JP3120865B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路等の半導体装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置は、微細加工技術の進歩と回
路設計技術の進展とにより、約２００万の回路素子が１
つの半導体チップの中に集積されるまでになった。この
半導体装置に搭載される機能は多種にわたり、もはや１
つのシステムが構築できるほどになったと言われてい
る。ただし、従来の半導体装置の形状は、半導体チップ
が例えばプラスチックパッケージに封止され、リード、
コムあるいはピン等の電気的な接続のための接触端子が
該パッケージから出たものであった。

【０００３】従来、こうした半導体装置は、プリント基
板とよばれる１層又は多層のプリント配線を有する樹脂
製の板に実装されていた。プリント基板の表面に半導体
装置を半田付けすることにより該半導体装置の接触端子
をプリント配線に接続する実装方式である。このプリン
ト基板への半田付けによる実装技術は広範に用いられて
いる成熟した技術であって、プリント基板上には抵抗、
コンデンサ等の受動部品も同時に実装されて１つの機能
をもった回路ブロックあるいはシステムが構築される。
ワークステーション、パーソナルコンピュータ等の機器
では、こうしたプリント基板が１枚ないし複数枚用いら
れる。中心となる１枚のプリント基板に付加的な機能を
含む全ての機能を集約しないほうが自由度が増大し、目
的に合わせた使い方ができるので、必要に応じてプリン
ト基板を追加することによって機能の拡大や高速化を図
ることが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のとおり従来の半
導体装置は電気的な接続のための接触端子がパッケージ
から出た形状であり、その実装にプリント基板を使用し
て回路構成を行なっていたため、次の諸問題があった。

【０００５】（１）プリント基板への半導体装置の実装
時に２００〜３００℃の半田付け工程を経るので、半導
体装置によっては過大な熱衝撃により機能不良やパッケ
ージ不良が引き起される。

【０００６】（２）リード間隔を小さくするとリード間
で半田の短絡が発生しやすくなるため、リード間隔をあ
まり小さくはできない。また、両面配線あるいは多層配
線のプリント基板が用いられているが、基本的には部品
を基板表面に実装する技術であるので実装密度が向上し
ない。

【０００７】（３）半導体装置自体の大きさ及び形状に
加えて、そのリード数及びリード配置が決らないうちは
プリント基板上の全体配置が決らない。また、リード数
やリード配置に変更があると、プリント基板の設計をや
り直す必要が生じる。さらに、グレードアップへの対応
が困難である。

【０００８】（４）パッケージとリードとの隙間から半
導体装置の中に水分が侵入し、その後の温度上昇で気化
した蒸気の作用によりパッケージにクラックが生じた
り、半導体チップがストレスを受けて特性不良が発生す
る。

【０００９】（５）プリント基板の配線や端子は、水分
や酸性雰囲気による腐食を受けやすく、断線・短絡等、
信頼性の面で問題がある。また、長いプリント配線は信
号遅延の原因にもなる。

【００１０】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであって、外部に出る電気的な接続のための一切の接
触端子を有しない半導体装置を実現することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、電源の供給にマイクロ波を、信号の授
受に高周波を各々利用することによって、電源供給と信
号授受とをいずれも非接触式としたものである。

【００１２】具体的に説明すると、請求項１の発明に係
る半導体装置は、電気信号の処理を行なうための信号処
理回路と、一方で前記信号処理回路の電気信号を高周波
信号に変換して送信し、他方で受信した高周波信号を電
気信号に変換して前記信号処理回路に供給するための送
受信回路とが表面に形成された半導体基板と、前記信号
処理回路及び前記送受信回路に電力を供給するようにマ
イクロ波を電力に変換 するための電源手段とを備えた構
成を採用したものである。しかも、前記電源手段は、前
記マイクロ波の進行方向に対して直交するように前記半
導体基板と平行に隔絶して配置された編状のメッシュパ
ッドと、前記半導体基板と前記メッシュパッドとの間に
前記メッシュパッドから隔絶された状態でかつ前記メッ
シュパッドと平行に介装された板状のダイパッドとを有
することとした。

【００１３】請求項２の発明では、前記半導体基板、前
記メッシュパッド及び前記ダイパッドを単一のパッケー
ジ内に封止することとした。

【００１４】請求項３の発明では、前記半導体基板上
に、前記信号処理回路と前記送受信回路との電気接続を
なす内部配線層と、送受信アンテナとして機能する外部
配線層とを備えた構成を採用した。

【００１５】請求項４の発明では、前記信号処理回路及
び前記送受信回路とともに前記半導体基板の表面に集積
されたマイクロ波の整流回路をさらに含むこととした。

【００１６】

【作用】請求項１の半導体装置に係る発明によれば、当
該半導体装置にマイクロ波を与えると、該マイクロ波が
電源手段により電力に変換され、この電力の供給を受け
た信号処理回路と送受信回路とが各々動作する。信号処
理回路は、電気信号の処理を行ないながら、外部との間
で送受信回路を介して高周波で信号のやりとりをする。
つまり、本半導体装置は、電源供給の面でも信号授受の
面でも非接触式であり、外部に出る電気的な接続のため
の一切の接触端子を必要としない。しかも、与えられた
マイクロ波は一部がメッシュパッドに吸収され、該メッ
シュパッドを透過した残余のマイクロ波がダイパッドに
吸収される。この際、メッシュパッドとダイパッドとの
間に起電力が発生する。このようにしてマイクロ波から
得られた電力は、信号処理回路及び送受信回路に対して
動作電源として供給される。

【００１７】請求項２の発明によれば、半導体基板、メ
ッシュパッド及びダイパッドが単一 のパッケージ内に封
止されており、該パッケージから出る電気的な接続のた
めの接触端子は一切ない。

【００１８】請求項３の発明によれば、外部配線層で構
成された送受信アンテナを通して半導体基板上の送受信
回路が高周波信号を送受信し、同じく半導体基板上の信
号処理回路と送受信回路との間で内部配線層を通して内
部的に電気信号のやりとりがなされる。しかも、送受信
回路と信号処理回路とが形成された半導体基板上の内部
配線層のさらに上に送受信アンテナとして機能する外部
配線層が形成されているので、当該外部配線層により送
受信回路、信号処理回路及び内部配線層が信号授受のた
めの高周波から遮蔽される。

【００１９】請求項４の発明によれば、メッシュパッド
とダイパッドとにより得られたマイクロ波電力が必要に
応じて直流電力に整流されたうえ、信号処理回路及び送
受信回路へ動作電源として供給される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の実施例に係る複数の半導体装置を
備えた回路ブロックの構成の概念を示す斜視図である。

【００２１】同図において、マイクロ波発振器１は、複
数の半導体装置３へマイクロ波２を供給するための電源
部を構成するものである。複数の半導体装置３の各々
は、後に詳細に説明するように、マイクロ波２を電力に
変換するための電源手段と、該電源手段から供給される
電力を電源として動作する電気信号の処理を行なうため
の信号処理手段と、同様に電源手段から供給される電力
を電源として動作し、信号処理手段の電気信号を高周波
（ラジオ波）信号４ａに変換して送信し、かつ受信した
高周波信号４ｂを電気信号に変換して信号処理手段に供
給するための送受信手段とを備えるものである。入出力
部５は、送受信器を内蔵したものであって、半導体装置
３から受信した高周波信号４ａを電気信号に変換して出
力端子７から外部出力線９を通して出力し、かつ外部入
力線８を通して入力端子６に入力された電気信号を高周
波信号４ｂに変換して半導体装置３に向けて送信するも
のである。この入出力部５は、さらに、複数の半導体装
置３のうちのいずれかから高周波信号４ａを受信し、か
つ該受信した信号を高周波信号４ｂとして該複数の半導
体装置３のうちの他の半導体装置３に向けて送信する機
能をも有する。これにより、半導体装置３間の高周波に
よる信号のやりとりも可能になっている。

【００２２】以上のように構成された本実施例の回路ブ
ロック１０では、マイクロ波発振器１が半導体装置３に
マイクロ波を電源として与え、入出力部５が高周波によ
り半導体装置３と外部入力線８及び外部出力線９との間
並びに半導体装置３どおしの間の信号授受を仲介する。
つまり、マイクロ波発振器１から半導体装置３への非接
触式の電源供給、並びに、半導体装置３と入出力部５と
の間及び半導体装置３どおしの間の非接触式の信号授受
が実現でき、従来とは違ってプリント基板を用いずに回
路構成ができる。この際、半導体装置３の実装に半田付
けは不要であり、半田付け作業の際の熱衝撃が防止でき
るだけでなく、半導体装置３の高密度実装が可能にな
る。また、プリント基板のように決った配線がないの
で、半導体装置のリード数の制約、配置の制約がなくな
り、設計変更やグレードアップに容易に対応できる。ま
た、プリント基板に起因する配線の断線や短絡等がな
く、信頼性が向上する。さらに、プリント基板上の長い
配線による信号遅延を防止できるので、高速の信号処理
が可能になる。ただし、マイクロ波２及び高周波信号４
ａ，４ｂが回路ブロック１０から外に漏れ出さないよう
に、回路ブロック１０全体を導体あるいは導体の編目
（不図示）で覆うことによって遮蔽を施す。特に複数の
半導体装置３のいずれかに空きができる場合は、該空き
位置にダミーを配置することによって遮蔽を行なう。

【００２３】高周波信号４ａ，４ｂの同時送受信を可能
にするためには、半導体装置３の送信高周波信号４ａと
受信高周波信号４ｂとの間で、周波数を異ならせたり、
変調方式（強度変調、周波数変調等）を異ならせたりす
ることが有用である。

【００２４】複数の半導体装置３の間の混信を防止する
ためには、個々の半導体装置３に異なる周波数を割り当
てること、個々の半導体装置３に固有の識別番号を割り
付けて入出力部５からの高周波信号４ｂがどの半導体装
置３に向けられたものかを判断することが有用である。
個々の半導体装置３に異なる周波数を割り当てる方式で
は、入出力部５は半導体装置３の各々に割り当てられた
周波数の高周波信号４ｂを送信し、各半導体装置３は自
己に割り当てられた周波数の高周波信号４ｂのみを受信
する。また、半導体装置３の各々は、自己に割り当てら
れた周波数の高周波信号４ａのみを送信する。個々の半
導体装置３に固有の識別番号を割り付ける方式では、入
出力部５は半導体装置３の各々に割り付けられた識別番
号を付与した高周波信号４ｂを送信し、各半導体装置３
は自己に割り付けられた識別番号が付与された高周波信
号４ｂのみを受信する。また、半導体装置３の各々は、
送信先の半導体装置３に割り付けられた識別番号を付与
した高周波信号４ａを送信する。

【００２５】高周波信号４ａ，４ｂの周波数は特定の機
能毎に規格化するのがよく、システムの拡張を考えると
上記２つの方式を併用するのが望ましい。例えば、外部
入力線８及び外部出力線９を通した外部入出力に関する
信号、回路ブロック１０の内部での情報の受け渡しに関
する信号、グラフィックの出力に関する信号といった具
合に全ての信号をグループ分けし、グループ毎に周波数
を割り当て、同じグループの中の個々の半導体装置３に
固有の識別番号を割り付ける方式である。ある半導体装
置３の改良版をつくったときは、同じ識別番号（ＩＤ）
にさらに細分化した識別番号（サブＩＤ）を付与すれば
よい。同じ周波数の高周波信号が同時に送信されること
がないように、１組のグループに１対の周波数を割り当
て、全２重方式で交信することが望ましい。また、複数
の半導体装置３のうちの主たるコントローラに対して処
理の割り込みをする場合は、割り込み用の特別な周波数
を設ける。

【００２６】図２は、上記回路ブロック１０中の半導体
装置３の内部構造を示す斜視図である。ただし、図１中
の半導体装置３は、図２に示した全ての構造物を１つの
プラスチックパッケージに封止したものである。

【００２７】図２に示すように、個々の半導体装置３
は、マイクロ波を吸収するための互いに平行に配置され
た２つの対向電極、すなわち編状のメッシュパッド２１
と板状のダイパッド２２とを備えている。メッシュパッ
ド２１は、マイクロ波の進行方向に対して直角に配置さ
れる。メッシュパッド２１の上には不図示の絶縁物を介
して該メッシュパッド２１から隔絶された状態でダイパ
ッド２２が配置されている。上面側にマイクロ波の整流
回路、信号処理回路及び高周波の送受信回路が形成され
た半導体装置本体２３の下面が、ダイパッド２２の上面
に電気的に接続されている。半導体装置本体２３の上面
には、マイクロ波の整流回路を介して信号処理回路及び
送受信回路に電気的に接続された電源端子２４が設けら
れており、該電源端子２４とメッシュパッド２１との間
がワイヤー２５によって電気的に接続されている。メッ
シュパッド２１、ダイパッド２２、半導体装置本体２３
及びワイヤー２５は全て不図示のプラスチックモールド
に包み込まれ、この半導体装置３は外部に出る電気的な
接続のための一切の接触端子を有しない。したがって、
従来とは違ってパッケージとリードとの隙間からの水分
侵入によるパッケージクラックや特性不良の発生はな
く、外部接続の必要がないのでパッケージをより薄く形
成できる。

【００２８】半導体装置３に与えられたマイクロ波は一
部がメッシュパッド２１に吸収され、該メッシュパッド
２１を透過した残余のマイクロ波がダイパッド２２に吸
収される。この際、メッシュパッド２１とダイパッド２
２との間に起電力が発生する。つまり、メッシュパッド
２１とダイパッド２２とは、マイクロ波を電力に変換す
るための電源手段を構成する。ただし、メッシュパッド
２１を透過したマイクロ波は全てダイパッド２２に吸収
されるので、マイクロ波が半導体装置本体２３に到達す
ることはなく、該半導体装置本体２３へのマイクロ波の
直接の影響はない。メッシュパッド２１は半導体装置本
体２３の上面に形成された電源端子２４にワイヤー２５
を通して電気的に接続されており、ダイパッド２２は該
半導体装置本体２３の下面に電気的に接続されているの
で、発生した起電力は、半導体装置本体２３の電源端子
２４と該半導体装置本体２３の下面との間に印加され
る。このようにしてマイクロ波から得られた電力は、半
導体装置本体２３の上面に形成された信号処理回路と送
受信回路とに対し、電源端子２４及びマイクロ波の整流
回路を通して動作電源として供給される。

【００２９】なお、メッシュパッド２１とダイパッド２
２との材料は、例えばニッケル含有合金である。メッシ
ュパッド２１の編目の大きさは５〜１０ｍｍ程度、線径
は０．１〜０．２ｍｍ程度が適当である。あまり緻密な
編目を用いると、マイクロ波がメッシュパッド２１で遮
蔽されてメッシュパッド２１とダイパッド２２との間に
起電力が生じなくなる。逆に網目があまり大き過ぎて
も、メッシュパッド２１に吸収されるマイクロ波の比率
が低下するので起電力が低下する。

【００３０】図３は、上記半導体装置本体２３の内部構
造を示す断面図である。同図中の半導体基板３１の上面
には前記マイクロ波の整流回路、信号処理回路及び高周
波の送受信回路を各々構成する不図示の回路素子が形成
されており、該半導体基板３１の下面が前記ダイパッド
２２の上面に電気的に接続されている。半導体基板３１
の上面には、さらに電気接続のための金属層からなる内
部配線層３２が形成されている。内部配線層３２の上に
は絶縁物３５を介して、最上層の金属層（外部配線層）
として高周波のための送信用アンテナ３３と受信用アン
テナ３４とが形成されており、これら２つのアンテナ３
３，３４が半導体基板３１上の送受信回路に電気的に接
続されている。内部配線層３２は、例えば膜厚１μｍの
Ａｌ・Ｓｉ・Ｃｕ合金からなる。受信用アンテナ３３と
送信用アンテナ３４との構成金属は、アルミニウムを主
成分とした合金（例えばＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ合金）が適当
であり、その膜厚は１〜３μｍが適当である。

【００３１】半導体基板３１上の信号処理回路は、電気
信号の処理を行ないながら、同じく半導体基板３１上の
送受信回路並びに送信用アンテナ３３及び受信用アンテ
ナ３４を介して高周波で信号のやりとりをする。なお、
送信用アンテナ３３は受信用アンテナ３４に比べて面積
が大きくつくられている。これら２つのアンテナ３３，
３４によって半導体基板３１上の信号処理回路及び送受
信回路並びに内部配線層３２が信号授受のための高周波
から遮蔽されているため、半導体装置本体２３の誤動作
が防止できる。

【００３２】なお、半導体装置本体２３は、大きさに特
に制限はないが、マイクロ波の整流回路、信号処理回路
及び高周波の送受信回路を内蔵するため、比較的大きな
半導体基板３１を使用することになる。集積度でいえ
ば、５０万〜２００万素子の規模である。チップサイズ
で表現すれば、１０〜２０ｍｍ角に相当する。１つ又は
複数の半導体装置本体２３に例えば送受信のための受動
部品（コイル、コンデンサ、抵抗等）を外付けし、これ
ら全体を１つのプラスチックパッケージに封止すること
も可能である。ただし、この場合でも半導体装置３の外
にはリードやピンを一切出さない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたとおり、請求項１の半
導体装置に係る発明によれば、電源の供給にマイクロ波
を、信号の授受に高周波を各々利用して電源供給と信号
授受とをいずれも非接触式とするように、電気信号の処
理を行なうための信号処理回路と、一方で前記信号処理
回路の電気信号を高周波信号に変換して送信し、他方で
受信した高周波信号を電気信号に変換して前記信号処理
回路に供給するための送受信回路とが表面に形成された
半導体基板と、前記信号処理回路及び前記送受信回路に
電力を供給するようにマイクロ波を電力に変換するため
の電源手段とを備えた構成を採用したので、外部に出る
電気的な接続のための一切の接触端子を必要としない半
導体装置が実現できる。したがって、該半導体装置の実
装に際して半田付けは不要であり、高密度実装が可能で
ある。しかも、編状のメッシュパッドと、該メッシュパ
ッドと半導体基板との間に介装された板状のダイパッド
とにより前記電源手段を構成したので、マイクロ波を受
けるとメッシュパッドとダイパッドとの間に効率良く起
電力が発生し、該起電力が信号処理回路と送受信回路と
に動作電源として供給される。しかも、メッシュパッド
を透過したマイクロ波は全て板状のダイパッドに吸収さ
れるので、マイクロ波が半導体基板に到達することはな
く、該半導体基板上に形成された信号処理回路と送受信
回路へのマイク ロ波の直接の影響はない。

【００３４】請求項２の発明によれば、前記半導体基
板、前記メッシュパッド及び前記ダイパッドを単一のパ
ッケージ内に封止した構成を採用したので、該パッケー
ジから出る電気的な接続のための接触端子を一切有しな
い半導体装置を実現できる。したがって、従来とは違っ
てパッケージとリードとの隙間からの水分侵入によるパ
ッケージクラックや特性不良の発生を防止できる。ま
た、外部接続の必要がないのでパッケージをより薄く形
成できる。

【００３５】請求項３の発明によれば、前記半導体基板
上に、前記信号処理回路と前記送受信回路との電気接続
をなす内部配線層と、送受信アンテナとして機能する外
部配線層とを備えた構成を採用したので、当該半導体装
置を薄型化することができる。しかも、信号処理回路と
送受信回路とが形成された半導体基板上の内部配線層の
さらに上に送受信アンテナとして機能する外部配線層を
形成した構成を採用したので、当該外部配線層により送
受信回路、信号処理回路及び内部配線層が信号授受のた
めの高周波から遮蔽され、半導体装置の誤動作が防止で
きる。

【００３６】請求項４の発明によれば、マイクロ波電力
を必要に応じて直流電力に変換するための整流回路を前
記信号処理回路及び前記送受信回路とともに前記半導体
基板の表面に集積することとしたので、当該半導体装置
が小型化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る複数の半導体装置を備
えた回路ブロックの構成の概念を示す斜視図である。

【図２】 図１中の半導体装置の内部構造を示す斜視図
であって、プラスチックモールドを除去した状態を描い
たものである。

【図３】 図２中の半導体装置本体の内部構造を示す断
面図である。

【符号の説明】

１…マイクロ波発振器 ２…マイクロ波 ３…半導体装置 ４ａ，４ｂ…高周波信号 ５…入出力部 ６…入力端子 ７…出力端子 ８…外部入力線 ９…外部出力線 ２１…メッシュパッド（電源手段） ２２…ダイパッド（電源手段） ２３…半導体装置本体 ２４…電源端子 ２５…ワイヤー ３１…半導体基板 ３２…内部配線層 ３３…送信用アンテナ（外部配線層） ３４…受信用アンテナ（外部配線層） ３５…絶縁物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−42861（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−65529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−69919（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−201179（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202581（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−16699（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−62446（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 1/38 - 1/40 H04B 1/59

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気信号の処理を行なうための信号処理
   回路と、一方で前記信号処理回路の電気信号を高周波信
   号に変換して送信し、他方で受信した高周波信号を電気
   信号に変換して前記信号処理回路に供給するための送受
   信回路とが表面に形成された半導体基板と、前記信号処
   理回路及び前記送受信回路に電力を供給するようにマイ
   クロ波を電力に変換するための電源手段とを備えた半導
   体装置であって、 前記電源手段は、前記マイクロ波の進行方向に対して直
   交するように前記半導体基板と平行に隔絶して配置され
   た編状のメッシュパッドと、前記半導体基板と前記メッ
   シュパッドとの間に前記メッシュパッドから隔絶された
   状態でかつ前記メッシュパッドと平行に介装された板状
   のダイパッドとを有することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記半導体基板、前記メッシュパッド及
   び前記ダイパッドを単一のパッケージ内に封止した請求
   項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記半導体基板上に、前記信号処理回路
   と前記送受信回路との電気接続をなす内部配線層と、送
   受信アンテナとして機能する外部配線層とを備えた請求
   項１又は２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記信号処理回路及び前記送受信回路と
   ともに前記半導体基板の表面に集積されたマイクロ波の
   整流回路をさらに含む請求項１〜３のいずれか１項に記
   載の半導体装置。