JP6998826B2 - 電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子装置(半導体モジュール)に関し、例えば、配線基板上に半導体部品が搭載された電子装置に好適に利用できるものである。
従来、例えばモータを駆動するためのインバータ回路を有する電子装置において、対象の電子部品が動作することにより、ノイズが発生する。また、対象の電子部品の周囲にある回路や電子装置の外部で発生したノイズによって、その電子部品の動作が影響を受けることがある。そのため、このようなノイズについて対策がされてきている。
例えば、特許文献1には、周囲への他の回路へのノイズの広がりを抑制するために、浮遊導体がグランド導体にコンデンサ結合された半導体装置が記載されている。
また、例えば特許文献2には、高周波における共振周波数の高周波ノイズを減衰させるために、プリント配線板(配線基板)において、電源配線にオープン(開放)スタブ配線を接続したプリント配線板が記載されている。
特開2015-153803号公報 特開2011-35222号公報
本発明者は、例えばモータを駆動するインバータ回路を有する電子装置において、電子装置の内部で発生する不要電磁波ノイズや、外部から伝播して電子装置の内部に侵入する外来ノイズを抑制することを検討している。前記電子装置の構成を工夫することにより、電子装置の信頼性を向上することが望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態の電子装置は、配線基板と、前記配線基板の主面上に実装された半導体装置とを有する。前記半導体装置は、第1チップ搭載部に搭載された第1半導体チップを封止体で封止したものである。前記第1チップ搭載部の裏面は、前記封止体の主面側を向いており、前記封止体の裏面は、前記配線基板の前記主面と向かい合っている。前記配線基板には、導体パターンが形成され、前記半導体装置の封止体内には、第1導体部材が形成されている。前記第1導体部材は、前記第1半導体チップの第1パッドと、第1リードとを接続する第1導電性接続部材に接合されている。前記第1導体部材と前記導体パターンとの距離は、前記第1導電性接続部材と前記導体パターンとの距離よりも短い。平面視において、前記第1導体部材と前記導体パターンとは、重なっており、前記第1導体部材と前記導体パターンとにより、第1キャパシタが構成されている。
一実施の形態によれば、電子装置の信頼性を向上させることができる。
一実施の形態の電子装置の平面図である。 一実施の形態の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 一実施の形態の電子装置を図1のA2-A2線に相当する位置で切断した断面図である。 一実施の形態の電子装置を図1のA3-A3線に相当する位置で切断した断面図である。 図2~図4に示す一実施の形態のキャパシタの要部拡大断面図である。 一実施の形態の電子装置に実装された半導体装置を下面側から見た平面透視図である。 一実施の形態の電子装置に含まれるインバータ回路を示す回路図である。 一実施の形態の電子装置に含まれるノイズフィルタを示す回路図である。 第1の検討例の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 第2の検討例の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 第3の検討例の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 第1~第3の検討例の電子装置に含まれるノイズフィルタを示す回路図である。 第1~第3の検討例の電子装置に含まれるノイズフィルタにおいて、入力周波数に対する減衰率を示すグラフである。 第1の変形例の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 第3の検討例、一実施の形態および第1の変形例の電子装置に含まれるノイズフィルタを示す回路図である。 第3の検討例、一実施の形態および第1の変形例の電子装置に含まれるノイズフィルタにおいて、入力周波数に対する減衰率を示すグラフである。 第2の実施の形態の電子装置に実装された半導体装置を下面側から見た平面透視図である。 第2の実施の形態の電子装置を図17のA2-A2線に相当する位置で切断した断面図である。 第2の実施の形態の電子装置を図17のA3-A3線に相当する位置で切断した断面図である。 第2の実施の形態の電子装置に含まれるインバータ回路を示す回路図である。 第3の実施の形態の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 図21に示す第3の実施の形態のキャパシタの要部拡大断面図である。 第2の変形例の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 図23に示す第2の変形例のキャパシタの要部拡大断面図である。 第4の実施の形態の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。 図25に示す第4の実施の形態のキャパシタの要部拡大断面図である。 第5の実施の形態の電子装置に含まれるノイズフィルタを示す回路図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
また、本願においては、電界効果トランジスタをMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)または単にMOSと記載するが、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。すなわち、本願において、MOSFETというときは、ゲート絶縁膜に酸化膜(酸化シリコン膜)を用いたMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:MIS型電界効果トランジスタ)だけでなく、酸化膜(酸化シリコン膜)以外の絶縁膜をゲート絶縁膜に用いたMISFETも含むものとする。
(実施の形態1)
<電子装置の概要について>
図1は、実施の形態1の半導体装置PKGを配線基板PB1に実装した電子装置EDの一例を示す平面図である。図2は、図1に示す電子装置EDにおいて、図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。図3は、図1に示す電子装置EDにおいて、図1のA2-A2線に相当する位置で切断した断面図である。図4は、図1に示す電子装置EDにおいて、図1のA3-A3線に相当する位置で切断した断面図である。図5は、図2~図4に示すキャパシタDC1の要部拡大断面図である。図6は、半導体装置PKGを下面側から見たときの、封止体MRを透視した平面透視図である。なお、図1に示した符号Xは第1方向、符号Yは第1方向X(以下、X方向と称する)に直交する第2方向(以下、Y方向と称する)を示している。すなわち、X方向とY方向とは、互いに直交する方向である。
図1に示すように、実施の形態1の電子装置EDは、配線基板(実装基板、PCB(Printed circuit board)基板)PB1と、配線基板PB1上に実装された半導体装置(半導体パッケージ)PKGとにより構成されている。実施の形態1における電子装置EDは、例えば、自動車等に使用される3相のBLDC(ブラシレス直流)モータの駆動回路に使用されるものである。この駆動回路には、インバータ回路が含まれている。
具体的には、3相のBLDCモータ(図7に示すモータMOT)の各相を、ハイサイドスイッチ用の電界効果トランジスタであるパワーMOSFETを含む半導体チップと、ロウサイドスイッチ用の電界効果トランジスタであるパワーMOSFETを含む半導体チップと、それらを制御する半導体チップを含むSiP(System in Package)により制御する。このSiPが半導体装置PKGに対応する。
この半導体装置PKGにより、インバータ回路(図7に示すインバータ回路INV)が形成され、そのインバータ回路から供給される交流電力が、3相のBLDCモータの各相のコイル(図7に示すコイルCL)に供給される。このため、3相のBLDCモータを制御する電子装置EDは、配線基板PB1上に半導体装置PKGを搭載している。
例えば、3相BLDCモータを制御する場合は、インバータ回路INVは3個必要である。この場合、インバータ回路INVを構成する半導体装置PKGは3個必要であり、共通の配線基板PB1上に3個の半導体装置PKGが実装される。また同様に、6相BLDCモータを制御する場合は、配線基板PB1上に6個の半導体装置PKGが実装される。以下、簡単のため、配線基板PB1に搭載された複数の半導体装置を代表して、1個の半導体装置PKGを例に説明する。
<半導体装置の構成について>
図1に示す実施の形態1の電子装置EDに含まれる半導体装置PKGについて図1~図4を参照しながら説明する。半導体装置PKGは、樹脂封止型の半導体パッケージ形態の半導体装置であり、平面形状が略長方形のSOP(Small Outline Package)形態の半導体装置である。なお、半導体装置PKGとして、平面形状が略正方形のQFP(Quad Flat Package)を採用してもよい。
図1~図4に示す半導体装置PKGは、ダイパッド(チップ搭載部)DPC,DPH,DPLと、ダイパッドDPC,DPH,DPLの各々の主面上に搭載された半導体チップCPC,CPH,CPLと、電極(第1導体部材)CE1と、金属板MP1,MP2と、複数のワイヤ(ボンディングワイヤ)BWと、複数のリードLDと、これらを封止する封止体MRとを有している。
樹脂封止体(樹脂封止部)としての封止体MRは、例えば熱硬化性樹脂材料等の樹脂材料等からなり、フィラー等を含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂等を用いて封止体MRを形成することができる。
封止体MRは、主面(上面)MRaと、主面MRaとは反対側の裏面(下面、底面)MRbと、主面MRaおよび裏面MRbに交差する側面MRc1,MRc2,MRc3,MRc4と、を有している。すなわち、封止体MRの外観は、主面MRa、裏面MRbおよび側面MRc1,MRc2,MRc3,MRc4で囲まれた薄板状とされている。側面MRc1,MRc3は、X方向に略平行であり、側面MRc2,MRc4は、Y方向に略平行である。また、主面MRaおよび裏面MRbのそれぞれは、X方向およびY方向の両方に平行な面である。封止体MRの平面形状、すなわち、封止体MRの主面MRaおよび裏面MRbの平面形状は、例えば矩形状(長方形状)である。
複数のリードLDのそれぞれは、一部が封止体MR内に封止され、他の一部が封止体MRの側面から封止体MRの外部に突出している。以下では、リードLDのうちの封止体MR内に位置する部分をインナリード部と呼び、リードLDのうちの封止体MR外に位置する部分をアウタリード部と呼ぶものとする。
なお、実施の形態1の半導体装置PKGは、各リードLDの一部(アウタリード部)が封止体MRの側面から突出した構造であり、以下ではこの構造に基づいて説明するが、この構造に限定されるものではない。
複数のリードLDは、封止体MRの側面MRc1側および側面MRc3側にそれぞれ配置されている。各リードLDのアウタリード部は、アウタリード部の端部近傍の下面が封止体MRの裏面MRbとほぼ同一平面上に位置するように、折り曲げ加工されている。リードLDのアウタリード部は、半導体装置PKGの外部接続用端子部(外部端子)として機能する。
ダイパッドDPCは、半導体チップCPCを搭載するチップ搭載部であり、ダイパッドDPHは、半導体チップCPHを搭載するチップ搭載部であり、ダイパッドDPLは、半導体チップCPLを搭載するチップ搭載部である。ダイパッドDPC,DPH,DPLのそれぞれの平面形状は、例えば、X方向に平行な辺とY方向に平行な辺とを有する矩形である。
ダイパッドDPC,DPH,DPLと複数のリードLDとは、導電体で構成されており、好ましくは銅(Cu)または銅合金等の金属材料からなる。
ダイパッドDPCは、半導体チップCPCを搭載する側の主面DPCaと、それとは反対側の裏面DPCbとを有している。また、ダイパッドDPHは、半導体チップCPHを搭載する側の主面DPHaと、それとは反対側の裏面DPHbとを有している。また、ダイパッドDPLは、半導体チップCPLを搭載する側の主面DPLaと、それとは反対側の裏面DPLbとを有している。なお、半導体装置PKGにおいては、封止体MRの主面MRaからダイパッドDPC,DPH,DPLの裏面DPCb,DPHb,DPLbが露出している。すなわち、ダイパッドDPC,DPH,DPLの主面DPCa,DPHa,DPLaは、封止体MRの裏面MRb側を向くように配置されている。
半導体チップCPC,CPH,CPLのそれぞれは、互いに反対側に位置する主面である表面(半導体チップの表面)および裏面(半導体チップの裏面)を有している。すなわち、半導体チップCPC,CPH,CPLのそれぞれは、一方の主面である表面(半導体チップの表面)と、それとは反対側の主面である裏面(半導体チップの裏面)とを有している。
半導体チップCPC,CPH,CPLのそれぞれにおいて、最上層保護膜HGC,HGH,HGLは、絶縁膜からなり、その半導体チップの最上層(最表層)に形成されている。半導体チップCPC,CPH,CPLのそれぞれにおいて、最上層保護膜HGC,HGH,HGLは、ボンディングパッドを露出する開口部を有しており、最上層保護膜HGC,HGH,HGLの開口部から、ボンディングパッドが露出している。
ダイパッドDPHの主面DPHa上には、半導体チップCPHが、その裏面をダイパッドDPHに向けた状態で搭載されている。半導体チップCPHは、導電性の接着層BD1を介してダイパッドDPHの主面DPHa上に搭載されている。半導体チップCPHの裏面(裏面全面)には裏面電極(電極)BEHが形成されており、この裏面電極BEHは、導電性の接着層BD1を介してダイパッドDPHに接合されて電気的に接続されている。
また、ダイパッドDPLの主面DPLa上には、半導体チップCPLが、その裏面をダイパッドDPLに向けた状態で搭載されている。半導体チップCPLは、導電性の接着層BD2を介してダイパッドDPLの主面DPLa上に搭載されている。半導体チップCPLの裏面(裏面全面)には裏面電極(電極)BELが形成されており、この裏面電極BELは、導電性の接着層BD2を介してダイパッドDPLに接合されて電気的に接続されている。
接着層BD1,BD2は、導電性の接合材(接着材)からなり、例えば、銀ペースト等のペースト型導電性接着材や、あるいは半田等を用いることもできる。
また、ダイパッドDPCの主面DPCa上には、半導体チップCPCが、その裏面をダイパッドDPCに向けた状態で搭載されている。半導体チップCPCは、接着層BD3を介してダイパッドDPCの主面DPCa上に搭載されているが、この接着層BD3は、導電性であっても、絶縁性であってもよい。
なお、前述したように、ダイパッドDPC,DPH,DPLの主面DPCa,DPHa,DPLaは、封止体MRの裏面MRb側を向くように配置されている。そのため、半導体チップCPC,CPH,CPLの表面は、封止体MRの裏面MRb側を向くように配置されている。
半導体チップCPC,CPH,CPLのそれぞれの平面形状は、例えば矩形状である。ダイパッドDPHの平面寸法(平面積)は、半導体チップCPHの平面寸法よりも大きく、ダイパッドDPLの平面寸法は、半導体チップCPLの平面寸法よりも大きく、ダイパッドDPCの平面寸法は、半導体チップCPCの平面寸法よりも大きい。半導体チップCPC,CPH,CPLは、封止体MR内に封止されており、封止体MRから露出しない。
半導体チップCPHの裏面電極BEHは、半導体チップCPH内に形成されたパワーMOSFET1のソースS1(図7参照)に電気的に接続されている。すなわち、半導体チップCPHの裏面電極BEHは、パワーMOSFET1のソース電極に対応する。また、半導体チップCPLの裏面電極BELは、半導体チップCPL内に形成されたパワーMOSFET2のソースS2(図7参照)に電気的に接続されている。すなわち、半導体チップCPLの裏面電極BELは、パワーMOSFET2のソース電極に対応する。
半導体チップCPHの表面(裏面電極BEHが形成された側とは反対側の主面)では、半導体チップCPHを構成する最上層保護膜HGHから、ゲート用のボンディングパッドPDHGと、ドレイン用のボンディングパッドPDHDと、その他のボンディングパッドPDHSとが露出している。また、半導体チップCPLの表面(裏面電極BELが形成された側とは反対側の主面)では、半導体チップCPLを構成する最上層保護膜HGLから、ゲート用のボンディングパッドPDLGと、ドレイン用のボンディングパッドPDLDと、その他のボンディングパッドPDLSとが露出している。また、半導体チップCPCの表面(裏面側とは反対側の主面)では、半導体チップCPCを構成する最上層保護膜HGCから、複数のボンディングパッドPDCが露出している。なお、以下では、「ボンディングパッド」、「ボンディングパッド電極」、「パッド電極」あるいは「電極」を、単に「パッド」と称することとする。
半導体チップCPCのパッドPDCは、半導体チップCPCの内部配線を通じて、半導体チップCPC内に形成された上記制御回路CLCに電気的に接続されている。
半導体チップCPHのゲート用のパッドPDHGは、半導体チップCPH内に形成されたパワーMOSFET1のゲート電極(図7参照)に電気的に接続されている。また、半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDは、半導体チップCPH内に形成されたパワーMOSFET1のドレインD1(図7参照)に電気的に接続されている。
なお、半導体チップCPHのパッドPDHSは、上記半導体チップCPHのゲート用以外のパッドであり、例えば、電流検知用のセンスMOSFETのソース用パッドや温度検知用のダイオードのアノード用またはカソード用のパッドとして用いることができる。
半導体チップCPHにおいて、ドレイン用のパッドPDHDの平面寸法(面積)は、他のパッドPDHG,PDHSのそれぞれの平面寸法よりも大きい。
また、半導体チップCPLのゲート用のパッドPDLGは、半導体チップCPL内に形成されたパワーMOSFET2のゲート電極(図7参照)に電気的に接続されている。また、半導体チップCPLのドレイン用のパッドPDLDは、半導体チップCPL内に形成されたパワーMOSFET2のドレインD2(図7参照)に電気的に接続されている。
なお、半導体チップCPLのパッドPDLSは、上記半導体チップCPLのゲート用以外のパッドであり、例えば、電流検知用のセンスMOSFETのソース用パッドや温度検知用のダイオードのアノード用またはカソード用のパッドとして用いることができる。
半導体チップCPLにおいて、ドレイン用のパッドPDLDの平面寸法(面積)は、他のパッドPDLG,PDLSのそれぞれの平面寸法よりも大きい。
なお、半導体チップCPHを構成する半導体基板には、パワーMOSFET1を構成する複数の単位トランジスタセルが形成されており、パワーMOSFET1は、これら複数の単位トランジスタセルが並列に接続されることで形成されている。また、半導体チップCPLを構成する半導体基板には、パワーMOSFET2を構成する複数の単位トランジスタセルが形成されており、パワーMOSFET2は、これら複数の単位トランジスタセルが並列に接続されることで形成されている。各単位トランジスタセルは、例えばLDMOSFET(Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor、横方向拡散MOSFET、LDMISFET)からなる。
すなわち、半導体チップCPHを構成する半導体基板の表面に形成された、パワーMOSFET1用の複数の単位トランジスタセルのドレイン領域が、半導体基板上の層間絶縁膜上に形成された、半導体チップCPHを構成する共通のドレイン電極に電気的に接続されている。そして、そのドレイン電極が、半導体チップCPHを構成する最上層保護膜HGHの開口部から露出されることで、ドレイン用のパッドPDHDが形成されている。半導体チップCPLについても、半導体チップCPHと同様であり、パワーMOSFET2用の複数の単位トランジスタセルのドレイン領域が、半導体チップCPLを構成する共通のドレイン電極に電気的に接続され、そのドレイン電極が、半導体チップCPLを構成する最上層保護膜HGLの開口部から露出されることで、ドレイン用のパッドPDLDが形成されている。
また、半導体チップCPHを構成する半導体基板の表面に形成された、パワーMOSFET1用の複数の単位トランジスタセルのソース領域が、この半導体基板の裏面全面に形成された裏面電極BEHに電気的に接続されている。半導体チップCPLについても、半導体チップCPLと同様であり、パワーMOSFET2用の複数の単位トランジスタセルのソース領域が、この半導体基板の裏面全面に形成された裏面電極BELに電気的に接続されている。なお、各単位トランジスタセルは、LDMOSからなる場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、トレンチゲート型MISFETであってもよい。
そして、半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHD以外のパッドPDHG,PDHSは、それぞれ、ワイヤBWを介して半導体チップCPCのパッドPDCと電気的に接続されている。半導体チップCPHの各パッドPDHG,PDHSは、ワイヤBWを介して半導体チップCPCのパッドPDCに電気的に接続され、さらに半導体チップCPCの内部配線を通じて、半導体チップCPC内の上記制御回路CLCに電気的に接続されている。
また、半導体チップCPLの表面において、ドレイン用のパッドPDLD以外のパッド(ここではパッドPDLG,PDLS)は、半導体チップCPCに対向する側の辺L1に沿って配置(配列)されている。そして、半導体チップCPLのドレイン用のパッドPDLD以外のパッドPDLG,PDLSは、それぞれ、ワイヤBWを介して半導体チップCPCのパッドPDCと電気的に接続されている。すなわち、パッドPDLG,PDLSのそれぞれにワイヤBWの一端が接続され、そのワイヤBWの他端は、半導体チップCPCのパッドPDCに接続されている。半導体チップCPLの各パッドPDLG,PDLSは、ワイヤBWを介して半導体チップCPCのパッドPDCに電気的に接続され、さらに半導体チップCPCの内部配線を通じて、半導体チップCPC内の上記制御回路CLCに電気的に接続されている。
ワイヤ(ボンディングワイヤ)BWは、導電性の接続部材であり、より特定的には導電性のワイヤである。ワイヤBWは、金属からなるため、金属線(金属細線)とみなすこともできる。ワイヤBWとしては、金(Au)ワイヤ、銅(Cu)ワイヤ、あるいはアルミニウム(Al)ワイヤ等を好適に用いることができる。ワイヤBWは、封止体MR内に封止されており、封止体MRから露出されない。各リードLDにおいて、ワイヤBWの接続箇所は、封止体MR内に位置するインナリード部である。
半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHD(すなわち、パワーMOSFET1のドレイン)は、金属板MP1を通じて、リード連結部(リード配線部)LB1と電気的に接続されている。すなわち、金属板MP1は、半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDに導電性の接着層(接合材)BD4を介して接合され、また、リード連結部LB1に導電性の接着層(接合材)BD5を介して接合されている。
半導体チップCPLのドレイン用のパッドPDLD(すなわち、パワーMOSFET2のドレイン)は、金属板MP2を通じて、リード連結部(リード配線部)LB3と電気的に接続されている。すなわち、金属板MP2は、半導体チップCPLのドレイン用のパッドPDLDに導電性の接着層(接合材)BD6を介して接合され、また、リード連結部LB3に導電性の接着層(接合材)BD7を介して接合されている。
半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDとリードLD1とを電気的に接続するのに、ワイヤではなく金属板MP1を用いたことで、パワーMOSFET1のオン抵抗を低減できる。また、半導体チップCPLのドレイン用のパッドPDLDとリードLD3とを電気的に接続するのに、ワイヤではなく金属板MP2を用いたことで、パワーMOSFET2のオン抵抗を低減できる。これにより、パッケージ抵抗を低減でき、導通損失を低減できる。
また、後述のキャパシタDC1を構成する電極CE1が、半導体装置PKGの封止体MR内に配置され、金属板MP1に接着層BD8を介して接続されている。電極CE1は、導電体からなる導体板であるが、好ましくは、銅(Cu)、銅(Cu)合金、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金のような導電性の高い金属(金属材料)によって形成されている。
電極CE1の平面形状は、例えば矩形状(長方形状)である。平面視において、電極CE1の面積は、金属板MP1の面積よりも大きいが、封止体MRの面積とほぼ等しいことが好ましく、例えば85mmである。また、電極CE1の厚さは、例えば50μmである。電極CE1および電極CDの厚さを厚くしすぎると、キャパシタDC1において電極CE1および電極CDに由来する寄生抵抗および寄生インダクタンスが大きくなる。そのため、電極CE1および電極CDの厚さは、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。
なお、半導体装置PKGを配線基板PB1に搭載した状態において、電極CE1と電極CDとの距離は、金属板MP1と電極CDとの距離よりも短い(電極CE1は、金属板MP1よりも電極CDに近い)。すなわち、電極CE1は、半導体装置PKGの封止体MR内に配置されるが、電極CE1は、封止体MRの裏面MRbに近く、配線基板PB1の電極CDとの距離をできるだけ小さくすることが好ましい。なお、電極CE1は、半導体装置PKGの封止体MRの外側にはみ出る部分があってもよい。特に、電極CE1は、封止体MRの裏面MRbから露出していてもよい。
接着層BD4,BD5,BD6,BD7は、導電性の接合材(接着材)からなり、例えば、銀ペースト等のペースト型導電性接着材や、あるいは半田等を用いることができる。また、金属板MP1,MP2を半導体チップCPH,CPLのドレイン用のパッドPDHD,PDLDおよびリード連結部LB1,LB3に接合(接続)するのに、導電性の接着層(接合材)BD4,BD5,BD6,BD7を用いずに、圧着等により直接的に接合(接続)する場合もあり得る。
金属板MP1,MP2は、導電体からなる導体板であるが、好ましくは、銅(Cu)、銅(Cu)合金、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金のような導電性の高い金属(金属材料)によって形成されている。各金属板MP1,MP2のX方向およびY方向の寸法(幅)は、それぞれリードLDの幅およびワイヤBWの直径よりも大きい。
半導体チップCPCの複数のパッドPDCのうち、半導体チップCPHのパッドにも半導体チップCPLのパッドにも接続されていないパッドPDCは、それぞれワイヤBWを通じて、半導体装置PKGが有する複数のリードLDのうちのリードLD5と電気的に接続されている。リードLD5は、半導体装置PKG内の半導体チップCPCと半導体装置PKGの外部の制御回路CT(図7参照)との間の信号伝送経路として機能することができる。
リード連結部LB1には、半導体装置PKGが有する複数のリードLDのうちの複数のリードLD1が一体的に接続(連結)されている。すなわち、リード連結部LB1と複数のリードLD1とは、一体的に形成されている。複数のリードLD1およびリード連結部LB1は、金属板MP1等を通じて、半導体チップCPH内に形成されているパワーMOSFET1のドレインに電気的に接続されている。このため、複数のリードLD1は、ハイサイド用のパワーMOSFET1のドレイン用のリードであり、図7に示す端子TE1に対応している。
また、リード連結部LB3には、半導体装置PKGが有する複数のリードLDのうちの複数のリードLD3が一体的に接続(連結)されている。すなわち、リード連結部LB3と複数のリードLD3とは、一体的に形成されている。複数のリードLD3およびリード連結部LB3は、金属板MP2等を通じて、半導体チップCPL内に形成されているパワーMOSFET2のドレインに電気的に接続されている。このため、複数のリードLD3は、ロウサイド用のパワーMOSFET2のドレイン用のリードであり、図7に示す端子TE3に対応している。
半導体装置PKGが有する複数のリードLDのうち、複数のリードLD2は、ダイパッドDPHと一体的に形成されている。このため、複数のリードLD2は、ダイパッドDPHと電気的に接続されており、ダイパッドDPHおよび導電性の接着層BD1を介して、半導体チップCPHの裏面電極BEHに電気的に接続されている。このため、複数のリードLD2は、ハイサイド用のパワーMOSFET1のソース用のリードであり、図7に示す端子TE2に対応している。
また、半導体装置PKGが有する複数のリードLDのうち、複数のリードLD4は、ダイパッドDPLと一体的に形成されている。このため、複数のリードLD4は、ダイパッドDPLと電気的に接続されており、ダイパッドDPLおよび導電性の接着層BD2を介して、半導体チップCPLの裏面電極BELに電気的に接続されている。
また、ダイパッドDPH,DPC,DPLには、複数のリードLD6が一体的に連結されている。また、ダイパッドDPH,DPLには、吊りリードTLが一体的に連結されている。リードLD6および吊りリードTLは、半導体装置PKGを製造する際に、ダイパッドDPH,DPC,DPLをリードフレームのフレーム枠に支持するために用いられたものである。
<配線基板の構成について>
図1に示す実施の形態1の電子装置EDに含まれる配線基板PB1について図2~図4を参照しながら説明する。図2~図4に示すように、実施の形態1の配線基板PB1は、主面(上面)PB1aと、主面PB1aとは反対側の裏面PB1bと、主面PB1aと裏面PB1bとの間に配置された配線層WL1とを有している。なお、図2~図4に示すように、配線基板PB1の主面PB1aには、半導体装置PKGおよびその他の素子(図示せず)が搭載されている。
配線基板PB1は、絶縁層IL1を有している。配線層WL1は、絶縁層IL1の上面IL1a上に形成されている。配線層WL1には、後述のキャパシタDC1を構成する電極(導電膜、導体パターン)CDが形成されている。電極CDは、導電体からなるが、好ましくは、銅(Cu)、銅(Cu)合金、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金のような導電性の高い金属(金属材料)によって形成されている。電極CDの平面形状は、例えば矩形状(長方形状)である。平面視において、電極CDの面積は、電極CE1の面積より大きいことが好ましい。
ここで、電極CDには、グランド電位(接地電位)GNDが供給されている。なお、電極CD自体が、グランド電位を供給するためのグランドパターンであってもよいし、図示しないが、半導体装置PKGにグランド電位を供給するための導体パターンが配線層WL1とは別の配線層に設けられており、ビア等を介して電極CDにグランド電位が供給されていてもよい。
また、図示しないが、半導体装置PKGに電源電位を供給するための電源パターンが、平面視において、電極CDと重ならない領域に形成されている。なお、図示しないが、この電源パターンは、配線層WL1とは別の配線層に設けられていてもよい。
配線基板PB1の厚さは、例えば1.6mmである。電極CDの膜厚は、例えば50μmである。また、電極CDの面積は、平面視において、後述する半導体装置PKG内の電極CE1よりも大きいことが好ましく、例えば100mmである。
また、絶縁層IL1の上面IL1a上には、電極CDを覆うように絶縁層(レジスト層)IL2が形成されている。絶縁層IL2は、エポキシ系またはポリイミド系の熱硬化性樹脂からなるソルダーレジストである。絶縁層IL2の膜厚は、例えば20μmである。
また、配線基板PB1の主面PB1aには、複数の端子TMが形成されている。複数の端子TMは、配線基板PB1の配線等を介して上記電位(電源電位)VINが供給される端子TM1と、配線基板PB1の配線等を介してグランド電位GNDが供給される端子TM4と、を含んでいる。また、配線基板PB1が有する複数の端子TMは、配線基板PB1の配線等を介して制御回路CT(図7参照)に電気的に接続される端子TM5と、配線基板PB1の配線等を介してモータMOT(コイルCL)(図7参照)に接続される端子TM2,TM3とをも含んでいる。配線基板PB1の各端子TMは、配線基板PB1の配線と電気的に接続されている。また、配線基板PB1の端子TM2と端子TM3とは、配線基板PB1の配線等を介して、互いに電気的に接続されている。配線基板PB1の端子TM4は、電極CDと電気的に接続されている。電極CDと端子TM4とは、一体に形成されているか、別体に形成され、かつ、接触していることが好ましい。
なお、各端子TM(端子TM1,TM2,TM3,TM4,TM5)は、電極CDと同一の配線層WL1に形成されていてもよい。この場合には、各端子TMが絶縁層IL1の上面IL1a上に形成され、各端子TM上に絶縁層IL2が形成されないか、または、各端子TM上の絶縁層IL2が除去されることによって、各端子TMが配線基板PB1の主面PB1aから露出する。
また、配線基板PB1は、配線層WL1を有する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、配線基板としては、配線基板の互いに反対側に位置する両方の主面に配線層(配線)が形成された配線基板、または、配線基板の両方の主面と配線基板の内部とに配線層(配線)が形成された配線基板(いわゆる多層配線基板)等を用いることができる。
<電子装置の構成について>
図1に示す実施の形態1の電子装置EDについて図1~図4を参照しながら説明する。図1~図4に示すように、半導体装置PKGは、封止体MRの裏面MRbが配線基板PB1の主面(上面)PB1aに対向する向きで、配線基板PB1の主面PB1a上に搭載されている。
そして、半導体装置PKGの複数のリードLDが、配線基板PB1の主面PB1aに形成された複数の端子(電極)TMに、それぞれ半田等の導電性の接合材SDを介して接合されて固定されている。すなわち、半導体装置PKGの複数のリードLDは、配線基板PB1の主面PB1aに形成された複数の端子TMに、それぞれ、導電性の接合材SDを介して電気的に接続されている。
これにより、配線基板PB1の配線等を経由して配線基板PB1の端子TM1から半導体装置PKGのリードLD1(図7の端子TE1)に電源電位VINが供給され、さらにリードLD1(リード連結部LB1)から金属板MP1を介して半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDにその電位VINが供給される。また、配線基板PB1の配線等を経由して配線基板PB1の端子TM4から半導体装置PKGのリードLD4にグランド電位GNDが供給され、さらにリードLD4(図7の端子TE4)から半導体装置PKG内のダイパッドDPLを介して半導体装置PKG内の半導体チップCPLの裏面電極BELにそのグランド電位GNDが供給される。
配線基板PB1の端子TM2と端子TM3とは、配線基板PB1の配線等を介して電気的に接続される。このため、半導体装置PKGを配線基板PB1上に実装した状態では、半導体装置PKGのリードLD2とリードLD3とは、配線基板PB1の端子TM2,TM3および配線を介して互いに電気的に接続され、さらに配線基板PB1の配線等を通じて、例えばモータMOT(コイルCL)(図7参照)に電気的に接続される。
そのため、半導体チップCPH内を流れる電流は、パワーMOSFET1のドレインD1からソースS1へと流れる。その後、この電流は、リードLD2、配線基板PB1の配線等およびリードLD3を経由して、半導体チップCPLに形成されたパワーMOSFET2のドレインD2からソースS2へと流れる。
また、半導体装置PKG内の半導体チップCPC内に形成されている上記制御回路CLCは、半導体装置PKG内の半導体チップCPCのパッドPDC、半導体装置PKG内のワイヤBW、半導体装置PKGのリードLD5、配線基板PB1の端子TM5および配線基板PB1の配線等を通じて、上記制御回路CTと、信号のやり取りを行うことができるようになっている。
また、図2~図4に示すように、半導体装置PKGを配線基板PB1上に実装することによって、半導体装置PKG内の電極CE1と、配線基板PB1内の電極CDとが対向し、キャパシタDC1が構成される。
なお、電極CE1と電極CDとの間、すなわち、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間には、絶縁材(誘電体)DEが配置されている。絶縁材DEを構成する材料は、配線基板PB1の絶縁層IL2を構成する材料よりも比誘電率の高い材料であることが好ましい。絶縁層IL2がエポキシ系樹脂からなる場合、エポキシ系樹脂の比誘電率は約4.4である。そのため、絶縁材DEを構成する材料は、例えば、比誘電率が約7であるウレタン系樹脂が好ましい。
ここで、絶縁材DEの形成方法について説明する。まず、図1~図4に示すように、半導体装置PKGを、封止体MRの裏面MRbが配線基板PB1の主面PB1aと対向するように、配線基板PB1の主面PB1a上に搭載する。この際、半導体装置PKGの複数のリードLDが、配線基板PB1の主面PB1aに形成された複数の端子(電極)TMに、それぞれ半田等の導電性の接合材SDを介して接合し固定する。
次に、図2~図4に示すように、封止体MRの裏面MRbと、配線基板PB1の主面PB1aとの間に絶縁材DEを構成する材料を注入し硬化させる。こうすることで、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間に、絶縁材DEを形成することができる。
なお、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間に、絶縁材DEを設けなくてもよい。絶縁材DEを設けない場合は、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間には、空気が存在することになるが、空気も絶縁材の一種であるため、絶縁材DEの代わりに空気層が存在するものとみなすことができる。絶縁材DEを設けない場合は、製造コストを低減することができるという観点から、絶縁材DEを設ける場合に比べて有利である。一方、絶縁材DEを設ける場合は、電極CE1と電極CDとにより構成されるキャパシタDC1のキャパシタンスを大きくすることができる。この観点では、絶縁材DEを設ける場合は、絶縁材DEを設けない場合に比べて有利である。
<回路構成について>
図7は、実施の形態1の電子装置に含まれるインバータ回路を示す回路図である。図8は、実施の形態1の電子装置に含まれるノイズフィルタを示す回路図である。なお、図7において、符号CPHを付した点線で囲まれた部分が、半導体チップCPH内に形成され、符号CPLを付した点線で囲まれた部分が、半導体チップCPL内に形成され、符号CPCを付した点線で囲まれた部分が、半導体チップCPC内に形成され、符号PKGを付した一点鎖線で囲まれた部分が、半導体装置PKG内に形成されている。
図7は、例えば、3相のBLDCモータを制御する回路(モータ駆動システム)を模式的に示した回路図である。3相のBLDCモータであるモータMOTは、3個のコイルCLを有しており、各コイルCLは、それぞれインバータ回路INVに接続されている。図7には、一例として、1個のコイルCLと、このコイルCLに接続された1つのインバータ回路INVとにより構成された回路を示している。インバータ回路INV(より特定的には、インバータ回路INVにおける制御回路CLC)は、制御回路CTに接続され、その制御回路CTによって制御される。インバータ回路INVからこのインバータ回路INVに接続された各コイルCLに交流電力が供給され、モータMOTが駆動される。
また、実施の形態1のインバータ回路INVには、ノイズフィルタ(ローパスフィルタ)FIL1が接続されている。ノイズフィルタFIL1は、キャパシタDC1を含んでいる。キャパシタDC1は、電極CE1と電極CDとにより構成されている。ノイズフィルタFIL1の詳細については後述する。
図7に示すインバータ回路INVに用いられている半導体装置PKGは、パワーMOSFET1,2と、制御回路CLCとを有している。制御回路CLCは、半導体チップ(制御用半導体チップ)CPC内に形成され、パワーMOSFET1は、半導体チップ(ハイサイド用半導体チップ、パワーチップ)CPH内に形成され、パワーMOSFET2は、半導体チップ(ロウサイド用半導体チップ、パワーチップ)CPL内に形成されている。そして、これら3つの半導体チップCPC,CPH,CPLが1つの同一のパッケージとして封止されて、半導体装置PKGが形成されている。
なお、図示しないが、半導体チップCPH内には、パワーMOSFET1に流れる電流を検知するためのセンスMOSFETが、半導体チップCPL内には、パワーMOSFET2に流れる電流を検知するためのセンスMOSFETが、それぞれ形成されていてもよい。
制御回路CLCは、パワーMOSFET1のゲートの電位を制御するハイサイド用ドライバ回路と、パワーMOSFET2のゲートの電位を制御するロウサイド用ドライバ回路と、を含んでいる。制御回路CLCは、半導体装置PKGの外部の制御回路CTから制御回路CLCに供給された信号等に応じて、パワーMOSFET1,2のそれぞれのゲートの電位を制御し、パワーMOSFET1,2のそれぞれの動作を制御する回路である。
パワーMOSFET1のゲートは、制御回路CLCのハイサイド用ドライバ回路に接続され、パワーMOSFET2のゲートは、制御回路CLCのロウサイド用ドライバ回路に接続されている。パワーMOSFET1のドレインは端子TE1に接続され、パワーMOSFET1のソースは端子TE2に接続され、パワーMOSFET2のドレインは端子TE3に接続され、パワーMOSFET2のソースは端子TE4に接続されている。すなわち、パワーMOSFET1は、そのソース・ドレイン経路が端子TE1と端子TE2との間に直列に接続され、パワーMOSFET2は、そのソース・ドレイン経路が端子TE3と端子TE4との間に直列に接続されている。図7において、符合D1はパワーMOSFET1のドレインを示し、符号S1はパワーMOSFET1のソースを示し、符合D2はパワーMOSFET2のドレインを示し、符号S2はパワーMOSFET2のソースを示している。制御回路CLCは端子TE5に接続され、この端子TE5は、半導体装置PKGの外部に設けられた上記制御回路CTに接続されている。
パワーMOSFET1のソースとパワーMOSFET2のドレインとは、半導体装置PKGの外部に設けられた導電経路(例えば配線基板PB1に設けられた導電経路)を経由して、電気的に接続された状態になっている。このため、パワーMOSFET1とパワーMOSFET2とが、電源電位供給用の端子TE1と基準電位供給用の端子TE4との間に、直列に接続された状態になっている。パワーMOSFET1がハイサイド用MOSFETに対応し、パワーMOSFET2がロウサイド用MOSFETに対応している。すなわち、パワーMOSFET1は、ハイサイドスイッチ(高電位側スイッチ)用の電界効果トランジスタであり、パワーMOSFET2は、ロウサイドスイッチ(低電位側スイッチ)用の電界効果トランジスタである。パワーMOSFET1,2は、それぞれ、スイッチング用のパワートランジスタとみなすことができる。
但し、端子TE2と端子TE3とを電気的に接続する導電経路は、半導体装置PKGの内部ではなく、半導体装置PKGの外部(配線基板PB1)に設けられている。このため、半導体装置PKGを配線基板PB1に実装した状態(インバータ回路が構成された状態)では、半導体装置PKGの端子TE2(リードLD2)と端子TE3(リードLD3)とは電気的に接続される。従って、パワーMOSFET1(のソース)とパワーMOSFET2(のドレイン)との接続点TE6は、半導体装置PKGの外部(配線基板PB1)に設けられており、この接続点TE6は、例えば、モータMOTのコイル(負荷)CLに接続されている。
半導体装置PKGを用いたインバータ回路INVに供給された直流電力は、インバータ回路INVで交流電力に変換されて、負荷(ここではモータMOTのコイルCL)に供給されるようになっている。モータMOTは、インバータ回路INVから供給された交流電力によって駆動される。
また、制御回路CLCは端子TE5(リードLD5)に接続され、この端子TE5(リードLD5)は、半導体装置PKGの外部に設けられた制御回路CTに接続されている。このため、半導体装置PKG内の制御回路CLCは、端子TE5(リードLD5)と、半導体装置PKGを実装した配線基板PB1の配線等を通じて、半導体装置PKGの外部に設けられた制御回路CTに接続されている。これにより、半導体装置PKGの外部の制御回路CTと半導体装置PKG内の制御回路CLCとの間で、信号のやり取りが行われ、半導体装置PKG内の制御回路CLCは、半導体装置PKGの外部に設けられた制御回路CTによって制御される。
<ノイズフィルタおよびキャパシタの構成について>
次に、実施の形態1のノイズフィルタFIL1について詳細に説明する。図8は、実施の形態1のノイズフィルタFIL1を示す回路図である。
図8に示すように、ノイズフィルタFIL1は、端子TM1と、端子TM1に接合材SDを介して接続されたリードLD1(図2参照)と、リードLD1に連結されたリード連結部LB1(図2参照)と、リード連結部LB1に接着層BD5を介して接続された金属板MP1と、キャパシタDC1とを含んでいる。
図2および図5に示すように、キャパシタDC1は、電極CE1と、電極CE1に対向して配置された電極CDと、電極CE1と電極CDとの間に配置された絶縁層IL2および絶縁材DEとにより構成されている。電極CE1は、半導体装置PKGの封止体MR内に配置され、金属板MP1に接着層BD8を介して接続されている。電極CDは、配線基板PB1の絶縁層IL2内に配置され、配線基板PB1の端子TM4と接続されている。また、端子TM1には、配線基板PB1の配線等を介して電位(電源電位)VINが供給されている。端子TM4には、配線基板PB1の配線等を介してグランド電位(接地電位)GNDが供給されている。また、金属板MP1は、接着層BD4を介して半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDに接続されている。
なお、前述のように、ノイズフィルタFIL1を構成する端子TM1は、配線基板PB1内にあり、リードLD1、リード連結部LB1および金属板MP1は、半導体装置PKG内にある。
ここで、ノイズフィルタFIL1を構成する各部材について詳細に説明する。図8には、ノイズフィルタFIL1を構成する各部材を等価回路、すなわち単一のRLCフィルタ回路(より具体的には、2個のインダクタと1個のキャパシタとを組み合わせたT型回路の三端子フィルタ回路)として考えた場合の抵抗、インダクタンスおよびキャパシタンスを示している。端子TM1における抵抗は0.06Ω、インダクタンスは2nH、キャパシタンスは0.2pFである。一体に形成されたリード連結部LB1およびリードLD1における抵抗は0.12Ω、インダクタンスは1.8nH、キャパシタンスは0.18pFである。金属板MP1における抵抗は0.24Ω、インダクタンスは3.6nH、キャパシタンスは0.36pFである。これらの値からわかるように、ノイズフィルタFIL1を構成する端子TM1、リードLD1、リード連結部LB1および金属板MP1は、抵抗およびインダクタとして作用する。
一方、キャパシタDC1におけるキャパシタンスは1nFである。また、後述するように、キャパシタDC1における寄生抵抗は0.01Ω、寄生インダクタンスは0.09nHである。
ここで、実施の形態1のノイズフィルタFIL1を構成するキャパシタDC1のキャパシタンスについて説明する。前述のように、キャパシタDC1のキャパシタンスCは、電極CE1および電極CDの面積や、絶縁材DEの有無等によって、変化させることができる。
図2に示すように、配線基板PB1において、電極CDは絶縁層IL2によって覆われている。配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間には、絶縁材DEが配置されている。そのため、電極CE1が封止体MRの裏面MRbから露出している場合には、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2(の一部)と絶縁材DEとが存在する。また、電極CE1が封止体MRに覆われている場合には、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2(の一部)と絶縁材DEと封止体MR(の一部)とが存在する。
なお、絶縁材DEが配置されていない場合は、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間には、空気層が存在する。そのため、電極CE1が封止体MRの裏面MRbから露出している場合には、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2(の一部)と空気層とが存在する。また、電極CE1が封止体MRに覆われている場合には、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2(の一部)と空気層と封止体MR(の一部)とが存在する。
ここでは、(1)電極CE1が封止体MRの裏面MRbから露出し、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2と絶縁材DEとが存在する場合と、(2)電極CE1が封止体MRの裏面MRbから露出し、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2と空気層とが存在する場合とを例に説明する。
平面視において、電極CE1と電極CDとが重なっている部分の面積Sが85mmであるとする。そして、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間の距離、すなわち絶縁材DE(または空気層)の厚さは、80μmであるとする。また、配線基板PB1において、電極CD上に存在する絶縁層IL2の厚さは、20μmであるとする。また、絶縁材DEの比誘電率は7、空気層の比誘電率は1、絶縁層IL2の比誘電率は4.4であるとする。以上より、(1)電極CE1が封止体MRの裏面MRbから露出し、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2と絶縁材DEとが存在する場合のキャパシタDC1のキャパシタンスCは47pFとなる。また、(2)電極CE1が封止体MRの裏面MRbから露出し、電極CDと電極CE1との間に、絶縁層IL2と空気層とが存在する場合のキャパシタDC1のキャパシタンスCは9pFとなる。
ここで、電極CE1の形成方法について説明する。まず、あらかじめ半導体装置PKGの製造工程を簡単に説明すると、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、モールド工程(樹脂成形工程)等を有している。ダイボンディング工程は、例えば、リードフレームLFへ半導体チップCPC,CPH,CPLをダイボンドする工程である。また、ワイヤボンディング工程は、半導体チップCPC,CPH,CPLおよびリードLDを、金属板MP1,MP2およびワイヤBWによってそれぞれ接続する工程である。また、モールド工程は、樹脂封止を行って、半導体チップCPC,CPH,CPLおよびそれに接続された複数のワイヤBWと金属板MP1,MP2とを封止体MRによって封止する工程である。
電極CE1の形成方法として、第一に、前記モールド工程の後、封止体MRの裏面MRbに印刷パターンで形成する方法が挙げられる。印刷方法としては、例えば、スクリーン印刷、ロール印刷またはグラビア印刷等が挙げられる。電極CE1の材料は、比較的低温(200℃以下)で硬化できる材料が好ましい。
また、電極CE1の形成方法として、第二に、前記モールド工程の前に、絶縁基材上に導体パターンをエッチングにより形成したもの、または、銅箔をポリイミドで挟み込んだいわゆるフレキ基板をモールド金型内に仮置きし、前記モールド工程において他の部材と共にインモールド成形する方法が挙げられる。この場合は、前記モールド工程の後に、電極CE1と金属板MP1とが接続される部分に、レーザ等で開口部を形成し、この開口部に導体を埋めて電極CE1と金属板MP1とを電気的に接続することができる。他の電極またはワイヤ等と干渉しないように、別の金属板等の接続部材を設けてもよいし、前記開口部に埋め込む導体をパターニングして干渉しないようにしてもよい。
なお、実施の形態1の電極CE1のように、半導体装置PKG内に形成する電極が1つである場合には、電極の厚さを制御しやすいという観点から、電極を印刷パターンで形成する方法の方が、導体や基板を埋め込む方法に比べて有利である。一方、後述する実施の形態3のように、電極を多層にする場合には、あらかじめ多層の電極を形成しやすいという観点から、導体や基板を埋め込む方法の方が、電極を印刷パターンで形成する方法に比べて有利である。
<検討の経緯について>
以下、本発明者が検討した検討例について説明する。図9は、検討例1の電子装置EDにおいて、図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。図10は、検討例2の電子装置EDにおいて、図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。図11は、検討例3の電子装置EDにおいて、図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。
本発明者は、例えばモータを駆動するためのインバータ回路を有する電子装置のノイズ対策について検討している。電子装置のノイズ対策は、以下の二つに大別することができる。一つは、対象の電子部品が動作することにより、他の回路の動作を妨害する程度を小さくすることが挙げられる。これは、EMI(Electromagnetic Interference:電磁波妨害)と呼ばれている。もうひとつは、対象の電子部品の周囲にある回路や電子装置の外部で発生した電磁波によって、その電子部品の動作が影響を受ける程度を小さくすることが挙げられる、これは、EMS(Electromagnetic Susceptibility:電磁波妨害感受)と呼ばれている。このようなEMI/EMS対策として、EMC(Electromagnetic Compatibility:電磁波両立性)性能を高める設計が重要である。
EMI/EMSは、使用する電磁波の周波数帯に応じた対策が必要であり、現在のEMI/EMSの規制範囲は、150kHz~1GHzの周波数帯域である。しかし、今後、EMI/EMSの規制範囲は、1GHz~6GHzに拡大されることが予定されている。6GHzの電磁波の波長は、λ/2が12.5mm、λ/4が6.25mmであり、基板サイズや配線長と同じオーダーとなる。そのため、従来注意していなかったノイズと基板や配線との共振を考慮する必要がある。
そこで、本発明者は、EMC性能を高めるために、基幹電源から電子部品へ電源を供給する電源経路において、ノイズフィルタ回路を配置することを検討した。ノイズフィルタ回路の1つ目の例として、キャパシタ(コンデンサ)のみを主回路の負荷に対して並列に接続した場合を考える。この際、虚数単位j、周波数f、キャパシタンスCとして、キャパシタ(コンデンサ)のインピーダンスZは、Z=1/j2πfCとなる。ノイズの周波数fに対して、このキャパシタのインピーダンスZが主回路の負荷よりも小さくなる場合に、ノイズはキャパシタ側をバイパスし、このキャパシタがノイズフィルタとして作用する。このようなキャパシタは、デカップリングキャパシタ(デカップリングコンデンサ、バイパスコンデンサ)と呼ばれる。また、理論的にはノイズの周波数fが高ければ高いほど、このキャパシタのインピーダンスZは小さくなる。このため、このノイズフィルタ回路は、周波数fの高い成分をバイパスし、周波数fの低い成分のみを通過させることから、ローパスフィルタともよばれる。
また、ノイズフィルタ回路の2つ目の例として、インダクタ(コイル)のみを主回路の負荷に対して直列に接続した場合を考える。この際、虚数単位j、周波数f、インダクタンスLとして、インダクタ(コイル)のインピーダンスZは、Z=j2πfLとなる。ノイズの周波数fに対して、このインダクタのインピーダンスZが大きくなると、ノイズの電流値が小さくなる。理論的にはノイズの周波数fが高ければ高いほど、このインダクタのインピーダンスZは大きくなり、周波数fの低い成分のみを通過させることから、このノイズフィルタ回路もローパスフィルタとよばれる。
このように、ノイズフィルタ回路としては、キャパシタ、インダクタまたはキャパシタとインダクタとの組み合わせ等により構成することができる。ここで、インダクタは、半導体装置および配線基板に設けられた配線等の部材によって代用することができる。すなわち、前述の端子TM1、リード連結部LB1、リードLD1および金属板MP1の長さおよび幅を調整することにより、これらの部材にインダクタの機能を付与することができる。一方、キャパシタの機能は、誘電体を介して対向配置される電極の面積に影響するため、これらの部材にキャパシタの機能を付与することは難しい。従って、本発明者は、ノイズフィルタ回路として、キャパシタの構成および配置を工夫してノイズフィルタ回路を構成することを検討した。
まず、本発明者は、図9に示す検討例1では、主回路の入り口にデカップリングキャパシタを配置することを検討した。具体的には、半導体チップCPH内にキャパシタDC101を形成する。このキャパシタDC101は、例えば、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、CVD(化学気相成長)法等の技術を利用して、半導体チップCPHを構成する半導体基板に形成した電極層や誘電体層により構成されている。
次に、本発明者は、図10に示す検討例2では、半導体チップと半導体装置内の配線との間にデカップリングキャパシタを配置することを検討した。具体的には、キャパシタDC102をダイパッドDPH上に配置し、キャパシタDC102を半導体チップCPHのパッドPDHDと、グランド電位が供給された端子(例えば、図4の端子TM4)とに接続する。なお、キャパシタDC102と半導体チップCPHのパッドPDHDとは、金属板MP1よりも配線幅の狭い配線WR102により接続されている。また、キャパシタDC102と端子TM4とは、配線WR102と同じ配線幅の配線(図示せず)により接続されている。
次に、本発明者は、図11に示す検討例3に示すように、半導体装置と配線基板との間にデカップリングキャパシタを配置することを検討した。具体的には、キャパシタDC103を配線基板PB1上に配置し、キャパシタDC103を電源電位が供給された端子TM1と、グランド電位が供給された端子(例えば、図4の端子TM4)とに接続する。なお、キャパシタDC103は、リードLD1を介して端子TM1と接続されており、キャパシタDC103とリードLD1とは、金属板MP1よりも配線幅の狭い配線WR103により接続されている。また、キャパシタDC103と端子TM4とは、配線WR103と同じ配線幅の配線(図示せず)により接続されている。
ここで、検討例1~検討例3において、キャパシタの構成および配置を検討するにあたり、キャパシタの寄生抵抗および寄生インダクタンスを考慮する必要がある。寄生抵抗とは、キャパシタおよびその近傍の配線に存在する抵抗を意味する。また、寄生インダクタンスとは、キャパシタおよびその近傍の配線に存在するインダクタンスを意味する。以下、寄生抵抗および寄生インダクタンスの影響について説明する。
寄生抵抗は、前述のキャパシタに直列に接続された抵抗と考えることができる。同様に、寄生インダクタンスは、前述のキャパシタに直列に接続されたインダクタと考えることができる。そのため、寄生抵抗Rおよび寄生インダクタンスLを考慮にいれたキャパシタのインピーダンスZは、Z=1/j2πfC+R+j2πfLとなる。まず、寄生抵抗Rは、ノイズの周波数fに対して変化しないため、キャパシタのインピーダンスの最小値を規定することになる。次に、ノイズの周波数fを高くしていくと、キャパシタのインピーダンス成分が小さくなるため、主回路の負荷よりも小さいうちは、前述と同じ作用を表す。しかし、ノイズの周波数fが一定以上になると、寄生インダクタンスのインピーダンス成分が大きくなっていき、主回路の負荷よりも大きくなるとノイズがキャパシタ側をバイパスしなくなり、このキャパシタはノイズフィルタとして作用しなくなる。
ここで、検討例1~検討例3における寄生インダクタンスの影響について説明する。図12は、検討例1~検討例3のノイズフィルタを示す回路図である。図12は、上記図8と同様に、ノイズフィルタを構成する各部材を等価回路、すなわち単一のRLCフィルタ回路(より具体的には、2個のインダクタと1個のキャパシタとを組み合わせたT型回路の三端子フィルタ回路)として考えた場合の抵抗、インダクタンスおよびキャパシタンスを示している。端子TM1、リード連結部LB1、リードLD1および金属板MP1の抵抗、インダクタンスおよびキャパシタンスは、上記図8と同様であるため、その説明を省略する。なお、図12には、実施の形態1の構成についても記載しているが、説明は後述する。
まず、検討例1のキャパシタDC101におけるキャパシタンスは1nF、寄生抵抗は0.1Ω、寄生インダクタンスは0nHである。検討例2のキャパシタDC102におけるキャパシタンスは1nF、寄生抵抗は0.1Ω、寄生インダクタンスは1.7nHである。検討例3のキャパシタDC103におけるキャパシタンスは1nF、寄生抵抗は0.2Ω、寄生インダクタンスは2nHである。
一方、後述するように、実施の形態1のキャパシタDC1におけるキャパシタンスは1nF(あるいは0.1nFまたは15pF)、寄生抵抗は0.01Ω、寄生インダクタンスは0.09nHである。
以上を前提として、ノイズフィルタからの出力がノイズフィルタへの入力に対してどの程度減衰するかの入力周波数依存性を100kHz~10GHzの範囲でシミュレーションによって求めた。図13は、検討例1~検討例3のノイズフィルタにおいて、入力周波数に対する減衰率を示すグラフである。
図13の横軸は、入力周波数であり、図13の縦軸は、ノイズフィルタFIL101,FIL102,FIL103への入力に対して、ノイズフィルタFIL101,FIL102,FIL103からの出力がどの程度減衰されるかを示している。なお、図13には、実施の形態1の結果も示しているが、説明は後述する。
また、図13のグラフの縦軸は、Sパラメータ(Scattering parameter)の一つであるS21により表している。Sパラメータとは、交流信号を波と捉えたとき、その波動の反射や伝送度合いで回路の特性を表したものである。特に、伝送度合いのうち、対象となる回路を通過する波が、どの程度減衰されて伝わるかを表すSパラメータであるS21は、|S21|=ノイズフィルタからの出力/ノイズフィルタへの入力で求めることができる。また、Sパラメータは、常用対数をとってdB単位で表すのが一般的である。そのため、図13の縦軸は、20log|S21|で表している。例えば、|S21|=1/√2のとき、20log|S21|≒-3dBであり、|S21|=1/√10のとき、20log|S21|=-10dBであり、|S21|=1/10のとき、20log|S21|=-20dBである。以下、S21をdB単位で表す場合は、20log|S21|とした値を示しているものとし、簡単のため、S21は約-3dBである(またはS21≒-3dB)のように表すこととする。なお、S21=-3dBのとき、減衰されない場合に比べて出力電力が半分になるため、このときの周波数をカットオフ周波数と呼ぶ。
図13に示すように、検討例1では、入力周波数が1MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。入力周波数が1MHz~3GHz程度の範囲において、S21は単調減少、すなわち減衰率は単調増加している。そして、入力周波数が3GHz~10GHzの範囲において、S21は-30dB以下を維持している。
検討例2では、検討例1と同様に、入力周波数が1MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。しかし、入力周波数が約100MHzであるところで、S21は最小値を取り、入力周波数が100MHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。特に、入力周波数が1GHz~10GHzの範囲において、S21は-10dBより大きくなってしまう。
検討例3では、入力周波数が100kHz~10GHzの範囲において、検討例2とほぼ同じ挙動を示している。
以下、検討例1~検討例3のノイズフィルタの減衰率と入力周波数との関係について検討する。前述の図12に示すように、検討例1のノイズフィルタFIL101では、半導体チップCPH内にキャパシタDC101を形成している。検討例2のノイズフィルタFIL102では、キャパシタDC102をダイパッドDPH上に配置し、キャパシタDC102を半導体チップCPHのパッドPDHDと、グランド電位が供給された端子(図示せず)とに接続している。検討例3のノイズフィルタFIL103では、キャパシタDC103を配線基板PB1上に配置し、キャパシタDC103をリードLD1と、グランド電位が供給された端子(図示せず)とに接続している。
ここで、本発明者の検討により、キャパシタの寄生インダクタンスは、キャパシタを構成する一方の電極と主回路との接続距離(配線の長さ)に大きく依存することがわかった。すなわち、検討例1のノイズフィルタFIL101では、キャパシタDC101と半導体チップCPHとの間に何も存在しないため、キャパシタDC101には寄生インダクタンスは無視できるほど小さい。一方、検討例2のノイズフィルタFIL102では、キャパシタDC102と半導体チップCPHとの間に、配線幅が他の部品よりも狭く、一定の長さを有する配線WR102が存在する。そのため、キャパシタDC102には、配線WR102に由来する寄生抵抗(0.1Ω)および寄生インダクタンス(1.7nH)が存在することになる。
また、検討例3のノイズフィルタFIL103では、キャパシタDC103と半導体チップCPHとの間に、配線幅が他の部品よりも狭く、一定の長さを有する配線WR103が存在し、配線WR103の他にも、端子TM1、リードLD1、リード連結部LB1および金属板MP1が存在する。そのため、キャパシタDC103には、配線WR103、端子TM1、リードLD1、リード連結部LB1および金属板MP1に由来する寄生抵抗(0.2Ω)および寄生インダクタンス(2nH)が存在することになる。発明者の詳細な検討により、検討例3では、金属板MP1よりも配線幅が狭く、かつ、配線長が長い配線WR103、リードLD1およびリード連結部LB1の寄生インダクタンスへの寄与が大きいことがわかった。
前述したように、寄生抵抗Rおよび寄生インダクタンスLを考慮にいれたキャパシタのインピーダンスZは、Z=1/j2πfC+R+j2πfLである。ノイズの周波数fを高くしていくと、インピーダンスのキャパシタ由来の成分1/j2πfCが小さくなるため、ノイズがキャパシタ側をバイパスし、ノイズの減衰率が大きくなる。しかし、キャパシタの寄生インダクタンスLが無視できない場合、ノイズの周波数fが一定以上になると、インピーダンスの寄生インダクタンス由来の成分j2πfLが大きくなっていき、ノイズがキャパシタ側をバイパスしなくなり、ノイズの減衰率が小さくなる。
ここで、検討例1のキャパシタDC101のキャパシタンスCは1nFであるため、カットオフ周波数が約10MHzである。そして、キャパシタDC101の寄生インダクタンスは0nHであるため、ノイズの周波数fにかかわらずインピーダンスの寄生インダクタンス由来の成分j2πfLは0である。その結果、入力周波数が60MHz~10GHzの周波数帯域でS21が-20dBよりも小さく、すなわち減衰率が1/10よりも大きくなっている。従って、前述したように、EMI/EMSの規制範囲が、今後1GHz~6GHzの周波数帯域に拡大されることを鑑みると、検討例1のノイズフィルタFIL101では、前記規制を満たすことができる。
検討例1においては、例えば、カットオフ周波数を約10MHz以下とするために、キャパシタDC101のキャパシタンスCを1nFとしている。キャパシタDC101のキャパシタンスCをこのような大きな値とするためには、半導体チップ内において、キャパシタDC101を構成する電極層の面積を大きくする必要がある。そのため、半導体チップのサイズ(図9に示す半導体チップCPHの長さLCP101)が大きくなり、ダイパッドのサイズ(図9に示すダイパッドDPHの長さLDP101)、半導体装置のサイズ(図9に示す半導体装置PKGの長さLPKG101)や配線基板のサイズも大きくなるという問題が生じる。半導体チップ、半導体装置および配線基板のサイズ増加は、設計コストや製造コストの多大な増大につながる。特に、検討例1では、半導体チップCPHを構成する半導体基板を新たに設計変更する必要があるため、設計コストや製造コストの多大な増大につながる。その結果、検討例1は現実的な解決方法ではないといえる。
一方、図10に示す検討例2では、半導体チップと半導体装置内の配線との間にデカップリングキャパシタを配置しているため、検討例1と異なり半導体チップのサイズは大きくならない。また、検討例2のキャパシタDC102のキャパシタンスCは検討例1と同様に1nFであるため、カットオフ周波数は約10MHzである。
しかし、検討例2のキャパシタDC102の寄生インダクタンスは1.7nHである。そのため、図13に示すように、検討例2では、入力周波数が100MHzよりも高くなると、寄生インダクタンスのインピーダンス成分が大きくなって、減衰率が小さくなっていく。特に、検討例2では、入力周波数が1GHz~10GHzの範囲において、S21は-10dBより大きくなってしまう。前述したように、EMI/EMSの規制範囲が、今後1GHz~6GHzの周波数帯域に拡大されることを鑑みると、検討例2のノイズフィルタFIL102では、この規制を満たすことができない。
そして、検討例2では、キャパシタを半導体装置内に配置するため、ダイパッドのサイズ(図10に示すダイパッドDPHの長さLDP102)が大きくなり、その結果、半導体装置のサイズ(図10に示す半導体装置PKGの長さLPKG102)や配線基板のサイズも大きくなるという問題が生じる。前述と同様に、半導体装置および配線基板のサイズ増加は、設計コストや製造コストの増大につながる。
また、図11に示す検討例3では、半導体装置と配線基板との間にデカップリングキャパシタを配置しているため、検討例1または検討例2と異なり半導体チップや半導体装置のサイズは大きくならない。また、検討例3のキャパシタDC103のキャパシタンスCは検討例1および検討例2と同様に1nFであるため、カットオフ周波数は約10MHzである。
しかし、検討例3のキャパシタDC103の寄生インダクタンスは2nHである。そのため、図13に示すように、検討例3では、入力周波数が100MHzよりも高くなると、寄生インダクタンスのインピーダンス成分が大きくなって、減衰率が小さくなっていく。特に、検討例3では、入力周波数が1GHz~10GHzの範囲において、S21は-10dBより大きくなってしまう。前述したように、EMI/EMSの規制範囲が、今後1GHz~6GHzの周波数帯域に拡大されることを鑑みると、検討例3のノイズフィルタFIL103では、この規制を満たすことができない。
そして、検討例3では、配線基板において半導体装置が搭載されない領域にキャパシタを配置するため、配線基板のサイズが大きくなるという問題が生じる。前述と同様に、配線基板のサイズ増加は、設計コストや製造コストの増大につながる。
以上の検討例1~検討例3より、ノイズフィルタとしてキャパシタを採用する場合には、キャパシタの寄生抵抗および寄生インダクタンスをできるだけ小さくして、ノイズの減衰率を高めることが望まれる。特に、寄生インダクタンスをできるだけ小さくして、1GHz~6GHzの周波数領域におけるノイズの減衰率を高めることが望まれる。
そして、キャパシタのキャパシタンスをできるだけ大きくして、ノイズフィルタのカットオフ周波数を低くすることが望まれる。ここで、互いに対向する一対の電極からなるキャパシタのキャパシタンスCは、真空の誘電率ε、電極間に存在する物質の比誘電率ε、電極の面積S、電極間の距離dとして、C=εεS/dとなる。そのため、キャパシタのキャパシタンスCを大きくするためには、(1)電極の面積Sを大きくし、(2)電極間の距離dを小さくし、(3)電極間に存在する物質の比誘電率εを大きくすることが必要となる。
<主要な特徴と効果について>
図8に示すように、実施の形態1の主要な特徴のうちの一つは、ノイズフィルタFIL1は、端子TM1と、端子TM1に接続されたリードLD1およびリード連結部LB1(図2参照)と、リード連結部LB1に接着層BD5を介して接続された金属板MP1と、リード連結部LB1と金属板MP1との間に接続されたキャパシタDC1とを含んでいることである。
また、キャパシタDC1は、電極CE1と、電極CE1に対向して配置された電極CDと、電極CE1と電極CDとの間に配置された絶縁材DEとにより構成されている。電極CE1は、半導体装置PKGの封止体MR内に配置され、金属板MP1に接着層BD8を介して接続されている。電極CE1と電極CDとの距離は、金属板MP1と電極CDとの距離よりも短い(電極CE1は、金属板MP1よりも電極CDに近い)。
また、電極CDは、配線基板PB1の絶縁層IL2内に配置され、配線基板PB1の端子TM4と接続されている。また、端子TM1には、配線基板PB1の配線等を介して電位(電源電位)VINが供給されている。端子TM4には、配線基板PB1の配線等を介してグランド電位(接地電位)GNDが供給されている。また、金属板MP1は、接着層BD4を介して半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDに接続されている。
実施の形態1では、このような構成を採用したことにより、電子装置の信頼性を向上させることができる。以下、その理由について具体的に説明する。
上記検討例2または上記検討例3では、デカップリングキャパシタを配置して配線WR102,WR103を介して半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDと接続していた。それに対して、実施の形態1では、キャパシタDC1を構成する電極CE1を、リードLD1およびリード連結部LB1よりも配線幅が広く、配線長さが短い金属板MP1のみを介して半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDと接続している。
すなわち、実施の形態1では、キャパシタDC1を構成する、対向する一対の電極のうちの1つ(電極CE1)を少なくとも半導体装置PKGの封止体MR内に配置することで、キャパシタを構成する一方の電極と主回路との接続距離(配線長さ)を小さくすることができる。
さらに、図2~図4に示すように、実施の形態1では、ダイパッドDPC,DPH,DPLの主面DPCa,DPHa,DPLaは、封止体MRの裏面MRb側を向くように配置されている。すなわち、半導体チップCPC,CPH,CPLの表面は、封止体MRの裏面MRb側を向くように配置されている。そして、半導体装置PKGは、封止体MRの裏面MRbが配線基板PB1の主面(上面)PB1aに対向する向きで、配線基板PB1の主面PB1a上に搭載されている。このように、実施の形態1では、いわゆる逆ベンド構造のパッケージを採用しているため、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側の、封止体MR以外の部材が存在しない空きスペースに電極CE1を配置することができる。さらに、平面視において、金属板MP1の面積よりも大きい面積を有する、より好ましくは、封止体MRの面積と同等以上に大きい面積を有する電極CE1を配置することができる。そして、封止体MRの裏面MRbと配線基板PB1の主面PB1aとが対向しているため、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側に配置された電極CE1と、配線基板PB1の絶縁層IL2内に配置された電極CDとの距離を最小限にすることができる。
なお、金属板MP1も電極CDと対向しているため、電極CE1を設けずに金属板MP1と電極CDとによりノイズフィルタ用のキャパシタを構成することも考えられる。しかしながら、キャパシタンスを大きくするために、金属板MP1の平面寸法(平面積)を現状よりも大きくすると、パッドPDHDの面積よりも大きくなってしまい、パッドPDHDとリードLD1とを適切に接続することができなくなる。そのため、金属板MP1の平面寸法を大きくすることができない。
また、キャパシタンスを大きくするために、金属板MP1と電極CDとの距離を短くするために、例えば封止体MRの裏面MRb側の厚さを小さくしてしまうと、ワイヤBW(図3参照)が露出する等の問題が生じるおそれがある。そのため、金属板MP1と電極CDとの距離を短くすることができない。
従って、半導体チップCPHのパッドPDHDとリードLD1(リード連結部LB1)とを接続するための部材である金属板MP1と電極CDとによりノイズフィルタ用のキャパシタを構成すると、このキャパシタのキャパシタンスを大きくすることが難しくなる。
一方、実施の形態1のように、金属板MP1とは別に電極CE1を設け、この電極CE1を金属板MP1と接続することにより、平面視において、電極CE1の面積を金属板MP1よりも大きく、より好ましくは封止体MRと同等以上に大きい面積にすることができる。そして、電極CE1を配線基板PB1の主面PB1aと対向する封止体MRの裏面MRb側に配置することにより、電極CE1と電極CDとの距離を金属板MP1と電極CDとの距離よりも小さくすることができる。その結果、電極CE1と電極CDとによりノイズフィルタ用のキャパシタを構成することで、このキャパシタのキャパシタンスを大きくすることが可能となる。
また、金属板MP1は、上記検討例2の配線WR102や上記検討例3の配線WR103に比べて配線長さが短く、かつ、配線幅が広い。そのため、金属板MP1に由来する寄生抵抗および寄生インダクタンスが、配線WR102,WR103に由来する寄生抵抗および寄生インダクタンスに比べて小さい。
その結果、実施の形態1では、検討例2および検討例3に比べて、キャパシタの寄生抵抗および寄生インダクタンスを小さくすることができる。
また、電極CE1と電極CDとの間は、配線基板PB1に搭載した半導体装置PKGと、この配線基板PB1との隙間(空隙)に相当する。そのため、電極CE1と電極CDとの間、すなわち、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間に、封止体MRを構成する材料よりも比誘電率の高い絶縁材(誘電体)DEを自由に選択して、後から配置することができる。
以上より、実施の形態1では、(1)電極の面積Sを大きくし、(2)電極間の距離dを小さくし、(3)電極間に存在する物質の比誘電率εを大きくするという3つの条件を満たすことができ、その結果、キャパシタDC1のキャパシタンスCを大きくすることができる。
そして、実施の形態1では、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側の、封止体MR以外の部材が存在しない空きスペースに電極CE1を配置しているため、半導体チップはもちろん、半導体装置のサイズも大きくならない。そして、配線基板PB1には、平面視において、半導体装置PKGと重なる領域に電極CDを配置している。そのため、配線基板のサイズも大きくならない。その結果、半導体装置および配線基板の設計コストや製造コストの増大を防止することができる。
以下、実施の形態1のノイズフィルタFILの減衰率と入力周波数との関係について検討する。図12に示すように、実施の形態1では、キャパシタDC1を構成する電極CE1を金属板MP1に接続し、キャパシタDC1を構成する電極CDをグランド電位が供給された端子に接続している。実施の形態1では、キャパシタDC1と半導体チップCPHとの間に、金属板MP1が存在する。ここで、金属板MP1は、上記検討例2の配線WR102や上記検討例3の配線WR103に比べて配線幅が広い。そのため、金属板MP1に由来する寄生抵抗および寄生インダクタンスが、配線WR102,WR103に由来する寄生抵抗および寄生インダクタンスに比べて小さい。具体的には、検討例2のキャパシタDC102における寄生抵抗は0.1Ω、寄生インダクタンスは1.7nHであり、検討例3のキャパシタDC103における寄生抵抗は0.2Ω、寄生インダクタンスは2nHである。一方、実施の形態1のキャパシタDC1における寄生抵抗は0.01Ω、寄生インダクタンスは0.09nHである。
また、実施の形態1のキャパシタDC1におけるキャパシタンスは、(1)1nF、(2)0.1nF、(3)15pFの3つの場合を検討した。キャパシタDC1が(1)1nFの場合は、検討例1~検討例3のキャパシタDC101,DC102,DC103のキャパシタンスと同じ値であり、寄生抵抗および寄生インダクタンスのみが異なることになる。
図13に示すように、実施の形態1のキャパシタDC1のキャパシタンスが1nFである場合、入力周波数が1MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。入力周波数が約500MHzであるところで、S21は最小値を取る。そして、入力周波数が500MHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。ただし、入力周波数が500MHz~10GHzの範囲において、S21はほぼ-20dB以下を維持している。
次に、実施の形態1のキャパシタDC1のキャパシタンスが0.1nFである場合、入力周波数が10MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。入力周波数が約2GHzであるところで、S21は最小値を取る。そして、入力周波数が2GHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。ただし、入力周波数が1GHz~10GHzの範囲において、S21は-10dBより小さい。
次に、実施の形態1のキャパシタDC1のキャパシタンスが15pFである場合、入力周波数が100MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。入力周波数が約4GHzであるところで、S21は最小値を取る。そして、入力周波数が4GHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。ただし、入力周波数が1GHz~10GHzの範囲において、S21は-10dBより小さい。
以下、実施の形態1のノイズフィルタFIL1の減衰率と入力周波数との関係について検討する。実施の形態1では、キャパシタDC1と半導体チップCPHとの間に、金属板MP1に由来する寄生抵抗(0.01Ω)および寄生インダクタンス(0.09nH)が存在する。実施の形態1の寄生抵抗および寄生インダクタンスの値は、検討例2や検討例3の寄生抵抗および寄生インダクタンスの値に比べて小さい。そのため、図13に示すように、実施の形態1では、検討例2および検討例3と異なり、入力周波数が100MHzよりも高くなっても、寄生インダクタンスのインピーダンス成分が大きくならず、減衰率が小さくならない。特に、実施の形態1では、入力周波数が1GHz~10GHzの範囲において、S21は-10dBより小さい。これにより、前述したように、EMI/EMSの規制範囲が、今後1GHz~6GHzの周波数帯域に拡大された場合でも、実施の形態1のノイズフィルタFIL1では、この規制を満たすことができる。
なお、実施の形態1では、基幹電源から電子部品へ電源を供給する電源経路においてノイズフィルタ回路を配置する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、半導体装置内における半導体チップの接続方法を変更することにより、半導体装置の内部の制御回路から半導体装置の外部の制御回路への信号伝送経路においてノイズフィルタ回路を配置することもできる。また、インバータ回路からこのインバータ回路に接続されたモータ等に交流電力が供給される電力供給経路においてノイズフィルタ回路を配置することもできる。
具体的には、実施の形態1において、キャパシタDC1を構成する電極CE1が電源VINに接続され、キャパシタDC1を構成する電極CDがグランドGNDに接続されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。それに対して、電極CE1が電源VINに接続され、電極CDが信号に接続されていてもよい。また、電極CE1が信号に接続され、電極CDが電源VINまたはグランドGNDに接続されていてもよく、電極CE1がグランドGNDに接続され、電極CDが電源VINまたは信号に接続されていてもよい。
ここで、キャパシタDC1を構成する電極CE1および電極CDの厚さについて説明する。電極CE1および電極CDの厚さは、電磁波遮蔽の観点から、表皮深さ(表皮厚さ)を根拠に定めることができる。まず、表皮深さとは、導体に入射した電磁波が1/e(eは自然対数)に減衰する距離で表される。表皮深さdと周波数f(角周波数ω)との関係は、d=(ρ/πfμ)1/2=(2ρ/ωμ)1/2で求めることができる。ここで、ρは導体の電気抵抗率、μは導体の絶対透磁率である。導体に銅を用いた場合、周波数fを10MHzとすると、表皮深さdは20μmとなり、周波数fを1GHzとすると、表皮深さdは2μmとなる。遮蔽対象の電磁波はその導体の表皮深さより深く入れないため、導体を表皮深さ以上に厚くしても遮蔽効果は変わらない。従って、高い遮蔽効果を得るために必要な導体の厚さは、表皮深さ程度まで厚くできれば十分であることがわかる。そのため、前述したように、1GHzの周波数帯域を対象とするのであれば、電極CE1および電極CDの厚さは2μm以上であることが好ましい。なお、電極CE1の厚さは、形成時のバラつきを考慮して、設計厚さ3μm以上であることが好ましい。
一方、前述したように、電極CE1および電極CDの厚さを厚くしすぎると、キャパシタDC1において電極CE1および電極CDに由来する寄生抵抗および寄生インダクタンスが大きくなる。そのため、電極CE1および電極CDの厚さは、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。
<実施の形態1の変形例>
以下、上記実施の形態1の変形例(以下、変形例1)の電子装置の構成について、図14および図15を用いて説明する。図14は、変形例1の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。図15は、検討例3、上記実施の形態1および変形例1のノイズフィルタを示す回路図である。
図14に示すように、変形例1では、上記実施の形態1と同様に、半導体装置PKGの外部の電源(入力用電源)と半導体チップCPHとの間に、ノイズフィルタFIL1aが接続されている。ノイズフィルタFIL1aは、キャパシタDC1a,DC1bを備えている。キャパシタDC1aは、上記実施の形態1のキャパシタDC1と同様の構成を有している。すなわち、キャパシタDC1aは、電極CE1と、電極CE1に対向して配置された電極CDと、電極CE1と電極CDとの間に配置された絶縁層IL2および絶縁材DEとにより構成されている。
また、キャパシタDC1bは、例えば、デカップリングキャパシタであり、上記検討例3のキャパシタDC103と同様の構成を有している。すなわち、キャパシタDC1bは、配線基板PB1上に配置されており、電源電位が供給された端子TM1と、グランド電位が供給された端子(例えば、端子TM4(図4参照))とに接続されている。なお、キャパシタDC1bは、リードLD1を介して端子TM1と接続されており、キャパシタDC1bとリードLD1とは、金属板MP1よりも配線幅の狭い配線WR1bにより接続されている。また、キャパシタDC1bと端子TM4とは、配線WR1bと同じ配線幅の配線(図示せず)により接続されている。
この点が、変形例1のノイズフィルタFIL1aと、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1との相違点である。変形例1のノイズフィルタFIL1aのその他の構成については、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1と同様であり、繰り返しの説明を省略する。
なお、図15に示すように、キャパシタDC1aにおける寄生抵抗は0.01Ω、寄生インダクタンスは0.09nHである(実施の形態1のキャパシタDC1参照)。また、キャパシタDC1aのキャパシタンスは9pFである。また、キャパシタDC1bにおける寄生抵抗は0.2Ω、寄生インダクタンスは2nHである(検討例3のキャパシタDC103参照)。また、キャパシタDC1bのキャパシタンスは1nFである。
ここで、変形例1のノイズフィルタFIL1aの減衰率と入力周波数との関係について説明する。図16は、変形例1、実施の形態1および検討例3のノイズフィルタにおいて、入力周波数に対する減衰率を示すグラフである。比較のため、上記実施の形態1のキャパシタDC1(キャパシタンスは9pF)の場合、および、上記検討例3のキャパシタDC103の場合も併せて説明する。
図16に示すように、変形例1のキャパシタDC1aと同様の構成を有する上記実施の形態1のキャパシタDC1(キャパシタンス9pF)を備えるノイズフィルタFIL1においては、変形例1のキャパシタDC1aにおいて、入力周波数が100MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。入力周波数が約5GHzであるところで、S21は最小値を取る。そして、入力周波数が5GHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。ただし、入力周波数が約1.7GHz~10GHzの範囲において、S21は-10dBより小さい。
また、変形例1のキャパシタDC1bと同様の構成を有する上記検討例3のキャパシタDC103を備えるノイズフィルタFIL103において、入力周波数が1MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。しかし、入力周波数が約100MHzであるところで、S21は最小値を取り、入力周波数が100MHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。
ここで、変形例1のキャパシタDC1a,DC1bを備えるノイズフィルタFIL1aでは、まず、入力周波数が1MHzよりも高くなると、S21が小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。そして、入力周波数が約100MHzであるところで、S21は極小値を取り、入力周波数が100MHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。その後、入力周波数が約700Hzであるところで、S21は極大値を取り、再びS21は小さく、すなわち減衰率が大きくなっていく。そして、入力周波数が約5GHzであるところで、S21は最小値を取る。そして、入力周波数が5GHzよりも高くなると、S21が大きく、すなわち減衰率が小さくなっていく。これらの結果から、変形例1によれば、10MHz~1GHzの範囲のノイズをキャパシタDC1bによって、1GHz~10GHzの範囲のノイズをキャパシタDC1aによって、それぞれ、低減できることがわかる。
従って、変形例1のノイズフィルタFIL1aは、上記実施の形態1のキャパシタDC1によって減衰率が大きくなる周波数領域と、上記検討例3のキャパシタDC103によって減衰率が大きくなる周波数領域との両方の周波数領域において減衰率を大きくすることができる。
前述したように、ノイズフィルタのカットオフ周波数をできるだけ低くするためには、ノイズフィルタを構成するキャパシタのキャパシタンスを大きくする必要がある。キャパシタのキャパシタンスを大きくするためには、(1)電極の面積Sを大きくし、(2)電極間の距離dを小さくし、(3)電極間に存在する物質の比誘電率εを大きくすることが必要である。ここで、(1)電極の面積Sや(2)電極間の距離dを変更することは、半導体装置や配線基板のサイズ増大や設計変更を伴うため容易ではない。そのため、上記実施の形態1では、(3)電極間に存在する物質の比誘電率εを大きくするために、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間に、絶縁材DEを配置していた。ただし、前述のように、絶縁材DEを配置するためには、半導体装置PKGを配線基板PB1に搭載した後に、絶縁材を後注入する必要がある。
変形例1では、キャパシタンス(9pF)が小さい一方、寄生抵抗(0.01Ω)および寄生インダクタンス(0.09nH)が小さいキャパシタDC1aと、キャパシタンス(1nF)が大きい一方、寄生抵抗(0.2Ω)および寄生インダクタンス(2nH)が大きいキャパシタDC1bとを組み合わせている。こうすることで、キャパシタDC1aのキャパシタンスを大きくするためにキャパシタDC1aにおいて絶縁材を後注入する必要がなくなる。このように、広い周波数領域において減衰率を大きくすることができる点、および、絶縁材の後注入工程が不要であり、この分の製造コストを低減できる点で、変形例1は、上記実施の形態1よりも有利である。
一方、配線基板にキャパシタDC1bを搭載する必要がなく、この分の製造コストを低減できる点で、上記実施の形態1は、変形例1よりも有利である。
(実施の形態2)
以下、実施の形態2の電子装置の構成について、図17~図20を用いて説明する。図17は、実施の形態2の半導体装置PKGを下面側から見たときの、封止体MRを透視した平面透視図を示している。図18は、図17に示す電子装置EDにおいて、図17のA2-A2線に相当する位置で切断した断面図である。図19は、図17に示す電子装置EDにおいて、図17のA3-A3線に相当する位置で切断した断面図である。図20は、実施の形態2の電子装置EDに含まれるインバータ回路を示す回路図である。
図20に示すように、実施の形態2のノイズフィルタは、ノイズフィルタFIL2a,FIL2b,FIL2c,FIL2dにより構成されている。ノイズフィルタFIL2aは、半導体装置PKGの外部の電源(入力用電源)と半導体チップCPHとの間に接続されている。ノイズフィルタFIL2b,FIL2cは、半導体装置PKGの外部の制御回路CTと半導体チップCPCとの間に接続されている。ノイズフィルタFIL2dは、モータMOTに含まれるコイルCL等と半導体チップCPLとの間に接続されている。
図示しないが、ノイズフィルタFIL2aは、端子TM1と、端子TM1に接続されたリードLD1およびリード連結部LB1(図2参照)と、リード連結部LB1に接着層BD5を介して接続された金属板MP1と、キャパシタDC2aとを含んでいる。キャパシタDC2aは、電極(第1導体部材)CE2aと、電極CE2aに対向して配置された電極CDと、電極CE2aと電極CDとの間に配置された絶縁材DEとにより構成されている。すなわち、図17と上記図6とを比較するとわかるように、ノイズフィルタFIL2aの電極CE2aが、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1の電極CE1と異なるが、ノイズフィルタFIL2aのそれ以外の構成は、ノイズフィルタFIL1(図2参照)と同じである。
また、図18に示すように、ノイズフィルタFIL2bは、端子TM5と、端子TM5に接続されたリードLD5と、リードLD5および半導体チップCPCのパッドPDCを接続するワイヤBWと、キャパシタDC2bとを含んでいる。図18に示すように、キャパシタDC2bは、電極(第2導体部材)CE2bと、電極CE2bに対向して配置された電極CDと、電極CE2bと電極CDとの間に配置された絶縁材DEとにより構成されている。
図示しないが、ノイズフィルタFIL2cは、端子TM5(図18参照)と、端子TM5に接続されたリードLD5(図18参照)と、リードLD5および半導体チップCPCのパッドPDCを接続するワイヤBW(図18参照)と、キャパシタDC2cとを含んでいる。キャパシタDC2cは、電極(第3導体部材)CE2cと、電極CE2cに対向して配置された電極CDと、電極CE2cと電極CDとの間に配置された絶縁材DEとにより構成されている。
図19に示すように、ノイズフィルタFIL2dは、端子TM3と、端子TM3に接続されたリードLD3およびリード連結部LB3と、リード連結部LB3に接着層BD7を介して接続された金属板MP2と、キャパシタDC2dとを含んでいる。キャパシタDC2dは、電極(第4導体部材)CE2dと、電極CE2dに対向して配置された電極CDと、電極CE2dと電極CDとの間に配置された絶縁材DEとにより構成されている。
図17に示すように、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dは、半導体装置PKGの封止体MR内に配置されている。なお、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dは、半導体装置PKGの封止体MRの外側にはみ出る部分があってもよい。
また、電極CE2aは、金属板MP1に接着層BD9を介して接合されて電気的に接続されている。電極CE2bは、金属板MP3に接着層BD10を介して接合されて電気的に接続されている。金属板MP3は、リードLD5に接着層BD13を介して接合されて電気的に接続されている。
電極CE2cは、金属板MP4に接着層BD11を介して接合されて電気的に接続されている。金属板MP4は、リードLD5に接着層(図示せず)を介して接合され電気的に接続されている。電極CE2dは、金属板MP2に接着層BD12を介して接合されて電気的に接続されている。
電極CE2aと電極CDとの距離は、金属板MP1と電極CDとの距離よりも短い(電極CE2aは、金属板MP1よりも電極CDに近い)。電極CE2bと電極CDとの距離は、金属板MP3と電極CDとの距離よりも短い(電極CE2bは、金属板MP3よりも電極CDに近い)。電極CE2cと電極CDとの距離は、金属板MP4と電極CDとの距離よりも短い(電極CE2cは、金属板MP4よりも電極CDに近い)。電極CE2dと電極CDとの距離は、金属板MP2と電極CDとの距離よりも短い(電極CE2dは、金属板MP2よりも電極CDに近い)。
前述のように、電極CDは、配線基板PB1の絶縁層IL2内に配置され、配線基板PB1の端子TM4と接続されている。また、端子TM1には、配線基板PB1の配線等を介して電位(電源電位)VINが供給されている。端子TM4には、配線基板PB1の配線等を介してグランド電位(接地電位)GNDが供給されている。端子TM3は、配線基板PB1の配線等を介して例えばモータ(図4のコイルCL)に電気的に接続される。端子TM5は、配線基板PB1の配線等を介して半導体装置PKGの外部の制御回路CTと電気的に接続される。
また、金属板MP1は、接着層BD4を介して半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDに接続されている。金属板MP2は、接着層BD6を介して半導体チップCPLのドレイン用のパッドPDLDに接続されている。
電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dの平面形状は、例えば矩形状(長方形状)である。電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dは、半導体装置PKGの封止体MR内に配置されるが、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dは、封止体MRの裏面MRbに近く、配線基板PB1の電極CDとの距離をできるだけ小さくすることが好ましい。なお、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dは、封止体MRの裏面MRbから露出していてもよい。電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dの厚さは、例えば50μmである。また、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dの面積は、それぞれ例えば20.25mm以上であることが好ましい。
接着層BD9,BD10,BD11,BD12,BD13は、導電性の接合材(接着材)からなり、例えば、銀ペースト等のペースト型導電性接着材や、あるいは半田等を用いることができる。
金属板MP3,MP4は、導電体からなる導体板であるが、好ましくは、銅(Cu)、銅(Cu)合金、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金のような導電性および熱伝導性の高い金属(金属材料)によって形成されている。各金属板MP3,MP4のX方向およびY方向の寸法(幅)は、それぞれワイヤBWの直径よりも大きい。
ここで、キャパシタDC2a,DC2b,DC2c,DC2dのキャパシタンスについて、キャパシタDC2aを例に説明する。電極CE2aが封止体MRの裏面MRbから露出し、電極CDと電極CE2aとの間に、絶縁層IL2と絶縁材DEとが存在する場合を例に説明する。
平面視において、電極CE2aと電極CDとが重なっている部分の面積Sが20.25mmであるとする。そして、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間の距離、すなわち絶縁材DEの厚さは、80μmであるとする。また、配線基板PB1において、電極CD上に存在する絶縁層IL2の厚さは、20μmであるとする。また、絶縁材DEの比誘電率は7、絶縁層IL2の比誘電率は4.4であるとする。この場合のキャパシタDC2aのキャパシタンスCは11pFとなる。また、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間の距離、すなわち絶縁材DEの厚さが45μmである場合は、キャパシタDC2aのキャパシタンスCは16pFとなる。
この点が、実施の形態2のノイズフィルタFIL2a,FIL2b,FIL2c,FIL2dと、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1との相違点である。実施の形態2のノイズフィルタFIL2a,FIL2b,FIL2c,FIL2dのその他の構成については、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1と同様であり、繰り返しの説明を省略する。
実施の形態2では、このような構成を採用したことにより、電子装置の信頼性を向上させることができる。以下、その理由について具体的に説明する。
前述のように、本発明者は、例えばモータを駆動するインバータ回路を有する電子装置において、電子装置の内部で発生する不要電磁波ノイズや、外部から伝播して電子装置の内部に侵入する外来ノイズを抑制することを検討している。この場合、実施の形態1のように、基幹電源から電子部品へ電源を供給する電源経路においてノイズフィルタ回路を配置すること以外にも、半導体装置の内部の制御回路から半導体装置の外部の制御回路への信号伝送経路においてノイズフィルタ回路を配置することも考えられる。また、同様に、インバータ回路からこのインバータ回路に接続されたモータ等に交流電力が供給される電力供給経路においてノイズフィルタ回路を配置することも考えられる。
そのため、図20に示すように、実施の形態2のノイズフィルタは、ノイズフィルタFIL2a,FIL2b,FIL2c,FIL2dにより構成されている。そして、ノイズフィルタFIL2aは、半導体装置PKGの外部の電源(入力用電源)と半導体チップCPHとの間に接続されている。ノイズフィルタFIL2b,FIL2cは、半導体装置PKGの外部の制御回路CTと半導体チップCPCとの間に接続されている。ノイズフィルタFIL2dは、モータMOTに含まれるコイルCL等と半導体チップCPLとの間に接続されている。こうすることで、ノイズが電源経路、信号伝送経路および電力供給経路において伝播されることを防止することができる。
また、実施の形態2では、上記実施の形態1と同様に、いわゆる逆ベンド構造のパッケージを採用しているため、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側は、封止体MR以外の部材が存在しない空きスペースが確保されている。その結果、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側に電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dを配置することができる。
そして、半導体装置PKGは、封止体MRの裏面MRbが配線基板PB1の主面(上面)PB1aに対向する向きで、配線基板PB1の主面PB1a上に搭載された、いわゆる逆ベンド型のパッケージである。そのため、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側の、封止体MR以外の部材が存在しない空きスペースに電極CE1を配置することができ、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側に配置された電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dと、配線基板PB1の絶縁層IL2内に配置された電極CDとの距離を最小限にすることができる。
また、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dと電極CDとの間、すなわち、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間に、絶縁材(誘電体)DEを配置することができる。
以上より、実施の形態2では、(1)電極の面積Sを大きくし、(2)電極間の距離dを小さくし、(3)電極間に存在する物質の比誘電率εを大きくするという3つの条件を満たすことができ、その結果、キャパシタDC2a,DC2b,DC2c,DC2dのキャパシタンスCを大きくすることができる。
そして、実施の形態2では、半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRb側の、封止体MR以外の部材が存在しない空きスペースに電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dを配置しているため、半導体チップはもちろん、半導体装置のサイズも大きくならない。そして、配線基板PB1には、平面視において、半導体装置PKGと重なる領域に電極CDを配置している。そのため、配線基板のサイズも大きくならない。その結果、半導体装置および配線基板の設計コストや製造コストの増大を防止することができる。
特に、実施の形態2では、キャパシタDC2a,DC2b,DC2c,DC2dを構成する一方の電極を、電極CDとしている。また、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dと電極CDとの間に配置される絶縁材(誘電体)を、絶縁材DEとしている。こうすることで、半導体装置および配線基板のサイズ増大および製造コスト増大を抑制することができる。
そして、実施の形態2では、キャパシタDC2a,DC2b,DC2c,DC2dを構成する一対の対向する電極のうちの1つ(電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2d)を少なくとも半導体装置PKGの封止体MR内に配置している。こうすることで、キャパシタを構成する一方の電極と主回路との接続距離を小さくし、例えば上記検討例3に比べて、キャパシタの寄生抵抗および寄生インダクタンスを小さくすることができる。
以上より、実施の形態2では、半導体チップや半導体装置、配線基板のサイズを大きくすることなく、電源経路以外の信号伝送経路および電力供給経路におけるノイズの伝播を防止することができる。
一方で、上記実施の形態1のキャパシタDC1は、電極CE2a,CE2b,CE2c,CE2dの合計の面積を有する電極CE1を有しているため、実施の形態2のキャパシタDC2a,DC2b,DC2c,DC2dに比べてキャパシタンスを大きくすることができる。この点で、上記実施の形態1は、実施の形態2よりも有利である。
なお、上記変形例1のように、実施の形態2において、デカップリングキャパシタを別途配置して、ノイズフィルタを構成するキャパシタのキャパシタンスを大きくすることもできる。
(実施の形態3)
以下、実施の形態3の電子装置の構成について、図21および図22を用いて説明する。図21は、実施の形態3の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。図22は、実施の形態3のキャパシタDC3aの構成を示す部分拡大断面図である。
図21および図22に示すように、実施の形態3では、上記実施の形態1と同様に、半導体装置PKGの外部の電源(入力用電源)と半導体チップCPHとの間に、ノイズフィルタFIL3aが接続されている。ノイズフィルタFIL3aは、キャパシタDC3aを備えている。キャパシタDC3aは、電極(第6導体部材)CE3aと、電極CE3aに対向して配置された電極(第5導体部材)CE3bと、電極CE3bに対向して配置された電極(第1導体部材)CE3cと、電極CE3cに対向して配置された電極CDとを有している。そして、電極CE3aと電極CE3bとの間には、絶縁材(誘電体)DE3aが配置され、電極CE3bと電極CE3cとの間には、絶縁材(誘電体)DE3bが配置され、電極CE3cと電極CDとの間には、絶縁材(誘電体)DE3cおよび絶縁層IL2およびが配置されている。
絶縁材DE3a,DE3b,DE3cを構成する材料は、配線基板PB1の絶縁層IL2を構成する材料と同じでもよいが、配線基板PB1の絶縁層IL2を構成する材料よりも比誘電率の高い材料であることが好ましい。絶縁層IL2がエポキシ系樹脂からなる場合、エポキシ系樹脂の比誘電率は約4.4である。そのため、絶縁材DE3a,DE3b,DE3cを構成する材料は、例えば、比誘電率が約7であるウレタン系樹脂が好ましい。なお、絶縁材DE3cを設けない場合は、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間には、空気が存在することになるが、空気も絶縁材の一種であるため、絶縁材DE3cの代わりに空気層が存在するものとみなすことができる。
電極CE3a,CE3b,CE3cおよび絶縁材DE3a,DE3bは、半導体装置PKGの封止体MR内に配置されている。なお、電極CE3a,CE3b,CE3cおよび絶縁材DE3a,DE3bは、半導体装置PKGの封止体MRの外側にはみ出る部分があってもよい。
電極CE3aは、金属板MP1に接着層BD8を介して接続されている。電極CE3cには、配線基板PB1の端子TM1等を介して電位(電源電位)VINが供給されている。電極CE3bおよび電極CDには、配線基板PB1の端子TM4等を介してグランド電位(接地電位)GNDが供給されている。
電極CE3a,CE3b,CE3cおよび絶縁材DE3a,DE3bの形成方法としては、前述したように、前記モールド工程の前に、例えば、電極CE3a,CE3b,CE3cおよび絶縁材DE3a,DE3bを有するフレキ基板をモールド金型内に仮置きし、前記モールド工程において他の部材と共に封止体MRにより封止するインモールド成形が好ましい。この場合には、前記モールド工程の後に、電極CE3aと金属板MP1とが接続される部分に、レーザ等で開口部(図示せず)を形成し、この開口部に導体を埋めて電極CE3aと金属板MP1とを電気的に接続する。
ここで、キャパシタDC3aのキャパシタンスについて説明する。電極CE3cが封止体MRの裏面MRbから露出し、電極CE3cと電極CDとの間に、絶縁材DE3cおよび絶縁層IL2が存在する場合を例に説明する。
平面視において、電極CE3aと電極CE3bとが重なっている部分の面積、電極CE3bと電極CE3cとが重なっている部分の面積、および、電極CE3cと電極CDとが重なっている部分の面積がそれぞれ85mmであるとする。そして、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間の距離、すなわち絶縁材DE3cの厚さは、80μmであり、絶縁材DE3a,DE3bの厚さは、50μmであるとする。また、電極CE3a,CE3b,CE3cの厚さは、それぞれ25μmであるとする。また、配線基板PB1において、電極CDの厚さは50μmであり、電極CD上に存在する絶縁層IL2の厚さは20μmであるとする。また、絶縁材DE3cの比誘電率は7、絶縁層IL2および絶縁材DE3a,DE3bの比誘電率はそれぞれ4.4であるとする。この場合、キャパシタDC3aのキャパシタンスCは180pFとなる。
この点が、実施の形態3のノイズフィルタFIL3aと、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1との相違点である。実施の形態3のノイズフィルタFIL3aのその他の構成については、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1と同様であり、繰り返しの説明を省略する。
前述したように、ノイズフィルタのカットオフ周波数をできるだけ低くするためには、ノイズフィルタを構成するキャパシタのキャパシタンスを大きくする必要がある。そのため、実施の形態3では、半導体装置PKG内に電極CE3a,CE3b,CE3cを配置し、多層の電極によりキャパシタDC3aを構成している。こうすることで、キャパシタDC3aを構成する電極の実効的な面積を上記実施の形態1よりも大きくして、キャパシタDC3aのキャパシタンスを大きくすることができる。
このように、実施の形態3では、半導体装置PKGのサイズを大きくしたり、デカップリングキャパシタを別途配置したりすることなく、ノイズフィルタを構成するキャパシタのキャパシタンスを大きくすることができる。この点で、上記実施の形態1よりも有利である。
一方、上記実施の形態1は、半導体装置PKG内のキャパシタDC1の構成が実施の形態3よりも簡単であり、製造コストを低減できる点で、実施の形態3よりも有利である。
<実施の形態3の変形例>
以下、実施の形態3の変形例(以下、変形例2)の電子装置の構成について、図23および図24を用いて説明する。図23は、変形例2の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。図24は、変形例2のキャパシタDC3bの構成を示す部分拡大断面図である。
図23および図24に示すように、変形例2では、上記実施の形態3と同様に、半導体装置PKGの外部の電源(入力用電源)と半導体チップCPHとの間に、ノイズフィルタFIL3bが接続されている。ノイズフィルタFIL3bは、キャパシタDC3bを備えている。キャパシタDC3bは、電極(第8導体部材)CE3dと、電極CE3dに対向して配置された電極(第7導体部材)CE3eと、電極CE3eに対向して配置された電極(第6導体部材)CE3fとを有している。そして、キャパシタDC3bは、さらに、電極CE3fに対向して配置された電極(第5導体部材)CE3gと、電極CE3gに対向して配置された電極(第1導体部材)CE3hと、電極CE3hに対向して配置された電極CDとを有している。そして、電極CE3dと電極CE3eとの間には、絶縁材(誘電体)DE3dが配置され、電極CE3eと電極CE3fとの間には、絶縁材(誘電体)DE3eが配置され、電極CE3fと電極CE3gとの間には、絶縁材(誘電体)DE3fが配置され、電極CE3gと電極CE3hとの間には、絶縁材(誘電体)DE3gが配置されている。そして、電極CE3hと電極CDとの間には、絶縁材(誘電体)DE3hおよび絶縁層IL2が配置されている。
絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3g,DE3hを構成する材料は、配線基板PB1の絶縁層IL2を構成する材料と同じでもよいが、配線基板PB1の絶縁層IL2を構成する材料よりも比誘電率の高い材料であることが好ましい。絶縁層IL2がエポキシ系樹脂からなる場合、エポキシ系樹脂の比誘電率は約4.4である。そのため、絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3g,DE3hを構成する材料は、例えば、比誘電率が約7であるウレタン系樹脂が好ましい。なお、絶縁材DE3hを設けない場合は、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間には、空気が存在することになるが、空気も絶縁材の一種であるため、絶縁材DE3hの代わりに空気層が存在するものとみなすことができる。
電極CE3d,CE3e,CE3f,CE3g,CE3hおよび絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3gは、半導体装置PKGの封止体MR内に配置されている。なお、電極CE3d,CE3e,CE3f,CE3g,CE3hおよび絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3gは、半導体装置PKGの封止体MRの外側にはみ出る部分があってもよい。
電極CE3dは、金属板MP1に接着層BD8を介して接続されている。電極CE3f,CE3hには、配線基板PB1の端子TM1等を介して電位(電源電位)VINが供給されている。電極CE3e,CE3gおよび電極CDには、配線基板PB1の端子TM4等を介してグランド電位(接地電位)GNDが供給されている。
図示しないが、電極CE3c,CE3eは、金属板MP1に接着層BD8を介して接続されている。電極CE3d,CE3fは、金属板(図示せず)を介してリードLD4に接続されている。
電極CE3d,CE3e,CE3f,CE3g,CE3hおよび絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3g,DE3hの形成方法としては、インモールド成形が好ましい。すなわち、この形成方法は、前述したように、前記モールド工程の前に、例えば、電極CE3d,CE3e,CE3f,CE3g,CE3hおよび絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3gを有するフレキ基板をモールド金型内に仮置きし、前記モールド工程において他の部材と共に封止体MRにより封止する方法である。この場合には、前記モールド工程の後に、電極CE3dと金属板MP1とが接続される部分に、レーザ等で開口部(図示せず)を形成し、この開口部に導体を埋めて電極CE3dと金属板MP1とを電気的に接続する。
ここで、キャパシタDC3bのキャパシタンスについて説明する。電極CE3hが封止体MRの裏面MRbから露出し、電極CE3hと電極CDとの間に、絶縁材DE3hおよび絶縁層IL2が存在する場合を例に説明する。
平面視において、電極CE3dと電極CE3eとが重なっている部分の面積、電極CE3eと電極CE3fとが重なっている部分の面積、電極CE3fと電極CE3gとが重なっている部分の面積、電極CE3gと電極CE3hとが重なっている部分の面積、および、電極CE3hと電極CDとが重なっている部分の面積がそれぞれ85mmであるとする。そして、配線基板PB1の主面PB1aと半導体装置PKGの封止体MRの裏面MRbとの間の距離、すなわち絶縁材DE3hの厚さは、80μmであるとする。そして、絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3gの厚さは、それぞれ30μmであるとする。また、電極CE3d,CE3e,CE3f,CE3g,CE3hの厚さは、それぞれ15μmであるとする。また、配線基板PB1において、電極CDの厚さは50μmであり、電極CD上に存在する絶縁層IL2の厚さは20μmであるとする。また、絶縁材DE3hの比誘電率は7、絶縁層IL2および絶縁材DE3d,DE3e,DE3f,DE3gの比誘電率はそれぞれ4.4であるとする。この場合、キャパシタDC3aのキャパシタンスCは489pFとなる。
この点が、変形例2のノイズフィルタFIL3bと、上記実施の形態3のノイズフィルタFIL3aとの相違点である。変形例2のノイズフィルタFIL3bのその他の構成については、上記実施の形態3のノイズフィルタFIL3aと同様であり、繰り返しの説明を省略する。
前述したように、ノイズフィルタのカットオフ周波数をできるだけ低くするためには、ノイズフィルタを構成するキャパシタのキャパシタンスを大きくする必要がある。そのため、変形例2では、半導体装置PKG内に電極CE3d,CE3e,CE3f,CE3g,CE3hを配置し、多層の電極によりキャパシタDC3bを構成している。こうすることで、キャパシタDC3bを構成する電極の実効的な面積を実施の形態3よりも大きくして、キャパシタDC3bのキャパシタンスを大きくすることができる。
このように、変形例2では、実施の形態3と同様に、半導体装置PKGのサイズを大きくしたり、デカップリングキャパシタを別途配置したりすることなく、ノイズフィルタを構成するキャパシタのキャパシタンスを大きくすることができる。この点で、変形例2は、上記実施の形態1よりも有利である。そして、実施の形態3よりもノイズフィルタを構成するキャパシタのキャパシタンスを大きくできる点で、変形例2は、上記実施の形態3よりも有利である。
一方、例えば、上記実施の形態1では、変形例2に比べて半導体装置PKG内のキャパシタDC1の構成が簡単であり、製造コストを低減できる。この点で、上記実施の形態1は、変形例2よりも有利である。
(実施の形態4)
以下、実施の形態4の電子装置の構成について、図25および図26を用いて説明する。図25は、実施の形態4の電子装置を図1のA1-A1線に相当する位置で切断した断面図である。図26は、実施の形態4のキャパシタDC4の構成を示す部分拡大断面図である。
図25に示すように、実施の形態4の電子装置は、配線基板PB2と、配線基板PB2上に実装された半導体装置PKG2とにより構成されている。
図25に示すように、配線基板PB2は、主面(上面)PB2aと、主面PB2aとは反対側の裏面PB2bと、主面PB2aと裏面PB2bとの間に配置された配線層とを有している。配線基板PB2は、例えば絶縁層ILを有している。ここで、実施の形態4の配線基板PB2に存在する配線層には、上記実施の形態1の電極CDに相当する電極は形成されている必要はない。ただし、電極CDに相当する電源パターンやグランドパターンが存在したとしても問題ない。
半導体装置PKG2は、封止体MRの裏面MRbが配線基板PB2の主面(上面)PB2aに対向する向きで、配線基板PB2の主面PB2a上に搭載されている。そして、半導体装置PKG2の複数のリードLDが、配線基板PB2の主面PB2aに形成された複数の端子(電極)TMに、それぞれ半田等の導電性の接合材SDを介して接合されて固定されている。すなわち、半導体装置PKG2の複数のリードLDは、配線基板PB2の主面PB2aに形成された複数の端子TMに、それぞれ、導電性の接合材SDを介して電気的に接続されている。
実施の形態4の半導体装置PKG2は、ダイパッド(チップ搭載部)DPと、そのダイパッドDPの主面上に搭載された半導体チップCPと、キャパシタDC4と、複数のワイヤ(ボンディングワイヤ)BWと、複数のリードLDと、これらを封止する封止体MRとを有している。また、図示していないが、半導体チップおよび半導体チップを搭載するダイパッドは、半導体チップCPおよびダイパッドDP以外にあってもよく、その数は限定されない。
ダイパッドDPは、半導体チップCPを搭載するチップ搭載部である。ダイパッドDPの平面形状は、例えば、矩形である。ダイパッドDPは、導電体で構成されており、好ましくは銅(Cu)または銅合金等の金属材料からなる。
ダイパッドDPは、半導体チップCPを搭載する側の主面DPaと、それとは反対側の裏面DPbとを有している。なお、半導体装置PKG2においては、封止体MRの裏面MRbからダイパッドDPの裏面DPbが露出している。すなわち、ダイパッドDPの主面DPaは、封止体MRの主面MRa側を向くように配置されている。
半導体チップCPは、互いに反対側に位置する主面である表面(半導体チップの表面)および裏面(半導体チップの裏面)を有している。すなわち、半導体チップCPは、一方の主面である表面(半導体チップの表面)と、それとは反対側の主面である裏面(半導体チップの裏面)とを有している。
半導体チップCPにおいて、最上層保護膜HGは、絶縁膜からなり、その半導体チップの最上層(最表層)に形成されている。半導体チップCPにおいて、最上層保護膜HGは、パッド(ボンディングパッド)PDを露出する開口部を有しており、最上層保護膜HGの開口部から、パッドPDが露出している。半導体チップCPのパッドPDは、それぞれワイヤBWを通じて、半導体装置PKGが有する複数のリードLD(例えば図25に示すリードLD7,LD8)と電気的に接続されている。
ダイパッドDPの主面DPa上には、半導体チップCPが、その裏面をダイパッドDPに向けた状態で搭載されている。半導体チップCPは、接着層BDを介してダイパッドDPの主面DPa上に搭載されているが、この接着層BDは、導電性であっても、絶縁性であってもよい。
実施の形態4では、ダイパッドDPの主面DPaは、封止体MRの主面MRa側を向くように配置されている。そのため、半導体チップCPの表面は、封止体MRの主面MRa側を向くように配置されている。このように、実施の形態4の半導体装置PKG2は、上記実施の形態1~実施の形態3の半導体装置PKGとは異なり、逆ベンドではない一般的な構造のパッケージである。
図示は省略するが、実施の形態4では、半導体装置PKG2の外部の電源(入力用電源)と半導体チップCPとの間に、ノイズフィルタFIL4が接続されている。ノイズフィルタFIL4は、キャパシタDC4を備えている。図25および図26に示すように、キャパシタDC4は、電極(第1導体部材)CE4aと、電極CE4aに対向して配置された電極(第9導体部材)CE4bとを有している。そして、電極CE4aと電極CE4bとの間には、絶縁材(誘電体)DE4が配置されている。
平面視において、電極CE4a,CE4bの面積は、リードLDのいずれの面積よりも大きいが、半導体チップCPの面積よりも大きいことが好ましく、封止体MRの面積と同等以上に大きいことがより好ましい。
絶縁材DEは、配線基板PB2の絶縁層ILと同じエポキシ系樹脂により構成することが好ましい。絶縁材DEがエポキシ系樹脂からなる場合、エポキシ系樹脂の比誘電率は約4.4である。
電極CE4a,CE4bおよび絶縁材DEは、半導体装置PKGの封止体MR内に配置されている。なお、電極CE4a,CE4bおよび絶縁材DEは、半導体装置PKGの封止体MRの外側にはみ出る部分があってもよい。
電極CE4aは、金属板MP5に接着層BD14を介して接続され、金属板MP5は、リードLD7に接着層BD15を介して接続されている。電極CE4aには、配線基板PB1の端子TM、半導体装置PKGのリードLD7、金属板MP5等を介して電位(電源電位)VINが供給されている。電極CE4bには、配線基板PB1の端子(図示せず)等を介してグランド電位(接地電位)GNDが供給されている。
電極CE4a,CE4bおよび絶縁材DEの形成方法としては、前述したように、前記モールド工程の前に、例えば、電極CE4a,CE4bおよび絶縁材DEを有するフレキ基板をモールド金型内に仮置きし、前記モールド工程において他の部材と共に封止体MRにより封止するインモールド成形が好ましい。この場合には、前記モールド工程の後に、電極CE4aと金属板MP5とが接続される部分に、レーザ等で開口部(図示せず)を形成し、この開口部に導体を埋めて電極CE4aと金属板MP5とを電気的に接続する。
ここで、キャパシタDC4のキャパシタンスについて説明する。電極CE4aと電極CE4bとの間に絶縁材DEが存在する場合を例に説明する。
平面視において、電極CE4aと電極CE4bとが重なっている部分の面積が85mmであるとする。そして、電極CE4aと電極CE4bとの間の距離、すなわち絶縁材DEの厚さは、100μmであるとする。また、電極CE4a,CE4bの厚さは、それぞれ50μmであるとする。また、絶縁材DEの比誘電率は4.4であるとする。この場合、キャパシタDC4のキャパシタンスCは33pFとなる。
この点が、実施の形態4のノイズフィルタFIL4と、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1~実施の形態3のノイズフィルタFIL3との相違点である。実施の形態44のノイズフィルタFIL4のその他の構成については、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1~実施の形態3のノイズフィルタFIL3と同様であり、繰り返しの説明を省略する。
実施の形態4では、キャパシタDC4を構成する一対の対向する電極CE4a,CE4bを半導体装置PKG2の封止体MR内に配置し、この電極CE4aを、金属板MP5を介してリードLD7と接続することにより、キャパシタを構成する一方の電極と主回路との接続距離を小さくし、例えば上記検討例3に比べて、キャパシタの寄生抵抗および寄生インダクタンスを小さくすることができる。
また、実施の形態4では、半導体装置PKG2の封止体MRの主面MRa側の、封止体MR以外の部材が存在しない空きスペースにキャパシタDC4を配置することができる。特に、実施の形態4では、リードLD等とは別に電極CE4a,CE4bを設けることによって、平面視において、電極CE4a,CE4bの面積をリードLD等よりも大きく、より好ましくは封止体MRと同等以上に大きい面積にすることができる。これにより、半導体チップCPおよび半導体装置PKG2のサイズを大きくすることなく、キャパシタDC4を構成する電極の面積を確保することができる。その結果、キャパシタDC4のキャパシタンスを確保して、キャパシタDC4を含むノイズフィルタのカットオフ周波数をできるだけ大きくすることができる。
さらに、実施の形態4では、配線基板PB2に上記実施の形態1~実施の形態3の電極CDに相当する電極を設ける必要がないため、配線基板のサイズが大きくならないばかりか、配線基板の制限がない。その結果、上記実施の形態1~実施の形態3に比べて、配線基板の設計コストや製造コストの増大を防止することができる。
一方、例えば、上記実施の形態1では、実施の形態4に比べて半導体装置PKG内のキャパシタDC1の構成が簡単であり、製造コストを低減できる。この点で、上記実施の形態1は、実施の形態4よりも有利である。
また、例えば、上記実施の形態1では、キャパシタDC1を構成する電極CE1を、リードLD1およびリード連結部LB1よりも配線幅の広い金属板MP1のみを介して半導体チップCPHのドレイン用のパッドPDHDと接続している。一方、実施の形態4では、キャパシタDC4を構成する電極CE4aを、金属板MP5、リードLD7およびワイヤBWを介して半導体CPのパッドPDと接続している。そのため、寄生抵抗および寄生インダクタンスを小さくするという観点からは、上記実施の形態1の方が実施の形態4よりも有利である。
なお、実施の形態4のような一般的な構造のパッケージであっても、上記実施の形態1のようにワイヤBWよりも配線幅の広い金属板MP1等を採用すれば、実施の形態4のようなキャパシタDC4においても、寄生抵抗および寄生インダクタンスを小さくすることが可能である。
また、実施の形態4では、半導体装置PKG2が逆ベンドではない一般的な構造のパッケージである場合を例に説明したが、これに限定されず、上記実施の形態1~実施の形態3のように逆ベンド型のパッケージに適用することもできる。
(実施の形態5)
以下、実施の形態5の電子装置の構成について、図27を用いて説明する。図27は、実施の形態5のノイズフィルタを示す回路図である。
図27に示すように、実施の形態5のノイズフィルタは、半導体装置PKGの外部の電源(入力用電源)と半導体チップCPHとの間に接続されるノイズフィルタFIL5により構成されている。
ノイズフィルタFIL5は、リードLD1およびリード連結部LB1(図2参照)と、リード連結部LB1に接続された開放(オープン)スタブ(第10導体部材)STと、リード連結部LB1に接続された金属板MP1とを含んでいる。図示しないが、開放スタブSTは、金属板MP1に接着層を介して接続されている。開放スタブSTは、半導体装置PKGの封止体MR内に(好ましくは封止体MRの裏面MRbの近くに)配置されている。
開放スタブSTは、ミアンダ配線MPと、終端抵抗SEとにより構成されている。ミアンダ配線MPは、複数回折り返して形成されたジグザグ状の配線である。終端抵抗SEは、ミアンダ配線MPを介して、リード連結部LB1に接続されているほかは、半導体装置PKGおよび配線基板PB1(図2参照)に存在するいずれの部材および配線とも電気的に接続されていない。なお、図示しないが、実施の形態5の配線基板に存在する配線層には、上記実施の形態1の電極CDに相当する電極は形成されている必要はない。ただし、電極CDに相当する電源パターンやグランドパターンが存在したとしても問題ない。
以上の点が、実施の形態5のノイズフィルタFIL5と、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1~実施の形態4のノイズフィルタFIL4との相違点である。実施の形態5のノイズフィルタFIL5のその他の構成については、上記実施の形態1のノイズフィルタFIL1~実施の形態4のノイズフィルタFIL4と同様であり、繰り返しの説明を省略する。
開放スタブとは、例えば高周波回路において伝送線路に並列に接続された分布定数線路であって、先端が開放されているものをいう。すなわち、伝送線路から開放スタブへと進行した信号は、開放スタブの終端部で反射して、元の伝送線路に戻ろうとする。例えば、開放スタブの配線の長さを除去したい電磁波のλ/4に相当する長さとすると、入射波が開放スタブの終端部で反射して戻る際に、開放スタブの終端部までの往復がλ/2に相当する長さとなるため、入射波と反射波との位相差がπ(180°)となり、入射波と反射波とが完全に打ち消し合う。このように、開放スタブの配線の長さを適切に調整することによって、開放スタブはノイズフィルタとして作用する。
ここで、前述したように、6GHzの電磁波の波長は、λ/2が12.5mm、λ/4が6.25mmである。そのため、開放スタブSTに含まれるミアンダ配線MPの長さを例えば6.25mmとすることで、開放スタブSTを6GHz用のλ/4スタブ共振器とすることができる。
以上より、実施の形態5では、上記実施の形態1~実施の形態4のノイズフィルタと同様に、電子装置の内部で発生する不要電磁波ノイズや、外部から伝播して電子装置の内部に侵入する外来ノイズを抑制することができる。特に、開放スタブSTが、半導体装置PKGの封止体MR内に配置されているため、開放スタブSTが、半導体装置PKGのダイパッドDPC,DPH,DPLと配線基板PB1の電源パターンやグランドパターン(図示せず)によって空間的に遮蔽される。そのため、半導体チップCPHと半導体装置PKGの外部の電源(入力用電源)との間でやり取りされるノイズのみを確実に減衰させることができる。
なお、実施の形態5の開放スタブと、上記実施の形態1~実施の形態4のようなキャパシタとを組み合わせて使用することもできる。また、ミアンダ配線MPの代わりに、同じ長さの直線状の配線を形成してもよい。
また、実施の形態5の変形例として、図示しないが、12.5mmの長さを有する導体パターン(第11導体部材、導体プレーン)を、半導体装置PKGおよび配線基板PB1(図2参照)に存在するいずれの部材および配線とも電気的に接続しない状態で、半導体装置PKG内に設置することもできる。この導体パターンは、6GHz用のλ/2スタブ共振器として作用する。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
その他、実施の形態に記載された内容に対応するもの或いはその一部を以下に記載する。
[付記1]
第1主面を有する配線基板と、
前記配線基板の前記第1主面上に搭載された半導体装置と、
を有する電子装置であって、
前記配線基板は、
グランド電位または電源電位を供給する導体パターンが形成された第1配線層を有し、
前記半導体装置は、
複数のパッドが形成された第2主面と、前記第2主面の反対側の第2裏面と、を有する第1半導体チップと、
前記第1半導体チップが搭載され、かつ、前記第1半導体チップの第2裏面と向かい合う第3主面と、前記第3主面の反対側の第3裏面と、を有する第1チップ搭載部と、
前記複数のパッドに複数の導電性接続部材を介してそれぞれ電気的に接続された複数のリードと、
前記第1半導体チップ、前記第1チップ搭載部の少なくとも一部、前記複数の導電性接続部材、および、前記複数のリードの一部を封止し、第4主面と、前記第4主面の反対側の第4裏面とを有する封止体と、
を含み、
前記第1チップ搭載部の前記第3裏面は、前記封止体の前記第4主面側を向いており、
前記封止体の前記第4裏面は、前記配線基板の前記第1主面と向かい合っており、
前記封止体内の前記第4裏面側には、第10導体部材が形成され、
前記第10導体部材は、前記複数の導電性接続部材のうち、前記複数のパッドのうちの第1パッドと、前記複数のリードのうちの第1リードとを接続する第1導電性接続部材に接合されており、
前記第10導体部材は、開放スタブ回路を構成し、
前記第10導体部材の長さは、第1周波数における第1波長の1/4の長さである、電子装置。
[付記2]
第1主面を有する配線基板と、
前記配線基板の前記第1主面上に搭載された半導体装置を含む1つ以上の部品と、
を有する電子装置であって、
前記配線基板は、
グランド電位または電源電位を供給する導体パターンが形成された第1配線層を有し、
前記半導体装置は、
複数のパッドが形成された第2主面と、前記第2主面の反対側の第2裏面と、を有する第1半導体チップと、
前記第1半導体チップが搭載され、かつ、前記第1半導体チップの第2裏面と向かい合う第3主面と、前記第3主面の反対側の第3裏面と、を有する第1チップ搭載部と、
前記複数のパッドに複数の導電性接続部材を介してそれぞれ電気的に接続された複数のリードと、
前記第1半導体チップ、前記第1チップ搭載部の少なくとも一部、前記複数の導電性接続部材、および、前記複数のリードの一部を封止し、第4主面と、前記第4主面の反対側の第4裏面とを有する封止体と、
を含み、
前記第1チップ搭載部の前記第3裏面は、前記封止体の前記第4主面側を向いており、
前記封止体の前記第4裏面は、前記配線基板の前記第1主面と向かい合っており、
前記封止体内の前記第4裏面側には、第11導体部材が形成され、
前記第11導体部材は、前記1つ以上の部品のいずれとも電気的に接続されておらず、
前記第11導体部材は、開放スタブ回路を構成し、
前記第11導体部材の長さは、第1周波数における第1波長の1/2の長さである、電子装置。
1,2 パワーMOSFET
BD,BD1,BD2,BD3,BD4,BD5,BD6,BD7,BD8,BD9,BD10,BD11,BD12,BD13,BD14,BD15 接着層
BEH 裏面電極
BEL 裏面電極
BW ワイヤ
CD 電極(導体パターン)
CE1,CE2a,CE2b,CE2c,CE2d,CE3a,CE3b,CE3c,CE3d,CE3e,CE3f,CE3g,CE3h,CE4a,CE4b 電極
CL コイル
CLC 制御回路
CP,CPC,CPH,CPL 半導体チップ
CT 制御回路
DC1,DC101,DC102,DC103,DC1a,DC1b,DC2a,DC2b,DC2c,DC2d,DC3a,DC3b,DC4 キャパシタ
DE,DE3a,DE3b,DE3c,DE3d,DE3e,DE3f,DE3g,DE3h,DE4 絶縁材(誘電体)
DP,DPC,DPH,DPL ダイパッド(チップ搭載部)
ED 電子装置
FIL,FIL1,FIL101,FIL102,FIL103,FIL1a,FIL2a,FIL2b,FIL2c,FIL2d,FIL3,FIL3a,FIL3b,FIL4,FIL5 ノイズフィルタ
IL,IL1,IL2 絶縁層
LB1,LB3 リード連結部
LD,LD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,LD7,LD8 リード
LF リードフレーム
MOT モータ
MP ミアンダ配線
MP1,MP2,MP3,MP4,MP5 金属板
MR 封止体
PB1,PB2 配線基板
PD,PDC,PDHD,PDHG,PDHS,PDLD,PDLG,PDLS パッド
PKG,PKG2 半導体装置
SD 接合材
ST 開放スタブ
TE1,TE2,TE3,TE4,TE5,TE6 端子
TL 吊りリード
TM,TM1,TM2,TM3,TM4,TM5 端子
WL1 配線層
WR102,WR103,WR1b 配線

Claims (19)

  1. 第1主面を有する配線基板と、
    前記配線基板の前記第1主面上に搭載された半導体装置と、
    を有する電子装置であって、
    前記配線基板は、
    導体パターンが形成された第1配線層を有し、
    前記配線基板の前記第1主面には、複数の端子が配置され、
    前記半導体装置は、
    複数のパッドが形成された第2主面と、前記第2主面の反対側の第2裏面と、を有する第1半導体チップと、
    前記第1半導体チップが搭載され、かつ、前記第1半導体チップの第2裏面と向かい合う第3主面と、前記第3主面の反対側の第3裏面と、を有する第1チップ搭載部と、
    前記複数のパッドに複数の導電性接続部材を介してそれぞれ電気的に接続された複数のリードと、
    前記第1半導体チップ、前記第1チップ搭載部の少なくとも一部、前記複数の導電性接続部材、および、前記複数のリードの一部を封止し、第4主面と、前記第4主面の反対側の第4裏面とを有する封止体と、
    を含み、
    前記第1チップ搭載部の前記第3裏面は、前記封止体の前記第4主面側を向いており、
    前記封止体の前記第4裏面は、前記配線基板の前記第1主面と向かい合っており、
    前記封止体内には、第1導体部材が形成されており、
    前記複数のリードは、前記配線基板の前記複数の端子にそれぞれ電気的に接続されており、
    前記複数の導電性接続部材のうちの第1導電性接続部材は、前記複数のパッドのうちの第1パッドと、前記複数のリードのうちの第1リードとを接続しており、
    前記第1導体部材は、前記第1導電性接続部材に接合されており、
    前記第1導体部材と前記導体パターンとの距離は、前記第1導電性接続部材と前記導体パターンとの距離よりも短く、
    平面視において、前記第1導体部材と前記導体パターンとは、重なっており、
    前記第1導体部材に供給される電位と、前記導体パターンに供給される電位とは異なっており、
    前記第1導体部材と前記導体パターンとにより、第1キャパシタが構成されている、電子装置。
  2. 請求項1記載の電子装置において、
    前記第1導電性接続部材は、前記複数のリードのいずれよりも幅広の金属板からなる、電子装置。
  3. 請求項1記載の電子装置において、
    前記封止体の前記第4裏面と、前記配線基板の前記第1主面との間には、第1絶縁材が形成されており、
    前記第1絶縁材を構成する材料の比誘電率は、前記封止体を構成する材料の比誘電率よりも大きい、電子装置。
  4. 請求項1記載の電子装置において、
    平面視において、前記第1導体部材の面積は、前記第1導電性接続部材の面積よりも大きい、電子装置。
  5. 請求項4記載の電子装置において、
    平面視において、前記導体パターンの面積は、前記第1導体部材の面積よりも大きく、
    前記導体パターンは、前記第1導体部材を内包している、電子装置。
  6. 請求項1記載の電子装置において、
    前記配線基板の前記複数の端子のうちの第1端子には、電源電位が供給されており、
    前記配線基板の前記複数の端子のうちの第2端子には、前記電源電位よりも低い基準電位が供給されており、
    前記半導体装置の前記第1リードは、前記配線基板の前記第1端子と電気的に接続されており、
    前記導体パターンは、前記配線基板の前記第2端子と電気的に接続されている、電子装置。
  7. 請求項6記載の電子装置において、
    前記第1端子、前記第1リード、前記第1導電性接続部材、および、前記第1キャパシタは、ノイズフィルタ回路を構成している、電子装置。
  8. 請求項6記載の電子装置において、
    前記第1半導体チップは、ハイサイドスイッチ用の第1電界効果トランジスタを含み、
    前記第1パッドは、前記第1電界効果トランジスタの第1ドレインと電気的に接続される第1ドレイン電極であり、
    前記第1半導体チップは、さらに、前記第2裏面上に形成され、かつ、前記第1電界効果トランジスタの第1ソースと電気的に接続される第1ソース電極を有し、
    前記半導体装置は、
    ロウサイドスイッチ用の第2電界効果トランジスタを含み、第5主面および前記第5主面の反対側の第5裏面を有する第2半導体チップと、
    ここで、前記第2半導体チップは、さらに、前記第5主面上に形成され、かつ、前記第2電界効果トランジスタの第2ドレインと電気的に接続される第2ドレイン電極と、前記第5裏面上に形成され、かつ、前記第2電界効果トランジスタの第2ソースと電気的に接続される第2ソース電極を有し、
    前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップのそれぞれを制御する回路を含み、第6主面と、前記第6主面の反対側の第6裏面と、を有する第3半導体チップと、
    前記第2半導体チップが搭載され、かつ、前記第2半導体チップの前記第5裏面と向かい合う第7主面と、前記第7主面の反対側の第7裏面と、を有する第2チップ搭載部と、
    前記第3半導体チップが搭載され、かつ、前記第3半導体チップの前記第6裏面と向かい合う第8主面と、前記第8主面の反対側の第8裏面と、を有する第3チップ搭載部と、
    前記第1半導体チップの前記第1ソース電極に電気的に接続された第2リードと、
    前記第2半導体チップの前記第2ドレイン電極に第2導電性接続部材を介して電気的に接続された第3リードと、
    前記第2半導体チップの前記第2ソース電極に電気的に接続された第4リードと、
    をさらに含み、
    前記封止体は、前記第2半導体チップと、前記第3半導体チップと、前記第2チップ搭載部の少なくとも一部と、前記第3チップ搭載部の少なくとも一部と、前記第2リードの一部と、前記第3リードの一部と、前記第4リードの一部と、をさらに封止しており、
    前記第2チップ搭載部の第7裏面は、前記封止体の前記第4主面側を向いており、
    前記第3チップ搭載部の第8裏面は、前記封止体の前記第4主面側を向いている、電子装置。
  9. 請求項8記載の電子装置において、
    前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップおよび前記第3半導体チップは、インバータ回路を形成するために用いられる、電子装置。
  10. 請求項8記載の電子装置において、
    前記第1端子と前記第2端子との間には、デカップリングキャパシタが接続されている、電子装置。
  11. 請求項8記載の電子装置において、
    平面視において、前記封止体は、第1方向に沿って延在する第1辺と、前記第1方向に沿って延在し、かつ前記第1辺とは反対側に位置する第2辺と、を有し、
    前記封止体内の前記第4裏面側には、第2導体部材、第3導体部材および第4導体部材がさらに形成され、
    平面視において、前記第1導体部材と前記第2導体部材と前記第3導体部材と前記第4導体部材とは、それぞれ互いに重なっておらず、かつ、前記第1方向に沿って並んでおり、
    前記第2導体部材、前記第3導体部材および前記第4導体部材のそれぞれに供給される電位と、前記導体パターンに供給される電位とは異なっており、
    前記第2導体部材と前記導体パターンとにより、第2キャパシタが構成され、
    前記第3導体部材と前記導体パターンとにより、第3キャパシタが構成され、
    前記第4導体部材と前記導体パターンとにより、第4キャパシタが構成されている、電子装置。
  12. 請求項11記載の電子装置において、
    平面視において、前記第1辺と前記第2辺との間で、かつ、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとの間に、前記第3半導体チップが配置され、
    平面視において、前記第1半導体チップと前記第3半導体チップと前記第2半導体チップとは、前記第1方向に沿って並んでいる、電子装置。
  13. 請求項12記載の電子装置において、
    前記第4導体部材は、前記第2導電性接続部材に接合されており、
    前記第4導体部材と前記導体パターンとの距離は、前記第2導電性接続部材と前記導体パターンとの距離よりも短い、電子装置。
  14. 請求項13記載の電子装置において、
    前記第2導電性接続部材は、前記複数のリードのいずれよりも幅広の金属板からなる、電子装置。
  15. 請求項1記載の電子装置において、
    前記封止体内の前記第4裏面側には、前記第1導体部材に第2絶縁材を介して向かい合う第5導体部材と、前記第5導体部材に第3絶縁材を介して向かい合う第6導体部材とがさらに形成され、
    前記第5導体部材に供給される電位は、前記導体パターンに供給される電位と同じであり、
    前記第6導体部材に供給される電位は、前記第1導体部材に供給される電位と同じであり、
    前記第1導体部材と、前記第5導体部材と、前記第6導体部材と、前記導体パターンとにより、第5キャパシタが構成されている、電子装置。
  16. 請求項15記載の電子装置において、
    前記封止体内の前記第4裏面側には、前記第6導体部材に第4絶縁材を介して向かい合う第7導体部材と、前記第7導体部材に第5絶縁材を介して向かい合う第8導体部材と、がさらに形成され、
    前記第7導体部材に供給される電位は、前記導体パターンに供給される電位と同じであり、
    前記第8導体部材に供給される電位は、前記第1導体部材に供給される電位と同じであり、
    前記第1導体部材と、前記第5導体部材と、前記第6導体部材と、前記第7導体部材と、前記第8導体部材と、前記導体パターンとにより、第6キャパシタが構成されている、電子装置。
  17. 第1主面を有する配線基板と、
    前記配線基板の前記第1主面上に搭載された半導体装置と、
    を有する電子装置であって、
    前記配線基板の前記第1主面には、複数の端子が配置され、
    前記半導体装置は、
    複数のパッドが形成された第2主面と、前記第2主面の反対側の第2裏面と、を有する第1半導体チップと、
    前記第1半導体チップが搭載され、かつ、前記第1半導体チップの第2裏面と向かい合う第3主面と、前記第3主面の反対側の第3裏面と、を有する第1チップ搭載部と、
    前記複数のパッドに複数の導電性接続部材を介してそれぞれ電気的に接続された複数のリードと、
    前記第1半導体チップ、前記第1チップ搭載部の少なくとも一部、前記複数の導電性接続部材、および、前記複数のリードの一部を封止し、第4主面と、前記第4主面の反対側の第4裏面とを有する封止体と、
    を含み、
    前記封止体内には、第1導体部材と、絶縁材を介して前記第1導体部材と対向して配置された第9導体部材とが形成されており、
    前記複数のリードは、前記配線基板の前記複数の端子にそれぞれ電気的に接続されており、
    前記複数の導電性接続部材のうちの第3導電性接続部材は、前記複数のパッドのうちの第1パッドと、前記複数のリードのうちの第1リードとを接続しており、
    前記第1導体部材は、前記第3導電性接続部材を介して前記第1パッドと電気的に接続されており、
    平面視において、前記第1導体部材および前記第9導体部材の面積は、前記複数のリードのいずれの面積よりも大きく、
    前記第1導体部材に供給される電位と、前記第9導体部材に供給される電位とは異なっており、
    平面視において、前記第1導体部材と前記第9導体部材とは、重なっており、
    前記第1導体部材と前記第9導体部材とにより、第7キャパシタが構成されており、
    平面視において、前記第1導体部材および前記第9導体部材の面積は、前記封止体の面積と同等以上である、電子装置。
  18. 請求項17記載の電子装置において、
    前記第1導体部材は、前記複数のリードのいずれよりも幅広の金属板を介して、前記第1リードに接合されている、電子装置。
  19. 請求項17記載の電子装置において、
    前記第1チップ搭載部の前記第3裏面は、前記封止体の前記第4裏面側を向いており、
    前記封止体の前記第4裏面は、前記配線基板の前記第1主面と向かい合っており、
    前記第9導体部材と前記第1導体部材との距離は、前記第9導体部材と前記第1リードとの距離よりも短い、電子装置。
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