JP3679090B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波の電気信号を送受信する半導体素子を半導体素子収納用パッケージ内に気密に収容して成る半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信や無線通信等の機器には多数の半導体装置が使用されており、かかる半導体装置は一般に、高周波の電気信号を送受信する半導体素子を半導体素子収納用パッケージ内に気密に収容することによって形成されている。
【０００３】
前記半導体素子収納用パッケージは、通常、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成り、上面に半導体素子の搭載部が形成された基体と、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀等の金属材料から成り、基体の半導体素子搭載部から下面にかけて被着導出された複数の入出力用配線導体（第１配線導体）およびグランド用配線導体と、この配線導体と電気的に接続するようにして基体の下面に形成された複数個のグランド用パッドおよび入出力用パッドと、基体の搭載部より上面もしくは側面にかけて導出されている出入力用配線導体（第２配線導体）と、この出入力用配線導体（第２配線導体）に一端が接続されるとともに他端が外部に導出されているコネクターとにより構成されている。
【０００４】
そして、かかる半導体素子収納用パッケージには、その搭載部に電気信号を送受信する半導体素子がＡｕ−Ｓｎろう材あるいは半田等の接合材を介して接着固定されるとともに、半導体素子の各電極が入出力用配線導体（第１配線導体）、グランド配線導体および出入力用配線導体（第２配線導体）にボンディングワイヤを介して接続され、その後、必要に応じて蓋体等で半導体素子を封止することによって半導体装置となる。
【０００５】
また前記半導体装置は基体の下面に形成されているグランド用パッドおよび入出力用パッドを外部電気回路基板の回路導体に半田バンプ等を介し接続させることによって内部に収容する半導体素子が外部電気回路に接続され、同時にコネクターに同軸ケーブル等を介し外部の通信装置等の外部機器を接続させることによって半導体素子と外部機器とが接続するようになっている。
【０００６】
なお、前記半導体装置に使用されている半導体素子は複数の電気信号を合成して一つの電気信号に変換する、或いは一つの電気信号を分離して複数の電気信号に変換する機能を有しており、外部電気回路から第１配線導体を介して入力される複数の周波数帯域が低い電気信号は半導体素子で合成されて一つの周波数帯域が高い電気信号となり、この周波数帯域の高い電気信号は第２配線導体を介してコネクターに伝送されるとともにコネクターより外部の通信装置等の外部機器に伝送され、またコネクターを介して外部機器より伝送された周波数帯域の高い電気信号は半導体素子で複数の周波数帯域が低い電気信号に変換され、各々の周波数帯域の低い電気信号は第１配線導体を介して外部電気回路に伝送されることとなる。
【０００７】
また前記半導体装置において、半導体素子の各電極と入出力用配線導体（第１配線導体）や出入力用配線導体（第２配線導体）等とを接続するボンディングワイヤは一般に直径が１８μｍ〜５０μｍ、純度が９９．９質量％以上、破断強度が０．０５〜０．７８（Ｎ）程度の金線（Ａｕワイヤ）が使用されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１６４４６６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の半導体装置においては、半導体素子の電極と第２配線導体とを接続しているボンディングワイヤの破断強度が０．０５〜０．７８（Ｎ）程度であり、弱いことから外力印加によって接続領域近傍で切れるのを防止するため長さを１ｍｍ以上として余裕をもたせていること、第２配線導体が比誘電率約２〜１０の基板上に形成されているのに対しボンディングワイヤはその周囲が比誘電率１の空気で囲まれており、ボンディングワイヤのインピーダンスが２配線導体のインピーダンスよりも高くなっていること等から半導体素子とコネクターを結ぶ線路中にインピーダンスが他よりも高い領域が１ｍｍ以上の長さにわたって形成されていることとなる。そのため、この第２配線導体とボンディングワイヤとを介してコネクターと半導体素子との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた場合、インピーダンスが高いボンディングワイヤで信号に反射等を起こし、伝送特性が大きく劣化するという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は半導体素子とコネクターとの間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を反射等を起こすことなく良好に伝送させることができる半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体素子が搭載される搭載部を有する基体と、該基体の前記搭載部近傍より下面にかけて導出されている複数個のグランド配線導体および第１配線導体と、前記基体の下面に形成され、前記グランド配線導体および第１配線導体に電気的に接続している複数個のグランド用パッドおよび入出力用パッドと、前記基体の搭載部より上面もしくは側面にかけて導出されている第２配線導体と、前記第２配線導体に電気的に接続されているコネクターとから成る半導体素子収納用パッケージと、４０ＧＨｚ乃至８０ＧＨｚの電気信号を送受信する半導体素子とで構成され、前記半導体素子収納用パッケージの搭載部に半導体素子を搭載固定するとともに該半導体素子の各電極をグランド配線導体、第１配線導体、第２配線導体にボンディングワイヤを介し電気的に接続して成る半導体装置であって、前記第２配線導体と半導体素子の電極とを接続するボンディングワイヤの長さが０．３ｍｍ以下であり、かつ第２配線導体および半導体素子の電極に接続するボンディングワイヤの接続領域近傍が樹脂被覆層で被覆されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の半導体装置によれば、第２配線導体と半導体素子の電極とを接続するボンディングワイヤの長さを０．３ｍｍ以下と短くしたことから半導体素子とコネクターを結ぶ線路中に形成される高インピーダンスの領域（ボンディングワイヤの領域）が極めて短いものとなり、その結果、第２配線導体とボンディングワイヤとを介してコネクターと半導体素子との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた場合、インピーダンスが高いボンディングワイヤが短いことから信号に大きな反射等を起こすことはほとんどなく、伝送特性を優れたものとなすことができる。
【００１３】
また本発明の半導体装置によれば第２配線導体と半導体素子の電極に接続するボンディングワイヤの接続領域近傍を樹脂被覆層で被覆したことからボンディングワイヤの長さが０．３ｍｍ以下となり、外力印加によってボンディングワイヤの接続領域近傍に切断が発生しようとしてもその切断は前記樹脂被覆層で有効に阻止され、その結果、第２配線導体と半導体素子の電極とをボンディングワイヤを介して確実に電気的接続することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の半導体装置の一実施例を示し、半導体素子収納用パッケージ７内に半導体素子６を収容して構成されている。
【００１５】
前記半導体素子収納用パッケージ７は、基体１、第１配線導体２ａ、グランド配線導体２ｂ、入出力用パッド３ａ、グランド用パッド３ｂ、第２配線導体４およびコネクター５により形成されている。
【００１６】
前記基体１は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス、窒化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒、可塑剤、分散剤を添加混合して泥漿物を作り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート形成法を採用しシート状に形成してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、それらセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００１７】
また前記基体１は、半導体素子の搭載部１ａから下面にかけて複数個の第１配線導体２ａおよびグランド配線導体２ｂが形成されており、該各配線導体２ａ、２ｂは半導体素子６の電気信号入出力用、接地用の各電極を、入出力用パッド３ａやグランド用パッド３ｂに接続するための導電路として作用し、搭載部１ａ側の一端には半導体素子６の電気信号入出力用、接地用の各電極がボンディングワイヤ８ａを介して電気的に接続される。
【００１８】
前記第１配線導体２ａおよびグランド配線導体２ｂ、入出力用パッド３ａおよびグランド用パッド３ｂは、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料から成り、例えば銅から成る場合であれば、銅粉末に有機溶剤を添加して成る金属ペーストを基体１となるセラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷等により所定パターンに印刷しておくことによって形成される。
【００１９】
この第１配線導体２ａおよびグランド配線導体２ｂの基体１下面側の一端は、それぞれ対応する入出力用パッド３ａおよびグランド用パッド３ｂと電気的に接続しており、これらの入出力用パッド３ａ、グランド用パッド３ｂを外部電気回路の所定の信号用や接地用等の回路導体に接続することにより、半導体素子６の電気信号入出力用、接地用の各電極が外部電気回路と電気的に接続される。
【００２０】
また前記基体１は、半導体素子の搭載部１ａから上面や側面等にかけて第２配線導体４が形成されており、該第２配線導体４は半導体素子６の電極をコネクター５の線材５ａに接続するための導電路として作用し、搭載部１ａ側の一端には半導体素子６の電極がボンディングワイヤ８ｂを介して電気的に接続される。
【００２１】
前記第２配線導体４は、上述の第１配線導体２ａ等と同様に、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料から成り、例えば銅から成る場合であれば、銅粉末に有機溶剤等を添加して成る金属ペーストを基体１となるセラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷等により所定パターンに印刷しておくことによって形成される。
【００２２】
この第２配線導体４の基体１外表面側の一端はコネクター５の線材５ａと電気的に接続しており、このコネクター５を同軸ケーブル等を介して通信装置等の外部機器に接続することにより半導体素子６と外部機器との間で高周波信号の送受信が行われる。
【００２３】
前記コネクター５は、半導体素子収納用パッケージ７の第２配線導体４を同軸ケーブル等を介して外部機器に接続するための接続体として作用し、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属の線材５ａの周囲を、ホウ珪酸系ガラス等の絶縁性の外囲体５ｂで取り囲んだ構造である。
【００２４】
前記線材５ａと外囲体５ｂとから成るコネクター５は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る線材５ａを、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の容器の中央にセットし、容器内にホウ珪酸ガラス等のガラス粉末を充填した後、ガラス粉末を加熱溶融させて線材５ａの周囲に被着させることによって製作される。
【００２５】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、基体１の搭載部１ａに半導体素子６を搭載するとともにガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して固定し、しかる後、半導体素子６の各電極を第１配線導体２ａ、グランド配線導体２ｂおよび第２配線導体４に、ボンディングワイヤ８ａ、８ｂを介して接続し、最後に蓋体１０を基体１の上面に封止材を介して接合させ、半導体素子６を気密に封入することによって半導体装置１１となる。
【００２６】
この半導体装置１１は基体１下面の入出力用パッド３ａおよびグランド用パッド３ｂが外部電気回路基板の所定の信号用や接地用等の回路導体に半田バンプ等の外部端子を介して接続され、これによって半導体素子６の信号用、接地用の各電極は外部電気回路と電気的に接続される。
【００２７】
また、この半導体装置１１に取着されているコネクター５の線材５ａに同軸ケーブル等の外部接続用の導線を接続することにより、半導体素子６の電極が通信装置等の外部機器に接続される。
【００２８】
そしてかかる半導体装置１１は、外部電気回路から供給される複数の周波数帯域が低い（５〜１０ＧＨｚ）電気信号を第１配線導体２ａを介して半導体素子６に入力させ、半導体素子６でこれら入力された電気信号を合成して、一つの周波数帯域が高い（４０〜８０ＧＨｚ）電気信号とするとともにこれを第２配線導体４を介してコネクター５に出力し、該コネクター５の線材５ａを介して外部の通信装置等の外部機器に伝送する、或いは、外部の通信装置等の外部機器から伝送された一つの周波数帯域が高い（４０〜８０ＧＨｚ）電気信号をコネクター５の線材５ａ及び第２配線導体４を介して半導体素子６に入力し、半導体素子６で入力された周波数帯域が高い（４０〜８０ＧＨｚ）電気信号を複数の周波数帯域が低い（５〜１０ＧＨｚ）電気信号に変換するとともにこれらの個々の周波数帯域が低い電気信号を第１配線導体２ａを介して外部電気回路に供給することとなる。
【００２９】
本発明の半導体装置においては、第２配線導体４と半導体素子６の電極とを接続するボンディングワイヤ８ｂの長さを０．３ｍｍ以下としておくことが重要である。
【００３０】
前記第２配線導体４と半導体素子６の電極とを接続するボンディングワイヤ８ｂの長さを０．３ｍｍ以下と短くすると、半導体素子６とコネクター５とを結ぶ線路中に形成される高インピーダンスの領域（ボンディングワイヤ８ｂの領域）が極めて短いものとなり、その結果、第２配線導体４とボンディングワイヤ８ｂとを介してコネクター５と半導体素子６との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた場合、インピーダンスが高いボンディングワイヤが短いことから信号に大きな反射等を起こすことはほとんどなく、伝送特性を優れたものとなすことができる。
【００３１】
なお、前記第２配線導体４と半導体素子６の電極とを接続するボンディングワイヤ８ｂとしてはその長さが０．３ｍｍを超えると４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号において反射等を招来し、伝送特性が劣化してしまう。従って、前記第２配線導体４と半導体素子６の電極とを接続するボンディングワイヤ８ｂはその長さが０．３ｍｍ以下に特定される。
【００３２】
また前記ボンディングワイヤ８ｂは、図２に示す如く、第２配線導体４および半導体素子６との接続領域近傍を樹脂被覆層９で被覆しておくことが重要である。
【００３３】
前記ボンディングワイヤ８ｂの第２配線導体４および半導体素子６との接続領域近傍を樹脂被覆層９で被覆すると、ボンディングワイヤ８ｂの長さが０．３ｍｍ以下となり、外力印加によってボンディングワイヤ８ｂの接続領域近傍に切断が発生しようとしてもその切断は前記樹脂被覆層９で有効に阻止され、その結果、第２配線導体４と半導体素子６の電極とをボンディングワイヤ８ｂを介して確実に電気的接続することが可能となる。
【００３４】
前記樹脂被覆層９はシリコーン樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂等が好適に使用され、第２配線導体４および半導体素子６の電極にボンディングワイヤ８ｂを接続させた後、ボンディングワイヤ８ｂの接続領域近傍に液状のシリコーン樹脂やゴム変性エポキシ樹脂を滴下させ、しかる後、これを熱硬化させることによって形成される。
【００３５】
なお、前記第２配線導体４と半導体素子６の電極とのボンディングワイヤ８ｂを介しての接続はウエッジボンド法、具体的には、金線等の長尺のボンディングワイヤをボンディング装置のワイヤ用キャピラリを通して第２配線導体４や半導体素子６の電極に当接させるとともに、キャピラリ先端の楔状の部分でボンディングワイヤを接続部位に押し付け、超音波振動、接合する方法により行なわれ、接合（ファーストボンド）後のキャピラリの移動角度を調節してボンディングワイヤのループを低くすることによりボンディングワイヤ８ｂの長さを０．３ｍｍ以下として第２配線導体４と半導体素子６の電極に接続される。この場合、ボンディングワイヤは、例えばボールボンド法にように第２配線導体４等に接合させるために先端部分を溶融させて金属ボールを形成させるような必要がなく、キャピラリの移動角度によりループ高さを低く調整することができるため、ボンディングワイヤ８ｂの長さを確実に０．３ｍ以下と短くすることができる。
【００３６】
また、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、第２配線導体と半導体素子の電極とを接続するボンディングワイヤの長さを０．３ｍｍ以下と短くしたことから半導体素子とコネクターを結ぶ線路中に形成される高インピーダンスの領域（ボンディングワイヤの領域）が極めて短いものとなり、その結果、第２配線導体とボンディングワイヤとを介してコネクターと半導体素子との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた場合、インピーダンスが高いボンディングワイヤが短いことから信号に大きな反射等を起こすことはほとんどなく、伝送特性を優れたものとなすことができる。
【００３８】
また本発明の半導体装置によれば第２配線導体と半導体素子の電極に接続するボンディングワイヤの接続領域近傍を樹脂被覆層で被覆したことからボンディングワイヤの長さが０．３ｍｍ以下となり、外力印加によってボンディングワイヤの接続領域近傍に切断が発生しようとしてもその切断は前記樹脂被覆層で有効に阻止され、その結果、第２配線導体と半導体素子の電極とをボンディングワイヤを介して確実に電気的接続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の要部拡大図である。
【符号の説明】
１・・・・・・基体
１ａ・・・・・搭載部
２ａ・・・・・第１配線導体
２ｂ・・・・・グランド配線導体
３ａ・・・・・入出力用パッド
３ｂ・・・・・グランド用パッド
４・・・・・・第２配線導体
５・・・・・・コネクター
５ａ・・・・・線材
５ｂ・・・・・外囲体
６・・・・・・半導体素子
７・・・・・・半導体素子収納用パッケージ
８ａ、８ｂ・・ボンディングワイヤ
９・・・・・・樹脂被覆層
１０・・・・・蓋体
１１・・・・・半導体装置

Claims (1)

  1. 半導体素子が搭載される搭載部を有する基体と、該基体の前記搭載部近傍より下面にかけて導出されている複数個のグランド配線導体および第１配線導体と、前記基体の下面に形成され、前記グランド配線導体および第１配線導体に電気的に接続している複数個のグランド用パッドおよび入出力用パッドと、前記基体の搭載部より上面もしくは側面にかけて導出されている第２配線導体と、前記第２配線導体に電気的に接続されているコネクターとから成る半導体素子収納用パッケージと、４０ＧＨｚ乃至８０ＧＨｚの電気信号を送受信する半導体素子とで構成され、前記半導体素子収納用パッケージの搭載部に半導体素子を搭載固定するとともに該半導体素子の各電極をグランド配線導体、第１配線導体、第２配線導体にボンディングワイヤを介し電気的に接続して成る半導体装置であって、前記第２配線導体と半導体素子の電極とを接続するボンディングワイヤの長さが０．３ｍｍ以下であり、かつ第２配線導体および半導体素子の電極に接続するボンディングワイヤの接続領域近傍が樹脂被覆層で被覆されていることを特徴とする半導体装置。
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