JPH1126691A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH1126691A JPH1126691A JP9177887A JP17788797A JPH1126691A JP H1126691 A JPH1126691 A JP H1126691A JP 9177887 A JP9177887 A JP 9177887A JP 17788797 A JP17788797 A JP 17788797A JP H1126691 A JPH1126691 A JP H1126691A
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- JP
- Japan
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- insulating substrate
- insulating
- base plate
- metal foil
- metal base
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
- H05K1/0254—High voltage adaptations; Electrical insulation details; Overvoltage or electrostatic discharge protection ; Arrangements for regulating voltages or for using plural voltages
- H05K1/0256—Electrical insulation details, e.g. around high voltage areas
Landscapes
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体チップをマウントした絶縁基板の周縁部
で充填材のボイド発生に起因する絶縁破壊を防止して信
頼性の高い半導体装置を提供する。 【解決手段】半導体チップ5をマウントした絶縁基板4
と、絶縁基板を搭載した金属ベース板1と、絶縁基板を
包囲して金属ベース板に固着した上蓋付きの外囲樹脂ケ
ース2と、外部導出端子との組立体からなり、樹脂ケー
スの内部をシリコーンゲルなどの充填材8で封止した半
導体装置で、前記絶縁基板が絶縁板4aを挟んでその主
面側に半導体チップをマウントする導体パターン4bを
形成し、裏面側に被着した金属箔4cを金属ベース板に
はんだ接合したものにおいて、絶縁基板の金属箔4cの
周縁が絶縁板4aの周縁とが重なり合うようにして基板
の裏面全域に被着し、絶縁板の周縁部における電界集中
の緩和と併せて、充填材のボイド生成要因となるデッド
スペースを無くして絶縁破壊を防止する。
で充填材のボイド発生に起因する絶縁破壊を防止して信
頼性の高い半導体装置を提供する。 【解決手段】半導体チップ5をマウントした絶縁基板4
と、絶縁基板を搭載した金属ベース板1と、絶縁基板を
包囲して金属ベース板に固着した上蓋付きの外囲樹脂ケ
ース2と、外部導出端子との組立体からなり、樹脂ケー
スの内部をシリコーンゲルなどの充填材8で封止した半
導体装置で、前記絶縁基板が絶縁板4aを挟んでその主
面側に半導体チップをマウントする導体パターン4bを
形成し、裏面側に被着した金属箔4cを金属ベース板に
はんだ接合したものにおいて、絶縁基板の金属箔4cの
周縁が絶縁板4aの周縁とが重なり合うようにして基板
の裏面全域に被着し、絶縁板の周縁部における電界集中
の緩和と併せて、充填材のボイド生成要因となるデッド
スペースを無くして絶縁破壊を防止する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、パワートランジ
スタモジュールなどを対象とした半導体装置に関する。
スタモジュールなどを対象とした半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】まず、この発明の実施対象となるパワー
トランジスタモジュールの構成を図4に示す。図におい
て、1は放熱用の金属ベース板、2は金属ベース板1に
被せた外囲樹脂ケース、3は端子ブロックを兼ねた樹脂
ケース2の上蓋、4は金属ベース板1に搭載した絶縁基
板、5は絶縁基板4にマウントした半導体チップ(パワ
ートランジスタ,ダイオードなど)、6は外部導出端
子、7は内部配線用の接続ワイヤ、8は樹脂ケース2内
に注入して半導体チップ5,接続ワイヤ7などを封止す
る充填材(シリコーンゲル)である。
トランジスタモジュールの構成を図4に示す。図におい
て、1は放熱用の金属ベース板、2は金属ベース板1に
被せた外囲樹脂ケース、3は端子ブロックを兼ねた樹脂
ケース2の上蓋、4は金属ベース板1に搭載した絶縁基
板、5は絶縁基板4にマウントした半導体チップ(パワ
ートランジスタ,ダイオードなど)、6は外部導出端
子、7は内部配線用の接続ワイヤ、8は樹脂ケース2内
に注入して半導体チップ5,接続ワイヤ7などを封止す
る充填材(シリコーンゲル)である。
【0003】次に、前記半導体装置に採用した絶縁基板
4の従来構造を図3(a),(b) に示す。図示のように絶縁
基板4は、セラミックス製の絶縁板4aを挟んでその主
面側(上面)には半導体チップ5をマウントする導体パ
ターン4bを形成し、裏面側にははんだ付け用の金属箔
4cを被着した構成になる。そして、絶縁基板4を金属
ベース板1に搭載する際に、前記した金属箔4cを金属
ベース板1の上面に重ね合わせて両者の間をはんだ接合
するようにしている。
4の従来構造を図3(a),(b) に示す。図示のように絶縁
基板4は、セラミックス製の絶縁板4aを挟んでその主
面側(上面)には半導体チップ5をマウントする導体パ
ターン4bを形成し、裏面側にははんだ付け用の金属箔
4cを被着した構成になる。そして、絶縁基板4を金属
ベース板1に搭載する際に、前記した金属箔4cを金属
ベース板1の上面に重ね合わせて両者の間をはんだ接合
するようにしている。
【0004】ここで、従来の絶縁基板4では、主面側の
導体パターン4bと裏面側の金属箔4cとの間で絶縁板
4aに余裕のある沿面絶縁距離を確保するために、図3
(b)で示すように金属箔4cの周縁が絶縁板4aの周縁
より距離δ(0.5〜2mm程度)だけ若干内側に引っ込
んだ面域に被着されている。
導体パターン4bと裏面側の金属箔4cとの間で絶縁板
4aに余裕のある沿面絶縁距離を確保するために、図3
(b)で示すように金属箔4cの周縁が絶縁板4aの周縁
より距離δ(0.5〜2mm程度)だけ若干内側に引っ込
んだ面域に被着されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構造の絶縁基板4を採用した半導体装置では、耐電圧
特性面で次記のような不具合が生じる。すなわち、 (1) 図4の製品組立状態で主回路に電圧を印加すると、
絶縁基板4の絶縁板4aの周縁部と金属ベース板(接地
側)1に挟まれた金属箔4cの外周側の狭い部分に電界
が集中する。
来構造の絶縁基板4を採用した半導体装置では、耐電圧
特性面で次記のような不具合が生じる。すなわち、 (1) 図4の製品組立状態で主回路に電圧を印加すると、
絶縁基板4の絶縁板4aの周縁部と金属ベース板(接地
側)1に挟まれた金属箔4cの外周側の狭い部分に電界
が集中する。
【0006】一方、半導体装置の組立工程で外囲樹脂ケ
ース2に充填材(シリコーンゲル)8を注入する際に
は、充填材8の内部にできる限り気泡が生じないように
細心の注意を払っている。しかしながら、充填材8を充
填した後の組立状態では、図5で表すように絶縁板4a
の周縁部と金属ベース板1に挟まれた金属箔4cの外周
側部分がデッドスペース(袋小路)となることから、こ
の部分に生じた気泡が抜け切らずにボイドvを形成す
る。
ース2に充填材(シリコーンゲル)8を注入する際に
は、充填材8の内部にできる限り気泡が生じないように
細心の注意を払っている。しかしながら、充填材8を充
填した後の組立状態では、図5で表すように絶縁板4a
の周縁部と金属ベース板1に挟まれた金属箔4cの外周
側部分がデッドスペース(袋小路)となることから、こ
の部分に生じた気泡が抜け切らずにボイドvを形成す
る。
【0007】このために、前記のデッドスペースにボイ
ドvが残っている状態で電圧を印加すると、電界の集中
によりボイド発生部分で絶縁破壊を引き起こすおそれが
ある。なお、9は金属ベース板1と絶縁基板4の金属箔
4cとの間を接合したはんだを示す。 (2) また、前記のように絶縁基板4の絶縁板4aの周縁
部と金属ベース板1に挟まれた金属箔4cの外周側部分
で充填材8にボイドが発生するのを防ぐための方策とし
て、図6で示すように金属ベース板1と絶縁基板2の金
属箔4cとの間を接合するはんだ9の供給量を多少増量
し、前記したデッドスペースをはんだ9で埋め尽くすよ
うにすることも試みたが、実際にははんだ供給量の管
理,はんだフィレットの形状を一定に保つことが困難で
あり、図示のようにはんだフィレットが絶縁板4aの外
周端面まで迫り出し、このために導体パターン4aとの
間の沿面絶縁距離Lが小さくなり(特に垂直方向の沿面
距離)、その結果として所要の絶縁耐力を確保すること
ができなくなるといった課題が新たに派生する。
ドvが残っている状態で電圧を印加すると、電界の集中
によりボイド発生部分で絶縁破壊を引き起こすおそれが
ある。なお、9は金属ベース板1と絶縁基板4の金属箔
4cとの間を接合したはんだを示す。 (2) また、前記のように絶縁基板4の絶縁板4aの周縁
部と金属ベース板1に挟まれた金属箔4cの外周側部分
で充填材8にボイドが発生するのを防ぐための方策とし
て、図6で示すように金属ベース板1と絶縁基板2の金
属箔4cとの間を接合するはんだ9の供給量を多少増量
し、前記したデッドスペースをはんだ9で埋め尽くすよ
うにすることも試みたが、実際にははんだ供給量の管
理,はんだフィレットの形状を一定に保つことが困難で
あり、図示のようにはんだフィレットが絶縁板4aの外
周端面まで迫り出し、このために導体パターン4aとの
間の沿面絶縁距離Lが小さくなり(特に垂直方向の沿面
距離)、その結果として所要の絶縁耐力を確保すること
ができなくなるといった課題が新たに派生する。
【0008】この発明は上記の点に鑑みなされたもので
あり、その目的は前記課題を解決し、絶縁基板の周縁部
で充填材のボイド発生に起因する絶縁破壊を防止して信
頼性の高い半導体装置を提供することにある。
あり、その目的は前記課題を解決し、絶縁基板の周縁部
で充填材のボイド発生に起因する絶縁破壊を防止して信
頼性の高い半導体装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、半導体チップをマウントした絶
縁基板と、絶縁基板を搭載した金属ベース板と、絶縁基
板を包囲して金属ベース板に固着した上蓋付きの外囲樹
脂ケースと、該樹脂ケースに組み込んだ外部導出端子と
の組立体からなり、樹脂ケースの内部を充填材で封止し
た半導体装置であり、前記絶縁基板が絶縁板を挟んでそ
の主面側に半導体チップをマウントする導体パターンを
形成し、裏面側に金属箔を被着した構成になり、該金属
箔を金属ベース板に重ね合わせてはんだ接合したものに
おいて、 (1) 前記金属箔を、その周縁と絶縁板の周縁とが重なり
合うようにして絶縁板の裏面全域に被着する(請求項
1)。
に、この発明によれば、半導体チップをマウントした絶
縁基板と、絶縁基板を搭載した金属ベース板と、絶縁基
板を包囲して金属ベース板に固着した上蓋付きの外囲樹
脂ケースと、該樹脂ケースに組み込んだ外部導出端子と
の組立体からなり、樹脂ケースの内部を充填材で封止し
た半導体装置であり、前記絶縁基板が絶縁板を挟んでそ
の主面側に半導体チップをマウントする導体パターンを
形成し、裏面側に金属箔を被着した構成になり、該金属
箔を金属ベース板に重ね合わせてはんだ接合したものに
おいて、 (1) 前記金属箔を、その周縁と絶縁板の周縁とが重なり
合うようにして絶縁板の裏面全域に被着する(請求項
1)。
【0010】(2) 前記金属箔を、その周縁が絶縁板の周
縁から外側に張り出すようにして絶縁板の裏面に被着す
る(請求項2)。上記の構成によれば、絶縁基板を金属
ベース板上に搭載してはんだ付けした状態では、絶縁基
板の周縁部にボイド発生の要因となるデッドスペースが
形成されず、外囲樹脂ケース内に充填材を充填した組立
状態でもデッドスペースに充填材のボイドの発生がなく
なる。しかも、金属箔を少なくとも絶縁板の周縁まで広
げたことで、絶縁板周縁部における電界強度の集中も緩
和され、その結果として、絶縁基板周縁部での絶縁破壊
の発生が防げる。
縁から外側に張り出すようにして絶縁板の裏面に被着す
る(請求項2)。上記の構成によれば、絶縁基板を金属
ベース板上に搭載してはんだ付けした状態では、絶縁基
板の周縁部にボイド発生の要因となるデッドスペースが
形成されず、外囲樹脂ケース内に充填材を充填した組立
状態でもデッドスペースに充填材のボイドの発生がなく
なる。しかも、金属箔を少なくとも絶縁板の周縁まで広
げたことで、絶縁板周縁部における電界強度の集中も緩
和され、その結果として、絶縁基板周縁部での絶縁破壊
の発生が防げる。
【0011】また、前項(2) のように、金属箔の周縁が
絶縁板の周縁から外側に張り出すようにすることで、前
記と同様にボイド発生の要因となるデッドスペースが無
くなることは勿論のこと、さらに絶縁基板を金属ベース
板にはんだ接合する際のはんだ供給量が多少多めにばら
ついても、はんだフィレットが絶縁板の外周端面を覆う
ように迫り出す可能性が少なくなり、これにより主面側
の導体パターンとの間に十分な沿面絶縁距離を確保する
ことができる。
絶縁板の周縁から外側に張り出すようにすることで、前
記と同様にボイド発生の要因となるデッドスペースが無
くなることは勿論のこと、さらに絶縁基板を金属ベース
板にはんだ接合する際のはんだ供給量が多少多めにばら
ついても、はんだフィレットが絶縁板の外周端面を覆う
ように迫り出す可能性が少なくなり、これにより主面側
の導体パターンとの間に十分な沿面絶縁距離を確保する
ことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
1,および図2の実施例に基づいて説明する。なお、各
実施例の図中で図3,図4に対応する同一部材には同じ
符号が付してある。 〔実施例1〕図1は請求項1に対応する実施例を示すも
のである。この実施例においては、基本的に絶縁基板4
は図3に示した従来構造と同じであるが、絶縁板4aの
裏面側に被着した金属箔4cは、その周縁端部が絶縁板
4aの周縁端部と重なり合うように、絶縁板4aの裏面
全面域を覆って被着されている。
1,および図2の実施例に基づいて説明する。なお、各
実施例の図中で図3,図4に対応する同一部材には同じ
符号が付してある。 〔実施例1〕図1は請求項1に対応する実施例を示すも
のである。この実施例においては、基本的に絶縁基板4
は図3に示した従来構造と同じであるが、絶縁板4aの
裏面側に被着した金属箔4cは、その周縁端部が絶縁板
4aの周縁端部と重なり合うように、絶縁板4aの裏面
全面域を覆って被着されている。
【0013】かかる構成により、図示のように絶縁基板
4を金属ベース板1に搭載してはんだ接合した状態で
は、絶縁基板4の絶縁板4aの周縁部と金属ベース板1
との間に気泡発生の要因となるデッドスペースが形成さ
れない。しかも、はんだ供給量を適正化することで、は
んだフィレットが絶縁板4aの外周端面に迫り出して導
体パターン4bとの間の沿面絶縁距離を小さくすること
もなく、これにより十分な絶縁耐力を確保できる。
4を金属ベース板1に搭載してはんだ接合した状態で
は、絶縁基板4の絶縁板4aの周縁部と金属ベース板1
との間に気泡発生の要因となるデッドスペースが形成さ
れない。しかも、はんだ供給量を適正化することで、は
んだフィレットが絶縁板4aの外周端面に迫り出して導
体パターン4bとの間の沿面絶縁距離を小さくすること
もなく、これにより十分な絶縁耐力を確保できる。
【0014】〔実施例2〕図2(a),(b) は請求項2に対
応する実施例を示すものであり、この実施例において
は、絶縁基板4の裏面側に被着した金属箔4cの面積を
絶縁板4aより一回り大きく設定し、金属箔4cの周縁
端部が絶縁板4aの周縁から距離δ(例えば0.5〜2
mm程度)外周側に多少張り出すようにして絶縁板4aの
裏面に被着する。
応する実施例を示すものであり、この実施例において
は、絶縁基板4の裏面側に被着した金属箔4cの面積を
絶縁板4aより一回り大きく設定し、金属箔4cの周縁
端部が絶縁板4aの周縁から距離δ(例えば0.5〜2
mm程度)外周側に多少張り出すようにして絶縁板4aの
裏面に被着する。
【0015】この構成によれば、先記実施例1と同様に
絶縁基板4を金属ベース板1に搭載してはんだ接合した
状態では、絶縁基板4の周縁部で絶縁板4aと金属ベー
ス板1との間に気泡発生の要因となるデッドスペースが
形成されない。しかも、金属ベース板1にはんだ付けす
る際にはんだ供給量が多少多めにばらつき、このために
図5(b) で示すようにはんだ9のフィレットが金属箔4
cの張り出し端面に迫り出しても、この金属箔4cの周
縁端部よりも若干内側に引っ込んでいる絶縁板4aの外
周端面を覆うまでには至らず、これにより主面側の導体
パターン4bとの間に十分な沿面絶縁距離Lを確保する
ことができる。
絶縁基板4を金属ベース板1に搭載してはんだ接合した
状態では、絶縁基板4の周縁部で絶縁板4aと金属ベー
ス板1との間に気泡発生の要因となるデッドスペースが
形成されない。しかも、金属ベース板1にはんだ付けす
る際にはんだ供給量が多少多めにばらつき、このために
図5(b) で示すようにはんだ9のフィレットが金属箔4
cの張り出し端面に迫り出しても、この金属箔4cの周
縁端部よりも若干内側に引っ込んでいる絶縁板4aの外
周端面を覆うまでには至らず、これにより主面側の導体
パターン4bとの間に十分な沿面絶縁距離Lを確保する
ことができる。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、この発明の構成によ
れば、パッケージの内部をシリコーンゲルなどの充填材
で封止した半導体装置において、絶縁基板の裏面側に被
着形成して金属ベース板にはんだ付けする金属箔を、そ
の周縁と絶縁板の周縁とが重なり合う,もしくは周縁が
絶縁板の周縁から外側に張り出すようにしたことによ
り、半導体装置の組立状態では半導体チップを搭載した
絶縁基板の周縁部に充填材のボイド発生要因となるデッ
ドスペースが形成されず、これにより、充填材のボイド
に起因する絶縁基板の絶縁破壊を防止して半導体装置の
信頼性向上化が図れる。
れば、パッケージの内部をシリコーンゲルなどの充填材
で封止した半導体装置において、絶縁基板の裏面側に被
着形成して金属ベース板にはんだ付けする金属箔を、そ
の周縁と絶縁板の周縁とが重なり合う,もしくは周縁が
絶縁板の周縁から外側に張り出すようにしたことによ
り、半導体装置の組立状態では半導体チップを搭載した
絶縁基板の周縁部に充填材のボイド発生要因となるデッ
ドスペースが形成されず、これにより、充填材のボイド
に起因する絶縁基板の絶縁破壊を防止して半導体装置の
信頼性向上化が図れる。
【図1】この発明の実施例1に対応する半導体装置の構
成断面図
成断面図
【図2】この発明の実施例2に対応する半導体装置の構
成断面図であり、(a) は絶縁基板全体の構成図、(b) は
はんだ供給量が多少多めにばらついた場合のはんだフィ
レットの形成状態を表す基板周縁部の拡大断面図
成断面図であり、(a) は絶縁基板全体の構成図、(b) は
はんだ供給量が多少多めにばらついた場合のはんだフィ
レットの形成状態を表す基板周縁部の拡大断面図
【図3】半導体装置に組み込んだ絶縁基板の従来構造図
であり、(a) は平面図、(b) は側面図
であり、(a) は平面図、(b) は側面図
【図4】この発明の実施対象となる半導体装置の全体構
成図
成図
【図5】図3の絶縁基板に対する基板周縁部の充填材中
にボイドが発生した状態を表す図
にボイドが発生した状態を表す図
【図6】図3の絶縁基板に対するはんだ供給量を増量し
た場合のはんだフィレットの迫り出し状態を表す図
た場合のはんだフィレットの迫り出し状態を表す図
1 金属ベース板 2 外囲樹脂ケース 3 上蓋 4 絶縁基板 4a 絶縁板 4b 導体パターン 4c 金属箔 5 半導体チップ 6 外部導出端子 8 充填材 9 はんだ v 充填材のボイド L 絶縁基板の沿面絶縁距離
Claims (2)
- 【請求項1】半導体チップをマウントした絶縁基板と、
絶縁基板を搭載した金属ベース板と、絶縁基板を包囲し
て金属ベース板に固着した上蓋付きの外囲樹脂ケース
と、該樹脂ケースに組み込んだ外部導出端子との組立体
からなり、樹脂ケースの内部を充填材で封止した半導体
装置であり、前記絶縁基板が絶縁板を挟んでその主面側
に半導体チップをマウントする導体パターンを形成し、
裏面側に金属箔を被着した構成になり、該金属箔を金属
ベース板に重ね合わせてはんだ接合したものにおいて、
前記金属箔を、その周縁と絶縁板の周縁とが重なり合う
ようにして絶縁板の裏面全域に被着したことを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項2】半導体チップをマウントした絶縁基板と、
絶縁基板を搭載した金属ベース板と、絶縁基板を包囲し
て金属ベース板に固着した上蓋付きの外囲樹脂ケース
と、該樹脂ケースに組み込んだ外部導出端子との組立体
からなり、樹脂ケースの内部を充填材で封止した半導体
装置であり、前記絶縁基板が絶縁板を挟んでその主面側
に半導体チップをマウントする導体パターンを形成し、
裏面側に金属箔を被着した構成になり、該金属箔を金属
ベース板に重ね合わせてはんだ接合したものにおいて、
前記金属箔を、その周縁が絶縁板の周縁から外側に張り
出すようにして絶縁板の裏面に被着したことを特徴とす
る半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9177887A JPH1126691A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9177887A JPH1126691A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126691A true JPH1126691A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16038804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9177887A Pending JPH1126691A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1126691A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6731001B2 (en) | 2000-08-10 | 2004-05-04 | Denso Corporation | Semiconductor device including bonded wire based to electronic part and method for manufacturing the same |
| WO2018056287A1 (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および電力変換装置 |
| US12301127B2 (en) | 2021-06-16 | 2025-05-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor module |
| US12471297B2 (en) | 2021-02-17 | 2025-11-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1997
- 1997-07-03 JP JP9177887A patent/JPH1126691A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2018056287A1 (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および電力変換装置 |
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