JP5239309B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
<デジタル携帯電話機における送受信部の構成および動作>
図1は、例えばデジタル携帯電話機における信号送受信部のブロック図を示したものである。図1において、携帯電話機における信号送受信部は、デジタル信号処理部1、IF(Intermediate Frequency)部2、変調信号源3、ミキサ4、RFモジュール5、アンテナスイッチ6、アンテナ7、低雑音増幅器8を有している。
上述したように、デジタル携帯電話機から信号を送信する際、RFモジュール5によって信号は増幅される。次に、このRFモジュール5の回路ブロック構成について説明する。図2は、本実施の形態1におけるRFモジュール5の回路ブロック構成を示す図である。図2において、本実施の形態1におけるRFモジュール5は、増幅部10、出力整合回路14a、14b、検波回路15a、15b、ローパスフィルタ(LPF)16a、16bおよびアンテナスイッチ6を有している。
本実施の形態1におけるRFモジュール5は上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。図2に示すように、本実施の形態1では、GSM低周波帯域の信号およびGSM高周波帯域の信号を増幅することができるように構成されているが、動作は同様なので、GSM低周波帯域の信号を増幅する動作について説明する。なお、通信方式は、GSM方式について説明しているが、その他の通信方式であってもよい。
次に、RFモジュール5の実装構成について説明する。図4は、RFモジュール5の実装構成の概略を示す図である。図4に示すように、RFモジュール5は、多層配線構造の配線基板25上に半導体チップCHP1と半導体チップCHP2が搭載されている。そして、配線基板25上には、半導体チップCHP1および半導体チップCHP2以外にインダクタ、容量素子あるいは抵抗素子などの受動部品が搭載されている。
RFモジュール5は上記のように実装構成されており、次に、本実施の形態1の特徴的構成について説明する。本実施の形態1におけるRFモジュール5の特徴の1つは、半導体チップCHP1と半導体チップCHP2との接続構成である。すなわち、本実施の形態1は、半導体チップCHP1のスイッチ制御回路13aと半導体チップCHP2のアンテナスイッチとの接続構成に特徴の1つがある。
図11に示すように、パッドPD1とパッドPD2間を接続するボンディング配線BL1やボンディング配線BL2には、半導体チップCHP1に形成されている制御回路から半導体チップCHP2に形成されているアンテナスイッチを制御する信号が伝達される。すなわち、ボンディング配線BL1およびボンディング配線BL2は、第1半導体チップCHP1から第2半導体チップCHP2へ向う信号を伝達する配線である。具体的には、アンテナスイッチに電源電圧を供給する信号、送信回線を切り替えるスイッチ切り替え制御信号あるいは受信回線を切り替えるスイッチ切り替え制御信号が含まれる。
図14は、ボンディング配線BL1とパッドPD1とを接続するワイヤW1と、増幅信号を伝達するワイヤW3とのカップリングの影響を低減できる構成を示す図である。配線間のカップリングのうち、ワイヤW3とボンディング配線BL1との間のカップリングよりも、ワイヤW3とワイヤW1との間のカップリングの方が重要である。そこで、本実施の形態1では、ワイヤW3とワイヤW1との間のカップリングを低減できる構成について提案する。
図15は、RFモジュールの配線基板25上に搭載されている半導体チップCHP1と半導体チップCHP2の接続領域を拡大した図である。図15に示すように、パッドPD2が並んでいる方向である半導体チップCHP2の第1辺に並行するように、複数のボンディング配線BL1が配置されている。この半導体チップCHP2の端部側に配置されているボンディング配線BL1と接続するワイヤW2の長さSaは、半導体チップCHP2の中央部側に配置されているボンディング配線BL1と接続するワイヤW2の長さよりも短くなっている。そして、配線基板25の内部に形成されているボンディング配線BL2は、半導体チップCHP2の中央部側に形成されているが、半導体チップCHP2の端部側には配置されていない。このように構成することにより、半導体チップCHP2の端部側に配置されているボンディング配線BL1と接続するワイヤW2の長さSaを短くすることができるのである。
次に、本実施の形態1におけるRFモジュールの実装工程について、図24を参照しながら簡単に説明する。図24は、RFモジュールの実装工程を示すフローチャートである。まず、配線基板を用意する。配線基板は多層配線構造をしており、配線基板の表面と内部にボンディング配線が形成されている。この配線基板の表面にはんだペーストを印刷する(S101)。続いて、配線基板の表面に受動部品をマウンタで搭載する(S102)。その後、受動部品を搭載した配線基板をリフローして受動部品をはんだ付けする(S103)。次に、はんだペーストに含まれるフラックスを洗浄で除去する(S104)。続いて、増幅回路および制御回路(スイッチ制御回路を含む)を形成したシリコン基板よりなる半導体チップと、アンテナスイッチを形成した化合物半導体基板からなる半導体チップとを銀ペーストで配線基板のダイパッド上にダイボンディングする(S105)。そして、それぞれの半導体チップと配線基板の配線とをワイヤボンディングする。このとき、それぞれの半導体チップと配線基板の表面あるいは内部に形成されているボンディング配線とはワイヤ(金線)で接続される(S106)。その後、シート状の配線基板を一括してレジン(樹脂)で封止する(S107)。そして、シート状の配線基板を個々の製品単位に分割する(S108)。続いて、個々の製品について選別試験を実施した後(S109)、マーク表示を行なう(S110)。この後、製品を梱包して出荷する(S111)。このようにして、RFモジュールを形成した製品を製造することができる。
前記実施の形態1では、増幅回路を構成する半導体素子としてLDMOSFETを使用する例について説明したが、本実施の形態2では、増幅回路を構成する半導体素子として
HBTを使用する例について説明する。
2 IF部
3 変調信号源
4 ミキサ
5 RFモジュール
6 アンテナスイッチ
7 アンテナ
8 低雑音増幅器
10 増幅部
10a 制御回路
10b 増幅回路
11a 整合回路
11b 増幅回路
12a 整合回路
12b 増幅回路
13 制御回路
14a 出力整合回路
14b 出力整合回路
15a 検波回路
15b 検波回路
16a ローパスフィルタ
16b ローパスフィルタ
20 切り替えスイッチ
21 切り替えスイッチ
25 配線基板
26 1層目のダイパッド
27 ペースト
28 1層目のダイパッド
29 ペースト
30 受動部品
31a 2層目のダイパッド
31b 2層目のダイパッド
32a 3層目のダイパッド
32b 3層目のダイパッド
33 配線
35 レジン
a 距離
b 距離
BL ボンディング配線
BL1 ボンディング配線
BL2 ボンディング配線
C 中心線
CHP1 半導体チップ
CHP2 半導体チップ
D ドレイン領域
G ゲート電極
L1 半導体チップの幅
L2 配置幅
L3 半導体チップの幅
PD1 パッド
PD2 パッド
PD3 パッド
PD4 パッド
PLG1 プラグ
PLG2 プラグ
S ソース領域
S1 (ワイヤの)長さ
S2 (ワイヤの)長さ
Sa (ワイヤの)長さ
Sb (ワイヤの)長さ
Sc 距離
Sd 距離
W1 ワイヤ
W2 ワイヤ
W3 ワイヤ
W4 ワイヤ
θ 角度
Claims (23)
- (a)多層配線構造を有する配線基板と、
(b)前記配線基板上に搭載された、信号の電力増幅を制御する電力制御部を含む第1半導体チップと、
(c)前記配線基板上に搭載された、アンテナスイッチを含む第2半導体チップとを備え、
前記第1半導体チップの前記電力制御部と前記第2半導体チップの前記アンテナスイッチとの間の電気的接続は、
(d1)前記第1半導体チップに形成されている複数の第1パッドと、前記複数の第1パッドにそれぞれ電気的に接続される複数の第1ワイヤと、前記複数の第1ワイヤにそれぞれ電気的に一方端が接続され、前記配線基板に形成される複数のボンディング配線と、
(d2)前記複数のボンディング配線の他端にそれぞれ電気的に接続される複数の第2ワイヤと、前記複数の第2ワイヤにそれぞれ電気的に接続され、前記第2半導体チップに形成されている複数の第2パッドとにより行なわれている半導体装置であって、
前記複数のボンディング配線は、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップの間に挟まれるように前記配線基板に形成され、
前記複数のボンディング配線は、前記配線基板の表面に形成された複数の第1ボンディング配線と、前記配線基板の内部に形成された複数の第2ボンディング配線とを有し、
前記複数の第2ボンディング配線のそれぞれは、
前記配線基板の内部に形成された配線と、
前記配線基板の内部と表面とを接続するプラグと、
前記プラグと電気的に接続され、前記配線基板の表面に形成されている引き出し領域と、を有し、
前記複数の第1ワイヤの一部と前記複数の第2ワイヤの一部の少なくとも一方は、前記引き出し領域と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置であって、
前記複数の第1パッドは、前記第1半導体チップの第1辺に配列され、
前記複数の第2パッドは、前記第2半導体チップの第2辺に配列され、
前記複数の第1パッドの配列と前記複数の第2パッドの配列が、前記複数のボンディング配線を挟むように並んでいることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置であって、
前記複数の第2ボンディング配線は、前記第1半導体チップから前記第2半導体チップへ向う信号を伝達する配線を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置であって、
前記複数の第2ボンディング配線は、前記第2半導体チップに形成されている前記アンテナスイッチの切り替えを制御する切り替え制御信号を伝達する配線を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項4記載の半導体装置であって、
前記アンテナスイッチは、電界効果トランジスタを含み、
前記切り替え制御信号は、前記電界効果トランジスタのゲート電極に印加することにより、前記電界効果トランジスタのオンオフを制御する信号であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置であって、
前記電界効果トランジスタは、高電子移動度トランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置であって、
前記複数の第2ボンディング配線は、前記第2半導体チップに形成されている前記アンテナスイッチに電力を供給する電源配線を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置であって、
前記複数の第2ボンディング配線は、前記第2半導体チップから前記第1半導体チップへ向う信号を伝達する配線を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置であって、
前記第1半導体チップは、信号の電力増幅を制御する前記電力制御部の他に、信号の電力を増幅する電力増幅部を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置であって、
前記第2半導体チップは、前記電力増幅部で増幅された信号の電力を検出する検出部を有し、
前記第1半導体チップに形成されている前記電力制御部は、前記第2半導体チップに形成されている前記検出部からの検出信号に基づいて信号の電力増幅を制御し、
前記複数の第2ボンディング配線は、前記検出信号を伝達する配線を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置であって、
前記第1半導体チップは、前記電力制御部の他に、異なる周波数帯の信号の電力を増幅する複数の電力増幅部を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11記載の半導体装置であって、
前記複数の電力増幅部は、第1周波数帯の第1信号を増幅する第1電力増幅部と、前記第1周波数帯とは異なる帯域の第2信号を増幅する第2電力増幅部とを有し、
前記アンテナスイッチは、増幅された前記第1信号と増幅された前記第2信号のいずれかの信号をアンテナから送信するための第1切り替えスイッチと、前記アンテナで受信した信号を受信回路に入力するための第2切り替えスイッチとを有し、
前記第1切り替えスイッチは前記電力制御部から出力される第1切り替え制御信号によって制御され、かつ、前記第2切り替えスイッチは前記電力制御部から出力される第2切り替え制御信号によって制御され、
前記複数の第2ボンディング配線は、前記第1切り替え制御信号を伝達する配線を含む一方、前記複数の第1ボンディング配線は、前記第2切り替え制御信号を伝達する配線を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置であって、
前記配線基板には、
(e)インピーダンス整合をとる整合回路と、
(f)複数の周波数帯の信号から特定範囲の周波数帯の信号を通過させる選別回路を有し、
前記第1半導体チップに形成されている前記電力増幅部の出力を前記整合回路に入力し、前記整合回路の出力を前記選別回路に入力し、前記選別回路の出力を前記第2半導体チップに形成されている前記アンテナスイッチに入力し、前記アンテナスイッチからの出力をアンテナから送信することを特徴とする半導体装置。 - 請求項13記載の半導体装置であって、
前記選別回路は、前記配線基板の表面に形成されている第1配線と、前記配線基板の内部に形成されている第2配線とを使用して構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項13記載の半導体装置であって、
前記複数の第1パッドが配列されている前記第1半導体チップの第1辺と、前記複数の第2パッドが配列されており、前記第1辺と並んだ前記第2半導体チップの第2辺との間に、前記複数のボンディング配線が前記第1辺および前記第2辺と並行する方向に並んで配置されており、前記複数のボンディング配線が並んで配置されている幅は、前記第1辺の幅あるいは前記第2辺の幅のいずれかよりも小さく、
前記第1半導体チップの前記第1辺と交差する第3辺に前記電力増幅部からの電力を出力する複数の第3パッドが形成され、前記複数の第3パッドと前記配線基板上に形成されている前記整合回路とはそれぞれ複数の第3ワイヤにより接続され、
前記第2半導体チップの前記第2辺と交差する第4辺に前記アンテナスイッチに接続する複数の第4パッドが形成され、前記複数の第4パッドと前記配線基板上に形成されている前記選別回路とはそれぞれ複数の第4ワイヤにより接続され、
前記複数の第1ワイヤと前記複数の第3ワイヤとは、互いに接触はしないが延長すると平面的に交差する配置関係にあり、前記複数の第2ワイヤと前記複数の第4ワイヤとは、互いに接触はしないが延長すると平面的に交差する配置関係にあることを特徴とする半導体装置。 - 請求項15記載の半導体装置であって、
前記複数の第1ワイヤと前記複数の第3ワイヤとのなす角は、45°以上135°以下であり、
前記複数の第2ワイヤと前記複数の第4ワイヤとのなす角は、45°以上135°以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置であって、
前記複数の第1パッドが配列されている前記第1半導体チップの第1辺と、前記複数の第2パッドが配列されており、前記第1辺と並行する前記第2半導体チップの第2辺との間に、前記複数のボンディング配線が前記第1辺および前記第2辺と並行する方向に並んで配置されており、前記複数のボンディング配線が並んで配置されている幅は、前記第1辺の幅あるいは前記第2辺の幅のいずれかよりも小さいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項17記載の半導体装置であって、
前記複数のボンディング配線には、前記複数の第1ボンディング配線が含まれ、前記複数の第1ボンディング配線のうち、前記第1辺あるいは前記第2辺の端部側に配置されている第1ボンディング配線は、前記第1辺あるいは前記第2辺の中央部側に配置されている第1ボンディング配線よりも、配線長が長いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項18記載の半導体装置であって、
前記複数の第1ワイヤのうち、前記第1辺の端部側に配置されている第1ボンディング配線と接続する第1ワイヤの長さは、前記第1辺の中央部側に配置されている第1ボンディング配線と接続する第1ワイヤの長さよりも短いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項18記載の半導体装置であって、
前記複数の第2ワイヤのうち、前記第2辺の端部側に配置されている第1ボンディング配線と接続する第2ワイヤの長さは、前記第2辺の中央部側に配置されている第1ボンディング配線と接続する第2ワイヤの長さよりも短いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項17記載の半導体装置であって、
前記複数のボンディング配線には、前記複数の第1ボンディング配線と前記複数の第2ボンディング配線が含まれ、
前記複数の第1ボンディング配線は、前記第1辺あるいは前記第2辺の中央部側から、前記第1辺あるいは前記第2辺の端部側にわたって配置されており、
前記複数の第2ボンディング配線は、前記第1辺あるいは前記第2辺の中央部側に配置され、前記第1辺あるいは前記第2辺の端部側には配置されていないことを特徴とする半導体装置。 - 請求項17記載の半導体装置であって、
前記複数のボンディング配線が並んで配置されているレイアウトは、前記第1辺の中心を通る中心線あるいは前記第2辺の中心を通る中心線に対して対称ではないことを特徴とする半導体装置。 - 請求項22記載の半導体装置であって、
前記配線基板には、第1周波数帯の第1信号の電力を増幅する第1電力増幅部と電気的に接続され、電力を効率よく伝達するためにインピーダンス整合をとる第1整合回路と、前記第1整合回路と電気的に接続され、複数の周波数帯の信号から特定範囲の周波数帯の信号を選別する第1選別回路と、
前記第1周波数帯の第1信号よりも高い第2周波数帯の第2信号の電力を増幅する第2電力増幅部と電気的に接続され、電力を効率よく伝達するためにインピーダンス整合をとる第2整合回路と、前記第2整合回路と電気的に接続され、複数の周波数帯の信号から特定の周波数帯の信号を選別する第2選別回路とを有し、
前記第1整合回路および前記第1選別回路は、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップが並ぶ方向と交差する方向に配置され、かつ、前記第1整合回路および前記第1選別回路は、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップを介して前記第2整合回路および前記第2選別回路とは反対側に配置されており、
前記複数のボンディング配線が並んで配置されているレイアウトは、前記第2整合回路および前記第2選別回路が形成されている方向にずれて配置され、前記第1整合回路および前記第1選別回路の形成側にスペースが確保されていることを特徴とする半導体装置。
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