JP6195031B1 - 高周波増幅器 - Google Patents

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Abstract

半導体基板（１）の表面にトランジスタ（２）が形成されている。第１及び第２の配線（１０，１１）がトランジスタ（２）を挟むように半導体基板１の表面上に形成されている。複数のワイヤ（２０）がトランジスタ（２）の上方を通って第１及び第２の配線（１０，１１）に接続されている。封止材（２１）がトランジスタ（２）、第１及び第２の配線（１０，１１）、及び複数のワイヤ（２０）を封止する。封止材（２１）はフィラー（２１ａ）を含有する。複数のワイヤ（２０）の互いの離間距離はフィラー（２１ａ）の粒径より狭い。複数のワイヤ（２０）とトランジスタ（２）との間に封止材（２１）が入り込んでいない空洞（２２）が形成されている。

Description

本発明は、ワイヤ配線を有する高周波増幅器に関する。
高周波増幅器において、ＦＥＴのドレインとゲートの間に生じる浮遊容量を低減する必要がある。そのために、メタルフレームとメタルキャップを用いてＦＥＴの上部を空洞とする構造が用いられている。また、低誘電率の樹脂をＦＥＴの上部に塗布して寄生容量を低減する構造も用いられている。ただし、前者の構造より寄生容量を低減する効果は小さい。また、前者のメタルキャップの構造はシールド作用がありＦＥＴの輻射ノイズを抑制する効果もある。
また、ゲート・ドレイン間にワイヤを設けることで、シールド効果により両者間の浮遊容量を低減させることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＦＥＴ上部に金属板を０．２μｍ以下の隙間で備えることでＦＥＴの上方に空洞を配し浮遊容量を低減することが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
日本特開平４−１６５６５５号公報 日本特開２００４−６８１６号公報
例えば、高電子移動度トランジスタ（HEMT: high electron mobility transistor）の高周波特性を向上させ、十分な電力利得を得るために、ゲート・ドレイン間の浮遊容量が低減されるようＦＥＴの上方に空洞又は低誘電率層を配することが求められる。一方、費用と材料点数と製造工程の観点から、半導体チップに接続されたワイヤを熱硬化性樹脂により封止する構造が用いられる。ただし、特性面では金属フレームと金属キャップを用いてトランジスタの上方に空洞を設ける中空の構造の方がよい。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はゲート電極とドレイン電極との間の浮遊容量を低減し、かつトランジスタの輻射ノイズを抑制することができる高周波増幅器を得るものである。
本発明に係る高周波増幅器は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成され、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有するトランジスタと、前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を挟むように前記半導体基板の前記表面上に形成された第１及び第２の配線と、前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方を通って前記第１及び第２の配線に接続された複数のワイヤと、前記トランジスタ、前記第１及び第２の配線、及び前記複数のワイヤを封止する封止材とを備え、前記封止材はフィラーを含有し、前記複数のワイヤの互いの離間距離は前記フィラーの粒径より狭く、前記複数のワイヤと前記トランジスタとの間に前記封止材が入り込んでいない空洞が形成されていることを特徴とする。
本発明では、複数のワイヤがソース電極及びドレイン電極の上方を通って第１及び第２の配線に接続されている。複数のワイヤの互いの離間距離はフィラーの粒径より狭い。このため、封止材が塗布される際に複数のワイヤとトランジスタとの間に封止材が入り込んでいない空洞が形成される。この空洞によりゲート電極とドレイン電極との間の浮遊容量を低減することができる。また、トランジスタの上方を複数のワイヤで覆うことにより輻射ノイズを抑制することができる。
本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の内部を透過した斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の内部を透過した斜視図である。 図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す断面である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す断面である。 本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す断面である。 本発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の内部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の内部を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の内部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の内部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の内部を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の内部を示す斜視図である。 図１９のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
本発明の実施の形態に係る高周波増幅器について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の内部を透過した斜視図である。図３は図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
半導体基板１の表面にトランジスタ２が形成されている。トランジスタ２のゲート電極３とリードフレーム４がゲートワイヤ５により接続されている。トランジスタ２のドレイン電極６とリードフレーム７がドレインワイヤ８により接続されている。トランジスタ２のソース電極９がソース配線１０，１１に接続されている。ソース配線１０とリードフレーム１２，１３がそれぞれソースワイヤ１４，１５により接続されている。ソース配線１１とリードフレーム１６，１７がそれぞれソースワイヤ１８，１９により接続されている。
ソース配線１０，１１はトランジスタ２を挟むように半導体基板１の表面上に形成されている。複数のワイヤ２０がトランジスタ２の上方を通ってソース配線１０，１１に接続されている。封止材２１がトランジスタ２、ソース配線１０，１１、及び複数のワイヤ２０等を封止する。複数のワイヤ２０とトランジスタ２との間に封止材２１が入り込んでいない空洞２２が形成されている。
図４，５，７〜１１は、本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す斜視図である。図６，１２，１３は、本発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の製造工程を示す断面である。図６は図４のＩ−ＩＩに沿った断面図、図１２は図９のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
まず、図４〜６に示すように、半導体基板１の表面にトランジスタ２を形成し、そのサイドにリードフレーム４，７，１２，１３，１６，１７を配置する。次に、図７，８に示すように、トランジスタ２のゲート電極３とリードフレーム４をゲートワイヤ５により接続する。ドレイン電極６とリードフレーム７をドレインワイヤ８により接続する。ソース配線１０とリードフレーム１２，１３をそれぞれソースワイヤ１４，１５により接続する。ソース配線１１をリードフレーム１６，１７によりそれぞれソースワイヤ１８，１９に接続する。次に、図９〜１２に示すように、複数のワイヤ２０をトランジスタ２の上方を通してソース配線１０，１１に接続する。
次に、封止材２１によりトランジスタ２、ソース配線１０，１１、及び複数のワイヤ２０等を封止する。封止材２１はシリカのフィラー２１ａを含有したエポキシ樹脂であり、使用できる範囲で打ち粘度の高い熱硬化樹脂を用いる。複数のワイヤ２０の互いの離間距離ａはフィラー２１ａの粒径ｃより狭い。このため、図１３に示すように、封止材２１が塗布される際に複数のワイヤ２０とトランジスタ２との間に封止材２１が入り込まず、空洞２２が形成される。
トランジスタ２としてローノイズＦＥＴを例とすると、トランジスタ２のサイズは１４０μｍ×１４０μｍである。ゲートワイヤ５、ドレインワイヤ８、ソースワイヤ１４，１５，１８，１９、複数のワイヤ２０のそれぞれの直径は２０μｍである。複数のワイヤ２０の互いの離間距離ａは３０μｍ以内、複数のワイヤ２０の高さｂは３０μｍ以下である。フィラー２１ａの粒径ｃは３０μｍより大きい。
ゲート電極３とドレイン電極６との間の浮遊容量Ｃｇｄは、Ｃｇｄ＝ε０×εｒ×（Ｓ／Ｌ）で求められる。ここで、ε０は真空の誘電率、εｒは比誘電率、Ｓは対象間の通過面積、Ｌは対象間距離である。封止材２１の比誘電率εｒは３〜４である。空洞２２の比誘電率εｒは空気の１におよそ等しい。従って、本実施の形態のように空洞２２を設けることで、空洞２２が無い場合に比べて、ゲート電極３とドレイン電極６との間の浮遊容量Ｃｇｄを１／３〜１／４に低減することができる。なお、浮遊容量低減の効果を得るための空洞２２の高さｂは特に限定されない。
また、トランジスタ２の上方を複数のワイヤ２０で覆うことによりトランジスタ２と外部を複数のワイヤ２０で相互にシールドするため、トランジスタ２から輻射が外部に漏れる輻射ノイズを抑制することができる。
実施の形態２．
図１４は、本発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の内部を示す斜視図である。図１５は、本発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の内部を示す断面図である。封止材２１等は図示を省略している。
本実施の形態では、実施の形態１の複数のワイヤ２０の代わりに、複数の第１ワイヤ２０ａと、その上方に配置された複数の第２ワイヤ２０ｂとを用いる。複数の第１ワイヤ２０ａと複数の第２ワイヤ２０ｂの離間距離ｄは、両者が接触しない距離でフィラー２１ａの粒径ｃ以下である。
半導体基板１の表面に対して垂直方向から見た平面視において、複数の第２ワイヤ２０ｂは複数の第１ワイヤ２０ａ間の隙間に配置されている。これにより、複数の第１ワイヤ２０ａ間の隙間が複数の第２ワイヤ２０ｂにより埋められ、トランジスタ２の上部のワイヤが密になるため、トランジスタ２と外部との電波干渉をシールドする作用が高まる。従って、トランジスタ２の輻射が外部に漏れる輻射ノイズを実施の形態１よりも抑制することができる。
実施の形態３．
図１６，１７は、本発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の内部を示す斜視図である。図１８は、本発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の内部を示す断面図である。図１７は複数のワイヤ２０を省略している。封止材２１等は図示を省略している。
トランジスタ２のソース電極９から独立したグランド配線２３，２４が設けられている。グランド配線２３，２４は、ソース電極９よりも外側に配置され、ソース電極９に接続されていない。複数のワイヤ２０は、トランジスタ２の上方を通ってグランド配線２３，２４に接続されている。グランド配線２３はそれぞれワイヤ２５，２６によりリードフレーム２７，２８に接続されている。グランド配線２４はそれぞれワイヤ２９，３０によりリードフレーム３１，３２に接続されている。
複数のワイヤ２０は封止材２１の侵入を防ぐため低空に配置するため、ゲート電極３又はドレイン電極６と複数のワイヤ２０との間に若干の浮遊容量が発生する。従って、実施の形態１，２のように複数のワイヤ２０をソース配線１０，１１に接続すると、トランジスタ２の動作時にソース電圧が変動し、ゲート電極３とドレイン電極６との間の浮遊容量Ｃｇｄが変動してトランジスタ２の電気特性へ影響を及ぼす可能性がある。これを抑制するため、本実施の形態では複数のワイヤ２０をトランジスタ２のソース電極９から独立したグランド配線２３，２４に接続する。これにより、ゲート電極３又はドレイン電極６と複数のワイヤ２０との間の浮遊容量に対してソース配線１０，１１の電圧変化による影響を抑制することができる。
実施の形態４．
図１９は、本発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の内部を示す斜視図である。図２０は図１９のＩ−ＩＩに沿った断面図である。１つの半導体基板１の表面に、互いに離間した２つの第１及び第２のトランジスタ２ａ，２ｂが形成されている。この場合、第１及び第２のトランジスタ２ａ，２ｂの離間距離ｅが例えば４０μｍ程度と近いと、第１及び第２のトランジスタ２ａ，２ｂからそれぞれ発生された電界が相互に干渉する。一般に相互に干渉することは特性に悪影響を与える場合が多く、これをアイソレートするほうが良い。
そこで、本実施の形態では、第１のトランジスタ２ａと第２のトランジスタ２ｂとの間を横切るワイヤ３４を設けている。第１及び第２のトランジスタ２ａ，２ｂの間において半導体基板１の表面上にアイソレート配線３６が形成されている。ワイヤ３４は、リードフレーム３７、アイソレート配線３６、及び他方のリードフレーム３８に接続されている。ワイヤ３４及びアイソレート配線３６は第１及び第２のトランジスタ２ａ，２ｂには接続されていない。
ワイヤ３４が電波シールドとして作用し、第１及び第２のトランジスタ２ａ，２ｂから発生する電界の相互の干渉を抑制する。この結果、第１及び第２のトランジスタ２ａ，２ｂの電気特性に悪影響を与えるのを抑制することができる。
なお、アイソレート配線３６を設けず、リードフレーム３７から第１のトランジスタ２ａと第２のトランジスタ２ｂとの間を横切って他方のリードフレーム３８にワイヤ３４を接続してもよい。
１ 半導体基板、２ トランジスタ、２ａ 第１のトランジスタ、２ｂ 第２のトランジスタ、３ ゲート電極、６ ドレイン電極、９ ソース電極、１０，１１ ソース配線、２０，３４ ワイヤ、２０ａ 第１ワイヤ、２０ｂ 第２ワイヤ、２１ 封止材、２１ａ フィラー、２２ 空洞、２３，２４ グランド配線、３６ アイソレート配線

Claims (4)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の表面に形成され、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有するトランジスタと、
    前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を挟むように前記半導体基板の前記表面上に形成された第１及び第２の配線と、
    前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方を通って前記第１及び第２の配線に接続された複数のワイヤと、
    前記トランジスタ、前記第１及び第２の配線、及び前記複数のワイヤを封止する封止材とを備え、
    前記封止材はフィラーを含有し、
    前記複数のワイヤの互いの離間距離は前記フィラーの粒径より狭く、
    前記複数のワイヤと前記トランジスタとの間に前記封止材が入り込んでいない空洞が形成されていることを特徴とする高周波増幅器。
  2. 前記複数のワイヤは、複数の第１ワイヤと、前記複数の第１ワイヤの上方に配置された複数の第２ワイヤとを有し、
    前記半導体基板の前記表面に対して垂直方向から見た平面視において、前記複数の第２ワイヤは前記複数の第１ワイヤ間の隙間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波増幅器。
  3. 前記第１及び第２の配線は前記ソース電極に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波増幅器。
  4. 前記第１及び第２の配線は前記ソース電極から独立していることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波増幅器。
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