JP2023163499A - 電子モジュール、組合体及び電子モジュールの製造方法 - Google Patents

電子モジュール、組合体及び電子モジュールの製造方法 Download PDF

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悦宏 神山
Netsuhiro Kamiyama
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Abstract

【課題】裏面露出部を介した裏面からの放熱性を実現しつつ、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる電子モジュールと、当該電子モジュールを用いた組合体及び当該電子モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】電子モジュールは、電子素子10と、電子素子10を封止する封止部90と、電子素子10がおもて面に配置されるとともに、裏面が前記封止部90から露出した裏面露出部と、を有する。封止部90のおもて面には、側面から内部に向かって延在する凹部80が設けられている。凹部80は、裏面露出部のおもて面側に位置付けられている。
【選択図】図3

Description

本発明は、裏面露出部を有する電子モジュール、組合体及び電子モジュールの製造方法に関する。
従来から、自動車等の乗り物に用いられるインバータ回路やリレー回路に使用される半導体装置が知られている。特許文献1では、電源端子、出力端子及びグランド端子を有する半導体モジュールが開示されている。このような半導体モジュールでは電子素子からの放熱効率を高めることが望ましい。このため、端子部を有する導体の裏面をモールド樹脂等の封止部から露出させることも考えられる。
しかしながら、このように導体の裏面を露出させようとしても、樹脂封止する際に導体の裏面側に樹脂が回り込んでしまう可能性がある。とりわけ、導体が複数の部材に分かれている場合には、このような樹脂の回り込みが顕著なものになることもある。
このような問題を解決するために特許文献2等が提案されているが、裏面からの放熱性を実現しつつ、樹脂の回り込みを防止することのより一層の向上が試みられている。
特許第5067679号 特許第6560819号
本発明は、裏面露出部を介した裏面からの放熱性を実現しつつ、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる電子モジュールと、当該電子モジュールを用いた組合体及び当該電子モジュールの製造方法を提供する。
[概念1]
本発明による電子モジュールは、
電子素子と、
前記電子素子を封止する封止部と、
前記電子素子がおもて面に配置されるとともに、裏面が前記封止部から露出した裏面露出部と、
を備え、
前記封止部のおもて面には、側面から内部に向かって延在する凹部が設けられており、
前記凹部が、前記裏面露出部のおもて面側に位置付けられてもよい。
[概念2]
概念1による電子モジュールにおいて、
前記裏面露出部は、本体部と、前記本体部から側方に突出する突出部を有し、
前記凹部は前記突出部のおもて面側に設けられてもよい。
[概念3]
概念2による電子モジュールにおいて、
複数の裏面露出部を有し、
裏面露出部の各々が前記突出部を有し、
各突出部に対応して前記凹部が設けられてもよい。
[概念4]
概念3による電子モジュールにおいて、
2個以上の前記突出部を有し、
各突出部に対応して前記凹部が設けられてもよい。
[概念5]
概念1乃至4のいずれか1つによる電子モジュールにおいて、
前記裏面露出部に屈曲部を介して設けられた裏面非露出部が設けられ、
前記裏面非露出部に前記封止部の側面から外方に突出した端子部が設けられてもよい。
[概念6]
概念1乃至5のいずれか1つによる電子モジュールにおいて、
前記端子部は出力端子として機能し、
前記封止部の一側方から電源端子及びグランド端子が外部に突出し、
前記封止部の他側方から出力端子、第一ゲート端子及び第二ゲート端子が外部に突出し、
前記第一ゲート端子と前記第二ゲート端子との間で前記出力端子が前記封止部から外部に突出してもよい。
[概念7]
概念1乃至6のいずれか1つによる組合体は、
前述したいずれかの電子モジュールと、
前記封止部のおもて面に設けられた基板と、
前記裏面露出部の裏面に設けられたヒートシンクと、
を備え、
前記端子部は前記基板に設けられた導体層に接続されてもよい。
[概念8]
本発明による電子モジュールの製造方法は、
電子素子が実装された本体部と、前記本体部から側方に突出する突出部とを有する裏面露出部を金型内に載置する工程と、
前記突出部を押圧部によって押圧しながら封止樹脂によって封止する工程と、
前記押圧部を突出部から離間させた後で、封止樹脂を追加して供給することで封止樹脂からなる凹部を形成する工程と、
を備えてもよい。
裏面露出部が封止部から露出していることから、放熱効果を実現できる。裏面露出部を面内方向で延在する押圧部によって押圧しつつ樹脂による封止が行われる態様を採用することで、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる。このことに加え、封止部のおもて面に側面から内部に向かって延在する凹部が設けられることで、凹部内に水等がついても当該水等を排出できる構成とすることができる。
図1は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールの斜視図であって、封止部の内部を示した図である。 図2は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第三方向に沿って見た正面図であって、封止部の内部を示した図である。 図3は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第一方向に沿って見た平面図であって、封止部の内部を示した図である。 図4Aは、本発明の実施の形態で用いられうる封止部及び凹部を示した平面図である。 図4Bは、図4Aの直線B-Bで切断した断面の概略図である。 図4Cは、図4Aの直線C-Cで切断した断面の概略図である。 図5は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第一方向に沿って見た底面図であって、封止部の内部を示した図である。 図6は、本発明の実施の形態で用いられうる第一電子素子及び第二電子素子等を拡大して示した平面図である。 図7は、本発明の実施の形態で用いられうる電子素子が導電性接着剤を介して裏面露出部及び接続子に接続されている態様を示した概略側方断面図である。 図8は本発明の実施の形態で用いられうる第二接続子を示した側方図である。 図9Aは本発明の実施の形態で用いられうる第一接続子を示した平面図である。 図9Bは本発明の実施の形態で用いられうる第一接続子を示した側方図である。 図10は本発明の実施の形態の周縁領域を示した概略側方断面図である。 図11は本発明の実施の形態の電子モジュールの回路図である。 図12は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第二方向に沿って見た(図3の右側から見た)側方図であって、封止部の内部を示した図である。 図13は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第二方向に沿って見た(図3の左側から見た)側方図であって、封止部の内部を示した図である。 図14は、本発明の実施の形態の電子モジュールを用いた組合体を示した概略側方図である。 図15Aは、本発明の実施の形態の電子モジュールの製造方法の一例を示した概略側方図である。 図15Bは、図15Aに続く工程を示した概略側方図である。 図15Cは、図15Bに続く工程を示した概略側方図である。 図16は、本発明の実施の形態の変形例を示した平面図である。
実施の形態
《構成》
本実施の形態において、「一方側」は図2の上方側を意味し、「他方側」は図2の下方側を意味する。図2の上下方向を「第一方向」と呼び、左右方向を「第二方向」と呼び、紙面の表裏方向を「第三方向」と呼ぶ。第二方向及び第三方向を含む面内方向を「面内方向」という。なお、図面内で括弧を用いて示している符号は、当該符号の部材にも合致していることを意味している。例えば「11(10)」であれば、当該部材は「第一電子素子11」であるとともに「電子素子10」にも該当することを示している。
図1に示すように、本実施の形態の電子モジュールは、電子素子10と、電子素子10を封止する封止部90と、電子素子10がおもて面に配置されるとともに、裏面が封止部90から露出した裏面露出部40を含む導体部30と、を有している。導体部30は例えば銅からなっている。
図4A乃至図4Cに示すように、封止部90のおもて面には、側面から内部に向かって延在する凹部80が設けられており、図4Aで示す態様で言えば左右方向に延在する6個の凹部80が封止部に設けられている。本実施の形態では、この個数(6個)は裏面露出部40の数と合致している。図4B及び図4Cで示すように凹部80は裏面露出部40のおもて面側に位置付けられている。
裏面露出部40のおもて面には、はんだ等の導電性接着剤190(図7参照)を介し電子素子10が設けられ、電子素子10と接続子200又はワイヤ等からなる接続部材を介して接続されてもよい。電子素子10と接続部材との間、及び端子部100と接続部材との間にも導電性接着剤190が設けられてもよい。以下では、接続部材として接続子200が用いられる態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、接続子200の代わりにワイヤが用いられてもよい。なお、接続子200としては例えば銅クリップを用いることができ、ワイヤとしては例えばアルミワイヤを用いることができる。なお、幅の太い接続子200を用いることで流れる電流量を上げることができる。
図6等に示すように、裏面露出部40は、裏面非露出部49と一体になった第一裏面露出部51と、裏面非露出部49とは一体になっていない第二裏面露出部52とを有してもよい。第一裏面露出部51と裏面非露出部49との間には封止部90の内方に屈曲した(上方側に屈曲した)屈曲部45が設けられてもよい。この場合、第一裏面露出部51、屈曲部45及び裏面非露出部49は一体となり、一体部材を構成してもよい。この裏面非露出部49に封止部90の側面から外方に突出した出力端子110が一体になって設けられてもよく、この場合には、第一裏面露出部51、屈曲部45、裏面非露出部49及び出力端子110が一体に構成されることになる。
図1、図3及び図5に示すように、端子部100は、出力端子110の他、電源端子120、グランド端子130、第一ゲート端子140及び第二ゲート端子150を有してもよい。一例として、封止部90の一側方から電源端子120及びグランド端子130が外部に突出し(図12参照)、封止部90の他側方から出力端子110、第一ゲート端子140及び第二ゲート端子150が外部に突出してもよい(図13参照)。第一ゲート端子140と第二ゲート端子150との間で出力端子110が封止部90から外部に突出してもよい。
図3に示すように、裏面露出部40のおもて面には導電性接着剤190が外方に漏れ出すことを防止するためのストッパとして機能する堰き止め部43が設けられてもよい。第一ゲート端子140及び第二ゲート端子150の各々にもストッパとして機能する堰き止め部(図示せず)が設けられてもよい。電源端子120及びグランド端子130の各々にもストッパとして機能する堰き止め部(図示せず)が設けられてもよい。
電子素子10は例えばMOSFET等の半導体素子であり、電子モジュールは例えば半導体モジュールであってもよい。図7に示すように、電子素子10は、ソース電極10s、ゲート電極10g及びドレイン電極10dを有してもよい。ソース電極10s及びゲート電極10gは電子素子10のおもて面に設けられ、ドレイン電極10dは電子素子10の裏面に設けられてもよい。ドレイン電極10dは導電性接着剤190を介して裏面露出部40に設けられてもよい。
図6に示すように、本実施の形態の第一接続子210は出力端子110、電源端子120又はグランド端子130と電子素子10とを電気的に接続し、第二接続子220は第一ゲート端子140又は第二ゲート端子150と電子素子10とを電気的に接続してもよい。
電子素子10は、第一裏面露出部51のおもて面に設けられた第一電子素子11と、第二裏面露出部52のおもて面に設けられた第二電子素子12を有してもよい。一例として、図6に示すように、第一接続子210は第一電子素子11のおもて面に設けられたソース電極11sとグランド端子130とを導電性接着剤190(図7参照)を介して接続してもよい。また、第一接続子210は第二電子素子12のおもて面に設けられたソース電極12s等と出力端子110とを導電性接着剤190を介して接続してもよい。また第二接続子220は、第一電子素子11のおもて面に設けられたゲート電極11gと第二ゲート端子150とを導電性接着剤190を介して接続してもよい。また第二接続子220は第二電子素子12のおもて面に設けられたゲート電極12gと第一ゲート端子140とを導電性接着剤190を介して接続してもよい。
第一接続子210の厚みは第二接続子220の厚みよりも厚くなってもよい。一例として、第一接続子210の厚みは第二接続子220の厚みの1.2倍以上1.5倍以下となってもよい。
図9A及び図9Bに示すように、第一接続子200は他方側に凹んだ第一凹部211と、当該第一凹部211に設けられ、他方側に突出した第一接続突出部212を有してもよい。この第一接続突出部212は第一凹部211の角部に設けられてもよく、本実施の形態では4つの第一接続突出部212が設けられている。図8に示すように、第二接続子220は他方側に凹んだ第二凹部221を有し、この第二凹部221に対応して他方側に突出した第二接続突出部222を有してもよい。
図6に示すように、裏面露出部40は、本体部51a,52aと、本体部51a,52aから側方に突出する突出部51b,52bを有してもよい。前述したように凹部80は突出部51b,52bのおもて面側に設けられてもよい(図4A乃至図4C参照)。より具体的には、第一裏面露出部51は、第一本体部51aと、第一本体部51aから側方に突出する第一突出部51bを有してもよい。第二裏面露出部52は、第二本体部52aと、第二本体部52aから側方に突出する第二突出部52bを有してもよい。
図10に示すように、裏面露出部40の本体部51a,52aは、封止部90で裏面が覆われた周縁領域51c,52cを有してもよい(図5も参照)。周縁領域51c,52cと裏面非露出部49との高さ位置は対応してもよい。本実施の形態において高さ位置が「対応する」とは、電子モジュールの第一方向における厚みの5%以内の範囲で中心位置の高さ位置が合致することを意味している。このため、周縁領域51c,52cと裏面非露出部49との高さ位置が対応するとは、周縁領域51c,52cの厚み方向(第一方向)における中心位置と裏面非露出部49厚み方向(第一方向)における中心位置とが合致するか又は電子モジュール厚みの5%以内の範囲に収まっていることを意味している。
電子素子10は複数設けられてもよい。複数の裏面露出部40が設けられる場合には、裏面露出部40の各々が突出部51b,52bを有してもよい。そして、各突出部51b,52bに対応して凹部80が設けられてもよい。一例としては、6個の電子素子10が設けられ、電子素子10の各々は裏面露出部40のおもて面側(図2の上方側)に配置され、6個の突出部51b,52bが設けられてもよい。そして、各突出部51b,52bに対応して凹部80が設けられてもよい。
図14に示すように、封止部90のおもて面(図14では下側の面)に基板310が設けられてもよい。出力端子110、電源端子120、グランド端子130、第一ゲート端子140、第二ゲート端子150等の端子部100は基板310に設けられた導体層320に接続されてもよい。裏面露出部40の裏面(図14では上側の面)にヒートシンク300が設けられてもよい。本実施の形態では、本実施の形態による電子モジュールと、基板310と、ヒートシンク300によって、組合体が構成される。
本実施の形態の態様では裏面露出部40だけが封止部90の裏面から露出し、裏面非露出部49、出力端子110、電源端子120、グランド端子130、第一ゲート端子140及び第二ゲート端子150は封止部90の裏面から露出していない。なお、出力端子110、電源端子120、グランド端子130、第一ゲート端子140及び第二ゲート端子150は封止部90の側方から外部に突出していることは、前述したとおりである。
電子モジュールとしては、例えばパワー電子モジュールを用いてもよい。第一電子素子11及び第二電子素子12としては、前述したとおり例えばMOSFETを用いてもよい。本実施の形態による電子モジュールの回路図は例えば図11に示すようになっている。図6に示す態様では第一電子素子11及び第二電子素子12がMOSFETであり、図6において、第一電子素子11であるMOSFETのドレイン電極11d(図7参照)が第一裏面露出部51側に位置し、ソース電極11sが第一裏面露出部51と反対側(おもて面側)に位置している。また、第二電子素子12であるMOSFETのドレイン電極12d(図7参照)が第二裏面露出部52側に位置し、ソース電極12sが第二裏面露出部52と反対側(おもて面側)に位置する。
本実施の形態の電子モジュールは3相ブリッジ回路となっていてもよい。3つある出力端子110のうちのいずれかがU相コイルに接続され、別の1つがV相コイルに接続され、残りの1つがW相コイルに接続されてもよい(図11参照)。第一電子素子11と第二電子素子12との接続点は、モータのU相コイル、V相コイル又はW相コイルに接続されてもよい。
《製造方法》
本実施の形態による電子モジュールの製造方法の一例について説明する。
まず本体部51a,52aと、本体部51a,52aから側方に突出する突出部51b,52bを有する裏面露出部40を金型400内に載置する(図15A参照)。この裏面露出部40の本体部51a,52aの各々には導電性接着剤190を介して電子素子10が設けられている。より具体的には、第一本体部51aのおもて面には第一電子素子11が導電性接着剤190を介して設けられており、第二本体部52aのおもて面には第二電子素子12が導電性接着剤190を介して設けられている。
次に、裏面露出部40の突出部51b,52bを押圧ピンのような押圧部450によって押圧しながら封止樹脂によって封止する(図15B参照)。より具体的には、第一裏面露出部51の第一突出部51bと第二裏面露出部52の第二突出部52bの各々を押圧部450によって押圧しながら封止樹脂によって封止する。図3に示す態様では、6か所の突出部51b,52bの各々が押圧部450によって押圧されることになる。
次に、押圧部450を突出部51b,52bから離間させた後で、押圧部450が設けられていた箇所に封止樹脂を少なめに供給して、他の箇所よりも凹んだ凹部80を形成する。図3に示す態様では、6個の凹部80が形成されることになる。
以上のようにして、封止部90のおもて面に、側面から内部に向かって延在する凹部80が設けられており、この凹部80は裏面露出部40のおもて面側に位置付けられている電子モジュールを生成することができる。
《効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による効果の一例について説明する。なお、「効果」で説明するあらゆる態様を、上記構成で採用することができる。
裏面露出部40が封止部90から露出していることから、放熱効果を実現できる。また、裏面露出部40を面内方向で延在する押圧部450によって押圧しつつ樹脂による封止が行われる態様を採用することで(図15B参照)、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる。また封止部90のおもて面に側面から内部に向かって延在する凹部80が設けられることで、凹部80内に水等がついても当該水等を排出できる構成とすることができる。つまり、本実施の形態の凹部80は液体排出用凹部としても機能する。
本体部51a,52aから側方に突出する突出部51b,52bが設けられる態様を採用することで、適切な位置に設けられた突出部51b,52bを押圧部450によって押圧することができ、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる。
裏面露出部40の各々が突出部51b,52bを有し、各突出部51b,52bに対応して凹部80が設けられる態様を採用することで、裏面露出部40の各々を押圧部450によって押圧することができ、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる。
裏面非露出部49に封止部90の側面から外方に突出した端子部100が設けられる態様を採用することで、端子部100の裏面は封止部90で覆われることになる。このため、端子部100を封止部90に対してより確実に固定することができる。
封止部90の一側方から電源端子120及びグランド端子130が外部に突出し、封止部90の他側方から出力端子110、第一ゲート端子140及び第二ゲート端子150が外部に突出し、第一ゲート端子140と第二ゲート端子150との間で出力端子110が封止部90から外部に突出する態様を採用することで(図12及び図13参照)、長手方向における電子モジュールの大きさを小さくすることができ、また配線経路を短縮することもできる。
図14に示すように封止部90のおもて面に設けられた基板310が設けられ、端子部100が基板310に設けられた導体層320に接続されつつ、他方で裏面露出部40の裏面にヒートシンク300が設けられる態様を採用することで、端子部100を介して熱を導体層320に逃がすとともに、裏面露出部40を介して熱をヒートシンク300に逃がすことができ、高い放熱効果を期待できる。
(変形例)
上記の実施の形態では、第一電子素子11及び第二電子素子12が3つずつ設けられる態様を示したがこのような態様に限られることはなく、第一電子素子11及び第二電子素子12が1つずつ又は2つずつ設けられてもよいし、第一電子素子11及び第二電子素子12が4つずつ以上設けられてもよい。
また第一電子素子11及び第二電子素子12の各々が設けられる必要もなく電子素子10が一つだけ設けられてもよい。一例として、図16に示すように、電子モジュールは、一つの電子素子10と、電子素子10を封止する封止部90と、電子素子10がおもて面に配置されるとともに、裏面が封止部90から露出した裏面露出部40と、を有してもよい。そして、封止部90のおもて面に、側面から内部に向かって延在する凹部80が設けられており、この凹部80は裏面露出部40のおもて面側に位置付けられてもよい。より具体的には、裏面露出部40は、本体部41と、本体部41から側方に突出する突出部42とを有し、突出部42のおもて面側に凹部80が設けられてもよい。なお、変形例の本体部41は実施の形態の第一本体部51aに対応し、突出部42は第一突出部51bに対応している。
図16で付している符号は実施の形態と同じ意味であり、実施の形態と同じ符号は同じ部材を示している。また図16では、封止部90及び凹部80を点線で示している。
上述した実施の形態の記載、変形例の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。また、出願当初の請求項の記載はあくまでも一例であり、明細書、図面等の記載に基づき、請求項の記載を適宜変更することもできる。
10 電子素子
30 導体部
40 裏面露出部
41 本体部
42 突出部
45 屈曲部
49 裏面非露出部
51a 第一本体部
51b 第一突出部
52a 第二本体部
52b 第二突出部
80 凹部
90 封止部
110 出力端子
120 電源端子
130 グランド端子
140 第一ゲート端子
150 第二ゲート端子
300 ヒートシンク
310 基板
320 導体層

Claims (8)

  1. 電子素子と、
    前記電子素子を封止する封止部と、
    前記電子素子がおもて面に配置されるとともに、裏面が前記封止部から露出した裏面露出部と、
    を備え、
    前記封止部のおもて面には、側面から内部に向かって延在する凹部が設けられており、
    前記凹部は、前記裏面露出部のおもて面側に位置付けられている電子モジュール。
  2. 前記裏面露出部は、本体部と、前記本体部から側方に突出する突出部を有し、
    前記凹部は前記突出部のおもて面側に設けられる、請求項1に記載の電子モジュール。
  3. 複数の裏面露出部を有し、
    裏面露出部の各々が前記突出部を有し、
    各突出部に対応して前記凹部が設けられる、請求項2に記載の電子モジュール。
  4. 2個以上の前記突出部を有し、
    各突出部に対応して前記凹部が設けられる、請求項3に記載の電子モジュール。
  5. 前記裏面露出部に屈曲部を介して設けられた裏面非露出部が設けられ、
    前記裏面非露出部に前記封止部の側面から外方に突出した端子部が設けられる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子モジュール。
  6. 前記端子部は出力端子として機能し、
    前記封止部の一側方から電源端子及びグランド端子が外部に突出し、
    前記封止部の他側方から出力端子、第一ゲート端子及び第二ゲート端子が外部に突出し、
    前記第一ゲート端子と前記第二ゲート端子との間で前記出力端子が前記封止部から外部に突出する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子モジュール。
  7. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子モジュールと、
    前記封止部のおもて面に設けられた基板と、
    前記裏面露出部の裏面に設けられたヒートシンクと、
    を備え、
    前記端子部は前記基板に設けられた導体層に接続される組合体。
  8. 電子素子が実装された本体部と、前記本体部から側方に突出する突出部とを有する裏面露出部を金型内に載置する工程と、
    前記突出部を押圧部によって押圧しながら封止樹脂によって封止する工程と、
    前記押圧部を突出部から離間させた後で、封止樹脂を追加して供給することで封止樹脂からなる凹部を形成する工程と、
    を備える電子モジュールの製造方法。
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