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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年7月5日
【発行日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/04 20060101AFI20181130BHJP
   H01L 23/08 20060101ALI20181130BHJP
【FI】
   H01L23/04 E
   H01L23/08 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
【出願番号】特願2017-522217(P2017-522217)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2016年12月29日
(11)【特許番号】特許第6274358号(P6274358)
(45)【特許公報発行日】2018年2月7日
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100082175
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 守
(74)【代理人】
【識別番号】100106150
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 英樹
(74)【代理人】
【識別番号】100148057
【弁理士】
【氏名又は名称】久野 淑己
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 正康
(72)【発明者】
【氏名】宮脇 勝巳
(72)【発明者】
【氏名】一戸 洋暁
(72)【発明者】
【氏名】鶴巻 隆
(57)【要約】
ヒートシンクと、マイクロストリップラインを有するセラミック端子と、整合回路とを一体化させた、該ヒートシンクに固定された一体化部品と、該セラミック端子に固定されたリードと、該ヒートシンクに固定された整合基板と、該ヒートシンクに固定された半導体チップと、該整合回路と該整合基板を接続し、該整合基板と該半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、平面視で該整合基板と該半導体チップを囲むフレームと、該フレームの上に設けられたキャップと、を備えたことを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒートシンクと、
マイクロストリップラインを有するセラミック端子と、整合回路とを一体化させた、前記ヒートシンクに固定された一体化部品と、
前記セラミック端子に固定されたリードと、
前記ヒートシンクに固定された整合基板と、
前記ヒートシンクに固定された半導体チップと、
前記整合回路と前記整合基板を接続し、前記整合基板と前記半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、
平面視で前記整合基板と前記半導体チップを囲むフレームと、
前記フレームの上に設けられたキャップと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
平面視で四角形であり、平面視でH型の第1部分と、前記第1部分よりも薄く形成された第2部分とを有するヒートシンクと、
マイクロストリップラインを有し、前記第2部分にはんだで固定された基板と、
前記基板に固定されたリードと、
前記第2部分に固定された整合基板と、
前記第1部分に固定された半導体チップと、
前記基板と前記整合基板を接続し、前記整合基板と前記半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、
底面が前記基板と前記第1部分に固定され、前記半導体チップを囲むフレームと、を備え、
前記基板の上面と前記第1部分の上面の高さが等しく、
前記フレームの底面は平坦面であることを特徴とする半導体装置。
【請求項3】
前記基板は、マイクロストリップラインを有するセラミック端子と、整合回路とが一体化した一体化部品であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記半導体チップは銀焼結材で前記第1部分に固定され、
前記基板は金錫共晶はんだで前記第2部分に固定されたことを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置。
【請求項5】
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクの上に設けられ上面が平坦であり平面視で環状の外枠部分と、前記ヒートシンクの上に設けられ前記外枠部分の内壁に接し前記外枠部分よりも薄く形成された内側部分と、とを有し、前記内側部分には貫通孔が設けられた外側整合基板と、
前記外枠部分に固定されたリードと、
前記貫通孔により露出した前記ヒートシンクに固定された整合基板と、
前記貫通孔により露出した前記ヒートシンクに固定された半導体チップと、
前記内側部分と前記整合基板を接続し、前記整合基板と前記半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、
前記外枠部分と前記内側部分を接続する外側整合基板ワイヤと、
前記外枠部分の上面に固定されたキャップと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項6】
前記外側整合基板ワイヤは金リボンであることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記半導体チップは銀焼結材で前記ヒートシンクに固定され、
前記外側整合基板と前記整合基板は金錫共晶はんだで前記ヒートシンクに固定されたことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置。
【請求項8】
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクに固定されたリードと、
前記ヒートシンクに固定された外側整合基板と、
前記ヒートシンクに固定された整合基板と、
前記ヒートシンクに固定された半導体チップと、
前記リードの上面に絶縁性接着剤で固定された環状のフレーム部と、前記フレーム部の上面に固定されたキャップ部とを有するカバーと、
前記外側整合基板と前記整合基板を接続し、前記整合基板と前記半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、を備え、
前記リードと前記外側整合基板が電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項9】
前記リードと前記外側整合基板を接続するワイヤと、
前記リードを前記ヒートシンクに固定する絶縁性接着剤と、を備えた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】
前記外側整合基板、前記整合基板及び前記半導体チップは銀焼結材で前記ヒートシンクに固定されたことを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記外側整合基板はセラミックではない誘電体を有し、
前記リードは前記外側整合基板を介して前記ヒートシンクに固定され、
前記リードは導電性接着剤で前記外側整合基板に接続されたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記外側整合基板はフレキシブルプリント配線板であ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13】
前記外側整合基板は、ポリイミドシートと、前記ポリイミドシートの両面に形成された銅板回路を有す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】
この発明は、例えば、携帯電話用基地局のドライバー段に使用する高出力増幅器に用いられる半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力増幅器として機能するパッケージは一般的には以下のように製造される。まず、銅合金のヒートシンク上に電気信号を伝達するためのセラミック端子を銀ロウ材で固定する。次いで、ヒートシンクとセラミック端子上に壁となるセラミックフレームを乗せ、ヒートシンクとセラミックフレームを銀ロウ材で固定する。セラミック端子上に同じ銀ロウ材でリードを固定する。
【0003】
次いで、セラミックフレーム内のヒートシンク上に金スズ共晶はんだで半導体チップを固定する。次いで、半導体チップとセラミック端子の間のヒートシンクに、50Ω終端させるための整合基板を金スズ共晶はんだで固定する。次いで、半導体チップと整合基板、整合基板とセラミック端子の間を金ワイヤで接続する。さらに、外力から内部の回路を守るセラミックキャップを金錫共晶はんだでセラミックフレームに固定する。こうして、外部からの電気信号を入力し、外部に電気信号を出力する半導体装置が完成する。
【0004】
このような半導体装置では、電気信号を一方のリードからセラミック端子、ワイヤ、整合回路およびワイヤを伝送させて半導体チップに入力して高周波信号を増幅する。そして、増幅された高周波信号を他方のリードに向けてワイヤ、整合回路、ワイヤ、セラミック端子の順に伝送させ、当該他方のリードから出力する。内部の回路は、セラミックフレームとセラミックキャップとヒートシンクにより外から及ぼされる外力および外界からの異物に対して保護される。このような半導体装置は、例えば特許文献1に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】日本特開2010−135722号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
電力増幅器として機能するパッケージを構成する半導体装置においては、部品点数を削減すること、組み立ての容易性を高めること、又は別の方法により、コストを低下させたり性能を高めたりすることが求められている。
【0007】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、コストを低下させたり性能を高めたりすることができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願の発明に係る半導体装置は、ヒートシンクと、マイクロストリップラインを有するセラミック端子と、整合回路とを一体化させた、該ヒートシンクに固定された一体化部品と、該セラミック端子に固定されたリードと、該ヒートシンクに固定された整合基板と、該ヒートシンクに固定された半導体チップと、該整合回路と該整合基板を接続し、該整合基板と該半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、平面視で該整合基板と該半導体チップを囲むフレームと、該フレームの上に設けられたキャップと、を備えたことを特徴とする。
【0009】
本願の発明に係る他の半導体装置は、平面視で四角形であり、平面視でH型の第1部分と、該第1部分よりも薄く形成された第2部分とを有するヒートシンクと、マイクロストリップラインを有し、該第2部分にはんだで固定された基板と、該基板に固定されたリードと、該第2部分に固定された整合基板と、該第1部分に固定された半導体チップと、該基板と該整合基板を接続し、該整合基板と該半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、底面が該基板と該第1部分に固定され、該半導体チップを囲むフレームと、を備え、該基板の上面と該第1部分の上面の高さが等しく、該フレームの底面は平坦面であることを特徴とする。
【0010】
本願の発明に係る他の半導体装置は、ヒートシンクと、該ヒートシンクの上に設けられ上面が平坦であり平面視で環状の外枠部分と、該ヒートシンクの上に設けられ該外枠部分の内壁に接し該外枠部分よりも薄く形成された内側部分と、とを有し、該内側部分には貫通孔が設けられた外側整合基板と、該外枠部分に固定されたリードと、該貫通孔により露出した該ヒートシンクに固定された整合基板と、該貫通孔により露出した該ヒートシンクに固定された半導体チップと、該内側部分と該整合基板を接続し、該整合基板と該半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、該外枠部分と該内側部分を接続する外側整合基板ワイヤと、該外枠部分の上面に固定されたキャップと、を備えたことを特徴とする。
【0011】
本願の発明に係る他の半導体装置は、ヒートシンクと、該ヒートシンクに固定されたリードと、該ヒートシンクに固定された外側整合基板と、該ヒートシンクに固定された整合基板と、該ヒートシンクに固定された半導体チップと、該リードの上面に絶縁性接着剤で固定された環状のフレーム部と、該フレーム部の上面に固定されたキャップ部とを有するカバーと、該外側整合基板と該整合基板を接続し、該整合基板と該半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、を備え、該リードと該外側整合基板が電気的に接続されたことを特徴とする。
【0012】
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【0013】
この発明によれば、例えば、マイクロストリップラインを有するセラミック端子と、整合回路とを一体化することにより、コストを低下させ性能を高めた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
図2】半導体装置の平面図である。
図3】実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。
図4】ヒートシンクの斜視図である。
図5】半導体装置の平面図である。
図6】変形例に係る半導体装置の断面図である。
図7】実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
図8】外側整合基板の斜視図である。
図9】半導体装置の平面図である。
図10】変形例に係る半導体装置の断面図である。
図11】別の変形例に係る半導体装置の断面図である。
図12】実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。
図13】半導体装置の平面図である。
図14】変形例に係る半導体装置の断面図である。
図15】実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。
図16】半導体装置の平面図である。
図17】変形例に係る半導体装置の断面図である。
図18】実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。
図19】半導体装置の平面図である。
図20】変形例に係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】
【0015】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【0016】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。この半導体装置はヒートシンク1を備えている。ヒートシンク1には、一体化部品2、整合基板5および半導体チップ7が固定されている。一体化部品2は、マイクロストリップラインを有するセラミック端子2aと、整合回路2bとを一体化させたものである。整合回路2bは入出力用の整合回路である。一体化部品2は、セラミック基板と、セラミック基板の下面全面に形成された金属膜と、セラミック基板の上面に形成された金属パターンを備えている。
【0017】
整合基板5はセラミック基板と、セラミック基板の下面に形成された金属膜と、セラミック基板の上面に形成された金属膜を備えている。セラミック基板の上面に金属パターンで回路を形成してもよい。一体化部品2と整合基板5はいずれもセラミック基板を有しているが、インピーダンス整合を実現するために一体化部品2のセラミック基板と整合基板5のセラミック基板を異なる材料としてもよい。セラミック基板として例えばアルミナ又はアルミナイトライドなどを選択することができる。
【0018】
半導体チップ7は電力を増幅するFETチップである。半導体チップ7の左右に2つの整合基板5がある。半導体チップ7と2つの整合基板5の左右に2つの一体化部品2がある。半導体チップ7、整合基板5および一体化部品2は、例えば280℃の融点を有する金錫共晶はんだ9を用いてヒートシンク1に接合されている。
【0019】
セラミック端子2aには例えば金錫共晶はんだでリード4が固定されている。リード4は外部との電気信号の授受に用いられる。一体化部品2とヒートシンク1の上には、外部からの異物混入を防ぐフレーム3が設けられている。フレーム3は平面視で整合基板5と半導体チップ7を囲む。フレーム3の上面に例えば金錫共晶はんだでキャップ8が固定されている。これによりフレーム3、キャップ8およびヒートシンク1によって囲まれた密閉空間が提供される。この密閉空間の中に、整合回路2bと整合基板5を接続するワイヤ6と、整合基板5と半導体チップ7を接続するワイヤ6が設けられている。これらのワイヤ6に高周波信号が伝送される。
【0020】
高周波信号の流れについて簡単に説明する。外部から左側のリード4に入力した高周波信号は、ワイヤ6を経由して一体化部品2の金属パターンと整合基板5を伝送し半導体チップ7に達し、半導体チップ7により増幅される。増幅された高周波信号は半導体チップ7の右側のワイヤ6を経由して整合基板5と一体化部品2を伝送し右側のリード4に達し、外部に出力される。入力側の整合回路2bと整合基板5によりインピーダンスマッチングが実現され、出力側の整合回路2bと整合基板5によりインピーダンスマッチングが実現されているので、出力側の電力を最大化することができる。
【0021】
図2は、実施の形態1に係る半導体装置の平面図である。図2では半導体装置の内部構造を開示するためにキャップ8は省略している。一体化部品2は、半導体装置の左右に1つずつ設けられている。半導体チップ7は2つ設けられている。半導体チップ7はそれぞれが2つの整合基板5に挟まれている。そのため、整合基板5は4つ設けられている。2つの一体化部品2は、4つの整合基板5と2つの半導体チップ7の左右にある。
【0022】
2つの一体化部品2は同じ構造である。左側の一体化部品2について、破線の左側の部分がセラミック端子2aであり、破線の右側の部分が整合回路2bである。セラミック端子2aの上面には直線の金属パターンが形成されている。整合回路2bの上面にはインピーダンスマッチングを実現するための金属パターンが形成されている。フレーム3は、平面視で整合基板5と半導体チップ7を囲むために平面視で4角形となっている。フレーム3は一体化部品2の上面とヒートシンク1の上面に接触している。
【0023】
本発明の実施の形態1に係る半導体装置は、上述の構成を有することで電力増幅器として機能するパッケージである。従来の電力増幅器として機能するパッケージでは、リードを固定するセラミック端子と、整合回路が別部品となっていた。セラミック端子と整合回路を別々に実装する場合、セラミック端子と整合回路の距離が理想的な距離から±100um程度ずれることがある。このずれを考慮したインピーダンス整合を実現するために、インピーダンスを調整するワイヤが必要となる。すなわち、整合基板又はセラミック端子の位置ずれが原因で、50Ω終端を達成するために実装基板上にワイヤで整合をとる必要が生じ、作業時間が長くなる問題があった。
【0024】
これに対し、本発明の実施の形態1に係る半導体装置では、マイクロストリップラインを有するセラミック端子2aと、整合回路2bとを一体化させた一体化部品2を設けたので、セラミック端子2aと整合回路2bの実装ずれは生じない。当該実装ずれを考慮したインピーダンス整合を実現するためのワイヤは不要である。よってワイヤを削減することができる。また、Au系ワイヤなどに比べて低価格な金錫共晶はんだを材料とするはんだ9を設けたので、コスト削減にも好適である。
【0025】
実施の形態1に係る半導体装置は入力側の1つの伝送経路に1つの整合基板5を設け、出力側の1つの伝送経路に1つの整合基板5を設けている。しかしながら、入力側の1つの伝送経路に複数の整合基板5を設け、出力側の1つの伝送経路に複数の整合基板5を設けてもよい。整合基板5の数はインピーダンス整合を実現するために調整される。例えば、図1において一体化部品2と半導体チップ7の間に2つの整合基板5を設けてもよい。その場合、整合基板5と半導体チップ7を電気的に接続するワイヤ6が複数提供される。実施の形態1において言及した変形例は以下の実施の形態に係る半導体装置にも応用できる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置は実施の形態1に係る半導体装置と共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。
【0026】
実施の形態2.
図3は、実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。ヒートシンク10は、第1部分10aと、第1部分10aよりも薄く形成された第2部分10bとを備えている。図3では中央に第1部分10aがあり、その左右に第2部分10bがある。第1部分10aにははんだ9により半導体チップ7が固定されている。第2部分10bには、はんだ9により整合基板5が固定され、別のはんだ9により一体化部品2が固定されている。一体化部品2にリード4が固定されている。複数のワイヤ6により、一体化部品2と整合基板5が接続され、整合基板5と半導体チップ7が電気的に接続されている。
【0027】
第2部分10bの厚みはy1である。第1部分10aの厚みはy2である。第1部分10aと第2部分10bの厚みの差はy3である。一体化部品2の厚みはy3である。したがって、一体化部品2の上面と第1部分10aの上面の高さが等しくなっている。
【0028】
フレーム13はキャビティが設けられたカバーである。例えば接着剤でフレーム13の底面が一体化部品2と第1部分10aに固定される。図3では、フレーム13の底面が一体化部品2に固定されることは開示されているが、フレーム13の底面が第1部分10aに固定されることは開示されていない。
【0029】
図4は、ヒートシンク10の斜視図である。ヒートシンク10は、平面視で四角形である。第1部分10aは平面視でH型となっている。第2部分10bは前記第1部分よりも薄いくぼみを形成している。
【0030】
図5は、半導体装置の平面図である。第1部分10aの中央部分に半導体チップ7が実装されている。フレーム13は半導体チップ7と整合基板5を囲む。フレーム13は、一体化部品2と第1部分10aの上に設けられている。一体化部品2の上面と第1部分10aの上面の高さが等しいので、フレーム13の底面を平坦面とすることができる。フレーム13は、半導体チップを囲む形状となっている。フレーム13にはふた部分が含まれるので、キャップは不要である。
【0031】
本発明の実施の形態2では、厚く形成された第1部分10aに半導体チップ7を固定するので、第1部分10aより一段低い第2部分10bに付けられたはんだは半導体チップ7に到達しづらい。つまり、第2部分10bに付けられたはんだ9は第1部分10aと第2部分10bの段差を這い上がらなければ半導体チップ7に到達できないので、当該はんだは半導体チップ7に到達しづらい。よってはんだによる半導体チップ7の電気的ショートを抑制することができる。
【0032】
さらに、一体化部品2の上面と第1部分10aの上面の高さを等しくしたので、フレーム13の底面を平坦面とすることができる。したがって、複雑な形状の底面を有するフレームを製作する場合と比べて、簡単にフレーム13を製作できる。
【0033】
一体化部品2は、一体化部品2とは異なる構成を有する基板と置き換えることができる。そのような基板は、リード4を接続するためのマイクロストリップラインを有し、第2部分10bにはんだで固定されるものであれば特に限定されない。そのような基板として、マイクロストリップラインを有するセラミック端子と、整合回路とが一体化した一体化部品2を採用したのが本実施形態である。
【0034】
図6は、変形例に係る半導体装置の断面図である。半導体チップ7は銀焼結材11で第1部分10aに固定されている。銀焼結材11は銀ナノ粒子を焼結させて形成する。一体化部品2と整合基板5は例えば金錫共晶はんだなどのはんだ9で第2部分10bに固定されている。この半導体装置は、半導体チップ7を融点962℃の銀焼結材11で実装した後に、一体化部品2と整合基板5を例えば融点280℃のはんだ9で実装する。こうすることで、一体化部品2と整合基板5を実装するときに、銀焼結材11が再溶融することを防止できる。
【0035】
実施の形態3.
図7は、実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。ヒートシンク1には、例えばはんだ9により、外側整合基板14と、整合基板5と、半導体チップ7が固定されている。外側整合基板14は、外枠部分14aと、外枠部分14aにつながる内側部分14bを備えている。内側部分14bには貫通孔14cが設けられている。この貫通孔14cにより露出したヒートシンク1に、整合基板5と半導体チップ7が固定されている。
【0036】
外枠部分14aにははんだによりリード4が固定されている。外側整合基板14と、整合基板5と、半導体チップ7をヒートシンク1に固定した後に、リード4を外枠部分14aに固定する。外枠部分14aの上面には絶縁性接着剤12でキャップ15が固定されている。リード4を外枠部分14aに固定した後にキャップ15を外枠部分14aに固定する。キャップ15は例えば平板形状のセラミックである。複数のワイヤ6により、内側部分14bと整合基板5が接続され、整合基板5と半導体チップ7が電気的に接続されている。外側整合基板ワイヤ6aにより外枠部分14aと内側部分14bが接続されている。
【0037】
図8は外側整合基板14の斜視図である。外側整合基板14はセラミックで形成された基板と、当該基板の下面に形成された金属膜と、当該基板の上面に形成された金属パターン14A、14Bを備えている。外枠部分14aは平面視で環状となっている。外枠部分14aが半導体装置の側壁になる。外枠部分14aの上面は平坦である。
【0038】
内側部分14bは、外枠部分14aの内壁に接し、外枠部分14aよりも薄く形成されている。そのため外枠部分14aと内側部分14bの間には段差がある。外枠部分14aの上面には金属パターン14Aが形成されている。金属パターン14Aは、直線的なマイクロストリップラインと整合回路用パターンを含む。内側部分14bの上面には金属パターン14Bが形成されている。金属パターン14Bはマイクロストリップラインである。
【0039】
図9は、図7の半導体装置の平面図である。キャップ15は省略している。外側整合基板14の外枠部分14aは平面視で整合基板5と半導体チップ7を囲む。外枠部分14aは、実施の形態1の一体化部品2とフレーム3の機能を有するものである。上面が平坦な外枠部分14aに直接キャップ15を隙間なく固定することができる。外枠部分14aの上面が平坦なので平板形状のキャップ15を利用することができる。しかも、フレームは不要である。
【0040】
また、外側整合基板14の貫通孔14cに露出したヒートシンク1に整合基板5と半導体チップ7を固定するので、外側整合基板14に対する整合基板5と半導体チップ7の位置ずれを防止できる。
【0041】
図10は、変形例に係る半導体装置の断面図である。外側整合基板ワイヤ6bは金リボンで形成されている。すべての外側整合基板ワイヤを金リボンとすることで外側整合基板ワイヤの高さばらつきを小さくすることができる。ワイヤの高さばらつきを抑制すると、半導体装置の高周波特性を安定させることができる。
【0042】
図11は、別の変形例に係る半導体装置の断面図である。半導体チップ7は銀焼結材でヒートシンク1に固定され、外側整合基板14と整合基板5は金錫共晶はんだを材料とするはんだ9でヒートシンク1に固定されている。半導体チップ7を融点962℃の銀焼結材11で実装した後に、外側整合基板14と整合基板5を融点280℃のはんだ9で実装することで、外側整合基板14と整合基板5の実装時に銀焼結材11の再溶融を防止することができる。
【0043】
半導体チップ7、外側整合基板14および整合基板5をはんだ9でヒートシンク1に実装したり、半導体チップ7、外側整合基板14および整合基板5を銀焼結材11でヒートシンク1に実装したりすることで接合材を統一してもよい。接合材の統一により組み立て作業を容易化できる。
【0044】
実施の形態4.
図12は、実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。リード4は、絶縁性接着剤12によりヒートシンク1に固定されている。絶縁性接着剤12を用いることでリード4とヒートシンク1を電気的に絶縁できる。ヒートシンク1には外側整合基板21と整合基板5と半導体チップ7が固定されている。これらの固定にはたとえば金錫共晶はんだなどのはんだ9を利用する。
【0045】
リード4の上面に絶縁性接着剤12によりカバー13Aが固定されている。カバー13Aは、機能的に言えば、フレーム部13aとキャップ部13bを一体化させたものである。フレーム部13aはリード4の上面に絶縁性接着剤12で固定された環状の部分である。キャップ部13bはフレーム部13aの上面に固定された部分である。複数のワイヤ6により、リード4と外側整合基板21を接続し、外側整合基板21と整合基板5を接続し、整合基板5と半導体チップ7を電気的に接続する。
【0046】
図13は、実施の形態4に係る半導体装置の平面図である。破線はカバー13Aのフレーム部13aの輪郭線である。フレーム部13aは、リード4の上面に接し、リード4を接合する絶縁性接着剤12に接し、リード4も絶縁性接着剤12もない部分ではヒートシンク1に接する。フレーム部13aはヒートシンク1の外縁に沿って形成されている。言い換えれば、平面視でフレーム部13aの外縁とヒートシンク1の外縁を一致させた。これはフレーム部13aをリード4に接合したことで可能となる。したがって、実施の形態1のようにリード4よりも内側にフレーム3を設ける場合と比較して、フレームにより囲まれる面積を大きくすることができる。これにより、ヒートシンク1上での高密度実装が可能となる。例えば、半導体装置のサイズを維持しつつ、半導体チップ7のサイズを大きくして利得を増加させることができる。
【0047】
リード4を例えばセラミック端子などのセラミック製部品に実装すると、そのセラミック製部品がリード4からダメージを受けて破損することが考えられる。しかしながら、本発明の実施の形態4ではリード4をヒートシンク1に固定しつつリード4に直接ワイヤで結線したので、割れ易いセラミック端子を省略することができる。
【0048】
図14は、変形例に係る半導体装置の断面図である。外側整合基板21、整合基板5及び半導体チップ7は銀焼結材11でヒートシンク1に固定されている。銀焼結材11は融点が高いので、銀焼結材11で外側整合基板21、整合基板5及び半導体チップ7をヒートシンク1に接合することで、接合後のプロセスにおいて銀焼結材11が再溶融することを防止できる。
【0049】
実施の形態5.
図15は、実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。外側整合基板21はセラミックではない誘電体と、当該誘電体の下面に形成された金属膜と、当該誘電体の上面に形成された金属パターンを有している。リード4は外側整合基板21を介してヒートシンク1に固定されている。より具体的には、リード4は、導電性接着剤19で外側整合基板21に接続される。外側整合基板21、整合基板5および半導体チップ7は金錫共晶はんだなどのはんだ9でヒートシンク1に固定する。
【0050】
図16は、図15の半導体装置の平面図である。カバー13Aのフレーム部13aの輪郭が破線で示されている。外側整合基板21の金属パターン21aとリード4がワイヤ6で接続されている。カバー13Aのフレーム部13aは、リード4の上面、外側整合基板21の上面およびヒートシンク1の上面に固定されている。これらの固定には絶縁性接着剤を用いることができる。この半導体装置によれば、リード4に直接ワイヤ6で結線することで割れ易いセラミック端子を省略することができる。
【0051】
図17は、変形例に係る半導体装置の断面図である。図17の半導体装置は、図15のはんだ9を銀焼結材11に置き換えたものである。銀焼結材11は、融点が高いので半導体チップ7等を固定した後に再溶融することを防止できる。
【0052】
実施の形態6.
図18は、実施の形態6に係る半導体装置の断面図である。この半導体装置の外側整合基板31はフレキシブルプリント配線板で形成されている。すなわち、外側整合基板31は、弾性材料であるフレキシブル基板と、フレキシブル基板の上面に形成された金属パターンと、フレキシブル基板の裏面に形成された裏面金属を備えている。図19は、図18の半導体装置の平面図である。図19には外側整合基板31の金属パターン31aが示されている。金属パターン31aの上にリード4を導電性接着剤19で常温接合する。カバー13Aのフレーム部13aは、リード4の上面等に絶縁性接着剤12で接着する。
【0053】
図18の説明に戻る。外側整合基板21、整合基板5及び半導体チップ7は銀焼結材11でヒートシンク1に接合されている。この接合にはんだを用いてもよい。外側整合基板31とヒートシンク1との熱膨張率差により、外側整合基板31に応力が生じる。しかしながら、外側整合基板31を弾性材料であるフレキシブルプリント配線板とすることで、当該応力による外側整合基板31の割れを防止することができる。
【0054】
外側整合基板31であるプリント配線板にスルーホールを形成してグランド電位の裏面金属を、上面側に引き回すことが可能である。これにより伝送線路の発振を抑制することができる。
【0055】
図20は、変形例に係る半導体装置の断面図である。外側整合基板41は、ポリイミド配線板である。ポリイミド配線板は、ポリイミドシートと、ポリイミドシートの両面に形成された銅板回路を有する。ポリイミド配線板は弾性体であるので、外側整合基板をフレキシブルプリント配線板で形成したときと同じ効果を得ることができる。
【0056】
なお、上記の各実施の形態に係る半導体装置の特徴を組み合わせて本発明の効果を高めても良い。
【符号の説明】
【0057】
1 ヒートシンク、 2 一体化部品、 3 フレーム、 4 リード、 5 整合基板、6 ワイヤ、 7 半導体チップ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20

【手続補正書】
【提出日】2017年9月11日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平面視で四角形であり、平面視でH型の第1部分と、前記第1部分よりも薄く形成された第2部分とを有するヒートシンクと、
マイクロストリップラインを有し、前記第2部分にはんだで固定された基板と、
前記基板に固定されたリードと、
前記第2部分に固定された整合基板と、
前記第1部分に固定された半導体チップと、
前記基板と前記整合基板を接続し、前記整合基板と前記半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、
底面が前記基板と前記第1部分に固定され、前記半導体チップを囲むフレームと、を備え、
前記基板の上面と前記第1部分の上面の高さが等しく、
前記フレームの底面は平坦面であることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記基板は、マイクロストリップラインを有するセラミック端子と、整合回路とが一体化した一体化部品であ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】
前記半導体チップは銀焼結材で前記第1部分に固定され、
前記基板は金錫共晶はんだで前記第2部分に固定されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
【請求項4】
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクの上に設けられ上面が平坦であり平面視で環状の外枠部分と、前記ヒートシンクの上に設けられ前記外枠部分の内壁に接し前記外枠部分よりも薄く形成された内側部分とを有し、前記内側部分には貫通孔が設けられた外側整合基板と、
前記外枠部分に固定されたリードと、
前記貫通孔により露出した前記ヒートシンクに固定された整合基板と、
前記貫通孔により露出した前記ヒートシンクに固定された半導体チップと、
前記内側部分と前記整合基板を接続し、前記整合基板と前記半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、
前記外枠部分と前記内側部分を接続する外側整合基板ワイヤと、
前記外枠部分の上面に固定されたキャップと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項5】
前記外側整合基板ワイヤは金リボンであ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】
前記半導体チップは銀焼結材で前記ヒートシンクに固定され、
前記外側整合基板と前記整合基板は金錫共晶はんだで前記ヒートシンクに固定されたことを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置。
【請求項7】
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクに固定されたリードと、
前記ヒートシンクに固定された外側整合基板と、
前記ヒートシンクに固定された整合基板と、
前記ヒートシンクに固定された半導体チップと、
前記リードの上面に絶縁性接着剤で固定された環状のフレーム部と、前記フレーム部の上面に固定されたキャップ部とを有するカバーと、
前記外側整合基板と前記整合基板を接続し、前記整合基板と前記半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、を備え、
前記リードと前記外側整合基板が電気的に接続され、
前記外側整合基板はセラミックではない誘電体を有し、
前記リードは前記外側整合基板を介して前記ヒートシンクに固定され、
前記リードは導電性接着剤で前記外側整合基板に接続されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項8】
前記外側整合基板はフレキシブルプリント配線板であ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】
前記外側整合基板は、ポリイミドシートと、前記ポリイミドシートの両面に形成された銅板回路を有することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
本願の発明に係る他の半導体装置は、ヒートシンクと、該ヒートシンクに固定されたリードと、該ヒートシンクに固定された外側整合基板と、該ヒートシンクに固定された整合基板と、該ヒートシンクに固定された半導体チップと、該リードの上面に絶縁性接着剤で固定された環状のフレーム部と、該フレーム部の上面に固定されたキャップ部とを有するカバーと、該外側整合基板と該整合基板を接続し、該整合基板と該半導体チップを電気的に接続する複数のワイヤと、を備え、該リードと該外側整合基板が電気的に接続され、該外側整合基板はセラミックではない誘電体を有し、該リードは該外側整合基板を介して該ヒートシンクに固定され、該リードは導電性接着剤で該外側整合基板に接続されたことを特徴とする。


【国際調査報告】