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JP2018182029A - 半導体実装基板と、半導体実装基板を含む半導体パッケージ、及びその製造方法 - Google Patents

半導体実装基板と、半導体実装基板を含む半導体パッケージ、及びその製造方法 Download PDF

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JP2018182029A
JP2018182029A JP2017078400A JP2017078400A JP2018182029A JP 2018182029 A JP2018182029 A JP 2018182029A JP 2017078400 A JP2017078400 A JP 2017078400A JP 2017078400 A JP2017078400 A JP 2017078400A JP 2018182029 A JP2018182029 A JP 2018182029A
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lead frame
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JP2017078400A
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哲人 山岸
Tetsuto Yamagishi
哲人 山岸
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

【課題】大電流素子と小電流素子との両方を実装可能な半導体実装基板と、半導体実装基板を含む半導体パッケージ、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体実装基板100は、リードフレームの一部でありパワー半導体素子が実装可能な第1実装部12及び第3実装部32と、リードフレームよりも厚みが薄くリードフレームと電気的に接続された第2導体部20の一部であり小電流素子の電極間隔に対応した微細パターン22が形成されており、微細パターン22に小電流素子が実装可能な第2実装部21とを含んでいる。また、半導体実装基板100は、各実装部12、21、32の両面を露出しつつ、リードフレームと第2導体部20とを一体的に固定する第1絶縁樹脂部60と、微細パターン22間を電気的に絶縁する第2絶縁樹脂部90と、を備えている。【選択図】図3

Description

本開示は、半導体素子を実装するための半導体実装基板と、半導体実装基板を含む半導体パッケージと、その製造方法に関する。
従来、特許文献1に開示された半導体パッケージがある。この半導体パッケージは、電気めっきで形成された導電層と、導電層に達するホールが設けられた絶縁層とを含んでいる。また、導電層には、チップが接続されている。
特開2015−8332号公報
ところで、半導体パッケージは、フォトレジストパターン層の空き部分に導電層が電気めっきで形成されているため、導電層の膜厚が比較的薄く、導電層を微細パターンとすることが考えられる。このため、半導体パッケージは、電極間隔が狭く小電流に対応した小電流素子の実装には適しているものの、小電流素子よりも大電流に対応した大電流素子の実装には適していない。よって、半導体パッケージは、小電流素子と大電流素子の両方を実装しづらい。
本開示は、上記問題点に鑑みなされたものであり、大電流素子と小電流素子との両方を実装可能な半導体実装基板と、半導体実装基板を含む半導体パッケージ、及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本開示は、
リードフレーム(10、30)の一部であり、大電流に対応した半導体素子である大電流素子(72)が電気的及び機械的に接続されて実装可能な少なくとも一つの大電流用実装領域(12、32)と、
リードフレームよりも厚みが薄くリードフレームと電気的に接続された薄膜導体部(20)の一部であり、大電流素子よりも電極間隔が狭く且つ大電流素子よりも小電流に対応した小電流素子(71、73)の電極間隔に対応し、薄膜導体部に貫通穴が設けられることで小電流用パターンが形成されており、小電流用パターンに小電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装可能な小電流用実装領域(21)と、
大電流用実装領域の両面と小電流用実装領域の両面を露出しつつ、リードフレームと薄膜導体部とを一体的に固定する電気絶縁性の第1絶縁樹脂部(60)と、
少なくとも貫通穴に設けられ、小電流用パターン間を電気的に絶縁する第2絶縁樹脂部(90、90a、90b)と、を備えている半導体実装基板。
このように、本開示は、リードフレームと薄膜導体部とが、電気的に接続されており、且つ第1絶縁樹脂部によって一体的に固定されている。そして、リードフレームは、大電流素子が実装可能な大電流用実装領域を含んでいる。一方、薄膜導体部は、小電流用パターンが形成され、小電流用パターン間が第2絶縁樹脂部で電気的に絶縁された、小電流素子が実装可能な小電流用実装領域を含んでいる。よって、本開示は、大電流素子と小電流素子の両方を実装可能である。また、本開示は、大電流素子がリードフレームに実装され、小電流素子が薄膜導体部に実装されるため、大電流素子と小電流素子の両方を実装可能としつつ信頼性を確保できる。
さらに、上記目的を達成するために本開示は、
大電流に対応した大電流素子(72)と、
大電流素子よりも電極間隔が狭く、且つ、大電流素子よりも小電流に対応した小電流素子(71、73)と、
リードフレーム(10、30)の一部であり、大電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された少なくとも一つの大電流用実装領域(12、32)と、
リードフレームよりも厚みが薄くリードフレームと電気的に接続された薄膜導体部(20)の一部であり、薄膜導体部に貫通穴が設けられることで小電流素子の電極間隔に対応した小電流用パターンが形成されており、小電流用パターンに小電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された小電流用実装領域(21)と、
大電流用実装領域の両面と小電流用実装領域の両面を露出しつつ、リードフレームと薄膜導体部とを一体的に固定する電気絶縁性の第1絶縁樹脂部(60)と、
少なくとも貫通穴に設けられ、小電流用パターン間を電気的に絶縁する第2絶縁樹脂部(90、90a、90b)と、を備えていることを特徴とする。
このように、本開示は、リードフレームと薄膜導体部とが、電気的に接続されており、且つ第1絶縁樹脂部によって一体的に固定されている。そして、リードフレームは、大電流素子が実装された大電流用実装領域を含んでいる。一方、薄膜導体部は、小電流用パターンが形成され、且つ小電流用パターン間が第2絶縁樹脂部で電気的に絶縁され、小電流素子が実装された小電流用実装領域を含んでいる。よって、本開示は、大電流素子と小電流素子の両方が実装され、これらを同一のパッケージに搭載することができる。
このため、本開示は、大電流素子と小電流素子とを別体で設けるよりも体格を小型化できる。また、本開示は、大電流素子がリードフレームに実装され、小電流素子が薄膜導体部に実装されているため、大電流素子と小電流素子とを一つのパッケージ内に設けつつ信頼性を確保できる。
さらに、上記目的を達成するために本開示は、
大電流に対応した大電流素子(72)と、
大電流素子よりも電極間隔が狭く、且つ、大電流素子よりも小電流に対応した小電流素子(71、73)と、
リードフレーム(10、30)の一部であり、大電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された少なくとも一つの大電流用実装領域(12、32)と、
リードフレームよりも厚みが薄くリードフレームと電気的に接続された薄膜導体部(20)の一部であり、薄膜導体部に貫通穴が設けられることで小電流素子の電極間隔に対応した小電流用パターンが形成されており、小電流用パターンに小電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された小電流用実装領域(21)と、
大電流用実装領域の両面と小電流用実装領域の両面を露出しつつ、リードフレームと薄膜導体部とを一体的に固定する電気絶縁性の第1絶縁樹脂部(60)と、
少なくとも貫通穴に設けられ、小電流用パターン間を電気的に絶縁する第2絶縁樹脂部(90、90a、90b)と、を備えている半導体パッケージの製造方法であって、
分割可能な複数の金型を含む第1成形型にリードフレームと薄膜導体部とを配置して複数の金型を型締めする工程であって、大電流用実装領域の両面と小電流用実装領域の両面とに第1成形型の一部を接触させた状態で型締めする型締め工程と、
型締め工程後に、第1成形型で囲まれた空間に、第1絶縁樹脂部の構成材料を供給して第1絶縁樹脂部を成形する第1成形工程と、
第1成形工程後に、大電流用実装領域と小電流用実装領域に接触させている金型を取り外す型外し工程と、
型外し工程後に、フォトリソグラフィによって小電流用実装領域に小電流用パターンを形成するパターン形成工程と、
パターン形成工程後に、大電流用実装領域に大電流素子を実装するとともに、小電流用実装領域に小電流素子を実装する実装工程と、
実装工程後に、少なくとも貫通穴に、第2絶縁樹脂部の構成材料を供給して第2絶縁樹脂部を成形する第2成形工程と、を備えていることを特徴とする。
このように、本開示は、上記半導体パッケージの製造方法である。このため、本開示は、上記のような効果を奏する半導体パッケージを製造することができる。
なお、特許請求の範囲、及びこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
第1実施形態における半導体実装基板の概略構成を示す一面側の平面図である。 第1実施形態における半導体実装基板の概略構成を示す裏面側の平面図である。 図1のIII−III線に沿う断面図である。 第1実施形態におけるリードフレームの概略構成を示す平面図である。 第1実施形態における半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。 第1実施形態における製造方法の型締め工程を示す工程別断面図である。 第1実施形態における製造方法の第1成形工程を示す工程別断面図である。 第1実施形態における製造方法の型外し工程及びマスク工程を示す工程別断面図である。 第1実施形態における製造方法の除去工程を示す工程別断面図である。 第1実施形態における製造方法の実装工程を示す工程別断面図である。 第1実施形態における製造方法の第2成形工程を示す工程別断面図である。 第1実施形態における第2成形工程後の半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。 第2実施形態における半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。 第3実施形態における半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。 第4実施形態における半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。
以下において、図面を参照しながら、本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。なお、以下においては、互いに直交する3方向をX方向、Y方向、Z方向と示す。
本実施形態では、図1〜図3に示す半導体実装基板100、図5に示す半導体パッケージ200に本開示を適用した例を採用する。まず、図1〜4を用いて、半導体実装基板100に関して説明する。半導体実装基板100は、半導体パッケージ200の一部として用いることができる。
半導体実装基板100は、図1、図2、図3、図4に示すように、第1導体部10、第2導体部20、第3導体部30、第1絶縁樹脂部60、第2絶縁樹脂部90などを備えている。さらに、半導体実装基板100は、図1、図2、図4に示すように、第4導体部50を備えていてもよい。半導体実装基板100は、大電流素子に相当するパワー半導体素子72や、小電流素子73や、マイコン71などが実装可能に構成されている。
第1導体部10と第3導体部30は、図4に示すように、リードフレーム110の一部である。リードフレーム110は、アルミニウムや銅や鉄などを主成分とした導電性部材や、これらの一つを配合した合金である導電性部材などで構成されている。また、リードフレーム110は、これらの導電性部材に銅めっきなどが施されたものであっても採用できる。
リードフレーム110は、板状の部材が、パンチ加工や曲げ加工などを含むプレス加工によって屈曲されている。リードフレーム110は、例えば100μm以上の厚みを有した板状の部材を採用できる。
第1導体部10は、図1、図2、図3、図4に示すように、第1端子部11、第1実装部12、傾斜部13、第1屈曲部14を含んでおり、これらが一体的に構成されている。
第1端子部11は、第1導体部10の一方の端部であり、外部機器との電気的接続用の端子である。第1端子部11は、パワー半導体素子72用の端子とも言える。
第1端子部11は、図3に示すように、第1絶縁樹脂部60から露出している。第1端子部11は、図3では、直線的に図示されているが、屈曲させることで、ガルウイングタイプの端子とすることができる。つまり、半導体実装基板100は、ガルウイングタイプの基板とすることができる。これによって、半導体実装基板100は、外部機器としてのプリント基板などに実装しやすく、外部機器と電気的に接続しやすくなる。
なお、後程説明するが、半導体実装基板100は、パワー半導体素子72や、小電流素子73や、マイコン71などが実装され、第2絶縁樹脂部90が設けられて半導体パッケージ200とすることができる。この半導体パッケージ200は、ガルウイングタイプの半導体パッケージと言うことができる。
第1実装部12は、大電流用実装領域に相当する。第1実装部12は、平坦な部位であり、XY平面に平行な部位である。第1実装部12は、パワー半導体素子72が電気的及び機械的に接続されて実装可能な部位である。第1実装部12は、図1、図2、図3に示すように、両面が第1絶縁樹脂部60から露出している。
傾斜部13は、図3に示すように、第1実装部12に対して傾斜している部位である。傾斜部13は、プレス加工によって屈曲されている。傾斜部13は、一方の端部が第1実装部12と連続的に設けられており、他方の端部が第2導体部20と接合されている。なお、本開示は、傾斜部13を備えていなくてもよい。
第1屈曲部14は、特許請求の範囲における屈曲部に相当し、図3に示すように、第1実装部12に対して屈曲している部位である。つまり、第1屈曲部14は、平坦な第1実装部12に対して、リードフレーム110の厚み方向に屈曲した部位である。第1屈曲部14は、プレス加工によって屈曲されている。ここでは、第1実装部12に対して直角に屈曲している例を採用している。第1屈曲部14は、一方の端部が第1実装部12と連続的に設けられており、他方の端部が第1端子部11と連続的に設けられている。なお、本開示は、第1屈曲部14を備えていなくてもよい。
第1導体部10は、第1屈曲部14によって、第1端子部11の第1絶縁樹脂部60から突出する位置を第2導体部20と同じ位置にすることができる。つまり、第1導体部10は、傾斜部13を含みつつ、第1端子部11の第1絶縁樹脂部60から突出する位置を第2導体部20と同じ位置にすることができる。なお、ここでの位置とは、Z方向の位置である。
第3導体部30は、図1、図2、図3、図4に示すように、第3端子部31、第3実装部32、第3屈曲部33を含んでおり、これらが一体的に構成されている。第3端子部31は、第2導体部20と直接接合されておらず傾斜部13を有していないが、その他の点は第1端子部11と同様である。第3端子部31は、第1絶縁樹脂部60に対して、第1端子部11とは反対側から突出している。なお、第3実装部32は、大電流用実装領域に相当し、第1実装部12と同様である。第3屈曲部33は、第1屈曲部14と同様である。本開示は、第3屈曲部33を備えていなくてもよい。
しかしながら、第3導体部30は、第2導体部20と第1絶縁樹脂部60によって一体的に設けられているものの、第2導体部20と機械的に接続されていない。後程説明するが、第3導体部30は、線状の導電性部材である第2ワイヤ34を介して、第2導体部20に実装される小電流素子73と電気的に接続される。
第2導体部20は、薄膜導体部に相当する。第2導体部20は、図1、図2、図3、図4に示すように、第2実装部21、微細パターン22、パターン形成領域22aを含んでおり、これらが一体的に構成されている。第2導体部20は、リードフレーム110と電気的に接続されている。また、第2導体部20は、第1導体部10及び第3導体部30と同様の金属によって形成されている。第2導体部20は、平坦な部材であり、XY平面に平行に設けられている。
しかしながら、第2導体部20は、第1導体部10及び第3導体部30よりも厚みが薄い。第2導体部20は、箔状の導電性部材と言うこともできる。第2導体部20は、露光加工が可能な程度の薄さである。言い換えると、第2導体部20は、フォトリソグラフィによって、Z方向に貫通穴23を形成できる程度の厚みである。第2導体部20は、例えば、圧延加工や、叩きのばすことで製造できる。
第2実装部21は、小電流用実装領域に相当する。第2実装部21は、微細パターン22が形成されたパターン形成領域22aを含んでいる。つまり、第2実装部21は、マイコン71や小電流素子73の電極間隔に対応し、第2導体部20に貫通穴23が設けられることで微細パターン22が形成されている。よって、第2実装部21は、微細パターン22にマイコン71や小電流素子73が電気的及び機械的に接続されて実装可能な部位と言える。微細パターン22は、小電流用パターンに相当する。なお、図3では、微細パターン22と貫通穴23をわかりやすくするために、これらを大きく図示している。
第1導体部10と第2導体部20は、接合部40によって電気的及び機械的に接続されている。つまり、第1導体部10と第2導体部20は、一体的に構成された導電性部材と言うことができる。このように、リードフレーム110には、リードフレーム110よりも十分に厚みが薄い第2導体部20が接合されている。なお、第1導体部10と第2導体部20は、例えば溶接などによって接合することができる。つまり、第2導体部20は、リードフレーム110とは別体に設けられており、溶接工程で電気的及び機械的に接続されると言える。さらに、第2導体部20は、リードフレーム110の一部を、第1導体部10などよりも薄く加工した部位であってもよい。
第4導体部50は、図4に示すように、リードフレーム110の一部である。第4導体部50は、第4端子部51、埋設部52を含んでいる。第4導体部50は、第1導体部10や第3導体部30と同様の厚みを有している。しかしながら、第4導体部50は、第1導体部10や第3導体部30よりも幅が狭い棒状の部位である。第4端子部51、第1絶縁樹脂部60から突出する部位であり、マイコン71や小電流素子73用の端子とも言える。
第4端子部51は、第1端子部11などと同様に、屈曲させることで、ガルウイングタイプの端子とすることができる。これによって、半導体実装基板100は、外部機器としてのプリント基板などに実装しやすく、外部機器と電気的に接続しやすくなる。
埋設部52は、第4端子部51と一体的に設けられており、第1絶縁樹脂部60に埋設される部位である。埋設部52は、第1ワイヤ53を介して、第2実装部21又はマイコン71や小電流素子73に電気的及び機械的に接続される。
第1絶縁樹脂部60は、電気絶縁性の樹脂であり、第1凹部61、第2凹部62、第3凹部63を含んでいる。第1絶縁樹脂部60は、図3に示すように、第1実装部12や第3実装部32の両面と第2実装部21の両面を露出しつつ、リードフレーム110と第2導体部20とを一体的に固定している。
なお、第1絶縁樹脂部60は、第1実装部12や第3実装部32の両面全域と、第2実装部21の両面全域が露出するように設けられていなくてもよい。例えば、第1絶縁樹脂部60は、第1実装部12の一方の面の一部と反対面の一部、第3実装部32の一方の面の一部と反対面の一部、第2実装部21の一方の面の一部と反対面の一部が露出するように設けられていればよい。
第1絶縁樹脂部60は、第2実装部21の一方の面が露出するように、第1凹部61が設けられている。つまり、第1凹部61は、第2実装部21に達する穴であり、第2実装部21を底とする有底穴と言える。第1凹部61は、一面S1側に開口した穴である。
また、第1絶縁樹脂部60は、傾斜部13や第1屈曲部14を覆いつつ、第1実装部12の一方の面が露出するように、第2凹部62が設けられている。なお、半導体実装基板100は、第1絶縁樹脂部60の一部と第1実装部12とが面一に形成された一面S1を有している。よって、第2凹部62は、傾斜部13や第1屈曲部14を覆いつつ、第1実装部12の両面を露出するために設けられているとも言える。第2凹部62は、特許請求の範囲の実装用凹部に相当し、第1実装部12に達する穴であり、第1実装部12を底とする有底穴と言える。第2凹部62は、裏面S2側に開口した穴である。
さらに、第1絶縁樹脂部60は、第3屈曲部33を覆いつつ、第3実装部32の一方の面が露出するように、第3凹部63が設けられている。なお、半導体実装基板100は、第1絶縁樹脂部60の一部と第3実装部32とが面一に形成された一面S1を有している。よって、第3凹部63は、第3屈曲部33を覆いつつ、第3実装部32の両面を露出するために設けられているとも言える。第3凹部63は、特許請求の範囲の実装用凹部に相当し、第3実装部32に達する穴であり、第3実装部32を底とする有底穴と言える。第3凹部63は、裏面S2側に開口した穴である。
第1絶縁樹脂部60は、後程説明する第1成形工程で成形することができる。よって、第1凹部61〜第3凹部63は、第1成形工程で用いる成形型に突起を設けておくことで形成できる。
第2絶縁樹脂部90は、電気絶縁性の樹脂であり、少なくとも貫通穴23に設けられ、微細パターン22間を電気的に絶縁している。なお、第2絶縁樹脂部90は、半導体実装基板100が半導体パッケージ200の一部として用いられた場合、貫通穴23に加えて、半導体実装基板100の裏面S2側を全体的に覆うように設けられる。
このように、半導体実装基板100は、リードフレーム110と第2導体部20とが、電気的に接続されており、且つ第1絶縁樹脂部60によって一体的に固定されている。そして、リードフレーム110は、パワー半導体素子72が実装可能な第1実装部12と第3実装部32を含んでいる。一方、第2導体部20は、微細パターン22が形成され、微細パターン22間が第2絶縁樹脂部90で電気的に絶縁された、小電流素子73などが実装可能な第2実装部21を含んでいる。つまり、半導体実装基板100は、大電流に対応した第1導体部10及び第3導体部30と、第1導体部10に流れる電流よりも小さい小電流に対応した第2導体部20とを含んでいる。
よって、半導体実装基板100は、パワー半導体素子72と小電流素子73などの両方を実装可能である。また、半導体実装基板100は、パワー半導体素子72がリードフレーム110に実装され、小電流素子73などが第2導体部20に実装されるため、パワー半導体素子72と小電流素子73などの両方を実装可能としつつ信頼性を確保できる。
また、半導体実装基板100は、導体の微細化と、導体の厚肉化が両立された基板と言える。さらに、半導体実装基板100は、高密度実装と、高放熱性及び大電流化とが両立された基板と言える。
ここで、図5を用いて、半導体パッケージ200に関して説明する。半導体パッケージ200は、半導体実装基板100と、マイコン71と、パワー半導体素子72と、小電流素子73などを備えている。また、半導体パッケージ200は、第1はんだ81、第2はんだ82、第3はんだ83などを備えている。
マイコン71と小電流素子73は、ともに特許請求の範囲の小電流素子に相当する。マイコン71と小電流素子73は、パワー半導体素子72よりも電極間隔が狭く且つパワー半導体素子72よりも小電流に対応した素子である。このため、マイコン71と小電流素子73は、微細素子と言い換えることができる。また、マイコン71と小電流素子73としては、BGA素子などを採用できる。
マイコン71は、導電材料である第1はんだ81を介して第2実装部21、特に微細パターン22に電気的及び機械的に接続されて実装されている。小電流素子73は、導電材料である第3はんだ83を介して第2実装部21に電気的及び機械的に接続されて実装されている。
一方、パワー半導体素子72は、マイコン71と小電流素子73よりも電極間隔が広く、電極における第1実装部12などとの対向面の面積が広い。パワー半導体素子72は、導電材料である第2はんだ82を介して第1実装部12及び第3実装部32に電気的及び機械的に接続されて実装されている。なお、パワー半導体素子72としては、MOSFETやIGBTなどを採用できる。
第2絶縁樹脂部90は、マイコン71と小電流素子73を覆いつつ、半導体実装基板100の裏面S2側を全体的に覆うように設けられている。また、第2絶縁樹脂部90は、第2凹部62と第3凹部63に設けられて、パワー半導体素子72を覆っている。詳述すると、第2絶縁樹脂部90は、半導体実装基板100に裏面S2、第1はんだ81〜第3はんだ83、マイコン71と小電流素子73、パワー半導体素子72に密着しつつ、これらを覆っている。
よって、マイコン71と小電流素子73とパワー半導体素子72は、第2絶縁樹脂部90によって保護されている。また、第1はんだ81〜第3はんだ83は、第2絶縁樹脂部90によって保護されている。このため、半導体パッケージ200は、半導体実装基板100と、第2絶縁樹脂部90が設けられていない場合よりも、マイコン71や小電流素子73やパワー半導体素子72との接合強度を向上できる。
なお、半導体パッケージ200は、一面S1の反対面が第2絶縁樹脂部90の表面である樹脂表面S3となっている。この樹脂表面S3は、例えば、XY平面に平行な平坦面とすることができる。
半導体パッケージ200は、微細パターン22のマイコン71と小電流素子73が実装された面の反対面が、第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90から露出している。つまり、半導体パッケージ200は、第1絶縁樹脂部60に第1凹部61が設けられており、且つ、第2絶縁樹脂部90が裏面S2側と貫通穴23のみに設けられているため、微細パターン22の反対面が第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90から露出している。これによって、半導体パッケージ200は、マイコン71と小電流素子73を保護しつつ、第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90とを設けた後に、微細パターン22の反対面から半導体パッケージ200の電気的な検査を行うことができる。
半導体パッケージ200は、半導体実装基板100を含んでいるため、上記のように第1端子部11、第3端子部31、第4端子部51が外部機器との電気的接続用の端子として、第1絶縁樹脂部60から露出している。よって、半導体パッケージ200は、ガルウイングタイプのパッケージとすることができる。このため、半導体パッケージ200は、プリント基板などの外部機器に実装しやすく、外部機器と電気的に接続しやすい。
なお、半導体パッケージ200は、第1端子部11、第3端子部31、第4端子部51が、第1絶縁樹脂部60における第2導体部20と同じ位置から突出して設けられている。ここでの位置は、Z方向における位置である。
第1はんだ81と、第2はんだ82と、第3はんだ83とは、同一の材料にて構成されていると好ましい。これによって、半導体パッケージ200は、パワー半導体素子72とマイコン71と小電流素子73とを同じ工程で実装できる。
また、第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90とが、同一系統の樹脂材料であると好ましい。半導体パッケージ200は、第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90との密着性を良好にすることができる。よって、半導体パッケージ200は、第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90との間に隙間が形成されることを抑制できる。
このように、半導体パッケージ200は、半導体実装基板100を含んでいるため、半導体実装基板100と同様の効果を奏することができる。また、半導体パッケージ200は、パワー半導体素子72と小電流素子73などの両方を半導体実装基板100に実装できるため、パワー半導体素子72と小電流素子73などを同一のパッケージに搭載することができる。
このため、半導体パッケージ200は、パワー半導体素子72と小電流素子73などとを別体で設けるよりも体格を小型化できる。また、半導体パッケージ200は、パワー半導体素子72がリードフレーム110に実装され、小電流素子73などが第2導体部20に実装されているため、パワー半導体素子72と小電流素子73などとを一つのパッケージ内に設けつつ信頼性を確保できる。
ここで、図6〜図12を用いて、半導体パッケージ200の製造方法に関して説明する。本製造方法の第1成形工程では、第1成形型として、第1金型310と第2金型320とを用いる。本実施形態では、分割可能な複数の金型として、第1金型310と第2金型320とを採用している。また、第2成形工程では、第2成形型として、第1金型310と第3金型330とを用いる。さらに、パターン形成工程では、微細パターン22に対応したマスク400を用いる。なお、第1金型310〜第3金型330の構成は、一例であり、これに限定されない。
第1金型310は、図6に示すように、第1凸部311と第1注入穴312とを含んでいる。第1凸部311は、第1凹部61を形成するための突起であり、第1凹部61の形状に対応している。また、第1注入穴312は、第1成形型のキャビティ内に第1絶縁樹脂部60の構成材料を供給するための穴である。第1成形型のキャビティは、第1金型3310と第2金型320とでリードフレーム110及び第2導体部20を挟み込んで型締めすることで形成される空間である。このキャビティの形状は、第1絶縁樹脂部60の形状に対応している。
第2金型320は、図6に示すように、第2凸部321と第3凸部322とを含んでいる。第2凸部321は、第2凹部62を形成するための突起であり、第2凹部62の形状に対応している。第3凸部322は、第3凹部63を形成するための突起であり、第3凹部63の形状に対応している。
第3金型330は、特許請求の範囲における凹状金型に相当し、図11に示すように、凹部331と第2注入穴332とを含んでいる。第3金型330は、凹部331は、第2絶縁樹脂部90の形状に対応した穴である。また、第2注入穴332は、第2成形型のキャビティ内に第2絶縁樹脂部90の構成材料を供給するための穴である。第2成形型のキャビティは、第1金型310と第3金型330とでリードフレーム110及び第2導体部20などを挟み込んで型締めすることで形成される空間である。このキャビティの形状は、第2絶縁樹脂部90の形状に対応している。
まず、図6に示すように、型締め工程を行う。型締め工程では、第1金型310と第2金型320にリードフレーム110と第2導体部20とを配置して第1金型310と第2金型320を型締めする。また、型締め工程では、第1端子部11と第3端子部31と第4端子部51とが、第1金型310と第2金型320とに接した状態で型締めされる。第1端子部11と第3端子部31と第4端子部51とは、第1金型310と第2金型320とに接した状態で挟み込まれる。
型締め工程では、第1実装部12と第3実装部32と第2実装部21とに第1成形型の一部を接触させた状態で型締めする。これは、第1実装部12と第3実装部32と第2実装部21に、第1絶縁樹脂部60が形成されないようにするためである。
詳述すると、第1実装部12におけるパワー半導体素子72が実装される実装面には、第2凸部321を接触させる。第3実装部32におけるパワー半導体素子72が実装される実装面には、第3凸部322を接触させる。第2実装部21におけるマイコン71、小電流素子73が実装される実装面には、第2金型320の平坦面を接触させる。
なお、第2実装部21の実装面に接触する部位は、第2金型320における第2凸部321と第3凸部322との間の凹部における平坦面である。また、第2凸部321と第3凸部322は、実装面に接触する部位が平坦面となっている。
また、実装面の反対面には、第1金型310を接触させる。第1実装部12と第3実装部32の反対面には、第1金型310の平坦面を接触させる。第2実装部21の反対面には、第1凸部311を接触させる。
なお、第1実装部12と第3実装部32の反対面に接触する部位は、第1金型310における第1凸部311の周辺の凹部における平坦面である。また、第1凸部311は、反対面に接触する部位が平坦面となっている。
さらに、型締め工程では、第1金型310と第2金型320を第2実装部21の両面に接触させ、第1金型310と第2金型320とで第2実装部21を両面から圧縮する。これによって、第2実装部21は、第1金型310と第2金型320とによって両面から押圧されるため、平面度を確保することができる。つまり、型締め工程では、第2実装部21が平坦になっていなくても、第2実装部21を平坦に矯正できる。
次に、図7に示すように、第1成形工程を行う。第1成形工程では、第1成形型で囲まれた空間に、第1注入穴312から第1絶縁樹脂部60の構成材料を供給して第1絶縁樹脂部60を成形する。つまり、第1成形工程では、周知の樹脂成形工程で第1絶縁樹脂部60を成形する。成形するとは、成型すると言い換えることもできる。
次に、図8、図9に示すように、微細パターン22を形成する。この工程では、まず図8に示すように、型外し工程を行う。型外し工程では、第1成形工程後に、第1実装部12、第2実装部21、第3実装部32の実装面に接触させている金型である第2金型320を取り外す。
ここでは、第2金型320のみを取り外す型外し工程を採用する。これによって、以降の工程において、第1金型310をキャリアとして用いることができる。また、第1金型310をキャリアとして用いることで、リードフレーム110と第2導体部20とに第1絶縁樹脂部60が形成された構造体が反ることを抑制しつつ、以降の工程を行うことができる。
しかしながら、本開示は、これに限定されない。本開示は、型外し工程において、第1金型310と第2金型320の両方を取り外してもよい。この場合、新たに複数の金型を型締めした後に第2成形工程を行う必要がある。
その後、図8、図9に示すように、フォトリソグラフィによって第2実装部21に微細パターン22を形成する(パターン形成工程)。パターン形成工程では、図8に示すように、マスク400を形成する(マスク工程)。その後、パターン形成工程では、図9に示すように、第2実装部21におけるマスク400が形成されていない部位を除去する。これは、周知のフォトリソグラフィ技術を採用できる。さらに、パターン形成工程では、図9に示すように、第2実装部21からマスク400を取り外す。言い換えると、パターン形成工程では、露出部にマスク400を当て、マスク400にパターンを書き、露光により回路を形成する。そして、パターン形成工程では、マスク400を除去する。このようにパターン形成工程を行うことで、微細パターン22を形成できる。
次に、図10に示すように、実装工程を行う。実装工程では、第1実装部12、第3実装部32にパワー半導体素子72を実装するとともに、第2実装部21にマイコン71や小電流素子73を実装する。実装工程では、例えば、印刷又は塗布などによって、第2実装部21に第1はんだ81と第3はんだ83とを形成するとともに、第1実装部12と第3実装部32に第2はんだ82を形成する。
そして、実装工程では、第1はんだ81上にマイコン71を配置し、第3はんだ83上に小電流素子73を配置し、第2はんだ82上にパワー半導体素子72を配置する。さらに、実装工程では、各素子71〜73を各はんだ81〜83上に配置された状態で、各はんだ81〜83を過熱溶融させて、各素子71〜73と各実装部12、21、32とを電気的及び機械的に接続して実装する。
さらに、実装工程では、第2ワイヤ43を介して、小電流素子73と第3導体部30とを電気的及び機械的に接続してもよい。また、実装工程では、第1ワイヤ53を介して、埋設部52と、第2実装部21又はマイコン71や小電流素子73とを電気的及び機械的に接続してもよい。
なお、本製造方法では、マスク400を除去した後に、各実装部12、21、32にプラズマ照射、あるいはUV照射する工程を含んでいてもよい。これによって、各はんだ81〜83と各実装部12、21、32との接合強度と向上できる。
次に、図11に示すように、第2成形工程を行う。第2成形工程では、型外し工程で取り外した第2金型320とは異なる、パワー半導体素子72や小電流素子73などを囲うことが可能な第3金型330を含む第2成形型を用いて行う。本実施形態では、上記のように、第2成形型として、第1金型310と第3金型330を用いて第2成形工程を行う。
第2成形工程では、第1金型310と第3金型330とを型締めし、貫通穴23を含む第2成形型で囲まれた空間に、第2注入穴332から第2絶縁樹脂部90の構成材料を供給して第2絶縁樹脂部90を成形する。その後、第1金型310と第3金型330とを型外しすることで、図12に示す樹脂構造体を製造できる。
図12に示す樹脂構造体は、第1端子部11と第3端子部31と第4端子部51とが屈曲されていない状態の半導体パッケージ200である。よって、ガルウイングタイプの半導体パッケージ200とする場合、第1端子部11と第3端子部31と第4端子部51とを屈曲する工程を行う。
このようにして、本実施形態は、半導体パッケージ200を製造することができる。なお、第2成形工程では、実装工程後に、少なくとも貫通穴23に、第2絶縁樹脂部90の構成材料を供給して第2絶縁樹脂部90を成形するものであってもよい。
このように、本製造方法は、上記半導体パッケージ200の製造方法である。このため、本製造方法は、上記のような効果を奏する半導体パッケージ200を製造することができる。
以上、本開示の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、上記実施形態に何ら制限されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本開示のその他の形態として、第2実施形態〜第4実施形態に関して説明する。上記実施形態及び第2実施形態〜第4実施形態は、夫々単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
(第2実施形態)
図13を用いて、第2実施形態の半導体パッケージ210に関して説明する。ここでは、半導体パッケージ210における半導体パッケージ200との相違点を中心に説明する。半導体パッケージ210においては、半導体パッケージ200と同様の個所に同じ符号を付与する。半導体パッケージ200と同じ符号の構成要素に関しては、上記実施形態を参照して適用できる。半導体パッケージ210は、センサ素子74を備えている点が半導体パッケージ200と異なる。
半導体パッケージ210は、微細パターン22のマイコン71が実装された面の反対面が、第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90から露出している。この反対面には、センサ素子74が電気的及び機械的に接続されて実装されている。センサ素子74は、導電材料である第4はんだ84を介して、反対面に電気的及び機械的に接続されている。
このように、センサ素子74は、マイコン71と同様に、微細パターン22に実装されている。例えば、センサ素子74は、マイコン71と対向する位置に実装することができる。
また、センサ素子74は、物理量に応じた電気信号をマイコン71などに出力する素子である。そして、センサ素子74は、第1絶縁樹脂部60や第2絶縁樹脂部90で封止されると、物理量に応じた電気信号を出力しにくくなるセンサである。センサ素子74としては、例えば、圧力に応じた電気信号を出力する圧力センサなどを採用できる。
半導体パッケージ210は、半導体パッケージ200と同様の効果を奏することができる。さらに、半導体パッケージ210は、マイコン71が実装された微細パターン22にセンサ素子74が実装されているため、マイコン71とセンサ素子74との距離を短くすることができる。このため、半導体パッケージ210は、センサ素子74からマイコン71に出力される物理量に応じた電気信号にノイズが重畳されることを抑制できる。つまり、半導体パッケージ210は、センサ素子74による物理量の検出精度を向上できる。
(第3実施形態)
図14を用いて、第3実施形態の半導体パッケージ220に関して説明する。ここでは、半導体パッケージ220における半導体パッケージ200との相違点を中心に説明する。半導体パッケージ220においては、半導体パッケージ200と同様の個所に同じ符号を付与する。半導体パッケージ200と同じ符号の構成要素に関しては、上記実施形態を参照して適用できる。半導体パッケージ220は、第2絶縁樹脂部90aの形状と、外部素子75を備えている点が半導体パッケージ200と異なる。
半導体パッケージ220は、第1実装部12の両面が、第1絶縁樹脂部60と第2絶縁樹脂部90aから露出している。つまり、半導体パッケージ220は、第2凹部62に第2絶縁樹脂部90aが設けられていない。
第1実装部12の裏面S2側には、外部素子75が電気的及び機械的に接続されて実装されている。外部素子75は、導電材料である第5はんだ85を介して、第1実装部12に電気的及び機械的に接続されている。
外部素子75は、第1絶縁樹脂部60や第2絶縁樹脂部90による封止に向かない回路素子である。外部素子75としては、例えば、コイルやコンデンサなどを採用できる。
半導体パッケージ220は、半導体パッケージ200と同様の効果を奏することができる。さらに、半導体パッケージ220は、外部素子75のような樹脂封止に向いていない回路素子であっても搭載することができる。このため、半導体パッケージ220は、外部素子75が半導体パッケージ220外に設けられている場合よりも、全体としての体格を小型化できる。
(第4実施形態)
図15を用いて、第4実施形態の半導体パッケージ230に関して説明する。ここでは、半導体パッケージ230における半導体パッケージ200との相違点を中心に説明する。半導体パッケージ230においては、半導体パッケージ200と同様の個所に同じ符号を付与する。半導体パッケージ200と同じ符号の構成要素に関しては、上記実施形態を参照して適用できる。半導体パッケージ230は、第2絶縁樹脂部90bの形状が半導体パッケージ200と異なる。
第2絶縁樹脂部90bは、第2導体部20に達する第4穴部91bが設けられている。詳述すると、第2絶縁樹脂部90bは、マイコン71と小電流素子73との間に第4穴部91bが設けられている。よって、マイコン71と小電流素子73は、第2絶縁樹脂部90bの一部と、第4穴部91bとが間に配置された状態で隣り合っている。つまり、マイコン71と小電流素子73の間には、空気が介在されることになる。このため、半導体パッケージ230は、マイコン71と小電流素子73との間における熱伝達を抑制できる。なお、半導体パッケージ230は、半導体パッケージ200と同様の効果を奏することができる。
10…第1導体部、11…第1端子部、12…第1実装部、13…傾斜部、14…第1屈曲部、20…第2導体部、21…第2実装部、22…微細パターン、22a…パターン形成領域、23…貫通穴、30…第3導体部、31…第3端子部、32…第3実装部、33…第3屈曲部、34…第2ワイヤ、40…接合部、50…第4導体部、51…第4端子部、52…埋設部、53…第1ワイヤ、60…第1絶縁樹脂部、61…第1凹部、62…第2凹部、63…第3凹部、71…マイコン、72…パワー半導体素子、73…小電流素子、74…センサ素子、75…外部素子、81…第1はんだ、82…第2はんだ、83…第3はんだ、84…第4はんだ、85…第5はんだ、90,90a,90b…第2絶縁樹脂部、91b…第4穴部、100…半導体実装基板、110…リードフレーム、200〜230…半導体パッケージ、310…第1金型、311…第1凸部、312…第1注入穴、320…第2金型、321…第2凸部、322…第3凸部、330…第3金型、332…第2注入穴、400…マスク、S1…一面、S2…裏面、S3…樹脂表面、

Claims (12)

  1. リードフレーム(10、30、110)の一部であり、大電流に対応した半導体素子である大電流素子(72)が電気的及び機械的に接続されて実装可能な少なくとも一つの大電流用実装領域(12、32)と、
    前記リードフレームよりも厚みが薄く前記リードフレームと電気的に接続された薄膜導体部(20)の一部であり、前記大電流素子よりも電極間隔が狭く且つ前記大電流素子よりも小電流に対応した小電流素子(71、73)の電極間隔に対応し、前記薄膜導体部に貫通穴が設けられることで小電流用パターンが形成されており、前記小電流用パターンに前記小電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装可能な小電流用実装領域(21)と、
    前記大電流用実装領域の両面と前記小電流用実装領域の両面を露出しつつ、前記リードフレームと前記薄膜導体部とを一体的に固定する電気絶縁性の第1絶縁樹脂部(60)と、
    少なくとも前記貫通穴に設けられ、前記小電流用パターン間を電気的に絶縁する第2絶縁樹脂部(90、90a、90b)と、を備えている半導体実装基板。
  2. 前記リードフレームの端部(11、31)が、外部機器との電気的接続用の端子として、前記第1絶縁樹脂部から露出している請求項1に記載の半導体実装基板。
  3. 大電流に対応した大電流素子(72)と、
    前記大電流素子よりも電極間隔が狭く、且つ、前記大電流素子よりも小電流に対応した小電流素子(71、73)と、
    リードフレーム(10、30)の一部であり、前記大電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された少なくとも一つの大電流用実装領域(12、32)と、
    前記リードフレームよりも厚みが薄く前記リードフレームと電気的に接続された薄膜導体部(20)の一部であり、前記薄膜導体部に貫通穴が設けられることで前記小電流素子の電極間隔に対応した小電流用パターンが形成されており、前記小電流用パターンに前記小電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された小電流用実装領域(21)と、
    前記大電流用実装領域の両面と前記小電流用実装領域の両面を露出しつつ、前記リードフレームと前記薄膜導体部とを一体的に固定する電気絶縁性の第1絶縁樹脂部(60)と、
    少なくとも前記貫通穴に設けられ、前記小電流用パターン間を電気的に絶縁する第2絶縁樹脂部(90、90a、90b)と、を備えている半導体パッケージ。
  4. 前記リードフレームは、平坦な前記大電流用実装領域に対して、前記リードフレームの厚み方向に屈曲した屈曲部(14、33)を含んでおり、
    前記第1絶縁樹脂部は、前記屈曲部を覆いつつ、前記大電流用実装領域の両面を露出するための実装用凹部(62、63)を含んでおり、
    前記第2絶縁樹脂部が、前記小電流素子を覆いつつ、前記実装用凹部に設けられて、前記大電流素子を覆っている請求項3に記載の半導体パッケージ。
  5. 前記リードフレームの端部(11、31)が、外部機器との電気的接続用の端子として、前記第1絶縁樹脂部から露出している請求項3又は4に記載の半導体パッケージ。
  6. 前記第2絶縁樹脂部は、前記小電流素子を覆っており、
    前記小電流用パターンの前記小電流素子が実装された面の反対面が、前記第1絶縁樹脂部と前記第2絶縁樹脂部から露出している請求項3乃至5のいずれか一項に記載の半導体パッケージ。
  7. 前記大電流素子と前記リードフレームとが、前記小電流素子と前記小電流用パターンとを電気的及び機械的に接続している導電材料と同一の材料にて、電気的及び機械的に接続されている請求項3乃至6のいずれか一項に記載の半導体パッケージ。
  8. 前記第1絶縁樹脂部と前記第2絶縁樹脂部とが、同一系統の樹脂材料である請求項3乃至7のいずれか一項に記載の半導体パッケージ。
  9. 大電流に対応した大電流素子(72)と、
    前記大電流素子よりも電極間隔が狭く、且つ、前記大電流素子よりも小電流に対応した小電流素子(71、73)と、
    リードフレーム(10、30)の一部であり、前記大電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された少なくとも一つの大電流用実装領域(12、32)と、
    前記リードフレームよりも厚みが薄く前記リードフレームと電気的に接続された薄膜導体部(20)の一部であり、前記薄膜導体部に貫通穴が設けられることで前記小電流素子の電極間隔に対応した小電流用パターンが形成されており、前記小電流用パターンに前記小電流素子が電気的及び機械的に接続されて実装された小電流用実装領域(21)と、
    前記大電流用実装領域の両面と前記小電流用実装領域の両面を露出しつつ、前記リードフレームと前記薄膜導体部とを一体的に固定する電気絶縁性の第1絶縁樹脂部(60)と、
    少なくとも前記貫通穴に設けられ、前記小電流用パターン間を電気的に絶縁する第2絶縁樹脂部(90、90a、90b)と、を備えている半導体パッケージの製造方法であって、
    分割可能な複数の金型を含む第1成形型に前記リードフレームと前記薄膜導体部とを配置して複数の金型を型締めする工程であって、前記大電流用実装領域の両面と前記小電流用実装領域の両面とに前記第1成形型の一部を接触させた状態で型締めする型締め工程と、
    前記型締め工程後に、前記第1成形型で囲まれた空間に、前記第1絶縁樹脂部の構成材料を供給して前記第1絶縁樹脂部を成形する第1成形工程と、
    前記第1成形工程後に、前記大電流用実装領域と前記小電流用実装領域に接触させている前記金型を取り外す型外し工程と、
    前記型外し工程後に、フォトリソグラフィによって前記小電流用実装領域に前記小電流用パターンを形成するパターン形成工程と、
    前記パターン形成工程後に、前記大電流用実装領域に前記大電流素子を実装するとともに、前記小電流用実装領域に前記小電流素子を実装する実装工程と、
    前記実装工程後に、少なくとも前記貫通穴に、前記第2絶縁樹脂部の構成材料を供給して前記第2絶縁樹脂部を成形する第2成形工程と、を備えている半導体パッケージの製造方法。
  10. 前記型外し工程では、前記大電流用実装領域の前記大電流素子が実装される実装面と、前記小電流用実装領域の前記小電流素子が実装される実装面に接触させている前記金型を取り外し、
    前記第2成形工程では、前記型外し工程で取り外した前記金型とは異なる前記大電流素子と前記小電流素子とを囲うことが可能な凹状金型を含む第2成形型を用いて、前記貫通穴を含む前記第2成形型で囲まれた空間に、前記第2絶縁樹脂部の構成材料を供給して前記第2絶縁樹脂部を成形する請求項9に記載の半導体パッケージの製造方法。
  11. 前記第1成形型は、前記実装面の反対面に接触させている第1金型と、前記実装面に接触させている前記金型である第2金型と、を含み、
    前記第2成形型は、前記第1金型と前記凹状金型とを含み、
    前記型外し工程では、前記第2金型のみを取り外し、
    前記パターン形成工程と前記実装工程と前記第2成形工程は、前記リードフレームと前記薄膜導体部と前記第1絶縁樹脂部とが前記第1金型に配置された状態で行われる請求項10に記載の半導体パッケージの製造方法。
  12. 前記型締め工程では、前記第1成形型における複数の前記金型を前記小電流用実装領域の両面に接触させ、複数の前記金型で前記小電流用実装領域を両面から圧縮する請求項9乃至11のいずれか一項に記載の半導体パッケージの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115206892A (zh) * 2021-04-05 2022-10-18 日本航空电子工业株式会社 薄型电子设备

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