(57)【要約】【課題】本発明は、ゲートワイヤおよびドレインワイヤのワイヤ長を延長できる高周波半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】キャビティを有するパッケージと、該キャビティ底面に配置され、上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体チップと、該キャビティ底面に配置されたゲートフレーム、ドレインフレーム、ソースフレームと、該ゲート電極と該ゲートフレームを接続するゲートワイヤと、該ドレイン電極と該ドレインフレームを接続するドレインワイヤと、該ソース電極と該ソースフレームを接続するソースワイヤとを備える。そして、該半導体チップは、該半導体チップが該キャビティ底面の中央部に配置された場合と比較して該ゲートワイヤおよび該ドレインワイヤの長さが長くなるように該中央部から所定のオフセットだけ離間して配置されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを有するパッケージと、
前記キャビティ底面に配置され、上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体チップと、
前記キャビティ底面に配置されたゲートフレームと、
前記キャビティ底面に配置されたドレインフレームと、
前記キャビティ底面に配置されたソースフレームと、
前記ゲート電極と前記ゲートフレームを接続するゲートワイヤと、
前記ドレイン電極と前記ドレインフレームを接続するドレインワイヤと、
前記ソース電極と前記ソースフレームを接続するソースワイヤとを備え、
前記半導体チップは、前記半導体チップが前記キャビティ底面の中央部に配置された場合と比較して前記ゲートワイヤおよび前記ドレインワイヤの長さが長くなるように前記中央部から所定のオフセットだけ離間して配置されたことを特徴とする高周波半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップは前記キャビティ底面の中央部から１００μｍ以上離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波半導体装置。
【請求項３】
前記ゲートワイヤは、前記ゲートフレームのワイヤ接続可能領域であるゲートパッドの中央部に接続された場合と比較して前記ゲートワイヤの長さが長くなるように前記ゲートパッドの中央部から離間した場所と接続され、
前記ドレインワイヤは、前記ドレインフレームのワイヤ接続可能領域であるドレインパッドの中央部に接続された場合と比較して前記ドレインワイヤの長さが長くなるように前記ドレインパッドの中央部から離間した場所に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波半導体装置。
【請求項４】
キャビティを有するパッケージと、
前記キャビティ底面に配置され、上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体チップと、
前記キャビティ底面に配置されたゲートフレームと、
前記キャビティ底面に配置されたドレインフレームと、
前記キャビティ底面に配置されたソースフレームと、
前記ゲート電極と前記ゲートフレームを接続するゲートワイヤと、
前記ドレイン電極と前記ドレインフレームを接続するドレインワイヤと、
前記ソース電極と前記ソースフレームを接続するソースワイヤとを備え、
前記ゲート電極は、前記ゲート電極が前記ゲートフレームと最近接して配置された場合と比較して前記ゲートワイヤの長さを長くするように、前記半導体チップ上面のうち前記ゲートフレームと最近接せず前記ゲートフレームと離間した位置に配置され、
前記ドレイン電極は、前記ドレイン電極が前記ドレインフレームと最近接して配置された場合と比較して前記ドレインワイヤの長さを長くするように、前記半導体チップ上面のうち前記ドレインフレームと最近接せず前記ドレインフレームと離間した位置に配置されていることを特徴とする高周波半導体装置。
【請求項５】
キャビティを有するパッケージと、
前記キャビティ底面に配置され、上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体チップと、
前記キャビティ底面に配置されたゲートフレームと、
前記キャビティ底面に配置されたドレインフレームと、
前記キャビティ底面に配置されたソースフレームと、
前記ゲート電極と前記ゲートフレームを接続するゲートワイヤと、
前記ドレイン電極と前記ドレインフレームを接続するドレインワイヤと、
前記ソース電極と前記ソースフレームを接続するソースワイヤとを備え、
前記ゲートワイヤと前記ドレインワイヤは前記ソースワイヤよりも前記キャビティ底面に対して垂直方向に高く伸びることを特徴とする高周波半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ内に半導体チップを備える高周波半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを保護するために半導体チップをパッケージが備えるキャビティ底面に配置する場合がある。前述のキャビティには半導体チップの外部との高周波電気信号の授受を可能にするためのフレーム（リードフレーム）の一部が配置される。このフレームの他の部分はパッケージ外部に伸びる。そして、半導体チップは金線ワイヤなどで前述のフレームと接続され、パッケージに覆われた状態で高周波電気信号の授受が可能な高周波半導体装置が製造される。このように実装されることが多い半導体チップの一例としてはＨＥＭＴ(High electron mobility transistor)を挙げることができる。
【０００３】
なお、上述した高周波半導体装置はパッケージに半導体チップを搭載し所望のワイヤ配線を行った後にパッケージ上面にキャップを取り付け、半導体チップを密閉するタイプのものが多い。
【０００４】
一般に高周波半導体装置のパッケージ外部形状および外部寸法は標準化されているため、高周波半導体装置の形状および寸法は制限されている。また、製造コストの観点からも上述の標準化されたパッケージを用いることが好ましい。従ってパッケージが備えるキャビティの容積もこの制限を受けて一定の容積以下となる。
【０００５】
さらに、組み立て容易性の観点から半導体チップはパッケージのキャビティ底面の中央部に配置される。また、半導体チップとフレームを接続するワイヤの一端は、フレームのワイヤ接続可能領域の中央に接続されることが一般的である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−００７７２７号公報
【特許文献２】実開平０３−００３７３７号公報
【特許文献３】特開昭６３−０８６５５５号公報
【特許文献４】特開平１０−０７０１５９号公報
【特許文献５】特開平０４−１９９５４３号公報
【特許文献６】特開平０８−１５３８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体チップとフレームの接続に用いられるワイヤのワイヤ長は高周波半導体装置の組み立て容易性およびワイヤ接続容易性の観点からパッケージのタイプに応じて一義的に定められるものであった。しかしながら、後述する通り、本願の発明者はゲート、ドレイン、ソースを備える半導体チップにおいてゲートワイヤおよびドレインワイヤそれぞれのワイヤ長を延長することが高周波半導体装置の周波数特性改善に効果的であることを見出している。そして、上述した通りワイヤ長はパッケージのタイプに応じて一義的に定められるため、ゲートワイヤおよびドレインワイヤのワイヤ長を延長できない問題があった。
【０００８】
また、ゲートワイヤおよびドレインワイヤのワイヤ長を延長するために大型のパッケージを用いることは前述の標準に準ずることを妨げたり製造コストの増大を伴ったりする問題があった。
【０００９】
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、パッケージのタイプ（外部形状および外部寸法）を大型化することなく、ゲートワイヤおよびドレインワイヤのワイヤ長を延長できる高周波半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の発明にかかる高周波半導体装置は、キャビティを有するパッケージと、該キャビティ底面に配置され、上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体チップと、該キャビティ底面に配置されたゲートフレームと、該キャビティ底面に配置されたドレインフレームと、該キャビティ底面に配置されたソースフレームと、該ゲート電極と該ゲートフレームを接続するゲートワイヤと、該ドレイン電極と該ドレインフレームを接続するドレインワイヤと、該ソース電極と該ソースフレームを接続するソースワイヤとを備える。そして、該半導体チップは、該半導体チップが該キャビティ底面の中央部に配置された場合と比較して該ゲートワイヤおよび該ドレインワイヤの長さが長くなるように該中央部から所定のオフセットだけ離間して配置されたことを特徴とする。
【００１１】
本願の発明にかかる高周波半導体装置は、キャビティを有するパッケージと、該キャビティ底面に配置され、上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体チップと、該キャビティ底面に配置されたゲートフレームと、該キャビティ底面に配置されたドレインフレームと、該キャビティ底面に配置されたソースフレームと、該ゲート電極と該ゲートフレームを接続するゲートワイヤと、該ドレイン電極と該ドレインフレームを接続するドレインワイヤと、該ソース電極と該ソースフレームを接続するソースワイヤとを備える。そして、該ゲート電極は、該ゲート電極が該ゲートフレームと最近接して配置された場合と比較して該ゲートワイヤの長さを長くするように、該半導体チップ上面のうち該ゲートフレームと最近接せず該ゲートフレームと離間した位置に配置され、該ドレイン電極は、該ドレイン電極が該ドレインフレームと最近接して配置された場合と比較して該ドレインワイヤの長さを長くするように、該半導体チップ上面のうち該ドレインフレームと最近接せず該ドレインフレームと離間した位置に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本願の発明にかかる高周波半導体装置は、キャビティを有するパッケージと、該キャビティ底面に配置され、上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体チップと、該キャビティ底面に配置されたゲートフレームと、該キャビティ底面に配置されたドレインフレームと、該キャビティ底面に配置されたソースフレームと、該ゲート電極と該ゲートフレームを接続するゲートワイヤと、該ドレイン電極と該ドレインフレームを接続するドレインワイヤと、該ソース電極と該ソースフレームを接続するソースワイヤとを備える。そして、該ゲートワイヤと該ドレインワイヤは該ソースワイヤよりも該キャビティ底面に対して垂直方向に高く伸びることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によりパッケージを大型化することなくゲートワイヤとドレインワイヤを延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態
本実施形態は図１〜図７を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。
【００１５】
図１は本実施形態の高周波半導体装置１０を説明する正面図であり、説明の便宜上パッケージの有するキャビティ内も表示する図である。パッケージ１２は例えばモールド樹脂などの非導電体である。パッケージ１２はキャビティ１６を備え、その容積はパッケージ１２およびその蓋であるキャップ１４により規定される。
【００１６】
そして、キャビティ１６底面にはソースフレーム２０が配置されている。ソースフレーム２０は後述の半導体チップを高周波半導体装置の外部と電気的に接続するための導電体である。ソースフレーム２０の所定位置には接着剤１５を介して半導体チップ１３が配置される。半導体チップ１３は、図１から把握されるように、キャビティ１６底面の中央部ではなく中央部から所定のオフセット（所定の距離）だけ離間して配置されている。本実施形態でこのオフセットは１００μｍ以上である。つまり、半導体チップ１３はキャビティ１６底面の中央部よりもキャビティ１６側壁側へ１００μｍ以上離間している。
【００１７】
半導体チップ１３はその上面にゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する。キャビティ１６底面の平面図である図３には上述のゲート電極、ソース電極、ドレイン電極がゲート電極６０、ソース電極６４、ドレイン電極６２として示されている。前述のソースフレーム２０はこのソース電極６４と高周波半導体装置外部とを接続するためのリードフレームである。
【００１８】
ソースフレーム２０と同様に、ゲートフレーム１８とドレインフレーム２２もキャビティ１６底面に配置されている。ゲートフレーム１８とドレインフレーム２２はそれぞれゲート電極６０とドレイン電極６２を高周波半導体装置外部と接続するためのリードフレームであり、ソースフレーム２０と同様に高周波半導体装置外部へ伸びる部分を有する。ゲートフレーム１８とドレインフレーム２２は、図１の側面図である図２に示されている。
【００１９】
半導体チップ１３の各電極と前述の各フレームとの接続は金線ワイヤを用いて行われる。前述の金線ワイヤによる接続は図３を参照して説明する。まず、ソースワイヤ３０は、一端が半導体チップ１３のソース電極６４と接続され、他端がソースフレーム２０に接続される。
【００２０】
ゲートワイヤ３２は、一端が半導体チップ１３のゲート電極６０と接続され、他端がゲートパッド１９に接続される。ゲートパッド１９とはゲートフレーム１８の一部であってワイヤ接続可能な領域のことをいう。ここで、ゲートワイヤ３２とゲートパッド１９との接続点はゲートパッド１９の中央部ではなく、当該接続点をゲートパッド中央部に設けた場合と比較してゲートワイヤ３２の長さが長くなるように、ゲートパッド１９の中央部から離間した位置に設けられる。具体的にはゲートパッド１９のなかで、ゲートパッド１９の中央部よりも半導体チップ１３と離間した位置にゲートワイヤ３２が接続される。
【００２１】
ドレインワイヤ３４は、一端が半導体チップ１３のドレイン電極６２と接続され、他端がドレインパッド２３に接続される。ドレインパッド２３とはドレインフレーム２２の一部であってワイヤ接続可能な領域のことをいう。ここで、ドレインワイヤ３４とドレインパッド２３との接続点はドレインパッド２３の中央部ではなく、当該接続点をドレインパッド中央部に設けた場合と比較してドレインワイヤ３４の長さが長くなるように、ドレインパッド２３の中央部から離間した位置に設けられる。具体的にはドレインパッド２３のなかで、ドレインパッド２３の中央部よりも半導体チップ１３と離間した位置にドレインワイヤ３４が接続される。
【００２２】
本実施形態の高周波半導体装置は上述の構成を備える。以後、本実施形態の高周波半導体装置の作用効果について説明する。
【００２３】
高周波半導体装置においては装置の安定性を表す安定係数Ｋを良好な値とすることが求められる。安定係数とは高周波半導体装置が不安定動作を起こすかを示す重要なファクタであり以下の式１により算出される。
【００２４】
【数１】
2010171126.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｋは安定係数であり、Ｓ１１は入力電力反射係数であり、Ｓ２２は出力電力反射係数であり、Ｓ２１は電力利得であり、Ｓ１２は逆方向電力利得である。
【００２６】
上述のＳ１２は高周波信号の通過損失を表し、この値を低減することが安定係数Ｋの改善に効果的である。そこで本願の発明者は鋭意研究を行った結果、金線ワイヤ長を変化させる試験を行い、ゲートワイヤとドレインワイヤのワイヤ長を延長することでＳ１２（逆方向電力利得）を低減できることを見出した。その結果を図４に示す。図４は本実施形態におけるＳ１２（逆方向電力利得）の周波数特性と、比較例におけるＳ１２（逆方向電力利得）の周波数特性とを比較するグラフである。
【００２７】
ここで、比較例の構成は、図３で示されるパッケージのキャビティ底面の構成とほぼ同等であるが、半導体チップがキャビティ底面の中央部に配置され、かつ、ゲートワイヤとゲートパッドとはゲートパッドの中央部において接続され、ドレインワイヤとドレインパッドとはドレインパッドの中央部において接続される構成である。
【００２８】
図４から把握されるように、比較例の高周波半導体装置の周波数特性は高周波側でＳ１２（逆方向電力利得）が悪化する。一方、本実施形態の高周波半導体装置の周波数特性は高周波側であってもＳ１２（逆方向電力利得）の劣化がなくＳ１２の低減が可能であることが示されている。
【００２９】
このようにゲートワイヤとドレインワイヤのワイヤ長を延長することは、Ｓ１２の低減に有効なものではあるが、標準によって定められたパッケージ外形および寸法の制約がある中でワイヤ長を延長することは困難であるという問題があった。
【００３０】
しかしながら、本実施形態の構成によれば半導体チップ１３がキャビティ１６底面の中央部に配置された場合と比較してゲートワイヤ３２およびドレインワイヤ３４の長さが長くなるように中央部から所定のオフセット（１００μｍ以上）だけ離間して配置される。よって、ゲートワイヤ３２とドレインワイヤ３４の延長が可能であり、Ｓ１２の低減、すなわち安定係数の改善を行うことができる。
【００３１】
さらに、前述の通り、ドレインワイヤ３４とドレインパッド２３との接続点はドレインパッド２３の中央部ではなく、当該接続点をドレインパッド中央部に設けた場合と比較してドレインワイヤ３４の長さが長くなるように、ドレインパッド２３の中央部から離間した位置に設けられる。また、ゲートワイヤ３２も同様の方法で延長されている。よって半導体チップ１３をキャビティ１６底面の中央部から離間させることに加えて、更にゲートワイヤ３２とドレインワイヤ３４を延長することができるから、本発明の効果を高めることができる。
【００３２】
上述のように半導体チップの位置および金線ワイヤの接続点を変更することは、キャビティ容積の増大を伴わずに実施できるので、パッケージ外形および寸法の変更は不要でありコストの増加などの弊害はない。
【００３３】
本実施形態の主要な特徴はパッケージ外形および寸法の変更なく、ゲートワイヤとドレインワイヤの延長を可能とする構成を提供できる点にある。従って、本発明の範囲内で様々な変形が可能である。
【００３４】
図５はそのような変形の一例を説明するための図である。図５は図３に対応する図であり、キャビティ底面を表す平面図である。図５では半導体チップ１３が図３の場合と比べて９０°回転して配置される。すなわち、半導体チップ１３上におけるゲート電極６０は、ゲート電極６０がゲートパッド１９と最近接して配置された場合と比較してゲートワイヤの長さを長くするように、半導体チップ１３上面のうちゲートパッド１９と最近接せずゲートパッド１９と離間した位置に配置される。また、半導体チップ１３上におけるドレイン電極６２は、ドレイン電極６２がドレインパッド２３と最近接して配置された場合と比較してドレインワイヤ７３の長さを長くするように、半導体チップ１３上面のうちドレインパッド２３と最近接せずドレインパッド２３と離間した位置に配置されている。このような構成とすると、半導体チップ１３をキャビティ底面の中央部に配置しても、パッケージの変更を伴わずゲートワイヤおよびドレインワイヤの延長が可能であり、本発明の効果を得ることができる。
【００３５】
図５のような構成とすることは上述の効果を得ることができるが、ゲートワイヤとドレインワイヤが平行重複（接近）状態となるとＳ１２（逆方向電力利得）に悪影響を及ぼす。そのため、図５では、この点に留意してゲートワイヤ７１はゲートパッド１９の中央部に接続し、ドレインワイヤ７３はドレインパッド２３の中央部に接続している。ただし、図３を参照して説明したようにゲートワイヤおよびドレインワイヤのゲートパッドおよびドレインパッド上の接続点をそれぞれの中央部から離間させることによるワイヤ長の延長は、前述の平行重複（接近）状態による悪影響を回避できれば実施しても良い。
【００３６】
図６は別の変形の一例を説明する図である。図６は図３に対応する図であり、キャビティ底面を表す平面図である。図６ではソースフレーム８０が図３の場合よりも拡張して配置される。すなわち、半導体チップ１３の配置位置の自由度が高まるから、ゲートワイヤ８２およびドレインワイヤ８４を延長する際のワイヤ長としてとりえる値を拡張することができる。また、図６に示すようにゲートワイヤ８２とドレインワイヤ８４の長さを独立に制御でき、かつ、それぞれのワイヤが最も近接しない（最も離間する）ワイヤ配置とすることができる。また、半導体チップ１３の配置位置の自由度が高まった結果、ゲートワイヤ８２とドレインワイヤ８４の相対角度を９０°以上として伝送損失を抑制することが容易化できる。
【００３７】
図７は別の変形の一例を説明する図である。図７は半導体チップ１３および半導体チップ１３から伸びる各ワイヤを拡大した斜視図である。図７では、本発明の効果を得るために、ゲートワイヤ９０とドレインワイヤ９２をソースワイヤ９８よりも半導体チップ上面すなわちキャビティ底面に対して垂直方向に高く伸びるようにした構成が示されている。この場合に、ゲートワイヤ９８とドレインワイヤ９２がパッケージの蓋であるキャップと接触しないように形成される。このようにドレインワイヤ９２とソースワイヤ９８をキャビティ底面に対して垂直方向に高く伸びるようにすると、ドレインワイヤ９２とソースワイヤ９８を延長することができるため、本発明の効果を得ることができる。
【００３８】
本実施形態で、半導体チップはキャビティ底面の中央部から１００μｍのオフセットを設けて配置されることとしたが、本発明はこれに限定されない。この１００μｍの値は例示であって、前述のオフセットを設ける限りにおいてゲートワイヤとドレインワイヤの延長ができるので本発明の効果を得ることができる。
【００３９】
本実施形態ではワイヤは金線ワイヤとしたが、他の材料であっても良い。その他、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態の高周波半導体装置を説明する正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】キャビティ内の平面図である。
【図４】逆方向電力利得の周波数特性を説明する図である。
【図５】半導体チップが図３の場合と比べて９０°回転して配置された構成を説明するキャビティ内の平面図である。
【図６】ソースフレームを拡張した場合のキャビティ内の平面図である。
【図７】ゲートワイヤおよびドレインワイヤ高さを伸ばした構成を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  高周波半導体装置、  １２  パッケージ、  １３  半導体チップ、  １６  キャビティ、  １８  ゲートフレーム、  ２０  ソースフレーム、  ２２  ドレインフレーム、  ３０  ソースワイヤ、  ３２  ゲートワイヤ、  ３４  ドレインワイヤ  
【図１】
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【図２】
2010171126.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010171126.tif 000008
【図６】
2010171126.tif 000009
【図７】
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