(57)【要約】【課題】  二接続部間を複数のワイヤで接続する際各ワイヤの長さを同じ長さにする。【解決手段】  ワイヤ接続部を含む配線及び外部電極端子を有するモジュール基板と、前記基板の上面側に固定され上面に電極を有する半導体チップと、半導体チップの電極とワイヤ接続部を接続する導電性のワイヤとを有し、半導体チップの所定の電極及び所定のワイヤ接続部は並列に配置されかつ長い形状となり、所定の電極及びワイヤ接続部は複数本の同じ長さのワイヤで接続され、所定の電極及び所定のワイヤ接続部のうちのいずれか一方の短辺の幅は、半導体チップの固定位置ずれによっても各ワイヤが接続できるようにワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の数倍の大きさに相当する長さになっている。【選択図】        図１
2006100331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にワイヤ接続部を含む配線を有し下面に外部電極端子を有するモジュール基板と、
前記モジュール基板の上面側に固定され、上面に電極を有する半導体チップと、
前記半導体チップの電極と前記ワイヤ接続部を接続する導電性のワイヤとを有し、
前記半導体チップの所定の電極は前記ワイヤを複数本接続できる細長い電極となり、
前記モジュール基板に形成される所定のワイヤ接続部は前記所定の電極に並列に配置されかつ前記ワイヤを複数本接続できる細長いワイヤ接続部となり、
前記所定の電極と前記所定のワイヤ接続部は複数本の並列配置されるワイヤで接続される半導体モジュールであって、
前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部を接続する前記複数本のワイヤはいずれも同じ長さになり、かつ前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部のうちのいずれか一方の前記ワイヤの延在方向に沿う幅は、前記半導体チップの固定位置ずれによっても前記各ワイヤが接続できるように前記ワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の数倍の大きさに相当する長さになっていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部のうちのいずれか一方の前記幅は、前記半導体チップの固定位置ずれによっても前記各ワイヤが接続できるように前記ワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の２〜４倍程度の大きさに相当する長さになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
第１の面にワイヤ接続部を含む配線を有し、前記第１の面の反対面となる第２の面に外部電極端子を有するモジュール基板と、
前記モジュール基板に搭載される受動素子及び能動素子を構成する複数の電子部品とを有し、
前記電子部品及び前記モジュール基板並びに所定部分を電気的に接続するワイヤによって１乃至複数のパワーアンプを含む回路を形成した半導体モジュールであり、
前記パワーアンプは、
増幅されるべき信号が供給される入力端子と、
出力端子と、
パワー制御信号を受ける制御端子と、
前記パワーアンプに所定の電圧を供給する第１電源端子及び第２電源端子とを有し、
前記パワーアンプの制御端子に接続され、前記パワー制御信号に基づいて前記パワーアンプの電圧を制御するＬＤＯ回路と、
前記ＬＤＯ回路に接続され、前記パワーアンプの負荷変動時の最大電流を制御する電流リミット回路とを有することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
前記電流リミット回路は比較器と電界効果トランジスタで形成され、
前記比較器は前記ＬＤＯ回路の出力を入力として前記電界効果トランジスタに出力し、
前記電界効果トランジスタの出力は前記ＬＤＯ回路の入力端子にフィードバックされるように構成され、
前記比較器の二つの入力端子は、前記所望の電源端子に接続される前記所定のワイヤ接続部と前記ＬＤＯ回路を構成する半導体チップの所定の電極にそれぞれ接続され、
前記所定のワイヤ接続部と前記所定の電極は並列に並び、かつ共に細長い形状となり、
前記所定のワイヤ接続部と前記所定の電極は複数本の並列接続によるワイヤによって接続され、
前記比較器は前記ワイヤが接続される前記両接続部間のワイヤの総抵抗値を検出する構成になり、
前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部を接続する前記複数本のワイヤはいずれも同じ長さになり、かつ前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部のうちのいずれか一方の前記ワイヤの延在方向に沿う幅は、前記半導体チップの固定位置ずれによっても前記各ワイヤが接続できるように前記ワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の数倍の大きさに相当する長さになっていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項５】
前記両接続部間の複数本の前記ワイヤの総抵抗値のばらつきは設計値の±３％以下になっていることを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体モジュール（半導体装置）に係わり、特に半導体チップの所定の電極と半導体チップを搭載するモジュール基板の所定のワイヤ接続部とを複数のワイヤで接続する構造において、前記複数本のワイヤの抵抗値のばらつきを低減できる技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタ等の能動素子を組み込んだ半導体チップ、抵抗やコンデンサ等の受動素子を構成するチップ部品をそれぞれモジュール基板に搭載した半導体モジュール（半導体装置）が知られている。
【０００３】
このような半導体モジュールの一つとして、携帯電話機等の無線通信機に組み込まれる高周波電力増幅装置（高周波パワーモジュール）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この文献にはＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）用の増幅系（パワーアンプ）と、ＤＣＳ（Digital Cellular System）用の増幅系（パワーアンプ）を１パッケージにした高周波電力増幅装置と無線通信機が開示されている。
【０００４】
一方、多層配線基板を使用する半導体モジュールでは、多層配線基板のキャビティー内に半導体素子を配置し、多層配線基板に設けた電極パッド（ワイヤ接続部）と半導体素子の電極をワイヤで接続している。このような構造において、キャビティー内に正確に半導体素子を固定することが、ワイヤの接続の良否を決定することになる。半導体素子の固定（搭載）精度の向上を図るために、例えば、多層配線基板に位置決めマークを形成して半導体素子を固定する方法が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６８７３６号公報
【特許文献２】特開平１１−１３５９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
移動体通信の端末機器（携帯電話機等）には多くの電子部品が組み込まれている。携帯電話機の送信系に組み込まれる高周波増幅装置（パワーアンプモジュール：ＰＡ）も急速な小型・高機能化が進んで来ている。また、携帯電話機において、特許文献１に示すように、複数の通信系を１台の携帯電話機に組み込むものもある。
【０００７】
携帯電話機では、負荷変動が発生すると容易にパワーアンプ（増幅系）の電流量が増大し、消費電力が多くなってしまう。例えば、アンテナの引き出し長さが変わるだけでも負荷変動が生じる。
そこで、本発明者はパワーアンプの最大電流を制御して消費電流の低減を図ることを思い立ち本発明をなした。
【０００８】
本発明者はパワーアンプの最大電流を制御するため、パワーアンプの電源電圧を制御するＬＤＯ回路に電流リミット回路を付加させることを考えた。また、この電流リミット回路ではワイヤの接続２点間の抵抗を検出して電位差を検出して最大電流を決定する方法をとる。ワイヤは複数本並列に接続されることから、各ワイヤの長さの不均一が最大電流値のばらつきとなる。最大電流値のばらつきが大きくなると、最大電流値も大きくなり、消費電流が増大する。
【０００９】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に先立って検討した半導体モジュールにおける半導体チップの電極とモジュール基板上のワイヤ接続部を複数のワイヤで接続した状態を示す模式図である。このワイヤが接続される２箇所のワイヤ接続部が前記電流リミット回路の比較器の二つの入力端子にそれぞれ接続されて、比較器でワイヤ全体の抵抗値が測定される。
【００１０】
図９（ａ）はモジュール基板８０の上面に設けたキャビティ８１の底に半導体チップ８２を接着剤８３（図９［ｂ］参照）を介して固定（搭載）した状態を示す。図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線に沿う一部の断面図である。
【００１１】
図９（ａ）に示すように、半導体チップ８２にはバイポーラトランジスタが形成され、上面にはエミッタ（Ｅ）電極８４とベース（Ｂ）電極８５が設けられている。また、半導体チップ８２の裏面（下面）にはコレクタ（Ｃ）電極が形成されている。コレクタ電極は接着剤８３を介してキャビティ８１の底に設けられた搭載パッド（配線）８８に接続されている。
【００１２】
ベース電極８５は比較的小さい面積のボンディングパッドとなっている。これに対して、エミッタ電極８４は複数本のワイヤ８７を並列に接続することから細長い電極になっている。熱圧着法（含む超音波振動）によってワイヤボンディングする場合、第１ボンディング部分はワイヤの先端を球状化し、この球状部分を円筒形のキャピラリで押し潰して接続することからワイヤの直径の数倍（例えば、４倍）の大きさの面積を必要とする。しかし、第２ボンディング部分はワイヤをキャビラリの一部で押し潰して接続するだけであるから、第１ボンディング部分程広い面積を必要としない。
【００１３】
このようなことから、２５μｍ直径程度のワイヤを使用する場合には、ベース電極８５は一辺が８０〜１００μｍ程度の四角形となり、エミッタ電極８４は短辺が８０〜１００μｍとなる細長い電極となる。エミッタ電極８４は四角形の半導体チップ８２の１辺に沿うように設けられている。
【００１４】
一方、モジュール基板８０の上面のキャビティ８１の１辺に沿う部分にワイヤ接続部８６が設けられている。このワイヤ接続部８６も並列に複数本のワイヤ８７が接続されることからエミッタ電極８４と同様に細長いワイヤ接続部になっている。また、半導体チップ８２の搭載時、細長いワイヤ接続部８６に細長いエミッタ電極８４が並列にかつ近接して並ぶように固定される。そして、図９（ａ）に示すように、エミッタ電極８４とワイヤ接続部８６は複数本の導電性のワイヤ８７で接続されている。
【００１５】
一般に、半導体チップ８２はコレットと呼称される保持工具によって真空吸着保持されてモジュール基板８０に固定される。この際、コレットが他のものに接触するとボンディングが確実に行えなくなったり、ボンディング精度が低下したりする。このため、キャビティ８１は半導体チップ８２よりも大きく形成されている。従って、チップボンディング時、半導体チップ８２がコレットから離れて落下する際落下位置がずれ、例えば、図１０に示すように、位置ずれが発生し、細長いエミッタ電極８４は細長いワイヤ接続部８６に対して大きく傾斜する現象も生じる。
【００１６】
そして、ワイヤボンディングの第１接続点及び第２接続点を検出して行うワイヤボンディングにあっては、図１０に示すように、ワイヤ接続部８６部分とエミッタ電極８４部分の距離が離れる程接続されるワイヤ８７は長くなる。この結果、ワイヤ全体の抵抗値が設計値に較べて大きくなる。エミッタ電極８４とワイヤ接続部８６との間の抵抗値が大きくなると、前記電流リミット回路で設定する最大電流値のばらつきが大きくなり、パワーアンプの消費電流が増大する。
【００１７】
本発明の目的は、二つの接続部間を複数のワイヤで接続する際各ワイヤの長さを同じ長さで接続できる半導体モジュールを提供することにある。
本発明の他の目的は、負荷変動に伴う消費電流の低減を図ることができるパワーアンプを有する半導体モジュールを提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１９】
（１）上面にワイヤ接続部を含む配線を有し下面に外部電極端子を有するモジュール基板と、
前記モジュール基板の上面側に固定され、上面に電極を有する半導体チップと、
前記半導体チップの電極と前記ワイヤ接続部を接続する導電性のワイヤとを有し、
前記半導体チップの所定の電極は前記ワイヤを複数本接続できる細長い電極となり、
前記モジュール基板に形成される所定のワイヤ接続部は前記所定の電極に並列に配置されかつ前記ワイヤを複数本接続できる細長いワイヤ接続部となり、
前記所定の電極と前記所定のワイヤ接続部は複数本の並列配置されるワイヤで接続される半導体モジュールであって、
前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部を接続する前記複数本のワイヤはいずれも同じ長さになり、かつ前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部のうちのいずれか一方の前記ワイヤの延在方向に沿う幅は、前記半導体チップの固定位置ずれによっても前記各ワイヤが接続できるように前記ワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の数倍の大きさに相当する長さになっていることを特徴とする。
【００２０】
また、前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部のうちのいずれか一方の前記幅は、前記半導体チップの固定位置ずれによっても前記各ワイヤが接続できるように前記ワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の２〜４倍程度の大きさに相当する長さになっている。
【００２１】
（２）第１の面にワイヤ接続部を含む配線を有し、前記第１の面の反対面となる第２の面に外部電極端子を有するモジュール基板と、
前記モジュール基板に搭載される受動素子及び能動素子を構成する複数の電子部品とを有し、
前記電子部品及び前記モジュール基板並びに所定部分を電気的に接続するワイヤによって１乃至複数のパワーアンプを含む回路を形成した半導体モジュールであり、
前記パワーアンプは、
増幅されるべき信号が供給される入力端子と、
出力端子と、
パワー制御信号を受ける制御端子と、
前記パワーアンプに所定の電圧を供給する第１電源端子及び第２電源端子とを有し、
前記パワーアンプの制御端子に接続され、前記パワー制御信号に基づいて前記パワーアンプの電圧を制御するＬＤＯ回路と、
前記ＬＤＯ回路に接続され、前記パワーアンプの負荷変動時の最大電流を制御する電流リミット回路とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、前記電流リミット回路は比較器と電界効果トランジスタで形成され、
前記比較器は前記ＬＤＯ回路の出力を入力として前記電界効果トランジスタに出力し、
前記電界効果トランジスタの出力は前記ＬＤＯ回路の入力端子にフィードバックされるように構成され、
前記比較器の二つの入力端子は、前記所望の電源端子に接続される前記所定のワイヤ接続部と前記ＬＤＯ回路を構成する半導体チップの所定の電極にそれぞれ接続され、
前記所定のワイヤ接続部と前記所定の電極は並列に並び、かつ共に細長い形状となり、
前記所定のワイヤ接続部と前記所定の電極は複数本の並列接続によるワイヤによって接続され、
前記比較器は前記ワイヤが接続される前記両接続部間のワイヤの総抵抗値を検出する構成になり、
前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部を接続する前記複数本のワイヤはいずれも同じ長さになり、かつ前記所定の電極及び前記所定のワイヤ接続部のうちのいずれか一方の前記ワイヤの延在方向に沿う幅は、前記半導体チップの固定位置ずれによっても前記各ワイヤが接続できるように前記ワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の数倍の大きさに相当する長さになっている。
【００２３】
また、前記両接続部間の複数本の前記ワイヤの総抵抗値のばらつきは設計値の±３％以下になっている。
【発明の効果】
【００２４】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００２５】
前記（１）の手段によれば、（ａ）モジュール基板に固定された半導体チップの所定の電極とモジュール基板に設けられた所定のワイヤ接続部は並列状態にされるとともに、いずれも細長い構造となり、前記両者は並列配置される複数のワイヤで接続されている。半導体チップがモジュール基板に位置ずれを起こして固定されると、前記所定のワイヤ接続部に対して前記所定の電極が角度ずれを起こして両者の間隔が徐々に広がる構造になる。このような場合でも、前記所定のワイヤ接続部または前記所定の電極の一方の幅がワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の数倍の大きさに相当する長さになっていることから、両接続部間を接続する全てのワイヤの長さを同じ長さにすることができる。この結果、両接続部間のワイヤの総抵抗値（全てのワイヤの抵抗値の和）を再現性良く所定値（設計値）に設定することができ、またそのばらつきも小さくできる。
【００２６】
前記（２）の手段によれば、（ａ）本発明の半導体モジュールは、パワーアンプと、このパワーアンプの電圧を制御するＬＤＯ回路と、パワーアンプの負荷変動時の最大電流を制御する電流リミット回路とを有する構造になっている。また、電流リミット回路の比較器の二つの入力端子の一方の入力端子はモジュール基板に形成された所定のワイヤ接続部に接続され、他方の入力端子はＬＤＯ回路を構成する半導体チップの所定の電極に接続されている。前記半導体チップの所定の電極と前記所定のワイヤ接続部は並列状態にされるとともに、いずれも細長い構造となり、前記両者は並列配置される複数のワイヤで接続されている。半導体チップがモジュール基板に位置ずれを起こして固定されると、前記所定のワイヤ接続部に対して前記所定の電極が角度ずれを起こして両者の間隔が徐々に広がる構造になる。このような場合でも、前記所定のワイヤ接続部または前記所定の電極の一方の幅がワイヤを接続するに必要なワイヤ接続面積の数倍の大きさに相当する長さになっていることから、両接続部間を接続する全てのワイヤの長さを同じ長さにすることができる。この結果、両接続部間のワイヤの総抵抗値（全てのワイヤの抵抗値の和）を再現性良く所定値（設計値）に設定することができ、またそのばらつきも小さくできる（設計値の±３％以下）。
【００２７】
このような回路構成とその構造によれば、ＬＤＯ回路によってパワーアンプの制御電圧を設定でき、パワーアンプに流れる電流（Ｉｄｄ）を設定することができる。また、パワーアンプに負荷変動が起きた場合、電流リミット回路の比較器でパワーアンプに流れる電流（Ｉｄｄ）を検出することができることから、電流リミット回路によって最大電流を設定することでき、消費電流の低減を図ることできる。また、前記比較器では、前記両接続部間の複数本のワイヤの総抵抗値を設計値の±３％以下のばらつき精度で検出することができるため、前記最大電流のばらつきが小さくなり、消費電流の低減が可能になる。このことにより、本発明の半導体モジュールの使用によって携帯電話機の消費電流を低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００２９】
図１乃至図７は本発明の実施例１である半導体モジュールに係わる図である。図１乃至図４は半導体モジュールの構造に係わる図である。図２は半導体モジュールの斜視図、図３は半導体モジュールの底面に設けられた外部電極端子の透視図、図４は半導体モジュールの構成を概念的に示す断面図である。
【００３０】
本実施例１の半導体モジュール（半導体装置）１は、図２に示すように、外観的には四角形のモジュール基板（配線基板）２と、このモジュール基板２の上面に重ねて形成される絶縁性樹脂からなる封止体（パッケージ）３とからなっている。
【００３１】
半導体モジュール１は、その製造において、モジュール母基板の上面に半導体チップを含む電子部品を搭載し、その後電子部品等を被うようにモジュール母基板の上面に一定の高さの樹脂封止層を形成し、ついでモジュール母基板を重なった樹脂封止層をも含めて縦横に切断して一度に複数の半導体モジュール１を製造することから、モジュール基板２と封止体３は同じ寸法になり、かつ一致して重なる構造になる。従って、モジュール基板２の側面と封止体３の側面は一致し、封止体３の端部は、モジュール基板２の端部より外側に位置していない構造になる。このような製造方法によれば、半導体モジュール１を小型に製造することができる。なお、前記切断によってモジュール母基板はモジュール基板２に、樹脂封止層は封止体３になる。
【００３２】
また、図３に示すように、モジュール基板２の下面には複数の外部電極端子４が縦横に整列配置されている。半導体モジュール１の下面には、図４に示すように選択的に絶縁膜５が設けられ、この絶縁膜５から露出する導体層（配線）がそれぞれ外部電極端子４を形成している。外部電極端子４の表面には半導体モジュール１を実装基板に実装する際使用される半田等からなるメッキ膜６が形成されている。
【００３３】
図３において、四角形状の半導体モジュール１の各辺に沿って並ぶ最外周の外部電極端子４には１乃至２４の符号を付してある。この１乃至２４の符号を付した外部電極端子４の内側の符号を付してない外部電極端子４はグランド端子（ＧＮＤ：第２電源電位）になっている。
【００３４】
１乃至２４の符号を付した外部電極端子４の名称あるいはその機能は以下のとおりである。端子１はＤＣＳの入力端子（Ｐin-ＤＣＳ）、端子２はＤＣＳとＧＳＭの切替信号を入力する選択端子（Ｂ-select）、端子３は外部から定電圧をもらう端子（Ｖreg）、端子４はＥＤＧＥとＧＳＭＫの切替信号を入力する選択端子（Ｖmode）、端子５は出力電力を制御する端子（Ｖramp）、端子６はモジュールをシャットダウンする端子（Ｔx-on）、端子７はＧＳＭの入力端子（Ｐin-ＧＳＭ）、端子９はモジュール温度を監視出力する端子（Ｖtemp）、端子１２はＧＳＭ用パワーアンプの検出出力を出力するカプラー端子（Ｃoupler out-ＧＳＭ）、端子１３はＧＳＭの出力端子（Ｐout-ＧＳＭ）、端子１４はＧＳＭ用カプラーの複素終端用端子（Ｃomplex-ＧＳＭ）、端子１５はＬＤＯ回路によるパワーアンプの制御電圧モニタ端子（ＶＬＤＯ）、端子１６、１７は第１電源電圧端子（Ｖｃｃ）、端子１８はＤＣＳ用カプラーの複素終端用端子（Ｃomplex-ＤＣＳ）、端子１９はＤＣＳの出力端子（Ｐout-ＤＣＳ）、端子２０はＤＣＳ用パワーアンプの検出出力を出力するカプラー端子（Ｃoupler out-ＤＣＳ）、また、端子８、１０、１１、２１、２４はグランド端子（ＧＮＤ）である。
【００３５】
ここで半導体モジュール１の断面構造について、図４を参照しながら説明する。図４は半導体モジュール１の構成を概念的に示す断面図である。図４に示すように、モジュール基板２の上面には複数のキャビティ（窪み）８が設けられ、これら窪み８の底に接着剤９を介して半導体チップ１０が搭載される。図４では、二つの窪み８が設けられ、一方の窪み８には発熱量の大きい半導体チップ１０ａが固定されている。このため、この窪み８の底にはモジュール基板２を貫通する熱伝達体となるビアー１１が形成されている。従って、発熱量の大きい半導体チップ１０ａが動作して多量に熱を発生してもこの熱はビアー１１を伝わってモジュール基板２の下面に設けられた放熱パッド１２に伝達される。本実施例１では、放熱パッド１２は選択的に絶縁膜５で覆われ、この絶縁膜５から露出する部分がグランド電極を形成する図３で示す外部電極端子４になる。また、他方の窪み８には発熱量の小さい半導体チップ１０ｂが固定されている。なお、半導体チップ１０を固定する部分には、導体層（配線）によってチップ搭載部が形成される。
【００３６】
モジュール基板２は複数の誘電体層を重ねて形成した配線基板からなり、上下面及び内部に所定の配線パターンの導体層（配線）１３を有する。必要に応じて上下の導体層はスルーホールに充填した導体（配線）１４によって電気的に接続されている。また、導体１４によって前述のビアー１１も形成される。モジュール基板２はその上の１乃至２層の誘電体層が部分的に除去されて半導体チップを固定するための窪み８が設けられているが、この窪み８の底にも導体層（配線）が設けられる。この導体層はチップ接続パッドを形成する。このチップ接続パッドは場合によっては半導体チップの裏面電極を導く配線ともなる。
【００３７】
モジュール基板２の上面（表面）及び窪み底に設けられる導体層（配線）は、前述のように半導体チップを固定するためのチップ接続パッド、半導体チップをフリップ・チップ接続する場合の電極接続パッド、ワイヤを接続するボンディングパッド、チップ部品の電極を接続する電極パッド等を形成する。モジュール基板２の下面の導体層（配線）１３は外部電極端子４を形成する。
【００３８】
また、半導体チップ１０の上面の図示しない電極とモジュール基板２の上面の導体１４は導電性のワイヤ１５で電気的に接続されている。ワイヤ１５が接続される導体層（配線）１３はワイヤ接続部を形成する。
【００３９】
また、モジュール基板２の上面（表面）にはチップ部品１６が搭載されている。チップ部品１６はその両端に電極１６ａを有し、これら一対の電極１６ａが導電性の接着剤１７によって導体層（配線）１３に接続されている。この配線部分は電極パッドを構成する。チップ部品１６は、コンデンサ、抵抗、インダクタ等の受動素子である。
【００４０】
一方、本実施例１の半導体モジュール１は携帯電話機のパワーアンプを構成する。半導体モジュール１は、周波数帯域が１７１０〜１７８５ＭＨｚとなるＤＣＳ方式用の増幅系（パワーアンプ）と、周波数帯域が８８０〜９１５ＭＨｚとなるＧＳＭ方式用の増幅系（パワーアンプ）とを有するデュアルバンド構成となっている。ＤＣＳ及びＧＳＭ用の増幅系（パワーアンプ）は、トランジスタを３段縦列接続した３段構成となっている。
【００４１】
ここで、本実施例１の半導体モジュール１を組み込んだ無線通信機（携帯電話機）について、図５を参照しながら説明する。図５はデュアルバンド携帯電話機の一部を示すブロック図であり、高周波信号処理ＩＣ（ＲＦlinear）２０からアンテナ２１までの部分を示す。携帯電話機の増幅系（パワーアンプ）は、図５に示すように、ＤＣＳ用増幅系（Ｄ）とＧＳＭ用増幅系（Ｇ）が設けられている。図５において、二点鎖線で囲む部分が半導体モジュール１である。
【００４２】
アンテナ２１はアンテナ送受信切替器２２のアンテナ端子に接続されている。アンテナ送受信切替器２２は、半導体モジュール１の出力を入力する出力端子Ｐout-ＤＣＳ，Ｐout-ＧＳＭと、受信端子Ｒｘ１，Ｒｘ２と、制御端子cont１，cont２とを有している。
高周波信号処理ＩＣ２０からのＤＣＳ用の信号はＰin-ＤＣＳ端子を通してＰＡ（Ｄ）に送られ、Ｐout-ＤＣＳに出力される。ＰＡ（Ｄ）の出力はカプラー２４ａによって検出され、この検出信号は自動出力制御回路（ＡＰＣ回路）２３にフィードバックされる。ＡＰＣ回路２３は上記検出信号（検出出力）を基に動作して入力端子Ｖrampを通してＰＡ（Ｄ）を制御する。
【００４３】
また、同様に高周波信号処理ＩＣ２０からのＧＳＭ用の信号はＰin-ＧＳＭ端子を通してＰＡ（Ｇ）に送られ、Ｐout-ＧＳＭに出力される。ＰＡ（Ｇ）の出力はカプラー２４ｂによって検出され、この検出信号はＡＰＣ回路２３にフィードバックされる。ＡＰＣ回路２３は上記検出信号（検出出力）を基に動作して入力端子Ｖramp端子を通してＰＡ（Ｇ）を制御する。
【００４４】
アンテナ送受信切替器２２はデュプレクサー２５を有している。このデュプレクサー２５は３端子有し、１端子は上記アンテナ端子に接続され、他の２端子の内の一方はＤＣＳ用の送信受信切替スイッチ２６ａに接続され、他方はＧＳＭ用の送信受信切替スイッチ２６ｂに接続されている。
【００４５】
送信受信切替スイッチ２６ａのａ接点はフィルター２７ａを介してＰout-ＤＣＳに接続されている。送信受信切替スイッチ２６ａのｂ接点は容量Ｃ１を介して受信端子Ｒｘ１に接続されている。送信受信切替スイッチ２６ａは制御端子cont１に入力される制御信号によってａ接点またはｂ接点との電気的接続の切替えが行われる。
【００４６】
また、送信受信切替スイッチ２６ｂのａ接点はフィルター２７ｂを介してＰout-ＧＳＭに接続されている。送信受信切替スイッチ２６ｂのｂ接点は容量Ｃ２を介して受信端子Ｒｘ２に接続されている。送信受信切替スイッチ２６ｂは制御端子cont２に入力される制御信号によってａ接点またはｂ接点との電気的接続の切替えが行われる。
【００４７】
受信端子Ｒｘ１と高周波信号処理ＩＣ２０との間には、フィルター３０ａと低雑音アンプ（ＬＮＡ）３１ａが順次接続されている。また、受信端子Ｒｘ２と高周波信号処理ＩＣ２０との間には、フィルター３０ｂと低雑音アンプ（ＬＮＡ）３１ｂが順次接続されている。この携帯電話機によってＤＣＳ用通信及びＧＳＭ通信が可能になる。
【００４８】
本実施例１の半導体モジュール１は、図６に示すように、パワーアンプ（ＰＡ）の電源電圧を制御するＬＤＯ回路４１と、このＬＤＯ回路４１に接続され、パワーアンプの電源電圧時の最大電流を制御して消費電流の低減を図る電流リミット回路５１が設けられている。二点鎖線枠で囲む部分がＬＤＯ回路４１であり、実線枠で囲む部分が電流リミット回路５１である。
【００４９】
ＬＤＯ回路４１は、比較器４２と、この比較器４２の出力を入力とするトランジスタ３（ＴＲ３）とを有している。比較器４２の二つの入力端子（＋端子，−端子）のうち、＋端子と電源Ｖｃｃとの間には整流器４４が直列に接続されている。トランジスタＴＲ３はバイポーラトランジスタからなり、ベース電極Ｂに比較器４２の出力が入力される。トランジスタＴＲ３のエミッタ電極Ｅと、モジュール基板に設けられる導体層（配線）１３からなるワイヤ接続部ａはワイヤ１５で接続されている。ワイヤ接続部ａは、例えば、モジュール基板２に形成される導体１４上に重なる導体層（配線）１３によって形成されている。（図4，図１参照）。そして、この導体１４はモジュール基板に形成され、第１電源電圧（Ｖｃｃ）に接続されるマイクロストリップライン（導体層１３）に接続されている。トランジスタＴＲ３のコレクタ電極Ｃはパワーアンプの制御端子に接続されている。
【００５０】
比較器４２の＋端子とパワーアンプの制御端子との間には抵抗Ｒｅが直列に接続され、比較器４２の制御端子とパワーアンプの制御端子との間には容量（コンデンサ）Ｃｅと抵抗Ｒｆが直列に接続されている。また、比較器４２の＋端子とＧＮＤとの間には抵抗Ｒｇが直列に接続されている。また、比較器４２の−端子はＶramp端子に接続されている。
【００５１】
これら比較器４２，トランジスタＴＲ３，抵抗Ｒｅ，抵抗Ｒｆ，抵抗Ｒｇ，容量Ｃｅ等によってＬＤＯ（Ｌow-dropout regurator）回路が構成される。このＬＤＯ回路はＶramp端子に印加された端子電圧になるように動作してフィードバックがかかる。フィードバックがかかるとＬＤＯ回路のＶｌｄｏ端子（出力端子）電圧が変わり、パワーアンプの出力電力が変わる。
【００５２】
電流リミット回路５１は、図６に示すように、比較器５２と、この比較器５２の出力を入力とするトランジスタ（ＰＭＯＳ）とを有する。比較器５２の二つの入力端子（＋端子，−端子）のうちの一方、即ち、−端子は前述のワイヤ接続部ａに電気的に接続されている。また、＋端子は前記バイポーラトランジスタのエミッタ電極（Ｅ）に接続されている。比較器５２の二つの入力端子と比較器５２との間にはそれぞれ抵抗Ｒｊ，Ｒｋが直列に接続されている。また、抵抗Ｒｊと比較器５２との間のノードｅとＧＮＤの間には整流器５３が直列に接続されている。比較器５２の制御端子はＶｃｃに接続されている。比較器５２の出力はトランジスタ（ＰＭＯＳ）のゲート（Ｇ）電極に入力される。ＰＭＯＳのドレイン（Ｄ）電極はＶｃｃに接続され、ＰＭＯＳのソース（Ｓ）電極はＶｌｄｏ端子に接続されている。
【００５３】
電流リミット回路５１は、ワイヤ接続部ａとエミッタ電極との間に接続されるワイヤ１５の抵抗値を検出し、その検出値に基づいてフィードバックをかけて電流リミットを行う回路である。即ち、ワイヤボンディング間に生ずる電位差で流れる電流（Ｉｄｄ）を検出することができる。即ち、ある基準値（電位差）を超えたらＶｌｄｏ端子をＬＤＯ回路４１によって固定する。
【００５４】
図６の回路図では、ワイヤ接続部ａとエミッタ電極（Ｅ）を接続するワイヤ１５は１本接続で説明しているが、実際には、図１に示すように電流容量を増大するために複数本のワイヤが使用される。ワイヤを複数本とした場合、既に図１０を用いて説明したが、半導体チップの固定位置がずれた場合、特に回転して位置ずれを起こした場合、ワイヤ接続部と各半導体チップの電極の位置が徐々に広くなることから、ワイヤの長さが一定せず、製品によってワイヤの総抵抗値が大きくばらつくことになる。そこで、本実施例１では複数本のワイヤを使用するワイヤボンディングにおいて、各ワイヤの長さを同じとする。
【００５５】
ここで、最大電流を２．５Ａとする場合における図６の回路を構成する各部品を含む諸元の一例について説明する。Ｖｃｃは３．５Ｖ、抵抗Ｒｅは６２０Ω、抵抗Ｒｆは３００Ω、抵抗Ｒｇは６２０Ω、容量Ｃｅは３３ｐＦである。この場合、整流器４４を流れる電流は３４０μＡである。ＰＭＯＳのゲート長は２μｍ、ゲート幅は２００μｍである。そして、本実施例１では、ワイヤ接続部ａとエミッタ電極との間に接続される複数本のワイヤ１５の総抵抗値のばらつきを±３％以下にすることによって、最大電流ＩMaxを±３％以下にする。
【００５６】
図７は半導体モジュール１におけるパワーアンプ、ＬＤＯ回路及び電流リミット回路を構成する電子部品の一部のレイアウトを示す平面図である。モジュール基板２の第１の面には、図７に示すように、所望パターンに導体層（配線）１３が形成されている。また、モジュール基板２の所定箇所に半導体チップ１０が固定されている。半導体チップ１０の上面の各電極と所定のワイヤ接続部は導電性のワイヤ１５で接続されている。所定箇所にはチップ部品１６が固定されている。チップ部品１６は、抵抗，容量を構成する。図７では、携帯電話機の半導体モジュール１を形成する半導体チップは全て記載してあるが、チップ部品１６は一部のみを示す。また、導体層１３のパターンについての説明は省略する。
【００５７】
第１の半導体チップ１０であるＩＣ１には、ＬＤＯ回路、電流リミット回路、ＤＣＳ用パワーアンプの初段トランジスタ（初段増幅器）及び次段トランジスタ（次段増幅器）、ＧＳＭ用パワーアンプの初段トランジスタ（初段増幅器）及び次段トランジスタ（次段増幅器）が形成されている。
【００５８】
第２の半導体チップ１０であるＴＲ１には、ＧＳＭ用パワーアンプの最終段トランジスタ（出力段増幅器）が形成されている。第３の半導体チップ１０であるＴＲ２には、ＤＣＳ用パワーアンプの最終段トランジスタ（出力段増幅器）が形成されている。
【００５９】
第４の半導体チップ１０であるＴＲ３には、ＬＤＯ回路を構成する前述のバイポーラトランジスタが形成されている。
【００６０】
そして、これが本発明の特徴の一つであるが、図７に示すように、バイポーラトランジスタＴＲ３のエミッタ電極（Ｅ）とモジュール基板２の上面に設けられたワイヤ接続部ａは、同じ長さの複数本のワイヤ１５によって接続されている。この結果、ワイヤ接続部ａとエミッタ電極（Ｅ）との間に接続される複数本のワイヤ１５の総抵抗値のばらつきを±３％以下にすることができる。
【００６１】
図１はトランジスタＴＲ３のエミッタ電極（Ｅ）と、モジュール基板２に設けられたワイヤ接続部１３ｃを複数本のワイヤ１５で接続した状態を示す一部の模式図である。ワイヤ接続部１３ｃは導体層（配線）１３によって形成され、複数本のワイヤを接続することから細長いワイヤ接続部となっている。このワイヤ接続部１３ｃが、図６及び図７で示すａ部となる。また、図１に示すように、エミッタ電極（Ｅ）は複数本のワイヤを接続することから細長い電極になる。この細長いエミッタ電極１９及び細長いワイヤ接続部１３ｃは、図１及び図７に示すように、それぞれ長方形のパターンになる。
【００６２】
本実施例１ではトランジスタＴＲ３のエミッタ電極１９の幅ｔは、例えば、１００μｍとなり、ワイヤ接続部１３ｃの幅ｕは３００μｍとなっている。熱圧着法（含む超音波振動）によるワイヤボンディングの場合、前述のように第１ボンディング部分はワイヤの先端を球状化してボンディングを行うことから、ワイヤの直径の約４倍程度の大きさ（広さ）のボンディング面積が設定される。本実施例１においては、ワイヤの直径は２５μｍ前後の金線であることから、第１ボンディング点になるエミッタ電極１９の幅は、例えば、１００μｍとする。細長いエミッタ電極１９の長手方向の長さは特に記載しないが、半導体チップの１辺に沿って長く延在するものである。第２ボンディング点は第１ボンディング点に比較してワイヤボンディング面積は小さくなる。しかし、本実施例１では幅ｕが３００μｍと第１ボンディング部分の３倍の幅としてある。ワイヤ接続部１３ｃは半導体チップ１０が搭載される窪み８の一辺の縁に平行に配置されている。
【００６３】
このようにワイヤ接続部１３ｃの幅ｕを３００μｍと長く形成してあることから、半導体チップ１０（トランジスタＴＲ３）が回転ずれを起こして搭載された場合であっても、図１に示すように、長さｄとなる複数本のワイヤ１５でワイヤ接続部１３ｃとエミッタ電極１９を接続することができる。即ち、実験によれば、半導体チップ１０の回転ずれによるワイヤ長さの最大値と最小値の差は、回転のばらつきの最大値が２０度程度であることから、１００μｍ程度となる。従って、ワイヤ接続部１３ｃの幅を３００μｍ程度としておけば、各ワイヤの接続は確実に行える。なお、回転及び平面ＸＹ方向の位置ずれがさらに大きい場合には、ワイヤ接続部１３ｃの幅をさらに長く設定すればよい。
【００６４】
これにより、ワイヤ接続部１３ｃ（ａ）とエミッタ電極１９（Ｅ）との間に接続される複数本のワイヤ１５の総抵抗値のばらつきを±３％以下にすることができる。従って、パワーアンプ（ＰＡ）に流れる負荷変動時の最大電流を小さく抑えることができる。
本実施形態１によれば以下の効果を有する。
【００６５】
（１）モジュール基板２に固定された半導体チップ１０のエミッタ電極１９とモジュール基板２に設けられたワイヤ接続部１３ｃはいずれも細長い構造となり、エミッタ電極１９の幅は１００μｍ、ワイヤ接続部１３ｃの幅は３００μｍとなっている。このため、半導体チップ１０がモジュール基板２に位置ずれ（含む回転ずれ）を起こして固定されて細長いエミッタ電極１９が細長いワイヤ接続部１３ｃに対して角度ずれ（傾斜）を起こすことがあっても、ワイヤボンディングの第２ボンディング部分が幅３００μｍと広いことから、ｄなる一定の長さのワイヤ１５全てがエミッタ電極１９の各第１ボンディング部分（点）とワイヤ接続部１３ｃの各第２ボンディング部分（点）を確実に接続することができる。従って、エミッタ電極１９（Ｅ）とワイヤ接続部１３ｃ（ａ）とを接続するワイヤ１５の総抵抗値のばらつきを極めて小さくなり、例えば、設計値である総抵抗値の±３％以下に抑えることができる。
【００６６】
従って、本発明をパワーアンプと、このパワーアンプの電圧を制御するＬＤＯ回路４１と、パワーアンプの負荷変動時の最大電流を制御する電流リミット回路５１を有する半導体モジュール１に適用した場合、パワーアンプの負荷変動時の最大電流のばらつきを小さくでき、消費電力の低減が可能になる。即ち、電流リミット回路５１の比較器５２の二つの入力端子（＋端子，−端子）の一方の入力端子（−端子）はモジュール基板２に形成されたワイヤ接続部１３ｃ（ａ）に接続されている。また、他方の入力端子（＋端子）はＬＤＯ回路４１を構成する半導体チップ１０（トランジスタＴＲ３）のエミッタ電極１９（Ｅ）に接続されている。前記エミッタ電極１９と前記ワイヤ接続部１３ｃは長さｄの複数本のワイヤ１５で接続されている。この結果、ワイヤ１５を接続する両接続部間のワイヤ１５の総抵抗値（全てのワイヤの抵抗値の和）を再現性良く所定値（設計値）に設定することができる。またその所定値のばらつきも小さくできる。
【００６７】
このような回路構成とその構造によれば、ＬＤＯ回路４１によってパワーアンプの制御電圧を設定でき、パワーアンプに流れる電流（Ｉｄｄ）を設定することができる。また、パワーアンプに負荷変動が起きた場合、電流リミット回路５１の比較器５２でパワーアンプに流れる電流（Ｉｄｄ）を検出することができることから、電流リミット回路５１によって最大電流を設定することでき、消費電流の低減を図ることできる。また、前記比較器５２では、前記両接続部間（ワイヤ接続部１３ｃ［ａ］とエミッタ電極１９［Ｅ］の間）の複数本のワイヤ１５の総抵抗値を設計値の±３％以下のばらつき精度で検出することができるため、前記最大電流のばらつきが小さくなり、消費電流の低減が可能になる。このことにより、本発明の半導体モジュールの使用によって携帯電話機の消費電流を低減することが可能になる。
【実施例２】
【００６８】
図８は本実施例２である半導体モジュールの一部を示す模式図である。本実施例２は細長いワイヤ接続部１３ｃ（ａ）の幅ｕを実施例１のように広くすることなく１００μｍとし、代りに細長いエミッタ電極１９（Ｅ）の幅ｔを３００μｍと広くすることによって、半導体チップ１０（トランジスタＴＲ３）が回転ずれを起こしてモジュール基板２に搭載された場合であっても、図８に示すように、長さｄとなる複数本のワイヤ１５でワイヤ接続部１３ｃとエミッタ電極１９を接続することができる。
【００６９】
これにより、ワイヤ接続部１３ｃ（ａ）とエミッタ電極１９（Ｅ）との間に接続される複数本のワイヤ１５の総抵抗値のばらつきを±３％以下にすることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。実施例ではワイヤ接続部１３ｃ（ａ）とエミッタ電極１９（Ｅ）の一方を幅広としたが、ワイヤボンディングに必要最小限の面積に対応する幅よりも両者を幅広くして、同一長さの複数本のワイヤを接続できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例１である半導体モジュールの一部を示す模式図である。
【図２】前記半導体モジュールの斜視図である。
【図３】前記半導体モジュールの底面の外部電極端子を透視して示す模式図である。
【図４】前記半導体モジュールの構成を概念的に示す断面図である。
【図５】前記半導体モジュールが組み込まれる無線通信機の機能構成を示すプロック図である。
【図６】本実施例１の半導体モジュールにおけるパワーアンプ、パワーアンプの制御電圧を制御するＬＤＯ回路及びＬＤＯ回路に接続される電流リミット回路を示す回路図である。
【図７】本実施例１の半導体モジュールにおけるパワーアンプ、ＬＤＯ回路及び電流リミット回路を構成する電子部品の一部のレイアウトを示す平面図である。
【図８】本発明の実施例２である半導体モジュールの一部を示す模式図である。
【図９】本発明に先立って検討した半導体モジュールにおける半導体チップの電極とモジュール基板上のワイヤ接続部を複数のワイヤで接続した状態を示す模式図である。
【図１０】図９において半導体チップがずれてモジュール基板に固定された場合の各ワイヤの長さの違いを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…半導体モジュール（半導体装置）、２…モジュール基板（配線基板）、３…封止体（パッケージ）、４…外部電極端子、５…絶縁膜、６…メッキ膜、８…窪み、９…接着剤、１０…半導体チップ、１０ａ…発熱量の大きい半導体チップ、１０ｂ…発熱量の小さい半導体チップ、１１…ビアー、１２…放熱パッド、１３…導体層（配線）、１４…導体（配線）、１５…ワイヤ、１６…チップ部品、１６ａ…電極、１７…接着剤、１９…エミッタ電極、２０…高周波信号処理ＩＣ、２１…アンテナ、２２…アンテナ送受信切替器、２３…ＡＰＣ回路、２４ａ，２４ｂ…カプラー、２５…デュプレクサー、２６ａ，２６ｂ…送信受信切替スイッチ、２７ａ，２７ｂ，３０ａ，３０ｂ…フィルター、３１ａ，３１ｂ…低雑音アンプ（ＬＮＡ）、４１…ＬＤＯ回路、４２…比較器、４４…整流器、５１…電流リミット回路、５２…比較器、８０…モジュール基板、８１…キャビティ、８２…半導体チップ、８３…接着剤、８４…エミッタ（Ｅ）電極、８５…ベース（Ｂ）電極、８６…ワイヤ接続部、８７…ワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006100331.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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