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技術 樹脂封止型半導体装置の製造方法およびそれに用いる型装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 今田真嗣楠佳成
出願日 2002年1月21日 (17年8ヶ月経過) 出願番号 2002-011565
公開日 2003年7月31日 (16年2ヶ月経過) 公開番号 2003-218146
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の成形用の型 プラスチック等の射出成形 半導体または固体装置の封緘、被覆の形成
主要キーワード 破線パターン 両コーナー 複数ゲート 樹脂ポット 複数注入 注入ゲート 単一ゲート 樹脂溜
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課題

複数ゲートタイプの金型を用いて樹脂封止型半導体装置における樹脂封止を行うにあたって、樹脂中におけるボイドの発生を極力抑制できるようにする。

解決手段

一つのキャビティ21、22に対して複数個注入ゲート31、32が設けられた金型10を用い、キャビティ21、22内に半導体装置40を設置し、複数個の注入ゲート31、32から樹脂50を注入することにより樹脂50にて半導体装置40を封止するようにした樹脂封止型半導体装置の製造方法において、金型10として、個々の注入ゲート31、32の間に位置するキャビティ21、22の内壁面に、樹脂50の流れを案内する形状をなす凸部60が形成されたものを用いる。

概要

背景

一般に、樹脂封止型半導体装置は、リードフレームアイランド部にICチップを搭載し、ICチップとリードフレームのリードとをワイヤボンディングにより結線一体化した半導体装置を、樹脂にて包み込むように封止してなる。

具体的には、上記半導体装置を金型キャビティ内に設置した後、注入ゲートから該キャビティ内に溶融樹脂注入充填し、硬化させるという樹脂封止工程(トランスファモールド)を行うことにより、樹脂封止型半導体装置を製造することができる。

この樹脂封止工程の一般的な例を図3(a)、(b)に示す。図3において、(a)は下型に半導体装置を設置した状態での概略上面図、(b)は(a)中のB−B概略断面図である。

この図3に示す例は、生産性の向上と溶融して流動する樹脂の圧力損失を小さくするために、金型(型装置)100として、カル樹脂溜まり)14から延びたランナー15の先端に直列複数個のキャビティ21、22を接続した構造のものを用いている。このような金型を用いた方法としては、例えば特開昭62−122136号公報に記載のものがある。

金型100は、上型102と下型101とを合致させたものであり、各キャビティ21、22内には、アイランド部42に搭載されたICチップ41とリード43とがワイヤボンディングにより形成された金線44を介してを結線されてなる半導体装置40が配置される。

そして、図3(b)に示すように、樹脂ポット13内の溶融状態の樹脂50がプランジャー13aによりカル14押し出され、ランナー15から第1注入ゲート31、導出ゲート33、第2注入ゲート32を流れることにより、各キャビティ21、22が樹脂50にて充填される。

しかしながら、この図3に示すような構造の金型では、充填中に樹脂50が硬化し、粘度の大きくなった樹脂50が金線(ボンディングワイヤ)44を変形させる。特に、溶融粘度の高い樹脂や、ゲル化時間の短い樹脂では、ワイヤ44同士が接触しショート不良になる問題がしばしばある。

このような問題を抑制するとともに、充填効率を向上するために、例えば、特開平2−297946号公報や特開2000−58573号公報には、注入ゲートを複数にした型装置を用いた複数注入ゲート方法が提案されている。

上記図3に示す金型100は、一つのキャビティ21、22に対して一つの注入ゲート31しか設けていない単一ゲートタイプであるが、複数注入ゲート方法では、一つのキャビティに対して複数個の注入ゲートが設けられた複数ゲートタイプの金型を用いる。

例えば、図4に示すように、一つのキャビティ21に対して2個の注入ゲート31を設けた金型を用いれば、上記単一ゲートタイプの金型に対して、充填量を変えずに樹脂50の流速を1/2程度にすることが可能である。そのため、ワイヤ流れを小さくでき、結果、ワイヤの変形やワイヤ間のショート不良を低減することができる。

概要

複数ゲートタイプの金型を用いて樹脂封止型半導体装置における樹脂封止を行うにあたって、樹脂中におけるボイドの発生を極力抑制できるようにする。

一つのキャビティ21、22に対して複数個の注入ゲート31、32が設けられた金型10を用い、キャビティ21、22内に半導体装置40を設置し、複数個の注入ゲート31、32から樹脂50を注入することにより樹脂50にて半導体装置40を封止するようにした樹脂封止型半導体装置の製造方法において、金型10として、個々の注入ゲート31、32の間に位置するキャビティ21、22の内壁面に、樹脂50の流れを案内する形状をなす凸部60が形成されたものを用いる。

目的

そこで、本発明は上記問題に鑑み、複数ゲートタイプの型装置を用いて樹脂封止型半導体装置における樹脂封止を行うにあたって、樹脂中におけるボイドの発生を極力抑制できるようにすることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

キャビティ(21、22)に対して複数個注入ゲート(31、32)が設けられた型装置(10)を用い、前記キャビティ内に半導体装置(40)を設置し、前記複数個の注入ゲートから樹脂注入することにより前記樹脂にて前記半導体装置を封止するようにした樹脂封止型半導体装置の製造方法において、前記型装置として、個々の前記注入ゲートの間に位置する前記キャビティの内壁面に、前記樹脂の流れを案内する形状をなす凸部(60)が形成されたものを用いることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。

請求項2

前記型装置(10)として、前記キャビティ(21、22)に対して前記樹脂を導出するための複数個の導出ゲート(33、34)が設けられるとともに、個々の前記導出ゲートの間に位置する前記キャビティの内壁面にも前記凸部(60)が形成されたものを用いることを特徴とする請求項1に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。

請求項3

前記型装置(10)として、前記キャビティ(21、22)を複数個有するとともに、これら複数個の前記キャビティが前記複数個の注入ゲート(32)および前記複数個の導出ゲート(33)により直列に接続されたものを用いることを特徴とする請求項2に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。

請求項4

前記複数個のキャビティ(21、22)の全てにおいて、前記凸部(60)が形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。

請求項5

樹脂封止型半導体装置における樹脂封止工程に適用され、半導体装置が設置されるキャビティ(21、22)と、このキャビティへ樹脂を注入するための複数個の注入ゲート(31、32)とを備える型装置において、前記個々の前記注入ゲートの間に位置する前記キャビティの内壁面には、前記樹脂の流れを案内する形状をなす凸部(60)が形成されていることを特徴とする型装置。

請求項6

前記キャビティ(21、22)には、前記樹脂を導出するための複数個の導出ゲート(33、34)が備えられており、個々の前記導出ゲートの間に位置する前記キャビティの内壁面にも前記凸部(60)が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の型装置。

請求項7

前記キャビティ(21、22)が複数個備えられており、これら複数個の前記キャビティが前記複数個の注入ゲート(32)および前記複数個の導出ゲート(33)により直列に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の型装置。

請求項8

前記複数個のキャビティ(21、22)の全てにおいて、前記凸部(60)が形成されていることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか一つに記載の型装置。

技術分野

0001

本発明は、半導体装置樹脂封止してなる樹脂封止型半導体装置の製造方法および当該製造方法において樹脂封止工程に適用される型装置に関する。

背景技術

0002

一般に、樹脂封止型半導体装置は、リードフレームアイランド部にICチップを搭載し、ICチップとリードフレームのリードとをワイヤボンディングにより結線一体化した半導体装置を、樹脂にて包み込むように封止してなる。

0003

具体的には、上記半導体装置を金型キャビティ内に設置した後、注入ゲートから該キャビティ内に溶融樹脂注入充填し、硬化させるという樹脂封止工程(トランスファモールド)を行うことにより、樹脂封止型半導体装置を製造することができる。

0004

この樹脂封止工程の一般的な例を図3(a)、(b)に示す。図3において、(a)は下型に半導体装置を設置した状態での概略上面図、(b)は(a)中のB−B概略断面図である。

0005

この図3に示す例は、生産性の向上と溶融して流動する樹脂の圧力損失を小さくするために、金型(型装置)100として、カル樹脂溜まり)14から延びたランナー15の先端に直列複数個のキャビティ21、22を接続した構造のものを用いている。このような金型を用いた方法としては、例えば特開昭62−122136号公報に記載のものがある。

0006

金型100は、上型102と下型101とを合致させたものであり、各キャビティ21、22内には、アイランド部42に搭載されたICチップ41とリード43とがワイヤボンディングにより形成された金線44を介してを結線されてなる半導体装置40が配置される。

0007

そして、図3(b)に示すように、樹脂ポット13内の溶融状態の樹脂50がプランジャー13aによりカル14押し出され、ランナー15から第1注入ゲート31、導出ゲート33、第2注入ゲート32を流れることにより、各キャビティ21、22が樹脂50にて充填される。

0008

しかしながら、この図3に示すような構造の金型では、充填中に樹脂50が硬化し、粘度の大きくなった樹脂50が金線(ボンディングワイヤ)44を変形させる。特に、溶融粘度の高い樹脂や、ゲル化時間の短い樹脂では、ワイヤ44同士が接触しショート不良になる問題がしばしばある。

0009

このような問題を抑制するとともに、充填効率を向上するために、例えば、特開平2−297946号公報や特開2000−58573号公報には、注入ゲートを複数にした型装置を用いた複数注入ゲート方法が提案されている。

0010

上記図3に示す金型100は、一つのキャビティ21、22に対して一つの注入ゲート31しか設けていない単一ゲートタイプであるが、複数注入ゲート方法では、一つのキャビティに対して複数個の注入ゲートが設けられた複数ゲートタイプの金型を用いる。

0011

例えば、図4に示すように、一つのキャビティ21に対して2個の注入ゲート31を設けた金型を用いれば、上記単一ゲートタイプの金型に対して、充填量を変えずに樹脂50の流速を1/2程度にすることが可能である。そのため、ワイヤ流れを小さくでき、結果、ワイヤの変形やワイヤ間のショート不良を低減することができる。

発明が解決しようとする課題

0012

しかしながら、上記複数ゲートタイプの金型では、図4の(a)、(b)、(c)の順に、破線パターンにて示すように樹脂50は充填されていくが、これからわかるように、樹脂50の合流点にて巻き込みのボイドが発生しやすい。とりわけ、本発明者等の検討によれば、図4(b)、(c)に示す注入ゲート31間の中央部250は、樹脂50の流れが淀むので空気泡が抜けにくく、ボイドが発生しやすいことがわかった。

0013

できあがった樹脂封止型半導体装置において、このようなボイドが樹脂中に存在すると、ボイド部分から亀裂等が発生しやすく、装置の信頼性等に悪影響を与えることになる。

0014

そこで、本発明は上記問題に鑑み、複数ゲートタイプの型装置を用いて樹脂封止型半導体装置における樹脂封止を行うにあたって、樹脂中におけるボイドの発生を極力抑制できるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0015

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、キャビティ(21、22)に対して複数個の注入ゲート(31、32)が設けられた型装置(10)を用い、キャビティ内に半導体装置(40)を設置し、複数個の注入ゲートから樹脂を注入することにより樹脂にて半導体装置を封止するようにした樹脂封止型半導体装置の製造方法において、型装置として、個々の注入ゲートの間に位置するキャビティの内壁面に、樹脂の流れを案内する形状をなす凸部(60)が形成されたものを用いることを特徴とする。

0016

それによれば、個々の注入ゲートの間に位置するキャビティの内壁面に、樹脂の流れを案内する形状をなす凸部が形成されているため、樹脂の流れが淀んでボイドが発生しやすい注入ゲートの間において樹脂の流れをスムーズにできることから、樹脂中におけるボイドの発生を極力抑制することができる。

0017

また、請求項2に記載の発明では、型装置(10)として、キャビティ(21、22)に対して樹脂を導出するための複数個の導出ゲート(33、34)が設けられるとともに、個々の導出ゲートの間に位置するキャビティの内壁面にも凸部(60)が形成されたものを用いることを特徴とする。

0018

キャビティにおいては、注入ゲートとともに導出ゲートも複数設けられる場合、樹脂の入口側すなわち注入ゲート側に比べればボイド発生の可能性は少ないが、出口側である導出ゲートの間においても、同様にボイドが発生する恐れがある。

0019

その点、本発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、出口側である導出ゲートの間においてもボイドの発生を極力抑制できる。

0020

また、請求項3に記載の発明では、請求項2の製造方法において、型装置(10)として、キャビティ(21、22)を複数個有するとともに、これら複数個のキャビティが複数個の注入ゲート(32)および複数個の導出ゲート(33)により直列に接続されたものを用いることを特徴とする。

0021

それによれば、上記請求項2の発明の効果を奏しつつ、複数個のキャビティが直列接続された型装置を用いることとなり、生産性の向上および流動する樹脂の圧力損失の低減が図れる。

0022

また、請求項4に記載の発明では、請求項1〜請求項3の製造方法において、複数個のキャビティ(21、22)の全てにおいて、凸部(60)が形成されていることを特徴とする。

0023

型装置において、キャビティが複数個設けられている場合には、問題となるボイドが比較的発生しやすいキャビティのみに上記凸部を設けるようにしても良い。しかし、全てのキャビティに上記凸部を設ければ、各キャビティにて製造される樹脂封止型半導体装置の全てにおいて、樹脂中におけるボイドの発生を極力抑制することができ、好ましい。

0024

また、請求項5に記載の発明では、樹脂封止型半導体装置における樹脂封止工程に適用され、半導体装置が設置されるキャビティ(21、22)と、このキャビティへ樹脂を注入するための複数個の注入ゲート(31、32)とを備える型装置において、個々の注入ゲートの間に位置するキャビティの内壁面には、樹脂の流れを案内する形状をなす凸部(60)が形成されていることを特徴とする。

0025

本発明の型装置は、請求項1に記載の製造方法に用いて適切なものであり、その効果は請求項1と同様である。

0026

また、請求項6に記載の発明では、キャビティ(21、22)には、樹脂を導出するための複数個の導出ゲート(33、34)が備えられており、個々の導出ゲートの間に位置するキャビティの内壁面にも凸部(60)が形成されていることを特徴とする。

0027

本発明の型装置は、請求項2に記載の製造方法に用いて適切なものであり、その効果は請求項2と同様である。

0028

また、請求項7に記載の発明では、請求項6に記載の型装置において、キャビティ(21、22)が複数個備えられており、これら複数個のキャビティの間が複数個の注入ゲート(32)および複数個の導出ゲート(33)により接続されていることを特徴とする。

0029

本発明の型装置は、請求項3に記載の製造方法に用いて適切なものであり、その効果は請求項3と同様である。

0030

また、請求項8に記載の発明では、請求項5〜請求項7に記載の型装置において、複数個のキャビティ(21、22)の全てにおいて、凸部(60)が形成されていることを特徴とする。

0031

本発明の型装置は、請求項4に記載の製造方法に用いて適切なものであり、その効果は請求項4と同様である。

0032

なお、上記各手段の括弧内の符号は、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一例である。

発明を実施するための最良の形態

0033

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造方法における樹脂封止工程を説明する説明図である。

0034

図1において、(a)は型装置としての金型10の下型11に半導体装置40を設置した状態を示す平面図、(b)は金型10の上型12と下型11を閉じた状態を(a)中のA−A概略断面にて示す図、(c)は(b)において樹脂50を第1キャビティ21まで充填した状態を示す図である。

0035

[金型の構成]まず、図1を参照して、金型10の構成について述べる。この金型10は、上下の型11、12を切削加工等により形成し、上下の型11、12を合致可能としたものである。

0036

この金型10は、一般のトランスファモールドと同様、樹脂ポット13から注入されて軟化した樹脂50が加圧されてカル14に溜まり、ランナー15、第1注入ゲート31を通って第1キャビティ21に入り、第1導出ゲート33から導出され第2注入ゲート32を通って第2キャビティ22に入り、さらに、第2導出ゲート34から導出されるようになっている。

0037

このように、本実施形態の金型10においては、2個のキャビティすなわち第1キャビティ21と第2キャビティ22とが、第1導出ゲート33および第2注入ゲート32を介して直列に接続されている。それにより、生産性の向上および流動する樹脂50の圧力損失の低減が図れる。なお、3個以上のキャビティを同様に直列に接続しても良いことは勿論である。

0038

また本実施形態の金型10においては、、一つのキャビティ21、22に対して複数個の注入ゲート31、32が設けられている。矩形状の第1キャビティ21に対しては、樹脂流れ上流側の両コーナーに各1箇所ずつ計2個の第1注入ゲート31が設けられ、矩形状の第2キャビティ22に対しては、樹脂流れ上流側の両コーナーに各1箇所ずつ計2個の第2注入ゲート32が設けられている。

0039

また、本実施形態の金型10においては、一つのキャビティ21、22に対して複数個の導出ゲート33、34が設けられている。矩形状の第1キャビティ21に対しては、樹脂流れ下流側の両コーナーに各1箇所ずつ計2個の第1導出ゲート33が設けられ、矩形状の第2キャビティ22に対しては、樹脂流れ下流側の両コーナーに各1箇所ずつ計2個の第2導出ゲート34が設けられている。

0040

このような金型10によれば、複数ゲートタイプの金型のメリットとして上述したように、ワイヤ流れを小さくでき、結果、ワイヤの変形やワイヤ間のショート不良を低減することができるようになっている。

0041

また、図1(a)に示す例では、第1注入ゲート31、第1導出ゲート33、第2注入ゲート32、第2導出ゲート34はほぼ同一直線上に位置し、互いにオフセットされていない。これにより、第1キャビティ21と第2キャビティ22との間で樹脂50の充填状態を均一化できるようになっている。

0042

さらに、本実施形態の金型10においては、個々のキャビティ21、22の全てにおいて、2個の注入ゲート31、32の間に位置するキャビティ21、22の内壁面に、樹脂50の流れを案内する形状をなす凸部60が形成されている。この凸部60は、図1(b)に示すように、上型12、下型11の各々に形成されている。

0043

また、この凸部60は、個々のキャビティ21、22の全てにおいて、2個の導出ゲート33、34の間に位置するキャビティ21、22の内壁面にも形成されている。

0044

これら凸部60の形状は、図1(a)に示す例では、突出先端部に行くに連れ先細形状となっており、それによって、2個の注入ゲート間または2個の導出ゲート間における樹脂50の流れが案内され、スムーズな流れを実現するようになっている。なお、凸部60の形状は、樹脂50の流れをスムーズに案内する形状であれば良く、図示例に限定されるものではない。

0045

また、この凸部60の大きさは、封止する半導体装置40のサイズ、流動する樹脂50の粘度、ゲート間の距離(ピッチ)等の要因に応じて決める。これら要因により、ゲート間に発生するボイドの大きさも決まってくるが、凸部60の大きさは、ボイドの大きさよりも大きくする。

0046

[樹脂封止型半導体装置の製造方法]次に、本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法について述べる。まず、リードフレームのアイランド部42にICチップ41を搭載し、ワイヤボンディングを行うことでICチップ41とリードフレームのリード43とを金線44により結線することにより、半導体装置40を形成する。

0047

次に、図1(a)に示すように、下型11の各キャビティ31、32に半導体装置40を設置する。なお、各半導体装置40のアイランド部42およびリード43は、図示しないが、リードフレームの枠部やタイバー等により一体に連結されている。次に、図1(b)に示すように、下型11と上型12とを合致させて閉じる。

0048

そして、図1(c)に示すように、樹脂封止工程を行う。金型10の外周にヒータ等を設けることにより、金型10を樹脂50の溶融温度以上に加熱する。用いられる樹脂50としては、例えば、クレゾールノボラック骨格を有するエポキシ系樹脂ビフェニル骨格を有するエポキシ系樹脂等が挙げられる。

0049

次に、図1(c)に示すように、プランジャー13aを用いて樹脂ポット13から溶融状態にある樹脂50を加圧することで、当該樹脂50をカル14に溜め、ここからランナー15、第1注入ゲート31を通って第1キャビティ21に充填する。

0050

さらに、加圧を続けると、溶融状態の樹脂50は、第1キャビティ21から第1導出ゲート33を介して導出され、第2注入ゲート32を通って第2キャビティ22に充填され、さらに、第2導出ゲート34から導出される。そして、樹脂50の硬化を行った後、半導体装置40を金型10から取り出し、リードフレームの枠部やタイバーの分断等を行うことで樹脂封止型半導体装置が製造される。

0051

ところで、本実施形態では、凸部60の作用により、2個の注入ゲート間または2個の導出ゲート間における樹脂50の流れは、スムーズな流れを実現する。図2は、凸部60に沿った樹脂50の流れを模式的に示す図であり、樹脂50の流れは破線にて示している。

0052

樹脂50は、図2の(a)→(b)→(c)の順に示すように流れる。そのため、従来では、樹脂50の流れが淀んでボイドが発生しやすい部分であった注入ゲート31、32の間において、凸部60により樹脂50の流れをスムーズにできることから、樹脂50中におけるボイドの発生を極力抑制することができる。

0053

また、注入ゲート31、32側に比べればボイド発生の可能性が比較的少ない導出ゲート33、34の間においても、凸部60により樹脂50の流れをスムーズにできることから、樹脂50中におけるボイドの発生を極力抑制することができる。

0054

また、本実施形態では、複数個のキャビティ21、22の全てにおいて、上記凸部60を設けているため、各キャビティ21、22にて製造される樹脂封止型半導体装置の全てにおいて、樹脂50中におけるボイドの発生を極力抑制することができ、好ましい。

0055

(他の実施形態)なお、上記実施形態では、金型は直列接続された複数個のキャビティを備えていたが、金型としては、一つのキャビティに対して複数個の注入ゲートが設けられたものであれば良く、キャビティは1個でも良い。また、一つのキャビティに対して3個以上の注入ゲート、3個以上の導出ゲートが設けられていても良い。

0056

また、上記実施形態のように、全てのキャビティにおいて注入ゲート間および導出ゲート間に凸部60を設けなくとも良く、ボイドの発生確率の比較的高い部分にのみ凸部60を設けても良い。つまり、最低限1個のキャビティにて、2個の注入ゲート間に凸部60が形成されたものであっても良い。また、2個の導出ゲート間には凸部60が無いものであっても良い。

図面の簡単な説明

0057

図1本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造方法における樹脂封止工程を説明する説明図である。
図2凸部に沿った樹脂の流れを模式的に示す図である。
図3従来の一般的な樹脂封止工程を説明する説明図である。
図4従来の複数ゲートタイプの金型における樹脂の流れを模式的に示す図である。

--

0058

10…金型、21…第1キャビティ、22…第2キャビティ、31…第1注入ゲート、32…第2注入ゲート、33…第1導出ゲート、34…第2導出ゲート、40…半導体装置、60…凸部。

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