(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と反対向きの第２の面を有する少なくとも一つの半導体素子を備え、前記少なくとも一つの半導体素子は、第１、第２及び第３のボンディングパッドが設けられ、パッシベーティング材料を用いてカプセル化され、前記第１の面に導電層をさらに備え、
前記層は、外部接触のために適した第１、第２及び第３のコンタクトパッドを含み、前記第１、第２及び第３のコンタクトパッドは、それぞれ導電性内部接続手段によって前記第１、第２及び第３のボンディングパッドに接続され、
前記第１及び第２のコンタクトパッドは、第１及び第２の側面が設けられ、前記第３のコンダクトパッドは、第１の側面が設けられ、
前記第１及び第２のコンタクトパッドの前記第１の側面は、前記第３のコンタクトパッドの前記第１の側面と対向し、この第１の側面に沿う連続的な間隙によって分離され、
前記第１及び第２のコンタクトパッドの前記第２の側面は、互いに対向し、第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１の部分の方が前記第２の部分よりも前記第１の側面の近傍に配置され、
前記第１及び第２のコンタクトパッドの前記第２の側面の前記第１の部分は、これらの第２の側面の前記第２の部分の間の距離よりも短い相互距離にあることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記第２の側面の前記第１の部分と前記第２の部分とは、実質的に互いに平行に向けられることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のコンタクトパッドの前記第１及び第２の側面は、９０乃至１８０度である角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記間隙は、台形の上辺と両側辺を描く態様で延在することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記間隙は、直線状に延在することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記第３のコンタクトパッドは、接地されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
前記第３のコンタクトパッドは、前記第１の側面とは反対向きの第２の側面が設けられ、
第４及び第５のコンタクトパッドが、前記第３のコンタクトパッドの前記第２の側面に存在し、前記少なくとも一つの半導体素子において第４及び第５のボンディングパッドに接続され、
前記第４及び第５のコンタクトパッドは、第１及び第２の側面が設けられ、前記第４及び第５のコンタクトパッドの前記第１の側面は、前記第３のコンタクトパッドの前記第２の側面と対向して、連続的な間隙によって分離され、それらの前記第２の側面は、互いに対向して、第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１の部分の方が前記第２の部分よりも前記第１の側面の近傍に配置され、前記第２の側面の前記第１の部分は、これらの側面の前記第２の部分の間の距離よりも短い相互距離にあることを特徴とする請求項１又は６に記載の電子装置。
【請求項８】
前記第３のコンタクトパッドは、前記半導体素子の前記第２の面に存在する第２の導電層と接続されることを特徴とする請求項１又は６に記載の電子装置。
【請求項９】
前記半導体素子は、トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１０】
少なくとも３０ＧＨｚの周波数における請求項１乃至９のいずれか一項に記載された半導体装置の用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の面と反対向きの第２の面を有する少なくとも一つの半導体素子を備え、その少なくとも一つの半導体素子は、第１、第２及び第３のボンディングパッドが設けられ、パッシベーティング材料を用いてカプセル化され、第１の面に導電層をさらに備え、その層が外部接触のために適した第１、第２及び第３のコンタクトパッドを含み、第１、第２及び第３のコンタクトパッドがそれぞれ導電性内部接続手段によって第１、第２及び第３のボンディングパッドに接続され、第１及び第２のコンタクトパッドは第１及び第２の側面が設けられ、第３のコンダクトパッドは第１の側面が設けられ、第１及び第２のコンタクトパッドの第１の側面は第３のコンタクトパッドの第１の側面と対向し、第１及び第２のコンタクトパッドの第２の側面は少なくとも互いに部分的に対向して、第１の部分及び第２の部分を含み、第１の部分の方は第２の部分よりも第１の側面の近傍に配置されている、電子装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、この電子装置の用途に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような電子装置は、未公開特許出願ＩＢ０２／０２３０５号（ＰＨＮＬ０１０３９８）に記載されている。上記装置は、第１及び第２の導電層が設けられ、それらの間に半導体素子及び接続部材が存在する。半導体素子及び接続部材は、第１の導電性の、金属バンプを備えたパターン層に接触させられる。第２の面において、それらは導電性接着剤を用いて第２の導電層に接続される。第１の導電層は５個のコンタクトパッドが設けられ、第３のコンタクトパッドは接続部材に接続され、その他のコンタクトパッドは半導体素子に接続される。第３のコンタクトパッドはその第１の面に延長部が設けられる。この延長部は第１のコンタクトパッドと第２のコンタクトパッドとの間に存在し、第２の側面の第１の部分が延長部の側面に対向する。
【０００４】
上記の装置の欠点は、３０ＧＨｚよりも高い周波数において、挿入損失が−０．５ｄＢ未満に低下することである。これは信号歪みを生じさせ、その結果として、この装置はミリメートル波用途に適していない。
【特許文献１】未公開特許出願ＩＢ０２／０２３０５号（ＰＨＮＬ０１０３９８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、冒頭の段落に記載された種類の装置であって、３０ＧＨｚよりも高い周波数にも適した改良された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、
第１及び第２のコンタクトパッドの第１の側面と第３のコンタクトパッドの第１の側面が、第１の側面に沿う連続的な間隙によって分離され、
第１及び第２のコンタクトパッドの第２の側面の第１の部分が、これらの側面の第２の部分の間の距離よりも短い相互距離にある、
ことによって達成される。
【０００７】
得られた装置は３０ＧＨｚよりも高い周波数でも適切に機能する。３０ＧＨｚを上回る高反射の原因は、主として導波管の形状及び材料特性である。本発明はより反射の少ない改良された形状を提供する。その結果として、挿入損失の挙動が改良される。
【０００８】
本発明の装置の利点は、寄生インダクタンスが従来の装置と比べて著しく低減されることである。これは３０ＧＨｚを上回る周波数の場合に限らず、より低い周波数でも同じである。
【０００９】
好適な実施の一形態において、第２の側面の第１及び第２の部分は実質的に互いに平行に向けられ、第３の平行面によって分離される。この構造によれば良好な結果が得られ、特に、第１のコンタクトパッドと第２のコンタクトパッドとの間の寄生容量が著しく低減される。
【００１０】
別の実施の形態では、第１及び第２のコンタクトパッドの第１及び第２の側面がなす角度は、９０度と１８０度の間に入る。第１の側面は完全に直線ではないことがわかる。この角度は、第１の側面の主要な部分と第２の側面の第１の部分との間の角度として測定される。この角度が原因となって、コンタクトパッドの第１の側面の間の間隙は、鋭い曲がりのために反射を生じる従来の装置の曲がりよりも鋭くない曲がりを有し、波の流れが妨げられないより長い直線部分を有する。
【００１１】
特に、間隙は台形状である。このような形状は、導波管の内側における波の伝達を改善する。
【００１２】
その代案として、間隙は直線形状を有する。この形状は、電力波が妨げられずに流れ、その結果として挿入損失が最小になるので、理想的な形式のように思われる。
【００１３】
好適な実施の形態では、第３のコンタクトパッドは接地される。挿入損失の問題は特にこの場合に現れるが、その理由は電磁波が電位差による影響を受けるからであある。しかし、接地電位の代わりに、第３のコンタクトパッドは、第１及び第２のコンタクトパッドにおける電位とは異なる負電位又は別の電位を与えてもよい。これらのコンタクトパッドは一般に信号パッドとして使用される。
【００１４】
さらなる実施の形態において、
第３のコンタクトパッドは、第１の側面とは反対向きの第２の側面が設けられ、
第４及び第５のコンタクトパッドは、第３のコンタクトパッドの第２の側面に存在し、少なくとも一つの半導体素子において第４及び第５のボンディングパッドに接続され、
第４及び第５のコンタクトパッドは、第１及び第２の側面が設けられ、第４及び第５のコンタクトパッドの第１の側面は、第３のコンタクトパッドの第２の側面と対向し、連続的な間隙によって分離され、それらの第２の側面は互いに対向し、第１の部分及び第２の部分を含み、第１の部分の方が第２の部分よりも第１の側面の近傍に配置され、第２の側面の第１の部分は、これらの側面の第２の部分の間の距離よりも短い相互距離にある。
【００１５】
本実施の形態では、装置は、二つ以上の半導体素子を備えるか、又は、半分離（半ディスクリート）素子でもよい。第４及び第５のコンタクトパッドは、実質的に第１及び第２のコンタクトパッドのパターンと同じパターンを有する。
【００１６】
さらなる実施の形態では、第３のコンタクトパッドは、半導体素子の第２の面に存在する第２の導電層と接続される。第３のコンタクトパッドは、このようにして半導体素子のバックコンタクトに設けられる。第２の導電層を設けることによってより高いフレキシビリティが可能になる。第２の導電層は、ヒートシンク及び／又は接地面でもよく、又は、ダイオード及びバイポーラトランジスタのような縦型半導体素子に対するバックコンタクトへの接続でもよい。
【００１７】
本発明に係る装置は、特にトランジスタであるが、それだけに限られない。
【００１８】
好ましくは、この装置の導電層は、外部接触用のコンタクトパッドと内部の相互接続用のパッドとの両方を備える。しかし、このような１層リードフレームではなく、２層乃至３層の構造を代わりに使用してもよい。非常に好ましくは、導電層は封入容器に機械的に固定される。これは、例えば、導電層が犠牲層の上に設けられ、犠牲層が導電層の下にアンダーエッチが生成されるようにエッチングされることによって実現される。この構造の利点の一つは、その機械的安定性が改善されることに加えて、導電層の厚さが比較的薄く、特に４０マイクロメートル未満であり、好ましくは、５乃至１５マイクロメートルの範囲に収まる。非常に適切な材料は、任意の金属バンプ又は半田バンプに適切な接着層が設けられた銅である。内部接続手段は、好ましくは金属バンプを含むが、代わりにワイヤボンディングを使用してもよい。
【００１９】
適切な実施の形態では、半導体素子は、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ又はＩＩＩ−Ｖ族材料のようなＳｉ以外の基板材料を有するように選択される。良好な結果はＳｉＧｅトランジスタを用いた場合に得られる。このようなトランジスタが本発明のパッケージ内にあるならば、２００ｍＶの刻みのＶce＝０乃至２Ｖと、３０μＡの刻みのＩb＝０乃至３００μＡのバイアス条件を使用して、約４５ＧＨｚのカットオフ周波数（Ｆt）が実現される。この値は、有鉛及び無鉛の両方のパッケージにパッケージングされた市販されているトランジスタのカットオフ周波数よりも高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る装置の上記態様及びその他の態様とその用途は、図面及び表を参照してさらに解明される。
【００２１】
図面は、正しい縮尺では描かれず、全く概略的である。異なる図面内の類似の参照番号は、類似の部分を参照する。
【００２２】
図１は、第１の面８及び第２の面９を備えた従来の装置１０を示す。この装置は、いずれも銅を含んで５０乃至１００マイクロメートルの厚さを有する第１の導電層３及び第２の導電層４を備えている。装置１０は、半導体素子１と、銅又はケイ素で作られた接続部材７を備えている。両者は、異方性導電接着剤を備えた第２の導電層４と、半田バンプを備えた第１の導電層３とに接続される。構成要素１、７は、当業者に知られているように、本例ではエポキシである電気的絶縁性のパッシベーション材料からなる封入容器５によりカプセル化される。図示されないボンディングパッド（バックコンタクトのような接点としての面の使用を含む）は、コンタクトパッド１１、１２、１３、１４、１５に接続される。第１及び第２のコンタクトパッド１１、１２には、第１の側面１１１、１２１と、第２の側面１１２、１２１とが設けられる。これらの第２の側面１１２、１２２は、第１の部分Ａと第２の部分Ｂとを含む。ここで、第１の部分の方が第１の側面１１１、１２１の近傍に配置される。第３のコンタクトパッド１３は、第１の側面１３１を含み、延長部１３９が設けられる。第１の部分１１２Ａ、１２２Ａは、この延長部１３９の側面に対向する。この従来の装置のパッケージング工程は、多数のステップを含む。最初に、半導体素子１は第２の導電層４の上に設けられ、この例ではＡｕスタッドバンプであるバンプが設けられる。素子１をＣｕの第２の導電層４に取り付けるために、エポキシ型のダイ取り付け材料が使用される。次に、Ｓｎ仕上げ層が設けられた第１の導電層３は、バンプの上に配置される。熱及び力を加えることにより、Ａｕ−Ｓｎの内部接続層が形成され、素子と第１の導電層３との間に電気的接続が得られる。この結合工程は、Ａｕ−Ｓｎ合金の形成のための温度よりも高い温度のシールドガス（Ａｒ／Ｈ2）下で行われる。サーモードのような（thermode-like）構造を備えたプレスが熱及び力を加えるため使用された。より剛性の高い構造を実現し、Ａｕ−Ｓｎ結合領域を押し付け、後の装置を環境条件から保護するために、第１の導電層３と第２の導線層４との間の間隙は、液体カプセル化材料により満たされる。その後、第１の導電層３は、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされる。又は、剥離層の最上部の上に第１の導電層３を含む箔が使用される。最後に、パッケージの半田付け可能な領域を画定するために、半田レジスト層が製品にパターニングされ、その後に仕上げ層（無電解Ｎｉ／Ａｕ）が続く。半田レジスト層に関して、２６０℃において６０分間で硬化するベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を用いると良好な結果が得られる。Ａｕ−Ｓｎ内部接続の代替として、超音波Ａｕ−Ａｕ結合工程を用いることが可能である。Ａｕ−Ａｕ内部接続を可能にするために、第１の導電層３は、離散的なＮｉ／Ａｕドットを用いてスポットめっきされる。接続は、ＫＭＥフリップチップボンダを用いて実行された。
【００２３】
装置のパッケージは、半導体素子１を機械的及び化学的影響から保護する目的のために役立つ。それはまた、素子１と印刷基板との間の接続のファンアウト（ピッチ拡大）を作り出す。このファンアウトは、特にボンディングワイヤが使用されるならば、付加的な直列インダクタンスを生じる。この影響は、パッケージ内の低抵抗、低インダクタンスの接続及びリード線によって軽減される。これは、従来の装置において存在する。本発明に係る装置は、高周波での挙動をさらに改善する。
【００２４】
図２は、第１の実施の形態による本発明に係る装置１００を示す。第１及び第２のコンタクトパッド１１、１２は、第１の部分１１２Ａ、１２２Ａ及び第２の部分１１２Ｂ、１２２Ｂを備えた第２の側面１１２、１２２を有する。これらの第１の部分１１２Ａ、１２２Ａは、第２の部分１１２Ｂ、１２２Ｂの間の相互距離よりも短い相互距離にある。第１及び第２のコンタクトパッド１１、１２上の拡張部は、より第３のコンタクトパッド１３に近い位置へ移動されている。
【００２５】
従来の装置とは反対に、本発明に係る装置は、第１の面１１１、１２１、１３１の間に連続的な間隙２００を含む。第１及び第２のコンタクトパッド１１、１２は信号の伝達のために使用され、一方、第３のコンタクトパッド１３は接地接続として使用される。それは、図１における装置のように第２の導電層に接続してもよい。
【００２６】
本発明に係る構造体は、２μｍの余裕のある６０μｍの間隙の解像度を有する第１の導電層３において実現された（試験によって幅は５９乃至６２μｍであることがわかった。）。しかし、この解像度は、装置サイズ及び特定の用途に応じて変更される。
【００２７】
本実施の形態において、第１及び第２のコンタクトパッド１１、１２の第１の側面１１１、１２１の主要な部分と第１の部分１１２Ａ、１２２Ａとは、９０度よりも大きい角度α、特に約１２０度をなす。これにより、伝達が改善され、間隙２００の台形状の形状が得られる。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す。ここで、間隙２００は直線的であり、これは挿入損失にプラスの影響を与える。
【００２９】
図４は、本発明に係る装置１００の第３の実施の形態を示す。ここで、間隙２００は曲線を構成する。その上、第３のコンタクトパッド１３は、第１の部分２３と第２の部分３３とに分割される。
【００３０】
図５は、本発明に係る装置１００の第４の実施の形態を示す。ここで、第４のコンタクトパッド１４及び第５のコンタクトパッド１５は、第１の側面１３１とは反対側の第２の側面１３２に存在する。第４及び第５のコンタクトパッド１４、１５は、第１及び第２のコンタクトパッド１１、１２と同様の形状を有する。本実施の形態において、非常に好ましくは、第３のコンタクトパッド１３は接地され、他のコンタクトパッド１１、１２、１４、１５は信号パッドである。
【００３１】
図に示された３タイプのトランジスタを比較した。先に説明し、ここで使用されたタイプのトランジスタ（Ｉ）は、接続部材がなく、３個のコンタクトパッドだけを有し、それらは総てトランジスタの第１の面においてボンディングパッドに接続された。本発明に係るトランジスタ（ＩＩ、ＩＩＩ）は、図２及び図３に示されたトランジスタである。第１及び第２のコンタクトパッドは信号パッドとして使用され、一方、第３のコンタクトパッドは接地パッドとして使用された。
【００３２】
表１は、図１乃至図３に説明された装置に関係する測定データを示す。
【００３３】
表１は、様々な周波数Ｆに対するトランジスタの寄生容量Ｃ及びインダクタンスＬの測定データを示す。特に、インダクタンスＬは、本発明に係るトランジスタにおいて非常に低下することがわかる。容量Ｃは、台形のような間隙を有するタイプでは多少大きくなるが、タイプＩとＩＩＩとでは非常に類似している。さらに、本発明に係るトランジスタＩＩ、ＩＩＩでは、周波数Ｆに応じた容量Ｃ及びインダクタンスＬの変化は、先に説明したようなトランジスタＩよりも小さい。
【００３４】
図６は、挿入損失Ｓが３種類のトランジスタＩ、ＩＩ、ＩＩＩに関して周波数に応じて示されたグラフである。コンタクトパッドの構造が改良されているため、挿入損失は、トランジスタＩＩ、ＩＩＩでは、トランジスタＩにおける周波数よりも高い周波数でその必要最低限の値である−０．５ｄＢに達する。
【００３５】
Ｉ              II              III
F(GHz)   C(pF)   L(nH)   C(pF)   L(nH)   C(pF)   L(nH)  
10       0.0345  0.182   0.0357  0.154   0.0337  0.149
20       0.0343  0.183   0.0356  0.155   0.0337  0.150
30       0.0339  0.186   0.0354  0.156   0.0337  0.152
40       0.0333  0.189   0.0350  0.158   0.0336  0.154
［表１］
【００３６】
このように、要約すると、本発明は、半導体素子と、封入容器と、信号パッドとして使用される第１及び第２のコンタクトパッド並びに接地パッドとして使用される第３のコンタクトパッドを備えた導電層と、を備える電子装置を提供する。コンタクトパッドの形状に起因して、間隙は連続的であり、第１のパッドと第２のパッドとの間に小さい入口がある。この装置は、３０ＧＨｚよりも下及び上の周波数、特に、４０ＧＨｚまでの周波数における用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】先行出願に記載されているような装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る装置の第１の実施の形態の斜視図である。
【図３】この装置の第２の実施の形態の斜視図である。
【図４】本発明に係る装置の第３の実施の形態の平面図である。
【図５】本発明に係る装置の第４の実施の形態の平面図である。
【図６】図１乃至図３に説明された装置に関係するデータについてのグラフである。
【図１】
0004653493.tif 000002
【図２】
0004653493.tif 000003
【図３】
0004653493.tif 000004
【図４】
0004653493.tif 000005
【図５】
0004653493.tif 000006
【図６】
0004653493.tif 000007