特許第6474939号(P6474939)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6474939
(24)【登録日】2019年2月8日
(45)【発行日】2019年2月27日
(54)【発明の名称】電子装置及び接続子
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/48 20060101AFI20190218BHJP
   H01L 21/60 20060101ALI20190218BHJP
【FI】
   H01L23/48 S
   H01L21/60 321E
【請求項の数】8
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2018-506352(P2018-506352)
(86)(22)【出願日】2017年2月20日
(86)【国際出願番号】JP2017006026
(87)【国際公開番号】WO2018150556
(87)【国際公開日】20180823
【審査請求日】2018年2月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002037
【氏名又は名称】新電元工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】230104019
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 聖二
(74)【代理人】
【識別番号】230117802
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 浩之
(72)【発明者】
【氏名】梅田 宗一郎
(72)【発明者】
【氏名】森永 雄司
【審査官】 木下 直哉
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2012/127696(WO,A1)
【文献】 実開昭63−170961(JP,U)
【文献】 国際公開第2016/084483(WO,A1)
【文献】 特開2003−78093(JP,A)
【文献】 特開平2−126659(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 23/48−23/50
H01L 25/00−25/18
H01L 21/60−21/607
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
封止部と、
前記封止部内に設けられた電子素子と、
前記封止部から外方に突出する第一端子と、
前記電子素子のおもて面に導電性接着剤を介して接続されるヘッド部及び前記第一端子に導体層を介して接続される基端部を有する接続子と、
を備え、
前記ヘッド部及び前記基端部は1つだけ設けられ、
前記ヘッド部は、前記電子素子側に突出する第二凸部と、前記第二凸部から前記電子素子側に突出する一つの第一凸部を有し、
前記第一凸部は先端側において縦断面形状が半球又は円弧となった半球形状部を有し、
前記第一凸部は、前記導電性接着剤に対して沈み込み、前記電子素子の前記おもて面に点で接触し、
前記基端部は、複数の突出部又は支持面を有し、
前記基端部の幅方向の中心と前記ヘッド部の幅方向の中心とを結んだ直線を第一方向とした場合に、前記基端部の前記第一方向に沿った長さは前記第二凸部の前記第一方向に沿った長さよりも短く、かつ前記第一凸部の前記第一方向に沿った長さよりも長くなり、
前記基端部の裏面側端部は前記第一凸部の裏面側端部よりも裏面側に位置することを特徴とする電子装置。
【請求項2】
前記基端部は、前記導体層に導電性接着剤を介して接続され、
前記基端部は、前記支持面と、前記支持面の周縁に設けられた凹部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
【請求項3】
前記基端部は、おもて面側に曲がって延びた屈曲部を有し、
前記凹部は、少なくとも前記屈曲部までおもて面側に延びていることを特徴とする請求項2に記載の電子装置。
【請求項4】
前記第一凸部は、前記第二凸部から前記電子素子側に突出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子装置。
【請求項5】
前記基端部は前記支持面を有し、
前記基端部の幅方向の中心と前記ヘッド部の幅方向の中心とを結んだ直線を第一方向とした場合に、前記支持面の前記第一方向に沿った長さは前記第二凸部の前記第一方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項1乃至4に記載の電子装置。
【請求項6】
前記第一凸部は、前記ヘッド部の幅方向の中心に位置付けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子装置。
【請求項7】
封止部と、
前記封止部内に設けられた電子素子と、
前記封止部から外方に突出する第一端子と、
前記電子素子のおもて面に導電性接着剤を介して接続されるヘッド部及び前記第一端子に導体層を介して接続される基端部を有する接続子と、
を備え、
前記ヘッド部は、前記電子素子側に突出する一つの第一凸部を有し、
前記第一凸部は、前記導電性接着剤に対して沈み込み、前記電子素子の前記おもて面に点で接触し、
前記基端部は、複数の突出部又は支持面を有し、
前記第一凸部は、その根元側に位置し、縦断面形状が直線となった直線部と、前記直線部の先端側に位置し、縦断面形状が半球又は円弧となった半球形状部と、を有することを特徴とする電子装置。
【請求項8】
封止部と、前記封止部内に設けられた電子素子と、前記封止部から外方に突出する第一端子と、を有する電子装置に用いられる接続子であって、
前記電子素子のおもて面に導電性接着剤を介して接続されるヘッド部と、
前記第一端子に導体層を介して接続される基端部と、
を備え、
前記ヘッド部及び前記基端部は1つだけ設けられ、
前記ヘッド部は、前記電子素子側に突出する第二凸部と、前記第二凸部から前記電子素子側に突出する一つの第一凸部を有し、
前記第一凸部は先端側において縦断面形状が半球又は円弧となった半球形状部を有し、
前記第一凸部は、前記導電性接着剤に対して沈み込み、前記電子素子の前記おもて面に点で接触するようになっており、
前記基端部は、前記導体層に接触する複数の突出部又は前記導体層に接触する支持面を有し、
前記基端部の幅方向の中心と前記ヘッド部の幅方向の中心とを結んだ直線を第一方向とした場合に、前記基端部の前記第一方向に沿った長さは前記第二凸部の前記第一方向に沿った長さよりも短く、かつ前記第一凸部の前記第一方向に沿った長さよりも長くなり、
前記基端部の裏面側端部は前記第一凸部の裏面側端部よりも裏面側に位置することを特徴とする接続子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子装置及び接続子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、半導体素子を基板の導体層上に載置し、当該半導体素子のおもて面と端子とをはんだ等の導電性接着剤を介して接続子で接続することが知られている(特開2015−12065号)。大容量の電流を半導体装置内に流す場合には接続子の大きさが大きくなる。このように大きな接続子を用いた場合には、導電性接着剤に対して接続子が沈み込み、ヘッド部側で接続子と半導体素子とが接触することがあるが、信頼性を高めるためには、はんだ等の導電性接着剤の厚みを確保する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明は、このような点に鑑み、接続子のヘッド部が導電性接着剤に対して沈み込むような場合であっても、ヘッド部側での導電性接着剤の厚みを確保しつつバランスを崩すことを防止できる信頼性の高い電子装置と、このような電子装置に用いられる接続子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一例による電子装置は、
封止部と、
前記封止部内に設けられた電子素子と、
前記封止部から外方に突出する第一端子と、
前記電子素子のおもて面に導電性接着剤を介して接続されるヘッド部及び前記第一端子に導体層を介して接続される基端部を有する接続子と、
を備え、
前記ヘッド部が、前記電子素子側に突出する一つの第一凸部を有し、
前記第一凸部が、前記導電性接着剤に対して沈み込み、前記電子素子の前記おもて面に点で接触し、
前記基端部が、複数の突出部又は支持面を有する。
【0005】
本発明の一例による電子装置において、
前記基端部は、前記導体層に導電性接着剤を介して接続され、
前記基端部は、前記支持面と、前記支持面の周縁に設けられた凹部と、を有してもよい。
【0006】
本発明の一例による電子装置において、
前記基端部は、おもて面側に曲がって延びた屈曲部を有し、
前記凹部は、少なくとも前記屈曲部までおもて面側に延びてもよい。
【0007】
本発明の一例による電子装置において、
前記ヘッド部は、前記電子素子側に突出する第二凸部を有し、
前記第一凸部は、前記第二凸部から前記電子素子側に突出してもよい。
【0008】
本発明の一例による電子装置において、
前記基端部は前記支持面を有し、
前記基端部の幅方向の中心と前記ヘッド部の幅方向の中心とを結んだ直線を第一方向とした場合に、前記支持面の前記第一方向に沿った長さは前記第二凸部の前記第一方向に沿った長さよりも短くてもよい。
【0009】
本発明の一例による電子装置において、
前記第一凸部は、前記ヘッド部の幅方向の中心に位置付けられてもよい。
【0010】
本発明の一例による電子装置において、
前記第一凸部は、その根元側に位置し、縦断面形状が直線となった直線部と、前記直線部の先端側に位置し、縦断面形状が半球又は円弧となった半球形状部と、を有してもよい。
【0011】
本発明の一例による接続子は、
封止部と、前記封止部内に設けられた電子素子と、前記封止部から外方に突出する第一端子と、を有する電子装置に用いられる接続子であって、
前記電子素子のおもて面に導電性接着剤を介して接続されるヘッド部と、
前記第一端子に導体層を介して接続される基端部と、
を備え、
前記ヘッド部は、前記電子素子側に突出する一つの第一凸部を有し、
前記第一凸部は、前記導電性接着剤に対して沈み込み、前記電子素子の前記おもて面に点で接触するようになっており、
前記基端部は、前記導体層に接触する複数の突出部又は前記導体層に接触する支持面を有する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、接続子の重さによってヘッド部が導電性接着剤に対して沈み込む場合であっても、電子素子のおもて面に点で接触する一つの第一凸部が設けられ、かつ、基端部が複数の突出部又は支持面を有している。このため、ヘッド部側での導電性接着剤の厚みを確保しつつバランスを崩すことを防止できる信頼性の高い電子装置と、このような電子装置に用いられる接続子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1図1は、本発明の第1の実施の形態による半導体装置の斜視図である。
図2図2は、本発明の第1の実施の形態による半導体装置において、封止部を除去した態様を示した斜視図である。
図3図3は、図2において、接続子の近辺を拡大した側方図である。
図4図4は、本発明の第1の実施の形態で用いられる接続子を示した側方図である。
図5図5は、本発明の第1の実施の形態で用いられる接続子を示した底面図である。
図6図6は、本発明の第1の実施の形態で用いられる第一凸部の一態様を示した側方図である。
図7図7は、本発明の第1の実施の形態で用いられる第一凸部の別の態様を示した側方図である。
図8図8は、ヘッド部の一変形例を示した底面図である。
図9図9は、ヘッド部の別の変形例を示した底面図である。
図10図10は、本発明の第1の実施の形態で用いられる接続子の変形例を示した底面図である。
図11図11は、本発明の第1の実施の形態で用いられる接続子の第一凸部が導電性接着剤に沈み込んで半導体素子に接触する態様を示した側方図である。
図12図12は、本発明の第1の実施の形態の変形例で用いられる接続子の第一凸部が導電性接着剤に沈み込んで半導体素子に接触する態様を示した側方図である。
図13図13は、本発明の第2の実施の形態で用いられる接続子の基端部を示した底面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
第1の実施の形態
《構成》
図2に示すように、本実施の形態の電子装置の一例である半導体装置は、例えば絶縁性材料からなる基板5と、基板5上に設けられ、銅等からなる導体層70と、を有してもよい。基板5の裏面には、銅等からなる放熱板79(図3参照)が設けられてもよい。図2に示すように、半導体装置は、封止樹脂等からなる封止部90(図1参照)と、封止部90内に設けられた半導体素子95と、封止部90から外方に突出する第一主端子11と、封止部90から外方に突出する第二主端子12と、を有してもよい。図3に示すように、半導体装置は、半導体素子95のおもて面にはんだ等の導電性接着剤75を介して接続されるヘッド部40及び第一主端子11に導体層70を介して接続される基端部45を有する接続子51を有してもよい。
【0015】
本実施の形態では、電子装置として半導体装置を用い、電子素子として半導体素子95を用いて説明するが、これに限られるものではなく、特に「半導体」である必要はない。
【0016】
図2に示す態様では、導体層70に第二主端子12が接続され、第二主端子12は半導体素子95の裏面と導体層70を介して接続されている。第二主端子12の導体層70との接続箇所の周縁には、はんだ等の導電性接着剤が流れ出るのを防止するためのレジスト(図示せず)が設けられてもよい。半導体素子95の裏面と導体層70とは、はんだ等の導電性接着剤を介して接続されてもよい。
【0017】
図5に示すように、ヘッド部40は、半導体素子95側に突出する一つの第一凸部41を有している。第一凸部41は、導電性接着剤75に対して沈み込み、半導体素子95のおもて面に点で接触する(図11及び図12参照)。基端部45は、導体層70に接触する又は導体層70上の導電性接着剤75に設けられる支持面46を有してもよい。なお、本実施の形態における「点」は一定の面積を有していてもよく、第一凸部41が半導体素子95のおもて面に点で接触するとは、第一凸部41のうち、最も半導体素子95のおもて面側の部分が半導体素子95のおもて面に接触することを意味している。
【0018】
図2に示す半導体素子95は、第一主端子11におもて面が電気的に接続され、第二主端子12に裏面が電気的に接続されている。本実施の形態では、封止部90から外方に突出し、ソース側のセンシングのために用いられるおもて面側のセンシング端子13(以下「おもて面側センシング端子13」という。)が設けられている。本実施の形態では、第一端子として主電流が流れる第一主端子11を用いて説明し、第二端子として主電流が流れるおもて面側センシング端子13を用いて説明するが、これに限られることはない。第一端子に主電流が流れない態様を採用することもできるし、第二端子がセンシングために用いられない態様を用いることもできる。おもて面側センシング端子13は図示しないワイヤ等によって、基端部45に電気的に接続されている。
【0019】
図4及び図5に示すように、基端部45は、支持面46と、支持面46の周縁に設けられた凹部47と、を有してもよい。凹部47は、支持面46の全体を取り囲むように設けられてもよいが、図5に示すように、支持面46のうち、基端側の3辺を連続的に取り囲むようにして形成されてもよい。また、凹部47は、支持面46を連続的にではなく断続的に取り囲むように形成されてもよい。また、基端部45はおもて面側(図3の上方側)に曲がって延びた屈曲部48を有してもよい。凹部47は、支持面46からおもて面側に延びた屈曲部48に沿っておもて面側に延びてもよい。このように凹部47が屈曲部48に沿っておもて面側に延びている態様を採用した場合には、屈曲部48に設けられた凹部47に沿って導電性接着剤を設けることができ、フェレットを形成しやすくなる点で有益である。
【0020】
ヘッド部40は、図4及び図5に示すように、半導体素子95側に突出する第二凸部42を有してもよいし、図10に示すように第二凸部42を有していなくてもよい。第一凸部41及び第二凸部42の各々が一つだけ設けられた態様となってもよいが、図8及び図9に示すように、第一凸部41及び第二凸部42の各々が複数設けられてもよい。また、図8及び図9に示すように、複数設けられた第二凸部42のうち一部では第一凸部41が設けられていない態様であってもよい。
【0021】
基端部45の幅方向(図5の上下方向)の中心とヘッド部40の幅方向の中心とを結んだ直線を第一方向(図5の左右方向)とした場合に、支持面46の第一方向に沿った長さは第二凸部42の第一方向に沿った長さよりも短くなっていてもよい(図5参照)。
【0022】
第一凸部41は、ヘッド部40の幅方向の中心に位置付けられてもよい。
【0023】
第一主端子11及び第二主端子12は、大容量の電流(例えば200A〜300A以上)が流れるパワー端子であってもよい。第一主端子11及び第二主端子12がこのようなパワー端子である場合には、接続子51に流れる電流が大きくことから、接続子51の大きさが大きくなる。このため、接続子51が導電性接着剤75に沈み込んでしまうことが起こりやすい。
【0024】
図1に示す態様では、封止部90の一方側の側面から、第二主端子12、おもて面側センシング端子13、裏面側センシング端子14及び制御端子15が外方から突出し、封止部90の他方側の側面から第一主端子11が外方に突出している。第一主端子11、第二主端子12、おもて面側センシング端子13、裏面側センシング端子14及び制御端子15はおもて面側に曲げられ、おもて面側に設けられた制御基板5と接続されるようになっている。この制御基板5は、半導体素子95を制御するために用いられるものである。
【0025】
半導体装置の封止部90内の構造は線対称となっていてもよい。一例としては、第一主端子11、第二主端子12、おもて面側センシング端子13、裏面側センシング端子14、制御端子15及び導体層70の各々が、任意の直線に対して線対称となるようにして配置されてもよい。なお、図2にはワイヤ19も示されている。
【0026】
《作用・効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果について説明する。
【0027】
本実施の形態によれば、接続子51の重さによってヘッド部40が導電性接着剤75に対して沈み込む場合であっても、半導体素子95のおもて面に点で接触する一つの第一凸部41が設けられ、かつ、基端部45が支持面46を有している。このため、ヘッド部40側での導電性接着剤75の厚みを確保しつつバランスを崩すことを防止できる。
【0028】
図5及び図10に示すように、第一凸部41が1つだけ設けられている態様を採用した場合には、第一凸部41が設けられていない箇所に導電性接着剤75を位置付けることができ、導電性接着剤75によってヘッド部40を半導体素子95に対してより確実に固定できる点で有益である。
【0029】
基端部45は、支持面46で導体層70に接触するか又は(硬化する前の)導電性接着剤75にバランスよく浮くことができる。支持面46が導体層70に接触する場合には、より確実に、接続子51のバランスが崩れることを防止できる。他方、支持面46が導電性接着剤75に浮いている場合には、導電性接着剤75が固まったときに、基端部45と導体層70とをより確実に接着できる。
【0030】
基端部45が導体層70にはんだ等の導電性接着剤75を介して接続される態様において、基端部45が、図5に示すように、支持面46と、支持面46の周縁に設けられた凹部47とを有する態様を採用した場合には、凹部47に導電性接着剤75を入れ込むことができ、導電性接着剤75によるフィレット(例えばはんだフェレット)を形成しやすくできる。このため、導電性接着剤75の量が不十分となって、導電性接着剤75が硬化した後で、ひび等が入ってしまうことを防止できる。特に支持面46が導体層70に接触するほど接続子51が重い場合には、このような凹部47を設けることで、導電性接着剤75によって基端部45と導体層70とを接着できる点で有益である。また、このような場合には、図4に示すように、凹部47が屈曲部48に沿っておもて面側に延びている態様を採用することも有益である。
【0031】
図5に示すように、ヘッド部40が半導体素子95側に突出する第二凸部42を有し、第一凸部41が第二凸部42から半導体素子95側に突出する態様を採用した場合には、第一凸部41が設けられていない箇所ではんだ等の導電性接着剤75の厚みを一定程度厚くすることができ、さらに第一凸部41及び第二凸部42が設けられていない箇所で導電性接着剤75の厚みをさらに厚くすることができる。特に接続子51の重さによってヘッド部40が導電性接着剤75に対して沈み込み、第一凸部41と半導体素子95のおもて面とが接触する態様においては、第一凸部41及び第二凸部42の厚み(高さ)を適切な値にすることで、ヘッド部40と半導体素子95のおもて面との間に適切な厚みの導電性接着剤75を設けることができる。また、第二凸部42の幅を適切な値にすることで、電流経路の幅を確保することができる。
【0032】
また、半導体素子95のおもて面に塗布できる導電性接着剤75の量や、半導体素子95のおもて面に載置できるヘッド部40の大きさに制約がある。この点、導電性接着剤75と必要な接触面積分だけの(面内方向の)大きさからなる第二凸部42を設けることで、導電性接着剤75との適切な接触面積を確保でき、導電性接着剤75の量を適切なものにすることができる。
【0033】
支持面46の第一方向に沿った長さを第二凸部42の第一方向に沿った長さよりも短くする態様を採用することで(図5参照)、基端部45の大きさを小さくすることができる。また、第一方向に沿った長さに関して、第二凸部42と比較して短くしながらも第一凸部41と比較して長くすることで、支持面46によってバランスを崩さないようにすることができる。
【0034】
第一凸部41がヘッド部40の幅方向の中心に位置付けられる態様を採用することで、ヘッド部40が幅方向で傾くことを防止できる。特に接続子51の重さによってヘッド部40が導電性接着剤75に対して沈み込み、第一凸部41と半導体素子95のおもて面とが接触する態様においては、第一凸部41を中心として幅方向でヘッド部40が傾いてしまう可能性がある。この点、この態様を採用することで、幅方向でヘッド部40が傾いてしまう可能性を低減できる。
【0035】
図6及び図7に示すように、第一凸部41が、その根元側に位置し、縦断面形状が直線となった直線部41aと、直線部41aの先端側に位置し、縦断面形状が半球又は円弧となった半球形状部41bとを有する態様を採用した場合には、半球形状部41bにおける径を小さくことができる。このため、ヘッド部40が導電性接着剤75に沈み込んで第一凸部41が半導体素子95のおもて面と接触する場合でも、より小さな面積(点)で第一凸部41と半導体素子95のおもて面とを接触させることができる。この結果、ヘッド部40と半導体素子95のおもて面との間に位置する導電性接着剤75を増やすことができ、ひいては、硬化した際に導電性接着剤75にクラックが入る等の不具合が発生することを未然に防止できる。
【0036】
図7に示すように、直線部41aとして先端に向かって幅の狭くなったテーパー状となっている態様を採用した場合には、先端側で導電性接着剤75を増やすことができる。このため、半導体素子95に近い先端側において、硬化した際に導電性接着剤75にクラックが入る等の不具合が発生することを未然に防止できる。また、先端側に向かって徐々に導電性接着剤75の量を増やすことができるので、第一凸部41の周りに均等かつ確実に導電性接着剤75を位置付けることができる。このため、接続子51の重さによってヘッド部40が導電性接着剤75に対して沈み込み、第一凸部41と半導体素子95のおもて面とが接触する態様であっても、ヘッド部40が傾いてしまう可能性を低減できる。なお、図6に示すように、直線部41aは円柱形状となっていてもよい。
【0037】
第2の実施の形態
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0038】
第1の実施の形態では、接続子51の基端部45が導体層70に接触する支持面46を有する態様を用いて説明したが、第2の実施の形態では、図13に示すように、接続子51の基端部45が導体層70に接触する複数の突出部49を有する態様となっている。
【0039】
その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同じ又は同様の部材等については同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態でも、第1の実施の形態によって実現される効果と同様の効果を得ることができる。
【0040】
つまり、本実施の形態によれば、接続子51の重さによってヘッド部40が導電性接着剤75に対して沈み込む場合であっても、半導体素子95のおもて面に点で接触する一つの第一凸部41が設けられ、かつ、基端部45が導体層70に接触する複数の突出部49を有している。このため、ヘッド部40側での導電性接着剤75の厚みを確保しつつバランスを崩すことを防止できる。
【0041】
なお、突出部49の数は2つ以上であればよい。突出部49が2つだけの場合には、基端部45の幅方向の中心を通過する直線(第一方向で延在する直線)に対して線対称又は点対象に突出部49が設けられてもよい。また、突出部49が多数設けられている場合でも、基端部45の幅方向の中心を通過する直線(第一方向で延在する直線)に対して線対称又は点対象に突出部49が設けられてもよい。
【0042】
最後になったが、上述した各実施の形態の記載、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。
【符号の説明】
【0043】
11 第一端子(第一主端子)
13 第二端子(おもて面側センシング端子)
40 ヘッド部
41 第一凸部
42 第二凸部
45 基端部
46 支持面
47 凹部
49 突出部
70 導体層
75 導電性接着剤
90 封止部
95 半導体素子(電子素子)
図1
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