(57)【要約】      （修正有）【課題】周囲の他の回路へのノイズの広がりを抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】ダイパッド１２に半導体チップ（ダイ）１６が接着されている。半導体チップ１６には集積回路が形成されており、その表面に複数のパッドが露出している。複数のパッドが、それぞれボンディングワイヤ１７により内部リード１３に接続されている。内部リード１３は外部リード１１に連続する。複数の外部リード１１の一部は、集積回路との電気信号の入出力を行う信号端子であり、他の一部は、集積回路にグランド電位を与えるグランド端子１１Ｇである。グランド端子１１Ｇに連続する内部リード１３は、グランド導体１３Ｇである。浮遊導体１８がグランド導体１３Ｇに容量結合している。浮遊導体１８は、グランド導体１３Ｇから、面内方向に間隔を隔てて配置されている。【選択図】図１
2015153803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路が形成されている半導体チップと、
前記集積回路で発生したノイズ電流が流入することにより、電磁波を放射する放射素子と、
前記放射素子から放射された電磁波を遮蔽する外部遮蔽層と
を有する半導体装置。
【請求項２】
さらに、
前記集積回路との電気信号の入出力を行う複数の信号端子と、
前記集積回路にグランド電位を与えるグランド端子と、
前記グランド端子に接続されたグランド導体と
を有し、
前記放射素子は、前記グランド導体と容量結合している請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
さらに、前記放射素子と前記半導体チップとの間に配置され、前記放射素子から放射されて前記半導体チップに向かう電磁波を遮蔽する内部遮蔽層を有する請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
さらに、
前記半導体チップを収容するパッケージと、
前記パッケージの少なくとも一部の表面を被覆する絶縁被覆層と
を有し、
前記放射素子が前記パッケージの外側に配置されており、
前記絶縁被覆層が、前記パッケージの表面、及び前記放射素子を被覆しており、
前記外部遮蔽層が前記パッケージ及び前記絶縁被覆層の外側に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記外部遮蔽層が、前記放射素子から見て全方位に配置されている請求項４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、集積回路内のノイズを低減させる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不要な放射ノイズを抑制する集積回路が特許文献１に開示されている。集積回路のパッケージ内にシールドが施され、このシールドがグランドに接続されている。これにより、集積回路のパッケージから放射されるノイズを低減することができる。
【０００３】
高周波ノイズ電流がコネクタを経由してケーブルへ伝搬することを防止するフィルタが、特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されたフィルタにおいては、プリント基板のコネクタ周辺部に高インピーダンスを示す領域が形成されている。高インピーダンスを示す領域は、所定の周波数帯で電磁波の伝搬を阻止するバンドギャップを持つ電磁バンドギャップ構造を有する。複数の周波数帯で高インピーダンスを示す表面構造が、特許文献３に開示されている。
【０００４】
高インピーダンスを示す領域は、第１の導体層に周期的に配置された複数の導体小片と、第２の導体層に配置されたグランド導体膜と、複数の導体小片をグランド導体膜に接続する導体柱とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２１６４８０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５５７５号公報
【特許文献３】米国特許第６４８３４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された集積回路のグランド端子は、集積回路が実装されているプリント基板の他の回路に接続されている。集積回路で発生したノイズは、プリント基板上のグランド導体を通して他の回路に伝搬してしまう。ノイズがプリント基板の他の回路に広がると、二次的な放射を発生させる場合がある。
【０００７】
特許文献２及び３に開示された技術により、プリント基板に接続されたコネクタのグランドに流れるコモンモード電流を抑制することが可能である。ところが、プリント基板上の一部の回路で発生したノイズが、同一基板上の他の回路に伝搬することを抑制することは困難である。このため、ノイズが基板全体に広がりやすい。ノイズが基板内に広がることで、二次的な放射が発生してしまうことがある。
【０００８】
本発明の目的は、周囲の他の回路へのノイズの広がりを抑制することができる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によると、
集積回路が形成されている半導体チップと、
前記集積回路で発生したノイズ電流が流入することにより、電磁波を放射する放射素子と、
前記放射素子から放射された電磁波を遮蔽する外部遮蔽層と
を有する半導体装置が提供される。
【００１０】
ノイズのエネルギが放射素子から電磁波として放射されるため、周囲の他の回路へのノイズの広がりを抑制することができる。
【００１１】
前記半導体装置が、さらに、
前記集積回路との電気信号の入出力を行う複数の信号端子と、
前記集積回路にグランド電位を与えるグランド端子と、
前記グランド端子に接続されたグランド導体と
を有する構成とし、
前記放射素子が、前記グランド導体と容量結合している構成としてもよい。
【００１２】
グランド導体に発生しているノイズ電流は、容量結合を通して放射素子に流入する。
【００１３】
前記半導体装置が、さらに、前記放射素子と前記半導体チップとの間に配置され、前記放射素子から放射されて前記半導体チップに向かう電磁波を遮蔽する内部遮蔽層を有する構成としてもよい。
【００１４】
半導体チップ内の集積回路が、放射素子から放射された電磁波ノイズの影響を受けにくい。このため、集積回路の動作を、より安定させることができる。
【００１５】
前記半導体装置が、さらに、
前記半導体チップを収容するパッケージと、
前記パッケージの少なくとも一部の表面を被覆する絶縁被覆層と
を有する構成とし、
前記放射素子が前記パッケージの外側に配置されており、
前記絶縁被覆層が、前記パッケージの表面、及び前記放射素子を被覆しており、
前記外部遮蔽層が前記パッケージ及び前記絶縁被覆層の外側に配置されている構成としてもよい。
【００１６】
前記外部遮蔽層が、前記放射素子から見て全方位に配置されている構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
ノイズのエネルギが放射素子から電磁波として放射されるため、周囲の他の回路へのノイズの広がりを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１Ａは、実施例１による半導体装置の斜視図であり、図１Ｂは、実施例１による半導体装置の断面図である。
【図２】図２は、実施例１による半導体装置のグランド導体、浮遊導体、放射素子、及び外部遮蔽層の等価回路図である。
【図３】図３は、実施例２による半導体装置の斜視図である。
【図４】図４は、実施例３による半導体装置の断面図である。
【図５】図５は、実施例４による半導体装置の断面図である。
【図６】図６は、実施例５による半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施例１］
図１Ａに、実施例１による半導体装置の斜視図を示す。パッケージ１０の対向する２つの辺から複数の外部リード１１が引き出されている。パッケージ１０の上面に、放射素子
１５が配置されている。パッケージ１０及び放射素子１５が、外部遮蔽層２０で取り囲まれている。
【００２０】
図１Ｂに、実施例１による半導体装置の断面図を示す。ダイパッド１２に半導体チップ（ダイ）１６が接着されている。半導体チップ１６には集積回路が形成されており、その表面に複数のパッドが露出している。複数のパッドが、それぞれボンディングワイヤ１７により内部リード１３に接続されている。内部リード１３は外部リード１１に連続する。複数の外部リード１１の一部は、集積回路との電気信号の入出力を行う信号端子であり、他の一部は、集積回路にグランド電位を与えるグランド端子１１Ｇである。
【００２１】
グランド端子１１Ｇに連続する内部リード１３を、グランド導体１３Ｇということとする。浮遊導体１８がグランド導体１３Ｇに容量結合している。例えば、浮遊導体１８は、グランド導体１３Ｇから、面内方向に間隔を隔てて配置されている。
【００２２】
ダイパッド１２、半導体チップ１６、内部リード１３、ボンディングワイヤ１７、及び浮遊導体１８がパッケージ１０内に収容されている。パッケージ１０には、例えばモールド樹脂が用いられる。パッケージ１０の上面に放射素子１５が配置されている。放射素子１５は、例えば正方形または長方形の平面形状を有する導電膜で構成されており、パッチアンテナとして動作する。放射素子１５は、パッケージ１０内に配置された配線１９により、浮遊導体１８に接続されている。これにより、放射素子１５はグランド導体１３Ｇに容量結合する。
【００２３】
絶縁被覆層２１が、パッケージ１０の上面、及び放射素子１５を被覆している。絶縁被覆層２１には、例えば絶縁性の樹脂が用いられる。外部遮蔽層２０が、パッケージ１０及び絶縁被覆層２１の外側に配置されている。例えば、外部遮蔽層２０は、パッケージ１０及び絶縁被覆層２１の外側の表面を覆う。外部遮蔽層２０には、例えば銅等の導電材料が用いられる。外部遮蔽層２０は、グランド端子１１Ｇに電気的に接続されており、他の外部リード１１からは電気的に絶縁されている。
【００２４】
図２に、グランド導体１３Ｇ、浮遊導体１８、放射素子１５、及び外部遮蔽層２０の等価回路図を示す。グランド導体１３Ｇが、キャパシタ２３を介して浮遊導体１８に接続されている。キャパシタ２３は、図１Ｂに示したグランド導体１３Ｇと、浮遊導体１８との間の間隙に起因して生じる静電容量に基づく。
【００２５】
半導体チップ１６（図１Ｂ）に形成された集積回路で発生したノイズ電流が、グランド導体１３Ｇ、キャパシタ２３、浮遊導体１８を介して放射素子１５に流入し、放射素子１５から電磁波が放射される。放射素子１５から放射された電磁波は、外部遮蔽層２０で遮蔽される。このように、グランド導体１３Ｇに生じたノイズ電流が、放射素子１５により電磁エネルギに変換される。放射素子１５から放射された電磁エネルギは、外部遮蔽層２０により外部に放射されないため、最終的には半導体装置内で消費される。その結果、半導体装置全体として、ノイズレベルの低減が図られる。
【００２６】
実施例１では、外部遮蔽層２０がパッケージ１０及び絶縁被覆層２１からなる本体の六面すべてを覆っている。すなわち、放射素子１５から見て全方位に外部遮蔽層２０が配置されている。この構成に代えて、外部遮蔽層２０が本体の一部分のみを覆う構成としてもよい。例えば、本体の上面（絶縁被覆層２１の上面）のみを覆うようにしてもよいし、本体の上面と側面とを覆うようにしてもよい。この場合、半導体チップ１６から遠ざかる向きに、放射素子１５から放射された電磁波が外部遮蔽層２０で遮蔽される。
【００２７】
一般的に、電磁的ノイズをグランド導体１３Ｇに帰還させることにより、ノイズレベル
の低減を図ることができる。ところが、グランド導体１３Ｇの電位が安定していない場合、グランド導体１３Ｇに帰還されたノイズが、グランド電位を共有する他の回路に悪影響を及ぼす場合がある。効果的なノイズ対策を行うには、ノイズエネルギそのものを消失させることが有効である。上述の実施例１では、ノイズエネルギが電磁エネルギとして放射されるため、グランド導体１３Ｇの電位が安定していない場合であっても、ノイズレベルの低減を図ることが可能である。例えば、実施例１による半導体装置を、携帯情報端末のプリント基板に実装する場合に、ノイズ低減の顕著な効果が得られる。
【００２８】
キャパシタ２３の静電容量、放射素子１５の形状及び寸法は、除去すべきノイズの周波数帯の電磁波を効率よく放射させることができるように決定することが好ましい。例えば、半導体チップ１６に形成されている集積回路の動作周波数に相当する電磁波を効率よく放射させることができるように、キャパシタ２３の静電容量、放射素子１５の形状及び寸法が決定される。これにより、ノイズの除去効果を高めることができる。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂでは、パッケージ１０の２つの辺から外部リードが引き出されたスモールアウトラインパッケージ（ＳＯＰ）を示したが、上述の実施例１は、他の形態のパッケージ、例えば４つの辺から４方向に外部リードが引き出されたクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）等にも適用することが可能である。
【００３０】
実施例１では、外部遮蔽層２０に導電材料を用いたが、導電材料に代えて磁性材料、例えばフェライトを用いてもよい。磁性材料からなる外部遮蔽層２０も、放射素子１５から放射された電磁波を遮蔽することができる。外部遮蔽層２０に磁性材料を用いる場合には、外部遮蔽層２０をグランド導体１３Ｇに接続する必要はない。
【００３１】
［実施例２］
図３に、実施例２による半導体装置の斜視図を示す。以下、実施例１との相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３２】
実施例１では、放射素子１５（図１Ａ）が、正方形または長方形の平面形状を持つ導電膜で構成されており、パッチアンテナとして動作する。実施例２では、放射素子１５がスパイラル状の平面形状を有する。放射素子１５は、スパイラルアンテナとして動作する。スパイラルの形状及び寸法は、ノイズの周波数帯の電磁波を効率的に放射することができるように設計されている。なお、放射素子１５をモノポールアンテナで構成してもよい。
【００３３】
実施例２においても、実施例１と同様に、ノイズレベルの低減を図ることができる。
【００３４】
［実施例３］
図４に、実施例３による半導体装置の断面図を示す。以下、実施例１との相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３５】
実施例１では、半導体チップ１６と放射素子１５との間に、パッケージ１０の一部を構成するモールド樹脂のみが配置されていた。実施例３では、半導体チップ１６と放射素子１５との間に、内部遮蔽層２５が配置されている。内部遮蔽層２５の上に層間絶縁膜２６が配置されている。放射素子１５は、この層間絶縁膜２６に上に配置されている。内部遮蔽層２５は、外部遮蔽層２０と同様に導電材料で形成されており、外部遮蔽層２０に電気的に接続されている。浮遊導体１８と放射素子１５とを接続する配線１９は、内部遮蔽層２５に設けられた開口を通過する。
【００３６】
実施例３では、放射素子１５から半導体チップ１６に向かう電磁波が、内部遮蔽層２５で遮蔽される。このため、半導体チップ１６に形成されている集積回路が、放射素子１５
から放射される電磁波ノイズの影響を受けにくい。これにより、集積回路の、より安定な動作を確保することができる。
【００３７】
［実施例４］
図５に、実施例４による半導体装置の断面図を示す。以下、実施例１との相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１では、図１Ｂに示したように、半導体チップ１６の機械的支持及び電気的接続のためにリードフレームを用いたが、実施例４では、リードフレームに代えてインターポーザが用いられる。
【００３８】
図５に示すように、インターポーザ３１に半導体チップ１６が接着されている。インターポーザ３１のチップ搭載面に、グランド導体３６、信号配線３７、浮遊導体１８等が形成されており、底面に、複数の半田ボール３５が配置されている。グランド導体３６及び信号配線３７は、それぞれ半導体チップ１６の対応するパッドに、ボンディングワイヤ１７により接続されている。インターポーザ３１のチップ搭載面、半導体チップ１６、及びボンディングワイヤ１７が、モールド樹脂３２で覆われている。インターポーザ３１及びモールド樹脂３２により、パッケージ１０が構成される。
【００３９】
パッケージ１０の上面に放射素子１５が配置されている。放射素子１５は、配線１９により浮遊導体１８に接続されている。パッケージ１０の上面、及び放射素子１５が、絶縁被覆層２１で被覆されている。絶縁被覆層２１の表面、及びパッケージ１０の側面が、外部遮蔽層２０で覆われている。外部遮蔽層２０は、配線３８によりグランド導体３６に接続されている。なお、外部遮蔽層２０に磁性材料を用いる場合には、外部遮蔽層２０をグランド導体３６に接続する必要はない。
【００４０】
実施例４においても、実施例１と同様に、ノイズレベルの低減を図ることができる。
【００４１】
［実施例５］
図６に、実施例５による半導体装置の断面図を示す。以下、図５に示した実施例４との相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例４では、図５に示したように、浮遊導体１８がインターポーザ３１に配置されていた。実施例５では、浮遊導体１８が半導体チップ１６内に配置されている。
【００４２】
半導体チップ１６内に配置されているグランド導体４０が、パッド、及びボンディングワイヤ４２により、インターポーザ３１上のグランド導体３６に接続されている。浮遊導体１８は、半導体チップ１６内のグランド導体４０に容量結合している。また、浮遊導体１８は、パッド４１及び配線１９により、放射素子１５に接続されている。
【００４３】
実施例５では、図２に示したキャパシタ２３が、半導体チップ１６内に配置される。実施例５においても、実施例４と同様に、ノイズレベルの低減を図ることができる。
【００４４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４５】
１０  パッケージ
１１  外部リード
１１Ｇ  グランド端子
１２  ダイパッド
１３  内部リード
１３Ｇ  グランド導体
１５  放射素子
１６  半導体チップ（ダイ）
１７  ボンディングワイヤ
１８  浮遊導体
１９  配線
２０  外部遮蔽層
２１  絶縁被覆層
２３  キャパシタ
２５  内部遮蔽層
２６  層間絶縁膜
３１  インターポーザ
３２  モールド樹脂
３５  半田ボール
３６  グランド導体
３７  信号配線
３８  配線
４０  グランド導体
４１  パッド
４２  ボンディングワイヤ
【図１】
2015153803.tif 000003
【図２】
2015153803.tif 000004
【図３】
2015153803.tif 000005
【図４】
2015153803.tif 000006
【図５】
2015153803.tif 000007
【図６】
2015153803.tif 000008