JP2002359335A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2002359335A
JP2002359335A JP2001165250A JP2001165250A JP2002359335A JP 2002359335 A JP2002359335 A JP 2002359335A JP 2001165250 A JP2001165250 A JP 2001165250A JP 2001165250 A JP2001165250 A JP 2001165250A JP 2002359335 A JP2002359335 A JP 2002359335A
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lead frame
lead
semiconductor element
semiconductor device
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JP2001165250A
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English (en)
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Masahiko Masubuchi
昌彦 増渕
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Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストが低く、かつ、半導体素子等にク
ラックが発生するのを良好に防止することのできる半導
体装置及びその製造方法の提供。 【解決手段】 LDチップ11が搭載される搭載部3b
は下端縁を除いた外周面のほぼ全体が樹脂13から露出
し、しかも、溝3cを形成されたことによってその外周
面の表面積が一層良好に確保される。従って、極めて良
好な放熱性が得られる。また、搭載部3bの内部にはイ
ンバー材がクラッドされているため、搭載部3b全体と
しての熱膨張率は小さくLDチップ11のそれに近い。
更に、このような半導体レーザ装置1は、リードフレー
ム3,5,7を樹脂13で被覆して固定することによっ
て得られるので、その製造コストも大幅に低減すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子をリー
ドフレームに搭載すると共に、そのリードフレームを樹
脂等の絶縁部材で固定してなる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の半導体装置としては、当初、図
9に示すような金属パッケージを用いたものが使用され
ていた。図9(A)は、金属パッケージを用いた半導体
装置としての半導体レーザ装置101の構成を表す斜視
図であり、図9(B)は、その半導体レーザ装置101
の構成を表す縦断面図である。
【0003】図9に示すように、この半導体レーザ装置
101では、円盤状のアイレット103の表面から搭載
部103aを突出させ、この搭載部103aに半導体素
子としてのLD(レーザダイオード)チップ105を搭
載している。このため、LDチップ105で発生した熱
は、搭載部103aを介してアイレット103へ導かれ
る。
【0004】アイレット103の裏面からは、その裏面
に対して垂直な方向に延びる棒状のリード部109が突
出している。このリード部109はアイレット103の
穴103bに挿入してからガラス封止材111を充填し
て固定され、更に、図示しないワイヤを介してLDチッ
プ105と電気的に接続されている。また、アイレット
103の表面には、カバーガラス113を融着したキャ
ップ115がプロジェクション溶接で接合され、これに
よってLDチップ105が封止される。
【0005】このような半導体レーザ装置101では、
LDチップ105が金属製のキャップ115及びアイレ
ット103により覆われており、LDチップ105が発
生する熱は良好に放熱される。ところが、このような半
導体レーザ装置101では、リード部109を1本ずつ
穴103bに挿入してガラス封止材111を充填する必
要があるため、製造コストが高くなっていた。
【0006】そこで、近年、図10に斜視図で示すよう
な樹脂パッケージを用いた半導体装置が考えられてい
る。図10に示す半導体装置としての半導体レーザ装置
201は、3本のリードフレーム203,205,20
7を並列に備えている。中央に配設されるリードフレー
ム203の一端(以下、下端という)は棒状のリード部
203aとなっており、上端は半導体素子としてのLD
チップ211が搭載される平板状の搭載部203bとな
っている。リードフレーム205,207の下端は棒状
のリード部205a,207aとなっており、上端は図
示しないワイヤが接続される平板状の接続部205b,
207bとなっている。
【0007】搭載部203b及び接続部205b,20
7bは同一平面上に配設され、それらの裏面(LDチッ
プ211の搭載面と反対側)及びリード部205a,2
07aの付け根近傍の全周に渡って、絶縁部材としての
樹脂213が被覆されている。このような半導体レーザ
装置201は、樹脂213をモールドすることによって
LDチップ211が固定できるので、製造コストを大幅
に低減することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、半導体レー
ザ装置201のように搭載部203bの裏面全体を樹脂
213で被覆した場合、LDチップ211が発生する熱
は放熱され難くなる。一方、リードフレーム203等は
例えば銅のように熱膨張率が大きい素材で構成され、L
Dチップ211の熱膨張率はリードフレーム203等に
比べて極めて小さい。このため、LDチップ211が発
生する熱が充分に放熱されず、リードフレーム203の
熱膨張が繰り返されると、それによってLDチップ21
1等にクラックが発生する可能性がある。
【0009】すなわち、LDチップ211が破損に至る
ような高温にならなくても、リードフレーム203の熱
膨張が何度も繰り返されると、リードフレーム203か
ら繰り返し伝達される応力によってLDチップ211に
クラックが発生したり、LDチップ211をリードフレ
ーム203に接続している半田等にクラックが発生して
装置の信頼性が低下したりするのである。
【0010】そこで、本発明は、製造コストが低く、か
つ、半導体素子等にクラックが発生するのを良好に防止
することのできる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的としてなされた。
【0011】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達するためになされた請求項1記載の発明は、半導体
素子と、該半導体素子が搭載されるリードフレームと、
該リードフレームを被覆して固定する絶縁部材と、を備
えた半導体装置であって、上記リードフレームの上記半
導体素子が搭載される搭載部は、そのリードフレームの
リード部よりも厚肉に形成され、かつ、上記搭載部の裏
面には溝が形成され、上記絶縁部材は、上記搭載部の上
記リード部側端縁を被覆することにより、上記リード部
側端縁以外の上記搭載部を露出させたことを特徴とす
る。
【0012】このように構成された本発明では、リード
フレームの半導体素子が搭載される搭載部は、そのリー
ドフレームのリード部よりも厚肉に形成されている。そ
して、絶縁部材は、上記搭載部のリード部側端縁を被覆
することによって、リードフレームを固定する。搭載部
を厚肉に形成したことにより、絶縁部材は搭載部のリー
ド部側端縁を被覆するだけでも、搭載部の強度が充分に
補償される。このため、リード部側端縁以外の搭載部を
露出させることができ、半導体素子が発生する熱は搭載
部外周面のほぼ全体から放熱される。しかも、搭載部の
裏面には溝が形成されているため、上記外周面の表面積
を一層良好に確保し、放熱性を一層良好に向上させるこ
とができる。
【0013】従って、本発明の半導体装置では、半導体
素子が発生する熱を極めて良好に放熱してリードフレー
ムの熱膨張を抑制し、延いては、半導体素子等にクラッ
クが発生するのを良好に防止することができる。また、
本発明の半導体素子は前述のようにリードフレームを絶
縁部材で被覆して固定することによって得られるので、
その製造コストも良好に低減することができる。
【0014】請求項2記載の発明は、請求項1記載の半
導体装置を製造する製造方法であって、金属板を一定方
向に移動させながら、その移動方向に沿った一連の突条
を上記金属板に形成すると共に、その突条の表面に上記
移動方向に沿った一連の溝を形成し、上記突条の部分が
上記搭載部となるように上記金属板を打ち抜いて上記リ
ードフレームを製造することを特徴とする。
【0015】本発明では、先ず、金属板を一定方向に移
動させながら、その移動方向に沿った一連の突条を上記
金属板に形成すると共に、その突条の表面に上記移動方
向に沿った一連の溝を形成する。このような突条及び溝
の形成は、本願出願人による特開昭48−4605号公
報記載のようなV型ポンチを利用した方法によって容易
に実行でき、また、それ以外の方法によってもよい。
【0016】このようにして突条を形成された部分は、
他の部分よりも厚肉になっており、更に、その表面に溝
が形成されている。そこで、続いて、上記突条の部分が
上記搭載部となるようにその金属板を打ち抜けば、請求
項1記載の半導体装置におけるリードフレームを容易に
製造することができる。なお、このようにリードフレー
ムを製造した後の半導体素子の搭載や絶縁部材の被覆
は、周知の方法によって行えばよい。従って、本発明で
は、請求項1記載の半導体装置におけるリードフレーム
を容易に製造することができ、延いては、その半導体装
置の製造コストを一層良好に低減することができる。
【0017】請求項3記載の発明は、半導体素子と、該
半導体素子が搭載されるリードフレームと、該リードフ
レームを被覆して固定する絶縁部材と、を備えた半導体
装置であって、上記リードフレームの上記半導体素子が
搭載される搭載部は、そのリードフレームのリード部よ
りも厚肉に形成され、かつ、上記搭載部の内部には上記
リードフレームの他の部分より熱膨張率の小さい金属が
クラッドされ、上記絶縁部材は、上記搭載部の上記リー
ド部側端縁を被覆することにより、上記リード部側端縁
以外の上記搭載部を露出させたことを特徴とする。
【0018】このように構成された本発明では、リード
フレームの半導体素子が搭載される搭載部は、そのリー
ドフレームのリード部よりも厚肉に形成されている。そ
して、絶縁部材は、上記搭載部のリード部側端縁を被覆
することによって、リードフレームを固定する。搭載部
を厚肉に形成したことにより、絶縁部材は搭載部のリー
ド部側端縁を被覆するだけでも、搭載部の強度が充分に
補償される。このため、リード部側端縁以外の搭載部を
露出させることができ、半導体素子が発生する熱は搭載
部外周面のほぼ全体から放熱される。しかも、搭載部の
内部にはリードフレームの他の部分より熱膨張率の小さ
い金属がクラッドされているため、搭載部の全体として
の熱膨張率が小さくなり、半導体素子の熱膨張率に近く
なる。
【0019】また、上記熱膨張率の小さい金属は搭載部
の内部にクラッドされているため、その金属がリードフ
レームの他の部分を構成する金属よりも熱伝導性が劣る
場合でも、少なくともリードフレームの表面方向には良
好な熱伝導性を確保することができる。このため、搭載
部の放熱特性も比較的良好に維持することができる。
【0020】従って、本発明の半導体装置では、半導体
素子が発生する熱を良好に放熱すると共に搭載部の熱膨
張率を小さくすることによって、その搭載部の熱膨張を
抑制し、延いては、半導体素子等にクラックが発生する
のを良好に防止することができる。また、本発明の半導
体素子は前述のようにリードフレームを絶縁部材で被覆
して固定することによって得られるので、その製造コス
トも良好に低減することができる。
【0021】請求項4記載の発明は、請求項3記載の構
成に加え、上記熱膨張率の小さい金属がインバー材(3
6Ni合金)であり、上記リードフレームの他の部分が
銅または銅合金で構成されたことを特徴とする。インバ
ー材、すなわち、Fe64%,Ni36%からなる合金
は、極めて熱膨張率が小さく、半導体素子の熱膨張率
(例えばSiの熱膨張率)に近いことで知られている。
本発明では、上記熱膨張率の小さい金属としてインバー
材を使用しているので、搭載部の熱膨張率を一層小さく
することができる。
【0022】また、銅は、熱膨張率が大きくSiの熱膨
張率とはかけ離れているが、極めて熱伝導性のよい金属
として知られている。本発明では、リードフレームの他
の部分を銅で構成しているので、リードフレームの放熱
性を一層向上させることができる。しかも、インバー材
は前述のように搭載部の内部にクラッドされている。こ
のため、少なくともリードフレームの表面方向には銅の
良好な熱伝導性を確保することができ、インバー材を外
側にクラッドした場合に比べて搭載部の放熱特性を良好
に維持することができる。
【0023】従って、本発明では、請求項3記載の発明
の効果に加えて、半導体が発生する熱を一層良好に放熱
すると共に搭載部の熱膨張率を一層小さくして、半導体
素子等にクラックが発生するのを一層良好に防止するこ
とができるといった効果が生じる。
【0024】請求項5記載の発明は、請求項3または4
記載の構成に加え、上記搭載部の裏面に溝が形成された
ことを特徴とする。本発明では、搭載部の裏面に溝が形
成されているので、搭載部外周面の表面積を一層良好に
確保し、放熱性を一層良好に向上させることができる。
従って、本発明では、請求項3または4記載の発明の効
果に加えて、半導体素子が発生する熱を一層良好に放熱
してリードフレームの熱膨張を抑制し、延いては、半導
体素子等にクラックが発生するのを一層良好に防止する
ことができるといった効果が生じる。
【0025】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
と共に説明する。図1は、本発明が適用された半導体装
置としての半導体レーザ装置1の構成を表す図で、
(A)は側面図、(B)は背面図、(C)は平面図、
(D)は正面図である。また、図2は、その半導体レー
ザ装置1の外観を表す斜視図である。
【0026】図1,図2に示すように、半導体レーザ装
置1は、3本のリードフレーム3,5,7を並列に備え
ている。中央に配設されるリードフレーム3の一端(以
下、下端という)は棒状のリード部3aとなっており、
上端は半導体素子としてのLDチップ11が搭載される
搭載部3bとなっている。リードフレーム5,7の下端
は棒状のリード部5a,7aとなっており、上端は図示
しないワイヤが接続される平板状の接続部5b,7bと
なっている。
【0027】搭載部3bは、リードフレーム5,7やリ
ード部3aよりも厚肉に形成され、その表面(LDチッ
プ11の搭載面)及び接続部5b,7bの表面は同一平
面上に配設されている。また、搭載部3bの下端縁及び
及びリード部5a,7aの付け根近傍の全周に渡って、
絶縁部材としての樹脂13(例えばPPS等)が被覆さ
れ、リードフレーム3,5,7を互いに固定している。
このため、搭載部3bの上記下端縁以外の部分は露出
し、接続部5b,7bの一部が露出している。更に、搭
載部3bの裏面には直線状の2列の溝3cが形成されて
いる。
【0028】このように構成された半導体レーザ装置1
では、搭載部3bを厚肉に形成したことにより、樹脂1
3は搭載部3bの下端を被覆するだけでも、搭載部3b
の強度が充分に補償される。また、搭載部3bは下端縁
を除いた外周面のほぼ全体が露出し、しかも、溝3cを
形成されたことによってその外周面の表面積が一層良好
に確保される。従って、半導体レーザ装置1では、LD
チップ11が発生する熱を搭載部3bの外周面を介して
極めて良好に放熱することができ、延いては、リードフ
レーム3の熱膨張を抑制してLDチップ11等にクラッ
クが発生するのを良好に防止することができる。また、
このような半導体レーザ装置1は、リードフレーム3,
5,7を樹脂13で被覆して固定することによって得ら
れるので、その製造コストも大幅に低減することができ
る。
【0029】更に、次に示すように、搭載部3bの表裏
面は銅によって構成され、搭載部3bの内部(表裏面に
挟まれた中間層)はインバー材によって構成されてい
る。このため、搭載部3bの表裏面に沿った方向では銅
の極めて優れた熱伝導性が得られると共に、搭載部3b
全体としての熱膨張率はインバー材のクラッドによって
極めて小さくなり、LDチップ11のそれに近い。従っ
て、LDチップ11が発生する熱を良好に放熱すると共
に搭載部3bの熱膨張率を小さくして、LDチップ11
等にクラックが発生するのを一層良好に防止することが
できる。
【0030】続いて、リードフレーム3を構成する金属
の組成を、リードフレーム3,5,7の製造方法と共に
説明する。図3(A)に示すように、リードフレーム
3,5,7の製造に当たっては、先ず、インバー材から
なる1枚の帯板51と銅(銅合金でもよい)からなる2
枚の帯板53とを用意し、図3(B)に示すように、帯
板51を中間に挟んで3枚の帯板53,51,53をク
ラッドする。
【0031】続いて、金属板としてのこのクラッド材5
5に後述する圧延加工を施すことによって、図3(C)
及び図4に示すような圧延材57を成形する。図3
(C)及び図4に示すように、この圧延材57は、リー
ド部3a,5a,7a及び接続部5b,7bに対応する
薄肉部57aと、搭載部3bに対応する一連の突条57
bと、溝3cに対応する一連の溝57cとを有してい
る。なお、圧延材57も後述のように帯状に構成される
が、図4では一部を切り出して示した。
【0032】この圧延材57に、プレス加工を施して打
ち抜くことにより、図5に示すようなプレス材59が得
られる。なお、図5(A)はプレス材59の側面図を、
図5(B)はプレス材59の下面図を、それぞれ表して
いる。このように、プレス材59では、突条57bであ
った部分に搭載部3bが、薄肉部57aであった部分に
リード部3a,5a,7a及び接続部5b,7bが、そ
れぞれ半導体レーザ装置1の完成品と同様の位置関係を
保って形成され、溝57cは搭載部3bの溝3cとなっ
ている。更に、プレス材59では、リードフレーム3,
5,7の組が、搭載部3bを対向させた状態で2組ず
つ、何列かに渡って形成されている。
【0033】リードフレーム3,5,7をこのプレス材
59に固定したままで前述のように樹脂13をモールド
し、樹脂13が硬化してからリード部3a,5a,7a
の下端を切り離し、更にLDチップ11を半田等を介し
て搭載することによって、半導体レーザ装置1が得られ
る。このように、LDチップ11が搭載される搭載部3
bは銅,インバー材,銅の3層構造となるため、熱伝導
性のよい銅を介してLDチップ11が発生する熱を良好
に放熱すると共に、インバー材によって搭載部3bの全
体としての熱膨張率を小さくすることができる。
【0034】この結果、前述のように、LDチップ11
等にクラックが発生するのを極めて良好に防止すること
ができる。なお、本実施の形態では、銅,インバー材,
銅の各層の厚さをほぼ1:1:1としているが、この比
率は必要に応じて種々に変更することができる。
【0035】また、本実施の形態では、前述の圧延加工
を施すに当たって、特開昭48−4605号記載の方法
を応用している。ここで、その圧延加工について詳述す
る。図6は、圧延加工装置の構成を概略的に表す斜視図
である。図6に示すように、銅,インバー材,銅の3層
にクラッドされた帯状のクラッド材55は、成形用金型
71と往復転圧ロール73との間に挟まれて圧延され、
前述の圧延材57に成形されてドラム75に巻き取られ
る。
【0036】成形用金型71の下面(往復転圧ロール7
3との対向面)には、図7に示すように、薄肉部57a
を形成するための大きいV型ポンチ71aと、溝57c
を形成するための小さいV型ポンチ71b,71cとが
形成されている。なお、図7(A)は成形用金型71の
構成を表す下面図で、図7(B)はその背面図である。
また、図7(A)に示すように、各V型ポンチ71a〜
71cは、内側の辺がクラッド材55の流れと平行で外
側の辺が傾斜することによってクラッド材55を幅方向
に展延するように構成され、クラッド材55の中心に対
して左右対称に構成されている。
【0037】往復転圧ロール73は、図6の矢印Aに示
すように往復運動をしながらクラッド材55の搬送に伴
って回転する。このように構成された圧延加工装置で
は、クラッド材55を成形用金型71と往復転圧ロール
73との間に通すだけで、その搬送方向に沿って前述の
突条57b及び溝57cを形成することが極めて容易に
行える。このため、本実施の形態では、半導体レーザ装
置1の製造コストを一層良好に低減することができる。
【0038】以上、本発明の実施の形態を具体的に説明
したが、本発明は上記実施の形態に何等限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態
で実施することができる。例えば、リードフレーム3は
銅のみで構成してもよく、搭載部3bにのみインバー材
をクラッドしてもよい。後者の場合、上記実施の形態と
ほぼ同様の作用・効果が生じる。
【0039】図8は、搭載部3bにのみインバー材をク
ラッドする場合の製造方法を表す説明図である。この場
合、銅からなる帯板53には、搭載部3bに対応する部
分に互いに対向し合うように切欠部53aを形成してお
き(A)、この切欠部53aの間に搭載部3bとほぼ同
じ幅のインバー材の帯板51を挟んでクラッドする
(B)。このクラッド材55に対して前述のような圧延
加工を施せば、図8(C)に示すように、突条57bの
内部にのみインバー材がクラッドされた圧延材57が得
られる。更に、この圧延材に対して前述のプレス加工,
モールド成形等を施せば、搭載部3bのみにインバー材
がクラッドされた半導体レーザ装置1を得ることができ
る。
【0040】更に、本発明はLDチップ以外の半導体素
子を搭載した半導体装置にも適用でき、リードフレーム
を構成する素材も上記以外に種々に変更することができ
る。また、前述のように搭載部3bに熱膨張率の小さい
金属をクラッドした場合、溝3cは必ずしも設けなくて
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用された半導体レーザ装置の構成
を表す図で、(A)は側面図、(B)は背面図、(C)
は平面図、(D)は正面図である。
【図2】 その半導体レーザ装置の外観を表す斜視図で
ある。
【図3】 その半導体レーザ装置の製造方法を表す説明
図である。
【図4】 その製造方法の半製品としての圧延材の構成
を表す斜視図である。
【図5】 その製造方法の半製品としてのプレス材の構
成を表す図で、(A)は側面図、(B)は下面図であ
る。
【図6】 その製造方法で使用される圧延加工装置の構
成を表す斜視図である。
【図7】 その圧延加工装置の成形用金型の構成を表す
図で、(A)は下面図、(B)は背面図である。
【図8】 上記半導体レーザ装置の製造方法の変形例を
表す説明図である。
【図9】 従来の金属パッケージを用いた半導体装置の
構成を表す図で、(A)は斜視図、(B)は縦断面図で
ある。
【図10】 従来の樹脂パッケージを用いた半導体装置
の構成を表す斜視図である。
【符号の説明】
1…半導体レーザ装置 3,5,7…リード
フレーム 3a,5a,7a…リード部 3b…搭載部
3c…溝 5b,7b…接続部 11…LDチップ
13…樹脂 51,53…帯板 53a…切欠部
55…クラッド材 57…圧延材 57a…薄肉部 57b…突条
57c…溝 59…プレス材 71…成形用金型 71a,71
b,71c…V型ポンチ 73…往復転圧ロール

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子と、 該半導体素子が搭載されるリードフレームと、 該リードフレームを被覆して固定する絶縁部材と、 を備えた半導体装置であって、 上記リードフレームの上記半導体素子が搭載される搭載
    部は、そのリードフレームのリード部よりも厚肉に形成
    され、かつ、上記搭載部の裏面には溝が形成され、 上記絶縁部材は、上記搭載部の上記リード部側端縁を被
    覆することにより、上記リード部側端縁以外の上記搭載
    部を露出させたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置を製造する製
    造方法であって、 金属板を一定方向に移動させながら、その移動方向に沿
    った一連の突条を上記金属板に形成すると共に、その突
    条の表面に上記移動方向に沿った一連の溝を形成し、 上記突条の部分が上記搭載部となるように上記金属板を
    打ち抜いて上記リードフレームを製造することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体素子と、 該半導体素子が搭載されるリードフレームと、 該リードフレームを被覆して固定する絶縁部材と、 を備えた半導体装置であって、 上記リードフレームの上記半導体素子が搭載される搭載
    部は、そのリードフレームのリード部よりも厚肉に形成
    され、かつ、上記搭載部の内部には上記リードフレーム
    の他の部分より熱膨張率の小さい金属がクラッドされ、 上記絶縁部材は、上記搭載部の上記リード部側端縁を被
    覆することにより、上記リード部側端縁以外の上記搭載
    部を露出させたことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記熱膨張率の小さい金属がインバー材
    (36Ni合金)であり、上記リードフレームの他の部
    分が銅または銅合金で構成されたことを特徴とする請求
    項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 上記搭載部の裏面に溝が形成されたこと
    を特徴とする請求項3または4記載の半導体装置。
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