半导体装置的制作方法

本发明涉及例如用于在移动电话用基站的驱动级使用的高输出放大器的半导体装置。

背景技术：

作为电力放大器起作用的封装件通常以如下方式进行制造。首先，在铜合金的散热器之上通过银焊料而固定用于传递电气信号的陶瓷端子。接下来，在散热器和陶瓷端子之上载置成为壁部的陶瓷框架，通过银焊料将散热器和陶瓷框架固定。在陶瓷端子之上通过同样的银焊料而固定引线。

接下来，在陶瓷框架内的散热器之上通过金锡共晶焊料固定半导体芯片。接下来，在半导体芯片和陶瓷端子之间的散热器通过金锡共晶焊料固定用于实现50ω终端化的匹配基板。接下来，通过金线将半导体芯片和匹配基板、匹配基板和陶瓷端子之间连接。然后，将保护内部的电路不受外力损害的陶瓷盖通过金锡共晶焊料固定于陶瓷框架。这样，完成了输入来自外部的电气信号、向外部输出电气信号的半导体装置。

就这样的半导体装置而言，使电气信号从一方的引线在陶瓷端子、导线、匹配电路以及导线中传输而向半导体芯片输入，对高频信号进行放大。然后，使放大后的高频信号朝向另一方的引线按照导线、匹配电路、导线、陶瓷端子的顺序传输，从该另一方的引线输出。通过陶瓷框架、陶瓷盖和散热器将内部的电路相对于来自外部的外力以及来自外界的异物保护起来。例如在专利文献1中公开有这样的半导体装置。

专利文献1：日本特开2010-135722号公报

技术实现要素：

对于构成作为电力放大器起作用的封装件的半导体装置，谋求通过削减部件数量、提高组装的容易性、或其他方法来降低成本、提高性能。

本发明是为了解决上述的问题而提出的，目的在于提供能够降低成本、提高性能的半导体装置。

本发明涉及的半导体装置的特征在于，具备：散热器；一体化部件，其使匹配电路和具有微带线的陶瓷端子进行了一体化，该一体化部件固定于该散热器；引线，其固定于该陶瓷端子；匹配基板，其固定于该散热器；半导体芯片，其固定于该散热器；多根导线，其将该匹配电路和该匹配基板连接，将该匹配基板和该半导体芯片电连接；框架，其在俯视时包围该匹配基板和该半导体芯片；以及盖，其设置于该框架之上。

本发明涉及的其他半导体装置的特征在于，具备：散热器，其在俯视时呈四边形，具有在俯视时呈h形的第1部分和比该第1部分形成得薄的第2部分；基板，其具有微带线，该基板通过焊料而固定于该第2部分；引线，其固定于该基板；匹配基板，其固定于该第2部分；半导体芯片，其固定于该第1部分；多根导线，其将该基板和该匹配基板连接，将该匹配基板和该半导体芯片电连接；以及框架，其底面固定于该基板和该第1部分，该框架将该半导体芯片包围，该基板的上表面和该第1部分的上表面的高度相等，该框架的底面是平坦面。

本发明涉及的其他半导体装置的特征在于，具备：散热器；外侧匹配基板，其具有外框部分和内侧部分，该外框部分设置于该散热器之上，上表面是平坦的，该外框部分在俯视时呈环状，该内侧部分设置于该散热器之上，与该外框部分的内壁相接，比该外框部分形成得薄，在该内侧部分设置有贯通孔；引线，其固定于该外框部分；匹配基板，其固定于通过该贯通孔而露出的该散热器；半导体芯片，其固定于通过该贯通孔而露出的该散热器；多根导线，其将该内侧部分和该匹配基板连接，将该匹配基板和该半导体芯片电连接；外侧匹配基板导线，其将该外框部分和该内侧部分连接；以及盖，其固定于该外框部分的上表面。

本发明涉及的其他半导体装置的特征在于，具备：散热器；引线，其固定于该散热器；外侧匹配基板，其固定于该散热器；匹配基板，其固定于该散热器；半导体芯片，其固定于该散热器；罩，其具有盖部和环状的框架部，该框架部通过绝缘性粘接剂而固定于该引线的上表面，该盖部固定于该框架部的上表面；以及多根导线，其将该外侧匹配基板和该匹配基板连接，将该匹配基板和该半导体芯片电连接，该引线和该外侧匹配基板电连接。

本发明的其他特征在下面得以明确。

发明的效果

根据本发明，例如能够提供通过使匹配电路和具有微带线的陶瓷端子一体化来降低成本、提高性能的半导体装置。

附图说明

图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。

图2是半导体装置的俯视图。

图3是实施方式2涉及的半导体装置的剖面图。

图4是散热器的斜视图。

图5是半导体装置的俯视图。

图6是变形例涉及的半导体装置的剖面图。

图7是实施方式3涉及的半导体装置的剖面图。

图8是外侧匹配基板的斜视图。

图9是半导体装置的俯视图。

图10是变形例涉及的半导体装置的剖面图。

图11是其他变形例涉及的半导体装置的剖面图。

图12是实施方式4涉及的半导体装置的剖面图。

图13是半导体装置的俯视图。

图14是变形例涉及的半导体装置的剖面图。

图15是实施方式5涉及的半导体装置的剖面图。

图16是半导体装置的俯视图。

图17是变形例涉及的半导体装置的剖面图。

图18是实施方式6涉及的半导体装置的剖面图。

图19是半导体装置的俯视图。

图20是变形例涉及的半导体装置的剖面图。

具体实施方式

参照附图，说明本发明的实施方式涉及的半导体装置。对于相同或对应的结构要素，标注相同的标号，有时省略重复的说明。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。该半导体装置具备散热器1。在散热器1固定有一体化部件2、匹配基板5以及半导体芯片7。一体化部件2是使匹配电路2b和具有微带线的陶瓷端子2a进行了一体化的部件。匹配电路2b是输入输出用匹配电路。一体化部件2具备：陶瓷基板；形成于陶瓷基板的整个下表面的金属膜；以及形成于陶瓷基板的上表面的金属图案。

匹配基板5具备：陶瓷基板；形成于陶瓷基板的下表面的金属膜；以及形成于陶瓷基板的上表面的金属膜。在陶瓷基板的上表面也可以通过金属图案而形成电路。一体化部件2和匹配基板5都具有陶瓷基板，但是为了实现阻抗匹配，也可以将一体化部件2的陶瓷基板和匹配基板5的陶瓷基板设为不同的材料。作为陶瓷基板，能够选择例如氧化铝或氮化铝等。

半导体芯片7是对电力进行放大的fet芯片。在半导体芯片7的左右存在2个匹配基板5。在半导体芯片7和2个匹配基板5的左右存在2个一体化部件2。半导体芯片7、匹配基板5以及一体化部件2使用具有例如280℃的熔点的金锡共晶焊料9与散热器1接合。

在陶瓷端子2a通过例如金锡共晶焊料而固定有引线4。引线4用于与外部的电气信号交换。在一体化部件2和散热器1之上设置有防止来自外部的异物混入的框架3。框架3在俯视时包围匹配基板5和半导体芯片7。在框架3的上表面通过例如金锡共晶焊料而固定有盖8。由此，提供通过框架3、盖8以及散热器1包围的密闭空间。在该密闭空间中，设置有将匹配电路2b和匹配基板5连接的导线6以及将匹配基板5和半导体芯片7连接的导线6。在这些导线6中传输高频信号。

简单说明高频信号的流动。从外部向左侧的引线4输入的高频信号经由导线6在一体化部件2的金属图案和匹配基板5中传输而到达半导体芯片7，通过半导体芯片7进行放大。放大后的高频信号经由半导体芯片7右侧的导线6在匹配基板5和一体化部件2中传输而到达右侧的引线4，向外部输出。通过输入侧的匹配电路2b和匹配基板5实现阻抗匹配，通过输出侧的匹配电路2b和匹配基板5实现阻抗匹配，因此，能够使输出侧的电力最大化。

图2是实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。在图2中，为了公开半导体装置的内部构造而省略了盖8。一体化部件2在半导体装置的左右各设置有1个。半导体芯片7设置有2个。半导体芯片7分别被2个匹配基板5所夹。因此，匹配基板5设置有4个。2个一体化部件2位于4个匹配基板5和2个半导体芯片7的左右。

2个一体化部件2呈相同的构造。关于左侧的一体化部件2，虚线左侧的部分是陶瓷端子2a，虚线右侧的部分是匹配电路2b。在陶瓷端子2a的上表面形成有直线的金属图案。在匹配电路2b的上表面形成有用于实现阻抗匹配的金属图案。为了在俯视时包围匹配基板5和半导体芯片7，框架3在俯视时呈4边形。框架3与一体化部件2的上表面、散热器1的上表面接触。

本发明的实施方式1涉及的半导体装置是通过具有上述结构而作为电力放大器起作用的封装件。就现有的作为电力放大器起作用的封装件而言，匹配电路和对引线进行固定的陶瓷端子是分开的部件。在分别安装陶瓷端子和匹配电路的情况下，有时陶瓷端子和匹配电路的距离会从理想的距离错位±100um左右。为了实现考虑了该错位的阻抗匹配，需要对阻抗进行调整的导线。即，由于匹配基板或陶瓷端子的位置错位的原因，为了实现50ω终端化，需要在安装基板之上通过导线进行匹配，存在作业时间变长的问题。

与此相对，就本发明的实施方式1涉及的半导体装置而言，设置有使匹配电路2b和具有微带线的陶瓷端子2a进行了一体化的一体化部件2，因此，不会产生陶瓷端子2a和匹配电路2b的安装错位。不需要用于实现考虑了该安装错位的阻抗匹配的导线。由此，能够削减导线。另外，设置有将比au类导线等低价的金锡共晶焊料作为材料的焊料9，因此，在削减成本方面也优选。

实施方式1涉及的半导体装置在输入侧的1个传输路径设置有1个匹配基板5，在输出侧的1个传输路径设置有1个匹配基板5。但是，也可以在输入侧的1个传输路径设置有多个匹配基板5，在输出侧的1个传输路径设置有多个匹配基板5。匹配基板5的数量是为了实现阻抗匹配而调整的。例如，在图1中，也可以在一体化部件2和半导体芯片7之间设置2个匹配基板5。在该情况下，提供多根将匹配基板5和半导体芯片7电连接的导线6。在实施方式1中提及的变形例也能够应用于下面的实施方式涉及的半导体装置。此外，下面的实施方式涉及的半导体装置与实施方式1涉及的半导体装置的共同点多，因此，以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

实施方式2

图3是实施方式2涉及的半导体装置的剖面图。散热器10具备：第1部分10a；以及比第1部分10a形成得薄的第2部分10b。在图3中，在中央有第1部分10a，在其左右有第2部分10b。在第1部分10a通过焊料9而固定有半导体芯片7。在第2部分10b通过焊料9而固定有匹配基板5，通过其他焊料9而固定有一体化部件2。在一体化部件2固定有引线4。通过多根导线6，将一体化部件2和匹配基板5连接，将匹配基板5和半导体芯片7电连接。

第2部分10b的厚度是y1。第1部分10a的厚度是y2。第1部分10a和第2部分10b的厚度的差是y3。一体化部件2的厚度是y3。因此，一体化部件2的上表面和第1部分10a的上表面的高度相等。

框架13是设置有腔体的罩。框架13的底面通过例如粘接剂而固定于一体化部件2和第1部分10a。在图3中，公开了框架13的底面固定于一体化部件2，但没有公开框架13的底面固定于第1部分10a。

图4是散热器10的斜视图。散热器10在俯视时呈四边形。第1部分10a在俯视时呈h形。第2部分10b形成了比所述第1部分薄的凹部。

图5是半导体装置的俯视图。在第1部分10a的中央部分安装有半导体芯片7。框架13包围半导体芯片7和匹配基板5。框架13设置于一体化部件2和第1部分10a之上。一体化部件2的上表面和第1部分10a的上表面的高度相等，因此，能够使框架13的底面成为平坦面。框架13呈包围半导体芯片的形状。框架13包含盖帽部分，因此，不需要盖。

在本发明的实施方式2中，在形成得厚的第1部分10a固定半导体芯片7，因此，在比第1部分10a低一层的第2部分10b附着的焊料难以到达半导体芯片7。即，附着于第2部分10b的焊料9如果不爬升至第1部分10a和第2部分10b的台阶则不能到达半导体芯片7，因此，该焊料难以到达半导体芯片7。由此，能够抑制焊料引起的半导体芯片7的电气短路。

并且，使一体化部件2的上表面和第1部分10a的上表面的高度相等，因此，能够使框架13的底面为平坦面。因此，与制作具有复杂形状的底面的框架的情况相比，能够简单地制作框架13。

一体化部件2能够置换为具有与一体化部件2不同结构的基板。那样的基板只要是具有用于对引线4进行连接的微带线并通过焊料而固定于第2部分10b即可，不特别地限定。本实施方式采用了匹配电路和具有微带线的陶瓷端子一体化的一体化部件2来作为那样的基板。

图6是变形例涉及的半导体装置的剖面图。半导体芯片7通过银烧结材料11而固定于第1部分10a。银烧结材料11是使银纳米颗粒烧结而形成的。一体化部件2和匹配基板5通过例如金锡共晶焊料等焊料9而固定于第2部分10b。就该半导体装置而言，在将半导体芯片7通过熔点962℃的银烧结材料11进行了安装之后，将一体化部件2和匹配基板5通过例如熔点280℃的焊料9进行安装。这样，在安装一体化部件2和匹配基板5时，能够防止银烧结材料11重新熔融。

实施方式3

图7是实施方式3涉及的半导体装置的剖面图。在散热器1通过例如焊料9而固定有外侧匹配基板14、匹配基板5和半导体芯片7。外侧匹配基板14具备：外框部分14a和与外框部分14a相连的内侧部分14b。在内侧部分14b设置有贯通孔14c。在通过该贯通孔14c而露出的散热器1固定有匹配基板5和半导体芯片7。

在外框部分14a通过焊料而固定有引线4。在将外侧匹配基板14、匹配基板5和半导体芯片7固定于散热器1之后，将引线4固定于外框部分14a。在外框部分14a的上表面通过绝缘性粘接剂12而固定有盖15。在将引线4固定于外框部分14a之后，将盖15固定于外框部分14a。盖15例如是平板形状的陶瓷。通过多根导线6，将内侧部分14b和匹配基板5连接，将匹配基板5和半导体芯片7电连接。通过外侧匹配基板导线6a将外框部分14a和内侧部分14b连接。

图8是外侧匹配基板14的斜视图。外侧匹配基板14具备：通过陶瓷形成的基板；在该基板的下表面形成的金属膜；以及在该基板的上表面形成的金属图案14a、14b。外框部分14a在俯视时呈环状。外框部分14a成为半导体装置的侧壁。外框部分14a的上表面是平坦的。

内侧部分14b与外框部分14a的内壁相接，比外框部分14a形成得薄。因此，外框部分14a与内侧部分14b之间有台阶。在外框部分14a的上表面形成有金属图案14a。金属图案14a包含匹配电路用图案和直线状的微带线。在内侧部分14b的上表面形成有金属图案14b。金属图案14b是微带线。

图9是图7的半导体装置的俯视图。省略了盖15。外侧匹配基板14的外框部分14a在俯视时包围匹配基板5和半导体芯片7。外框部分14a具有实施方式1的一体化部件2和框架3的功能。能够在上表面平坦的外框部分14a直接无间隙地固定盖15。由于外框部分14a的上表面是平坦的，所以能够利用平板形状的盖15。而且，不需要框架。

另外，将匹配基板5和半导体芯片7固定于在外侧匹配基板14的贯通孔14c露出的散热器1，因此，能够防止匹配基板5和半导体芯片7相对于外侧匹配基板14的位置错位。

图10是变形例涉及的半导体装置的剖面图。外侧匹配基板导线6b是通过金带形成的。通过将所有的外侧匹配基板导线设为金带，能够减小外侧匹配基板导线的高度偏差。如果抑制了导线的高度偏差，则能够使半导体装置的高频特性稳定。

图11是其他变形例涉及的半导体装置的剖面图。半导体芯片7通过银烧结材料而固定于散热器1，外侧匹配基板14和匹配基板5通过将金锡共晶焊料作为材料的焊料9而固定于散热器1。在将半导体芯片7通过熔点962℃的银烧结材料11进行了安装之后，将外侧匹配基板14和匹配基板5通过熔点280℃的焊料9进行安装，由此，在外侧匹配基板14和匹配基板5的安装时能够防止银烧结材料11的重新熔融。

也可以将半导体芯片7、外侧匹配基板14以及匹配基板5通过焊料9而安装于散热器1，或将半导体芯片7、外侧匹配基板14以及匹配基板5通过银烧结材料11而安装于散热器1，由此统一接合材料。通过接合材料的统一，能够使组装作业容易化。

实施方式4

图12是实施方式4涉及的半导体装置的剖面图。引线4通过绝缘性粘接剂12而固定于散热器1。通过使用绝缘性粘接剂12，能够使引线4和散热器1电气绝缘。在散热器1固定有外侧匹配基板21、匹配基板5和半导体芯片7。在它们的固定中，利用例如金锡共晶焊料等焊料9。

在引线4的上表面通过绝缘性粘接剂12而固定有罩13a。罩13a从功能上讲，是使框架部13a和盖部13b进行了一体化的部件。框架部13a是通过绝缘性粘接剂12而固定在引线4上表面的环状部分。盖部13b是固定于框架部13a上表面的部分。通过多根导线6，将引线4与外侧匹配基板21连接，将外侧匹配基板21与匹配基板5连接，将匹配基板5与半导体芯片7电连接。

图13是实施方式4涉及的半导体装置的俯视图。虚线是罩13a的框架部13a的轮廓线。框架部13a与引线4的上表面相接，与对引线4进行接合的绝缘性粘接剂12相接，在既没有引线4也没有绝缘性粘接剂12的部分与散热器1相接。框架部13a沿散热器1的外缘形成。换言之，在俯视时使框架部13a的外缘和散热器1的外缘对齐。这一点通过将框架部13a接合于引线4而成为可能。因此，与如实施方式1所示在比引线4更内侧设置框架3的情况相比，能够增大通过框架包围的面积。由此，能够实现散热器1之上的高密度安装。例如，能够维持半导体装置的尺寸并且增大半导体芯片7的尺寸而增加增益。

如果将引线4安装于例如陶瓷端子等陶瓷制部件，则会想到该陶瓷制部件受到来自引线4的损害而破损。但是，在本发明的实施方式4中，将引线4固定于散热器1并且通过导线而直接接线于引线4，因此，能够省略易于破裂的陶瓷端子。

图14是变形例涉及的半导体装置的剖面图。外侧匹配基板21、匹配基板5以及半导体芯片7通过银烧结材料11而固定于散热器1。由于银烧结材料11的熔点高，所以通过银烧结材料11将外侧匹配基板21、匹配基板5以及半导体芯片7接合于散热器1，由此，能够防止在接合后的工艺中银烧结材料11重新熔融。

实施方式5

图15是实施方式5涉及的半导体装置的剖面图。外侧匹配基板21具有不是陶瓷的电介质、在该电介质的下表面形成的金属膜和在该电介质的上表面形成的金属图案。引线4经由外侧匹配基板21固定于散热器1。更具体而言，引线4通过导电性粘接剂19而连接于外侧匹配基板21。外侧匹配基板21、匹配基板5以及半导体芯片7通过金锡共晶焊料等焊料9而固定于散热器1。

图16是图15的半导体装置的俯视图。罩13a的框架部13a的轮廓以虚线表示。外侧匹配基板21的金属图案21a和引线4通过导线6连接。罩13a的框架部13a固定于引线4的上表面、外侧匹配基板21的上表面以及散热器1的上表面。在这些的固定中能够使用绝缘性粘接剂。根据该半导体装置，通过利用导线6直接接线于引线4，能够省略易于破裂的陶瓷端子。

图17是变形例涉及的半导体装置的剖面图。图17的半导体装置将图15的焊料9置换为了银烧结材料11。由于银烧结材料11熔点高，所以能够防止将半导体芯片7等固定之后重新熔融。

实施方式6

图18是实施方式6涉及的半导体装置的剖面图。该半导体装置的外侧匹配基板31通过柔性印刷配线板形成。即，外侧匹配基板31具备：作为弹性材料的柔性基板、形成于柔性基板的上表面的金属图案、和形成于柔性基板的背面的背面金属。图19是图18的半导体装置的俯视图。在图19中示出外侧匹配基板31的金属图案31a。在金属图案31a之上将引线4通过导电性粘接剂19进行常温接合。罩13a的框架部13a通过绝缘性粘接剂12而粘接于引线4的上表面等。

返回至图18的说明。外侧匹配基板21、匹配基板5以及半导体芯片7通过银烧结材料11而接合于散热器1。也可以在该接合中使用焊料。通过外侧匹配基板31和散热器1的热膨胀率差，在外侧匹配基板31产生应力。但是，通过将外侧匹配基板31设为弹性材料即柔性印刷配线板，能够防止该应力引起的外侧匹配基板31的破裂。

能够在外侧匹配基板31即印刷配线板形成通孔而将接地电位的背面金属绕引至上表面侧。由此，能够抑制传输线路的振荡。

图20是变形例涉及的半导体装置的剖面图。外侧匹配基板41是聚酰亚胺配线板。聚酰亚胺配线板具有：聚酰亚胺片、在聚酰亚胺片的两面形成的铜板电路。聚酰亚胺配线板是弹性体，因此，能够得到与将外侧匹配基板通过柔性印刷配线板形成时同样的效果。

此外，也可以对上述的各实施方式涉及的半导体装置的特征进行组合来提高本发明的效果。

标号的说明

1散热器，2一体化部件，3框架，4引线，5匹配基板，6导线，7半导体芯片。