JP2711801B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、GaAsショットキー
ゲート電界効果トランジスタなどのUHF帯以上で用い
られる電力増幅用半導体増幅素子のパッケージ構造に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】GaAs半導体を利用したショットキー
ゲート電界効果トランジスタ(以下、MESFETとい
う)は、従来のシリコン半導体を用いた半導体増幅素子
よりも高周波特性が優れており、UHF帯以上の高周波
でも高い利得を得ることができ、また、高い周波数にお
いても比較的大電力を高い効率で増幅できる。このた
め、低消費電力が要求される移動体通信機器の電力増幅
に多用されている。
【0003】このようなMESFETのパッケージとし
て図4に示すものが知られている。半絶縁性GaAsか
らなる半導体基板11の上面に設けられたMESFET
を構成するソース電極13、ドレイン電極14およびゲ
ート電極15が設けられている。半導体基板11は接地
リード30の一端に固定されている。ソース電極13と
接地リード30が接地用ボンディングワイヤ33により
接続されている。ドレイン電極14、ゲート電極15
は、ドレインリード50、ゲートリード40にボンディ
ングワイヤ53、43により接続されている。ゲートリ
ード40、ドレインリード50は、接地リード30をは
さむように設けられ、ゲートリード40、ドレインリー
ド50および接地リード30は、同じ方向に延びてい
る。そして、接地リード30、ゲートリード40および
ドレインリード50のおもて面、ならびに半導体基板1
1は、エポキシ系樹脂からなるモールド60(封止材)
により封止されている。接地リード30、ゲートリード
40およびドレインリード50の裏面は、モールド60
の裏側の表面に露出している。
【0004】接地リード30、ゲートリード40、ドレ
インリード50の裏面は同一平面であり、この面を配線
基板に密着させることにより、表面実装が可能となるの
で高密度に実装できる。また、半導体基板11が搭載さ
れた接地リード30の裏側の領域は、封止材に覆われず
に露出しており、配線基板およびその上の接地配線に密
着されるため、半導体基板11で発生した熱が効率よく
放散する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなパッケージでは、熱的には良好であるが、予想され
るよりも悪い高周波特性しか得られなかった。すなわ
ち、入力となるゲートリードと出力となるドレインリー
ドが、接地部分をはさんで配線基板の厚さと同程度の近
距離で隣接している。このため、比較的誘電率の高い配
線基板を介して入出力間が電気的に結合されるため、負
帰還がかかり、予想されるほどの利得が得られない。
【0006】本発明の目的は、上記の課題を解決したも
ので、小型で、放熱に優れ、パッケージに収めることで
高周波特性が劣化せず、加えて、表面実装技術に適した
パッケージ構造を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、(a)一方の主面が同一の平面を形成する一対の入
出力リードと、(b)一方の主面が、前記平面と同一面
を形成し、前記入出力リードの間に設けられた接地リー
ドと、(c)前記接地リードの他方の主面に搭載された
半導体基板と、(d)前記半導体基板上の増幅素子を構
成する一対の入出力電極および接地電極と、(e)前記
一対の入出力電極および前記接地電極と、前記一対の入
出力リードおよび前記接地リードをそれぞれ接続する接
続配線と、(f)前記半導体基板の搭載された領域に対
応する前記接地リードの一方の主面を露出し、前記入出
力リードが互いに対向する方向に露出するように、前記
半導体基板、接続配線および前記接地リードの他方の主
面を封止する絶縁封止材とを含むものであり、特に、前
記平面における前記絶縁封止材の形状がほぼ矩形であ
り、4角のうち1つが他と異なった形状であることが望
ましい。
【0008】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、(a)一方の主面が同一の平面を形成するように一
対の入出力リードおよび接地リードを形成し、(b)半
導体基板の一方の主面に増幅素子を構成する一対の入出
力電極および接地電極を形成し、(c)前記接地リード
の他方の主面に、前記半導体基板の他方の主面を搭載
し、(d)前記一対の入出力電極および前記接地電極
と、前記一対の入出力リードおよび前記接地リードをそ
れぞれ接続配線により接続し、(e)前記半導体基板の
搭載された領域に対応する前記接地リードの一方の主面
を露出し、前記入出力リードが互いに対向する方向に露
出するように、前記半導体基板、接続配線および前記接
地リードの他方の主面を絶縁封止材により封止するもの
である。
【0009】
【作用及び効果】本発明によれば、入出力および接地リ
ードが同一平面を形成し、半導体基板の搭載された領域
に対応する接地リードが露出しているので、平面実装に
適し、かつ、半導体基板からの放熱も容易である。同時
に、入出力リードが互いに対向する方向に露出し、その
間に半導体基板を搭載した接地リードが露出しているの
で、入出力間の干渉が充分に小さくなる。したがって、
パッケージに収めた際にも高周波特性が劣化せず、か
つ、放熱に優れ、加えて、小型で、表面実装技術に適す
る構造である。
【0010】また、ほぼ矩形の絶縁封止材の形状で、4
角のうち1つが他と異なった形状であるため、各リード
の識別が容易であり、実装の自動化に適したものであ
る。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例であるMESFETを図1
乃至図3を用いて以下詳細に説明する。図1および図2
は、樹脂封止前の平面組立図およびその断面図である。
図3は、樹脂封止後の底面図である。
【0012】まず、1.2GHz電力増幅用のMESF
ET素子10を作製する。矩形(長辺0.9mm、短辺
0.7mm)の半絶縁性のGaAsからなる半導体基板
11(厚さ0.1mm)の表面に活性層12をイオン注
入法により形成する。この活性層12上にオーミック電
極からなるソース電極13およびドレイン電極14を形
成し、これらの間の活性層12にショットキー接合する
Ti/Ptからなるゲート電極15を形成する。これら
の電極は、それぞれのボンディングパッド部分16、1
7、18を含み、くし型構造に配置されている。ゲート
長1μm、ゲート幅は1本当たり0.2mmを10本並
列に接続しており、飽和ドレイン電流500mAであ
る。ソース電極13とゲート電極15は空中配線による
交差部分があり、すべてのソース電極13とゲート電極
15は、半導体基板11上でそれぞれ相互に接続されて
いる。なお、半導体基板11の裏面は、Ti/Auの裏
面金属層で被われている。
【0013】薄板状のリードフレーム20は、接地リー
ド30、入出力リードとなるゲートリード40およびド
レインリード50がフレーム部21で連結されており、
厚さ0.4mmの無酸素銅合金(0.12%の錫を含
む)からなる。接地リード30、ゲートリード40およ
びドレインリード50の一部分は、裏面側の厚みが薄く
加工されている。接地リード30は、MESFET素子
10を搭載する搭載部31(長辺:2.5mm,短辺:
1.8mm)と、搭載部31の短辺に設けられた一対の
接地接続部32(長さ:1.9mm,幅:0.5mm)
からなる。ゲートリード40およびドレインリード50
は、搭載部31の長辺にそれぞれ隣接して配置されてお
り、幅広のボンディング接続部41、51と、ゲートお
よびドレイン接続部42、52(長さ:1.3mm,
幅:0.5mm)からなる。このゲートおよびドレイン
接続部42、52は、搭載部31とは逆の方向にそれぞ
れ延び、搭載部31の幅(MESFET素子10の入出
力方向に垂直な方向を幅として)よりも広くなっていな
い。このため、ゲートおよびドレインリード40、50
間の電気的な結合が生じない。接地リード30、入出力
リードとなるゲートリード40およびドレインリード5
0は、信号の入出力方向に見て左右対称である。搭載部
31およびボンディング接続部41、51は、ホンディ
ングのためにその表面が銀めっきされている。
【0014】MESFET素子10の裏面を銀エポキシ
系の導電性接着剤で搭載部31の中央に固定する。この
際、熱伝導性をよくするために、導電性接着剤を半導体
基板11の面積と同程度に広く平坦に塗布したのち、そ
の面にMESFET素子10の裏面金属層を密着して、
加圧する。その後、ボンディングパッド部分16、1
7、18と接地リード30の搭載部31、ゲートリード
40およびドレインリード50のボンディング接続部4
1、51との間をそれぞれ直径25μmの金線からなる
ボンディングワイヤ33、43、53により接続する。
接地リード30のボンディングワイヤ33は、半導体基
板11の2つの短辺(信号の入出力方向にほぼ平行な
辺)の近傍のボンディングパッド部分16にそれぞれ接
続されている。このような接続により、搭載部31の信
号入出力方向の長さが長くならないので、小型化が可能
であり、高周波特性も悪化しない。
【0015】その後、エポキシ系樹脂により樹脂封止を
行い、絶縁封止材としてモールド60を形成する。この
モールド60は、MESFET素子10、ボンディング
ワイヤ33、43、53を完全に包み、接地リード30
の搭載部31、ゲートリード40およびドレインリード
50のボンディング接続部41、51の上側(おもて
面)を覆う。そして、接地リード30、ゲートリード4
0およびドレインリード50の底面側の多くの部分を占
める露出部34、44、54、ならびに、接地リード3
0、ゲートリード40およびドレインリード50の接続
部31、41、51を露出している。そして、モールド
60の底面61は、これらの露出部34、44、54、
ゲートリード40およびドレインリード50と同一の平
面上にある。これにより、平板状の配線基板に搭載した
際に、接地リード30が接地配線とはんだ合金等の金属
により密着するため、この配線層から熱が充分に放散さ
れるとともに、ゲートリード40とドレインリード50
の間に電気的に安定な接地を得ることができる。
【0016】最後に、接地リード30、ゲートリード4
0およびドレインリード50からフレーム部21を切断
して取外し、MESFETを完成する。モールド60の
底面61は、ほぼ正方形であり、4角のうち、1つの角
62は大きく面取りされている。この面取りされた角6
2は、MESFETのリードの方向を認識するために用
いられ、特に、実装を自動化した際にMESFETの方
向を機械的に簡単に識別することができる。なお、この
識別用の角の形状は、他の形状でもよいが、このような
面取りが作製が容易で、かつ、識別も簡単である。
【0017】以上の本実施例によるMESFETは、入
出力方向に平行な辺の近くで、接地リードに接続してい
るので接地が安定化し、パッケージの外形が小さくでき
る。また、熱伝導性のよい接地リードに基板を密着して
搭載しており、その裏面が絶縁封止剤から露出している
ため、表面実装に配線した場合に放熱が良く、高密度に
実装することができる。
【0018】本発明は上述の実施例に限定されるもので
はなく種々の態様が可能である。例えば、MESFET
を増幅素子として用いているが、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ(HBT)などでもよい。また、使用時の
電力損失(ドレイン損失など)が0.3W〜1.5W程
度で用いることが適当である。接地リードなどのリード
フレームは銅または銅合金を用いることが放熱の点から
望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例であるMESFETの平面組立図であ
る。
【図2】実施例であるMESFETの組立断面図であ
る。
【図3】実施例であるMESFETの底面図である。
【図4】従来技術によるパッケージ構造を説明するため
の図である。
【符号の説明】
10 MESFET素子 11 半導体基板 12 活性層 13 ソース電極 14 ドレイン電極 15 ゲート電極 16、17、18 ボンディングパッド部分 20 リードフレーム 21 フレーム部 30 接地リード 31 搭載部 32 接地接続部 40 ゲートリード 41 ボンディング接続部 42 ゲート接続部 50 ドレインリード 51 ボンディング接続部 52 ドレイン接続部 33、43、53 ボンディングワイヤ 34、44、54 露出部 60 モールド 61 底面 62 面取りされた角

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)一方の主面が同一の平面を形成す
    る一対の入出力リードと、(b)一方の主面が、前記平
    面と同一面を形成し、前記入出力リードの間に設けられ
    た接地リードと、(c)前記接地リードの他方の主面に
    搭載された半導体基板と、(d)前記半導体基板上の増
    幅素子を構成する一対の入出力電極および接地電極と、
    (e)前記一対の入出力電極および前記接地電極と、前
    記一対の入出力リードおよび前記接地リードをそれぞれ
    接続する接続配線と、(f)前記半導体基板の搭載され
    た領域に対応する前記接地リードの一方の主面を露出
    し、前記入出力リードが互いに対向する方向に露出する
    ように、前記半導体基板、接続配線および前記接地リー
    ドの他方の主面を封止する絶縁封止材とを含むことを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 (g)前記平面における前記絶縁封止材
    の形状がほぼ矩形であり、4角のうち1つが他と異なっ
    た形状であることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 (a)一方の主面が同一の平面を形成す
    るように一対の入出力リードおよび接地リードを形成
    し、(b)半導体基板の一方の主面に増幅素子を構成す
    る一対の入出力電極および接地電極を形成し、(c)前
    記接地リードの他方の主面に、前記半導体基板の他方の
    主面を搭載し、(d)前記一対の入出力電極および前記
    接地電極と、前記一対の入出力リードおよび前記接地リ
    ードをそれぞれ接続配線により接続し、(e)前記半導
    体基板の搭載された領域に対応する前記接地リードの一
    方の主面を露出し、前記入出力リードが互いに対向する
    方向に露出するように、前記半導体基板、接続配線およ
    び前記接地リードの他方の主面を絶縁封止材により封止
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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