JP3913574B2 - 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、化合物半導体装置に係り、特にパッケージ外形を小型化できる化合物半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体用通信機器では、GHz帯のマイクロ波を使用している場合が多く、アンテナの切換回路や送受信の切換回路などに、これらの高周波信号を切り替えるためのスイッチ素子が用いられることが多い(例えば、特開平9−181642号)。その素子としては、高周波を扱うことからガリウム・砒素(GaAs)を用いた電界効果トランジスタ(以下FETという)を使用する事が多く、これに伴って前記スイッチ回路自体を集積化したモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)や、低歪みや広帯域動作を実現するミキサ用途の集積回路の開発が進められている。
【0003】
図6は今まで実用化されてきた化合物半導体スイッチ回路装置の回路図である。この回路では、スイッチを行うFET1とFET2の出力端子OUT1とOUT2と接地間にシャントFET3、FET4を接続し、このシャントFET3、FET4のゲートにはFET2とFET1への制御端子Ctl-2、Ctl-1の相補信号を印加している。この結果、FET1がONのときはシャントFET4がONし、FET2およびシャントFET3がOFFしている。
【0004】
この回路で、共通入力端子IN−出力端子OUT1の信号経路がオンし、共通入力端子IN−出力端子OUT2の信号経路がオフした場合は、シャントFET4がオンしているので出力端子OUT2への入力信号の漏れは接地されたコンデンサCを介して接地に逃げ、アイソレーション(Isolation)が向上できる。
【0005】
図7は、かかる化合物半導体スイッチ回路装置を集積化した化合物半導体チップの1例を示している。
【0006】
GaAs基板にスイッチを行うFET1およびFET2を左右の中央部に配置し、シャントFET3およびシャントFET4を左右の下コーナー付近に配置し、各FETのゲート電極に抵抗R1、R2、R3、R4が接続されている。また共通入力端子IN、出力端子OUT1、OUT2、制御端子Ctl-1、Ctl-2、接地端子GNDに対応するパッドが基板の周辺に設けられている。更にシャントFET3およびシャントFET4のソース電極は接続されて接地のためのコンデンサCを介して接地端子GNDに接続されている。
【0007】
図8には、図7のチップをフレームに実装した図を示す。図8(A)に示すように6ピンのリードフレームで構成され、中央部にヘッダー40を配置し、このヘッダー40に化合物半導体チップ41が固着されている。化合物半導体チップ41は図7に示すパターンを有している。一端に導出される3本のリード42、43、44は、化合物半導体チップ41の制御端子Ctl−2、共通入力端子IN、制御端子Ctl−1用の電極パッドとそれぞれボンディングワイヤー80で接続されている。また他端に導出された2本のリード45、47には、化合物半導体チップ41の出力端子OUT2、出力端子OUT1用の電極パッドとそれぞれボンディングワイヤーで接続されて、中央のリード46はヘッダー40と連結されて接地端子GNDと供される。
【0008】
また図8(B)(C)に示すように、半導体チップは導電ペースト85によりヘッダーに固着され、各リード42、43、44、45、46、47の先端を露出してトランスファモールドにより形成された樹脂層81でモールドされている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
化合物半導体チップは小型化の方向に進んでいる。例えば図9に、上記の半導体チップのチップサイズをシュリンクした構造を示す。図9(A)は等価回路図であり、図9(B)は集積化したチップの一例を示す。これは、容量を外付けににしたり、FETサイズやレイアウト方法を適正化することでチップサイズを低減しており、従来、チップサイズが1.07×0.5mmであったものに対し、図9(B)ではチップサイズを0.55mm×0.5mmと低減している。この半導体チップは、チップの1辺に沿って、制御端子用電極パッドCtl−1、共通入力端子用電極パッドIN、制御端子用電極パッドCtl−2を配置し、相対向するチップ辺に沿って、出力端子用電極パッドOUT1、容量端子用電極パッドC、出力端子用電極パッドOUT2を配置している。容量を外付けにすることでGND端子用電極パッドが容量端子用電極パッドに変わるが、それ以外の構成要素は図7と同様であるので説明は省略する。
【0010】
図10には、このチップをフレームに固着した図を示す。この場合、チップサイズとしては小さくなり、チップとしてのコストを低減できているが、チップのY軸方向のサイズ(0.5mm)は、図7に示す従来のチップと変わっていない。半導体チップ41はAgペースト85等の導電性接着剤または非導電性接着剤によりヘッダーに固着され、各パッド電極はそこから放射状にボンディングワイヤ80を延在して、それぞれ対応するリードと接続される。特に、容量端子用電極パッドはヘッダーとワイヤボンドされ、容量端子に接続されるが、チップを固着するAgペーストの広がりがコントロールしづらく、安定生産のためには、ワイヤはAgペーストの広がりを大きく考慮して固着されていた。つまり、チップサイズが小さくなっても安定生産のために、チップサイズが小さくなったサイズ分だけ小さいパッケージを使用することができないという問題があった。
【0011】
現在では、化合物半導体チップサイズは小型化が進み、低価格で提供できるため、シリコン半導体チップとの価格競争にも勝る製品がある。しかし、チップの小型化が進んでも、パッケージ外形が大きいままでは用途も限られ、チップサイズ縮小化をパッケージ縮小化に反映できないという大きな問題を抱えていた。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、半導体チップと、該チップが固着されるヘッダーと、前記チップの電極パッドに対応して配置される複数のリードと、前記電極パッドおよび前記リードとを接続する接続手段と、前記チップおよびヘッダーおよびリードとを封止する樹脂層とを有し、前記ヘッダーには前記2本のリード間に延在される突起部を少なくとも1つ設け、前記電極パッドのいずれかに接続する前記接続手段を前記突起部または前記突起部付近に固着することを特徴とする。
【0013】
これにより、ヘッダーを小さくしてもワイヤボンド領域を確保できるので、安定生産を実現しつつパッケージの小型化に寄与できる半導体装置を提供できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図1から図5を参照して説明する。
【0015】
図1は、リードフレームに化合物半導体チップを固着した一例を示す。尚、化合物半導体チップは図9(B)と同様であるので説明は省略する。
【0016】
図1に示すように、フレームは6ピンのリードを有し、中央部にヘッダー50を配置し、このヘッダー50に化合物半導体チップ51が固着されている。一端に導出される3本のリード52、53、54には、化合物半導体チップ51の制御端子Ctl−2、共通入力端子IN、制御端子Crl−1用電極パッドとそれぞれボンディングワイヤー80で接続されている。また他端に導出された2本のリード55、57は、化合物半導体チップ51の出力端子OUT2、出力端子OUT1用電極パッドとそれぞれボンディングワイヤーで接続される。更に、中央のリード56はヘッダー50と連結され、化合物半導体チップ51の容量端子用電極パッドCと接続する。
【0017】
本発明の第1の特徴は、ヘッダーの形状およびヘッダーワイヤボンドの位置にある。ヘッダー50は少なくとも1カ所を各リード間に割り込ませるように突起部100を設ける。そして、容量端子用電極パッドCをボンディングワイヤで、容量端子につながるヘッダーの突起部100または突起部100付近に接続する。
【0018】
また、第2の特徴は、チップの固着位置にある。化合物半導体チップ51は、ヘッダー50の中央ではなく、突起部100から離れる方向にずらして固着され、ヘッダー50に接続されるボンディングワイヤと、その両隣のボンディングワイヤとのスペースが十分に確保できている。
【0019】
更に、第3の特徴として、チップを横切ってワイヤボンドすることにある。従来、接続のためのボンディングワイヤは各電極パッドから放射状に、その外側に配置されるリードに固着されていたが、本発明の構造によると、ヘッダー50に接続される電極パッド(ここでは、容量端子用電極パッドC)に固着されたボンディングワイヤはチップ上を横切るように延在されてヘッダーの突起部100またはその付近に固着される。
【0020】
つまり、上記構造により、横方向(X軸方向)に小さいヘッダーであっても突起部付近にワイヤボンドすることが可能となる。このためヘッダー上でAgペースト85が広がっても、固着領域が確保できるヘッダーの突起部付近にワイヤボンドできるので、ヘッダーのサイズを縮小でき、パッケージの小型化を実現できる上、安定生産が可能となる。
【0021】
本実施の形態では、ヘッダーに突起部を複数設け、各リード間に配置している。すなわち、容量端子Cと供するリード56は外付け容量を介して接地され、制御端子Ctl-1、Ctl-2と接続されるリード54、52は直流しか印加されないDCピンを構成して高周波的には接地と等価となり、共通入力端子INとなるリード53、出力端子OUT1となるリード57および出力端子OUT2となるリード55の間に、高周波的に接地もしくは接地に近い、リードやヘッダーの突起を配置することにより、各高周波信号端子IN、OUT1、OUT2間のアイソレーションを向上できる。しかし、特性上問題がなければヘッダーの突起はワイヤボンド領域となる1箇所でもよい。
【0022】
図2には、図1のチップをモールドした平面図(図2(A))および断面図(図2(B)、(C))を示す。チップ51は導電ペースト85または非導電ペーストによりヘッダーに固着され、各リード52、53、54、55、56、57の先端を露出してトランスファモールドにより形成された樹脂層81でモールドする。このパッケージはMCP6と呼ばれ、2.0mm×2.1mm×0.9mmと小型化されている。図8に示す同一チップのパッケージが、従来では2.9mm×2.8mm×1.1mmであったことと比べて大幅に縮小できている。
【0023】
更に、突起部またはその付近に固着するワイヤは距離が必要となるため、M字形状のループにすることにより、距離が長くても高さを抑え、チップの薄型化にも寄与できる。
【0024】
また、図2(C)の如く、チップを逆向きに固着する構造も同様に実現できる。これは、MCPH6と呼ばれ、樹脂モールド部分はMCP6よりも大きくなるが、リード先端まで含めたサイズとしてはMCP6と同一サイズとなる。
【0025】
本発明のポイントは、ヘッダーに設けた突起部または突起部付近にワイヤボンド領域を確保することで、ヘッダーサイズの縮小およびパッケージ小型化を実現するものである。従って、十分な領域が確保できればチップはヘッダー上中央など、どの位置に固着されてもよい。また、ヘッダーと固着する電極パッドも容量端子用電極パッドに限定されず、いずれの電極パッドでもよい。例えば図9(A)の回路図で外付け容量端子Cに外付け容量を付けずに、その端子を直接接地することによりその端子名をGND端子とし、外付け容量を付けたスイッチICに印加する制御信号が0/+3Vであるのに対し、コントロール端子に0/−3Vの制御信号を印加するスイッチICもある。
【0026】
図3には、本発明の第2の実施の形態を示す。これは、本発明の第4の特徴でもあり、ヘッダーと接続する電極パッドは、チップ辺に同一ライン上ではなく、同一辺側の他の電極パッドよりもチップ中央よりに配置するものである。図3(A)のチップは、容量端子用電極パッドがチップ中央に寄っている以外は、図1または図9(B)の構造と全く同一である。これにより、図3(B)の如く、ワイヤボンド可能な角度範囲が大きくとれるので、ワイヤボンド位置の自由度が広がり、ワイヤボンド時の不良が大幅に低減できる。
【0027】
更に、容量端子用電極パッドに隣接するOUT端子用電極パッドとワイヤボンドとの離間距離が稼げるため、インサーションロスの劣化を抑制できる。
【0028】
また、図4および図5を用いて、第3の実施の形態としてGaAsFETを用いたミキサ用集積回路装置を実装した例を示す。
【0029】
図4(A)には、ミキサ集積回路装置の回路図を示す。第1と第4のFET1、FET4のゲートが共通ゲート端子G1に接続され、第2と第3のFET2、FET3のゲートが共通ゲート端子G2に接続される。また、第1と第2のFET1、FET2のソース(又はドレイン)が共通ソース端子S2に、第3と第4のFET3、FET4のソース(又はドレイン)が共通ソース端子S1に接続される。更に、第1と第3のFET1、FET3のドレイン(又はソース)が共通ドレイン端子D1と接続し、第2と第4のFET2、FET4のドレイン(又はソース)が共通ドレイン端子D2と接続する。
【0030】
このミキサ集積回路装置は、周波数変換を行うデバイスであるが、この回路構成のミキサICはダブルバランスドミキサと呼ばれるミキサで、RF信号、LO信号、IF信号が外付けバランにより180°位相が反転した各々2信号づつとなっているため、偶数次高調波成分が抑圧され、特に低歪みが要求される移動体通信機器などの高周波ディジタル無線通信に最適である。さらに広い周波数帯域で使用できるため、CATVチューナ用ミキサとして最適である。ソース1、ソース2にRF信号、ゲート1、ゲート2にLO信号を入力し、ドレイン1、ドレイン2からIF信号を取り出すという動作となっている。
【0031】
図4(B)は、図4(A)に示す化合物半導体ミキサ回路装置を集積化した化合物半導体チップの1例を示している。
【0032】
GaAs基板の中央部にFET1、FET2、FET3、FET4を配置する。また、ゲート端子G2、ソース端子S2に対応する各電極パッドがチップの1辺に沿った同一ライン上に配置され、ヘッダーと接続するソース端子S1用電極パッドはそれら2つの電極パッドよりもチップ中央よりに配置される。また、ゲート端子G1、ドレイン端子D1、ドレイン端子D2に対応する電極パッドが相対向するチップの1辺に沿った同一ライン上に配置される。
【0033】
各端子用電極パッドは、図4(B)に示す如く4つのFETのうち、2つのFETのソース電極、ドレイン電極、ゲート電極がそれぞれ共通となっており、2つのゲート端子用電極パッドG1、G2および2つのソース端子用電極パッドS1、S2および2つのドレイン端子用電極パッドD1、D2と接続している。
【0034】
図5には、図4のチップを実装した一例を示す。
【0035】
図5(A)に示すように、フレームは6ピンのリードを有し、中央部にヘッダー150を配置し、このヘッダー150に化合物半導体チップ151が固着されている。一端に導出される3本のリード152、153、154は、化合物半導体チップ51のゲート端子G1、ドレイン端子D1、ドレイン端子D2用電極パッドとそれぞれボンディングワイヤーで接続されている。また他端に導出された2本のリード155、157は、化合物半導体チップ151のゲート端子G2、ソース端子S2用電極パッドとそれぞれボンディングワイヤーで接続される。更に、中央のリード156はヘッダー150と連結され、化合物半導体チップ151のソース端子用電極パッドS1と接続する。
【0036】
ここで、ヘッダー150は少なくとも1カ所を各リード間に割り込ませるように突起部200を設け、ソース端子用電極パッドS1と接続するボンディングワイヤをこの突起部または突起部付近に固着する。
【0037】
化合物半導体チップは、ヘッダーの中央ではなく、突起部から離れる方向にずらして固着され、ヘッダーに接続されるボンディングワイヤと、その両隣のボンディングワイヤとのスペースを十分に確保できるようになっている。従来は接続のためのボンディングワイヤは各電極パッドから放射状にその外側に配置されるリードに固着されていたが、本発明の構造によると、ヘッダーにワイヤボンドされる電極パッド(ここでは、ソース端子用電極パッドS1)に固着されたボンディングワイヤはチップ上を横切るように延在されて突起部またはその付近に固着される。この部分にワイヤボンド領域を確保することにより、ヘッダー上でAgペースト85が広がってもワイヤボンド領域が確保でき、生産上、安定して組み立てできる上、ヘッダーのサイズを縮小でき、パッケージの小型化を実現できる。
【0038】
また、ヘッダーと接続する電極パッドは、チップ辺に同一ライン上ではなく、同一辺側の他の電極パッドよりもチップ中央よりに配置する。これにより、ワイヤボンド可能な角度範囲が大きくとれるので、ワイヤボンド位置の自由度が広がり、ワイヤボンド時の不良が大幅に低減できる。
【0039】
また図5(B)に示すように各リード152、153、154、155、156、157の先端を露出してトランスファモールドにより形成された樹脂層81でモールドされている。このパッケージはMCPH6と呼ばれ、2.0mm×1.6mm×0.85mmと小型化されている。
【0040】
更に、突起部またはその付近に固着するワイヤは距離が必要となるため、M字形状のループにすることにより、距離が長くても高さを抑え、チップの薄型化にも寄与できる。
【0041】
上記のミキサ用集積回路装置は、チップサイズが0.45mm×0.45mmあり、従来では図8と同様大型のパッケージに実装されていた。しかし、本発明を適用すれば、第1または第2の実施の形態のスイッチ回路装置と同一のフレームを利用でき、MCP6またはMCPH6の小型化したパッケージに実装することができるので携帯電話端末やCATVチューナー用途としての需要に対応できる。更には、スイッチ回路装置とフレームを共通にすることによりスタンピング金型投資を抑えることができる。
【0042】
以上、本発明の実施の形態では化合物半導体チップを例に説明したが、これに限らず、ヘッダーにワイヤボンドするチップであればシリコン半導体チップでも同様の効果が得られる。
【0043】
【発明の効果】
以上に詳述した如く、本発明に依れば以下の数々の効果が得られる。
【0044】
第1に、ヘッダーの突起部または突起部付近にワイヤボンドすることにより、パッケージの小型化に寄与できる。従来はヘッダにワイヤボンドする場合は対応する電極パッドから最短距離で放射状にワイヤを延在して固着していたが、Agペーストが広がるため、チップサイズが横方向で縮小できても、ワイヤボンド領域の確保が難しく、パッケージ外形が大きくなっていた。しかし、本発明によれば、チップ上を横切るようにボンディングワイヤを延在して、ヘッダーの突起部又はその付近に固着領域を確保するため、ヘッダーも大きいものを使用しなくてすむ。更に、チップ位置をヘッダー中心部から突起部から離間する方向にずらして固着し、ヘッダーにワイヤボンドする電極パッド位置を他の電極パッドよりも中央よりにすることで、ヘッダーに接続されるボンディングワイヤと、その両隣のボンディングワイヤとのスペースを十分に確保できる。
【0045】
これにより、従来では安定生産のためには一回り大きいパッケージを採用していたが、パッケージ外形を、2.0mm×2.1mm×0.9mmと小型化できる。また、チップを中央にしないため、ワイヤの距離が遠くなるが、ボンディングワイヤをM字形状のループにするため、薄型にも寄与できる
第2に、スイッチ回路装置を実装する場合、ヘッダーの突起部はリード間に延在されるため、容量端子Cと供するリードは外付け容量を介して接地される上、制御端子Ctl-1、Ctl-2と接続されるリードは直流しか印加されないDCピンを構成して高周波的には接地と等価となり、共通入力端子INとなるリード、出力端子OUT1となるリードおよび出力端子OUT2となるリード間に、高周波的に接地や接地に近いリードやヘッダーの突起を配置することにより、各高周波信号端子IN、OUT1、OUT2間のアイソレーションを向上できる。
【0046】
第3に、ミキサ集積回路装置を実装する場合、突起部付きのフレームはGaAsスイッチICと共用できる。つまり、フレームを共通にすることによりスタンピング金型投資を抑えることができ、組み立て時の安定生産とパッケージの小型化を兼ね備えたミキサ集積回路装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための平面図である。
【図2】本発明を説明するための(A)平面図、(B)断面図、(C)断面図である。
【図3】本発明を説明するための平面図である。
【図4】本発明を説明するための(A)回路図、(B)平面図である。
【図5】本発明を説明するための(A)平面図、(B)断面図である。
【図6】従来技術を説明するための回路図である。
【図7】従来技術を説明するための平面図である。
【図8】従来技術を説明するための(A)平面図、(B)平面図、(C)断面図である。
【図9】従来技術を説明するための(A)回路図、(B)平面図である。
【図10】従来技術を説明するための平面図である。

Claims (7)

  1. 第1方向に延在する第1辺と、第2方向に延在する第2辺を有する半導体チップと、
    前記チップ上に設けられ、前記第1辺に沿って配置される複数の電極パッドと
    該チップが固着されるヘッダーと、
    前記チップの電極パッドに対応して配置される複数のリードと、
    前記電極パッドおよび前記リードとを接続する接続手段と、
    前記チップおよびヘッダーおよびリードとを封止する樹脂層とを有し、
    前記ヘッダーには前記2本のリード間に延在される突起部を少なくとも1つ設け、
    前記チップは前記ヘッダー上で、前記突起部から離間する方向にずらした位置に銀ペーストにより固着され、
    前記複数の電極パッドのうち前記第1辺のみに沿って配置される1つの電極パッドに接続する前記接続手段を前記第2辺を超えて延在し前記突起部の根元に固着することを特徴とする半導体装置。
  2. 第1方向に延在する第1辺と、第2方向に延在する第2辺を有する半導体基板に4つのFETと、2つのゲート端子用電極パッド、2つのソース端子用電極パッドおよび2つのドレイン端子用電極パッドとを設け、前記各電極パッドのうちの複数の電極パッドを前記第1辺に沿って配置して半導体ミキサ集積回路を構成した半導体チップと、
    該チップが固着されるヘッダーと、
    前記チップの電極パッドに対応して配置される複数のリードと、
    前記電極パッドおよび前記リードとを接続する接続手段と、
    前記チップおよびヘッダーおよびリードとを封止する樹脂層とを有し、
    前記ヘッダーには前記2本のリード間に延在される突起部を少なくとも1つ設け、
    前記チップは前記ヘッダー上で、前記突起部から離間する方向にずらした位置に銀ペーストにより固着され、
    前記複数の電極パッドのうち前記第1辺のみに沿って配置されるいずれか1つの電極パッドと接続する前記接続手段を前記第2辺を超えて延在し、前記突起部の根元に固着することを特徴とする半導体装置。
  3. 前記いずれか1つの電極パッドは、前記ソース端子用電極パッドの1つであることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 第1方向に延在する第1辺と、第2方向に延在する第2辺を有する半導体基板に少なくとも2つのFETと、1つの入力端子用電極パッド、少なくとも1つの制御端子用電極パッド、2つの出力端子用電極パッドおよび1つの接地端子用電極パッドまたは容量端子用電極パッドを設け、前記各電極パッドのうちの複数の電極パッドを前記第1辺に沿って配置してスイッチ回路を構成した半導体チップと、
    該チップが固着されるヘッダーと、
    前記チップの電極パッドに対応して配置される複数のリードと、
    前記電極パッドおよび前記リードとを接続する接続手段と、
    前記チップおよびヘッダーおよびリードとを封止する樹脂層とを有し、
    前記ヘッダーには前記2本のリード間に延在される突起部を少なくとも1つ設け、
    前記チップは前記ヘッダー上で、前記突起部から離間する方向にずらした位置に銀ペーストにより固着され、
    前記複数の電極パッドのうち前記第1辺のみに沿って配置される前記接地端子用電極パッドまたは容量端子用電極パッドと接続する前記接続手段を前記第2辺を超えて延在し、前記突起部の根元に固着することを特徴とする半導体装置。
  5. 前記突起部の根元と接続する前記電極パッドは、前記第1辺に沿って配置される他の電極パッドよりも前記チップの中央部よりに配置することを特徴とする請求項1または請求項2または請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 前記突起部と前記電極パッドとを接続する接続手段はM字形状のループで固着されることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記突起部を挟んで配置される前記リードは前記突起部により高周波的に分離されることを特徴とする請求項1または請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
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