−A間の断面図である。 図10は、実施例4に係る半導体装置を示す回路図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図1は、実施例1に係る半導体装置の断面図である。図2(a)は、実施例1に係る半導体装置の上面斜視図、図2(b)は、下面斜視図である。図1のように、実施例1の半導体装置100は、ダイパッド10と入力端子26と出力端子28とを含むリードフレーム11、半導体チップ14、及び樹脂封止部32を有する。リードフレーム11は、例えば銅等の金属からなる。半導体チップ14は、ダイパッド10上に導電性接着剤12によって固定されて搭載されている。導電性接着剤12は、例えば金−錫の合金、銀、又は半田など金属を含むペーストを用いることができる。半導体チップ14は、例えば高周波及び高出力で動作する半導体チップであり、窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)チップである。なお、窒化物半導体としては、例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaNが挙げられる。
ダイパッド10上に、更に、入力側の整合基板16と出力側の整合基板18とが導電性接着剤12によって固定され搭載されていてもよい。入力側の整合基板16と出力側の整合基板18とは、半導体チップ14の入力側及び出力側におけるインピーダンス整合のプリマッチのためのキャパシタを有する。半導体チップ14の上面には、半導体チップ14の上面に形成された機能部分におけるゲート電極及びドレイン電極に電気的に接続されたゲート電極パッド20及びドレイン電極パッド22が設けられている。半導体チップ14の下面には、半導体チップ14の上面に形成された機能部分におけるソース電極に、半導体チップ14を貫通するビア配線(不図示)によって電気的に接続されたソース電極パッド24が設けられている。
半導体チップ14の上面に設けられたゲート電極パッド20は、ワイヤ30a(接続部:接続部はワイヤ以外にもリボンを用いることができる)によって、入力側の整合基板16に電気的に接続される。半導体チップ14の上面に設けられたドレイン電極パッド22は、ワイヤ30b(接続部)によって、出力側の整合基板18に電気的に接続される。ワイヤ30a、30bは、例えば金等の金属からなる。つまり、ワイヤ30a、30bの一端は半導体チップ14に接続され、他端は整合基板16、18に接続されている。
入力端子26と出力端子28とは、例えばダイパッド10を挟むように、ダイパッド10の周囲に配置されている。入力側の整合基板16は、ワイヤ30cによって、入力端子26に電気的に接続され、出力側の整合基板18は、ワイヤ30dによって、出力端子28に電気的に接続される。ワイヤ30c、30dも、例えば金等の金属からなる。このように、半導体チップ14のゲート電極パッド20は、入力端子26に電気的に接続され、ドレイン電極パッド22は、出力端子28に電気的に接続される。半導体チップ14のソース電極パッド24は、導電性接着剤12を介して、ダイパッド10に電気的に接続される。
図1から図2(b)のように、樹脂封止部32は、半導体チップ14、整合基板16、18、ワイヤ30a〜30d、及びリードフレーム11を封止して設けられている。樹脂封止部32は、例えばエポキシ樹脂からなる。入力端子26及び出力端子28はL字型形状をしていて、上端と下端とが樹脂封止部32の上面と下面とから露出している。入力端子26及び出力端子28の下端の面積は、上端の面積よりも大きくなっている。入力端子26及び出力端子28の側面は、樹脂封止部32の側面から露出している。ダイパッド10の下面は、半導体チップ14で発生した熱の放熱性及びソース電極パッド24を基準電位(例えばグランド電位)に電気的に接続させる観点から、樹脂封止部32の下面から露出している。
リードフレーム11は、基準電位端子34を更に有していてもよい。基準電位端子34は、入力端子26と出力端子28との両側に設けられている。基準電位端子34も入力端子26及び出力端子28と同様に、上端、下端及び側面が、樹脂封止部32の上面、下面及び側面から露出している。基準電位端子34は、例えばダイパッド10と電気的に接続され、基準電位(例えばグランド電位)となっている。
ここで、実施例1の半導体装置の効果を説明するために、比較例1の半導体装置について説明する。図3は、比較例1に係る半導体装置の断面図である。図3のように、比較例1では、リードフレーム84に含まれる入力端子86及び出力端子88は、樹脂封止部32の下面から露出しているが、上面からは露出していない。その他の構成は、実施例1の図1と同じであるため説明を省略する。
比較例1では、入力端子86及び出力端子88が樹脂封止部32の下面から露出し、上面からは露出していない。このため、チップ部品等を半導体チップ14に電気的に接続させる場合、チップ部品等を樹脂封止部32上に配置することが難しい。
一方、実施例1によれば、入力端子26及び出力端子28の下端が、樹脂封止部32の下面から露出するのに加えて、上端が上面からも露出している。これにより、樹脂封止部32の上面に半田付け可能なパッドが形成されるため、樹脂封止部32上にチップ部品等を配置することができる。また、樹脂封止部32の上面から露出する入力端子26及び出力端子28の上端の面積は、樹脂封止部32の下面から露出する入力端子26及び出力端子28の下端の面積よりも小さくなっている(例えば、上端の面積は、下端の面積の70%から80%程度の面積となっている)。つまり、入力端子26及び出力端子28の下端が、樹脂封止部32の上面から露出する上端よりも大きい面積で、樹脂封止部32の下面から露出している。これにより、樹脂封止部32上にチップ部品等を配置して高周波信号を扱う場合でも、高周波信号に与える影響を抑えることができる。もし、上端の面積が下端の面積と同等の場合には、樹脂封止部の上面に設けられる回路やチップ部品等に対し寄生容量が発生するため、整合回路の誤差の起因となる。また、下端の面積を小さくし上端の面積と同等になる場合には、その下端と接地する下地との接地強度が弱くなり、また、入力端子26及び出力端子28にワイヤを設けることができなくなる。
実施例1では、入力端子26及び出力端子28の側面は、樹脂封止部32の側面から露出している場合を例に示したが、図4の実施例1の変形例1のように、入力端子26及び出力端子28の側面が、樹脂封止部32で覆われている場合でもよい。しかしながら、入力端子26及び出力端子28の側面が樹脂封止部32の側面から露出することで、樹脂封止部32上に実装するチップ部品等の半田付け具合をチェックすることができる。したがって、入力端子26及び出力端子28の側面は、樹脂封止部32の側面から露出していることが好ましい。
実施例1の半導体装置100は、比較例1の半導体装置に対して、リードフレームの形状を変えることで形成することができる。よって、実施例1の半導体装置100は、容易に得ることができる。また、整合基板16、18は設けられていない場合でもよく、この場合、半導体チップ14に一端が接続するワイヤ30a、30bの他端は、入力端子26及び出力端子28に接続されることになる。
図5(a)は、実施例2に係る半導体装置の上面図、図5(b)は、プリント基板の下面図、図5(c)は、図5(a)のA−A間の断面図である。図5(a)から図5(c)のように、実施例2の半導体装置200は、実施例1の半導体装置100上に、導電性接着剤42によって、プリント基板40が接続されている。導電性接着剤42は、例えば金−錫の合金、銀、又は半田など金属を含むペーストを用いることができる。
プリント基板40には、入力配線44、出力配線46、及び基準電位配線48が形成されている。各配線は、プリント基板40の下面から側面を経由して上面に延在している。なお、図5(a)及び図5(b)では、各配線は、プリント基板40の側面においてハーフビア配線の構成をしているが、ハーフビア配線の代わりに、プリント基板40を貫通するビア配線の形態をとってもよい。
入力配線44は、プリント基板40の下面に形成された部分が導電性接着剤42によって入力端子26の上端に接続されている。したがって、入力配線44は、入力端子26に電気的に接続されている。同様に、出力配線46及び基準電位配線48は、プリント基板40の下面に形成された部分が導電性接着剤42によって出力端子28及び基準電位端子34(図5(a)〜図5(c)では不図示、以下同様)に接続されている。これにより、出力配線46は、出力端子28に電気的に接続されている。基準電位配線48は、基準電位端子34に電気的に接続され、例えばグランド電位となっている。
プリント基板40の上面には、チップ部品50、52が搭載されている。チップ部品50は、入力配線44と基準電位配線48とに跨って搭載されている。チップ部品52は、出力配線46と基準電位配線48とに跨って搭載されている。チップ部品50、52は、例えば容量チップである。
図6は、実施例2に係る半導体装置を示す回路図である。図6のように、入力端子Inから出力端子Outにかけて、インダクタL1、L2、HEMT14a、インダクタL3、L4が直列に接続されている。インダクタL2は、HEMT14aのゲート電極Gに接続され、インダクタL3は、HEMT14aのドレイン電極Dに接続されている。HEMT14aのソース電極Sは基準電位(例えばグランド電位)に接続されている。入力端子InとインダクタL1との間のノードn1と基準電位(例えばグランド電位)との間にキャパシタC1が接続されている。インダクタL1とL2との間のノードn2と基準電位(例えばグランド電位)との間にキャパシタC2が接続されている。インダクタL3とL4との間のノードn3と基準電位(例えばグランド電位)との間にキャパシタC3が接続されている。インダクタL4と出力端子Outとの間のノードn4と基準電位(例えばグランド電位)との間にキャパシタC4が接続されている。
HEMT14aは、図5(c)の半導体チップ14に対応する。インダクタL1はワイヤ30cにより生成され、インダクタL2はワイヤ30aにより生成され、インダクタL3はワイヤ30bにより生成され、インダクタL4はワイヤ30dにより生成される。キャパシタC1はチップ部品50によるキャパシタであり、キャパシタC2は整合基板16によるキャパシタであり、キャパシタC3は整合基板18によるキャパシタであり、キャパシタC4はチップ部品52によるキャパシタである。
入力端子Inに入力された高周波信号は、HEMT14aにより増幅されて、出力端子Outから出力される。HEMT14aの入力側にインダクタL1、L2とキャパシタC1、C2とが接続され、出力側にインダクタL3、L4とキャパシタC3、C4とが接続されている。このため、入力側及び出力側におけるインピーダンス整合がなされる。
実施例2によれば、上面にチップ部品50、52が搭載され、下面にチップ部品50、52に接続された入力配線44(電極)及び出力配線46(電極)が設けられたプリント基板40を備える。そして、プリント基板40の入力配線44及び出力配線46は、樹脂封止部32の上面に露出した入力端子26及び出力端子28の上端に接続されている。また、樹脂封止部32の下面に露出した入力端子26及び出力端子28の下端は、外部と接続される接続部となる。このように、樹脂封止部32上に、プリント基板40及びチップ部品50、52が設けられることで、半導体装置200を小型化することができる。このように、樹脂封止部32上に、プリント基板40及びチップ部品50、52が設けられることで、半導体装置200を小型化することができる。
図5(a)から図5(c)のように、半導体チップ14は、ワイヤ30a〜30dにより、入力端子26及び出力端子28に電気的に接続されている。チップ部品50、52は、容量チップであり、入力配線44と基準電位配線48及び出力配線46と基準電位配線48に跨って設けられている。つまり、チップ部品50、52は、入力端子26と基準電位との間及び出力端子28と基準電位との間に接続されたキャパシタとなる。これにより、図6のように、HEMT14aの入力側にインダクタL1、L2とキャパシタC1、C2が接続され、出力側にインダクタL3、L4とキャパシタC3、C4が接続された構成となり、入力側及び出力側におけるインピーダンス整合を行うことができる。
実施例2では、入力配線44と基準電位配線48との間及び出力配線46と基準電位配線48との間の両方にチップ部品50、52が設けられているが、いずれか一方が設けられている場合でもよい。即ち、チップ部品は、入力端子26と基準電位との間及び出力端子28と基準電位との間の少なくとも一方に接続されたキャパシタである場合でもよい。
チップ部品50、52は、プリント基板40上に搭載されているが、プリント基板40を介さず、入力端子26、出力端子28、及び基準電位端子34の上面に直接接続されていてもよい。即ち、樹脂封止部32上に、プリント基板40が設けられてなく、チップ部品50、52だけが設けられている場合でもよい。また、チップ部品50、52の代わりに、後述する実施例3のように、プリント基板40に形成された容量性のオープンスタブとなる配線によって、図6のキャパシタC1、C4が生成される場合でもよい。したがって、樹脂封止部32上には、プリント基板40及びチップ部品50、52の少なくとも一方が設けられた構成とすることができる。
図7(a)は、実施例3に係る半導体装置の上面図、図7(b)は、プリント基板の下面図、図7(c)は、図7(a)のA−A間の断面図である。図7(a)から図7(c)のように、実施例3の半導体装置300は、プリント基板40に形成された入力配線44a、出力配線46a、及び基準電位配線48aのパターン形状並びにプリント基板40上に搭載されたチップ部品54が実施例2と異なる。
入力配線44a、出力配線46a、及び基準電位配線48aは、プリント基板40の下面から側面を経由して上面に延在している点は実施例2と同じである。実施例2と異なる点は、複数の基準電位配線48aは、プリント基板40の下面で1つに接続して、入力配線44a及び出力配線46aが形成された領域以外の領域を覆っている点である。また、プリント基板40の上面において、入力配線44aは延在して形成されて容量性のオープンスタブとなり、1つの基準電位配線48aも延在して形成されてインダクタンス成分が大きくなっている点である。チップ部品54は、出力配線46aとインダクタンス成分の大きい基準電位配線48aとに跨って搭載された容量チップである。その他の構成は、実施例2の図5(a)から図5(c)と同じであるため説明を省略する。
図8は、実施例3に係る半導体装置を示す回路図である。図8のように、実施例2の図6と異なる点は、キャパシタC4と基準電位(例えばグランド電位)との間にインダクタL5が直列に接続されている点である。インダクタL1、L2、L3、L4は、実施例2と同様に、ワイヤ30c、30a、30b、30dにより生成される。キャパシタC1は、容量性のオープンスタブである入力配線44aにより生成される。キャパシタC2、C3は、実施例2と同様に、整合基板16、18によるキャパシタである。キャパシタC4は、チップ部品54によるキャパシタである。インダクタL5は、プリント基板40の上面を延在して設けられた基準電位配線48aにより生成される。
実施例3のように、プリント基板40に容量性のオープンスタブとなる入力配線44aが形成されている場合でも、図8のように、HEMT14aの入力側にインダクタL1、L2とキャパシタC1、C2が接続された構成となるため、入力側におけるインピーダンス整合を行うことができる。また、入力配線44aに加えて、出力配線46aを容量性のオープンスタブとしてもよく、これにより、出力側におけるインピーダンス整合を行うこともできる。
図7(a)のように、チップ部品54は、容量チップであり、出力配線46aと複数の基準電位配線48aのうちのインダクタンス成分の大きい基準電位配線48aとに跨って設けられている。つまり、チップ部品54は、インダクタンス成分の大きい基準電位配線48aと出力端子28との間に接続されたキャパシタとなる。これにより、図8のように、ノードn4と基準電位(例えばグランド電位)との間にキャパシタC4とインダクタL5が直列に接続された構成となり、高調波が出力されることを抑制できる。プリント基板40とチップ部品54とは、樹脂封止部32上に設けられているため、半導体チップ14に近い位置で高調波処理を行うことができる。よって、高調波処理の効果を高めることができる。
図9(a)は、実施例4に係る半導体装置の上面図、図9(b)は、プリント基板の下面図、図9(c)は、図9(a)のA−A間の断面図である。図9(a)から図9(c)のように、実施例4の半導体装置400は、プリント基板40に形成された入力配線44b、出力配線46b、及び基準電位配線48bのパターン形状並びにプリント基板40上に搭載されたチップ部品56、58が実施例2と異なる。また、プリント基板40の上面に浮き配線60も形成されている。
入力配線44b、出力配線46b、及び基準電位配線48bは、プリント基板40の下面から側面を経由して上面に延在している点は実施例2と同じである。実施例2と異なる点は、プリント基板40の上面において、入力配線44b及び出力配線46bが互いに近づくように延在し、その間に浮き配線60が形成されている点である。チップ部品56は、入力配線44bと浮き配線60とに跨って搭載された容量チップであり、チップ部品58は、出力配線46bと浮き配線60とに跨って搭載された抵抗チップである。その他の構成は、実施例2の図5(a)から図5(c)と同じであるため説明を省略する。
図10は、実施例4に係る半導体装置を示す回路図である。図10のように、実施例2の図6と異なる点は、キャパシタC1、C4が接続されてなく、ノードn1とノードn4との間にキャパシタC5と抵抗R1とが直列に接続されている点である。また、ノードn4にチョークコイルL6が接続されている点である。インダクタL1、L2、L3、L4は、実施例2と同様に、ワイヤ30c、30a、30b、30dにより生成される。キャパシタC2、C3は、実施例2と同様に、整合基板16、18によるキャパシタである。キャパシタC5は、チップ部品56によるキャパシタであり、抵抗R1は、チップ部品58による抵抗である。
実施例4によれば、図9(a)のように、チップ部品56は、容量チップであり、入力配線44bと浮き配線60とに跨って設けられている。チップ部品58は、抵抗チップであり、出力配線46bと浮き配線60とに跨って設けられている。つまり、チップ部品56、58は、入力端子26と出力端子28との間に直列に接続されたキャパシタと抵抗となる。これにより、図10のように、ノードn1とn4との間にキャパシタC5と抵抗R1とが直列に接続された構成となり、HEMT14aの出力側から入力側へのフィードバック回路が形成される。
このようなフィードバック回路を構成するチッブ部品56、58が、半導体チップ14から離れた位置に設けられると、位相回転を無視できず、発振を引き起こす可能性がある。また、帰還ループが大きくなるために雑音を拾ったり、不要な放射を引き起こし、周りの回路に悪影響を及ぼす可能性がある。一方、実施例4では、チップ部品56、58は、樹脂封止部32上に設けられているため、半導体チップ14に近い位置にフィードバック回路を形成することができる。よって、上記のようなことを抑制することができる。
実施例1から4では、半導体チップ14のドレイン電極を半導体チップ14の出力端子としたが、ゲート電極又はソース電極を出力端子としてもよい。また、半導体チップ14は、窒化物半導体を用いたHEMTの場合に限らず、窒化物半導体又はGaAs系半導体を用いた電界効果トランジスタチップの場合でもよいし、電界効果トランジスタチップ以外の場合でもよい。さらに、基準電位がグランド電位である場合を例に示したが、その他の電位である場合でもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 ダイパッド
11 リードフレーム
14 半導体チップ
26 入力端子
28 出力端子
30a〜30d ワイヤ
32 樹脂封止部
34 基準電位端子
40 プリント基板
44、44a、44b 入力配線
46、46a、46b 出力配線
48、48a、48b 基準電位配線
50〜58 チップ部品
100〜400 半導体装置

Claims (3)

  1. ダイパッドと、
    前記ダイパッド上に搭載された半導体チップと、
    一端が前記半導体チップに接続される接続部と、
    前記接続部の他端が接続されると共に、上端よりも大きい面積の下端を有する端子と、
    前記ダイパッド、前記半導体チップ、前記接続部、及び前記端子を封止し、上面に前記端子の前記上端が露出すると共に、下面に前記端子の前記下端が前記上端よりも大きい面積で露出してなる樹脂封止部と、を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 上面にチップ部品が搭載され、下面に前記チップ部品に接続された電極が設けられた基板をさらに備え、
    前記基板の前記電極は、前記樹脂封止部の上面に露出した前記端子の前記上端に接続され、前記樹脂封止部の下面に露出した前記端子の前記下端は、外部と接続される接続部となることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記端子の側面は、前記樹脂封止部の側面から露出していることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
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