JP2021027211A - 電子装置 - Google Patents

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瑛典 二井
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Abstract

【課題】電子素子を搭載部に接合する接合材の流出を抑制し、信頼性の向上を図った電子装置を提供する。【解決手段】電子装置A1は、z方向において互いに離間する主面1aおよび裏面1bを有する電子素子1と、裏面1bに対向し、電子素子1が搭載される搭載部311と、電子素子1と搭載部311との間に介在する接合材4と、を備えている。搭載部311は、主面1aと同じ方向を向く主面311aを有し、主面311aからz方向に窪んだ凹部314を含む。凹部314は、z方向に見て、電子素子1に重なる。接合材4は、x方向に見て凹部314に重なり、かつ、主面311aに接していない。【選択図】図6

Description

本開示は、電子装置に関する。
特許文献1には、従来の電子装置が記載されている。特許文献1に記載の電子装置は、電子素子(集積回路ダイ)、搭載部(ダイ・パドル)、および、複数のリードを備えている。電子素子は、たとえばはんだによって搭載部に接合されている。複数のリードはそれぞれ、搭載部から離間しており、ワイヤを介して、電子素子の電極パッド(ダイ・ボンディング・パッド)に導通している。
特開2006−49694号公報
電子素子を搭載部にはんだ付けする際、はんだは、熱されて流動体となる。このとき、はんだが意図せぬ場所に流出する可能性がある。このようなはんだの流出は、電子装置における、短絡異常、電気特性や熱特性の低下などの原因となる。また、このようなはんだの流出は、電子素子の接合強度の低下などの原因となる。したがって、はんだの流出は、電子装置の信頼性の低下を招く。この問題は、はんだに限らず、接合過程で、一時的に流動体になる様々な接合材(たとえば銀ペースト)でも同様に、発生する。
本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、電子素子を搭載部に接合する接合材の流出を抑制し、信頼性の向上を図った電子装置を提供することにある。
本開示の電子装置は、第1方向において互いに離間する素子主面および素子裏面を有する電子素子と、前記素子裏面に対向し、前記電子素子が搭載される搭載部と、前記電子素子と前記搭載部との間に介在する接合材と、を備えており、前記搭載部は、前記素子主面と同じ方向を向く搭載部主面を有し、前記搭載部主面から前記第1方向に窪んだ凹部を含み、前記凹部は、前記第1方向に見て、前記電子素子に重なり、前記接合材は、前記第1方向に直交する第2方向に見て前記凹部に重なり、かつ、前記搭載部主面に接していないことを特徴とする。
本開示の電子装置によれば、電子素子を搭載部に接合する接合材の流出を抑制し、信頼性を向上させることができる。
第1実施形態にかかる電子装置を示す平面図である。 図1に示す平面図において、樹脂部材を想像線で示した図である。 第1実施形態にかかる電子装置を示す底面図である。 第1実施形態にかかる電子装置を示す正面図である。 第1実施形態にかかる電子装置を示す側面図(左側面図)である。 図2のVI−VI線に沿う断面図である。 図2のVII−VII線に沿う断面図である。 第2実施形態にかかる電子装置を示す平面図である。 図8のIX−IX線に沿う断面図である。 第2実施形態の第1変形例にかかる電子装置を示す平面図である。 第2実施形態の第2変形例にかかる電子装置を示す平面図である。 図11のXII−XII線に沿う断面図である。 第3実施形態にかかる電子装置を示す平面図である。 図13のXIV−XIV線に沿う断面図である。
本開示の電子装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。以下の説明において、同一あるいは類似の構成要素については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
<第1実施形態>
図1〜図7は、第1実施形態にかかる電子装置A1を示している。電子装置A1は、電子素子1、樹脂部材2、リードフレーム3、接合材4、および、複数の接続部材5を備えている。
図1は、電子装置A1を示す平面図である。図2は、図1の平面図において、樹脂部材2を想像線(二点鎖線)で示した図である。図3は、電子装置A1を示す底面図である。図4は、電子装置A1を示す正面図である。図5は、電子装置A1を示す側面図(左側面図)である。図6は、図2のVI−VI線に沿う断面図である。図7は、図2のVII−VII線に沿う断面図である。
説明の便宜上、互いに直交する3つの方向を、x方向、y方向、z方向と定義する。z方向は、電子装置A1の厚さ方向である。x方向は、電子装置A1の平面図(図1参照)における左右方向である。y方向は、電子装置A1の平面図(図1参照)における上下方向である。また、x方向の一方をx1方向、x方向の他方をx2方向とする。同様に、y方向の一方をy1方向、y方向の他方をy2方向とし、z方向の一方をz1方向、z方向の他方をz2方向とする。以下の説明において、「平面視」とは、z方向に見たときをいう。z方向が、特許請求の範囲に記載の「第1方向」に相当し、x方向およびy方向のいずれかが、特許請求の範囲に記載の「第2方向」に相当する。
電子装置A1は、たとえば、MAP(Molded Array Packaging)あるいはQFN(Quad Flat Non-leaded package)と呼ばれるパッケージ構造である。電子装置A1は、電子機器などの回路基板に実装される。電子装置A1は、たとえば平面視矩形状である。
電子素子1は、電子装置A1の電気的機能を発揮する要素である。電子素子1は、たとえば、集積回路素子、能動機能素子、あるいは、受動機能素子などである。電子素子1は、たとえば、半導体材料からなる半導体素子である。半導体材料としては、Si(ケイ素)、SiC(炭化ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)、GaAs(ヒ化ガリウム)およびGaN(窒化ガリウム)などがある。電子素子1は、平面視において、たとえば矩形状である。電子素子1の厚さ(z方向の寸法)は、たとえば100μm以上500μm以下である。
電子素子1は、図6および図7に示すように、主面1aおよび裏面1bを有する。主面1aおよび裏面1bは、z方向において離間している。主面1aは、z2方向を向き、裏面1bは、z1方向を向く。裏面1bは、リードフレーム3に対向する。主面1aが特許請求の範囲に記載の「素子主面」に相当し、裏面1bが特許請求の範囲に記載の「素子裏面」に相当する。
電子素子1は、主面1a側に複数の主面電極11が形成されている。主面電極11の数、配置、形状および平面視寸法は、図2に示す例示に限定されず、用いられる電子素子1に応じて、適宜変化する。
樹脂部材2は、電子素子1を保護する封止材である。樹脂部材2は、絶縁性の樹脂材料からなり、たとえば黒色のエポキシ樹脂からなる。樹脂部材2は、電子素子1、リードフレーム3の一部および複数の接続部材5を覆っている。樹脂部材2は、平面視において、矩形状である。樹脂部材2の厚さ(z方向の寸法)は、たとえば300μm以上1200μm以下である。
樹脂部材2は、樹脂主面21、樹脂裏面22、および、複数の樹脂側面231〜234を有する。樹脂主面21および樹脂裏面22は、図4〜図7に示すように、z方向に離間しており、かつ、互いに反対側を向く。樹脂主面21は、z2方向を向き、樹脂裏面22は、z1方向を向く。複数の樹脂側面231〜234はそれぞれ、樹脂主面21および樹脂裏面22の両方に繋がっており、z方向においてこれらに挟まれている。各樹脂側面231〜234は、樹脂裏面22から起立しており、本実施形態では、直立している。図1および図2に示すように、樹脂側面231,232は、x方向に離間しており、かつ、互いに反対側を向く。樹脂側面231は、x1方向を向き、樹脂側面232は、x2方向を向く。図1および図2に示すように、樹脂側面233,234は、y方向に離間しており、かつ、互いに反対側を向く。樹脂側面233は、y1方向を向き、樹脂側面234は、y2方向を向く。
リードフレーム3は、電子素子1を支持するとともに、電子素子1に導通する。リードフレーム3は、一部が樹脂部材2から露出しており、この露出した部分が電子装置A1における外部端子である。リードフレーム3は、金属からなる。この金属としては、たとえば銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、または、42アロイなどが用いられる。リードフレーム3は、たとえば、金属板にエッチング加工を施すことで形成されている。なお、リードフレーム3は、金属板に打ち抜き加工や折り曲げ加工などの機械加工を施すことにより形成されてもよい。リードフレーム3の厚さ(z方向の寸法)は、たとえば80μm以上500μm以下である。なお、この厚さは、リードフレーム3において部分的に薄くなっている部分を除く値である。リードフレーム3は、第1リード31および複数の第2リード32を含んでいる。
第1リード31は、図1および図2に示すように、平面視において、電子装置A1の中央に配置され、電子装置A1のx方向およびy方向の両端部まで広がっている。第1リード31は、図2、図3、図6および図7に示すように、搭載部311、複数の端子部312および複数の連結部313を含んでいる。
搭載部311は、図6および図7に示すように、電子素子1が搭載される。搭載部311は、図1および図2に示すように、平面視において、たとえば矩形状である。平面視における搭載部311の各辺は、x方向あるいはy方向に平行である。
搭載部311は、図6および図7に示すように、主面311aおよび裏面311bを有する。主面311aおよび裏面311bは、z方向において離間している。主面311aは、z2方向を向き、裏面311bは、z1方向を向く。主面311aは、平面視において、電子素子1を周囲に配置され、電子素子1を囲っている。主面311aのうちy方向に長い帯状の部分は、x方向に見て、電子素子1に重なり、主面311aのうちx方向に長い帯状の部分は、y方向に見て、電子素子1に重なる。裏面311bは、樹脂裏面22から露出しており、電子装置A1における外部端子になる。主面311aが特許請求の範囲に記載の「搭載部主面」に相当する。
搭載部311は、図6および図7に示すように、主面311aからz方向に窪んだ凹部314を含む。凹部314は、電子素子1の下方に配置されており、図2に示すように、平面視において、電子素子1に重なる。図2に示す例示においては、凹部314は、平面視において、矩形状であるが、円形状、楕円状、多角形状などであってもよい。凹部314には、電子素子1の一部(裏面1b側)が収容されている。凹部314の深さは、たとえば10μm以上200μm以下(好ましくは20μm以上80μm以下)である。
凹部314は、図6および図7に示すように、底面314aおよび連結面314bを有する。底面314aは、z2方向を向く。底面314aは、略平坦である。底面314aは、z方向において、主面311aと裏面311bとの間に位置する。平面視において、底面314aは電子素子1よりも大きく、電子素子1の全てが底面314aに重なる。底面314aは、平面視矩形状である。連結面314bは、底面314aと主面311aとに繋がる。連結面314bは、平面視において、x方向に沿って延びる部分と、y方向に沿って延びる部分とがある。連結面314bのうち、x方向に沿って延びる部分は、x方向に見て湾曲しており、y方向に沿って延びる部分は、y方向に見て湾曲している。連結面314bは、底面314aに繋がる側から主面311aに繋がる側に向かう程、z方向に対して傾斜する。なお、連結面314bは、湾曲しておらず、平坦であってもよい。この場合、連結面314bは、底面314aに直交していてもよいし、傾斜していてもよい。底面314aおよび連結面314bには、めっきが施されていてもよい。このめっきの材料は、接合材4に応じて選定される。たとえば、リードフレーム3がCuであり、接合材4がはんだである場合、底面314aおよび連結面314bに、AgめっきあるいはNiめっきを施しておくことで、接合材4の濡れ性を向上できる。底面314aが特許請求の範囲に記載の「凹部底面」に相当し、連結面314bが特許請求の範囲に記載の「第1連結面」に相当する。
複数の端子部312は、図1および図2に示すように、平面視において、電子装置A1の4つの角にそれぞれ1つずつ配置されている。各端子部312は、平面視において、たとえば矩形状である。
各端子部312は、図7に示すように、主面312a、裏面312bおよび2つの端面312cを有している。各端子部312において、主面312aおよび裏面312bは、z方向に離間している。主面312aは、z2方向を向き、裏面312bは、z1方向を向く。主面312aは、図7に示すように、主面311aと面一である。裏面312bは、図7に示すように、樹脂裏面22から露出する。2つの端面312cはそれぞれ、主面312aおよび裏面312bに繋がり、主面312aおよび裏面312bに直交する。2つの端面312cはそれぞれ、複数の樹脂側面231〜234のいずれかから露出する。2つの端面312cの一方は、x方向外側を向いており、2つの端面312cの他方は、y方向外側を向いている。裏面312bおよび2つの端面312cは、電子装置A1における外部端子である。
複数の連結部313はそれぞれ、図1、図2および図7に示すように、搭載部311と各端子部312とに繋がっている。各連結部313は、図1および図2に示すように、平面視において、搭載部311の4つの角からそれぞれ放射状に延びており、各連結部313に繋がっている。連結部313の厚さ(z方向の寸法)は、搭載部311の厚さの半分程度である。連結部313は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。
各連結部313は、図7に示すように、主面313aおよび裏面313bを有する。各連結部313において、主面313aおよび裏面313bは、z方向に離間している。主面313aは、z2方向を向き、裏面313bは、z1方向を向く。主面313aは、図7に示すように、主面311aおよび主面312aと面一である。主面313aおよび裏面313bは、樹脂部材2に覆われている。
第1リード31において、樹脂部材2から露出した部分には、図示しないめっき層が形成されている。電子装置A1においては、当該めっき層は、裏面311b、裏面312bおよび各端面312cに形成されている。当該めっき層は、第1リード31の母材よりもはんだ濡れ性が高い材料からなり、たとえばAuからなる。当該めっき層は、たとえば置換型の無電解めっきによって形成される。なお、当該めっき層は、形成されていなくてもよい。
複数の第2リード32はそれぞれ、図2および図6に示すように、各接続部材5を介して、電子素子1の主面電極11に導通する。第2リード32が特許請求の範囲に記載の「導電性の端子」に相当する。
複数の第2リード32は、図2に示すように、平面視において、電子装置A1のx方向の両端部またはy方向の両端部に配置され、互いに離間している。また、複数の第2リード32はそれぞれ、第1リード31から離間している。電子装置A1は、平面視において、樹脂側面231に沿って配置された複数の第2リード32と、樹脂側面232に沿って配置された複数の第2リード32と、樹脂側面233に沿って配置された複数の第2リード32と、樹脂側面234に沿って配置された複数の第2リード32とを備えている。樹脂側面231に沿って配置された複数の第2リード32と、樹脂側面232に沿って配置された複数の第2リード32とはそれぞれ、y方向に隣り合う2つの端子部312の間に配置されている。樹脂側面233に沿って配置された複数の第2リード32と、樹脂側面234に沿って配置された複数の第2リード32とはそれぞれ、x方向に隣り合う2つの端子部312の間に配置されている。各第2リード32は、端子部321および接続部322を含む。
複数の端子部321はそれぞれ、図2に示すように、平面視において、たとえば矩形状である。各端子部321の一部は、樹脂部材2から露出している。
各端子部321は、図6に示すように、主面321a、裏面321bおよび端面321cを有する。各端子部321において、主面321aおよび裏面321bは、z方向において離間している。主面321aは、z2方向を向き、裏面321bは、z1方向を向く。裏面321bは、樹脂裏面22から露出する。端面321cは、主面321aおよび裏面321bに繋がる。端面321cは、複数の樹脂側面231〜234のいずれかから露出する。裏面321bと端面321cとは、電子装置A1における外部端子である。
複数の接続部322はそれぞれ、図2に示すように、端子部321から搭載部311に向かって延びている。搭載部311のy方向の両側の端縁に平行に並ぶ複数の第2リード32は、x方向の両端側に配置されたものほど、接続部322がy方向に対してより傾斜している。また、搭載部311のx方向の両側の端縁に平行に並ぶ複数の第2リード32は、y方向の両端側に配置されたものほど、接続部322がx方向に対してより傾斜している。これは、電子素子1の各主面電極11と、各第2リード32の端子部321とを接続部材5で接続し易くするためである。x方向およびy方向のそれぞれにおいて、最も両端側に配置された(連結部313に隣接した)第2リード32の接続部322は、隣接する連結部313の延びる方向に略平行に延びている。なお、各接続部322は、x方向またはy方向に対して傾斜していなくてもよい。
各第2リード32において、図6に示すように、接続部322の厚さ(z方向の寸法)は、端子部321の厚さの半分程度である。接続部322は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。各接続部322は、主面322aおよび裏面322bを有する。主面322aおよび裏面322bは、z方向において離間している。主面322aは、z2方向を向き、裏面322bは、z1方向を向く。主面322aは、接続部材5が接合される面である。主面321aと主面322aとは、互いに面一となっている。裏面322bは、樹脂部材2に覆われている。なお、接続部322の厚さが、端子部321の厚さと同じであってもよい。この場合、裏面321bと裏面322bとが互いに面一となり、裏面322bは、樹脂部材2(樹脂裏面22)から露出する。
各第2リード32において、樹脂部材2から露出した部分には、図示しないめっき層が形成されている。電子装置A1においては、当該めっき層は、裏面321bおよび端面321cに形成される。当該めっき層は、第1リード31のめっき層と同様であって、たとえばAuからなり、置換型の無電解めっきによって形成される。なお、当該めっき層は、形成されていなくてもよい。
接合材4は、電子素子1をリードフレーム3に接合する部材である。接合材4は、たとえばはんだあるいは銀ペーストなどである。接合材4は、図6および図7に示すように、電子素子1と搭載部311(第1リード31)との間に介在する。接合材4は、凹部314に収容されている。接合材4は、底面314aおよび連結面314bの一部に接しており、主面311aに接していない。接合材4は、凹部314の内方にて略均等な厚さとなっている。接合材4の厚さ(z方向の寸法)は、たとえば10μm以上100μm以下(好ましくは40μm以上50μm以下)である。この厚さは、電子素子1の裏面1bと凹部314の底面314aとのz方向の離間距離に相当する。図6および図7に示すように、接合材4には、電子素子1の側面に接するフィレットが形成されている。
複数の接続部材5は、たとえばボンディングワイヤである。各接続部材5は、ボンディングワイヤではなく、ボンディングリボンや板状リード部材などであってもよい。各接続部材5の構成材料は、たとえばAuを含む金属、Alを含む金属あるいはCuを含む金属などのいずれであってもよい。各接続部材5は、たとえば周知のワイヤボンダによって形成されうる。各接続部材5は、互いに離間した2つの部位間を導通させる。具体的には、各接続部材5は、電子素子1の主面電極11と、各第2リード32とを導通させる。各接続部材5は、図2に示すように、一端が各主面電極11に接合され、他端が各接続部322に接合されている。
電子装置A1は、たとえば次のように製造される。
まず、リードフレーム3を準備する。具体的には、Cuを含む金属板にエッチング加工を施すことで、複数のリードフレーム3を形成する。形成された複数のリードフレーム3は、互いに連続しており、各リードフレーム3には、第1リード31および複数の第2リード32を備えている。また、各第1リード31には、凹部314が形成された搭載部311、複数の端子部312および複数の連結部313が形成されている。
次に、複数の電子素子1を各リードフレーム3にそれぞれ1つずつ搭載する。具体的には、リードフレーム3を熱しながら、接合材4を搭載部311の凹部314内に塗布する。このとき、リードフレーム3から接合材4に熱が伝わり、接合材4は流動体となる。流動体となった接合材4は、凹部314内に広がり、均一な厚さとなる。この状態で、電子素子1を接合材4上に載置し、電子素子1を接合材4に適度に押さえ付けながら、冷却することで、接合材4が固化し、電子素子1が搭載部311(リードフレーム3)に接合される。塗布する接合材4の量および電子素子1を押さえる力を調整することで、形成される接合材4の厚さが先述の10μm以上100μm以下(好ましくは40μm以上50μm以下)となる。これにより、電子素子1の一部が凹部314に収容される。また、接合材4にフィレットが形成される。なお、各電子素子1を各リードフレーム3に搭載する工程は、上記したものに限定されず、たとえば、次のように処理してもよい。それは、搭載部311の凹部314に、ペースト状の接合材4を塗布(印刷)し、この接合材4上に電子素子1を載置する。その後、リフローにより接合材4を溶融させてから、冷却により接合材4を固化させる。これにより、電子素子1が搭載部311(リードフレーム3)に接合される。
次に、複数の接続部材5を形成する。複数の接続部材5はそれぞれ、たとえば周知のワイヤボンダによって、形成される。各接続部材5は、一端が電子素子1の主面電極11に接合され、他端が各第2リード32の接続部322(主面322a)に接合される。
次に、樹脂部材2を形成する。樹脂部材2の形成は、たとえば周知のモールド成形によって、形成される。形成された樹脂部材2からは、リードフレーム3が部分的に露出している。
次に、電子素子1毎に樹脂部材2およびリードフレーム3を切断し、個片化する。以上の工程を経ることで、電子装置A1が形成される。なお、先述の製造方法は、一例であって、これに限定されない。
電子装置A1の作用・効果は、次の通りである。
電子装置A1は、電子素子1と、搭載部311と、接合材4とを備えている。搭載部311には、凹部314が形成されており、当該凹部314は、平面視において、電子素子1に重なる。接合材4は、電子素子1と搭載部311との間に介在する。また、接合材4は、x方向あるいはy方向に見て凹部314に重なり、かつ、主面311aには接していない。この構成によると、接合材4は、凹部314に収容されており、凹部314を越えて形成されていない。つまり、接合材4の形成過程で、接合材4が熱せられて流動体になっても、接合材4を凹部314に留めることができる。これにより、接合材4が意図せぬ場所に流出することを抑制できる。したがって、電子装置A1は、短絡異常、電気特性や熱特性の低下、電子素子の接合強度の低下などを抑制できるので、信頼性を向上できる。
電子装置A1は、接合材4の厚さ(z方向の寸法)が10μm以上100μm以下(好ましくは40μm以上50μm以下)である。接合材4の厚みが10μmよりも小さい場合、電子素子1と搭載部311(リードフレーム3)との熱膨張率の差による熱応力によって、クラックが生じやすくなる。一方、接合材4の厚みが100μmよりも大きい場合、接合材4が凹部314から溢れ、接合材4が流出する可能性が高くなる。したがって、電子装置A1は、接合材4の厚さを10μm以上100μm以下(好ましくは40μm以上50μm以下)とすることで、接合材4のクラックの発生を抑制しつつ、接合材4の流出を抑制することができる。
<第2実施形態>
図8および図9は、第2実施形態にかかる電子装置B1を示している。電子装置B1は、電子装置A1と同様に、電子素子1、樹脂部材2、リードフレーム3、接合材4および複数の接続部材5を備えている。図8は、電子装置B1を示す平面図であって、電子素子1および樹脂部材2を想像線(二点鎖線)で示し、接合材4および複数の接続部材5を省略している。図9は、図8のIX−IX線に沿う断面図である。
電子装置B1は、図8および図9に示すように、電子装置A1と異なり、凹部314に、底面314aからz方向に隆起した複数の隆起部315が形成されている。
複数の隆起部315はそれぞれ、図8および図9に示すように、凹部314の内方に形成されている。電子装置B1では、複数の隆起部315は、図8に示すように、平面視において、凹部314の四隅にそれぞれ1つずつ配置されており、電子装置B1においては、凹部314は、4つの隆起部315を含んでいる。電子装置B1において、凹部314の連結面314bには、部分的に、底面314aではなく、各隆起部315(後述の隆起面315a)に繋がる。隆起部315の高さ(z方向の寸法)は、たとえば5μm以上100μm以下(好ましくは10μm以上50μm以下)である。
各隆起部315は、図9に示すように、隆起面315aおよび連結面315bを有する。各隆起部315において、隆起面315aは、z2方向を向く。隆起面315aは、略平坦である。隆起面315aは、図9に示すように、z方向において、底面314aと主面311aとの間に位置する。隆起面315aと電子素子1の裏面1bとの間に隙間があり、この隙間には、接合材4が形成されている。なお、隆起面315aと裏面1bとが接しており、これらの間に接合材4がなくてもよい。連結面315bは、隆起面315aと底面314aとに繋がる。連結面315bは、平面視において、x方向に沿って延びる部分と、y方向に沿って延びる部分とがある。連結面315bのうち、x方向に沿って延びる部分は、x方向に見て湾曲しており、y方向に沿って延びる部分は、y方向に見て湾曲している。連結面315bが特許請求の範囲に記載の「第2連結面」に相当する。
電子装置B1では、図8に示すように、平面視において、電子素子1の4つの角はそれぞれ、各隆起面315aに重なっている。
電子装置B1は、電子装置A1と同様に、電子素子1と、搭載部311と、接合材4とを備えている。搭載部311には、凹部314が形成されており、当該凹部314は、平面視において、電子素子1に重なる。接合材4は、電子素子1と搭載部311との間に介在する。また、接合材4は、x方向あるいはy方向に見て凹部314に重なり、かつ、主面311aには接していない。これにより、電子装置B1は、電子装置A1と同様に、電子素子1を搭載部311に接合する接合材4の流出を抑制できる。したがって、電子装置B1は、短絡異常、電気特性や熱特性の低下、電子素子の接合強度の低下などを抑制できるので、信頼性を向上できる。
電子装置B1は、凹部314に複数の隆起部315が形成されている。隆起部315は、z方向において、底面314aと主面311aとの間に位置する。この構成によると、複数の隆起部315が、電子素子1(裏面1b)と底面314aとの距離を確保するスペーサとなり、接合材4の厚さ(z方向の寸法)が適度に確保される。これにより、接合材4にかかる熱応力への耐性が向上される。この熱応力は、電子素子1とリードフレーム3との熱膨張率の差によって生じる。また、電子装置B1は、複数の隆起部315によって、電子素子1を支えることが可能となるので、電子素子1が傾いたまま接合されることを抑制できる。特に、図8に示すように、複数の隆起部315が、平面視において、電子素子1の中心に基準に対称的に配置されているため、電子素子1を均等に支えることができる。これにより、たとえば、各接続部材5の接合を確実化して、接合不良を抑制することができる。
次に、第2実施形態の変形例について、説明する。
図10は、第2実施形態の第1変形例にかかる電子装置B2を示している。図10は、電子装置B2を示す平面図であって、電子素子1および樹脂部材2を想像線(二点鎖線)で示し、接合材4および複数の接続部材5を省略している。電子装置B2は、電子装置B1と比較して、複数の隆起部315の配置および形状が異なっている。
図10に示すように、電子装置B2における複数の隆起部315は、平面視において、三角形状であり、平面視において、凹部314の底面314aがX字状になるように、配置されている。
電子装置B2においては、電子装置B1と異なり、平面視において、電子素子1の4つの角はそれぞれ、各隆起面315aに重ならない。
電子装置B2においても、電子装置B1と同様の効果を奏することができる。
さらに、電子装置B2は、平面視において、電子素子1の4つの角がそれぞれ、各隆起面315aに重ならない。電子素子1の裏面1b側の4つの角に接する接合材4は、電子素子1の裏面1bの中央付近に接する接合材4よりも、熱応力が加わりやすい。また、隆起部315(隆起面315a)上に形成された接合材4は、底面314a上に形成された接合材4よりも薄く、熱応力に対する耐性が相対的に低い。そこで、平面視において、各隆起面315aが電子素子1の裏面1b側の4つの角に重ならない位置に、隆起部315を形成することで、電子装置B2は、熱応力による接合材4の破壊が抑制される。
図11および図12は、第2実施形態の第2変形例にかかる電子装置B3を示している。図11は、電子装置B3を示す平面図であって、電子素子1および樹脂部材2を想像線(二点鎖線)で示し、接合材4および複数の接続部材5を省略している。図12は、図11のXII−XII線に沿う断面図である。電子装置B3は、電子装置B1,B2と比較して、複数の隆起部315の配置および数が異なっている。
図11に示すように、電子装置B3における複数の隆起部315は、平面視において、複数の隆起面315aはいずれも、電子素子1の外縁に重なっていない。
電子装置B3においても、電子装置B1,B2と同様の効果を奏することができる。
さらに、電子装置B3は、平面視において、各隆起部315が、電子素子1の外縁に重なっていない。電子素子1の裏面1b側の4つの辺に接する接合材4は、裏面1b側の4つの角に接する接合材4と同様に、電子素子1の裏面1bの中央付近に接する接合材4よりも、熱応力が加わりやすい。したがって、隆起面315aが電子素子1の外縁に重ならない位置に、隆起部315を形成することで、電子装置B3は、電子装置B2よりも、熱応力による接合材4の破壊がさらに抑制される。
電子装置B1〜B3において、隆起部315の数、大きさ、形状および位置などは、図8〜図12に示す例示に限定されず、適宜変更してもよい。ただし、電子素子1を均等に支える点を考慮すると、電子装置B1〜B3と同様に、複数の隆起部315は、平面視において、電子素子1の中心を基準に対称的に配置されていることが好ましい。
<第3実施形態>
図13および図14は、第3実施形態にかかる電子装置C1を示している。電子装置C1は、電子素子1、樹脂部材2、リードフレーム3および複数の接合材4を備えている。図13は、電子装置C1を示す平面図であって、電子素子1および樹脂部材2を想像線(二点鎖線)で示しており、複数の接合材4を省略している。図14は、図13のXIV−XIV線に沿う断面図である。電子装置C1は、電子装置A1と異なり、電子素子1がリードフレーム3にフリップチップ実装されており、複数の接続部材5を備えていない。
電子装置C1の電子素子1は、主面電極11が形成されておらず、裏面1bから突き出た複数の素子電極12が形成されている。なお、電子素子1に主面電極11が形成されていてもよい。各素子電極12は、柱状である。素子電極12の高さ(z方向の寸法)は、たとえば10μm以上150μm以下(好ましくは20μm以上70μm以下)である。
電子装置C1のリードフレーム3は、複数の第1リード33、第2リード34および複数の吊りリード35を備えている。
複数の第1リード33は、図13に示すように、平面視における電子装置C1の四辺に沿って配置されている。図13に示す例示においては、電子装置C1の四辺に沿って、各辺あたり5つずつの第1リード33が配置されている。よって、電子装置C1には、合計20個の第1リード33が設けられている。各第1リード33は、搭載部331および端子部332を含んでいる。
各搭載部331は、図13に示すように、端子部332に繋がり、端子部332から平面視における電子素子1の中心10に向かって延びている。搭載部331は、端子部332に繋がる側から電子素子1の中心10に向かうほど、平面視における幅が徐々に小さくなっている。複数の搭載部331がそれぞれ、電子素子1の中心10に向かって延びていることにより、複数の搭載部331は、電子素子1の中心10に向かって放射状に配置されている。複数の搭載部331は、平面視において、電子素子1の中心10を基準に点対称の形状とされている。
各搭載部331は、図13に示すように、主面331aおよび裏面331bを有する。各搭載部331において、主面331aおよび裏面331bは、z方向に離間している。主面331aは、z2方向を向き、裏面331bは、z1方向を向く。主面331aは、電子素子1に対向する。主面331aは、図14に示すように、x方向およびy方向に見て、各素子電極12に重なる。裏面331bは、樹脂部材2に覆われている。主面311aが特許請求の範囲に記載の「搭載部主面」に相当する。
各搭載部331は、図14に示すように、主面331aからz方向に窪んだ凹部333を含む。凹部333の数は、素子電極12の数以上である。平面視において、複数の凹部333はそれぞれ、電子素子1に重なり、特に、各素子電極12に重なる。各凹部333には、複数の接合材4がそれぞれ1つずつ収容されるとともに、各素子電極12の一部が収容されている。本実施形態においては、図14に示すように、各素子電極12の先端(z方向において裏面1bから離れた端縁)部分が、各凹部333に収容されている。よって、x方向に見て、各素子電極12の先端は、各凹部333に重なる。また、y方向に見て、各素子電極12の先端は、各凹部333に重なる。図13に示す例示においては、各凹部333は、平面視において、矩形状であるが、円形状、楕円状、多角形状などであってもよい。各凹部333の深さは、たとえば5μm以上100μm以下(好ましくは10μm以上20μm以下)である。
各凹部333は、図14に示すように、底面333aおよび連結面333bを有する。底面333aは、z2方向を向く。底面333aは、略平坦である。底面333aは、z方向において、主面331aと裏面331bとの間に位置する。平面視において、素子電極12は底面333aに重なっている。平面視において、底面333aは、素子電極12よりも大きい。底面333aは、平面視矩形状である。連結面333bは、底面333aと主面331aとに繋がる。連結面333bは、平面視において、x方向に沿って延びる部分と、y方向に沿って延びる部分とがある。連結面333bのうち、x方向に沿って延びる部分は、x方向に見て湾曲しており、y方向に沿って延びる部分は、y方向に見て湾曲している。連結面333bは、底面333aに繋がる側から主面331aに繋がる側に向かう程、z方向に対して傾斜する。なお、連結面333bは、湾曲しておらず、平坦であってもよい。この場合、連結面333bは、底面333aに直交していてもよいし、傾斜していてもよい。
各端子部332は、図13および図14に示すように、各搭載部331と、平面視における樹脂部材2の外縁との間に位置する。各端子部332は、平面視において、樹脂部材2の外縁に対して直角に延びている。各端子部332は、平面視矩形状である。
各端子部332は、図14に示すように、主面332a、裏面332bおよび端面332cを有する。各端子部332において、主面332aおよび裏面332bは、z方向に離間している。主面332aは、z2方向を向き、裏面332bは、z1方向を向く。裏面332bは、樹脂裏面22から露出する。裏面332bは、平面視において、主面332aよりも小さい。端子部332は、部分的にz方向の両側ともに樹脂部材2に覆われている。端面332cは、主面332aおよび裏面332bに繋がる。端面332cは、複数の樹脂側面231〜234のいずれかから露出する。裏面332bおよび端面332cは、電子装置C1における外部端子である。
第2リード34は、図13に示すように、複数の搭載部331の先端によって囲まれた領域に配置されている。第2リード34は、平面視において、たとえば正方形状である。第2リード34は、図13に示すように、平面視において、電子素子1の中心10に重なっている。電子装置C1においては、平面視における第2リード34の中心と、平面視における電子素子1の中心10とが重なっている。
第2リード34は、図14に示すように、主面341aおよび裏面341bを有する。主面341aおよび裏面341bは、z方向に離間している。主面341aは、z2方向に向き、裏面341bは、z1方向を向く。主面341aは、電子素子1に対向する。裏面341bは、樹脂裏面22から露出する。
第2リード34には、電子素子1の中心10を含む領域が接合材49によって接合されている。図13においては、接合材49を想像線(二点鎖線)で示している。接合材49は、接合材4と同様に、たとえばはんだあるいは銀ペーストである。電子素子1のうち第2リード34に接合される領域は、電子素子1の母材(たとえばSiなどの半導体材料)からなる領域であってもよいし、金属層(図示略)が設けられていてもよい。この金属層は、伝熱を促進するため、あるいは、接合材49による接合を確実化するために設けられる。
複数の吊りリード35はそれぞれ、第2リード34の四隅のそれぞれに繋がっており、樹脂部材2の四隅のそれぞれに至って延びている。よって、電子装置C1のリードフレーム3は、4つの吊りリード35を備えている。各吊りリード35は、電子装置C1の製造過程において、第2リード34を支持するための部位である。各吊りリード35は、z方向の両面が、樹脂部材2に覆われている。
複数の接合材4はそれぞれ、電子装置A1の接合材4と、同じ材料からなる。複数の接合材4は、複数の第1リード31に形成された各凹部333にそれぞれ1つずつ収容されている。
電子装置C1は、電子素子1と、搭載部331と、接合材4とを備えている。搭載部331には、凹部333が形成されており、当該凹部333は、平面視において、電子素子1に重なる。接合材4は、電子素子1と搭載部331との間に介在する。また、接合材4は、x方向あるいはy方向に見て凹部333に重なり、かつ、主面331aには接していない。この構成によると、接合材4は、凹部333に収容されており、凹部333を越えて形成されていない。つまり、接合材4の形成過程で、接合材4が熱せられて流動体になっても、接合材4を凹部333に留めることができる。これにより、接合材4が意図せぬ場所に流出することを抑制できる。したがって、電子装置C1は、短絡異常、電気特性や熱特性の低下、電子素子の接合強度の低下などを抑制できるので、信頼性を向上できる。
電子装置C1は、電子素子1の各素子電極12の一部が、各凹部333に収容されている。この構成によると、電子素子1をリードフレーム3に搭載する際、z方向に直交する方向に多少ずれても、接合材4が固化する過程でのセルフアライメント効果によって、電子素子1の配置ズレが抑制される。
第3実施形態においては、各第1リード33にそれぞれ1つずつ凹部333が形成されている場合を示したが、これに限定されない。たとえば、各第1リード33に対して、複数の凹部333が形成されていてもよい。
第1実施形態ないし第3実施形態においては、リードフレーム構造である場合を示したが、これに限定されない。たとえば、電子素子1が搭載される部分が、リードフレーム3ではなく、絶縁性の基材上に配線層が形成された導電性基板であってもよい。絶縁性の基材は、たとえば熱伝導性に優れたセラミックス、プリント基板などに用いられる各種樹脂材料、あるいは、シリコンなどからなる。上記配線層は、導電性材料であって、たとえば、Cuを含む金属、あるいは、Alを含む金属などからなる。
第1実施形態ないし第3実施形態においては、MAPあるいはQFNと呼ばれるパッケージ構造である場合を示したが、各電子装置A1,B1〜B3,C1のパッケージ構造はこれに限定されない。本開示の電子装置のパッケージ構造は、ダイパッドやアイランドなどと呼ばれる部分(本開示における搭載部311,331に相当)を備える各パッケージ構造においても適用されうる。各電子装置A1,B1〜B3,C1は、たとえばTO(Transistor Outline)パッケージ、SOP(Small Outline Package)、SON(Small Outline No-Lead)、BGA(Ball Grid Array)あるいはLGA(Land Grid Array)など、様々なパッケージ構造で構成されていてもよい。
本開示にかかる電子装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の電子装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本開示にかかる電子装置は、以下の付記に関する実施形態を含む。
[付記1]
第1方向において互いに離間する素子主面および素子裏面を有する電子素子と、
前記素子裏面に対向し、前記電子素子が搭載される搭載部と、
前記電子素子と前記搭載部との間に介在する接合材と、
を備えており、
前記搭載部は、前記素子主面と同じ方向を向く搭載部主面を有し、前記搭載部主面から前記第1方向に窪んだ凹部を含み、
前記凹部は、前記第1方向に見て、前記電子素子に重なり、
前記接合材は、前記第1方向に直交する第2方向に見て前記凹部に重なり、かつ、前記搭載部主面に接していない、ことを特徴とする電子装置。
[付記2]
前記搭載部主面は、前記第1方向に見て、前記電子素子の周囲に配置されている、付記1に記載の電子装置。
[付記3]
前記搭載部主面は、前記第2方向に見て、前記電子素子に重なる、付記1または付記2に記載の電子装置。
[付記4]
前記凹部は、前記搭載部主面と同じ方向を向く凹部底面と、前記搭載部主面と前記凹部底面とに繋がる第1連結面を有している、付記3に記載の電子装置。
[付記5]
前記第1連結面は、前記第2方向に見て、湾曲している、付記4に記載の電子装置。
[付記6]
前記凹部は、各々が前記凹部底面から前記第1方向に突き出た複数の隆起部を含み、
前記複数の隆起部はそれぞれ、前記凹部底面と同じ方向を向き、かつ、前記第1方向において前記凹部底面と前記搭載部主面との間に位置する隆起面を有する、付記4または付記5に記載の電子装置。
[付記7]
前記電子素子は、前記第1方向に見て、矩形状であり、
前記第1方向に見て、前記電子素子の4つの角はそれぞれ、複数の前記隆起面のいずれにも重ならず、前記凹部底面に重なる、付記6に記載の電子装置。
[付記8]
前記第1方向に見て、前記電子素子の外縁は、複数の前記隆起面のいずれにも重ならず、前記凹部底面に重なる、付記7に記載の電子装置。
[付記9]
前記電子素子は、前記第1方向に見て、矩形状であり、
前記第1方向に見て、前記電子素子の4つの角はそれぞれ、複数の前記隆起面のいずれかに重なる、付記6に記載の電子装置。
[付記10]
前記複数の隆起部は、前記第1方向に見て、前記電子素子の中心を基準に対称的に配置されている、付記6ないし付記9のいずれかに記載の電子装置。
[付記11]
前記複数の隆起部はそれぞれ、前記隆起面と前記凹部底面とに繋がる第2連結面を有し、
前記第2連結面は、前記第2方向に見て湾曲している、付記6ないし付記10のいずれかに記載の電子装置。
[付記12]
前記搭載部から離間する導電性の端子を、さらに備えており、
前記電子素子は、前記素子主面から露出する主面電極が形成されており、
前記端子は、接続部材を介して、前記主面電極に導通する、付記1ないし付記11のいずれかに記載の電子装置。
[付記13]
前記電子素子は、前記素子裏面から突き出た素子電極を有しており、
前記接合材は、前記素子電極に接しており、
前記素子電極は、前記第1方向に見て、前記凹部に重なる、付記1または付記2に記載の電子装置。
[付記14]
前記第1方向において前記素子裏面から離れた前記素子電極の先端は、前記第2方向に見て、前記凹部に重なる、付記13に記載の電子装置。
[付記15]
前記搭載部主面と前記素子裏面とは、前記第1方向において離間している、付記13または付記14に記載の電子装置。
[付記16]
前記搭載部は、前記第1方向に見て、前記凹部から離間する追加の凹部をさらに含んでおり、
前記電子素子は、前記第1方向に見て、前記素子電極から離間する追加の素子電極をさらに有しており、
前記追加の素子電極は、前記第1方向に見て、前記追加の凹部に重なる、付記13ないし付記15のいずれかに記載の電子装置。
[付記17]
前記第1方向において前記素子裏面から離れた前記追加の素子電極の先端は、前記第2方向に見て、前記追加の凹部に重なる、付記16に記載の電子装置。
A1,B1,B2,B3,C1:電子装置
1 :電子素子
1a :主面
1b :裏面
11 :主面電極
12 :素子電極
2 :樹脂部材
21 :樹脂主面
22 :樹脂裏面
231〜234:樹脂側面
3 :リードフレーム
31 :第1リード
311 :搭載部
311a :主面
311b :裏面
312 :端子部
312a :主面
312b :裏面
312c :端面
313 :連結部
313a :主面
313b :裏面
314 :凹部
314a :底面
314b :連結面
315 :隆起部
315a :隆起面
315b :連結面
32 :第2リード
321 :端子部
321a :主面
321b :裏面
321c :端面
322 :接続部
322a :主面
322b :裏面
33 :第1リード
331 :搭載部
331a :主面
331b :裏面
332 :端子部
332a :主面
332b :裏面
332c :端面
333 :凹部
333a :底面
333b :連結面
34 :第2リード
341a :主面
341b :裏面
35 :吊りリード
4,49 :接合材
5 :接続部材

Claims (17)

  1. 第1方向において互いに離間する素子主面および素子裏面を有する電子素子と、
    前記素子裏面に対向し、前記電子素子が搭載される搭載部と、
    前記電子素子と前記搭載部との間に介在する接合材と、
    を備えており、
    前記搭載部は、前記素子主面と同じ方向を向く搭載部主面を有し、前記搭載部主面から前記第1方向に窪んだ凹部を含み、
    前記凹部は、前記第1方向に見て、前記電子素子に重なり、
    前記接合材は、前記第1方向に直交する第2方向に見て前記凹部に重なり、かつ、前記搭載部主面に接していない、
    ことを特徴とする電子装置。
  2. 前記搭載部主面は、前記第1方向に見て、前記電子素子の周囲に配置されている、
    請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記搭載部主面は、前記第2方向に見て、前記電子素子に重なる、
    請求項1または請求項2に記載の電子装置。
  4. 前記凹部は、前記搭載部主面と同じ方向を向く凹部底面と、前記搭載部主面と前記凹部底面とに繋がる第1連結面を有している、
    請求項3に記載の電子装置。
  5. 前記第1連結面は、前記第2方向に見て、湾曲している、
    請求項4に記載の電子装置。
  6. 前記凹部は、各々が前記凹部底面から前記第1方向に突き出た複数の隆起部を含み、
    前記複数の隆起部はそれぞれ、前記凹部底面と同じ方向を向き、かつ、前記第1方向において前記凹部底面と前記搭載部主面との間に位置する隆起面を有する、
    請求項4または請求項5に記載の電子装置。
  7. 前記電子素子は、前記第1方向に見て、矩形状であり、
    前記第1方向に見て、前記電子素子の4つの角はそれぞれ、複数の前記隆起面のいずれにも重ならず、前記凹部底面に重なる、
    請求項6に記載の電子装置。
  8. 前記第1方向に見て、前記電子素子の外縁は、複数の前記隆起面のいずれにも重ならず、前記凹部底面に重なる、
    請求項7に記載の電子装置。
  9. 前記電子素子は、前記第1方向に見て、矩形状であり、
    前記第1方向に見て、前記電子素子の4つの角はそれぞれ、複数の前記隆起面のいずれかに重なる、
    請求項6に記載の電子装置。
  10. 前記複数の隆起部は、前記第1方向に見て、前記電子素子の中心を基準に対称的に配置されている、
    請求項6ないし請求項9のいずれか一項に記載の電子装置。
  11. 前記複数の隆起部はそれぞれ、前記隆起面と前記凹部底面とに繋がる第2連結面を有し、
    前記第2連結面は、前記第2方向に見て湾曲している、
    請求項6ないし請求項10のいずれか一項に記載の電子装置。
  12. 前記搭載部から離間する導電性の端子を、さらに備えており、
    前記電子素子は、前記素子主面から露出する主面電極が形成されており、
    前記端子は、接続部材を介して、前記主面電極に導通する、
    請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載の電子装置。
  13. 前記電子素子は、前記素子裏面から突き出た素子電極を有しており、
    前記接合材は、前記素子電極に接しており、
    前記素子電極は、前記第1方向に見て、前記凹部に重なる、
    請求項1または請求項2に記載の電子装置。
  14. 前記第1方向において前記素子裏面から離れた前記素子電極の先端は、前記第2方向に見て、前記凹部に重なる、
    請求項13に記載の電子装置。
  15. 前記搭載部主面と前記素子裏面とは、前記第1方向において離間している、
    請求項13または請求項14に記載の電子装置。
  16. 前記搭載部は、前記第1方向に見て、前記凹部から離間する追加の凹部をさらに含んでおり、
    前記電子素子は、前記第1方向に見て、前記素子電極から離間する追加の素子電極をさらに有しており、
    前記追加の素子電極は、前記第1方向に見て、前記追加の凹部に重なる、
    請求項13ないし請求項15のいずれか一項に記載の電子装置。
  17. 前記第1方向において前記素子裏面から離れた前記追加の素子電極の先端は、前記第2方向に見て、前記追加の凹部に重なる、
    請求項16に記載の電子装置。
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