JPH04107940A - 半導体装置及びその構成部品 - Google Patents

半導体装置及びその構成部品

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JPH04107940A
JPH04107940A JP2225058A JP22505890A JPH04107940A JP H04107940 A JPH04107940 A JP H04107940A JP 2225058 A JP2225058 A JP 2225058A JP 22505890 A JP22505890 A JP 22505890A JP H04107940 A JPH04107940 A JP H04107940A
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impedance
bonding
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Sadayuki Daikuhara
大工原　貞行
Norio Nakazato
典生 中里
Chiyoshi Kamata
千代士 鎌田
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Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の信号伝送インピーダンスの整合を
図ると共に使用周波数を高める技術、特に、ギガヘルツ
域の周波数でのインピーダンス整合及び動作を可能にす
るために用いて効果のある技術に関するものである。
σ従来の技術］ 一般に、リードフレームを用いた半導体装置は、リード
フレームと半導体チップとの間の電気的接続をワイヤボ
ンディングにより行っている。このような構造では、ボ
ンディングワイヤがチップ内のパターンの長さに比べて
長いため、例えば、数ギガヘルツ域の周波数になるとボ
ンディングワイヤに形成されるインダクタンスが無視で
きなくなり、このインダクタンスと浮遊静電容量とによ
って周波数特性が決定される。
従来より、ボンディングワイヤのインダクタンスを低減
する技術として、次のようなものが知られている。
■ボンディングワイヤの長さを短縮する。
■ワイヤ径を太くする。
■ワイヤ数を増やす。すなわち、複数のワイヤを並列接
続する。
なお、この種の技術については、例えば、ＧａＡｓＩＣ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ＴｆｌｉＣ）ＩＮｒＣＡＬ　ＤＩ
ＧεＳＴ　（ガ！Ｊ’７ムー７シニード・アイシー・シ
ンポジウム　テクニカル・ダイジェスト）　Ｎｏｖｅｍ
ｂｅｒ　６−９．１９８８　　（１９８８・　　年１１
月発行）に記載がある。
ところで、本発明者は、半導体装置の超高周波域におけ
る周波数特性の劣化及び入・出力インピーダンスの不整
合の問題について検討した。
以下は、本発明者によって検討された技術であり、その
概要は次の通りである。
例えば、通信などのインターフェースに用いられる半導
体装置は、８ビツト、１６ビツトなどのパラレル信号を
シリアル信号に変換するように構成されているが、上記
したように７リアル信号ラインにボンディングワイヤを
用いた場合、ライン中にインダクタンスが直列挿入され
るたぬ、その等価回路は第７図の如くになる。
すなわち、リードｌのバッド２とチップ３との間はボン
ディングワイヤによって接続されるが、このボンディン
グワイヤ４がインダクタンスＬを持っている。また、パ
ッケージ７のパッド５とアースライン（または電源ライ
ン）との間には浮遊静電容量６　（Ｃ）が生じている。
周波数の上限を高くするにはＬ及びＣは小さいほど良い
結果が得られるが、これらを０にすることはできない。
このインダクタンスＬと浮遊静電窓１６　　（Ｃ）がロ
ーパスフィルタを形成し、このＬとＣから遮断周波数及
びインピーダンスが決定される。通常、インピーダンス
は５ｏΩに設定されので、インピーダンス２は次のよう
に表される。
２＝帽；７こ 信号伝送においては、不整合による伝送損失やノイズの
混入の影響が重視されるから、インピーダンス２を指定
値（この場合、５ＤΩ）にしなければならない。したが
って、インダクタンス４及び浮遊静電容量６は、インピ
ーダンスＺを決めることのみを考えて決定し、最高周波
数の決定を配慮して決めることはない。つまり、遮断周
波数は、インピーダンスＺを決めるために出されたしと
Ｃから一義的に定まることになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、前記の如くボンディングワイヤのＬと浮遊静
電容量を用いて信号伝送用のインピーダンスを形成する
半導体装置においては、インピーダンスを設計値にする
とＬ及びＣの値が大きくなり、使用可能な最高周波数が
低くなるという問題のあることが本発明者によって見い
出された。
将来、大量のデータを扱うことが予想され、このために
、例えば光通借及び超高周波（１０〜２０ギガヘルツ）
を用いたシステムが考えられるが、現状では数ギガヘル
ツが限度である。
また、従来においては、周波数が高いた於に、ワイヤの
微妙な形崩れや長さの違い、或いは多層間のばらつきな
どによってＬやＣに差異が生じるが、これを調整する手
段などがないため、インピーダンスを設計値に一致させ
ることが難しく、例えば第８図に示すように、インピー
ダンスが部分的（ここではボンディングワイヤ４の部分
）に不整合になりやすい。
そこで、本発明の目的は、ワイヤボンディングを用いな
がら、インピーダンス整合及び最高周波数を高くするこ
とが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び
添付図面から胡らかになるであろう。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、以下の通りである。
すなわち、リードフレーム側のパッドと半導体チップ側
のパッドとを信号伝送用ボンディングワイヤによって接
続して超高周波信号の伝送路を形成する半導体装置であ
って、前記信号伝送用ボンディングワイヤのインダクタ
ンス及び前記信号伝送用ボンディングワイヤの端部の対
地静電容量を伝送インピーダンスに整合させる調整手段
を設けるものである。
〔作用〕
上記した手段によれば、リードフレーム側または半導体
チップ側に設けられた調整用ボンディングパッドは、信
号伝送路に対し静電容量を増加させるように機能する。
したがって、信号伝送用ボンディングワイヤのインダク
タンスによって伝送インピーダンスが上がっても、これ
を下げるように作用し、ボンディングワイヤ部分のイン
ピーダンスをその前後の信号伝送路のインピーダンスに
一致させることができ、しかも周波数特性を劣化させる
ことがない。
〔実施例１〕 第１図は本発明による半導体装置の主要部を示す平面図
である。
第１図に示すように、超高周波信号を伝送するパッド２
はパッケージ７側に設けられ、チップ３側に設けられた
パッド５　（超高周波信号の入・出力用）に隣接させて
調整用ボンディングパッド８が配設されている。パッド
２とパッド５の間には金線による信号伝送用のボンディ
ングワイヤ４がボンディング接続され、パッド２と調整
用ボンディングパッド８の間には調整用ボンディングワ
イヤ９がボンディング接続されている。
第２図は第１図の構成の等価回路を示し、パッド２には
ボンディングワイヤ４によるインダクタンスＬ１　　と
浮遊静電容量６　（Ｃ，）による回路に対し、調整用ボ
ンディングワイヤ９による第２のインダクタンスＬ、及
びパッド２と調整用ボンディングパッド８の間に形成さ
れる浮遊静電容量１０　　（Ｃ２＞による回路が付加さ
れた形になる。なお、第２図においては、外部回路との
接続のための５０Ωの伝送線１１がパッド２に接続され
ている。なお、リードが長くなると、インピーダンスが
規定値（５０Ω）から外れるが、これに対しては、リー
ドにマイクロストリップラインを形成してインピーダン
スを規定値になるようにしている。
調整用ボンディングワイヤ９を設けたことにより、パッ
ド２からチップ側を見たインピーダンスＺ０　は次のよ
うになる。
Ｚｏ　＝　Ｚｌ　　・Ｚ２　／　Ｚｌ　＋Ｚｘただし、 ２、＝　　４刀＝７でＥ、　　　＝　４３＝７でＴここ
で、ｚｌ　を大まかに設定し、微調整をｚ２により行う
ようにする。この場合、インピーダンスの調整は、調整
用ボンディングワイヤ９の長さ及び径を変えることによ
り行うことができる。
このようなインピーダンス調整手段を設けたことにより
、外部から見た半導体装置のインピーダンスは、第３図
に示すように一定値を示し、乱れを生じることはない。
そして、信号の通過経路にはインダクタンスし２　が挿
入されないので最高使用周波数を高くすることができる
。
また、調整用ボンディングパッド８を設けることにより
、従来のようにワイヤの長さ、径などを調整する方法に
比べて仕様変更などに容易に対処することができるよう
になる。
なあ、第８図に示すようなインピーダンス特性の場合、
これを調整するためにはパッド５の面積を増大し、対地
静電容量を増やすことにより解決するが、これでは微妙
な調整が困難であるばかりでなく、自由度もないため、
実用的ではない。
〔実施例２〕 第４１！ｌは本発明の第２実施例の主要部を示す平面図
である。
本実施例は、第１図の構成における調整用ボンディング
パッド８を除去し、パッド５の面積を約２倍に拡大し、
パッド２に隣接させて調整用ボンディングパッド１２を
設ける構成にしたところに特徴がある。この場合、調整
用ボンディングワイヤ９は、パッド５と調整用ボンディ
ングパッド１２の間に接続される。
このように、インダクタンスＬ１　が大きくなる傾向に
より高くなったインピーダンスが、パッケージ７の面積
の拡大による浮遊静電容量の増加により、インピーダン
ス整合を取ることが可能になる。
〔実施例３〕 第５図は本発明の第３実施例の主要部を示す平面図であ
る。
本実施例は、第２図の構成の特徴部分と４図の構成の特
徴部分を兼ね備えたところに特徴がある。
すなわち、浮遊静電容量をパッケージ側とチップ側に１
個づつ配した構成を持ち、チップ３側には面積を拡大し
たパッド５に隣接して調整用ボンディングパッド８を設
け、リード側にはパッド２に隣接させて調整用ボンディ
ングパッド１２を設ける。そして、パッド５と調整用ボ
ンディングパッド１２及びパッド２との間に第１の調整
用ボンディングワイヤ９ａを接続し、パッド２と調整用
ボンディングパッド８間に第２の調整用ボンディングワ
イヤ９ｂを接続する。
第６図は第５図の構成の等価回路図を示している。
パッド２とパッド５の間にボンディングワイヤ４による
インダクタンスＬｌ、パッド５と調整用ボンディングパ
ッド１２の間に調整用ボンディングワイヤ９ａによるイ
ンダクタンスＬ３　、パッド２と調整用ボンディングパ
ッド８の間に調整用ボンディングワイヤ９ｂによるイン
ダクタンスＬ２の各々が形成される。
さらに、パッド５、調整用ボンディングパッド８、及び
調整用ボンディングパッド１２の各々とアース（または
グランド）間には、静電容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各々が
形成される。
この構成では、調整用インピーダンス回路が２段になる
ため、インピーダンス調整を微細に行うことが可能にな
る。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。
すなわち、リードフレーム側のパッドと半導体チップ側
のパッドとを信号伝送用ボンディングワイヤによって接
続して超高周波信号の伝送路を形成する半導体装置であ
って、前記信号伝送用ボンディングワイヤのインダクタ
ンス及び前記信号伝送用ボンディングワイヤの端部の対
地静電容量を伝送インピーダンスに整合させる調整手段
を設けるようにしたので、ボンディングワイヤ部分のイ
ンピーダンスをその前後の信号伝送路のインピーダンス
に一致させることができ、信号の劣化を抑え、かつ周波
数特性を劣化させることがない。また、パッケージ設計
の自由度を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体装置の主要部を示す平面図
、 第２図は第１図の構成の等価回路、 第３図は本発明による信号伝送路のインピーダンス特性
図、 第４図は本発明の第２実施例の主要部を示す平面図、 第５図は本発明の第３実施例の主要部を示す平面図、 第６図は第５図の構成の等価回路図、 第７図は従来の半導体装置の超高周波域における等価回
路図、 第８図は第７図の構成のインピーダンス特性図である。 １　・　・　・　リード、２・　・　・パッド、３　・
　・　・チップ、４・・・ボンディングワイヤ、５・・
・ノぜラド、６・・・浮遊静電容量、７・・・パッケー
ジ、８・・・調整用ボンディングパッド、９，９ａ、９
ｂ・・・調整用ボンディングワイヤ、１０・・・浮遊静
電容量、１１・・・伝送線、１２・・・調整用ボンディ
ングパッド。 第１図 ４：ホンディングワイヤ　　９：調整用ボンディングワ
イヤ第２図 ６．１０：浮遊静電容量　　　　１１：伝送線第３図 ワイヤ４の区間　　　　　　　　第　４　図第５図 第６図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、リードフレーム側のパッドと半導体チップ側のパッ
    ドとを信号伝送用ボンディングワイヤによって接続して
    超高周波信号の伝送路を形成する半導体装置であって、
    前記信号伝送用ボンディングワイヤのインダクタンス及
    び前記信号伝送用ボンディングワイヤの端部の対地静電
    容量を伝送インピーダンスに整合させる調整手段を設け
    たことを特徴とする半導体装置。 ２、前記調整手段は、前記リード部または前記半導体チ
    ップの一方に調整用ボンディングパッドを設け、このパ
    ッドと前記信号伝送用のボンディングワイヤの何れか一
    端との間に調整用ボンディングワイヤを接続するもので
    あることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 ３、前記調整手段は、前記リード部および前記半導体チ
    ップの各々に調整用ボンディングパッドを設け、前記調
    整用ボンディングワイヤの前記調整用ボンディングパッ
    ドに接続されていない側を前記信号伝送用ボンディング
    ワイヤの遠方側端に接続するものであることを特徴とす
    る請求項１記載の半導体装置。 ４、前記半導体チップの前記信号伝送用ボンディングワ
    イヤが接続されるパッドに隣接させて、インピーダンス
    調整用のボンディングパッドを設けたことを特徴とする
    半導体チップ。 ５、前記リードフレームの信号伝送用のパッドに隣接さ
    せて、インピーダンス調整用のボンディングパッドを設
    けたことを特徴とするリードフレーム。
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