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Dokumentenidentifikation DE69935182T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0000971411
Titel Halbleiteranordnung
Anmelder Hitachi, Ltd., Tokyo, JP;
Renesas Eastern Japan Semiconductor, Inc., Tokyo, JP
Erfinder Kohjiro, Iwamichi, Komoro-shi, Nagano, JP;
Kikuchi, Sakae, Minamisaku-gun, Nagano, JP;
Nunogawa, Yasuhiro, Takasaki-shi, Gunma, JP;
Kondo, Shizuo, Takasaki-shi, Gunma, JP;
Adachi, Tetsuaki, Chiisagata-gun, Nagano, JP;
Kagaya, Osamu, Tokyo, JP;
Sekine, Kenji, Nishitama-gun, Tokyo, JP;
Hase, Eiichi, Iruma-shi, Saitama, JP;
Yamashita, Kiichi, Tsukui-gun, Kanagawa, JP
Vertreter Strehl, Schübel-Hopf & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69935182
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.07.1999
EP-Aktenzeichen 991125881
EP-Offenlegungsdatum 12.01.2000
EP date of grant 21.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse H01L 23/66(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01L 23/50(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren, das effektiv für eine Halbleitervorrichtung geeignet ist, die in einer Konfiguration einer mehrstufigen Verstärkerschaltung gestaltet ist.

Eine als Hochfrequenz-Leistungsverstärker (oder Hochfrequenz-Leistungsmodul) bekannte Halbleitervorrichtung ist in eine tragbare Kommunikationseinrichtung wie zum Beispiel ein tragbares Telefon oder ein Autotelefon des PDC-Systems (Personal Digital Cellular) oder ein tragbares Telefon des PHS-Systems (Personal Handyphone System) eingebaut. Dieser Hochfrequenz-Leistungsverstärker weist die Konfiguration einer mehrstufigen Verstärkerschaltung auf, in der mehrere Verstärkungseinrichtungen elektrisch miteinander verbunden sind, um eine mehrstufige Struktur zu bilden.

Der Hochfrequenz-Leistungsverstärker wird durch Montieren eines Halbleiterchips auf der Hauptoberfläche eines Leitungssubstrats erhalten. Der Halbleiterchip weist eine Verstärkungseinrichtung auf, die auf seiner Hauptoberfläche ausgebildet ist. Auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildete Elektroden sind mittels leitfähiger Drähte elektrisch mit Elektroden verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats ausgebildet sind. Die Verstärkungseinrichtung weist eine Konfiguration auf, in der im Allgemeinen mehrere Feldeffekttransistoren elektrisch miteinander verbunden sind, um eine Parallelschaltung zu bilden. Ein Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung ist elektrisch mit einer chipseitigen Eingangselektrode verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet ist. Andererseits ist ein Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung elektrisch mit einer chipseitigen Ausgangselektrode verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet ist. Die chipseitige Eingangselektrode ist an einem Ort auf einer bestimmten Seite des Halbleiterchips angeordnet, während die chipseitige Ausgangselektrode an einem Ort auf der anderen Seite des Halbleiterchips angeordnet ist, die der betreffenden Seite gegenüberliegt. Ein Source-Anschluss der Verstärkungseinrichtung ist elektrisch mit einer rückseitigen Elektrode verbunden, die auf der Rückseite eines anderen Halbleiterchips ausgebildet ist, der der Hauptoberfläche gegenüberliegt. Die rückseitige Elektrode weist ein festes elektrisches Bezugspotenzial auf. Die chipseitige Eingangselektrode ist mittels einer Eingangsleitung elektrisch mit einer substratseitigen Eingangselektrode verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats ausgebildet ist. Die substratseitige Eingangselektrode ist an einem der betreffenden Seite des vorstehend genannten Halbleiterchips zugewandten Ort angeordnet. Die chipseitige Ausgangselektrode ist mittels einer Ausgangsleitung elektrisch mit einer substratseitigen Ausgangselektrode verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats ausgebildet ist. Die substratseitige Ausgangselektrode ist an einem der anderen Seite des vorstehend genannten Halbleiterchips zugewandten Ort angeordnet.

Um die Größe und die Kosten des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers zu verringern, ist im Übrigen versucht worden, mehrere Verstärkungseinrichtungen auf einem Halbleiterchip zu bilden. Im Falle von zwei Verstärkungseinrichtungen auf einem Halbleiterchip ist zum Beispiel die Verstärkungseinrichtung an der vorderen Stufe in einer Richtung angeordnet, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der die Verstärkungseinrichtung an der hinteren Stufe angeordnet ist, so dass der Eingang und der Ausgang der Verstärkungseinrichtung an der vorderen Stufe an Orten nahe bei dem Ausgang bzw. dem Eingang der Verstärkungseinrichtung an der hinteren Stufe liegen. Als Folge liegen die Eingangs- und Ausgangsleitungen an der vorderen Stufe und die Ausgangs- und Eingangsleitungen an der hinteren Stufe nahe beieinander. Folglich entsteht ein Problem der Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitungen. Insbesondere der gegenseitige Induktionseffekt zwischen der Eingangsleitung der vorderen Stufe und der Ausgangsleitung der hinteren Stufe ist ein schwerwiegendes Problem, da der Unterschied zwischen der durch die Eingangsleitung fließenden Leistung und der durch die Ausgangsleitung fließenden Leistung groß ist.

Ein Verfahren zur Verhinderung einer Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen Leitungen ist zum Beispiel in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Hei 9-260412 (1997) beschrieben. Nach diesem Verfahren wird eine chipseitige Bond-Elektrode zwischen der chipseitigen Eingangselektrode und der chipseitigen Ausgangselektrode gebildet, während zwischen der substratseitigen Eingangselektrode und der substratseitigen Ausgangselektrode eine substratseitige Bond-Elektrode gebildet wird. Die chipseitige Bond-Elektrode ist elektrisch mit der substratseitigen Bond-Elektrode verbunden, und durch Festlegen der chipseitigen Bond-Elektrode und der substratseitigen Bond-Elektrode auf ein elektrisches Referenzpotenzial kann eine Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitungen verhindert werden.

Darüber hinaus ist das Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodul mit Transistoren ein wichtiges Bauteil eines tragbaren Telefons in einem mobilen Kommunikationssystem wie zum Beispiel dem PDC-System (Personal Digital Cellular) und dem GSM-System (Global System for Mobile communication). Die Nachfrage nach derartigen tragbaren Telefonen ist in den vergangenen Jahren enorm gewachsen. Die Spezifikationen für einen solchen Hochfrequenz-Leistungsverstärker umfassen kompakte Abmessungen und niedrige Kosten zusätzlich zu einer guten Hochfrequenzcharakteristik für Anwendungen in Mobilkommunikationssystemen.

Ein Verfahren zur Reaktion auf diese Nachfrage ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2755250 beschrieben. Durch Anordnen von zwei Transistoren, das heißt einen Transistor 2000 für die erste Stufe und einen Transistor 3000 für die zweite Stufe, an nahe beieinander liegenden Orten auf einem Halbleiterchip 1000, wie in 21 in einer Aufsicht und in 22 in einer Seitenansicht gezeigt, können die Größe und die Kosten verringert werden. Eine Bond-Eingangselektrode 2000b des Transistors 2000 für die erste Stufe ist über einen Eingangs-Bonddraht 9000d elektrisch mit einer Bond-Elektrode 7000d eines Leitungssubstrats 6000 verbunden. Ein Bond-Ausgangselektrode 3000c des Transistors 3000 für die zweite Stufe ist über einen Ausgangs-Bonddraht 9000a elektrisch mit einer Bond-Elektrode 7000a des Leitungssubstrats 6000 verbunden. Eine Bond-Elektrode 10000a auf dem Halbleiterchip 1000 ist über einen Abschirm-Bonddraht 13000a elektrisch mit einer Bond-Elektrode 12000a des Leitungssubstrats 6000 verbunden. Der Abschirm-Bonddraht 13000a ist zwischen dem Eingangs-Bonddraht 9000d und dem Ausgangs-Bonddraht 9000a vorgesehen. Die Bond-Elektrode 10000a und die Bond-Elektrode 12000a an den Enden des Abschirm-Bonddrahts 13000a sind über durch den Halbleiterchip 1000 und das Leitungssubstrat gebohrte Löcher hochfrequenzmäßig mit Masse verbunden. Die Durchgangslöcher selbst sind in der Abbildung nicht gezeigt. Durch Vorsehen eines Abschirm-Bonddrahts 13000a kann der Umfang der Kopplung durch gegenseitige Induktion zwischen dem Eingangs-Bonddraht 9000d und dem Ausgangs-Bonddraht 9000a verringert werden, wodurch das Ausmaß der Verschlechterung der Isolierung zwischen dem Hochfrequenzeingang und den Ausgangsanschlüssen verringert werden kann. Als Folge verbessert sich die Hochfrequenzcharakteristik.

Das Problem der Kopplung durch gegenseitige Induktion zwischen dem Eingangs-Bonddraht 9000d und dem Ausgangs-Bonddraht 9000a entsteht durch die Anordnung des Eingangs des Transistors 2000 für die erste Stufe in der Nähe des Ausgangs des Transistors 3000 für die zweite Stufe und die Anordnung des Ausgangs des Transistors 2000 für die erste Stufe in der Nähe des Eingangs des Transistors 3000 für die zweite Stufe, was dadurch bedingt ist, dass der Transistor 2000 für die erste Stufe und der Transistor 3000 für die zweite Stufe in entgegengesetzten Richtungen zueinander angeordnet sind. Insbesondere der gegenseitige Induktionseffekt zwischen dem Eingangs-Bonddraht 9000d des Transistors 2000 für die erste Stufe und dem Ausgangs-Bonddraht 9000a des Transistors 3000 für die zweite Stufe ist ein schwerwiegendes Problem. Dies liegt daran, dass die von dem Transistor 3000 für die zweite Stufe ausgegebene Hochfrequenzleistung um 20 bis 30 dB (bzw. das 100- bis 1.000fache) höher ist als die in den Transistor 2000 für die erste Stufe eingegebene Hochfrequenzleistung, wodurch eine positive Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang entsteht. Obwohl der Ausgangs-Bonddraht 9000c des Transistors 2000 für die erste Stufe und der Eingangs-Bonddraht 9000b des Transistors 3000 für die zweite Stufe ebenfalls nahe beieinander angeordnet sind, tritt das Problem der Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts nicht auf, weil das Verhältnis der durch den Eingangs-Bonddraht 9000b fließenden Hochfrequenzleistung zu der durch den Ausgangs-Bonddraht 9000c fließenden Hochfrequenzleistung nicht mehr als 0 dB (einfach) beträgt.

In 21 und 22 bezeichnen die Bezugszeichen 2000a und 3000a die Hauptkörper des Transistors 2000 für die erste Stufe bzw. des Transistors 3000 für die zweite Stufe. Die Bezugszeichen 2000d und 3000d bezeichnen die Source-Elektroden des Transistors 2000 für die erste Stufe bzw. des Transistors 3000 für die zweite Stufe. Das Bezugszeichen 2000c bezeichnet die Bond-Ausgangselektrode des Transistors 2000 für die erste Stufe, und das Bezugszeichen 3000b bezeichnet die Bond-Eingangselektrode des Transistors 3000 für die zweite Stufe. Das Bezugszeichen 4000 bezeichnet eine Masseelektrode, während die Bezugszeichen 7000b und 7000c jeweils eine Bond-Elektrode des Leitungssubstrats 6000 bezeichnen. Die Bezugszeichen 8000a bis 8000d bezeichnen jeweils eine Anschlusselektrode, und das Bezugszeichen 104 bezeichnet eine Ausnehmung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Als Ergebnis einer Untersuchung des vorstehend beschriebenen Verfahrens haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die folgenden Probleme identifiziert.

Die substratseitige Bond-Elektrode wird zwischen der substratseitigen Eingangselektrode und der substratseitigen Ausgangselektrode angeordnet. Das heißt, die substratseitige Eingangselektrode, die substratseitige Bond-Elektrode und die substratseitige Ausgangselektrode sind entlang einer geraden Linie neben einer Seite des Halbleiterchips angeordnet.

Im Allgemeinen wird die substratseitige Elektrode durch Anwendung eines Siebdruckverfahrens gebildet. Daher ist die von der substratseitigen Elektrode belegte Fläche größer als die chipseitige Elektrode, die durch Anwendung eines fotolithographischen Verfahrens gebildet wird. Darüber hinaus wird ein Durchkontaktierdraht direkt unter der substratseitigen Elektrode gebildet, um den Ausbreitungsweg kurz zu machen. Weil die Fläche des Durchkontaktierdrahts in der ebenen Richtung (das heißt die externe Größe) um ein gewisses Maß vergrößert werden muss, um einen niedrigen Widerstand zu erhalten, wird die von der substratseitigen Elektrode belegte Fläche größer. Daher wird, wenn die substratseitige Eingangselektrode, die substratseitige Bond-Elektrode und die substratseitige Ausgangselektrode entlang einer geraden Linie neben einer Seite des Halbleiterchips angeordnet werden, die Anordnung dieser Elektroden lang. Als Ergebnis liegen sich die chipseitige Eingangselektrode und die substratseitige Eingangselektrode nicht mehr gegenüber, und gleichzeitig liegen sich auch die chipseitige Ausgangselektrode und die substratseitige Ausgangselektrode nicht mehr gegenüber. Aus diesem Grund werden die Eingangs- und Ausgangsleitungen länger. Wenn die Eingangs- und Ausgangsleitungen länger werden, nimmt die Induktivität zu, wodurch sich die Hochfrequenzcharakteristik verschlechtert. Als Folge muss die Lücke zwischen der Verstärkungseinrichtung an der vorderen Stufe und der Verstärkungseinrichtung an der hinteren Stufe vergrößert werden, um die Eingangs- und Ausgangsleitungen kürzer zu machen. In diesem Fall nimmt jedoch die von dem Halbleiterchip belegte Fläche zu, was ein Hindernis für die Miniaturisierung des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers darstellt.

Eine Wirkung des Abschirm-Bonddrahts 13000a nach dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren wird anhand von 15 erläutert. 15 zeigt die berechneten Werte für einen Kopplungskoeffizienten (oder die gegenseitige Induktion in nH) zwischen parallelen Eingangs- und Ausgangs-Bonddrähten eines Verstärkers. Die beiden Bonddrähte weisen eine Länge von jeweils 1 mm (was der Realität sehr nahekommt) und Bondbereiche auf, die um einen Abstand d voneinander getrennt sind. Eine gestrichelte Linie für einen Kopplungskoeffizienten von 0,12 zeigt, dass der Verstärker bei einem Kopplungskoeffizienten von 0,12 oder darunter in einem stabilen Zustand arbeitet. Der Wert 0,12 ist aus 16 abzulesen, die eine Beziehung zwischen dem Kopplungskoeffizienten und dem Stabilitätskoeffizienten des Verstärkers zeigt. Bei einem Stabilitätskoeffizienten von mindestens 1 arbeitet der Verstärker in einem stabilen Zustand. Der vorstehend angegebene Bondabstand d ist definiert als der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Bondbereiche der zwei Bonddrähte, die am nächsten beieinander liegen.

15 zeigt, dass das herkömmliche Verfahren mit Ergreifung einer Gegenmaßnahme durch Vorsehen von Abschirm-Bonddrähten in niedrigen Kopplungskoeffizienten resultiert, im Vergleich zu einem Fall ohne Abschirm-Bonddrähte (in der Abbildung mit „keine Gegenmaßnahme" bezeichnet), und daher eine verbesserte Hochfrequenzcharakteristik aufweist. Bei Kopplungskoeffizienten nicht über 0,12 erlaubt die Gegenmaßnahme darüber hinaus einen größeren Bereich für den Abstand d zwischen den Bondbereichen, wodurch der Design-Freiheitsgrad erhöht wird. Außerdem kann der Abstand d zwischen den Bondbereichen auf 0,55 mm verringert werden, wodurch die Chipfläche verkleinert werden kann. Als Ergebnis kann das Modul mit kompakten Abmessungen ausgeführt werden, und die Kosten können gesenkt werden.

Weil die Induktivität eines Durchgangslochs in Reihe zu jedem Ende des Abschirm-Bonddrahts 13000a hinzuaddiert wird, kann jedoch in der Praxis mit dem herkömmlichen Verfahren keine ausreichende Verbesserung der Hochfrequenzcharakteristik erzielt werden.

Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens, das geeignet ist, eine Halbleitervorrichtung mit kleinen Abmessungen zu liefern. Dieses Ziel wird durch Halbleitervorrichtungen nach den Ansprüchen 1 und 4 erreicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodul bereit, das in der Lage ist, die Hochfrequenzcharakteristik desselben weiter zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung sowie weitere Ziele und neuartige Merkmale derselben werden aus der vorliegenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen besser ersichtlich.

Die Grundzüge einer repräsentativen Ausführungsform der in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Erfindung sind nachstehend kurz angegeben.

Eine Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform umfasst einen Halbleiterchip mit rechteckiger Oberfläche, ein Leitungssubstrat, dessen Hauptoberfläche zur Befestigung des Halbleiterchips verwendet wird, eine erste Elektrode, die auf einer ersten Fläche der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet ist und an einem Ort in der Nähe einer Seite des Halbleiterchips angeordnet ist, eine erste Verstärkungseinrichtung, die auf der ersten Fläche der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet und mit einer elektrisch mit der ersten Elektrode verbundenen Eingangseinheit versehen ist, eine zweite Elektrode, die auf einer zweiten Fläche der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet und an einem Ort in der Nähe der Seite des Halbleiterchips angeordnet ist, eine zweite Verstärkungseinrichtung, die auf der zweiten Fläche der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet und mit einer elektrisch mit der zweiten Elektrode verbundenen Ausgangseinheit versehen ist, eine dritte Elektrode, die auf einer dritten Fläche zwischen der ersten und der zweiten Fläche der Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet ist, eine vierte Elektrode, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats der Seite des Halbleiterchips zugewandt ausgebildet und mittels einer ersten Leitung elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, eine fünfte Elektrode, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats der Seite des Halbleiterchips zugewandt ausgebildet und mittels einer zweiten Leitung elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist, und eine sechste Elektrode, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats der Seite des Halbleiterchips zugewandt ausgebildet und mittels einer dritten Leitung, deren elektrisches Potenzial fest auf einen Bezugspegel eingestellt ist, elektrisch mit der dritten Elektrode verbunden ist,

wobei

die sechste Elektrode an einem Ort weiter von der Seite des Halbleiterchips entfernt als die fünfte Elektrode angeordnet ist und

die vierte Elektrode in einem Abstand von der Seite des Halbleiterchips, der etwa gleich dem Abstand der fünften Elektrode von der Seite des Halbleiterchips ist, oder an einem Ort weiter von der Seite des Halbleiterchips entfernt als die sechste Elektrode angeordnet ist.

Weil die Lücke zwischen der vierten und der fünften Elektrode in dem vorstehend beschriebenen Halbleiterchip um einen Betrag verkleinert werden kann, der der Größe einer von der sechsten Elektrode beanspruchten Fläche entspricht, kann auch die Lücke zwischen der ersten und der zweiten Fläche verkleinert werden. Als Ergebnis kann, weil die von dem Halbleiterchip beanspruchte Fläche verkleinert werden kann, auch der Halbleiterchip mit kleineren Abmessungen hergestellt werden.

Darüber hinaus ist eine Ausführungsform ein Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodul mit einem Halbleiterchip auf einem Leitungssubstrat, dessen Basis aus einem dielektrischen Material hergestellt ist. Das Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodul weist eine Konfiguration auf, bei der Verstärkungstransistoren für zwei oder mehr Stufen, eine Bond-Eingangselektrode zur Eingabe einer Hochfrequenzleistung für die Verstärkungstransistoren und eine Bond-Ausgangselektrode zur Ausgabe einer Hochfrequenzleistung von den Verstärkungstransistoren auf dem Halbleiterchip vorgesehen sind, der Winkel, der von einer ersten Hilfslinie, die die Bondbereiche an den beiden Enden eines Eingangs-Bonddrahts, der die Bond-Eingangselektrode für einen bestimmten Verstärkungstransistor mit dem Leitungssubstrat verbindet, miteinander verbindet, und einer zweiten Hilfslinie gebildet wird, die die Bondbereiche (deren Mitten) an den beiden Enden eines Ausgangs-Bonddrahts, der die Bond-Ausgangselektrode für einen anderen Verstärkungstransistor an der dem bestimmten Verstärkungstransistor folgenden Stufe mit dem Leitungssubstrat verbindet, miteinander verbindet, im Bereich von 72 Grad bis 180 Grad liegt und die Lücke zwischen den Bondbereichen der Bond-Eingangselektrode und der Bond-Ausgangselektrode mindestens 0,3 mm, jedoch weniger als 0,8 mm beträgt.

Trotz der Bedingung, dass die Lücke zwischen den Bondbereichen der Bond-Eingangselektrode und der Bond-Ausgangselektrode mindestens 0,3 mm, jedoch weniger als 0,8 mm beträgt, liefert das Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodul einen Stabilitätskoeffizienten von mindestens 1 zwischen den zwei Verstärkungstransistoren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine perspektivische Ansicht des äußeren Aufbaus eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt ein Äquivalenzschaltbild des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers.

3 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats entsprechend dem mit der gestrichelten Linie in 2 umschlossenen Abschnitt.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht der wichtigsten Teile in 3.

5 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der wichtigsten Teile in 3.

6 zeigt einen Querschnitt der wichtigsten Teile in einem Transistorbildungsbereich eines Halbleiterchips in dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker.

7 zeigt einen Querschnitt der wichtigsten Teile in einer Isolationsfläche des Halbleiterchips.

8 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats eines weiteren Hochfrequenz-Leistungsverstärkers zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.

9 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats eines weiteren Hochfrequenz-Leistungsverstärkers zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.

10 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

11 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines zweistufigen Leistungsverstärkermoduls nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

12 zeigt ein Äquivalenzschaltbild des zweistufigen Leistungsverstärkermoduls nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

13 zeigt eine Aufsicht der externen Konfiguration des zweistufigen Leistungsverstärkermoduls nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

14 zeigt eine perspektivische Ansicht der wichtigsten Teile des zweistufigen Leistungsverstärkermoduls nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

15 zeigt ein Diagramm mit den Kurven für die Beziehung zwischen einem Kopplungskoeffizienten zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitungen und der Lücke zwischen den Bondbereichen für die vorliegende Erfindung und das herkömmliche Verfahren.

16 zeigt ein Diagramm mit der Kurve für die Beziehung zwischen dem Kopplungskoeffizienten zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitungen und dem Stabilitätskoeffizienten, die als Ergebnis einer von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchung erhalten wurde.

17 zeigt ein Diagramm mit der Kurve für die Beziehung zwischen dem Kopplungskoeffizienten zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitungen und dem Chip-Designwinkel, die als Ergebnis einer von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchung erhalten wurde.

18 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines dreistufigen Leistungsverstärkermoduls nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

19 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines dreistufigen Leistungsverstärkermoduls nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

20 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines zweistufigen Leistungsverstärkermoduls nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

21 zeigt eine Aufsicht des herkömmlichen zweistufigen Leistungsverstärkermoduls.

22 zeigt eine perspektivische Ansicht des herkömmlichen zweistufigen Leistungsverstärkermoduls.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Konfiguration nach der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen zum Verständnis der Erfindung und Ausführungsformen unter Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker (Hochfrequenz-Leistungsmodul) beschrieben, der in eine tragbare Kommunikationseinrichtung wie zum Beispiel ein Autotelefon oder ein tragbares Telefon eingebaut ist.

Erstes Beispiel

1 zeigt eine perspektivische Ansicht des äußeren Aufbaus eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers nach einer ersten Ausführungsform zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt ein Äquivalenzschaltbild des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers. 3 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats entsprechend dem mit der gestrichelten Linie in 2 umschlossenen Abschnitt. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der wichtigsten Teile in 3. 5 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der wichtigsten Teile in 3. 6 zeigt einen Querschnitt der wichtigsten Teile in einem Transistorbildungsbereich eines Halbleiterchips in dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker. 7 zeigt einen Querschnitt der wichtigsten Teile in einer Isolationsfläche des Halbleiterchips.

Wie in 1 gezeigt, ist bei dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach dem Beispiel eine Kappe 8 auf einer Hauptoberfläche eines ebenen Leitungssubstrats 1 angeordnet, um von außen gesehen eine flache räumliche Struktur zu erhalten. Das Leitungssubstrat 1 ist aus einem Keramiksubstrat mit einer mehrlagigen Verdrahtungsstruktur hergestellt, dessen Oberfläche in quadratischer Form (im Falle dieses Beispiels tatsächlich in rechteckiger Form) ausgebildet ist. Andererseits ist die Oberfläche der Kappe 8 aus einem leitfähigen metallischen Material hergestellt, dessen Oberfläche in quadratischer Form (im Falle dieses Beispiels tatsächlich in rechteckiger Form) ausgebildet ist. Die Kappe 8 weist ein festes elektrisches Bezugspotenzial von typischerweise 0 [V] auf, um einen Abschirmungseffekt zu erzielen.

Wie in 2 gezeigt, ist der Hochfrequenz-Leistungsverstärker in Form einer mehrstufigen Verstärkungsschaltung aufgebaut. Die mehrstufige Verstärkungsschaltung umfasst hauptsächlich kapazitive Elemente C1 bis C11, Widerstandselemente R1 bis R4, Mikrostreifenleitungen STL1 bis STL3 und Verstärkungsstufen PW1 bis PW3.

Die Verstärkungseinrichtungen PW1, PW2 und PW3 weisen jeweils mehrere Feldeffekttransistoren auf, die elektrisch miteinander verbunden sind, um eine Parallelschaltung zu bilden. Die Verstärkungseinrichtung PW1 ist mit einer Gesamtlänge ihres Gates von etwa 4.000 &mgr;m ausgebildet, und die Verstärkungseinrichtung PW2 ist mit einer Gesamtlänge ihres Gates von etwa 3.200 &mgr;m ausgebildet. Die Verstärkungseinrichtung PW3 ist mit einer Gesamtlänge ihres Gates von etwa 8.000 &mgr;m ausgebildet.

Der Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW1 ist elektrisch mit einem externen Eingangsanschluss Pin verbunden, an den eine Hochfrequenzleistung von typischerweise 1 [mW] angelegt wird. Andererseits ist der Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW1 elektrisch mit dem Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW2, die an einer der Verstärkungseinrichtung PW1 folgenden Stufe vorgesehen ist, und einem Ende der Mikrostreifenleitung STL1 verbunden. Außerdem ist der Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW2 elektrisch mit dem Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW3, die an einer der Verstärkungseinrichtung PW2 folgenden Stufe vorgesehen ist, und einem Ende der Mikrostreifenleitung STL2 verbunden. Der Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW3 ist elektrisch mit einem externen Ausgangsanschluss Pout und einem Ende der Mikrostreifenleitung STL3 verbunden.

Der Source-Anschluss jeder der Verstärkungseinrichtungen PW1, PW2 und PW3 ist elektrisch mit einem externen Anschluss mit Bezugspotenzial verbunden, der auf ein festes elektrisches Bezugspotenzial von typischerweise 0 [V] eingestellt ist. Das andere Ende jeder der Mikrostreifenleitungen STL1, STL2 und STL3 ist elektrisch mit einem externen Anschluss mit Stromversorgungspotenzial VDD verbunden, an den ein elektrisches Stromversorgungspotenzial von typischerweise 3,5 V angelegt wird. Es ist zu beachten, dass der Gate-Anschluss jeder der Verstärkungseinrichtungen PW1, PW2 und PW3 elektrisch mit einem externen Gate-Anschluss VG verbunden ist. Ein Spannungs- oder APC-Signal (automatische Leistungsregelung) zum Einstellen der Ausgangsleistung wird an den. externen Gate-Anschluss VG angelegt.

Die Verstärkungseinrichtungen PW1 und PW2 sind auf dem in 3 gezeigten Halbleiterchip 5 ausgebildet. Andererseits ist die Verstärkungseinrichtung PW3 auf einem anderen Halbleiterchip als dem Halbleiterchip 5 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass dieser andere Halbleiterchip in keiner der Abbildungen gezeigt ist. Der Halbleiterchip 5 ist in einer Vertiefung 1A auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 angebracht, während der andere Halbleiterchip in einer anderen Vertiefung ebenfalls auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 angebracht ist. Das heißt die zur Erzeugung der Verstärkungseinrichtungen PW1, PW2 und PW3 verwendeten Halbleiterchips sind auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 befestigt. Der Halbleiterchip 5 und der andere Halbleiterchip sind jeweils mit einer Oberfläche in quadratischer Form (im Falle dieses Beispiels tatsächlich in rechteckiger Form) ausgebildet. Es ist zu beachten, dass keine weitere Beschreibung des anderen zur Erzeugung der Verstärkungseinrichtung PW3 verwendeten Halbleiterchips gegeben wird.

Wie in 4 gezeigt, ist eine leitfähige Platte 1B auf dem Boden der Vertiefung 1A zur Aufnahme des Halbleiterchips 5 ausgebildet. Die leitfähige Platte 1B ist über einen Durchkontaktierdraht 3, der direkt unter der leitfähigen Platte 1B gebildet ist, elektrisch mit einem externen Anschluss 4 mit Bezugspotenzial verbunden, der auf einer anderen Hauptoberfläche (Rückseite) des Leitungssubstrats 1 gebildet ist, die der vorstehend genannten Hauptoberfläche gegenüberliegt. Der externe Anschluss 4 mit Bezugspotenzial ist auf ein festes elektrisches Potenzial von typischerweise 0 [V] eingestellt. Es ist zu beachten, dass der externe Eingangsanschluss Pin, der externe Ausgangsanschluss Pout, der externe Anschluss mit Stromversorgungspotenzial VDD und der externe Gate-Anschluss VG jeweils auf der Rückseite des Leitungssubstrats 1 ausgebildet sind.

Wie in 5 gezeigt, ist die Verstärkungseinrichtung PW1 auf einer ersten Fläche 5A der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet. Der Gate-Anschluss der Verstärkungseinrichtung PW1 ist auf der ersten Fläche 5A der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet und elektrisch mit einer chipseitigen Eingangselektrode 6A verbunden, die an einem Ort nahe einer Seite 5X des Halbleiterchips 5 (einer der langen Seiten im Falle dieses Beispiels) angeordnet ist. Andererseits ist der Drain-Anschluss der Verstärkungseinrichtung PW1 auf der ersten Fläche 5A der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet und elektrisch mit einer chipseitige Ausgangselektrode 6D verbunden, die an einem Ort nahe einer der Seite 5X gegenüberliegenden Seite 5Y des Halbleiterchips 5 angeordnet ist (der anderen langen Seite im Falle dieses Beispiels).

Die Verstärkungseinrichtung PW2 ist auf einer zweiten Fläche 5B der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet. Der Drain-Anschluss der Verstärkungseinrichtung PW2 ist auf der zweiten Fläche 55 der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet und elektrisch mit einer chipseitigen Ausgangselektrode 65 verbunden, die an einem Ort nahe der Seite 5X des Halbleiterchips 5 angeordnet ist. Andererseits ist der Gate-Anschluss der Verstärkungseinrichtung PW2 auf der zweiten Fläche 5B der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet und elektrisch mit einer chipseitigen Eingangselektrode 6E verbunden, die an einem Ort nahe der Seite 5Y des Halbleiterchips 5 angeordnet ist.

Die Source-Anschlüsse der Verstärkungseinrichtungen PW1 und PW2 sind elektrisch mit einer rückseitigen Elektrode verbunden, die auf einer Hauptrückseite des Halbleiterchips 5 ausgebildet ist, die der vorstehend angegebenen Hauptoberfläche gegenüberliegt. Die Source-Anschlüsse der Verstärkungseinrichtungen PW1 und PW2 werden nachstehend ausführlich beschrieben.

Eine dritte Fläche 5C (die als Isolationsfläche dient) ist zwischen der ersten Fläche 5A und der zweiten Fläche 5B auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet, um die erste Fläche 5A und die zweite Fläche 5B elektrisch voneinander zu trennen. In der dritten Fläche 5C ist eine chipseitige Bond-Elektrode 6C an einem Ort nahe der Seite 5X des Halbleiterchips 5 ausgebildet, und eine chipseitige Bond-Elektrode 6F ist an einem Ort nahe der Seite 5Y des Halbleiterchips 5 ausgebildet.

Die chipseitige Eingangselektrode 6A ist mittels einer Eingangsleitung 7A elektrisch mit einer substratseitigen Eingangselektrode 2A verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite 5X des Halbleiterchips 5 zugewandt ausgebildet ist. Die substratseitige Eingangselektrode 2A ist mit einem internen Draht und einem Durchkontaktierdraht 3, der an einem Ort direkt unter der substratseitigen Eingangselektrode 2A gebohrt ist, elektrisch mit dem externen Eingangsanschluss Pin verbunden, der auf der Rückseite des Leitungssubstrats 1 ausgebildet ist.

Die chipseitige Ausgangselektrode 6B ist mittels einer Ausgangsleitung 7B elektrisch mit einer substratseitigen Ausgangselektrode 2B verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite 5X des Halbleiterchips 5 zugewandt ausgebildet ist. Die substratseitige Ausgangselektrode 2B ist mit einem internen Draht und einem Durchkontaktierdraht 3, der an einem Ort direkt unter der substratseitigen Ausgangselektrode 2B gebohrt ist, elektrisch mit einem Substrateingangsanschluss verbunden, der auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite des anderen Halbleiterchips zugewandt ausgebildet ist, um die Verstärkungseinrichtung PW3 zu bilden.

Die chipseitige Bond-Elektrode 6C ist mittels einer Leitung 7C elektrisch mit einer substratseitigem Bond-Elektrode 2C verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite 5X des Halbleiterchips 5 zugewandt ausgebildet ist. Die substratseitige Bond-Elektrode 2C ist mit einem internen Draht und einem Durchkontaktierdraht 3, der an einem Ort direkt unter der substratseitigen Bond-Elektrode 2C gebohrt ist, elektrisch mit dem externen Anschluss 4 mit Bezugspotenzial verbunden, der auf der Rückseite des Leitungssubstrats 1 ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung ist die Leitung 7C damit auf ein festes elektrisches Bezugspotenzial eingestellt.

Die chipseitige Ausgangselektrode 6D ist mittels einer Ausgangsleitung 7D elektrisch mit einer substratseitigen Ausgangselektrode 2D verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 zugewandt ausgebildet ist. Ein Durchkontaktierdraht 3 ist an einem Ort direkt unter der substratseitigen Ausgangselektrode 2D gebohrt.

Die chipseitige Eingangselektrode 6E ist mittels einer Eingangsleitung 7E elektrisch mit einer substratseitigen Eingangselektrode 2E verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 zugewandt ausgebildet ist. Die substratseitige Eingangselektrode 2E ist mit einem internen Draht und einem Durchkontaktierdraht 3 elektrisch mit der substratseitigen Ausgangselektrode 2D verbunden.

Die chipseitige Bond-Elektrode 6F ist mittels einer Leitung 7F elektrisch mit einer substratseitigen Bond-Elektrode 2F verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 zugewandt ausgebildet ist. Die substratseitige Bond-Elektrode 2F ist mit einem internen Draht und einem Durchkontaktierdraht 3, der direkt unter der substratseitigen Bond-Elektrode 2F gebohrt ist, elektrisch mit dem externen Anschluss 4 mit Bezugspotenzial verbunden, der auf der Rückseite des Leitungssubstrats 1 ausgebildet ist. Bei einer solchen Anordnung ist die Leitung 7F damit auf ein festes elektrisches Bezugspotenzial eingestellt.

Der Abstand zwischen der chipseitigen Ausgangselektrode 6D und der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 ist kürzer als der Abstand zwischen der chipseitigen Eingangselektrode 6A und der Seite 5X des Halbleiterchips 5. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen der chipseitigen Ausgangselektrode 6B und der Seite 5X des Halbleiterchips 5 kürzer als der Abstand zwischen der chipseitigen Eingangselektrode 6E und der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5. Auf diese Weise sind die Ausgangsleitungen jeweils kurz, um einen niedrigen Ausgangswiderstand zu erhalten.

Eine Source-Elektrode 6S, die elektrisch mit dem Source-Anschluss der Verstärkungseinrichtung PW1 verbunden ist, ist auf der ersten Fläche 5A der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet. Die Source-Elektrode 6S ist an einem Ort näher an der Seite 5X des Halbleiterchips 5 als die chipseitige Eingangselektrode 6A angeordnet. Eine Source-Elektrode 6S, die elektrisch mit dem Source-Anschluss der Verstärkungseinrichtung PW2 verbunden ist, ist auf der zweiten Fläche 5B der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet. Diese Source-Elektroden 6S werden für Prüfungen mit einer Prüfsonde verwendet.

In dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach diesem Beispiel sind die Eingangsleitung 7A und die Ausgangsleitung 7B an Orten nahe beieinander angeordnet. Die Eingangsleitung 7A ist elektrisch mit dem Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW1 verbunden, und die Ausgangsleitung 7B ist elektrisch mit dem Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW2 verbunden. Daher ist der Unterschied zwischen der durch die Eingangsleitung 7A fließenden Leistung und der durch die Ausgangsleitung 7B fließenden Leistung groß. Da die Leitung 7C mit einem festen elektrischen Bezugspotenzial zwischen der Eingangsleitung 7A und der Ausgangsleitung 73 angeordnet ist, ist es jedoch möglich, eine Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen der Eingangsleitung 7A und der Ausgangsleitung 7B zu verhindern.

Weiter sind die Ausgangsleitung 7D und die Eingangsleitung 7E an Orten nahe beieinander angeordnet. Die Ausgangsleitung 7D ist elektrisch mit dem Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW1 verbunden, und die Eingangsleitung 7E ist elektrisch mit dem Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW2 verbunden. Daher ist die Größenordnung der durch die Ausgangsleitung 7D fließenden Leistung in etwa gleich der Größenordnung der durch die Eingangsleitung 7E fließenden Leistung. Als Folge verschlechtert sich die Hochfrequenzcharakteristik aufgrund der gegenseitigen Induktion zwischen der Ausgangsleitung 7D und der Eingangsleitung 7E nur wenig. Da die Leitung 7F mit einem festen elektrischen Bezugspotenzial zwischen der Ausgangsleitung 7D und der Eingangsleitung 7E angeordnet ist, ist es außerdem möglich, eine weitere Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen der Ausgangsleitung 7D und der Eingangsleitung 7E zu verhindern.

Die substratseitige Bond-Elektrode 2C ist an einem Ort weiter entfernt von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 als die substratseitige Ausgangselektrode 2B angeordnet. Die substratseitige Eingangselektrode 2A ist in etwa demselben Abstand von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 wie die substratseitige Ausgangselektrode 23 angeordnet. Daher ist die substratseitige Bond-Elektrode 2C nicht zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2A und der substratseitigen Ausgangselektrode 23 angeordnet, sondern an einem Ort weiter entfernt von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 als die substratseitige Eingangselektrode 2A und die substratseitige Ausgangselektrode 23. Als Folge kann die Lücke zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2A und der substratseitigen Ausgangselektrode 23 um einen Betrag kleiner gemacht werden, der der Größe der von der substratseitigen Bond-Elektrode 2C belegten Fläche entspricht. Dementsprechend kann auch die Lücke zwischen der ersten Fläche 5A und der zweiten Fläche 53 des Halbleiterchips 5 verkleinert werden, wodurch die von dem Halbleiterchip 5 beanspruchte Fläche verringert werden kann.

Weiter ist die substratseitige Bond-Elektrode 2F an einem Ort weiter entfernt von der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 als die substratseitige Ausgangselektrode 2Dangeordnet. Die substratseitige Eingangselektrode 2E ist in etwa demselben Abstand von der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 wie die substratseitige Ausgangselektrode 2D angeordnet. Daher ist die substratseitige Bond-Elektrode 2F nicht zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2E und der substratseitigen Ausgangselektrode 2D angeordnet, sondern an einem Ort weiter entfernt von der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 als die substratseitige Eingangselektrode 2E und die substratseitige Ausgangselektrode 2D. Als Folge kann die Lücke zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2E und der substratseitigen Ausgangselektrode 2D um einen Betrag kleiner gemacht werden, der der Größe der von der substratseitigen Bond-Elektrode 2F belegten Fläche entspricht. Dementsprechend kann auch die Lücke zwischen der ersten Fläche 5A und der zweiten Fläche 5B des Halbleiterchips 5 verkleinert werden, wodurch die von dem Halbleiterchip 5 beanspruchte Fläche verringert werden kann.

Wie in 6 gezeigt, weist der Halbleiterchip 5 eine Konfiguration mit einem Halbleitersubstrat 10 als Hauptkomponente auf. Das Halbleitersubstrat 10 umfasst ein „p+"-Halbleitersubstrat 10A und eine „p-"-Epitaxialschicht 10B, die auf der Hauptoberfläche des „p+"-Halbleitersubstrats 10A ausgebildet ist, das typischerweise aus monokristallinem Silikon hergestellt ist.

Feldeffekttransistoren, die die Verstärkungseinrichtungen PW1 und PW2 bilden, sind in einem Transistorbildungsbereich auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Die Feldeffekttransistoren weisen jeweils hauptsächlich einen p-Muldenbereich 12 auf, der als Kanalbildungsbereich verwendet wird, einen Gate-Isolierfilm 14, eine Gate-Elektrode 15 und ein aus einem „n-"-Halbleiterbereich 16 und einem „n+"-Halbleiterbereich 17 bestehendes Paar auf, das als Source-Fläche bzw. als Drain-Fläche dient.

Der „n+"-Halbleiterbereich 17, der als Drain-Fläche dient, ist mittels eines durch einen Zwischenschicht-Isolierfilm 18 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem Draht 19A verbunden, der auf einer ersten Verdrahtungslage ausgebildet ist. Der „n+"-Halbleiterbereich 17, der als Source-Fläche dient, ist mittels eines durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 18 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem Draht 19B verbunden, auf der der ersten Verdrahtungslage ausgebildet ist. Der Draht 19B ist mittels eines durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 18 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem „p+"-Halbleiterbereich 13 verbunden, der auf einer Epitaxialschicht 13 vom p-Typ ausgebildet ist. Der „p+"-Halbleiterbereich 13 ist elektrisch mit dem „p+"-Halbleitersubstrat 10A verbunden. Die Gate-Elektrode 15 ist mittels eines durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 18 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem Draht 19C verbunden, der auf der ersten Verdrahtungslage ausgebildet ist. Es ist zu beachten, dass diese Verbindung in der Abbildung nicht im Detail gezeigt ist.

Der Draht 19A ist mittels eines durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 20 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem Draht 21A verbunden, der auf einer zweiten Verdrahtungslage ausgebildet ist. Abschnitte des Drahts 21A sind auf der chipseitigen Ausgangselektrode 6D und der chipseitigen Ausgangselektrode 6B ausgebildet. Der Draht 19B ist mittels eines durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 20 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem Draht 21B verbunden, der auf der zweiten Verdrahtungslage ausgebildet ist. Abschnitte des Drahts 21B sind auf den für die Prüfung mittels Prüfsonden verwendeten Elektroden ausgebildet. Der Draht 19C ist mittels eines durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 20 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem Draht verbunden, der auf der zweiten Verdrahtungslage ausgebildet ist. Es ist zu beachten, dass diese Verbindung in der Abbildung nicht gezeigt ist. Abschnitte des Drahts sind auf der chipseitigen Eingangselektrode 6A und der chipseitigen Eingangselektrode 6E ausgebildet.

In der dritten Fläche 5C des Halbleiterchips 5 ist ein Draht 19D auf der ersten Verdrahtungslage auf einem Feldisolierfilm 11 ausgebildet, wie in 7 gezeigt. Der Draht 19D ist in einer Richtung senkrecht zur Seite 5X des Halbleiterchips 5 gedehnt. Der Draht 19D ist mittels eines durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 20 gebohrten Verbindungslochs elektrisch mit einem Draht 21D verbunden, der auf der zweiten Verdrahtungslage ausgebildet ist. Ähnlich wie der Draht 19D ist auch der Draht 21D in einer Richtung senkrecht zur Seite 5X des Halbleiterchips 5 gedehnt. Abschnitte des Drahts 21D sind auf der chipseitigen Bond-Elektrode 6C und der chipseitigen Bond-Elektrode 6F ausgebildet.

Eine rückseitige Elektrode 21 ist auf der anderen Hauptoberfläche (oder der Rückseite) ausgebildet, die der vorstehend genannten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 10 gegenüberliegt. Die rückseitige Elektrode 21 ist elektrisch und mechanisch mit der leitfähigen Platte 1B verbunden, die auf dem Boden der Vertiefung 1A des Leitungssubstrats 1 gebildet ist. In einer solchen Anordnung sind die Source-Anschlüsse der Verstärkungseinrichtungen PW1 und PW2 somit auf ein festes elektrisches Bezugspotenzial eingestellt.

Bei dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach diesem Beispiel sind die auf ein festes elektrisches Bezugspotenzial eingestellten Drähte 19D und 21D in einer Richtung senkrecht zur Seite 5X des Halbleiterchips 5 in der dritten Fläche 50 (als Isolationsfläche verwendet) zwischen der ersten Fläche 5A und der zweiten Fläche 5B des Halbleiterchips 5 gedehnt. Darüber hinaus ist auch der auf das feste elektrische Bezugspotenzial eingestellte „p+"-Halbleiterbereich 13 in einer Richtung senkrecht zur Seite 5X des Halbleiterchips 5 in der dritten Fläche 5C gedehnt. Außerdem ist auch das Halbleitersubstrat 10 auf das feste elektrische Bezugspotenzial eingestellt. Folglich weist der Halbleiterchip 5 eine Konfiguration auf, bei der Magnetfluss-Interferenzen unterdrückt werden, so dass sich die Hochfrequenzcharakteristik nicht verschlechtert.

Nach dem vorstehend beschriebenen Beispiel werden die folgenden Wirkungen erzielt.

  • (1) Weil die substratseitige Bond-Elektrode 2C an einem Ort weiter entfernt von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 als die substratseitige Eingangselektrode 2A und die substratseitige Ausgangselektrode 2B angeordnet wird und weil die substratseitige Bond-Elektrode 2F an einem Ort weiter entfernt von anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 als die substratseitige Eingangselektrode 2E und die substratseitige Ausgangselektrode 2D angeordnet wird, kann die Lücke zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2A und der substratseitigen Ausgangselektrode 2B um einen Betrag kleiner gemacht werden, der der Größe einer von der substratseitigen Bond-Elektrode 2C belegten Fläche entspricht. Weiter kann die Lücke zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2E und der substratseitigen Ausgangselektrode 2D um einen Betrag kleiner gemacht werden, der der von der substratseitigen Bond-Elektrode 2F belegten Fläche entspricht. Dementsprechend kann die Lücke zwischen der ersten Fläche 5A und der zweiten Fläche 5B des Halbleiterchips 5 ebenfalls verkleinert werden. Weil die von dem Halbleiterchip 5 beanspruchte Fläche verkleinert werden kann, kann folglich auch der Hochfrequenz-Leistungsverstärker kleiner ausgeführt werden.
  • (2) Weil die substratseitige Eingangselektrode 2A in etwa demselben Abstand von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 angeordnet wie die substratseitige Ausgangselektrode 2B, während die substratseitige Bond-Elektrode 2C an einem Ort weiter entfernt von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 angeordnet wird als die substratseitige Eingangselektrode 2A und die substratseitige Ausgangselektrode 2B, schneidet die auf das feste elektrische Bezugspotenzial eingestellte Leitung 7C die Lücke zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2A und der substratseitigen Ausgangselektrode 2B. Als Ergebnis können Magnetfluss-Interferenzen im Vergleich zu einem Fall, bei dem die substratseitige Bond-Elektrode 2C zwischen der substratseitigen Eingangselektrode 2A und der substratseitigen Ausgangselektrode 2B angeordnet ist, weiter unterdrückt werden.

Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel die Leitungen 7C und 7F auf das feste elektrische Bezugspotenzial eingestellt sind, wie vorstehend beschrieben. Weil die Größenordnung der Leistung, die durch die mit dem Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW1 in der vorderen Stufe verbundene Ausgangsleitung 7D fließt, in etwa gleich der Größenordnung der Leistung ist, die durch die mit dem Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW2 in der späteren Stufe verbundene Eingangsleitung 7E fließt, ist es außerdem nicht erforderlich, speziell einen auf das feste elektrische Bezugspotenzial eingestellten Draht zwischen der Ausgangsleitung 7D und der Eingangsleitung 7E vorzusehen. In diesem Fall sind daher die chipseitige Bond-Elektrode 6F und die substratseitige Bond-Elektrode 2F nicht erforderlich.

Darüber hinaus ist bei diesem Beispiel, wie vorstehend beschrieben, die substratseitige Eingangselektrode 2A in etwa demselben Abstand von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 angeordnet wie die substratseitige Ausgangselektrode 2B. Es ist zu beachten, dass die substratseitige Eingangselektrode 2A auch an einem Ort weiter entfernt von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 angeordnet werden kann als die substratseitige Bond-Elektrode 2C. Mit einer solchen Anordnung werden dieselben Wirkungen wie bei dem Beispiel erzielt. Weil die Eingangsleitung 7A länger wird, verschlechtert sich in diesem Fall jedoch die Hochfrequenzcharakteristik in einem gewissen Maße.

Zweites Beispiel

8 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers nach einem zweiten Beispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.

Der nach dem zweiten Beispiel realisierte Hochfrequenz-Leistungsverstärker weist bis auf die folgenden Unterschiede im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das erste Beispiel auf.

Wie in 8 gezeigt, ist die substratseitige Bond-Elektrode 2C elektrisch und mechanisch mit einem Ende einer Leitung 7G verbunden, die über die dritte Fläche 5C des Halbleiterchips 5 gedehnt ist, und die substratseitige Bond-Elektrode 2F ist elektrisch und mechanisch mit dem anderen Ende der Leitung 7G verbunden. Weil die substratseitige Bond-Elektrode 2C und die substratseitige Bond-Elektrode 2F elektrisch mit dem externen Anschluss 4 mit Bezugspotenzial verbunden sind, ist die Leitung 7G auf das feste elektrische Bezugspotenzial eingestellt.

Weil die substratseitigen Bond-Elektroden 2C und 2F elektrisch und mechanisch mit den Enden der Leitung 7G verbunden sind, wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, die Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen der Eingangsleitung 7A und der Ausgangsleitung 7B sowie des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen der Ausgangsleitung 7D und der Eingangsleitung 7E zu verhindern.

Drittes Beispiel

9 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers nach einem dritten Beispiel zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.

Der nach dem dritten Beispiel realisierte Hochfrequenz-Leistungsverstärker weist bis auf die folgenden Unterschiede im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das erste Beispiel auf.

Wie in 9 gezeigt, sind die Verstärkungseinrichtungen PW1, PW2 und PW3 auf einem einzelnen Halbleiterchip 5 ausgebildet. Die Verstärkungseinrichtung PW3 ist in einer vierten Fläche 5D der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet.

Der in der vierten Fläche 5D der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildete Gate-Anschluss (der als Eingangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW3 ist elektrisch mit einer chipseitigen Eingangselektrode 6H nahe bei der Seite 5X (einer langen Seite im Falle dieses Beispiels) des Halbleiterchips 5 verbunden. Der in der vierten Fläche 5D der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildete Drain-Anschluss (der als Ausgangseinheit dient) der Verstärkungseinrichtung PW3 ist elektrisch mit einer chipseitigen Ausgangselektrode 6K nahe der anderen Seite 5Y (der anderen langen Seite im Falle dieses Beispiels) des Halbleiterchips 5 verbunden, die der Seite 5X zugewandt ist. Wie bei der Verstärkungseinrichtung PW1 ist der Source-Anschluss der Verstärkungseinrichtung PW3 elektrisch mit einer rückseitigen Elektrode 21 verbunden, die auf der Rückseite des Halbleiterchips 5 ausgebildet ist.

Eine fünfte Fläche 5E (die als Isolationsfläche dient) ist zwischen der vierten Fläche 5D und der zweiten Fläche 5B auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 5 ausgebildet, um die vierte Fläche 5D und die zweite Fläche 5B elektrisch voneinander zu trennen.

Die chipseitige Eingangselektrode 6H ist mittels einer Leitung 7H elektrisch mit einer substratseitigen Eingangselektrode 2H verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite 5X des Halbleiterchips 5 gegenüberliegend ausgebildet ist. Die substratseitige Eingangselektrode 2H ist mittels eines internen Drahts und eines Durchkontaktierdrahts 3, der an einem Ort direkt unter der substratseitigen Eingangselektrode 2H gebohrt ist, elektrisch mit der substratseitigen Ausgangselektrode 2B verbunden.

Die chipseitige Ausgangselektrode 6K ist mittels einer Leitung 7K elektrisch mit einer substratseitigen Ausgangselektrode 2K verbunden, die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite 5Y des Halbleiterchips 5 gegenüberliegend ausgebildet ist. Die substratseitige Ausgangselektrode 2K ist mittels eines internen Drahts und eines Durchkontaktierdrahts 3, der an einem Ort direkt unter der substratseitigen Bond-Elektrode 2F gebohrt ist, elektrisch mit dem externen Ausgangsanschluss verbunden, der auf der Rückseite des Leitungssubstrats 1 ausgebildet ist.

Eine substratseitige Bond-Elektrode 2J ist auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite 5X des Halbleiterchips 5 gegenüberliegend ausgebildet. Andererseits ist eine substratseitige Bond-Elektrode 2L auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats 1 der Seite 5Y des Halbleiterchips 5 gegenüberliegend ausgebildet. Wie die substratseitige Bond-Elektrode 2C sind auch die substratseitigen Bond-Elektroden 2J und 2L elektrisch mit dem Anschluss 4 mit Bezugspotenzial verbunden, der auf der Rückseite des Leitungssubstrats 1 ausgebildet ist.

Die substratseitige Bond-Elektrode 2J ist in etwa demselben Abstand von der Seite 5X des Halbleiterchips 5 angeordnet wie die substratseitige Bond-Elektrode 2C. Andererseits ist die substratseitige Bond-Elektrode 2L in etwa demselben Abstand von der anderen Seite 5Y des Halbleiterchips 5 angeordnet wie die substratseitige Ausgangselektrode 2F.

Die substratseitige Bond-Elektrode 2J ist elektrisch und mechanisch mit einem Ende einer Leitung 7L verbunden, die über die fünfte Fläche 5E des Halbleiterchips 5 gedehnt ist, und die substratseitige Bond-Elektrode 2L ist elektrisch und mechanisch mit dem anderen Ende der Leitung 7L verbunden.

In dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker nach diesem Beispiel sind zwei Leitungen 7L vorgesehen. Der Unterschied zwischen der durch die Eingangsleitung 7E fließenden Leistung und der durch die Ausgangsleitung 7K fließenden Leistung ist größer als der Unterschied zwischen der durch die Eingangsleitung 7A fließenden Leistung und der durch die Ausgangsleitung 7B fließenden Leistung. Durch Erhöhen der Anzahl der Leitungen, die auf das feste elektrische Bezugspotenzial gesetzt sind, entsprechend dem Unterschied in der Leistung, wie bei diesem Beispiel, ist es möglich, eine Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik aufgrund des gegenseitigen Induktionseffekts zwischen der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung in einem stabileren Zustand zu verhindern.

Erste Ausführungsform

10 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile eines Leitungssubstrats eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der nach der ersten Ausführungsform realisierte Hochfrequenz-Leistungsverstärker weist bis auf die folgenden Unterschiede im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das erste Beispiel auf.

Wie in 10 gezeigt, ist die substratseitige Ausgangselektrode 2B an einem der Seite 5X des Halbleiterchips 5 zugewandten Ort angeordnet, während die substratseitige Eingangselektrode 2A an einem der anderen Seite 5P zugewandten Ort angeordnet ist, die die Seite 5X des Halbleiterchips 5 schneidet.

Weil die substratseitige Ausgangselektrode 2B an einem der Seite 5X des Halbleiterchips 5 zugewandten Ort angeordnet ist, während die substratseitige Eingangselektrode 2A an einem der anderen Seite 5P zugewandten Ort angeordnet ist, die die Seite 5X des Halbleiterchips 5 wie vorstehend beschrieben schneidet, kreuzen sich der Magnetfluss der Eingangsleitung 7A und der Magnetfluss der Ausgangsleitung 7B senkrecht zueinander. Als Folge wird der gegenseitige Induktionseffekt zwischen der Eingangsleitung 7A und der Ausgangsleitung 7B unterdrückt.

Weil es nicht nötig ist, eine substratseitige Bond-Elektrode vorzusehen, um einen auf das feste elektrische Bezugspotenzial eingestellten Draht anzuschließen, kann darüber hinaus die Lücke zwischen der ersten Fläche 5A und der zweiten Fläche 5B des Halbleiterchips 5 verkleinert werden. Daher kann die von dem Halbleiterchip 5 belegte Fläche verkleinert werden. Als Ergebnis kann der Hochfrequenz-Leistungsverstärker kleiner ausgeführt werden.

Zweite Ausführungsform

Wie in 15 gezeigt, ermöglicht die vorliegende Erfindung Kopplungskoeffizienten, die niedriger als bei dem herkömmlichen Verfahren sind, was die Hochfrequenzcharakteristik verbessert. Darüber hinaus wird für Kopplungskoeffizienten, die nicht größer als 0,12 sind (oder für Stabilitätskoeffizienten größer als 1) der Bereich des Abstands d zwischen den Bondbereichen größer, wodurch der Design-Freiheitsgrad erhöht wird. Außerdem kann der Abstand d zwischen den Bondbereichen auf 0,3 mm verringert werden, wodurch die Chipfläche verkleinert werden kann. Als Ergebnis kann das Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodul mit kompakten Abmessungen ausgeführt werden und die Kosten können gesenkt werden.

15 zeigt einen Fall, bei dem der durch einen Eingangs-Bonddraht und einen Ausgangs-Bonddraht gebildete Winkel ϕ auf 90 Grad eingestellt ist. Wie in 17 gezeigt, kann der Winkel ϕ auf einen Wert im Bereich von 72 bis 180 Grad eingestellt werden. Bei einem Winkel ϕ von 140 Grad entspricht der Kopplungskoeffizient einem Minimum. Daher ist offensichtlich, dass es einen lokalen Minimumpunkt gibt.

Bei dem tatsächlichen Design eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkermoduls nach der vorliegenden Erfindung werden der Abstand d zwischen den Bondbereichen und der Winkel ϕ auf der Grundlage der vorstehenden Überlegungen gewählt.

Darüber hinaus ist, wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, das Festlegen des Winkels ϕ auf einen anderen Wert als 0 Grad die Grundlage der vorliegenden Erfindung. Daher kann ein Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodul konstruiert werden, das einen Stabilitätskoeffizienten von mindestens 1 für zwei mit Eingangs- und Ausgangs-Bonddrähten verbundene Verstärkungsstufentransistoren aufweist, indem der Winkel ϕ auf einen Wert im Bereich von 72 bis 180 Grad eingestellt wird.

Ein zweistufiges Leistungsverstärkermodul nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand von 11 bis 14 beschrieben. 11 zeigt eine Aufsicht der wichtigsten Teile des zweistufigen Leistungsverstärkermoduls, und 12 zeigt ein Äquivalenzschaltbild des zweistufigen Leistungsverstärkermoduls. 13 zeigt eine Aufsicht der externen Konfiguration des zweistufigen Leistungsverstärkermoduls, und 14 zeigt eine perspektivische Ansicht der wichtigsten Teile des zweistufigen Leistungsverstärkermoduls.

Wie in 11 gezeigt, sind die jeweils durch einen MOSFET in der ersten bzw. der zweiten Stufe implementierten Transistoren 102 und 103 auf einem Silikonchip 101 an Orten nahe beieinander ausgebildet. Die Transistoren 102 und 103 sind so angeordnet, dass die Richtung eines von der Gate-Elektrode 102a der Transistoren 102 für die erste Stufe zu deren Drain-Elektroden 102b fließenden Hochfrequenzsignals der Richtung eines von den Gate-Elektroden 103a der Transistoren 103 für die zweite Stufe zu deren Drain-Elektroden 103b fließenden Hochfrequenzsignals entgegengesetzt ist.

Die Gate-Elektrode 102a, die als Hochfrequenz-Eingangsanschluss dient, ist mittels eines Eingangs-Bonddrahts 105 mit einem Anschluss 121 einer Eingangsanpassungsschaltung 125 auf dem Leitungssubstrat 113 verbunden. Andererseits sind die Drain-Elektroden 103b, die als Hochfrequenz-Ausgangsanschluss dienen, mittels vier Ausgangs-Bonddrähten 108 mit einem Anschluss 124 einer Ausgangsanpassungsschaltung 127 auf dem Leitungssubstrat 113 verbunden. Die Gate-Elektrode 102a ist an einem Ort nahe der linken Seite des Silikonchips 101 angeordnet, während die Drain-Elektroden 103b an Orten nahe der Oberseite des Silikonchips 101 angeordnet sind. Ein durch den Eingangs-Bonddraht 105 und die Ausgangs-Bonddrähte 108 gebildeter Winkel ist damit auf etwa 90 Grad eingestellt. Die Drain-Elektroden 102b sind mittels Bonddrähten 106 mit einem Anschluss 122 einer Zwischenstufen-Anpassungsschaltung 126 auf dem Leitungssubstrat 113 verbunden. Andererseits sind die Gate-Elektroden 103a mittels Bonddrähten 107 mit einem Anschluss 123 der Zwischenstufen-Anpassungsschaltung 126 verbunden. Der Abstand d zwischen dem Bondbereich der Gate-Elektrode 102a (oder der Bond-Eingangselektrode) der Transistoren 102 für die erste Stufe und dem Bondbereich der Drain-Elektroden 103b (oder der Bond-Ausgangselektroden) der Transistoren 103 für die zweite Stufe beträgt etwa 0,6 mm.

Der Silikonchip 101 ist in einer auf dem Leitungssubstrat 113 ausgebildeten Ausnehmung 104 befestigt. Metallische Filme, die als die Source-Elektroden der Transistoren 102 und 103 für die erste bzw. die zweite Stufe dienen, sind an der Rückseite des Silikonchips 101 angeordnet und durch Drähte in der Ausnehmung 104 mit dem elektrischen Massepotenzial verbunden. Das Leitungssubstrat 113 ist aus einem dielektrischen Material wie zum Beispiel Glaskeramik oder Aluminiumoxid hergestellt. Andererseits sind die Drähte in dem Leitungssubstrat 113 aus Kupfer, Silber oder Silberplatin hergestellt.

In 12 und 13 bezeichnen Pin, Pout Vgg und Vdd einen Hochfrequenzsignal-Eingangsanschluss, einen Hochfrequenz-Ausgangsanschluss, einen Gate-Spannungsanschluss bzw. einen Drain-Spannungsanschluss, bei denen es sich jeweils um externe Anschlüsse des Leistungsverstärkermoduls handelt. In 13 bezeichnet eine gestrichelte Linie die Grenze zwischen der Eingangsanpassungsschaltung 125 und der Zwischenstufen-Anpassungsschaltung 126 bzw. die Grenze zwischen der Zwischenstufen-Anpassungsschaltung 126 und der Ausgangsanpassungsschaltung 127. 14 zeigt eine dreidimensionale Struktur der Teile in der Umgebung der Ausnehmung 104.

Bei dieser Ausführungsform ist der durch den Eingangs-Bonddraht 105 und die Ausgangs-Bonddrähte 108 gebildete Winkel auf etwa 90 Grad eingestellt, wie vorstehend beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass dieser Winkel auf jeden Wert im Bereich von 72 bis 180 Grad eingestellt werden kann.

Dritte Ausführungsform

Ein dreistufiges Leistungsverstärkermodul nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 18 erläutert, die eine Aufsicht der wichtigsten Teile zeigt. Wie in der Abbildung gezeigt, sind die jeweils durch einen MOSFET in der Eingangs-, Zwischen- und Ausgangsstufe implementierten Transistoren 102, 103 und 114 auf einem Silikonchip 101 an Orten nahe beieinander ausgebildet. Die Transistoren 102 und 103 sind so angeordnet, dass die Richtung eines von der Gate-Elektrode 102a der Transistoren 102 für die Eingangsstufe zu deren Drain-Elektroden 102b fließenden Hochfrequenzsignals der Richtung eines von den Gate-Elektroden 103a der Transistoren 103 für die Zwischenstufe zu deren Drain-Elektroden 103b fließenden Hochfrequenzsignals entgegengesetzt ist. Weiter sind die Transistoren 103 und 114 so angeordnet, dass die Richtung eines von der Gate-Elektrode 103a der Transistoren 103 für die Zwischenstufe zu deren Drain-Elektroden 103b fließenden Hochfrequenzsignals der Richtung eines von den Gate-Elektroden 114a der Transistoren 114 für die Ausgangsstufe zu deren Drain-Elektroden 114b fließenden Hochfrequenzsignals entgegengesetzt ist.

Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass im Falle der ersteren die vorliegende Erfindung wie folgt angewandt wird. Der durch den Eingangs-Bonddraht 105 der Transistoren 102 für die Eingangsstufe und den Ausgangs-Bonddrähten 108 der Transistoren 103 für die Zwischenstufe gebildete Winkel ist auf etwa 140 Grad eingestellt, die Transistoren 114 für die Ausgangsstufe sind auf demselben Chip vorgesehen, der durch die Ausgangs-Bonddrähte 110 der Transistoren 114 für die Ausgangsstufe und die Eingangs-Bonddrähte 107 der Transistoren 103 für die Zwischenstufe gebildete Winkel ist auf etwa 90 Grad eingestellt, und der Abstand d zwischen dem Bondbereich der Gate-Elektroden 103a (oder der Bond-Eingangselektroden) der Transistoren 103 für die Zwischenstufe und dem Bondbereich der Drain-Elektroden 114b (oder der Bond-Ausgangselektroden) der Transistoren 114 für die Ausgangsstufe beträgt etwa 0,7 mm.

Nach dieser Ausführungsform kann der Kopplungskoeffizient zwischen dem Eingangs-Bonddraht 105 der Transistoren 102 für die Ausgangsstufe und den Ausgangs-Bonddrähten 108 der Transistoren 103 für die Zwischenstufe auf ein Minimum verringert werden, wie in 17 gezeigt, wodurch die Isolierung zwischen dem Eingangs-Bonddraht 105 und den Ausgangs-Bonddrähten 108 weiter verbessert werden kann. Darüber hinaus kann, weil die vorliegende Erfindung angewendet wird, die Isolierung zwischen den Eingangs-Bonddrähten 107 der Transistoren 103 für die Zwischenstufe und den Ausgangs-Bonddrähten 109 der Transistoren 114 für die Ausgangsstufe ebenfalls sichergestellt werden. Als Ergebnis kann im Falle der dritten Ausführungsform, bei der die Transistoren für drei Stufen auf demselben Chip ausgebildet sind, um die Fläche des Halbleiterchips zu verkleinern, die Hochfrequenzcharakteristik verbessert werden, trotz der Tatsache, dass die Abstände zwischen den Transistoren kürzer sind.

Vierte Ausführungsform

Ein dreistufiges Leistungsverstärkermodul nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 19 erläutert, die eine Aufsicht der wichtigsten Teile zeigt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform darin, dass im Falle der ersteren unter Anwendung eines Abschirmverfahrens ein Abschirm-Bonddraht 201 und ein Abschirmdraht 204 zwischen einem Transistor 103 für die Zwischenstufe und einem Transistor 114 für die Ausgangsstufe vorgesehen werden, wobei ein Ende des Abschirm-Bonddrahts 201 und ein Ende des Abschirmdrahts 204 jeweils mittels einer Elektrode 202 und über ein auf dem Leitungssubstrat gebildetes Loch 203 mit dem elektrischen Massepotenzial verbunden sind.

Bei dieser Ausführungsform wird das herkömmliche Abschirmungsverfahren auf die Lücke zwischen der Eingangs- und der Zwischenstufe angewendet. Weil jedoch die Flächen der Transistoren in der Eingangs- und der Zwischenstufe von Anfang groß sind, kann die Hochfrequenzcharakteristik verbessert werden.

Fünfte Ausführungsform

Ein zweistufiges Leistungsverstärkermodul nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 20 erläutert, die eine Aufsicht der wichtigsten Teile zeigt.

Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass im Falle der ersteren die Ausrichtung der Transistoren 102 für die erste Stufe um 90 Grad gedreht ist.

Weil die Orte der Bondbereiche des Eingangs-Bonddrahts 105 in der ersten Stufe und der Ausgangs-Bonddrähte 108 in der zweiten Stufe bei dieser Ausführungsform zur Mitte des Chips hin verschoben sind, kann der Abstand zwischen den Bondbereichen noch verlängert werden. (Im Falle des ersten Beispiels beträgt der Abstand 0,6 mm. Im Falle der fünften Ausführungsform beträgt der Abstand hingegen 0,75 mm.) Als Ergebnis kann die Isolierung zwischen dem Eingangs-Bonddraht 105 in der ersten Stufe und den Ausgangs-Bonddrähten 108 in der zweiten Stufe weiter verbessert werden.

Bisher sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Es ist jedoch zu beachten, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Zum Beispiel können Parameter wie die Anzahl der Elektroden der Transistoren und die Anzahl der Bonddrähte je nach Anwendung auf verschiedene Werte geändert werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus müssen die Transistoren nicht durch einen MOSFET realisiert werden, sondern können auch durch einen Feldeffekttransistor oder einen Heterojunction-Bipolartransistor (HBT) implementiert werden.


Anspruch[de]
Halbleitervorrichtung, aufweisend:

einen Halbleiterchip (5) mit rechteckiger Hauptoberfläche,

ein Leitungssubstrat (1), dessen Hauptoberfläche zur Befestigung des Halbleiterchips verwendet wird,

eine erste Elektrode (6A, 102a), die auf einer ersten Fläche (5A) der Hauptoberfläche des Halbleiterchips (5) ausgebildet ist und an einem Ort in der Nähe einer Seite (5X) des Halbleiterchips angeordnet ist;

eine erste Verstärkungseinrichtung (PW1, 102), die auf der ersten Fläche (5A) der Hauptoberfläche des Halbleiterchips (5) ausgebildet und mit einer elektrisch mit der ersten Elektrode (6A, 102a) verbundenen Eingangseinheit versehen ist,

eine zweite Elektrode (6B, 103b), die auf einer zweiten Fläche (5B) auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips (5) ausgebildet und an einem Ort in der Nähe der genannten Seite (5X) des Halbleiterchips (5) angeordnet ist,

eine zweite Verstärkungseinrichtung (PW2, 103), die auf der zweiten Fläche (5B) der Hauptoberfläche des Halbleiterchips (5) ausgebildet und mit einer elektrisch mit der zweiten Elektrode (6B, 103b) verbundenen Ausgangseinheit versehen ist,

eine dritte Elektrode (2A, 121), die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats (1) ausgebildet und mittels einer ersten Leitung (7A) elektrisch mit der ersten Elektrode (6A, 102a) verbunden ist, und

eine vierte Elektrode (2B, 124), die auf der Hauptoberfläche des Leitungssubstrats (1) ausgebildet und mittels einer zweiten Leitung (7B) elektrisch mit der zweiten Elektrode (6B, 103b) verbunden ist,

wobei

die vierte Elektrode (2B, 124) an einem einer Seite (5X) des Halbleiterchips zugewandten Ort angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die dritte Elektrode (2A, 121) an einem Ort angeordnet ist, der einer anderen Seite (5P) des Halbleiterchips zugewandt ist, die diejenige Seite (5X) des Halbleiterchips schneidet, die dem Ort zugewandt ist, an dem die vierte Elektrode (2B, 124) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Eingangseinheit der zweiten Verstärkungseinrichtung (PW2, 103) elektrisch mit einer Ausgangseinheit der ersten Verstärkungseinrichtung (PW1, 102) verbunden ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Verstärkungseinrichtung (PW1, PW2) jeweils mehrere Feldeffekttransistoren (102, 103) aufweisen, die elektrisch zueinander parallel geschaltet sind. Halbleitervorrichtung, die ein Leitungssubstrat (1) mit einer aus dielektrischem Material hergestellten Basis und einen auf dem Leitungssubstrat angeordneten Halbleiterchip (5) aufweist, wobei

auf dem Halbleiterchip (5) Verstärkungstransistoren (102, 103, 114) zweier oder mehr Stufen, eine Bond-Eingangselektrode (102a) zur Eingabe eines Hochfrequenzsignals für die Verstärkungstransistoren und eine Bond-Ausgangselektrode (103b) zur Ausgabe eines Hochfrequenzsignals von den Verstärkungselektroden ausgebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Winkel (&PHgr;) zwischen der Richtung von einem Ende eines Eingangs-Bonddrahts (105), das mit der Bond-Eingangselektrode (102a) für einen bestimmten der Verstärkungstransistoren verbunden ist, zu einem Ende des Eingangs-Bonddrahts, das mit dem Leitungssubstrat verbunden ist, und der Richtung von einem Ende eines Ausgangs-Bonddrahts (108), das mit der Bond-Ausgangselektrode (103b) für einen anderen der Verstärkungstransistoren an der dem bestimmten Verstärkungstransistor anschließend folgenden Stufe verbunden ist, zu einem Ende des Ausgangs-Bonddrahts, das mit dem Leitungssubstrat (1) verbunden ist, im Bereich von 72° bis 180° liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Lücke (d) zwischen Bondbereichen der Bond-Eingangselektrode (102a) und der Bond-Ausgangselektrode (103b) mindestens 0,3 mm, jedoch weniger als 0,8 mm beträgt. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Winkel (&PHgr;) etwa 90° beträgt. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei

der Halbleiterchip (5) eine rechteckige Form aufweist,

eine Bond-Ausgangselektrode (103b), die elektrisch mit mehreren Ausgangs-Bonddrähten für den anderen Verstärkungstransistor der folgenden Stufe verbunden ist, an einem Ort nahe bei einer ersten Seite (5X) des Halbleiterchips (5) angeordnet ist,

eine Bond-Eingangselektrode (103a) für den anderen Verstärkungstransistor der folgenden Stufe und eine Bond-Ausgangselektrode (102b) für den bestimmten Verstärkungstransistor an einem Ort nahe bei einer zweiten Seite (5Y) des Halbleiterchips angeordnet sind, die der ersten Seite (5X) gegenüberliegt, und

eine Bond-Eingangselektrode (102a), die elektrisch mit dem Eingangs-Bonddraht für den bestimmten Verstärkungstransistor verbunden ist, an einem Ort nahe bei einer dritten Seite (5P) des Halbleiterchips (5) angeordnet ist, die sich von der ersten und der zweiten Seite (5X, 5Y) unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei

die Verstärkungstransistoren unter Bildung von drei Stufen miteinander verbunden sind,

einer (102) der Verstärkungstransistoren an einer Eingangsstufe angeordnet ist,

ein anderer (103) der Verstärkungstransistoren an einer der Eingangsstufe folgenden Mittelstufe angeordnet ist,

der letzte Verstärkungstransistor (114) an einer der Mittelstufe folgenden Ausgangsstufe angeordnet ist, und

zwischen der Richtung eines Eingangs-Bonddrahts (107) von einer Bond-Eingangselektrode (103a) für den anderen Verstärkungstransistor (103) der Zwischenstufe zum Leitungssubstrat (1) und der Richtung eines Ausgangs-Bonddrahts (110) von einer Bond-Ausgangselektrode (114b) für den letzten Verstärkungstransistor (114) der Ausgangsstufe zum Leitungssubstrat (1) ein Winkel definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der von Anspruch 8 definierte Winkel im Bereich von 72° bis 180° liegt und vorzugsweise etwa 90° beträgt. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der von Anspruch 8 definierte Winkel etwa 0° beträgt, zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangs-Bonddraht (107, 103) ein Abschirm-Bonddraht (201) vorgesehen ist, und die beiden Enden des Abschirm-Bonddrahts (201) hochfrequenzmäßig mit Masse verbunden sind. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei

das Leitungssubstrat (1) folgendes aufweist:

eine vierseitige Ausnehmung mit einer ersten bis einer vierten Seite,

eine erste Anpassungsschaltung (127), die an einem Ort nahe bei der ersten Seite ausgebildet ist,

eine zweite Anpassungsschaltung (126), die an einem Ort nahe bei der zweiten Seite ausgebildet ist, die der ersten Seite gegenüberliegt, und

eine dritte Anpassungsschaltung (125), die an einem Ort nahe bei der dritten Seite ausgebildet ist, die sich von der ersten und der zweiten Seite unterscheidet,

wobei die erste Anpassungsschaltung (127) elektrisch mit dem Ausgangs-Bonddraht (108) des anderen Verstärkungstransistors (103) der folgenden Stufe verbunden ist,

die zweite Anpassungsschaltung (126) elektrisch zwischen einen Ausgang des bestimmten Verstärkungstransistors (102) und einen Eingang des anderen Verstärkungstransistors (103) der folgenden Stufe geschaltet ist, und

die dritte Anpassungsschaltung (125) elektrisch mit dem Eingangs-Bonddraht (105) des bestimmten Verstärkungstransistors (102) verbunden ist.






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