(57)【要約】【課題】半導体チップ及びアンテナを内蔵する半導体装置において、アンテナからの電磁波の伝播損失を減少させること。【解決手段】半導体装置１は、リードフレーム２と、そのリードフレーム２の所定の位置に形成されたアンテナ５０と、そのリードフレーム２のアイランド３上にスペーサ３０を介してマウントされた半導体チップ１０と、を備える。スペーサ３０は、接着剤とは異なる部材である。【選択図】図２Ａ
2008299712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、
前記リードフレームの所定の位置に形成されたアンテナと、
前記リードフレームのアイランド上にスペーサを介してマウントされた第１半導体チップと
を備える
半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記スペーサは、絶縁体で形成される
半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記スペーサの材料は、ガラス、セラミック、及びシリコンのいずれかを含む
半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記スペーサの材料は、ガラスである
半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記スペーサは、前記アイランド及び前記第１半導体チップに接着剤で接着された
半導体装置。
【請求項６】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記スペーサの材料は、モールド樹脂と同じである
半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記スペーサの厚さは、１ｍｍ以上である
半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記第１半導体チップは、ボンディングワイヤを介して、前記リードフレームのリード電極と電気的に接続されている
半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置であって、
更に、前記アンテナに電気的に接続された第２半導体チップを備え、
前記第２半導体チップは、前記アンテナを用いて前記半導体装置の外部と通信を行う
半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置であって、
前記アンテナは、前記リードフレームに形成されたスリットアンテナであり、
前記第２半導体チップは、前記スリットアンテナのスリットを跨ぐように配置される
半導体装置。
【請求項１１】
リードフレームと、
前記リードフレームの第１の位置上に配置された第１半導体チップと、
前記リードフレームの第２の位置に形成されたアンテナ上に配置された第２半導体チップと
を備え、
前記第１半導体チップは、前記第２半導体チップよりも前記リードフレームから離れて配置されていることを特徴とする
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ及びアンテナを内蔵する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＣＰＵ等の半導体チップに加えて、外部機器と無線通信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）チップを搭載した半導体装置が記載されている。このＲＦＩＤチップは非接触型であり、アンテナを通して、外部機器から電力及びデータを受け取り、また、外部機器にデータを送信する。
【０００３】
上記半導体チップは、リードフレームのアイランド上にマウントされている。また、リードフレームは、アイランドを支持するための部材である吊りピンを有しており、その吊りピンの一部にはスリットが形成されている。そのスリットが、ＲＦＩＤチップが無線通信に用いる「スリットアンテナ」として機能する。言い換えれば、リードフレームにスリットアンテナが形成されており、ＲＦＩＤチップはそのスリットアンテナと電気的に接続されている。
【０００４】
このように、特許文献１に記載された技術によれば、リードフレームの一部がＲＦＩＤチップ用のアンテナとして利用される。その結果、アンテナ専用の領域が不要となり、パッケージサイズの増大が防止される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４６４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は、次の点に着目した。上述のように、ＣＰＵ等の半導体チップに加えてＲＦＩＤチップが搭載されている場合、ＲＦＩＤチップとの通信ができなくなる場合がある。その理由は、次のことであると考えられる。リードフレームのアイランド上にマウントされている半導体チップは、リードフレームのリード電極にボンディングワイヤを介して電気的に接続される。そのボンディングワイヤが電磁界を乱し、伝播損失によりＲＦＩＤチップとの通信ができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本願発明者が行った実験によれば、ボンディングワイヤ（６）に接続される半導体チップ（１０）をアイランド（３）から離すほど、ＲＦＩＤチップ（２０）からの電磁波を受信可能な距離が長くなることが判明した。つまり、ボンディングワイヤ（６）に接続される半導体チップ（１０）とリードフレーム（２）との間の距離が大きくなるにつれて、ＲＦＩＤチップ（２０）からの電磁波の伝播損失が減少することが判明した。
【０００９】
従って、本発明のある観点において、半導体装置（１）は次の構成を有する。すなわち、半導体装置（１）は、リードフレーム（２）と、そのリードフレーム（２）の所定の位置に形成されたアンテナ（５０）と、そのリードフレーム（２）のアイランド（３）上にスペーサ（３０）を介してマウントされた半導体チップ（１０）と、を備える。スペーサ（３０）は、接着剤とは異なる部材である。
【００１０】
このように、アンテナ（５０）が形成されるリードフレーム（２）と半導体チップ（１０）との間には、スペーサ（３０）が介在している。スペーサ（３０）が設けられるため、半導体チップ（１０）とリードフレーム（２）との間の距離が、従来に比べ大きくなる。このような構成により、アンテナ（５０）からの電磁波の伝播損失が減少する。その結果、良好なＲＦＩＤ通信が実現される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る半導体装置によれば、アンテナからの電磁波の伝播損失が減少し、良好な無線通信が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る半導体装置を説明する。
【００１３】
１．構成
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置１の構成を概略的に示す平面図である。この半導体装置１は、リードフレーム２、第１半導体チップ１０、第２半導体チップ２０、及びアンテナ５０を備えている。リードフレーム２は、アイランド３、吊りピン４、及びリード電極５を含んでいる。吊りピン４は、アイランド３につながる部材であり、アイランド３を支持するための部材である。図１において、吊りピン４の長手方向がＹ方向であり、Ｙ方向に直交する方向がＸ方向である。
【００１４】
第１半導体チップ１０は、マイクロプロセッサやメモリ等のＩＣチップである。この第１半導体チップ１０は、リードフレーム２のアイランド３に重なるように設けられている。また、第１半導体チップ１０の電極パッドは、ボンディングワイヤ６を介して、リード電極５と電気的に接続されている。第１半導体チップ１０には、リード電極５からボンディングワイヤ６を通して電力が供給される。
【００１５】
図２Ａは、図１中の線Ａ−Ａ’に沿った構造を示す断面図であり、第１半導体チップ１０を含む断面構造を示している。図２Ａで示される面は、図１で示されたＸＹ面に直角なＸＺ面である。図２Ａに示されるように、第１半導体チップ１０は、アイランド３（第１の位置）上に「スペーサ３０」を介してマウントされている。つまり、第１半導体チップ１０とアイランド３との間にはスペーサ３０が介在しており、第１半導体チップ１０とアイランド３との間の距離は従来に比べ大きくなっている。
【００１６】
このスペーサ３０は、接着剤３１でアイランド３に接着されており、また、接着剤３２で第１半導体チップ１０に接着されている。すなわち、スペーサ３０は、通常の接着剤とは異なる部材である。また、スペーサ３０は、絶縁体で形成されている。例えば、スペーサ３０の材料は、ガラス、セラミック、及びシリコンのいずれかを含んでいる。
【００１７】
更に図２Ａに示されるように、第１半導体チップ１０は、ボンディングワイヤ６に接続されている。そして、このような構造がモールド樹脂４０で封止されている。
【００１８】
再度図１を参照して、第２半導体チップ２０は、リードフレーム２の吊りピン４上にマウントされている。また、アンテナ５０が、吊りピン４の所定の位置に形成されている。第２半導体チップ２０は、外部機器と無線通信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）チップであり、アンテナ５０に電気的に接続されている。特に、第２半導体チップ２０は、非接触型のＲＦＩＤチップであり、アンテナ５０を通して、外部機器から電力及びデータを受け取り、また、外部機器にデータを送信する。
【００１９】
図２Ｂは、図１中の線Ｂ−Ｂ’に沿った構造を示す断面図であり、第１半導体チップ１０及び第２半導体チップ２０を含む断面構造を示している。図２Ｂで示される面は、図１で示されたＸＹ面に直角なＹＺ面である。図２Ｂに示されるように、第２半導体チップ２０は、吊りピン４の所定の位置（第２の位置）に形成されたアンテナ５０上に配置されている。第２半導体チップ２０は、例えば接着剤３１で、アンテナ５０周辺の吊りピン４に接着されている。あるいは、後述される第２半導体チップ２０の２つ入出力端子２６が、アンテナ５０周辺の吊りピン４に半田付けされていてもよい。
【００２０】
図２Ｂにおいて、リードフレーム２のアイランド３と第１半導体チップ１０との間隔はＬ１である。一方、アンテナ５０が形成されたリードフレーム２の吊りピン４と第２半導体チップ２０との間隔はＬ２である。本実施の形態によれば、上述の通りスペーサ３０が設けられているため、「Ｌ１＞Ｌ２」の関係が満たされる。すなわち、第１半導体チップ１０は、第２半導体チップ２０よりもリードフレーム２から離れて配置されている。
【００２１】
図３は、第２半導体チップ２０の構成の一例を示すブロック図である。その第２半導体チップ２０は、共振コンデンサ２１、整流平滑回路２２、通信制御回路２３、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）２４、メモリ２５、及びアンテナ５０に接続される２つの入出力端子２６を備えている。共振コンデンサ２１、整流平滑回路２２、及び通信制御回路２３は、入出力端子２６に接続されている。
【００２２】
整流平滑回路２２は、アンテナ５０及び共振コンデンサ２５を介して受け取った交流電力を直流電力に変換する。ＭＰＵ２４は、その直流電力に基づいて動作する。通信制御回路２３は、アンテナ５０を介して受信した受信データを復調し、復調データをＭＰＵ２４に出力する。メモリ２５は、例えば、ＩＤ情報やＭＰＵ２４の動作プログラムを格納するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）である。ＭＰＵ２４は、受け取った復調データの処理を行ったり、メモリ２５からＩＤ情報を読み出したりする。ＭＰＵ２４から出力される送信データは、通信制御回路２３により変調される。そして、その変調データが、アンテナ５０を通して外部機器に送信される。
【００２３】
図４は、本実施の形態におけるアンテナ５０と第２半導体チップ２０を示す平面図である。アンテナ５０は、吊りピン４の一部を切り欠くことによって形成される「スリットアンテナ」である。具体的には、スリットアンテナ５０は、Ｘ方向に沿った第１スリット５１とＹ方向に沿った第２スリット５２とから構成されている。第２スリット５２は、第１スリット５１に連結しており、第１半導体チップ１０から離れる方向に延在している。これら第１スリット５１及び第２スリット５２で囲まれる吊りピン４の領域は、スリットアンテナ５０のインダクタンス成分を規定している。第２スリット５２の長さを調整することによって、所定の周波数の信号を送受信することが可能となる。つまり、第２スリット５２の長さを調整することによって、スリットアンテナ５０のチューニングが可能となる。
【００２４】
第２半導体チップ２０は、このスリットアンテナ５０を用いて、外部機器と無線通信を行う。図４では、第２半導体チップ２０は、第１スリット５１を跨ぐように配置されている。そして、第２半導体チップ２０の２つの入出力端子２６が、第１スリット５１の両側の部分に接続されている。これにより、第２半導体チップ２０とスリットアンテナ５０が電磁的に結合する。尚、吊りピン４は、グランドに接続されるリード電極５に接続されていることが好ましい（図１参照）。
【００２５】
２．実験
本願発明者は、スペーサ３０の厚さに対するＲＦＩＤ通信の依存性を、実験を通して検証した。図５は、その実験条件を説明するための模式図である。
【００２６】
スペーサ３０の材料はガラスであり、その厚さ（高さ）は“Ｗ”である。モールド樹脂４０は、ＭＰＴ（松下電工製）である。リードフレーム２の材質は銅である。アイランド３の形状は、８．０×６．０ｍｍの長方形である。吊りピン４の幅は２．０ｍｍである。スリットアンテナ５０のスリット幅は０．２ｍｍである。第１スリット５１の長さは１．５ｍｍであり、第２スリット５２の長さは７．０ｍｍである。ＲＦＩＤ電波の周波数は２．４５ＧＨｚである。このような実験条件下で、受信機１００を用いることにより、第２半導体チップ２０との間で通信が行われた。そして、様々な厚さＷに対して、受信機１００で受信可能な最大距離“Ｘ”が測定された。
【００２７】
図６は、実験結果を示している。スペーサ３０の厚さ（高さ）Ｗは、０〜３．０ｍｍの範囲で変動させられている。図６に示されるように、スペーサ３０の厚さＷが大きくなるにつれて、受信可能距離Ｘも大きくなる。つまり、第１半導体チップ１０がリードフレーム２から離れるにつれて、第２半導体チップ２０からの電波を受信可能な距離Ｘが伸びる。その理由は、次のことであると考えられる。
【００２８】
第１半導体チップ１０がリードフレーム２から離れるにつれて、ボンディングワイヤ６もリードフレーム２から遠ざかる。これは、ボンディングワイヤ６が、スリットアンテナ５０から遠ざかることを意味する。従って、ボンディングワイヤ６のＲＦＩＤ電波への影響が軽減され、ボンディングワイヤ６により電磁界が乱されることが抑制される。その結果、ＲＦＩＤ電波の伝播損失が減少し、受信可能距離Ｘが伸びる。
【００２９】
実使用の観点から、受信可能距離Ｘが短いことは好ましくない。例えばハンディリーダの実使用を考えると、受信可能距離Ｘは５０ｍｍ以上であることが望ましい。図６から、５０ｍｍ以上の受信可能距離Ｘを実現するためには、厚さＷが１．０ｍｍ以上に設計されるとよいことが分かる。すなわち、スペーサ３０の厚さＷは、１．０ｍｍ以上であると好適である。尚、スペーサ３０の厚さＷは、第１半導体チップ１０がパッケージから突き出ない程度に設定される。
【００３０】
３．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、アンテナ５０が形成されるリードフレーム２と第１半導体チップ１０との間に、スペーサ３０が介在している。スペーサ３０が設けられるため、第１半導体チップ１０とリードフレーム２との間の距離が、従来に比べ大きくなる。そのような構成により、アンテナ５０からの電磁波の伝播損失が減少する。その結果、良好なＲＦＩＤ通信が実現される。
【００３１】
また、本実施の形態では、スペーサ３０は絶縁体で形成される。これにより、次のような効果が得られる。仮に、典型的な半導体装置と同様に、第１半導体チップ１０が銀ペースト等の接着剤でアイランド３に接着される場合を考える。その場合、ボンディングにより第１半導体チップ１０がリード電極５に接続されると、吊りピン４もリード電極５に電気的に接続されることになる。つまり、アンテナ５０が形成される吊りピン４が、電源と電気的に接続されることになる。その結果、アンテナ５０の特性が変化してしまう。一方、本実施の形態では、絶縁体のスペーサ３０が第１半導体チップ１０とアイランド３との間に介在している。従って、吊りピン４と電源が電気的に接続されることがなくなり、アンテナ５０の特性の変化が防止される。
【００３２】
４．変形例
第１半導体チップ１０をアイランド３から離すための構造は、既出の図２Ａ、図２Ｂで示されたものに限られない。
【００３３】
例えば図７に示されるように、柱状の構造を有する柱状スペーサ３０Ａが用いられてもよい。この場合、第１半導体チップ１０は、複数の柱状スペーサ３０Ａ上に搭載される。各柱状スペーサ３０Ａは、アイランド３と第１半導体チップ１０に接着剤３１、３２で接着される。また、各柱状スペーサ３０Ａは、絶縁体で形成されることが好適である。尚、モールド樹脂４０は、第１半導体チップ１０とアイランド３との間にも侵入する。図７で示された構造でも、上述の効果が得られる。
【００３４】
また、図８に示されるように、モールド樹脂４０がスペーサ３０の役割を果たしていてもよい。つまり、スペーサ３０がモールド樹脂４０で形成されていてもよい。このような構造は、モールド樹脂４０の注入工程を複数段階に分けることにより実現される。例えば、まず、アイランド３上だけにモールド樹脂４０が注入される。次に、そのモールド樹脂４０上に第１半導体チップ１０が搭載され、ワイヤボンディングが施される。その後、全体を封入するようにモールド樹脂４０が再度注入される。図８で示された構造でも、上述の効果が得られる。
【００３５】
以上に説明されたように、スペーサ３０、柱状スペーサ３０Ａ、あるいはモールド樹脂４０などを用いることによって、上述の関係「Ｌ１＞Ｌ２」を満たすような構造を実現することが可能である。それにより、上述の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１中の線Ａ−Ａ’に沿った構造を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１中の線Ｂ−Ｂ’に沿った構造を示す断面図である。
【図３】図３は、第２半導体チップの構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、第２半導体チップ及びスリットアンテナを示す平面図である。
【図５】図５は、実験条件を説明するための概略図である。
【図６】図６は、実験結果を示すテーブルである。
【図７】図７は、スペーサの変形例を示す断面図である。
【図８】図８は、スペーサの他の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    半導体装置
２    リードフレーム
３    アイランド
４    吊りピン
５    リード電極
６    ボンディングワイヤ
１０    第１半導体チップ
２０    第２半導体チップ
２１    共振コンデンサ
２２    整流平滑回路
２３    通信制御回路
２４    ＭＰＵ
２５    メモリ
２６    入出力端子
３０    スペーサ
３０Ａ  柱状スペーサ
３１、３２    接着剤
４０    モールド樹脂
５０    アンテナ
５１    第１スリット
５２    第２スリット
１００    受信機
【図１】
2008299712.tif 000003
【図２Ａ】
2008299712.tif 000004
【図２Ｂ】
2008299712.tif 000005
【図３】
2008299712.tif 000006
【図４】
2008299712.tif 000007
【図５】
2008299712.tif 000008
【図６】
2008299712.tif 000009
【図７】
2008299712.tif 000010
【図８】
2008299712.tif 000011