JP5734727B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.

従来から半導体素子のパッケージングとして、樹脂封止型と気密封止型とが知られている。樹脂封止型は、リードフレームに搭載した半導体素子をトランスファーモールドなどにより直接、樹脂内に埋め込んだ構造のものであり、コストが安い、大量生産に向いている、小型化が可能などの利点により広く採用されている。気密封止型は、セラミックなど絶縁体からなる基体に搭載した半導体素子を中空で気密保持した構造のものであり、樹脂封止型の半導体装置に比べてコストは高くなるが、気密性に優れるため、高い信頼性が要求される場合に採用されている。気密封止型のパッケージにおいては、金属からなる放熱体の上に直接、半導体素子を搭載し、入出力端子部は、凸状フィードスルー構造を有する例が知られている。   Conventionally, a resin sealing type and an airtight sealing type are known as packaging of a semiconductor element. The resin-encapsulated type has a structure in which the semiconductor element mounted on the lead frame is directly embedded in the resin by transfer molding, etc., and is advantageous for low cost, suitable for mass production, and miniaturization. Widely adopted. The hermetic sealing type has a structure in which a semiconductor element mounted on a base made of an insulator such as ceramic is hollow and hermetically held. The cost is higher than that of a resin-sealed semiconductor device, but the hermeticity is excellent. Therefore, it is adopted when high reliability is required. In the hermetically sealed package, an example is known in which a semiconductor element is directly mounted on a heat radiator made of metal, and the input / output terminal portion has a convex feedthrough structure.

増幅器に入力される2つの周波数の差が数100MHzになるシステムが出現している。このようなシステムの例としては、SNG(Satellite News Gathering)がある。SNGは人工衛星(通信衛星)を使う、テレビニュースをはじめとする放送番組素材収集システムである。SNGにおいては、映像周波数と音声周波数の差分周波数が、数100MHzである。また、他のシステムの例としては、MIMO(Multiple Input Multiple Output)がある。MIMOにおいては、複数のアンテナを組み合わせて、同時に異なるデータを送受信し、受信時に合成することで、擬似的に帯域を広げる無線通信技術である。例えば、108Mbpsの通信性能が得られており、無線LAN(Local Area Network)の高速化などに応用されている。   Systems have emerged in which the difference between two frequencies input to an amplifier is several hundred MHz. An example of such a system is SNG (Satellite News Gathering). SNG is a broadcasting program material collection system such as television news using an artificial satellite (communication satellite). In SNG, the difference frequency between the video frequency and the audio frequency is several hundred MHz. Another example of the system is MIMO (Multiple Input Multiple Output). MIMO is a wireless communication technology that combines a plurality of antennas, transmits and receives different data at the same time, and combines them at the time of reception to broaden the bandwidth in a pseudo manner. For example, a communication performance of 108 Mbps is obtained, and it is applied to speeding up of a wireless local area network (LAN).

特開2000−183222号公報JP 2000-183222 A

http://www.excelics.com/MFET%20APP%20NOTE.pdf:“Recommendations for the Handling, Mounting and Biasing of High Power GaAs FETs”http://www.excelics.com/MFET%20APP%20NOTE.pdf: “Recommendations for the Handling, Mounting and Biasing of High Power GaAs FETs” スティーブン シー・クリップス、“ワイヤレス通信用RFパワー増幅器”、11.3、バイアス供給モジュレーション効果、アーテックハウス社(Steve C. Cripps、“RF Power Amplifiers for Wireless Communications”, 11.3 Bias Supply Modulation Effects. ARTECH HOUSE)Steven Sea Clips, “RF Power Amplifiers for Wireless Communications”, 11.3, Bias Supply Modulation Effects, Steven C. Cripps, “RF Power Amplifiers for Wireless Communications”, 11.3 Bias Supply Modulation Effects. ARTECH HOUSE

2つの周波数を1つの高周波増幅素子に入力したとき、その差分周波数成分が発生する。その差分周波数が数MHzの場合はRF出力端子近傍に100μF以上のキャパシタを接続することで、出力端子電圧およびチップ端面の電圧が平滑化される。   When two frequencies are input to one high frequency amplifying element, a difference frequency component is generated. When the difference frequency is several MHz, by connecting a capacitor of 100 μF or more near the RF output terminal, the output terminal voltage and the chip end face voltage are smoothed.

しかし、差分周波数が数百MHzの場合、RF出力端子近傍に付けたキャパシタでは、チップ端面とキャパシタ間に整合回路が介在するため、チップ端面の電圧を平滑化できない。   However, when the differential frequency is several hundred MHz, a capacitor attached near the RF output terminal cannot smooth the voltage at the chip end face because a matching circuit is interposed between the chip end face and the capacitor.

本実施の形態が解決しようとする課題は、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することにある。   The problem to be solved by the present embodiment is to provide a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

本実施形態の半導体装置は、高周波半導体チップと、入力側分布回路と、出力側分布回路と、高周波入力端子と、高周波出力端子と、平滑化キャパシタと、平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤとを備える。入力側分布回路は、高周波半導体チップの入力側に配置される。出力側分布回路は、高周波半導体チップの出力側に配置される。高周波入力端子は、入力側分布回路に接続される。高周波出力端子は、出力側分布回路に接続される。平滑化キャパシタは、高周波半導体チップのドレイン端子電極近傍に配置される。平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤは、高周波半導体チップのドレイン端子電極と平滑化キャパシタとの間を接続するとともに、平滑化キャパシタに直列的に且つ直接的に接続する。ここで、高周波半導体チップと、入力側分布回路と、出力側分布回路と、平滑化キャパシタとが1つのパッケージに収納されている。また、平滑化キャパシタの値をC BR 、電流振幅の値をI PK 、許容できるリップル電圧の値をΔV、差分周波数の値を△fとすると、前記平滑化キャパシタは、C BR =I PK ×(1/2π△f)/△V以上の値を有する。
The semiconductor device of this embodiment includes a high-frequency semiconductor chip, an input-side distribution circuit, an output-side distribution circuit, a high-frequency input terminal, a high-frequency output terminal, a smoothing capacitor, and a smoothing capacitor connecting bonding wire. . The input side distribution circuit is arranged on the input side of the high frequency semiconductor chip. The output side distribution circuit is arranged on the output side of the high frequency semiconductor chip. The high frequency input terminal is connected to the input side distribution circuit. The high frequency output terminal is connected to the output side distribution circuit. The smoothing capacitor is disposed in the vicinity of the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip. The smoothing capacitor connecting bonding wire connects the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip and the smoothing capacitor, and also directly and directly connects to the smoothing capacitor. Here, the high frequency semiconductor chip, the input side distribution circuit, the output side distribution circuit, and the smoothing capacitor are housed in one package. Also, assuming that the smoothing capacitor value is C BR , the current amplitude value is I PK , the allowable ripple voltage value is ΔV, and the differential frequency value is Δf, the smoothing capacitor has C BR = I PK × It has a value of (1 / 2πΔf) / ΔV or more.

第1の実施の形態に係る半導体装置を搭載するパッケージの模式的鳥瞰構成であって、(a)メタルキャップ、(b)メタルシールリング、(c)金属壁、(d)導体ベースプレート、絶縁層、絶縁層上に配置されたストリップライン、および絶縁層上に配置されるフィードスルー上層部の模式的構成図。1 is a schematic bird's-eye view configuration of a package mounting a semiconductor device according to a first embodiment, wherein (a) a metal cap, (b) a metal seal ring, (c) a metal wall, (d) a conductor base plate, and an insulating layer. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a strip line disposed on an insulating layer and a feedthrough upper layer portion disposed on the insulating layer. 第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成図。1 is a schematic plan configuration diagram of a semiconductor device according to a first embodiment. FIG. (a)第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構成であって、図2のI−I線に沿う模式的断面構造図、(b)平滑化キャパシタ部分の詳細な模式的断面構造図。2A is a schematic cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the first embodiment, and is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line II of FIG. 2, and FIG. 2B is a detailed schematic cross-section of the smoothing capacitor portion. Structural drawing. 第1の実施の形態に係る半導体装置の入力整合部、出力整合部、および平滑化キャパシタを含む模式的回路構成図。FIG. 3 is a schematic circuit configuration diagram including an input matching unit, an output matching unit, and a smoothing capacitor of the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る半導体装置において、電流振幅の値IPKをパラメータとするリップル電圧ΔVとバイパスキャパシタの値CBRとの関係を示すシミュレーション結果。In the semiconductor device according to the first embodiment, the simulation shows the relationship between the value C BR ripple voltage ΔV and a bypass capacitor to the value I PK of current amplitude parameter results. 第1の実施の形態に係る半導体装置において、差分周波数Δfをパラメータとするリップル電圧ΔVとバイパスキャパシタの値CBRとの関係を示すシミュレーション結果。In the semiconductor device according to the first embodiment, the simulation results showing the relationship between the value C BR ripple voltage ΔV and the bypass capacitor for the difference frequency Δf as a parameter. 第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成図。The typical plane block diagram of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構成であって、図7のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 8 is a schematic cross-sectional configuration diagram of the semiconductor device according to the second embodiment, which is taken along line II-II in FIG. 7. 第3の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成図。The typical plane block diagram of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構成であって、図9のIII−III線に沿う模式的断面構造図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional configuration diagram of the semiconductor device according to the third embodiment, which is taken along line III-III in FIG. 9. 第3の実施の形態に係る半導体装置の入力整合部、出力整合部、平滑化キャパシタ、および補助平滑化キャパシタを含む模式的回路構成図。FIG. 9 is a schematic circuit configuration diagram including an input matching unit, an output matching unit, a smoothing capacitor, and an auxiliary smoothing capacitor of a semiconductor device according to a third embodiment. 第4の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成図。The typical plane block diagram of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構成であって、図12のIV−IV線に沿う模式的断面構造図。FIG. 14 is a schematic cross-sectional configuration diagram of the semiconductor device according to the fourth embodiment, which is taken along line IV-IV in FIG. 12. (a)平滑化キャパシタの配置スペースが狭い場合を説明する比較例に係る半導体装置の模式的平面構成図、(b)平滑化キャパシタの配置スペースの寸法図。(A) The typical plane block diagram of the semiconductor device which concerns on the comparative example explaining the case where the arrangement space of a smoothing capacitor is narrow, (b) The dimension figure of the arrangement space of a smoothing capacitor. 第5の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成図。FIG. 10 is a schematic plan configuration diagram of a semiconductor device according to a fifth embodiment. (a)図15のV−V線に沿う模式的断面構造図、(b)平滑化キャパシタ部分の詳細な模式的断面構造図。FIG. 15A is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line VV in FIG. 15, and FIG. 15B is a detailed schematic cross-sectional structure diagram of the smoothing capacitor portion. 図15のVI−VI線に沿う模式的断面構造図。FIG. 16 is a schematic sectional view taken along line VI-VI in FIG. 15. 第6の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成図。FIG. 10 is a schematic plan configuration diagram of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 図18のVII−VII線に沿う模式的断面構造図。FIG. 19 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line VII-VII in FIG. 18. 第7の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成図。FIG. 10 is a schematic plan configuration diagram of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 図20のVIII−VIII線に沿う模式的断面構造図。FIG. 21 is a schematic sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 20. (a)実施の形態に半導体装置において、高周波半導体チップの模式的平面パターン構成の拡大図、(b)図22(a)のJ部分の拡大図。(A) In the semiconductor device according to the embodiment, an enlarged view of a schematic planar pattern configuration of a high-frequency semiconductor chip, (b) an enlarged view of a portion J in FIG. 実施の形態に係る半導体装置に適用する高周波半導体チップの構造例1であって、図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構造図。FIG. 23 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line IX-IX in FIG. 22B, which is a structure example 1 of the high-frequency semiconductor chip applied to the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置に適用する高周波半導体チップの構造例2であって、図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構造図。FIG. 23 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line IX-IX in FIG. 22B, which is a structural example 2 of the high-frequency semiconductor chip applied to the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置に適用する高周波半導体チップの構造例3であって、図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構造図。FIG. 23 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line IX-IX in FIG. 22B, which is a structural example 3 of the high-frequency semiconductor chip applied to the semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態に係る半導体装置に適用する高周波半導体チップの構造例4であって、図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構造図。FIG. 23 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line IX-IX in FIG. 22B, which is a fourth example of the structure of the high-frequency semiconductor chip applied to the semiconductor device according to the embodiment.

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下において、同じ要素には同じ符号を付して説明の重複を避け、説明を簡略にする。図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following, the same elements are denoted by the same reference numerals to avoid duplication of explanation and to simplify the explanation. It should be noted that the drawings are schematic and different from the actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   The embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea, and the embodiment does not specify the arrangement of each component as described below. This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.

(第1の実施の形態)
(パッケージ構造)
実施の形態に係る半導体装置1を搭載するパッケージは、図1(a)〜図1(d)に示すように、メタルキャップ10と、メタルシールリング14aと、金属壁16と、導体ベースプレート200と、導体ベースプレート200上に配置されたフィードスルー下層部20a・20bと、フィードスルー下層部20a・20b上に配置された入力ストリップライン19a・出力ストリップライン19bと、フィードスルー下層部20a・20b上に配置されたフィードスルー上層部22・22とを備える。
(First embodiment)
(Package structure)
As shown in FIGS. 1A to 1D, a package for mounting the semiconductor device 1 according to the embodiment includes a metal cap 10, a metal seal ring 14a, a metal wall 16, and a conductor base plate 200. The feedthrough lower layer portions 20a and 20b arranged on the conductor base plate 200, the input stripline 19a and the output stripline 19b arranged on the feedthrough lower layer portions 20a and 20b, and the feedthrough lower layer portions 20a and 20b The feedthrough upper layer portions 22 and 22 are provided.

導体ベースプレート200は、例えば、モリブデン、銅モリブデン合金などの導電性金属によって形成されている。さらに、導体ベースプレート200の表面には、例えば、Au、Ni、Ag、Ag−Pt合金、Ag−Pd合金などのメッキ導体を形成してもよい。また、導体ベースプレート200には、Cu/Mo/アルミナ基板などの積層構造を用いても良い。   The conductor base plate 200 is made of, for example, a conductive metal such as molybdenum or a copper molybdenum alloy. Furthermore, a plated conductor such as Au, Ni, Ag, Ag—Pt alloy, or Ag—Pd alloy may be formed on the surface of the conductor base plate 200. The conductor base plate 200 may have a laminated structure such as a Cu / Mo / alumina substrate.

金属壁16の材質としては、例えば、アルミニウム、モリブデン、銅モリブデン合金などの導電性金属によって形成されている。   For example, the metal wall 16 is made of a conductive metal such as aluminum, molybdenum, or copper molybdenum alloy.

金属壁16の上面には、メタルシールリング14aを介して、半田付けのためのハンダメタル層(図示省略)が形成される。ハンダメタル層としては、例えば、金ゲルマニウム合金、金錫合金などから形成可能である。   A solder metal layer (not shown) for soldering is formed on the upper surface of the metal wall 16 via a metal seal ring 14a. The solder metal layer can be formed from, for example, a gold germanium alloy, a gold tin alloy, or the like.

また、金属壁16は、絶縁性若しくは導電性の接着剤を介して、導体ベースプレート200上に配置される。絶縁性の接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂、ガラスなどから形成可能であり、導電性の接着剤としては、例えば、金ゲルマニウム合金、金錫合金などから形成可能である。尚、金属壁16は、フィードスルー部分においては、凸状のフィードスルー上層部22(図1および図3参照)上に配置されている。凸状のフィードスルー上層部22は、フィードスルー下層部20a・20b上に配置され、絶縁層で形成される。   The metal wall 16 is disposed on the conductor base plate 200 via an insulating or conductive adhesive. The insulating adhesive can be formed from, for example, an epoxy resin or glass, and the conductive adhesive can be formed from, for example, a gold germanium alloy or a gold-tin alloy. In addition, the metal wall 16 is arrange | positioned on the convex feedthrough upper layer part 22 (refer FIG. 1 and FIG. 3) in a feedthrough part. The convex feedthrough upper layer portion 22 is disposed on the feedthrough lower layer portions 20a and 20b and is formed of an insulating layer.

メタルキャップ10は、図1(a)に示すように、平板形状を備える。   As shown in FIG. 1A, the metal cap 10 has a flat plate shape.

金属壁16上にメタルシールリング14aを介してメタルキャップ10を配置する。   The metal cap 10 is disposed on the metal wall 16 via the metal seal ring 14a.

(半導体装置)
第1の実施の形態に係る半導体装置1は、図1〜図3に示すように、高周波半導体チップ24と、高周波半導体チップ24の入力側に配置された入力側分布回路17と、高周波半導体チップ24の出力側に配置された出力側分布回路18と、入力側分布回路17に接続された高周波入力端子21aと、出力側分布回路18に接続された高周波出力端子21bと、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極近傍に配置された平滑化キャパシタ34a・34bとを備える。ここで、高周波半導体チップ24と、入力側分布回路17と、出力側分布回路18と、平滑化キャパシタ34a・34bとが1つのパッケージに収納されている。
(Semiconductor device)
As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor device 1 according to the first embodiment includes a high-frequency semiconductor chip 24, an input-side distribution circuit 17 disposed on the input side of the high-frequency semiconductor chip 24, and a high-frequency semiconductor chip. The output side distribution circuit 18 arranged on the output side of the output 24, the high frequency input terminal 21 a connected to the input side distribution circuit 17, the high frequency output terminal 21 b connected to the output side distribution circuit 18, and the high frequency semiconductor chip 24 And smoothing capacitors 34a and 34b disposed in the vicinity of the drain terminal electrode. Here, the high frequency semiconductor chip 24, the input side distribution circuit 17, the output side distribution circuit 18, and the smoothing capacitors 34a and 34b are housed in one package.

また、平滑化キャパシタ34は、図3(b)に示すように、第1キャパシタ電極層42と、第1キャパシタ電極層42上に配置されたキャパシタ絶縁層44と、キャパシタ絶縁層44上に配置された第2キャパシタ電極層40とを備える。また、平滑化キャパシタ34は、図3(b)に示すように、導体ベースプレート200上に配置されている。   Further, as shown in FIG. 3B, the smoothing capacitor 34 is disposed on the first capacitor electrode layer 42, the capacitor insulating layer 44 disposed on the first capacitor electrode layer 42, and the capacitor insulating layer 44. The second capacitor electrode layer 40 is provided. Further, the smoothing capacitor 34 is disposed on the conductor base plate 200 as shown in FIG.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置1は、図2に示すように、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極と平滑化キャパシタ34a・34bとの間を接続する平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ23a・23bを備える。   Further, as shown in FIG. 2, the semiconductor device 1 according to the first embodiment has a smoothing capacitor connecting bonding wire that connects between the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip 24 and the smoothing capacitors 34a and 34b. 23a and 23b.

また、平滑化キャパシタ34a・34bは、図2に示すように、高周波半導体チップ24の両端に配置され、平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ23a・23bは、動作周波数において、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極D近傍のインピーダンスよりも十分大きなインピーダンスとなる長さを有する。ここで、例えば、ドレイン端子電極D近傍のインピーダンスの値は、電流振幅の値IPK=10A、電圧Vds=24Vの高周波半導体チップ24では、約2.4Ωとなる。これに対して、例えば、10倍以上のインピーダンスとなるように平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ23a・23bのワイヤ長を決める。例えば、動作周波数f=14GHzの場合、インピーダンスZ=2πf・L>2.4Ωより、平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ23a・23bのインダクタンスLは、0.03nH以上であれば良い。 Further, as shown in FIG. 2, the smoothing capacitors 34a and 34b are arranged at both ends of the high-frequency semiconductor chip 24, and the smoothing capacitor connecting bonding wires 23a and 23b are drain terminals of the high-frequency semiconductor chip 24 at the operating frequency. It has a length that is sufficiently larger than the impedance in the vicinity of the electrode D. Here, for example, the impedance value in the vicinity of the drain terminal electrode D is about 2.4Ω in the high-frequency semiconductor chip 24 having the current amplitude value I PK = 10A and the voltage Vds = 24V. On the other hand, for example, the wire lengths of the smoothing capacitor connecting bonding wires 23a and 23b are determined so that the impedance is 10 times or more. For example, when the operating frequency f = 14 GHz, the impedance L of the smoothing capacitor connecting wires 23a and 23b may be 0.03 nH or more because the impedance Z = 2πf · L> 2.4Ω.

また、実施の形態に係る半導体装置1は、図1〜図3に示すように、導体ベースプレート200上に配置された高周波半導体チップ24と、導体ベースプレート200上に高周波半導体チップ24の入力側に配置された入力回路基板26と、導体ベースプレート200上に高周波半導体チップ24の出力側に配置された出力回路基板28とを備える。   1 to 3, the semiconductor device 1 according to the embodiment is disposed on the input side of the high-frequency semiconductor chip 24 on the conductor base plate 200 and the high-frequency semiconductor chip 24 disposed on the conductor base plate 200. And the output circuit board 28 arranged on the output side of the high-frequency semiconductor chip 24 on the conductor base plate 200.

入力回路基板26上には、入力側分布回路17が配置され、出力回路基板28上には、出力側分布回路18が配置されている。   The input side distribution circuit 17 is arranged on the input circuit board 26, and the output side distribution circuit 18 is arranged on the output circuit board 28.

また、図2に示すように、入力側分布回路17に接続された入力ストリップライン19aと、出力側分布回路18に接続された出力ストリップライン19bとを備える。ここで、高周波入力端子21aは、入力ストリップライン19aを介して高周波半導体チップ24のゲート端子電極Gに接続され、高周波出力端子21bは、出力ストリップライン19bを介して高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dに接続される。   Further, as shown in FIG. 2, an input strip line 19 a connected to the input side distribution circuit 17 and an output strip line 19 b connected to the output side distribution circuit 18 are provided. Here, the high frequency input terminal 21a is connected to the gate terminal electrode G of the high frequency semiconductor chip 24 through the input strip line 19a, and the high frequency output terminal 21b is connected to the drain terminal electrode of the high frequency semiconductor chip 24 through the output strip line 19b. Connected to D.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置1は、図2に示すように、入力側分布回路17を搭載する入力回路基板26と、出力側分布回路18を搭載する出力回路基板28とを備える。   Further, as shown in FIG. 2, the semiconductor device 1 according to the first embodiment includes an input circuit board 26 on which the input-side distribution circuit 17 is mounted and an output circuit board 28 on which the output-side distribution circuit 18 is mounted. Prepare.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置1は、図2に示すように、入力回路基板26と高周波半導体チップ24との間に配置された入力整合用キャパシタ基板30と、出力回路基板28と高周波半導体チップ24との間に配置された出力整合用キャパシタ基板32とを備える。   Further, as shown in FIG. 2, the semiconductor device 1 according to the first embodiment includes an input matching capacitor substrate 30 and an output circuit substrate 28 arranged between the input circuit substrate 26 and the high-frequency semiconductor chip 24. And an output matching capacitor substrate 32 disposed between the semiconductor chip 24 and the high-frequency semiconductor chip 24.

また、図2および図3に示すように、入力ストリップライン19aと入力側分布回路17との間は、ボンディングワイヤ11で接続され、入力側分布回路17と入力整合用キャパシタ基板30との間は、ボンディングワイヤ13で接続され、入力整合用キャパシタ基板30と高周波半導体チップ24との間は、ボンディングワイヤ12で接続され、高周波半導体チップ24と出力整合用キャパシタ基板32との間は、ボンディングワイヤ14で接続され、出力整合用キャパシタ基板32と出力側分布回路18との間は、ボンディングワイヤ19で接続され、出力側分布回路18と出力ストリップライン19bとの間は、ボンディングワイヤ15で接続される。   2 and 3, the input strip line 19a and the input side distribution circuit 17 are connected by a bonding wire 11, and the input side distribution circuit 17 and the input matching capacitor substrate 30 are not connected. The input matching capacitor substrate 30 and the high frequency semiconductor chip 24 are connected by the bonding wire 12, and the high frequency semiconductor chip 24 and the output matching capacitor substrate 32 are connected by the bonding wire 14. The output matching capacitor substrate 32 and the output side distribution circuit 18 are connected by a bonding wire 19, and the output side distribution circuit 18 and the output strip line 19 b are connected by a bonding wire 15. .

第1の実施の形態に係る半導体装置1の入力整合部50、出力整合部60、および平滑化キャパシタCBを含む模式的回路構成は、図4に示すように表される。 The semiconductor device input matching unit 50 of 1 according to the first embodiment, a schematic circuit configuration including the output matching unit 60, and smoothing capacitor C B is expressed as shown in FIG.

図4に示すように、入力整合部50は、入力側分布回路17と、入力側分布回路17と高周波半導体チップ24のゲート端子電極G間に接続される入力側の集中定数回路とを備える。入力側の集中定数回路は、インダクタンスL1a、L1bとキャパシタンスC1で構成される。出力整合部60は、出力側分布回路18と、出力側分布回路18と高周波半導体チップ24のドレイン端子電極D間に接続される出力側の集中定数回路とを備える。出力側の集中定数回路は、インダクタンスL2a、L2bとキャパシタンスC2で構成される。   As shown in FIG. 4, the input matching unit 50 includes an input side distribution circuit 17 and an input side lumped constant circuit connected between the input side distribution circuit 17 and the gate terminal electrode G of the high frequency semiconductor chip 24. The lumped constant circuit on the input side includes inductances L1a and L1b and a capacitance C1. The output matching unit 60 includes an output side distribution circuit 18 and an output side lumped constant circuit connected between the output side distribution circuit 18 and the drain terminal electrode D of the high frequency semiconductor chip 24. The output side lumped constant circuit includes inductances L2a and L2b and a capacitance C2.

また、実施の形態に係る半導体装置1は、図2および図4に示すように、平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ23a・23bに基づくインダクタンスLBを介して高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dと接地電位間に接続されたバイパスリザバーキャパシタ(bypass reservoir capacitor)(以下、バイパスキャパシタあるいは平滑化キャパシタと称する)CBを備える。ここで、平滑化キャパシタCBの値をCBR、電流振幅の値をIPK、許容できるリップル電圧の値をΔV、差分周波数の値をΔfとすると、平滑化キャパシタCBの値CBRは、CBR=IPK×(1/2πΔf)/△V以上の値を有する。 Further, the semiconductor device 1 according to the embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, and the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24 via the inductance L B based on the smoothing capacitor connected bonding wires 23a · 23b bypass reservoir capacitor connected between a ground potential (bypass reservoir capacitor) (hereinafter, referred to as a bypass capacitor or smoothing capacitor) a C B. Here, assuming that the value of the smoothing capacitor C B is C BR , the current amplitude value is I PK , the allowable ripple voltage value is ΔV, and the difference frequency value is Δf, the value C BR of the smoothing capacitor C B is , C BR = I PK × (1 / 2πΔf) / ΔV or more.

実施の形態に係る半導体装置1においては、図2および図4に示すように、平滑化キャパシタ34a・34bを設け、平滑化キャパシタ34a・34bと高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dとを平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ23a・23b介して接続する。平滑化キャパシタ34a・34bは、図3(b)に示すように、単板の並行平板キャパシタ構造を備える。この接続では、出力側分布回路18を介さないため、差分周波数Δfが数百MHzの場合でも高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dの電圧が平滑化される。   In the semiconductor device 1 according to the embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, smoothing capacitors 34 a and 34 b are provided, and the smoothing capacitors 34 a and 34 b and the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24 are smoothed. Connection is made through capacitor connecting bonding wires 23a and 23b. As shown in FIG. 3B, the smoothing capacitors 34a and 34b have a single plate parallel plate capacitor structure. In this connection, since the output side distribution circuit 18 is not passed, the voltage of the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24 is smoothed even when the difference frequency Δf is several hundred MHz.

実施の形態に係る半導体装置1において、電流振幅の値IPKをパラメータとするリップル電圧ΔVとバイパスキャパシタ(平滑化キャパシタ)CBの値CBRとの関係を示すシミュレーション結果は、図5に示すように表される。図5は、差分周波数Δf=300MHzの例である。 In the semiconductor device 1 according to the embodiment, the simulation shows the relationship between the value C BR ripple voltage ΔV and the bypass capacitor (smoothing capacitor) C B to a value I PK of current amplitude parameter results are shown in FIG. 5 It is expressed as follows. FIG. 5 is an example of the difference frequency Δf = 300 MHz.

図5に示すように、例えば、リップル電圧ΔVを0.1V以下に抑えるためには、差分周波数Δf=300MHz・電流振幅の値IPK=1.0Aのとき、バイパスキャパシタの値CBR=0.005μF以上、差分周波数Δf=300MHz・電流振幅の値IPK=3.0Aのとき、バイパスキャパシタCBの値CBR=0.015μF以上、差分周波数Δf=300MHz・電流振幅の値IPK=10.0Aのとき、バイパスキャパシタの値CBR=0.05μF以上の値が必要となる。 As shown in FIG. 5, for example, in order to suppress the ripple voltage ΔV to 0.1 V or less, when the difference frequency Δf = 300 MHz and the current amplitude value I PK = 1.0 A, the bypass capacitor value C BR = 0 .005 μF or more, difference frequency Δf = 300 MHz, current amplitude value I PK = 3.0 A, bypass capacitor C B value C BR = 0.015 μF or more, difference frequency Δf = 300 MHz, current amplitude value I PK = At 10.0 A, a value of bypass capacitor value C BR = 0.05 μF or more is required.

また、差分周波数Δfをパラメータとするリップル電圧ΔVとバイパスキャパシタ(平滑化キャパシタ)CBの値CBRとの関係を示すシミュレーション結果は、図6に示すように表される。図6は、電流振幅の値IPK=10Aの例である。 Further, the simulation results showing the relationship between the ripple voltage ΔV and the bypass capacitor (smoothing capacitor) values C BR of C B that the difference frequency Δf and parameters is expressed as shown in FIG. FIG. 6 shows an example of the current amplitude value I PK = 10A.

図6に示すように、例えば、リップル電圧ΔVを0.1V以下に抑えるためには、電流振幅の値IPK=10A・差分周波数Δf=100MHzのとき、バイパスキャパシタCBの値CBR=0.15μF以上、電流振幅の値IPK=10A・差分周波数Δf=300MHzのとき、バイパスキャパシタCBの値CBR=0.05μF以上、電流振幅の値IPK=10A・差分周波数Δf=500MHzのとき、バイパスキャパシタCBの値CBR=0.03μF以上の値が必要となる。 As shown in FIG. 6, for example, in order to suppress the ripple voltage ΔV to 0.1 V or less, the value C BR = 0 of the bypass capacitor C B when the current amplitude value I PK = 10 A and the difference frequency Δf = 100 MHz. When the current amplitude value I PK = 10 A · differential frequency Δf = 300 MHz, the bypass capacitor C B value C BR = 0.05 μF or more, the current amplitude value I PK = 10 A · differential frequency Δf = 500 MHz At this time, the value C BR of the bypass capacitor C B = 0.03 μF or more is required.

例えば、差分周波数Δfが300MHzのとき、電流振幅の値IPKが3A程度であるとすると、この電荷量を300MHzの周期以内に供給し、リップル電圧ΔVを0.1V以内にするために必要なバイパスキャパシタCBの値CBRは、CBR=Q/△Vで表すことができる。ここで、Q=IPK∫(0〜T/2)sinωtdt=IPK∫(0〜π/ω)sinωtdtで表される。したがって、Qの値は、約3×(1/2π△f)=1.5×10-9(C)であり、リップル電圧ΔV=0.1Vから、CBR=0.015μFとなる。 For example, when the difference frequency Δf is 300 MHz, if the current amplitude value I PK is about 3 A, this charge amount is supplied within a period of 300 MHz, and is necessary to make the ripple voltage ΔV within 0.1 V. The value C BR of the bypass capacitor C B can be expressed as C BR = Q / ΔV. Here, Q = I PK ∫ (0 to T / 2) sin ωtdt = I PK ∫ (0 to π / ω) sin ωtdt. Therefore, the value of Q is about 3 × (1 / 2πΔf) = 1.5 × 10 −9 (C), and from the ripple voltage ΔV = 0.1 V, C BR = 0.015 μF.

第1の実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することができる。   According to the first embodiment, it is possible to provide a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る半導体装置1において、平滑化キャパシタ341・342・343・344は、図7および図8に示すように、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極D近傍に複数配置される。また、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dと平滑化キャパシタ341・342・343・344間を接続する平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ231・232・233・234は、動作周波数において、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極D近傍のインピーダンスよりも十分大きなインピーダンスとなる長さを有する。
(Second Embodiment)
In the semiconductor device 1 according to the second embodiment, the smoothing capacitors 34 1 , 34 2 , 34 3 , 34 4 are located near the drain terminal electrode D of the high frequency semiconductor chip 24 as shown in FIGS. Several are arranged. Further, the drain terminal electrode D and the smoothing capacitor 34 1, 34 2, 34 3, 34 for 4 during connecting a smoothing capacitor connected bonding wires 23 1, 23 2, 23 3, 23 4 of high-frequency semiconductor chip 24, The operating frequency has a length that is sufficiently larger than the impedance in the vicinity of the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24.

第2の実施の形態に係る半導体装置1において、平滑化キャパシタ341・342・343・344を複数チップにわけて配置する理由は、高周波半導体チップ24の各FETセルに均等に電荷を供給するためである。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。 In the semiconductor device 1 according to the second embodiment, the smoothing capacitors 34 1 , 34 2 , 34 3, and 34 4 are arranged in a plurality of chips because the FET cells of the high-frequency semiconductor chip 24 are evenly charged. It is for supplying. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.

第2の実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することにある。   According to the second embodiment, there is provided a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図9〜図10に示すように、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dに並行して配置された補助平滑化キャパシタ36を備える。ここで、補助平滑化キャパシタ36は、平滑化キャパシタ34a・34bと同様に、単板の並行平板キャパシタ構造を備える。
(Third embodiment)
As shown in FIGS. 9 to 10, the semiconductor device 1 according to the third embodiment includes an auxiliary smoothing capacitor 36 disposed in parallel with the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24. Here, the auxiliary smoothing capacitor 36 has a single-plate parallel plate capacitor structure like the smoothing capacitors 34a and 34b.

また、図9〜図10に示すように、平滑化キャパシタ34a・34bは、補助平滑化キャパシタ36の両端に配置される。   Further, as shown in FIGS. 9 to 10, the smoothing capacitors 34 a and 34 b are arranged at both ends of the auxiliary smoothing capacitor 36.

また、図9〜図10に示すように、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dと補助平滑化キャパシタ36との間を接続する補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ371・372・373・374を備える。 Further, as shown in FIGS. 9 to 10, auxiliary smoothing capacitor connecting bonding wires 37 1 , 37 2 , 37 3 , which connect between the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24 and the auxiliary smoothing capacitor 36. equipped with a 37 4.

また、図9〜図10に示すように、補助平滑化キャパシタ36と平滑化キャパシタ34a・34bとの間を接続する平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ38a・38bを備える。   Further, as shown in FIGS. 9 to 10, smoothing capacitor connecting bonding wires 38a and 38b for connecting the auxiliary smoothing capacitor 36 and the smoothing capacitors 34a and 34b are provided.

補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ371・372・373・374は、動作周波数において、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極D近傍のインピーダンスよりも十分大きなインピーンダンスとなる長さを有する。補助平滑化キャパシタ36を接続することにより、動作周波数での整合状態に変化がないように、補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ371・372・373・374を長くして、インピーダンスを上げている。 The auxiliary smoothing capacitor connecting bonding wires 37 1 , 37 2 , 37 3, and 37 4 have a length that provides an impedance sufficiently larger than the impedance in the vicinity of the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24 at the operating frequency. . By connecting the auxiliary smoothing capacitor 36, the auxiliary smoothing capacitor connecting bonding wires 37 1 , 37 2 , 37 3, and 37 4 are lengthened so that there is no change in the matching state at the operating frequency. Raised.

ここで、補助平滑化キャパシタ36の値は、平滑化キャパシタ34a・34bの値の約1/10程度である。例えば、平滑化キャパシタ34a・34bの値は、約0.05μFであるのに対して、補助平滑化キャパシタ36の値は、約0.005μFである。   Here, the value of the auxiliary smoothing capacitor 36 is about 1/10 of the value of the smoothing capacitors 34a and 34b. For example, the value of the smoothing capacitors 34a and 34b is about 0.05 μF, while the value of the auxiliary smoothing capacitor 36 is about 0.005 μF.

第3の実施の形態に係る半導体装置1の入力整合部50、出力整合部60、平滑化キャパシタCB、および補助平滑化キャパシタCAを含む模式的回路構成は、図11に示すように表される。 A schematic circuit configuration including the input matching unit 50, the output matching unit 60, the smoothing capacitor C B , and the auxiliary smoothing capacitor C A of the semiconductor device 1 according to the third embodiment is expressed as shown in FIG. Is done.

図11に示すように、入力整合部50は、入力側分布回路17と、入力側分布回路17と高周波半導体チップ24のゲート端子電極G間に接続される入力側の集中定数回路とを備える。入力側の集中定数回路は、インダクタンスL1a、L1bとキャパシタンスC1で構成される。出力整合部60は、出力側分布回路18と、出力側分布回路18と高周波半導体チップ24のドレイン端子電極D間に接続される出力側の集中定数回路とを備える。出力側の集中定数回路は、インダクタンスL2a、L2bとキャパシタンスC2で構成される。   As shown in FIG. 11, the input matching unit 50 includes an input-side distribution circuit 17 and an input-side lumped constant circuit connected between the input-side distribution circuit 17 and the gate terminal electrode G of the high-frequency semiconductor chip 24. The lumped constant circuit on the input side includes inductances L1a and L1b and a capacitance C1. The output matching unit 60 includes an output side distribution circuit 18 and an output side lumped constant circuit connected between the output side distribution circuit 18 and the drain terminal electrode D of the high frequency semiconductor chip 24. The output side lumped constant circuit includes inductances L2a and L2b and a capacitance C2.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図9および図11に示すように、補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ371・372・373・374に基づくインダクタンスLAを介して高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dと接地電位間に接続された補助平滑化キャパシタCAを備える。さらに、平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ38a・38bに基づくインダクタンスLBを介して補助平滑化キャパシタ36と接地電位間に接続された平滑化キャパシタCBを備える。ここで、平滑化キャパシタCBの値をCBR、電流振幅の値をIPK、許容できるリップル電圧の値をΔV、差分周波数の値をΔfとすると、平滑化キャパシタCBの値CBRは、CBR=IPK×(1/2πΔf)/△V以上の値を有する。 Further, the semiconductor device 1 according to the third embodiment, as shown in FIGS. 9 and 11, the inductance L A based on the auxiliary smoothing capacitor connected bonding wires 37 1, 37 2, 37 3, 37 4 through comprising a connection auxiliary smoothing capacitor C a between the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24 ground potential. Furthermore, a smoothing capacitor C B connected between the auxiliary smoothing capacitor 36 and the ground potential is provided via an inductance L B based on the smoothing capacitor connecting bonding wires 38a and 38b. Here, assuming that the value of the smoothing capacitor C B is C BR , the current amplitude value is I PK , the allowable ripple voltage value is ΔV, and the difference frequency value is Δf, the value C BR of the smoothing capacitor C B is , C BR = I PK × (1 / 2πΔf) / ΔV or more.

第3の実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することにある。   According to the third embodiment, there is provided a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

(第4の実施の形態)
第4の実施の形態に係る半導体装置1においては、図12および図13に示すように、高周波半導体チップ24のドレイン端子電極Dから補助平滑化キャパシタ36への補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ371・372・373・374が長く接続されるように、平滑化キャパシタ34a・34bに対して、補助平滑化キャパシタ36と出力整合用キャパシタ基板32の位置を入れ替えてもよい。その他の構成は、第3の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
(Fourth embodiment)
In the semiconductor device 1 according to the fourth embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the bonding wire 37 for connecting the auxiliary smoothing capacitor from the drain terminal electrode D of the high-frequency semiconductor chip 24 to the auxiliary smoothing capacitor 36. The positions of the auxiliary smoothing capacitor 36 and the output matching capacitor substrate 32 may be interchanged with respect to the smoothing capacitors 34a and 34b so that 1 · 37 2 · 37 3 · 37 4 are connected long. The other configuration is the same as that of the third embodiment, and a duplicate description is omitted.

第4の実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することにある。   According to the fourth embodiment, there is provided a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

(第5の実施の形態)
平滑化キャパシタ34a・34bの配置スペースが狭い場合を説明する比較例に係る半導体装置の模式的平面構成は、図14(a)に示すように表され、平滑化キャパシタの配置スペースの拡大図は、図14(b)に示すように表される。図14においては、平滑化キャパシタ34a・34bを配置すべきスペースAは、長さD、幅Wを有する。
(Fifth embodiment)
A schematic planar configuration of a semiconductor device according to a comparative example for explaining the case where the arrangement space of the smoothing capacitors 34a and 34b is narrow is expressed as shown in FIG. 14A, and an enlarged view of the arrangement space of the smoothing capacitors is shown in FIG. This is expressed as shown in FIG. In FIG. 14, the space A in which the smoothing capacitors 34a and 34b are to be arranged has a length D and a width W.

一方、第5の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面構成は、図15に示すように表され、図15のV−V線に沿う模式的断面構造は、図16(a)に示すように表され、平滑化キャパシタ34a部分の拡大された模式的断面構造は、図16(b)に示すように表される。また、図15のVI−VI線に沿う模式的断面構造は、図17に示すように表される。第5の実施の形態は、第1の実施の形態において、平滑化キャパシタ34a・34bの配置スペースが狭い場合に対応している。   On the other hand, a schematic planar configuration of the semiconductor device according to the fifth embodiment is expressed as shown in FIG. 15, and a schematic cross-sectional structure taken along line VV of FIG. 15 is shown in FIG. An enlarged schematic cross-sectional structure of the smoothing capacitor 34a is expressed as shown in FIG. Further, a schematic cross-sectional structure taken along line VI-VI in FIG. 15 is expressed as shown in FIG. The fifth embodiment corresponds to the case where the arrangement space of the smoothing capacitors 34a and 34b is narrow in the first embodiment.

第5の実施の形態に係る半導体装置1は、図15〜図17に示すように、高周波半導体チップ24を搭載する導体ベースプレート200と、導体ベースプレート200上に配置された柱状電極94とを備え、平滑化キャパシタ34a・34bは、柱状電極94上に配置される。   As shown in FIGS. 15 to 17, the semiconductor device 1 according to the fifth embodiment includes a conductor base plate 200 on which the high-frequency semiconductor chip 24 is mounted, and a columnar electrode 94 disposed on the conductor base plate 200. The smoothing capacitors 34 a and 34 b are disposed on the columnar electrode 94.

また、平滑化キャパシタ34a・34bは、図16(b)に示すように、第1キャパシタ電極層90bと、第1キャパシタ電極層90b上に配置されたキャパシタ絶縁層92と、キャパシタ絶縁層92上に配置された第2キャパシタ電極層90aとを備える。平滑化キャパシタ34a・34bは、図16(b)に示すように、柱状電極94上に半田層94aを介して配置されている。また、柱状電極94は、図16(b)に示すように、導体ベースプレート200上に半田層200aを介して配置されている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。   Further, as shown in FIG. 16B, the smoothing capacitors 34a and 34b include a first capacitor electrode layer 90b, a capacitor insulating layer 92 disposed on the first capacitor electrode layer 90b, and a capacitor insulating layer 92, respectively. And a second capacitor electrode layer 90a. As shown in FIG. 16B, the smoothing capacitors 34a and 34b are disposed on the columnar electrode 94 via a solder layer 94a. Further, as shown in FIG. 16B, the columnar electrode 94 is disposed on the conductor base plate 200 via a solder layer 200a. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.

第5の実施の形態に係る半導体装置によれば、金属製の柱の上に平滑化キャパシタを実装することによって、実装面積の制限を回避し、相対的に大きな容量の平滑化キャパシタを実装することができる。   According to the semiconductor device of the fifth embodiment, by mounting the smoothing capacitor on the metal pillar, the mounting area limitation is avoided and the smoothing capacitor having a relatively large capacity is mounted. be able to.

第5の実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することにある。   According to the fifth embodiment, there is provided a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

(第6の実施の形態)
第6の実施の形態に係る半導体装置1は、図18〜図19に示すように、高周波半導体チップ24を搭載する導体ベースプレート200と、導体ベースプレート200上に配置された柱状電極94とを備え、平滑化キャパシタ34a・34bは、柱状電極94上に配置される。ここで、柱状電極94は、第5の実施の形態の図15と同様に配置されるが、図18では、図示を省略している。第6の実施の形態は、第3の実施の形態において、平滑化キャパシタ34a・34bの配置スペースが狭い場合に対応している。その他の構成は、第3の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
(Sixth embodiment)
As shown in FIGS. 18 to 19, the semiconductor device 1 according to the sixth embodiment includes a conductor base plate 200 on which the high-frequency semiconductor chip 24 is mounted, and a columnar electrode 94 disposed on the conductor base plate 200. The smoothing capacitors 34 a and 34 b are disposed on the columnar electrode 94. Here, the columnar electrodes 94 are arranged in the same manner as in FIG. 15 of the fifth embodiment, but are not shown in FIG. The sixth embodiment corresponds to the case where the arrangement space of the smoothing capacitors 34a and 34b is narrow in the third embodiment. The other configuration is the same as that of the third embodiment, and a duplicate description is omitted.

第6の実施の形態に係る半導体装置によれば、金属製の柱の上に平滑化キャパシタを実装することによって、実装面積の制限を回避し、相対的に大きな容量の平滑化キャパシタを実装することができる。   According to the semiconductor device of the sixth embodiment, by mounting the smoothing capacitor on the metal column, the mounting area is not limited and the smoothing capacitor having a relatively large capacity is mounted. be able to.

第6の実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することにある。   According to the sixth embodiment, there is provided a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

(第7の実施の形態)
第7の実施の形態に係る半導体装置1の模式的平面構成は、図20に示すように表され、図20のVIII−VIII線に沿う模式的断面構造は、図21に示すように表される。
(Seventh embodiment)
A schematic planar configuration of the semiconductor device 1 according to the seventh embodiment is expressed as shown in FIG. 20, and a schematic cross-sectional structure taken along line VIII-VIII in FIG. 20 is expressed as shown in FIG. The

第7の実施の形態に係る半導体装置1は、図20〜図21に示すように、高周波半導体チップ24を搭載する導体ベースプレート200と、導体ベースプレート200上に配置された柱状電極94とを備え、平滑化キャパシタ34a・34bは、柱状電極94上に配置される。ここで、柱状電極94は、第5の実施の形態の図15と同様に配置されるが、図20では、図示を省略している。第7の実施の形態は、第4の実施の形態において、平滑化キャパシタ34a・34bの配置スペースが狭い場合に対応している。その他の構成は、第4の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。   As shown in FIGS. 20 to 21, the semiconductor device 1 according to the seventh embodiment includes a conductor base plate 200 on which the high-frequency semiconductor chip 24 is mounted, and a columnar electrode 94 disposed on the conductor base plate 200. The smoothing capacitors 34 a and 34 b are disposed on the columnar electrode 94. Here, the columnar electrodes 94 are arranged in the same manner as in FIG. 15 of the fifth embodiment, but are not shown in FIG. The seventh embodiment corresponds to the case where the arrangement space of the smoothing capacitors 34a and 34b is narrow in the fourth embodiment. The other configuration is the same as that of the fourth embodiment, and a duplicate description is omitted.

第7の実施の形態に係る半導体装置によれば、金属製の柱の上に平滑化キャパシタを実装することによって、実装面積の制限を回避し、相対的に大きな容量の平滑化キャパシタを実装することができる。   According to the semiconductor device of the seventh embodiment, by mounting the smoothing capacitor on the metal pillar, the mounting area limitation is avoided and the smoothing capacitor having a relatively large capacity is mounted. be able to.

第7の実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化された半導体装置を提供することにある。   According to the seventh embodiment, there is provided a semiconductor device in which the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz.

(高周波半導体チップの構成)
実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24の模式的平面パターン構成の拡大図は、図22(a)に示すように表され、図22(a)のJ部分の拡大図は、図22(b)に示すように表される。また、実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24の構造例1〜4であって、図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構造例1〜4は、それぞれ図23〜図26に示すように表される。
(Configuration of high-frequency semiconductor chip)
An enlarged view of a schematic planar pattern configuration of the high-frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 according to the embodiment is represented as shown in FIG. 22A, and an enlarged view of a portion J in FIG. This is expressed as shown in FIG. Moreover, it is the structural examples 1-4 of the high frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 which concerns on embodiment, Comprising: Typical sectional structure examples 1-4 along the IX-IX line of FIG.22 (b) are respectively shown. It is expressed as shown in FIGS.

実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24において、複数のFETセルFET1〜FET10は、図22〜図26に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110の第1表面に配置され、それぞれ複数のフィンガーを有するゲートフィンガー電極124、ソースフィンガー電極120およびドレインフィンガー電極122と、半絶縁性基板110の第1表面に配置され、ゲートフィンガー電極124、ソースフィンガー電極120およびドレインフィンガー電極122ごとに複数のフィンガーをそれぞれ束ねて形成した複数のゲート端子電極G1,G2,…,G10、複数のソース端子電極S11,S12,S21,S22,…,S101,S102およびドレイン端子電極D1,D2,…,D10と、ソース端子電極S11,S12,S21,S22,…,S101,S102の下部に配置されたVIAホールSC11,SC12,SC21,SC22,…,SC101,SC102と、半絶縁性基板110の第1表面と反対側の第2表面に配置され、ソース端子電極S11,S12,S21,S22,…,S101,S102に対してVIAホールSC11,SC12,SC21,SC22,…,SC101,SC102を介して接続された接地電極(図示省略)とを備える。   In the high-frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 according to the embodiment, the plurality of FET cells FET1 to FET10 include the semi-insulating substrate 110 and the semi-insulating substrate 110, as shown in FIGS. The gate finger electrode 124, the source finger electrode 120 and the drain finger electrode 122, which are disposed on one surface, each having a plurality of fingers, and the first surface of the semi-insulating substrate 110, the gate finger electrode 124, the source finger electrode 120 A plurality of gate terminal electrodes G1, G2,..., G10 formed by bundling a plurality of fingers for each drain finger electrode 122, a plurality of source terminal electrodes S11, S12, S21, S22,. Electrodes D1, D2, ..., D10, VIA holes SC11, SC12, SC21, SC22,..., SC101, SC102 disposed under the terminal electrodes S11, S12, S21, S22,..., S101, S102, and the first surface of the semi-insulating substrate 110. Arranged on the second surface on the side and connected to the source terminal electrodes S11, S12, S21, S22,..., S101, S102 via the VIA holes SC11, SC12, SC21, SC22,. Electrodes (not shown).

ゲート端子電極G1,G2,…,G10には、ボンディングワイヤ12が接続され、ドレイン端子電極D1,D2,…,D10には、ボンディングワイヤ14が接続される。   A bonding wire 12 is connected to the gate terminal electrodes G1, G2,..., G10, and a bonding wire 14 is connected to the drain terminal electrodes D1, D2,.

VIAホールSC11,SC12,SC21,SC22,…,SC101,SC102の内壁に形成されたバリア金属層(図示省略)、およびバリア金属層上に形成され、VIAホールを充填する充填金属層(図示省略)を介して、ソース端子電極S11,S12,S21,S22,…,S101,S102は、接地電極に接続されている。   Barrier metal layers (not shown) formed on the inner walls of the VIA holes SC11, SC12, SC21, SC22,..., SC101, SC102, and a filled metal layer (not shown) formed on the barrier metal layers and filling the VIA holes. The source terminal electrodes S11, S12, S21, S22,..., S101, S102 are connected to the ground electrode.

半絶縁性基板110は、GaAs基板、SiC基板、GaN基板、SiC基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、SiC基板上にGaN/AlGaNからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板、若しくはダイヤモンド基板のいずれかである。   The semi-insulating substrate 110 is a GaAs substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on a SiC substrate, a substrate in which a heterojunction epitaxial layer made of GaN / AlGaN is formed on a SiC substrate, a sapphire substrate, or One of the diamond substrates.

―構造例1―
図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構成として、実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24のFETセルの構造例1は、図23に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上に配置されたソースフィンガー電極120、ゲートフィンガー電極124およびドレインフィンガー電極122とを備える。窒化物系化合物半導体層112とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118との界面には、2次元電子ガス(2DEG:Two Dimensional Electron Gas)層116が形成されている。図23に示す構造例1では、ヘテロ接合電界効果トランジスタ(HFET:Hetero-junction Field Effect Transistor)若しくは高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)が示されている。
―Structure Example 1―
As a schematic cross-sectional configuration along the line IX-IX in FIG. 22B, the structure example 1 of the FET cell of the high-frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 according to the embodiment is as shown in FIG. Insulating substrate 110, nitride-based compound semiconductor layer 112 disposed on semi-insulating substrate 110, and an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) disposed on nitride-based compound semiconductor layer 112 (0.1 ≦ x ≦ 1) 118 and source finger electrode 120, gate finger electrode 124, and aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118 A drain finger electrode 122. A two-dimensional electron gas (2DEG) layer is formed at the interface between the nitride-based compound semiconductor layer 112 and the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118. 116 is formed. In Structural Example 1 shown in FIG. 23, a heterojunction field effect transistor (HFET) or a high electron mobility transistor (HEMT) is shown.

―構造例2―
図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構成として、実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24のFETセルの構造例2は、図24に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたソース領域126およびドレイン領域128と、ソース領域126上に配置されたソースフィンガー電極120、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたゲートフィンガー電極124およびドレイン領域128上に配置されたドレインフィンガー電極122とを備える。窒化物系化合物半導体層112とゲートフィンガー電極124との界面には、ショットキーコンタクト(Schottky Contact)が形成されている。図24に示す構造例2では、金属−半導体電界効果トランジスタ(MESFET:Metal Semiconductor Field Effect Transistor)が示されている。
-Structural example 2-
As a schematic cross-sectional configuration along the line IX-IX in FIG. 22B, the structure example 2 of the FET cell of the high-frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 according to the embodiment is as shown in FIG. Insulating substrate 110, nitride-based compound semiconductor layer 112 disposed on semi-insulating substrate 110, source region 126 and drain region 128 disposed on nitride-based compound semiconductor layer 112, and source region 126 A source finger electrode 120 disposed on the gate electrode 124, a gate finger electrode 124 disposed on the nitride-based compound semiconductor layer 112, and a drain finger electrode 122 disposed on the drain region 128. A Schottky contact is formed at the interface between the nitride-based compound semiconductor layer 112 and the gate finger electrode 124. In Structural Example 2 shown in FIG. 24, a metal-semiconductor field effect transistor (MESFET) is shown.

―構造例3―
図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構成として、実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24のFETセルの構造例3は、図25に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上に配置されたソースフィンガー電極120およびドレインフィンガー電極122と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上のリセス部に配置されたゲートフィンガー電極124とを備える。窒化物系化合物半導体層112とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118との界面には、2DEG層116が形成されている。図25に示す構造例3では、HFET若しくはHEMTが示されている。
―Structure Example 3―
As a schematic cross-sectional configuration along the line IX-IX in FIG. 22B, the structure example 3 of the FET cell of the high-frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 according to the embodiment is shown in FIG. Insulating substrate 110, nitride-based compound semiconductor layer 112 disposed on semi-insulating substrate 110, and an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) disposed on nitride-based compound semiconductor layer 112 (0.1 ≦ x ≦ 1) 118, and source finger electrode 120 and drain finger electrode 122 disposed on aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118, And a gate finger electrode 124 disposed in a recess portion on the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118. A 2DEG layer 116 is formed at the interface between the nitride-based compound semiconductor layer 112 and the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118. In Structural Example 3 shown in FIG. 25, an HFET or HEMT is shown.

―構造例4―
図22(b)のIX−IX線に沿う模式的断面構成として、実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24のFETセルの構造例4は、図26に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上に配置されたソースフィンガー電極120およびドレインフィンガー電極122と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上の2段リセス部に配置されたゲートフィンガー電極124とを備える。窒化物系化合物半導体層112とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118との界面には、2DEG層116が形成されている。図26に示す構造例4では、HFET若しくはHEMTが示されている。
-Structural example 4-
As a schematic cross-sectional configuration along the line IX-IX in FIG. 22B, the structure example 4 of the FET cell of the high-frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 according to the embodiment is as shown in FIG. Insulating substrate 110, nitride-based compound semiconductor layer 112 disposed on semi-insulating substrate 110, and an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) disposed on nitride-based compound semiconductor layer 112 (0.1 ≦ x ≦ 1) 118, and source finger electrode 120 and drain finger electrode 122 disposed on aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118, A gate finger electrode 124 disposed in a two-stage recess portion on an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1 -xN) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118. A 2DEG layer 116 is formed at the interface between the nitride-based compound semiconductor layer 112 and the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 118. In Structural Example 4 shown in FIG. 26, an HFET or HEMT is shown.

また、上記の構造例1〜4においては、活性領域以外の窒化物系化合物半導体層112を電気的に不活性な素子分離領域として用いている。ここで、活性領域とは、ソースフィンガー電極120、ゲートフィンガー電極124およびドレインフィンガー電極122の直下の2DEG層116、ソースフィンガー電極120とゲートフィンガー電極124間およびドレインフィンガー電極122とゲートフィンガー電極124間の2DEG層116からなる。上記の構造例1〜4においては、この活性領域以外の窒化物系化合物半導体層112を電気的に不活性な素子分離領域として用いている。   In Structural Examples 1 to 4, the nitride-based compound semiconductor layer 112 other than the active region is used as an electrically inactive element isolation region. Here, the active region refers to the 2DEG layer 116 immediately below the source finger electrode 120, the gate finger electrode 124, and the drain finger electrode 122, between the source finger electrode 120 and the gate finger electrode 124, and between the drain finger electrode 122 and the gate finger electrode 124. 2 DEG layer 116. In the structural examples 1 to 4, the nitride compound semiconductor layer 112 other than the active region is used as an electrically inactive element isolation region.

素子分離領域の他の形成方法としては、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)18および窒化物系化合物半導体層112の深さ方向の一部まで、イオン注入により形成することもできる。イオン種としては、例えば、窒素(N)、アルゴン(Ar)などを適用することができる。また、イオン注入に伴うドーズ量は、例えば、約1×1014(ions/cm2)であり、加速エネルギーは、例えば、約100keV〜200keVである。 As another method for forming the element isolation region, the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 18 and a part of the nitride-based compound semiconductor layer 112 in the depth direction are used. It can also be formed by ion implantation. As the ion species, for example, nitrogen (N), argon (Ar), or the like can be applied. The dose accompanying ion implantation is, for example, about 1 × 10 14 (ions / cm 2 ), and the acceleration energy is, for example, about 100 keV to 200 keV.

素子分離領域上およびデバイス表面上には、パッシベーション用の絶縁層(図示省略)が形成されている。この絶縁層としては、例えば、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法によって堆積された窒化膜、アルミナ(Al23)膜、酸化膜(SiO2)、酸窒化膜(SiON)などで形成することができる。 A passivation insulating layer (not shown) is formed on the element isolation region and the device surface. As this insulating layer, for example, a nitride film, an alumina (Al 2 O 3 ) film, an oxide film (SiO 2 ), an oxynitride film (SiON) or the like deposited by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method is formed. be able to.

ソースフィンガー電極120およびドレインフィンガー電極122は、例えば、Ti/Alなどで形成される。ゲートフィンガー電極124は、例えばNi/Auなどで形成することができる。   The source finger electrode 120 and the drain finger electrode 122 are made of, for example, Ti / Al. The gate finger electrode 124 can be formed of, for example, Ni / Au.

なお、実施の形態に係る半導体装置1に適用する高周波半導体チップ24において、ゲートフィンガー電極124、ソースフィンガー電極120およびドレインフィンガー電極122の長手方向のパターン長は、マイクロ波/ミリ波/サブミリ波と動作周波数が高くなるにつれて、短く設定される。例えば、ミリ波帯においては、パターン長は、約25μm〜50μmである。   In the high-frequency semiconductor chip 24 applied to the semiconductor device 1 according to the embodiment, the pattern length in the longitudinal direction of the gate finger electrode 124, the source finger electrode 120, and the drain finger electrode 122 is microwave / millimeter wave / submillimeter wave. As the operating frequency increases, it is set shorter. For example, in the millimeter wave band, the pattern length is about 25 μm to 50 μm.

また、ソースフィンガー電極120の幅は、例えば、約40μm程度であり、ソース端子電極S11,S12,S21,S22,…,S101,S102の幅は、例えば、約100μm程度である。また、VIAホールSC11,SC12,SC21,SC22,…,SC101,SC102の形成幅は、例えば、約10μm〜40μm程度である。   Further, the width of the source finger electrode 120 is, for example, about 40 μm, and the width of the source terminal electrodes S11, S12, S21, S22,..., S101, S102 is, for example, about 100 μm. Further, the formation width of the VIA holes SC11, SC12, SC21, SC22,..., SC101, SC102 is, for example, about 10 μm to 40 μm.

実施の形態によれば、複数の周波数を同時に増幅するマイクロ波/ミリ波/サブミリ波帯の高周波に適用可能な半導体装置を提供することができる。   According to the embodiment, it is possible to provide a semiconductor device applicable to a microwave / millimeter wave / submillimeter wave high frequency band that amplifies a plurality of frequencies simultaneously.

実施の形態によれば、差分周波数Δfが数百MHzにおいても高周波半導体チップのドレイン端面の電圧が平滑化され、マイクロ波/ミリ波/サブミリ波帯の高周波に適用可能な半導体装置を提供することができる。   According to the embodiment, the voltage at the drain end face of the high-frequency semiconductor chip is smoothed even when the differential frequency Δf is several hundred MHz, and a semiconductor device that can be applied to a microwave / millimeter-wave / submillimeter-wave high-frequency band is provided. Can do.

(その他の実施の形態]
実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
(Other embodiments)
Although the embodiment has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

なお、実施の形態に係る半導体装置に搭載される高周波半導体チップとしては、FET、HEMTに限らず、LDMOS(Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)やヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:Hetero-junction Bipolar Transistor)などの増幅素子、メムス(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)素子なども適用できることは言うまでもない。   Note that the high-frequency semiconductor chip mounted on the semiconductor device according to the embodiment is not limited to the FET and the HEMT, but is also an LDMOS (Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) or a heterojunction bipolar transistor (HBT). Needless to say, amplifying elements such as bipolar transistors and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) elements are also applicable.

このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。   As described above, various embodiments that are not described herein are included.

1…半導体装置
10…メタルキャップ
11、12、13、14、15、19…ボンディングワイヤ
14a…メタルシールリング
16…金属壁
17…入力側分布定数回路
18…出力側分布定数回路
19a…入力ストリップライン
19b…出力ストリップライン
20a、20b…フィードスルー下層部
21a…高周波入力端子
21b…高周波出力端子
22…フィードスルー上層部
23a、23b、231、232、233、234、38a、38b…平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ
24…高周波半導体チップ
26…入力回路基板
28…出力回路基板
30…入力整合用キャパシタ基板
32…出力整合用キャパシタ基板
34、34a、34b、341、342、343、344…平滑化キャパシタ
36…補助平滑化キャパシタ
37、371、372、373、374…補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤ
40、42、90a、90b…キャパシタ電極層
44、92…キャパシタ絶縁層
50…入力整合部
60…出力整合部
94…柱状電極
94a、200a…半田層
110…半絶縁性基板
112…窒化物系化合物半導体層(GaNエピタキシャル成長層)
116…2次元電子ガス(2DEG)層
118…アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)
120…ソースフィンガー電極
122…ドレインフィンガー電極
124…ゲートフィンガー電極
126…ソース領域
128…ドレイン領域
200…導体ベースプレート
G,G1,G2,…,G10…ゲート端子電極
S,S11,S12,…,S101,S102…ソース端子電極
D,D1,D2,…,D10…ドレイン端子電極
SC11,SC12,…,SC91,SC92,SC101,SC102…VIAホール
B…バイパスキャパシタ(平滑化キャパシタ)
A…補助平滑化キャパシタ
A、LB…インダクタ
PK…電流振幅の値
ΔV…リップル電圧
f…差分周波数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device 10 ... Metal cap 11, 12, 13, 14, 15, 19 ... Bonding wire 14a ... Metal seal ring 16 ... Metal wall 17 ... Input side distributed constant circuit 18 ... Output side distributed constant circuit 19a ... Input strip line 19b ... Output strip line 20a, 20b ... Feed-through lower layer 21a ... High-frequency input terminal 21b ... High-frequency output terminal 22 ... Feed-through upper layer 23a, 23b, 23 1 , 23 2 , 23 3 , 23 4 , 38a, 38b Capacitor connection bonding wire 24 ... high frequency semiconductor chip 26 ... input circuit board 28 ... output circuit board 30 ... input matching capacitor board 32 ... output matching capacitor boards 34, 34a, 34b, 34 1 , 34 2 , 34 3 , 34 4 ... smoothing capacitor 36 ... auxiliary smoothing capacitors 37, 37 1 , 37 2 , 37 3 , 37 4 ... Bonding wires 40, 42, 90 a and 90 b for connecting the auxiliary smoothing capacitor. Capacitor electrode layers 44 and 92... Capacitor insulating layer 50. Electrodes 94a, 200a ... solder layer 110 ... semi-insulating substrate 112 ... nitride compound semiconductor layer (GaN epitaxial growth layer)
116: Two-dimensional electron gas (2DEG) layer 118: Aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1)
120 ... Source finger electrode 122 ... Drain finger electrode 124 ... Gate finger electrode 126 ... Source region 128 ... Drain region 200 ... Conductor base plates G, G1, G2, ..., G10 ... Gate terminal electrodes S, S11, S12, ..., S101, S102 ... Source terminal electrodes D, D1, D2, ..., D10 ... Drain terminal electrodes SC11, SC12, ..., SC91, SC92, SC101, SC102 ... VIA hole C B ... Bypass capacitor (smoothing capacitor)
C A ... auxiliary smoothing capacitors L A , L B ... inductor I PK ... current amplitude value ΔV ... ripple voltage f ... differential frequency

Claims (18)

高周波半導体チップと、
前記高周波半導体チップの入力側に配置された入力側分布回路と、
前記高周波半導体チップの出力側に配置された出力側分布回路と、
前記入力側分布回路に接続された高周波入力端子と、
前記出力側分布回路に接続された高周波出力端子と、
前記高周波半導体チップのドレイン端子電極近傍に配置された平滑化キャパシタと
前記高周波半導体チップの前記ドレイン端子電極と前記平滑化キャパシタとの間を接続するとともに、前記平滑化キャパシタに直列的に且つ直接的に接続する平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤと
を備え、前記高周波半導体チップと、前記入力側分布回路と、前記出力側分布回路と、前記平滑化キャパシタとが1つのパッケージに収納され
平滑化キャパシタの値をC BR 、電流振幅の値をI PK 、許容できるリップル電圧の値をΔV、差分周波数の値を△fとすると、前記平滑化キャパシタは、C BR =I PK ×(1/2π△f)/△V以上の値を有することを特徴とする半導体装置。
A high-frequency semiconductor chip;
An input-side distribution circuit disposed on the input side of the high-frequency semiconductor chip;
An output-side distribution circuit disposed on the output side of the high-frequency semiconductor chip; and
A high-frequency input terminal connected to the input-side distributed circuit;
A high-frequency output terminal connected to the output-side distribution circuit;
A smoothing capacitor disposed in the vicinity of the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip ;
A smoothing capacitor connecting bonding wire that connects the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip and the smoothing capacitor, and is connected in series and directly to the smoothing capacitor; A chip, the input-side distribution circuit, the output-side distribution circuit, and the smoothing capacitor are housed in one package ;
Assuming that the smoothing capacitor value is C BR , the current amplitude value is I PK , the allowable ripple voltage value is ΔV, and the differential frequency value is Δf, the smoothing capacitor has C BR = I PK × (1 / 2πΔf) / ΔV or more .
前記平滑化キャパシタは、  The smoothing capacitor is:
第1キャパシタ電極層と、  A first capacitor electrode layer;
前記第1キャパシタ電極層上に配置されたキャパシタ絶縁層と、  A capacitor insulating layer disposed on the first capacitor electrode layer;
前記キャパシタ絶縁層上に配置された第2キャパシタ電極層と  A second capacitor electrode layer disposed on the capacitor insulating layer;
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。  The semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記平滑化キャパシタは、前記高周波半導体チップの両端に配置され、前記平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤは、動作周波数において、前記高周波半導体チップのドレイン端子電極近傍のインピーダンスよりも10倍以上のインピーダンスとなる長さを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The smoothing capacitor is disposed at both ends of the high-frequency semiconductor chip, and the bonding wire for connecting the smoothing capacitor has an impedance of 10 times or more than the impedance in the vicinity of the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip at the operating frequency. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a length. 前記高周波半導体チップを搭載する導体ベースプレートと、  A conductor base plate on which the high-frequency semiconductor chip is mounted;
前記導体ベースプレート上に配置された柱状電極と  A columnar electrode disposed on the conductor base plate;
を備え、前記平滑化キャパシタは、前記柱状電極上に配置されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。  The semiconductor device according to claim 1, wherein the smoothing capacitor is disposed on the columnar electrode.
前記平滑化キャパシタは、前記高周波半導体チップの前記ドレイン端子電極近傍に複数配置され、前記平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤは、動作周波数において、前記高周波半導体チップのドレイン端子電極近傍のインピーダンスよりも10倍以上のインピーダンスとなる長さを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。A plurality of the smoothing capacitors are arranged in the vicinity of the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip, and the bonding wire for connecting the smoothing capacitor is 10 times the impedance near the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip at the operating frequency. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a length that provides the above impedance. 前記高周波半導体チップの前記ドレイン端子電極に並行して配置された補助平滑化キャパシタを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an auxiliary smoothing capacitor disposed in parallel with the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip. 前記補助平滑化キャパシタの長さ方向の長さは、前記の高周波半導体チップの長さ方向の長さと略同じ長さであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。7. The semiconductor device according to claim 6, wherein a length in the length direction of the auxiliary smoothing capacitor is substantially the same as a length in the length direction of the high-frequency semiconductor chip. 前記補助平滑化キャパシタは、前記補助平滑化キャパシタの長さ方向が前記高周波半導体チップの長さ方向に並行するように配置されたことを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 6, wherein the auxiliary smoothing capacitor is arranged so that a length direction of the auxiliary smoothing capacitor is parallel to a length direction of the high-frequency semiconductor chip. 前記平滑化キャパシタは、前記補助平滑化キャパシタの両端に配置されたことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6 , wherein the smoothing capacitor is disposed at both ends of the auxiliary smoothing capacitor. 前記高周波半導体チップの前記ドレイン端子電極と前記補助平滑化キャパシタとの間を接続する補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤを備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6 , further comprising an auxiliary smoothing capacitor connecting bonding wire that connects the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip and the auxiliary smoothing capacitor. 前記補助平滑化キャパシタと前記平滑化キャパシタとの間を接続する平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤを備えることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 10, further comprising a bonding wire for connecting a smoothing capacitor that connects between the auxiliary smoothing capacitor and the smoothing capacitor. 前記補助平滑化キャパシタ接続用ボンディングワイヤは、動作周波数において、前記高周波半導体チップの前記ドレイン端子電極近傍のインピーダンスよりも10倍以上のインピーンダンスとなる長さを有することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。   11. The auxiliary smoothing capacitor connecting bonding wire has a length at which an impedance is 10 times or more than an impedance in the vicinity of the drain terminal electrode of the high frequency semiconductor chip at an operating frequency. A semiconductor device according to 1. 前記高周波半導体チップを搭載する導体ベースプレートと、
前記導体ベースプレート上に配置された柱状電極と
を備え、前記平滑化キャパシタは、前記柱状電極上に配置されたことを特徴とする請求項6〜12のいずれか1項に記載の半導体装置。
A conductor base plate on which the high-frequency semiconductor chip is mounted;
The semiconductor device according to claim 6 , further comprising: a columnar electrode disposed on the conductor base plate, wherein the smoothing capacitor is disposed on the columnar electrode.
前記入力側分布回路に接続された入力ストリップラインと、
前記出力側分布回路に接続された出力ストリップラインと
を備え、前記高周波入力端子は、前記入力ストリップラインを介して前記高周波半導体チップのゲート端子電極に接続され、前記高周波出力端子は、前記出力ストリップラインを介して前記高周波半導体チップの前記ドレイン端子電極に接続されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
An input strip line connected to the input side distribution circuit;
An output strip line connected to the output-side distributed circuit, the high-frequency input terminal is connected to a gate terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip via the input strip line, and the high-frequency output terminal is connected to the output strip The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is connected to the drain terminal electrode of the high-frequency semiconductor chip via a line.
前記入力側分布回路を搭載する入力回路基板と、
前記出力側分布回路を搭載する出力回路基板と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
An input circuit board on which the input-side distributed circuit is mounted;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: an output circuit board on which the output-side distributed circuit is mounted.
前記入力回路基板と前記高周波半導体チップとの間に配置された入力整合用キャパシタ基板と、
前記出力回路基板と前記高周波半導体チップとの間に配置された出力整合用キャパシタ基板と
を備えることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
An input matching capacitor substrate disposed between the input circuit substrate and the high-frequency semiconductor chip;
The semiconductor device according to claim 15, further comprising: an output matching capacitor substrate disposed between the output circuit substrate and the high-frequency semiconductor chip.
前記高周波半導体チップは、
半絶縁性基板と、
前記半絶縁性基板の第1表面に配置され,それぞれ複数のフィンガーを有するゲートフィンガー電極、ソースフィンガー電極およびドレインフィンガー電極と、
前記半絶縁性基板の第1表面に配置され,前記ゲートフィンガー電極、前記ソースフィンガー電極および前記ドレインフィンガー電極ごとに複数のフィンガーをそれぞれ束ねて形成した複数のゲート端子電極、複数のソース端子電極およびドレイン端子電極と、
前記ソース端子電極の下部に配置されたVIAホールと、
前記半絶縁性基板の第1表面と反対側の第2表面に配置され、前記ソース端子電極に対して前記VIAホールを介して接続された接地電極と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The high-frequency semiconductor chip is
A semi-insulating substrate;
A gate finger electrode, a source finger electrode and a drain finger electrode disposed on the first surface of the semi-insulating substrate, each having a plurality of fingers;
A plurality of gate terminal electrodes arranged on the first surface of the semi-insulating substrate and formed by bundling a plurality of fingers for each of the gate finger electrode, the source finger electrode and the drain finger electrode; A drain terminal electrode;
A VIA hole disposed under the source terminal electrode;
The ground electrode disposed on the second surface opposite to the first surface of the semi-insulating substrate and connected to the source terminal electrode via the VIA hole. The semiconductor device described.
前記半絶縁性基板は、GaAs基板、SiC基板、GaN基板、SiC基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、SiC基板上にGaN/AlGaNからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板、若しくはダイヤモンド基板のいずれかであることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。   The semi-insulating substrate is a GaAs substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on a SiC substrate, a substrate in which a heterojunction epitaxial layer made of GaN / AlGaN is formed on a SiC substrate, a sapphire substrate, or The semiconductor device according to claim 17, wherein the semiconductor device is any one of a diamond substrate.
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