JPH0878458A - 半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイス

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JPH0878458A
JPH0878458A JP6232115A JP23211594A JPH0878458A JP H0878458 A JPH0878458 A JP H0878458A JP 6232115 A JP6232115 A JP 6232115A JP 23211594 A JP23211594 A JP 23211594A JP H0878458 A JPH0878458 A JP H0878458A
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grounding
radius
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幸太郎 田中
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワイヤ同士の接触による短絡不良を回避しつ
つ、高周波信号を取り扱うのに好適な半導体デバイスを
提供する。 【構成】 半導体チップ１上に形成された入出力パッド
２とその近傍に配置された信号伝送線４の終端部とを信
号伝送用ボンディングワイヤ６によって接続し、半導体
チップ１上に形成された接地パッド３とその近傍に配置
された接地配線５の終端部とを信号伝送用ボンディング
ワイヤ６よりも太い接地用ボンディングワイヤ７によっ
て接続する。そして、信号伝送用ボンディングワイヤ６
の略半径分の距離を隔てて、接地用ボンディングワイヤ
７と信号伝送用ボンディングワイヤ６とを近接配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスに係わ
り、特に高周波信号を取り扱う半導体デバイスに用いて
好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高周波信号を取り扱う半導体デバ
イスとしては、その一例として、多層セラミックで形成
されたパッケージの内部にＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基
板をベースに構成された半導体チップを搭載し、この半
導体チップ上に形成された電極パッドとこれに対応する
外部引出用配線の終端部とをボンディングワイヤにて接
続した構造が知られている。
【０００３】ところで一般的に、高周波信号を取り扱う
半導体デバイスにおいては、伝送線路の特性インピーダ
ンス（Ｚ0 ）を５０Ωに設定するが、ボンディングワイ
ヤ部分での特性インピーダンス（Ｚ）がワイヤ自身のイ
ンダクタンスのために上記特性インピーダンス（Ｚ0 ）
を上回ることになる。このため、伝送線路上におけるイ
ンピーダンスの不整合によって定在波比が大きくなり、
これに比例して反射波の影響も大きくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の半導体
デバイスでは、信号伝送用のボンディングワイヤと接地
（アース）又は電源用のボンディングワイヤとがそれぞ
れ同じ太さに設定されていたため、伝送線路上における
定在波比の数値が実用上の許容レベルである「２」を超
えてしまい、高周波信号を取り扱う半導体デバイスとし
ては反射が大きく不向きであった。また、伝送線路系の
定在波比を小さくするにはワイヤ間の距離を狭める方法
も考えられるが、そうした場合はワイヤ同士の接触によ
る短絡不良を引き起こすことになり兼ねないため、ワイ
ヤ間の距離を狭めるのにも限界があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
においては、半導体チップ上に形成された入出力パッド
とその近傍に配置された信号伝送線の終端部とが信号伝
送用ボンディングワイヤによって接続される。また、半
導体チップ上に形成された接地／電源パッドとその近傍
に配置された接地／電源配線の終端部とが信号伝送用ボ
ンディングワイヤよりも太い接地／電源用ボンディング
ワイヤによって接続される。さらに、信号伝送用ボンデ
ィングワイヤの略半径分の距離を隔てて、接地用ボンデ
ィングワイヤと信号伝送用ボンディングワイヤとが近接
して配置される。
【０００６】
【作用】本発明の半導体デバイスにおいては、接地／電
源用ボンディングワイヤを信号伝送用ボンディングワイ
ヤよりも太くするとともに、ワイヤ同士の短絡不良を回
避すべく信号伝送用ボンディングワイヤの半径分の距離
を隔てて接地／電源用ボンディングワイヤと信号伝送用
ボンディングワイヤとを配置することにより、伝送線路
の定在波比を実用上の許容レベルである２以下とするこ
とができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明に係わる半導体デ
バイスの第１実施例を説明する図であり、図中（ａ）は
その要部平面図、（ｂ）はその要部側面図である。図１
において、１は例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を
ベースに構成された半導体チップであり、この半導体チ
ップ１上には入出力パッド２と接地パッド３とが例えば
局部的に千鳥状の配列形態をもって形成されている。一
方、半導体チップ１の周辺には信号伝送線４と接地配線
５とが配置されている。このうち、信号伝送線４の終端
部は信号伝送用ボンディングワイヤ６を介して半導体チ
ップ１の入出力パッド２に接続されている。また、接地
配線５の終端部は接地用ボンディングワイヤ７を介して
半導体チップ１の接地パッド３に接続されている。
【０００８】ここで本実施例においては、その特徴部分
として、半導体チップ１の接地パッド３と接地配線５の
終端部とが、信号伝送用ボンディングワイヤ６よりも太
い接地用ボンディングワイヤ７によって接続されてい
る。つまり、信号伝送用ボンディングワイヤ６の半径を
「Ｒａ」とし、接地用ボンディングワイヤ７の半径を
「Ｒｂ」とすると、双方の太さ関係は「Ｒａ＜Ｒｂ」と
なっている。さらに、半導体チップ１の入出力パッド２
と信号伝送線４の終端部とを接続する信号伝送用ボンデ
ィングワイヤ６に対して、接地用ボンディングワイヤ７
が信号伝送用ボンディングワイヤ６の略半径分の距離
Ｇ、すなわちＲａ分の距離を隔てて近接配置されてい
る。
【０００９】ところで、上述のごとく半径Ｒａ、Ｒｂが
それぞれ異なる２つの円筒導体を距離Ｇを隔てて平行に
配置した場合、伝送線路の特性インピーダンスＺは以下
の（１）式で与えられる。
【数１】 この（１）式において、πは円周率、μは透磁率、εは
誘電率である。
【００１０】一方、特性インピーダンスＺ0 の伝送線路
にこれとは別の特性インピーダンスＺをもつ伝送線路を
接続した場合の定在波比ｕは以下の（２）式で与えられ
る。
【数２】 一般に、高周波信号を取り扱う伝送線路系では特性イン
ピーダンスＺ0 が５０Ωであり、反射の影響を考慮する
と定在波比ｕはなるべく「１」に近いことが好ましい。
しかしながら、現実にはボンディングワイヤなどの円筒
導体のインダクタンスのために特性インピーダンスＺが
大きくなるため、これに比例して定在波比（ｕ）の数値
も大きくなる。現状では、上記従来例でも述べたように
定在波比（ｕ）が「２」程度までに抑えられていれば、
高周波信号を取り扱う半導体デバイスとしても、特に問
題なく使用できるものと認識されている。
【００１１】図２は、ボンディングワイヤの半径（Ｒ
ａ，Ｒｂ）とワイヤ間の距離（Ｇ）をパラメータとし
て、定在波比（ｕ）とワイヤ半径比（Ｒｂ／Ｒａ）の関
係をグラフ化したもので、縦軸に定在波比（ｕ）、横軸
にワイヤ半径比（Ｒｂ／Ｒａ）をとっている。図２から
理解できるように、ワイヤ間の距離（Ｇ）を信号伝送用
ボンディングワイヤ６の半径分（Ｒａ）に設定した場合
（Ｇ＝Ｒａの曲線）は、接地用ボンディングワイヤ７の
半径（Ｒｂ）が信号伝送用ボンディングワイヤ６の半径
（Ｒａ）の２倍を超える領域で定在波比（ｕ）が２以下
となっている。したがって、「ワイヤ間の距離（Ｇ）＝
信号伝送用ボンディングワイヤ６の半径（Ｒａ）」の配
置条件で、且つ「接地用ボンディングワイヤ７の半径
（Ｒｂ）＞信号伝送用ボンディングワイヤ６の直径（２
Ｒａ）」の太さ関係を満たした場合に、高周波信号を取
り扱う半導体デバイスとして好適であるといえる。
【００１２】ちなみに、接地用ボンディングワイヤ６の
半径（Ｒｂ）を無限大とした場合（Ｒｂ→∞）、理論的
には定在波比（ｕ）が１．６程度まで小さくなるが、現
実的にはワイヤ本数やチップサイズなどの制約により信
号伝送用ボンディングワイヤ６の数倍に接地用ボンディ
ングワイヤ７の太さが設定されるため、定在波比（ｕ）
は１．８程度にとどまる。
【００１３】一方、ワイヤ間の距離（Ｇ）を信号伝送用
ボンディングワイヤ６の半径分（Ｒａ）の１．２倍に設
定した場合（Ｇ＝１．２Ｒａの曲線）、つまり先程より
もワイヤ間の距離（Ｇ）を２０％ほど拡げた場合は、
「ワイヤの半径比（Ｒｂ／Ｒｂ）＝２」の条件で、定在
波比（ｕ）がおよそ２．２となっており、ワイヤ間の距
離（Ｇ）を２０％ほど拡げたにもかかわらず定在波比
（ｕ）は１０％ほどの増加で済んでいる。
【００１４】これに対して、ワイヤ間の距離（Ｇ）を信
号伝送用ボンディングワイヤ６の半径分（Ｒａ）の０．
５倍に設定した場合（Ｇ＝０．５Ｒａの曲線）、つまり
最初の条件（Ｇ＝Ｒａ）よりもワイヤ間の距離（Ｇ）が
半分に狭まった場合は、「ワイヤの半径比（Ｒｂ／Ｒ
ｂ）＝２」の条件で、定在波比（ｕ）がおよそ１．５と
なっており、高周波信号を取り扱う半導体デバイスとし
ては一層好ましいものとなる。しかしながら、ボンディ
ングワイヤの半径は通常で１５〜２５μｍ程度となって
いるため、ワイヤ間の距離（Ｇ）を信号伝送用ボンディ
ングワイヤ６の半径分（Ｒａ）の０．５倍に設定した場
合は、ワイヤ間の距離（Ｇ）が７〜１２μｍ程度ときわ
めて狭くなってしまう。このため、ワイヤ同士の接触に
よって短絡不良（ワイヤショート）が多発することにな
り、この問題をクリアーしない限り現状では実施不可能
である。
【００１５】したがって、実施の可能性を考慮すると、
先の図１で示したように、ワイヤ間の距離（Ｇ）を信号
伝送用ボンディングワイヤ６の半径分（Ｒａ）の距離に
設定し、しかも接地用ボンディングワイヤ７を信号伝送
用ボンディングワイヤ６よりも太くする（さらに好まし
くＲｂ＞２Ｒａとする）ことが実用上の最適条件である
といえる。
【００１６】このように本第１実施例においては、信号
伝送用ボンディングワイヤ６における定在波比（ｕ）を
容易に２程度まで小さくできるため、その分だけ伝送線
路系での入射波の反射を低減することが可能となる。ま
た、半導体チップ１の接地パッド３と接地配線５の終端
部とを、信号伝送用ボンディングワイヤ６よりも太い接
地用ボンディングワイヤ７で接続するようにしたので、
半導体チップ１の接地がより確実となり、接地配線系の
導体部分を電位０の安定した状態に保つことが可能とな
る。
【００１７】図３は本発明に係わる半導体デバイスの第
２実施例を説明する要部平面図である。なお、本第２実
施例では、上記第１実施例と同様の構成部分に同じ符号
を付して説明する。図３において、１は半導体チップ、
２は半導体チップ１上に形成された入出力パッド、３は
同じく半導体チップ１上に形成された接地パッド、４は
信号伝送線、５は接地配線、６は入出力パッド２と信号
伝送線４の終端部とを接続する信号伝送用ボンディング
ワイヤ、７は接地パッド３と接地配線５の終端部とを接
続する接地用ボンディングワイヤである。
【００１８】本第２実施例においては、その特徴部分と
して、先ず、上記第１実施例と同様に半導体チップ１の
接地パッド３と接地配線５の終端部とが、信号伝送用ボ
ンディングワイヤ６よりも太い接地用ボンディングワイ
ヤ７によって接続されている。つまり、信号伝送用ボン
ディングワイヤ６の半径を「Ｒａ」とし、接地用ボンデ
ィングワイヤ７の半径を「Ｒｂ」とすると、双方の太さ
関係は「Ｒａ＜Ｒｂ」となっている。さらに、接地用ボ
ンディングワイヤ７が信号伝送用ボンディングワイヤ６
の両側にそれぞれ配置されており、しかも半導体チップ
１の入出力パッド２と信号伝送線４の終端部とを接続す
る信号伝送用ボンディングワイヤ６に対して、これに隣
接する接地用ボンディングワイヤ７が信号伝送用ボンデ
ィングワイヤ６の半径乃至直径分の距離Ｇ、すなわちＲ
ａ〜２Ｒａ分の距離を隔てて近接配置されている。
【００１９】本第２実施例の場合には、信号伝送用ボン
ディングワイヤ６の両側にそれぞれ接地用ボンディング
ワイヤ７が近接配置されているため、上記第１実施例で
のワイヤ間の距離Ｇを等価的に半分にしたのと同じ結果
になることから、その特性インピーダンスＺは上記
（１）式で与えられる数値のほぼ半分となる。したがっ
て、上記（２）式で与えられる定在波比（ｕ）について
も、本第２実施例の場合は図２におけるワイヤ間の距離
（Ｇ）を半分に読み換えたものと等しくなるため、第１
実施例における「Ｇ＝０．５Ｒａ」の条件が本第２実施
例では「Ｇ＝Ｒａ」の条件と同等になり、また第１実施
例における「Ｇ＝Ｒａ」の条件が本第２実施例では「Ｇ
＝２Ｒａ」の条件と同等になる。
【００２０】その結果、本第２実施例においては、同じ
定在波比（ｕ）を得る場合にワイヤ間の距離Ｇを第１実
施例の２倍までも拡げることができ、反対にワイヤ間の
距離（Ｇ）を同じに設定した場合には第１実施例よりも
定在波比を小さくすることができる。このため、ワイヤ
同士の接触による短絡不良を防止しつつ、伝送線路系の
反射を効果的に低減することが可能となる。さらに本第
２実施例では、信号伝送用ボンディングワイヤ６の両側
に接地用ボンディングワイヤ７が配置されている、つま
り信号伝送用ボンディングワイヤ６が接地用ボンディン
グワイヤ７によって囲まれた配置形態となっているた
め、接地用ボンディングワイヤ７がシールド効果を発揮
するようになり、周囲の雑音が信号に混入することを防
止するといった効果も得られる。
【００２１】なお、上記第１及び第２実施例において
は、信号伝送用ボンディングワイヤ６よりも太いボンデ
ィングワイヤとして、いずれも接地用ボンディングワイ
ヤ７を一例として挙げたが、本発明はこれに限定される
ことなく、一定電位であれば電源用ボンディングワイヤ
であってもよい。さらに、第２実施例においては、それ
ぞれ異なる定電位の電源用ボンディングワイヤを信号伝
送用ボンディングワイヤ６の両側に配置してもよい。
【００２２】また、上記第１及び第２実施例では、特性
インピーダンスが５０Ωの伝送線路系を例に挙げて説明
したが、これ以外の特性インピーダンスをもつ伝送線路
系であってもよく、またそうした場合はワイヤ径及びワ
イヤ間距離などの数値が上記実施例での数値と異なるこ
とは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
接地／電源用ボンディングワイヤを信号伝送用ボンディ
ングワイヤよりも太くするとともに、信号伝送用ボンデ
ィングワイヤの半径分の距離を隔てて接地／電源用ボン
ディングワイヤと信号伝送用ボンディングワイヤとを配
置することにより、ワイヤショートの発生を回避しつ
つ、伝送線路上の定在波比を実用上の許容レベルまで小
さくすることができ、高周波信号を取り扱うのに好適な
半導体デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体デバイスの第１実施例を
説明する図である。
【図２】定在波比とワイヤ半径比の関係を示す図であ
る。
【図３】本発明に係わる半導体デバイスの第２実施例を
説明する要部平面図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ ２ 入出力パッド ３ 接地パッド ４ 信号伝送線 ５ 接地配線 ６ 信号伝送用ボンディングワイヤ ７ 接地用ボンディングワイヤ Ｇ ワイヤ間の距離 Ｒａ 信号伝送用ボンディングワイヤの半径 Ｒｂ 接地用ボンディングワイヤの半径

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップ上に形成された入出力パッ
    ドとその近傍に配置された信号伝送線の終端部とを信号
    伝送用ボンディングワイヤにて接続するとともに、前記
    半導体チップ上に形成された接地／電源パッドとその近
    傍に配置された接地／電源配線の終端部とを接地／電源
    用ボンディングワイヤによって接続してなる半導体デバ
    イスにおいて、 前記接地／電源用ボンディングワイヤは、前記信号伝送
    用ボンディングワイヤよりも太く、且つ前記信号伝送用
    ボンディングワイヤと該信号伝送用ボンディングワイヤ
    の略半径分の距離を隔てて近接配置されていることを特
    徴とする半導体デバイス。
  2. 【請求項２】 半導体チップ上に形成された入出力パッ
    ドとその近傍に配置された信号伝送線の終端部とを信号
    伝送用ボンディングワイヤにて接続するとともに、前記
    半導体チップ上に形成された接地／電源パッドとその近
    傍に配置された接地／電源配線の終端部とを接地／電源
    用ボンディングワイヤによって接続してなる半導体デバ
    イスにおいて、 前記接地／電源用ボンディングワイヤは、前記信号伝送
    用ボンディングワイヤよりも太く、且つ前記信号伝送用
    ボンディングワイヤの両側に該信号伝送用ボンディング
    ワイヤの半径乃至直径分の距離を隔ててそれぞれ近接配
    置されていることを特徴とする半導体デバイス。
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