JP2017092395A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化が可能であり、かつ高周波特性の劣化を抑制することが可能な半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明は、ベース部と、前記ベース部上に配置された半導体チップと、前記ベース部上に配置された支持部と、前記支持部によって、前記半導体チップと空間を隔てて離間した位置に支持されたカバーとを備え、前記空間は外部の空間に対して解放されてなる半導体装置である。低コスト化が可能であり、かつ高周波特性の劣化を抑制することが可能な半導体装置を提供することができる。【選択図】図１Ａ

Description

本件は半導体装置に関する。

半導体装置では、耐湿性を高めるため、半導体チップを気密封止することがある。特許文献１には、基板に実装した半導体チップを樹脂で封止し、さらにシールドケースを設ける技術が記載されている。

特開平５−４７９６２号公報

しかしながら、気密封止すると半導体装置のコストが高くなってしまう。また封止に用いる樹脂は比較的高い誘電率を有する場合がある。このため、樹脂が半導体チップに接触すると、大きな寄生容量が生じ、半導体装置の高周波特性が劣化する。半導体装置に入力および出力する信号の周波数が例えば５ＧＨｚ以上になると、高周波特性が大きく劣化する。

本願発明は、上記課題に鑑み、低コスト化が可能であり、かつ高周波特性の劣化を抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態は、ベース部と、前記ベース部上に配置された半導体チップと、前記ベース部上に配置された支持部と、前記支持部によって、前記半導体チップと空間を隔てて離間した位置に支持されたカバーとを備え、前記空間は外部の空間に対して解放されてなる半導体装置である。

上記発明によれば、低コスト化が可能であり、かつ高周波特性の劣化を抑制することが可能な半導体装置を提供することが可能となる。

図１Ａは実施例１に係る半導体装置を例示する平面図である。 図１Ｂは図１Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図２Ａは実施例２に係る半導体装置を例示する平面図である。 図２Ｂは図２Ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図３Ａは実施例３に係る半導体装置を例示する平面図である。 図３Ｂは図３Ａの線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 図３Ｃは実施例３の変形例に係る半導体装置を例示する断面図である。 図４Ａは実施例４に係る半導体装置を例示する平面図である。 図４Ｂは図４Ａの線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。 図５Ａは実施例５に係る半導体装置を例示する平面図である。 図５Ｂは図５Ａの線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。

本発明の一形態は、（１）ベース部と、前記ベース部上に配置された半導体チップと、前記ベース部上に配置された支持部と、前記支持部によって、前記半導体チップと空間を隔てて離間した位置に支持されたカバーとを備え、前記空間は外部の空間に対して解放されてなる半導体装置である。これにより寄生容量の発生が抑制され、半導体装置の高周波特性の劣化が抑制される。また、気密封止しなくてよいため、半導体装置の低コスト化が可能である。
（２）前記支持部は前記ベース部の四隅に配置されてなることが好ましい。支持部が四隅においてカバーを支持するため、半導体装置の強度を高めることができる。
（３）前記支持部はＬ字形状を有することが好ましい。Ｌ字形状の支持部が二辺に沿ってカバーを支持するため、半導体装置の強度を高めることができる。
（４）前記支持部は短手方向と長手方向を持つ形状を備え、当該支持部は前記ベース部の対向する辺のそれぞれに対応して配置されるとともに、当該支持部の間には前記半導体チップが位置することが好ましい。辺に沿って伸びる支持部により半導体チップを保護することができる。また大きな支持部によりカバーを支持するため、半導体装置の強度を高めることができる。
（５）前記カバーおよび前記支持部は樹脂により形成されていることが好ましい。これにより半導体装置の低コスト化が可能である。
（６）前記カバーおよび前記支持部は金属により形成されていることが好ましい。これにより半導体装置の放熱性を高めることができる。またカバーおよび支持部がノイズを遮断するシールドとして機能するため、半導体装置の高周波特性の劣化を抑制することができる。
（７）前記ベース部上には、前記半導体チップと接続される端子が設けられ、前記半導体チップと前記端子との間は、ボンディングワイヤによって接続されるとともに、前記ボンディングワイヤは、外部の空間に対して解放される、前記カバーの下の空間に位置することが好ましい。これにより寄生容量の発生が抑制され、半導体装置の高周波特性の劣化が抑制される。

本発明の実施例について説明する。

図１Ａは実施例１に係る半導体装置１００を例示する平面図である。図１Ｂは図１Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図である。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、半導体装置１００は、ベース部１０、半導体チップ１２、チップ１４および１６、端子１８、支持部２６およびカバー２８を備える。図１Ａにおいてカバー２８を破線で示し、かつ透視している。Ｘ方向は半導体チップ１２、チップ１４および１６、ならびに端子１８が並ぶ方向である。Ｙ方向はベース部１０の上面が広がる方向のうちＸ方向に直交する方向である。Ｚ方向はＸＹ平面の法線方向である。

ベース部１０は、例えば銅（Ｃｕ）の表面に金（Ａｕ）メッキを施した部材である。またベース部１０は、例えば−Ｚ側から順にＣｕ層、モリブデン（Ｍｏ）層、Ｃｕ層を積層したものなど、他の金属により形成されてもよい。図１Ａに示すようにベース部１０の上面の形状は矩形である。例えばベース部１０のＸ方向の長さは６ｍｍ、Ｙ方向の長さは４ｍｍ、厚さは０．５ｍｍである。ベース部１０は基準電位（例えばグランド電位）を有する。

ベース部１０の上面には、半導体チップ１２、チップ１４および１６、２つの端子１８、４つの支持部２６が設けられている。支持部２６の上にカバー２８が設けられている。支持部２６は例えば四角柱形状の部材であり、ベース部１０の上面の四隅に配置され、例えばエポキシ樹脂またはロウ材などの接着剤により固定される。支持部２６のＸ方向の長さは例えば１．５ｍｍ、Ｙ方向の長さは例えば０．８ｍｍである。４つの支持部２６は互いに離間しており、複数の支持部２６の間を充填する樹脂などは設けられていない。このため複数の支持部２６の間には空間が形成され、こうした空間は半導体装置１００の外部の空間に解放されている。また支持部２６は、半導体チップ１２、チップ１４および１６（これら３つを部品と総称することがある）、端子１８、ならびにボンディングワイヤ２４から離間している。

なお、支持部２６は、カバー２８を支持できればよく、四隅に配置される場合に限定するものではない。カバー２８を十分に支持できる場合は、１カ所だけに配置することもできる。安定なカバー２８の支持を実現するには、２カ所以上が好ましく、また、配置する領域が確保できる場合には、４カ所を超える支持部２６を配置してもよい。また、支持部２６はカバー２８の辺の方向に沿って長く延在させてもよい。ただし、支持部２６の個数や形状の如何によらず、支持部２６とカバー２８とで構成される空間は、支持部２６とカバー２８によって、内部が隠蔽されないよう、外部の空間に向かって解放されている。

カバー２８は矩形の板状部材であり、例えばエポキシ樹脂またはロウ材などの接着剤３０を用いて、支持部２６の上面に固定されている。例えばカバー２８のＸ方向の長さは５．５ｍｍ、Ｙ方向の長さは３．５ｍｍ、厚さは３００μｍである。カバー２８のＸ方向およびＹ方向におけるサイズはベース部１０のサイズと同じでもよいし、異なってもよい。支持部２６の高さは各部品の高さ（例えば１００〜２００μｍ）より大きく、例えば５００μｍである。カバー２８は、半導体チップ１２、チップ１４および１６、端子１８およびボンディングワイヤ２４から離間している。カバー２８により、半導体チップ１２、チップ１４および１６、ボンディングワイヤ２４は異物の接触などから保護される。

支持部２６およびカバー２８は金属または絶縁体により形成されている。支持部２６およびカバー２８は、例えばＣｕに銀（Ａｇ）メッキをすることで形成されてもよく、また例えばエポキシなどの樹脂またはセラミックにより形成されてもよい。ベース部１０、支持部２６、およびカバー２８はパッケージを構成する。

半導体チップ１２、チップ１４および１６などの部品がパッケージに収納される。これらの部品は、例えば金および錫（Ａｕ−Ｓｎ）の合金により形成されたロウ材により、ベース部１０の上面に搭載されている。端子１８は、例えばＣｕなどの金属により形成されている。端子１８は、接着剤２２によりベース部１０の上面のＸ側の対向する二辺に設けられ、ベース部１０の外側に突出するようにＸ方向に伸びている。各部品および端子１８は空間に露出している。

半導体チップ１２は例えば電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）を含む。半導体チップ１２において、例えば基板は炭化シリコン（ＳｉＣ）、ＦＥＴのチャネル層は窒化ガリウム（ＧａＮ）、電子供給層は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）により形成されている。半導体チップ１２はＦＥＴの形成された面が上を向くように、フェイスアップで実装されている。

チップ１４および１６（電子部品）は、例えばインダクタおよびキャパシタなどにより形成された整合回路を含む。半導体装置１００に入力および出力される高周波（Radio Frequency：ＲＦ）信号の周波数において、チップ１４および１６は、端子１８と半導体チップ１２との間のインピーダンスを整合する。半導体チップ１２のＦＥＴとチップ１４および１６とはボンディングワイヤ２４により電気的に接続されている。チップ１４および１６と端子１８とはボンディングワイヤ２４により電気的に接続されている。ボンディングワイヤ２４は例えば金（Ａｕ）などの金属により形成されている。図１Ａに示すようにボンディングワイヤ２４も、外部の空間に向かって解放される、支持部２６とカバー２８とで構成される空間の内部に位置する。

２つの端子１８のうち一方はゲート電極として機能し、ＲＦ信号およびＦＥＴのバイアス電圧が入力される。半導体チップ１２のＦＥＴは入力されたＲＦ信号を増幅する。２つの端子１８のうち他方はドレイン電極として機能し、増幅されたＲＦ信号を出力する。このように半導体装置１００はＲＦ信号を増幅する増幅器として機能する。ＲＦ信号の周波数は例えば１ＧＨｚ以上、３ＧＨｚ以上、５ＧＨｚ以上、１０ＧＨｚ以上などである。

図１Ｂに示すように、支持部２６およびカバー２８は、半導体チップ１２、チップ１４および１６、端子１８から離間し、半導体チップ１２、チップ１４および１６、ならびに端子１８は空間に露出している。誘電率の高い樹脂が部品および端子１８に接触しないため、寄生容量が小さくなる。このため実施例１によれば、半導体装置１００の高周波特性の劣化が抑制される。ＲＦ信号の周波数が例えば５ＧＨｚ以上でも半導体装置１００は良好な高周波特性を示す。また実施例１によれば、ベース部１０の上面を囲む封止部を設けなくてよいため、気密封止する場合に比べ、半導体装置１００の低コスト化が可能である。

寄生容量を低減するために、支持部２６と端子１８との距離、および支持部２６と半導体チップ１２との距離は、それぞれ例えば０．３ｍｍ以上であることが好ましい。また、半導体チップ１２のＦＥＴが形成された面が空間に露出することが好ましい。またボンディングワイヤ２４が空間に位置しており、カバー２８および支持部２６と接触しない。これにより寄生容量が低減する。

ベース部１０上面の四隅に設けられた支持部２６によりカバー２８を支持するため、半導体装置１００の強度が高くなる。カバー２８により部品を保護することができる。またカバー２８には半導体装置１００の型番などを記載するマーキング部として利用することもできる。

半導体チップ１２、チップ１４および１６の耐湿性は高いことが好ましい。これらの部品は空間に露出しており、水分に接触することもあるためである。また耐湿性を高めることで、部品を樹脂で覆わなくてよい。樹脂が接触しないことで寄生容量の発生を抑制し、高周波特性の劣化を抑制することができる。

ベース部１０は金属により形成されているため、高い熱伝導率を有する。これにより半導体装置１００の放熱性を高め、半導体チップ１２において発生する熱をベース部１０から効率的に放出することができる。

図２Ａは実施例２に係る半導体装置２００を例示する平面図である。図２Ｂは図２Ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。実施例１と同じ構成については説明を省略する。

図２Ａに示すように、実施例２においては実施例１と比較して、半導体チップ１２、チップ１４および１６のＹ方向の幅が大きい。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、支持部３２のＸ方向の長さは、実施例１の支持部２６の長さより小さく、例えば０．８ｍｍである。半導体チップ１２、チップ１４および１６は、ベース部１０の上面の辺のうち、端子１８の設けられていない辺の伸びる方向（Ｘ方向）において、支持部３２と対向する。すなわち半導体チップ１２、チップ１４および１６は、Ｘ方向において２つの端子１８に挟まれている。

実施例２によれば、実施例１と同様に、半導体装置２００の高周波特性の劣化を抑制でき、かつ低コスト化が可能である。また複数の支持部３２の間に樹脂などを充填しないため、半導体チップ１２、チップ１４および１６を２つの支持部３２の間に配置することができる。この結果、実施例１と同じ大きさのベース部１０に、大きな部品を搭載することができる。つまり実施例２によれば、半導体装置２００を小型化することができる。例えば実施例１と同じ大きさの部品を設ける場合には、ベース部１０のＹ方向の長さを小さくすることで、半導体装置を小型化することが可能である。

実施例１および２において、支持部２６および３２（以下、支持部と記載）、カバー２８は、絶縁体または金属のいずれで形成してもよい。支持部およびカバー２８の両方を樹脂で形成することにより、半導体装置の低コスト化が可能である。一方、支持部およびカバー２８の両方を金属で形成することにより、これらは電気的なノイズを遮断するシールドとして機能する。また、支持部およびカバー２８の熱伝導率が高くなるため、半導体装置の放熱性が向上する。金属の支持部と、金属のカバー２８およびベース部１０とは、例えばＡｕ−Ｓｎ合金のロウ材により接着することができる。また、支持部およびカバー２８のいずれか一方を金属で形成し、他方を絶縁体で形成してもよい。支持部は例えば円柱形など、四角柱以外の形状を有してもよい。

図３Ａは実施例３に係る半導体装置３００を例示する平面図である。図３Ｂは図３Ａの線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。実施例１および２と同じ構成については説明を省略する。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ベース部１０は金属部１０ａおよび絶縁部１０ｂを有する。金属部１０ａは例えばＣｕなどの金属により形成されている。絶縁部１０ｂは例えばエポキシなどの樹脂またはセラミックなど絶縁体により形成されている。図３Ｂに示すように、金属部１０ａはベース部１０の中央部に位置し、絶縁部１０ｂはＸＹ平面において金属部１０ａの周囲を囲む。半導体チップ１２、チップ１４および１６は金属部１０ａの上面に設けられている。端子１８は絶縁部１０ｂの上面に設けられている。

支持部３４は金属部１０ａおよび絶縁部１０ｂの上面に設けられている。支持部３４はＺ方向から見て、ベース部１０の上面の四隅に沿ったＬ字形状を有しており、ベース部１０の上面のＸ方向の辺およびＹ方向の辺の二辺に沿って伸びる。支持部３４の頂点はベース部１０の外側を向いている。支持部３４のＸ方向の長さ、およびＹ方向の長さはそれぞれ例えば１．５ｍｍである。支持部３４は互いに離間し、かつ部品および端子１８からも離間している。

実施例３によれば、実施例１と同様に、半導体装置３００の高周波特性の劣化を抑制でき、かつ低コスト化が可能である。また、支持部３４がベース部１０の四隅に配置され、Ｘ方向およびＹ方向の辺においてカバー２８を支持するため、半導体装置３００の強度を高めることができる。支持部３４は例えば四角柱など他の形状としてもよい。

実施例３によれば、半導体チップ１２は金属部１０ａの上面に設けられているため、半導体チップ１２から発生する熱が金属部１０ａを通じて効率的に放出される。また金属部１０ａの電位を基準電位（例えばグランド電位）とすることができる。ベース部１０が絶縁部１０ｂを含むため、ベース部１０全体を金属で形成する場合に比べ、半導体装置の低コスト化が可能である。

図３Ｃは実施例３の変形例に係る半導体装置３００Ａを例示する断面図である。実施例１〜３と同じ構成については説明を省略する。図３Ｃに示すカバー３５と支持部３６とは、例えばモールド成形などで一体成形されている。支持部３６をベース部１０に設けることで、カバー３５もベース部１０上に配置することができるため、工程が簡略化される。カバー３５および支持部３６は例えば金属または絶縁体で形成することができる。またベース部１０と支持部３６とを一体成形してもよい。

図４Ａは実施例４に係る半導体装置４００を例示する平面図である。図４Ｂは図４Ａの線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。実施例１〜３と同じ構成については説明を省略する。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、ベース部１０の上面に２つの支持部３８が設けられている。支持部３８は、例えば直方体の形状を有しており、ベース部１０の上面の一つの隅と別の隅とを接続するように、ベース部１０の上面のＹ側の辺に沿う方向（Ｘ方向）に伸びている。つまり支持部３８の長手方向はＸ方向であり、短手方向はＹ方向である。支持部３８のＸ方向の長さは例えば５．５ｍｍである。半導体チップ１２、チップ１４および１６は２つの支持部３８の間に位置する。

実施例４によれば、実施例１と同様に、半導体装置４００の高周波特性の劣化を抑制でき、かつ低コスト化が可能である。また半導体チップ１２、チップ１４および１６をより効果的に保護することができる。例えばピンセットなどで半導体装置４００を把持する際、±Ｘ側には端子１８があるため、±Ｙ側から把持することになる。このとき支持部３８により、半導体チップ１２、チップ１４および１６へのピンセットの接触を抑制することができる。またＸ方向に伸びる大きな支持部３８によりカバー２８を支持するため、半導体装置４００の機械的な強度が向上する。

支持部３８はベース部１０の長手方向に沿って設け、端子１８は短手側の辺に設けることが好ましい。長手方向の辺において半導体装置４００を把持する際に、チップ１４および１６を保護することができる。また長い辺に沿って支持部３８がカバー２８を支持するため、半導体装置４００の機械的な強度が向上する。

図５Ａは実施例５に係る半導体装置５００を例示する平面図である。図５Ｂは図５Ａの線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。実施例１〜４と同じ構成については説明を省略する。

図５Ａに示すように、ベース部１０の上面に２つの支持部４０が設けられている。支持部４０は、Ｚ方向から見てＵ字型の部材である。支持部４０は、ベース部１０の上面のＸ側の二辺に沿って伸び、かつ上面の一つの隅と別の隅とを接続するように、ベース部１０の上面のＹ側の辺に沿って伸びている。支持部４０が三辺においてカバー２８を支持するため、半導体装置５００の強度が向上する。２つの支持部４０は部品および端子１８から離間している。

実施例５によれば、実施例１と同様に、半導体装置５００の高周波特性の劣化を抑制でき、かつ低コスト化が可能である。また、端子１８付近を除いて、支持部４０がベース部１０の上面を囲むため、半導体チップ１２、チップ１４および１６を効果的に保護し、かつ半導体装置５００の強度を高めることができる。

実施例４および５においても、実施例１のように金属で形成されたベース部を用いてもよい。支持部およびカバー２８は金属および絶縁体のいずれで形成してもよい。また実施例３の変形例のように、カバー２８と支持部とを一体成形してもよい。

実施例１〜５に示したように、支持部はベース部１０の上面の四隅に設けられているが、支持部の個数および配置領域はこれに限定されない。また、例えば四隅のうち２つを接続する実施例４または実施例５の支持部を１つ設け、かつ四隅のうち残りの２つに実施例１〜３の支持部を設けてもよい。

実施例１〜５において、半導体チップ１２は基板、および基板上に設けられた半導体層を含む。基板はＳｉＣ、シリコン（Ｓｉ）、サファイア、ＧａＮなどにより形成される。半導体層には、例えば窒化物半導体を含むＦＥＴなどが形成されている。窒化物半導体とは、窒素（Ｎ）を含む半導体であり、例えばＧａＮ、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、および窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）などがある。半導体チップ１２には、窒化物半導体以外に、例えば砒素系半導体などの化合物半導体を用いてもよい。砒素系半導体とはガリウム砒素（ＧａＡｓ）など砒素（Ａｓ）を含む半導体である。この場合、半導体チップ１２の基板をＧａＡｓで形成してもよい。また半導体チップ１２にはＦＥＴ以外のトランジスタなどが形成されていてもよい。半導体装置は例えば増幅器として機能するが、他の機能を有してもよい。半導体装置に含まれる半導体チップ１２は２つ以上でもよい。

実施例１〜５において、チップ１４および１６がインピーダンスを整合するため、半導体装置の高周波特性が改善する。半導体装置に含まれるチップは１つでもよいし、３つ以上でもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ ベース部
１０ａ 金属部
１０ｂ 絶縁部
１２ 半導体チップ
１４、１６ チップ
１８ 端子
２２、３０ 接着剤
２４ ボンディングワイヤ
２６、３２、３４、３８、４０ 支持部
２８ カバー
１００、２００、３００、３００Ａ、４００、５００ 半導体装置

Claims (7)

1. ベース部と、
   前記ベース部上に配置された半導体チップと、
   前記ベース部上に配置された支持部と、
   前記支持部によって、前記半導体チップと空間を隔てて離間した位置に支持されたカバーとを備え、
   前記空間は外部の空間に対して解放されてなる半導体装置。
2. 前記支持部は前記ベース部の四隅に配置されてなる請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記支持部はＬ字形状を有する請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記支持部は短手方向と長手方向を持つ形状を備え、当該支持部は前記ベース部の対向する辺のそれぞれに対応して配置されるとともに、当該支持部の間には前記半導体チップが位置する請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記カバーおよび前記支持部は樹脂により形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記カバーおよび前記支持部は金属により形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記ベース部上には、前記半導体チップと接続される端子が設けられ、
   前記半導体チップと前記端子との間は、ボンディングワイヤによって接続されるとともに、前記ボンディングワイヤは、外部の空間に対して解放される、前記カバーの下の空間に位置する請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
   
   

Images