(57)【要約】【課題】  半導体デバイスを金属製の基部に搭載した半導体装置において、基部からのノイズに対して耐性を付与することによって、より安定して動作する半導体装置を提供する。【解決手段】  金属製の基部２と、基部２に搭載された半導体デバイス１０と、基部２および半導体デバイス１０の間に介在する絶縁物３と、基部と絶縁された状態で基部に設けられた外部接続端子４ａ、４ｂと、を備える半導体装置１であって、半導体装置１は、基部２から、基部２および半導体デバイス１０の間の寄生容量を経由して半導体デバイス１０に侵入するノイズの侵入経路に位置するように、基部２および半導体デバイス１０の間において基部２に取り付けられ、ノイズに対して高インピーダンスを示すインピーダンス構造部２０を備えている。【選択図】図１
2014120602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基部（２）と、
当該基部に搭載された半導体デバイス（１０）と、
前記基部および前記半導体デバイスの間に介在する絶縁物（３）と、
を備える半導体装置（１、１ａ〜１ｄ）であって、
前記基部から、当該基部および前記半導体デバイスの間の寄生容量を経由して前記半導体デバイスに侵入するノイズの侵入経路に位置するように、前記基部および前記半導体デバイスの間において前記基部に取り付けられ、前記ノイズに対して高インピーダンスを示すインピーダンス構造部（２０、２０ａ、２０ｂ、３０、４０、５０、６０）を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記基部には、前記インピーダンス構造部（２０、２０ａ、２０ｂ、３０）を収容するための収容部（２ａ）が形成され、
前記インピーダンス構造部の少なくとも一部は、前記収容部に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基部と絶縁された状態で当該基部に設けられた外部接続端子（４ａ、４ｂ）をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記インピーダンス構造部は、前記ノイズの前記半導体デバイスへの侵入を妨げるための少なくとも１つの第１コイル（２１、２３、２４、３１）を有し、
当該第１コイルの少なくとも一部（２１ｂ、２３ａ、２４ｂ、３１ａ）が前記基部に接触していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１コイル（２１、２４）は、互いに線対称に形成された複数のスパイラル構造部（２１ａ、２４ａ）を有していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記収容部に設けられ、前記絶縁物を介して前記半導体デバイスが取り付けられたデバイス支持部（６）をさらに有し、
前記インピーダンス構造部（３０）は、前記デバイス支持部と前記基部の間に介在し、前記基部および前記デバイス支持部に電気的に接続された前記第１コイル（３１）を有するスペーサ（３０）で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記インピーダンス構造部（４０、５０、６０）は、前記基部の表面に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記インピーダンス構造部は、前記ノイズの前記半導体デバイスへの侵入を妨げるための少なくとも１つの第２コイル（４２、５２、６２）を有していることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記インピーダンス構造部（４０、６０）は、前記半導体デバイスと前記基部とを絶縁するための第１の絶縁構造部（４１、６１）をさらに有し、
前記第２コイルは、前記第１の絶縁構造部と前記基部の間、および前記第１の絶縁構造部と前記半導体デバイスの間の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の絶縁構造部（４１）は、前記基部に向かって開口するとともに前記半導体デバイスに向かって形成された凹部（４１ａ）を有し、
前記第２コイル（４２）は、前記凹部の前記基部側の端部から前記半導体デバイスに向かって、前記凹部の内面に沿ってスパイラル状に延びていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記インピーダンス構造部（５０）は、前記半導体デバイスと前記基部とを絶縁するための第２の絶縁構造部（５１）をさらに有し、
前記第２コイル（５２）は、前記第２の絶縁構造部に内蔵されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の基部に半導体デバイスを搭載した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この半導体装置は、半導体デバイスとして電解効果トランジスタを備えており、その電極にはリードフレームが接続されている。ゲート電極とリードフレームの間には、スパイラルコイル形状のスパイラルコイル部が設けられており、このスパイラルコイル部およびボンディングワイヤを介して、リードフレームがゲート電極に接続されている。このような半導体装置では、スパイラルコイル部が、特に高周波ノイズに対して高リアクタンスになり、その結果、電界効果トランジスタへのノイズの伝搬が妨げられる。
【０００３】
また、従来の半導体装置として、半導体デバイスおよびこれに接続されたリードフレームなどを、主に剛性や放熱性の確保を目的として、金属製のベースに絶縁物を介して搭載したものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３１３０８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した金属ベースに半導体デバイスを搭載した半導体装置では、リードフレームを介して半導体デバイスにその端子から直接、侵入するノイズ以外に、金属ベースから半導体デバイスに侵入するノイズが存在することが発見された。具体的には、半導体装置の半導体デバイス、信号配線および電源配線などは、通常、絶縁物を介して金属ベースに設けられるものの、実際には、例えば静電気放電に起因して高電圧が生じたときに、各配線と金属ベースの間の寄生容量、金属ベース、および金属ベースと半導体デバイスとの間の寄生容量を経由して、半導体デバイスに電流がノイズとして侵入してしまうことがある。また、例えば電磁ノイズなどの半導体装置の外部からの外来ノイズが金属ベースに侵入し、金属ベースおよび寄生容量を経由して半導体デバイスに侵入してしまうおそれもある。
【０００６】
これらに対し、上述した特許文献に係る半導体装置では、半導体デバイスの端子から直接、侵入しようとするノイズは、リードフレームに設けたスパイラルコイル部によって減衰されるものの、半導体デバイスが金属ベースに設けられている場合、金属ベース側から侵入するノイズに対して無防備であるため、金属ベース側から侵入したノイズによって、半導体デバイスに誤作動などの不具合が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、半導体デバイスを金属製の基部に設けた半導体装置において、基部側からのノイズに対して耐性を付与することによって、より安定して動作する半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の半導体装置は、金属製の基部と、当該基部に設けられた絶縁物と、前記基部に前記絶縁物を介して搭載された半導体デバイスと、前記基部と、前記基部と絶縁された状態で当該基部に設けられた外部接続端子と、を備える半導体装置であって、前記基部から、当該基部および前記半導体デバイスの間の寄生容量を経由して前記半導体デバイスに侵入するノイズの侵入経路に位置するように、前記基部および前記半導体デバイスの間において前記基部に取り付けられ、前記ノイズに対して高インピーダンスを示すインピーダンス構造部を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この半導体装置によれば、金属製の基部に絶縁物を介して搭載された半導体デバイスに侵入しようとするノイズに対して高いインピーダンスを示すインピーダンス構造部が設けられている。このインピーダンス構造部は、基部と半導体デバイスとの間において基部に取り付けられており、基部、および基部と半導体デバイスとの間の寄生容量を経由して侵入するノイズの侵入経路に位置している。これにより、基部から半導体デバイスに侵入しようとするノイズの半導体デバイスへの侵入が妨げられる。したがって、基部側から侵入するノイズに起因する半導体デバイスの誤作動などの不具合を抑制でき、より優れたノイズ耐性を有する半導体装置を得ることができる。
【００１０】
請求項２に係る半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、前記基部には、前記インピーダンス構造部を収容するための収容部が形成され、前記インピーダンス構造部の少なくとも一部は、前記収容部に収容されていることを特徴とする。
【００１１】
この半導体装置によれば、インピーダンス構造部の少なくとも一部は基部の収容部に収容されているので、半導体装置の大型化を抑制しながら、基部からのノイズに対する半導体デバイスの耐性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に係る半導体装置は、請求項１または２に記載の半導体装置において、前記基部と絶縁された状態で当該基部に設けられた外部接続端子をさらに備えていることを特徴とする。
【００１３】
この半導体装置によれば、外部接続端子から、寄生容量を介して基部に侵入し、さらに半導体デバイスに侵入しようとするノイズは、その侵入経路に位置するように設けられた高インピーダンス構造部によって、半導体デバイスへの侵入が妨げられる。これにより、外部接続端子からのノイズに対する半導体デバイスの耐性を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に係る半導体装置は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記インピーダンス構造部は、前記ノイズの前記半導体デバイスへの侵入を妨げるための少なくとも１つの第１コイルを有し、当該第１コイルの少なくとも一部が前記基部に接触していることを特徴とする。
【００１５】
この半導体装置によれば、第１コイルの少なくとも一部が基部に接触していることにより、基部から半導体デバイスに侵入しようとするノイズは、基部に少なくとも一部が接触した第１コイルに導かれる。それによりノイズがコイルを伝搬することにより、コイルのインダクタンスよってノイズの侵入を確実に妨げることができる。
【００１６】
請求項５に係る半導体装置は、請求項４に記載の半導体装置において、前記第１コイルは、互いに線対称に形成された複数のスパイラル構造部を有していることを特徴とする。
【００１７】
この半導体装置によれば、第１コイルのスパイラル構造部が互いに線対称に形成されていることにより、対称のスパイラル構造部の間で相互インダクタンスが抑制される。それにより、第１コイルの自己インダクタンス、すなわちノイズに対してより高い実効インダクタンスを確保できるので、ノイズを効果的に妨げることができる。
【００１８】
請求項６に係る半導体装置は、請求項４に記載の半導体装置において、前記収容部に設けられ、前記絶縁物を介して前記半導体デバイスが取り付けられたデバイス支持部をさらに有し、前記インピーダンス構造部は、前記デバイス支持部と前記基部の間に介在し、前記基部および前記デバイス支持部に電気的に接続された前記第１コイルを有するスペーサで構成されていることを特徴とする。
【００１９】
この半導体装置によれば、基部の収容部に収容されたデバイス支持部と収容部との間の間隙にスペーサが介在しており、このスペーサに設けられ、デバイス支持部および基部に電気的に接続された第１コイルによって、ノイズが低減される。このように、基部から半導体デバイスに侵入しようとするノイズがスペーサを通過するように構成されているので、第１コイルのインダクタンスによってノイズの侵入を確実に妨げることができる。
【００２０】
請求項７に係る半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、前記高インピーダンス構造部は、前記基部の表面に取り付けられていることを特徴とする。
【００２１】
この半導体装置によれば、基部の表面に取り付けられた高インピーダンス構造部が、基部から半導体デバイスに侵入しようとするノイズに対して高いインピーダンスを示すことによって、半導体デバイスへのノイズの侵入を妨げることができる。このように、インピーダンス構造部が基部とは別個に設けられるので、インピーダンス構造部を基部に容易に取り付けることができる。
【００２２】
請求項８に係る半導体装置は、請求項７に記載の半導体装置において、前記インピーダンス構造部は、前記ノイズの前記半導体デバイスへの侵入を妨げるためのための少なくとも１つの第２コイルを有していることを特徴とする。
【００２３】
この半導体装置によれば、前述した請求項４に係る半導体装置と同様に、半導体デバイスに侵入しようとするノイズが第２コイルを伝搬する間に、そのインダクタンスによってノイズの侵入を確実に妨げることができる。
【００２４】
請求項９に係る半導体装置は、請求項８に記載の半導体装置において、前記インピーダンス構造部は、前記半導体デバイスと前記基部とを絶縁するための第１の絶縁構造部をさらに有し、前記第２コイルは、前記第１の絶縁構造部と前記基部の間、および前記第１の絶縁構造部と前記半導体デバイスの間の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
この半導体装置によれば、インピーダンス構造部の第１の絶縁構造部と基部との間、およびインピーダンス構造部の第１の絶縁構造部と半導体デバイスとの間の少なくとも一方に設けられた第２コイルによって、ノイズの侵入が妨げられる。このように、基部と半導体デバイスの間のノイズの伝搬経路上に第２コイルを配置したことにより、第２コイルによってノイズの侵入を確実に妨げることができる。
【００２６】
請求項１０に係る半導体装置は、請求項９に記載の半導体装置において、前記第１の絶縁構造部は、基部に向かって開口するとともに半導体デバイスに向かって形成された凹部を有し、前記第２コイルは、前記凹部の前記基部側の端部から前記半導体デバイスに向かって、前記凹部の内面に沿ってスパイラル状に延びていることを特徴とする。
【００２７】
この半導体装置によれば、基部からのノイズは、第１の絶縁構造部の基部に向かって開口する凹部に設けられた第２コイルに、基部により近い基部側の端部付近から侵入する。そして、凹部の内面に沿ってスパイラル状に形成された第２コイルを伝搬する。
【００２８】
以上の構成によれば、スパイラル状の第２コイルの一方の端部を、第２コイルの他の部位よりも基部により近い位置に配置できるので、他の部位よりも基部と電気的により強く接続させることができる。それにより、基部からのノイズを、第２コイルの基部側の端部付近から第２コイルに侵入させることができ、第２コイルでのノイズの伝搬距離がより長くなるので、ノイズに対する第２コイルのインピーダンスをより高くすることができ、ノイズの侵入を妨げる効果を向上させることができる。
【００２９】
請求項１１に係る半導体装置は、請求項９に記載の半導体装置において、前記インピーダンス構造部は、前記半導体デバイスと前記基部とを絶縁するための第２の絶縁構造部をさらに有し、前記第２コイルは、前記第２の絶縁構造部に内蔵されていることを特徴とする。
【００３０】
この半導体装置によれば、基部から半導体デバイスに侵入しようとするノイズは、第２コイルを内蔵した第２の絶縁構造部を有するインピーダンス構造部によって妨げられる。このように、基部から半導体デバイスへのノイズの伝搬経路に配置された絶縁構造部に第２コイルを内蔵させることにより、ノイズを第２コイルのインダクタンスによって確実に妨げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置のインピーダンス構造部を示す平面図である。
【図３】図１の半導体装置を模式的に示す図である。
【図４】図１の半導体装置に電圧を印加したときに、半導体デバイスに設けたキャパシタの端子間に生じる電圧を、インピーダンス構造部のインダクタンスに応じて示す図である。
【図５】図１の半導体装置の第１の変形例のインピーダンス構造部を示す平面図である。
【図６】図１の半導体装置の第２の変形例のインピーダンス構造部を示す平面図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図８】図７の半導体装置のインピーダンス構造部を示す斜視図である。
【図９】第３実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１０】図９の半導体装置のインピーダンス構造部を示す平面図（Ａ）および同図の線Ｃ−Ｃに沿う断面図（Ｂ）である。
【図１１】第４実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１２】図１１の半導体装置のインピーダンス構造部を示す平面図（Ａ）および同図の線Ｄ−Ｄに沿う断面図（Ｂ）である。
【図１３】第５実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１４】比較例に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の第１実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の半導体装置１は、基板２（基部）と、絶縁物３と、絶縁物３を介して基板２に搭載された半導体デバイス１０と、半導体デバイス１０に電気的に接続されたリードフレーム４ａおよび４ｂ（外部接続端子）などを備えている。以下、便宜上、半導体デバイス１０側を半導体装置１の「上」側として、また、基板２側を「下」側として説明する。
【００３３】
基板２は、半導体デバイス１０を取り付けるための基材として設けられており、主に剛性や放熱性の確保を目的として金属によって構成されている。絶縁物３は絶縁性の接着剤であり、これにより、半導体デバイス１０は基板２に電気的に絶縁された状態で設けられている。半導体デバイス１０は、半導体ウェハに例えばキャパシタ、トランジスタおよびダイオードなどの半導体素子を形成したものであり、ウェハ基板１０ａおよび半導体素子が形成された素子形成部１０ｂ、および素子形成部１０ｂに設けられた端子１０ｃ、１０ｄなどを有している。
【００３４】
また、リードフレーム４ａ、４ｂは、半導体デバイス１０と同様に絶縁物３によって基板２と絶縁された状態でこれに設けられている。リードフレーム４ａ、４ｂは、端子１０ｃ、１０ｄを介して半導体デバイス１０に電力を供給したり信号を入出力したりするために、ボンディングワイヤ５によって端子１０ｃ、１０ｄにそれぞれ接続されている。
【００３５】
基板２には、凹部２ａ（収容部）が形成されている。この凹部２ａは基板２の上方に開放しており、方形の平面形状と所定の深さを有している。また、凹部２ａは、上方から見たときに半導体デバイス１０よりも大きなサイズになるように形成されている。この凹部２ａにはインピーダンス構造部２０が収容された状態で取り付けられている。インピーダンス構造部２０は、凹部２ａとほぼ同じ形状および大きさでブロック状に形成されており、基板２との間にほぼ隙間のない状態で凹部２ａに収容されている。
【００３６】
また、インピーダンス構造部２０は、図２にハッチングで示すコイル２１（第１コイル）、および絶縁体２２を有している。コイル２１は、上下方向に幅の広い帯状の導線で構成されており、対称中心線Ａについて対称に形成されている。コイル２１は、この対称中心線Ａの両側で導線をそれぞれスパイラル状に巻くことで形成されたスパイラル部２１ａ、２１ａを有している。また、各スパイラル部２１ａの凹部２ａに対向する外縁部の側面には、基板２に向かって突出する凸部２１ｂがスパイラル部２１ａと一体に設けられており、これらは基板２にそれぞれ接触している。
【００３７】
絶縁体２２は、コイル２１を構成する導線の間の隙間を満たすように設けられている。この絶縁体２２は、基板２と熱膨張係数（以下「ＣＴＥ」という）が近似した絶縁材料で構成されている。また、インピーダンス構造部２０が凹部２ａに収容されたときに、コイル２２が凹部２ａの底面に接触しないように、コイル２２の下側にも絶縁体２２が形成されており、それによりコイル２２は、凸部２１ｂ、２１ｂだけで基板２に接触している。また、半導体デバイス１０は、図２に二点鎖線で示す位置、すなわちインピーダンス構造部２０の直上に配置され、インピーダンス構造部２０を介して基板２に搭載されており、インピーダンス構造部２０のコイル２１によって下方から覆われている。
【００３８】
なお、基板２、コイル２１および絶縁体２２を構成する材料の組合わせとして、次に示すものが挙げられる。例えば、基板２をＣＴＥが４．８〜５．２のコバールで、コイル２１をＣＴＥが４．８〜５．２のコバールで、また、絶縁体２２をＣＴＥが３．４〜６．０の硬質ガラスでそれぞれ構成する。または、基板２をＣＴＥが６．５〜８．３の銅−タングステン合金で、コイル２１をＣＴＥが８程度に設計された４２アロイコアを用いた銅クラッド材で、また、絶縁体２２をＣＴＥが８．５〜９．０のソーダガラスで構成する。または、基板２をＣＴＥが１７．２のＳＵＳ３０４で、コイル２１をＣＴＥが１７．８〜１８．２のりん青銅で、また、絶縁体２２をＣＴＥが２２のポリフェニレンオキシドでそれぞれ構成する。以上のように、基板２、コイル２１および絶縁体２２の材料として、熱膨張率が互いに近似したものが採用される。
【００３９】
また、基板２の他の材料として、４２アロイ、インバーコアまたは４２アロイコアを用いた銅クラッド材、Ｃｕ−Ｗ合金、５０アロイ、４７６アロイ、およびＡｌ−ＳｉＣ（混合焼成物）などのいずれかを用いてもよい。また、コイル２１の他の材料として、４２アロイ、インバーコアを用いた銅クラッド材、パーマロイＢ、ＳＵＳ４３０、パーマロイＣ、純銅、およびアルミニウムなどのいずれかを用いてもよい。また、絶縁体２２の他の材料として、アルミナ、エポキシ（フィラー添加）、ガラス繊維を混合したポリフフェニレンオキシドなどのいずれかを用いてもよい。
【００４０】
基板２、コイル２１および絶縁体２２を構成する材料は、上記の材料から、熱膨張率、コイル２１の透磁率および製造コストなどを勘案し、温度変化および経年劣化に対する耐性や、後述するノイズに対するインピーダンスが確保されるように、それぞれ決定される。また、熱膨張率の差による影響を抑制するために、コイル２１の導線の厚みをより薄く形成することが望ましい。また、コイル２１には透磁率のより高い材料を用いることが望ましい。
【００４１】
図１４は、上述した半導体装置１の比較例に係る半導体装置１００を示している。この比較例の半導体装置１００は、半導体装置１からインピーダンス構造部２０を省略したものであり、この半導体装置１００では、ノイズが基板２から半導体デバイス１０に侵入する経路が存在する。具体的には、リードフレーム４ａ、４ｂなどの基板２に設けられた各種の配線と基板２が寄生容量を介して電気的に接続され、さらに、基板２と半導体デバイス１０もまた、寄生容量を介して電気的に接続され、その結果、同図に破線で示す経路でノイズの侵入経路が構成されてしまう。また、例えば電磁ノイズＮが基板２に直接、侵入した場合でも、上記のような侵入経路が構成されてしまう。
【００４２】
これに対し、半導体装置１によれば、基板２との間の寄生容量を介してリードフレーム４ａ、４ｂなどから基板２に侵入したノイズは、半導体デバイス１０と基板２の間にインピーダンス構造部２０が介在し、そのコイル２１の凸部２１ｂ、２１ｂが基板２に接触していることにより、凸部２１ｂ、２１ｂを介してコイル２１に導かれる。そして、ノイズは、コイル２１を伝搬し、そのインダクタンスによって半導体デバイス１０へのノイズの侵入が妨げられる。
【００４３】
図３は、上述した半導体装置１を模式的に示したモデルである。同図に示すように、半導体デバイス１０には、素子形成部１０ｂの半導体素子としてキャパシタ１１およびＥＳＤダイオード１２が形成されている。キャパシタ１１の一方の端子には、リードフレーム４ａが接続されている。また、例えば静電気放電に起因する高電圧（以下「ＥＳＤ電圧」という）が、リードフレーム４ａから侵入してキャパシタ１１に印加されるのを防止するために、ツェナーダイオードで構成されたＥＳＤ保護ダイオード１２が、半導体素子として設けられており、そのアノード側が接地されるとともに、カソード側がリードフレーム４ａにパッド１２ａを介して接続されている。
【００４４】
また、コンデンサＣは、上述したノイズの侵入経路におけるリードフレーム４ａと半導体デバイス１０との間の寄生容量を表し、抵抗Ｒ１（例えば３５ｋΩ）は、ボンディングワイヤ５の抵抗を表し、抵抗Ｒ２（例えば１Ｅ９Ω）は、例えば半導体装置１を収容した筐体の抵抗を表すものである。
【００４５】
以上のようなモデルを用いたシミュレーションを行ったところ、以下に示す結果が得られた。図４は、リードフレーム４ａに、所定の電圧（例えば１５ｋＶ）をＥＳＤ電圧に見立てて瞬時的（例えば４０ｐｓｅｃ）に印加した場合に、キャパシタ１１の端子間に生じる電圧を示している。同図に示すように、インピーダンス構造部２０のインピーダンスの値が０のとき、すなわち、本発明を適用せず、インピーダンス構造部２０を設けない場合、キャパシタ１１の端子間電圧が瞬時的に９５６Ｖに上昇した。
【００４６】
これは、リードフレーム４ａに印加したＥＳＤ電圧による電流が、ＥＳＤ保護ダイオード１２を介して逃がされることなく、基板２を経由する侵入経路でキャパシタ１１に侵入し、その端子間電圧を上昇させたことを示している。一方、本発明を適用してインピーダンス構造部２０を設けた場合、そのインピーダンスの値に応じて、端子間電圧が低減される。
【００４７】
具体的には、インピーダンスの値を１ｎＨに設定した場合、端子間電圧の値が８３０Ｖに減少しており、基板２を経由してキャパシタ１１に侵入するノイズの影響が、インピーダンス構造部２０によって低減されることが確認された。また、インピーダンス構造部２０のインピーダンスの値をより大きな１０ｎＨに設定すると、端子間電圧がほぼ４００Ｖにさらに低減され、インピーダンスをより大きな値に設定するほど、端子間電圧の変動が抑制されることが確認された。特に、インピーダンスの値を１μＨまで上昇させた場合、端子間電圧の変動幅が８Ｖ程度に抑制され、基板２側からのノイズの影響がほぼ消失することが確認された。本実施形態では、リードフレーム４ａ、４ｂなどの基板２上の端子や配線から基板２に侵入したノイズ、および基板２に侵入した電磁ノイズに対して高いインピーダンスを示すように、すなわちこれらのノイズの半導体デバイス１０への侵入が妨げられるように、インピーダンス構造部２０のインピーダンスが設定される。
【００４８】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置１によれば、金属製の基板２に半導体デバイス１０を搭載した場合において、基板２から半導体デバイス１０に侵入するノイズの侵入経路上にインピーダンス構造部２０を配置したことにより、静電気放電などに起因するノイズが基板２側から侵入しようとしても、インピーダンス構造部２０がノイズに対して高いインピーダンスを示すことによって、ノイズの半導体デバイス１０への侵入が妨げられる。このように、インピーダンス構造部２０によって基板２側からのノイズに対してより強い耐性が付与されるので、半導体デバイス１０がより安定して動作する半導体装置１を得ることができる。
【００４９】
また、半導体デバイス１０がインピーダンス構造部２０の直上に配置され、インピーダンス構造部２０を介在させた状態で基板２に搭載されていることにより、基板２側から侵入しようとするノイズは必ずインピーダンス構造部２０を通過する。したがって、インピーダンス構造部２０でノイズの侵入を確実に妨げることができる。また、コイル２１が対称中心線Ａの両側に同じスパイラル部２１ａを有していることにより、スパイラル部２１ａ、２１ａの間の相互インダクタンスが抑制されることによって、コイル２１の自己インダクタンス、すなわちノイズに対する実効インダクタンスを高い状態に維持することができる。その結果、インピーダンス構造部２０は、ノイズに対して高いインピーダンスを示すことによって、ノイズを妨げることができる。
【００５０】
また、基板２に設けた収容部２ａにインピーダンス構造部２０が収容され、その直上に半導体デバイス１０を配置しているので、両者１０、２０を含む半導体装置１全体としてのサイズが大きくなることを抑制しながら、半導体デバイス１０を安定して動作させることができる。また、コイル２１の凸部２１ｂ、２１ｂが基板２に接触していることにより、基板２に侵入したノイズはコイル２１に確実に導かれるので、コイル２１のインダクタンスによってノイズを確実に妨げることができる。
【００５１】
次いで、上述した第１実施形態に係る半導体装置１の第１の変形例について説明する。図５は、この変形例に係る半導体装置の基板２およびインピーダンス構造部２０ａを示している。この半導体装置では、基板２に、円形の平面形状を有する凹部２ｂ（収容部）が形成されており、この凹部２ｂに、円筒状のインピーダンス構造部２０ａが収容されている。
【００５２】
インピーダンス構造部２０ａは、第１実施形態の２つのスパイラル部２１ａ、２１ａを有するコイル２１に代えて、単一のスパイラル構造で構成されたコイル２３（第１コイル）と、これを封止する絶縁体２２ａを有している。また、コイル２１と同様に、凹部２ｂに対向するコイル２３の周縁部に設けられた凸部２３ａ、２３ａが、基板２に接触している。また、図５に二点鎖線で示す位置、すなわちインピーダンス構造部２０ａの直上に、半導体デバイス１０が配置されている。他の構成は、前述した第１実施形態と同様である。
【００５３】
以上の構成の第１の変形例に係る半導体装置によれば、基板２側から凸部２３ａを介してコイル２３に侵入したノイズは、コイル２３を伝搬し、そのインダクタンスによって、ノイズの半導体デバイス１０への侵入が妨げられる。このように、インピーダンス構造部２０ａがノイズに対してインピーダンスを示すことによって、第１実施形態に係る半導体装置１と同様に、半導体デバイス１０の動作をより安定させることができる。また、構成のより単純なコイル２３を用いているので、第１実施形態の半導体装置１と比較して、より低いコストで半導体装置１を製造することができる。
【００５４】
図６は、第２の変形例に係る半導体装置の基板２およびインピーダンス構造部２０ｂを示している。この半導体装置では、インピーダンス構造部２０ｂは、第１実施形態のコイル２１に代えてコイル２４を有している。このコイル２４は、対称中心線Ｂについて対称に形成された２つの副コイル部２４ａ、２４ａ（スパイラル構造部）を有しており、各副コイル部２４ａは、並設された２つのスパイラル部をそれぞれ有している。また、各副コイル部２４ａの凹部２ａに対向する側面に凸部２４ｂが形成されており、各副コイル部２４ａは、凸部２４ｂを介して基板２に接触している。
【００５５】
また、図６に二点鎖線で示すように、半導体デバイス１０のうち、ノイズからの保護を要する回路が配置された領域１０ｅが、コイル２４の直上に位置するように、半導体デバイス１０が基板２に搭載されており、これにより、領域１０ｅがインピーダンス構造部２０ｂによって下方から覆われている。他の構成は、前述した第１実施形態と同様である。
【００５６】
以上の構成の第２の変形例に係る半導体装置によれば、第１実施形態およびその第１の変形例と同様に、基板２から凸部２４ｂを介してコイル２４に侵入したノイズは、コイル２４のインダクタンスによって、半導体デバイス１０への侵入を妨げられる。したがって、半導体デバイス１０の少なくとも領域１０ｅは、基板２側から侵入するノイズから保護される。また、副コイル部２４ａ、２４ａが互いに対称に構成されていることにより、第１実施形態と同じく相互インダクタンスが抑制されるので、コイル２４のより大きな実効インダクタンスを確保することができる。以上のように、第２の変形例に係る半導体装置においても、インピーダンス構造部２０ｂがノイズに対してインピーダンスを示すことによって、半導体デバイス１０を安定して動作させることができる。
【００５７】
次いで、第２実施形態に係る半導体装置について、前述した第１実施形態の半導体装置１との差異を中心に説明する。図７に示すように、本実施形態の半導体装置１ａでは、基板２の凹部２ａには、ブロック状のデバイス支持部６が収容されている。このデバイス支持部６は、基板２と同じ金属によって構成され、凹部２ａとの間に間隙が生じるように、凹部２ａよりも小さなサイズに形成されている。デバイス支持部６は、凹部２ａとの間の間隙に設けられ、絶縁材料で構成された絶縁封止材７を介して、凹部２ａに収容されている。また、このデバイス支持部６の上面に、絶縁物３を介して、半導体デバイス１０が搭載されている。
【００５８】
また、凹部２ａとデバイス支持部６との間の間隙には、複数のスペーサ３０（インピーダンス構造部）もまた、設けられている。図８に示すように、各スペーサ３０は、導体で構成されたソレノイドコイル３１（第１コイル）と、これを封止する絶縁材料３２によって円筒状に形成されている。また、ソレノイドコイル３１の両端部３１ａ、３１ａは、絶縁材料３２から突出している。また、スペーサ３０の両端部３１ａ、３１ａを除いた長さは、凹部２ａとデバイス支持部６との間の間隙の幅とほぼ同じに設定されている。
【００５９】
このようなスペーサ３０は、デバイス支持部６の側面と凹部２ａの側面との間に配置されるとともに、デバイス支持部６の下面と凹部２ａの底面との間に配置される。また、ソレノイドコイル３１の一方の端部３１ａがデバイス支持部６に接触するとともに、他方の端部３１ａが基板２に接触している。これにより、ソレノイドコイル３１が基板２およびデバイス支持部６に電気的に接続されている。他の構成は、前述した第１実施形態と同様である。
【００６０】
以上の構成の第２実施形態に係る半導体装置１ａによれば、基板２に侵入したノイズが、凹部２ａに収容されたスペーサ３０のソレノイドコイル３１を通過しようとする際、スペーサ３０は、コイル３１のインダクタンスによってノイズに対してインピーダンスを示し、それによりノイズの侵入が妨げられる。したがって前述した第１実施形態と同様に、半導体装置１ａの大型化を抑制しながら、ノイズにより強い耐性を有し、半導体デバイス１０をより安定して動作させることのできる半導体装置１ａを得ることができる。なお、複数のスペーサ３０を設けた場合、複数のインダクタンスが並列化されることで、ノイズに対するインピーダンスが低下するおそれがあるので、スペーサ３０の数は少ないほうが望ましい。
【００６１】
次いで、第３実施形態に係る半導体装置について、第１実施形態の半導体装置１との差異を中心に説明する。図９に示すように、本実施形態に係る半導体装置１ｂでは、インピーダンス構造部４０が、基板２の一方の面に絶縁物３を介して取り付けられている。半導体デバイス１０は、基板２との間に絶縁物３およびインピーダンス構造部４０が介在した状態で、基板２に搭載されている。
【００６２】
図１０（Ａ）はインピーダンス構造部４０を下方から示しており、同図に示すように、インピーダンス構造部４０は、デバイス支持部４１（第１の絶縁構造部）および複数のコイル４２（第２コイル）を有している。デバイス支持部４１は、例えば硬質ガラスなどの絶縁材料でブロック状に形成されており、そのＣＴＥが半導体デバイス１０および基板２のそれぞれのＣＴＥのほぼ中間の値になるように設定されている。また、デバイス支持部４１の下端部には例えば４つの凹部４１ａが形成されている。図１０（Ｂ）に示すように、各凹部４１ａは、下方の基板２側に開放しており、上方の半導体デバイス１０側に向かってテーパ状に形成されている。
【００６３】
コイル４２は、導体で構成され、各凹部４１ａの内面に設けられている。コイル４２は、凹部４１ａの下端から、その内面に沿い、上方の半導体デバイス１０側に向かってスパイラル状に延びており、計４つのコイル４２によって、上方の半導体デバイス１０が下方からほぼ覆われている。また、コイル４２の下端部は、デバイス支持部４１と基板２の間の絶縁物３に接触している。
【００６４】
以上のようなインピーダンス構造部４０は、例えば、複数の半導体デバイス１０を形成した半導体ウェハを、デバイス支持部４１を構成するガラスに貼り付け、それを半導体デバイス１０ごとに切断することによって得られる。また、デバイス支持部４０を例えばシリコンで構成してもよい。その場合、アルカリでエッチングを施すことにより、所要のテーパを有する凹部４２ａを容易に形成することができる。また、デバイス支持部４０をセラミック基板用のセラミック材で構成してもよい。その場合、セラミック材が半硬化した状態で例えば銀ペーストでコイル４２を形成し、それらを焼成することによって、容易にインピーダンス構造部４０を形成することができる。他の構成は、上述した第１実施形態と同様である。
【００６５】
以上の構成の半導体装置１ｂによれば、基板２に侵入したノイズは、基板２とインピーダンス構造部４０の間の寄生容量を介して、インピーダンス構造部４０に侵入する。その際、上述したように、コイル４２の下端部が、他の部位よりも基板２により近い位置で絶縁物３に接触していて、他の部位よりも基板２と電気的により強く接続されているので、ノイズはコイル４２の下端部付近からコイル４２に侵入し易くなっている。したがって、コイル４２の下端部付近から上端部までのノイズのより長い伝搬経路が確保される。下端部付近からコイル４２に侵入したノイズは、コイル４２を上方の半導体デバイス１０側に向かって伝搬する間に、コイル４２のインダクタンスによって、半導体デバイス１０への侵入を妨げられる。
【００６６】
以上のように、第３実施形態に係る半導体装置１ｂによれば、インピーダンス構造部４０は基板２の外部において半導体デバイス４０との間に介在しており、それによりインピーダンス構造部４０を基板２に容易に取り付けることができる。また、コイル４２が、テーパ状に形成された凹部４１ａの内面に沿うように設けられており、その下端部付近からノイズが侵入しやすいように構成されているので、ノイズのより長い伝搬経路が確保されることによって、コイル４２のインダクタンスでノイズの侵入をより効果的に妨げることができる。なお、凹部４１ａを半導体デバイス１０に向かって例えば階段状に形成し、その内面に沿ってスパイラル状に延びるようにコイル４２を設けてもよい。この場合でも、テーパ状の凹部４１ａを設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
次いで、第４実施形態に係る半導体装置について、上述した第３実施形態の半導体装置１ｂとの差異を中心に説明する。図１１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１ｃでは、第３実施形態と同様に、基板２の一方の面に絶縁物３を介してインピーダンス構造部５０が取り付けられており、さらに、半導体デバイス１０は、このインピーダンス構造部５０との間に設けた絶縁物３を介して、基板２に搭載されている。
【００６８】
図１２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、インピーダンス構造部５０は、複数の絶縁層５１ａを積層したデバイス支持部５１（第２の絶縁構造部）と、このデバイス支持部５１に内蔵された例えば４つのコイル５２を有している。各絶縁層５１ａは、例えば低温焼成セラミックスで構成されており、プリント配線基板よりも半導体デバイス１０のＣＴＥにより近似したＣＴＥを有している。
【００６９】
各コイル５２は、絶縁層５１ａの間に設けられ、例えばフェライトによって構成された導体層を有している。具体的には、コイル５２は、最下層の絶縁層５１ａと最下層から２層目の絶縁層５１ａの間に設けられた第１層５２ａと、２層目と３層目の絶縁層５１ａの間に設けられた第２層５２ｂと、３層目と４層目の絶縁層５１ａの間に設けられた第３層５２ｂとを有している。
【００７０】
第１層５２ａは、コイル５２の下端部を構成しており、上方から見たときにコイル５２の中央に位置している。第２層５２ｂは、第１層５２ｂと上下方向に重ならないように、第１層５２ｃを取り巻くように延びており、第１層５２ａの端部と第２層５２ｂの端部は、２層目の絶縁層５１ａに形成された貫通孔（図示せず）に設けられたビア（図示せず）によって互いに電気的に接続されている。さらに、第３層５２ｃは、第１および第２層５２ａ、５２ｂと上下方向に重ならないように、第２層５２ｂを取り巻くように延びており、第２層５２ｂの端部と第３層５２ｃの端部は、３層目の絶縁層５１ａに形成された貫通項５１ｂに設けられたビア５２ｄによって、互いに接続されている。コイル５２は、以上のような第１〜第３層５２ａ〜５２ｃによってスパイラル状に形成されている。他の構成は、前述した第３実施形態と同様である。
【００７１】
以上の構成の半導体装置１ｃによれば、基板２に侵入したノイズは、基板２とインピーダンス構造部５０との間の寄生容量を介して、インピーダンス構造部５０のコイル５２に侵入する。そして、ノイズは、コイル５２の下端部の第１層５２ａから順に第２層５２ｂおよび第３層５２ｃを上方の半導体デバイス１０に向かって伝搬する間に、コイル５２のインダクタンスによって、半導体デバイス１０への侵入を妨げられる。以上のように、第４実施形態に係る半導体装置１ｃによれば、前述した第３実施形態に係る半導体装置１ｂと同様の効果を得ることができる。
【００７２】
次いで、第５実施形態に係る半導体装置について、前述した第３実施形態との差異を中心に説明する。図１３に示すように、本実施形態に係る半導体装置１ｄでは、第３実施形態と同様に、基板２に絶縁物３を介してインピーダンス構造部６０が取り付けられており、さらに、半導体デバイス１０は、このインピーダンス構造部６０との間に設けた絶縁物３を介して、基板２に搭載されている。
【００７３】
インピーダンス構造部６０は、基板２側に配置されたデバイス支持部６１（第１の絶縁構造部）、および半導体デバイス１０側に配置された複数のコイル６２（第２コイル）を有している。デバイス支持部６１は、例えば硬質ガラスなどの絶縁材料によってブロック状に形成されており、基板２と半導体デバイス１０を絶縁している。また、複数のコイル６２は、デバイス支持部６１の上面全体に並設され、半導体デバイス１０を下方から覆うように配置されている。なお、デバイス支持部６１の上面全体に単一のコイルを設けてもよい。
【００７４】
以上の構成の半導体装置１ｄによれば、基板２に侵入したノイズは、基板２とコイル６２との間の寄生容量を介してコイル６２に侵入し、そのインダクタンスによって半導体デバイス１０への侵入を妨げられる。したがって、本実施形態の半導体装置１ｄにおいても、半導体デバイス１０をより安定して動作させることができる。
【００７５】
なお、前述した第１実施形態、その変形例および第２実施形態では、基板２に形成した凹部２ａにインピーダンス構造部２０、２０ａ、２０ｂ、３０のいずれかが収容されるものとして説明したが、凹部２ａに代えて、加工のより容易な基板２を貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔にインピーダンス構造部２０などを収容するようにしてもよい。
【００７６】
また、例えば、前述した第５実施形態のコイル６２を、第３および第４実施形態において、半導体デバイス支持部と半導体デバイスの間に設けることにより、デバイス支持部の基板側と半導体デバイス側の双方にコイルを配置するようにしてもよい。
【００７７】
また、インピーダンス構造部のコイルの形状や数は、上述した実施形態および変形例で説明したものに限定されず、半導体デバイス全体、または半導体デバイスのうち、少なくともノイズからの保護を要する回路を含む領域を、基板２側から覆うことができるものであればよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１、１ａ〜１ｄ        半導体装置
２                    基板（基部）
３                    絶縁物
１０                    半導体デバイス
２０、２０ａ、２０ｂ    インピーダンス構造部
３０                    スペーサ（インピーダンス構造部）
４０                    インピーダンス構造部
５０                    インピーダンス構造部
６０                    インピーダンス構造部
【図１】
2014120602.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014120602.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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