JP2011165903A - 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内蔵する半導体素子の熱をより効率よく放熱板に伝達可能な半導体モジュールおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体モジュールＡ１は、表面に半導体素子２１が実装され、スルーホール１６ａを有する基板１と、基板１の裏面と対向するように配置された放熱板５と、を備えており、スルーホール１６ａに充填された充填部１７１と、充填部１７１から基板１の裏面側に膨出する膨出部１７２と、によって構成される伝熱部材１７を有しており、膨出部１７２は、ｘ方向において、充填部１７１から遠ざかるにつれて、基板１のｚ方向における厚みが減少するように形成されており、かつ、放熱板５と接している。
【選択図】 図６

Description

本発明は、発熱素子から出る熱を外部に放熱するための放熱板を備えた半導体モジュールおよびその製造方法に関する。

たとえば複数の半導体素子を内蔵し、それらの半導体素子の中に発熱量の大きい発熱素子が含まれている半導体モジュールでは、発熱素子が発する熱が他の半導体素子に悪影響を及ぼす問題があった。この問題を解決するために、発熱素子と放熱板との間にハンダなどの伝熱部材を用いて熱の移動経路を形成する手法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。図１５は、従来の半導体モジュールの一例を示している。半導体モジュールＸは、発熱素子９１を含む複数の回路部品が実装された基板９２と、鳩目を用いて基板９２に固定された放熱板９３とを備えている。発熱素子９１は、基板９２の表面に設けられた配線パターン９４と接続された外部電極９１ａ、および、実装面に形成されたグランド電極９１ｂを備えている。グランド電極９１ｂは、基板９２に形成されたスルーホール９２ａに充填された伝熱部材９５に接触している。伝熱部材９５は、スルーホール９２ａの下端から膨出しており、放熱板９３に接触している。このため、半導体モジュールＸでは、発熱素子９１の熱が伝熱部材９５を通して放熱板９３に伝わりやすくなっている。

このような半導体モジュールＸを製造する際には、基板９２と放熱板９３とを鳩目で固定した後に、基板９２の表面側にクリームハンダを塗布する。その後、基板９２および放熱板９３をリフロー炉に搬入して加熱し、クリームハンダを融解させる。このとき、基板９２の表面側に塗布されたクリームハンダの一部がスルーホール９２ａを通して基板９２と放熱板９３との隙間に流れ込み、図１５に示すような伝熱部材９５が形成される。

しかしながら、このような半導体モジュールＸでは、基板９２に塗布するクリームハンダの量が不十分であった場合に、伝熱部材９５が放熱板９３から不当に離れてしまい、熱の伝達が良好に行われない事態が起こりえる。また、基板９２の裏側に配線を設ける場合には、クリームハンダの量が多すぎると、本来離間すべき配線同士の不当な導通を招いてしまう事態も起こりえた。このような不良を防ぐためには、たとえば、クリームハンダの塗布量を正確に調整する必要があった。

特開２００４−８７５９４号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、内蔵する半導体素子の熱をより効率よく放熱板に伝達可能な半導体モジュールおよびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される半導体モジュールは、表面に半導体素子が実装され、１以上のスルーホールを有する基板と、上記基板の裏面と対向するように配置された放熱板と、を備えた半導体モジュールであって、上記１以上のスルーホールのいずれかに充填された充填部と、上記充填部から上記基板の裏面側に膨出する膨出部と、によって構成される伝熱部材を有しており、上記膨出部は、上記基板の面内方向において、上記充填部から遠ざかるにつれて、上記基板の厚み方向における厚みが減少するように形成されており、かつ、上記放熱板と接していることを特徴とする。

好ましい実施の形態においては、上記充填部が充填されている上記スルーホールは、上記基板の厚み方向視において、上記半導体素子と重なる位置に設けられている。

より好ましい実施の形態においては、上記基板は、基材と、この基材の表面に形成されており、かつ、上記半導体素子が実装された第１の表面配線パターンと、上記基材の裏面に形成され、上記充填部が充填された上記スルーホールを介して上記第１の表面配線パターンと導通する第１の裏面配線パターンと、を有しており、上記膨出部は、上記第１の裏面配線パターンの少なくとも一部を覆うように形成されている。

より好ましい実施の形態においては、上記基板は、上記基材の裏面に形成されており、上記第１の裏面配線パターンから離間した第２の裏面配線パターンを具備しており、上記第２の裏面配線パターンは、上記放熱板に対して絶縁されている。

より好ましい実施の形態においては、上記基板は、上記基材の表面に形成されており、上記第１の表面配線パターンから離間しており、かつ、上記第２の裏面配線パターンと導通する上記第２の表面配線パターンを具備している。

好ましい実施の形態においては、上記伝熱部材はハンダ材からなる。

別の好ましい実施の形態においては、上記伝熱部材は樹脂からなる。

より具体的な実施の形態においては、上記半導体素子が直流電圧変換制御素子であり、 入力用、出力用、およびグランド端子と、上記基板に搭載されており、上記直流電圧変換制御素子と上記出力用端子とに接続されたコイルと、上記基板に搭載されており、上記入力用端子と上記グランド端子とに接続された入力側コンデンサと、上記基板に搭載されており、上記出力用端子と上記グランド端子とに接続された出力側コンデンサと、を備えている。

より好ましくは、上記入力用、出力用、およびグランド端子は、同一方向に互いに平行に突出しており、上記入力用、出力用、およびグランド端子が突出する突出方向と直角である方向において、上記入力用端子、上記グランド端子、および上記出力用端子の順に配置されている。

本発明の第２の側面によって提供される半導体モジュールの製造方法は、１以上のスルーホールを有する基板の表面に半導体素子を実装する工程と、上記基板に上記半導体素子を冷却するための放熱板を取り付ける工程と、を有する半導体モジュールの製造方法であって、上記放熱板の設置を行う工程の前に、上記１以上のスルーホールのいずれかに充填された充填部と、上記充填部から上記基板の裏面側に膨出し、上記基板の面内方向において、上記充填部から遠ざかるにつれて、上記基板の厚み方向における厚みが減少するように形成された膨出部と、によって構成される伝熱部材を形成する工程を有しており、上記放熱板の設置を行う工程において、上記膨出部に接するように上記放熱板を設置することを特徴とする。

好ましい実施の形態においては、上記基板は、上記基板の厚み方向視において、上記半導体素子と重なる位置にスルーホールを有しており、上記伝熱部材を形成する工程において、上記基板の厚み方向視において、上記半導体素子と重なる位置にある上記スルーホールを充填するように上記充填部を形成する。

より好ましい実施の形態においては、上記基板は、基材と、この基材の表面に形成されており、かつ、上記半導体素子が実装される第１の表面配線パターンと、上記基材の裏面に形成されており、上記基材の厚み方向視において上記第１の表面配線パターンと重なる領域を有する第１の裏面配線パターンと、上記基材の厚み方向視において上記第１の表面配線パターンと上記第１の裏面配線パターンとの双方と重なる領域内に形成されたスルーホールと、を備えており、上記伝熱部材を形成する工程において、上記スルーホールを充填するように上記充填部を形成し、上記第１の裏面配線パターンの少なくとも一部を覆うように上記膨出部を形成する。

好ましい実施の形態においては、上記伝熱部材をハンダ材によって形成する。

より好ましい実施の形態においては、上記伝熱部材を形成する工程は、液状とされた上記ハンダ材が充填されたハンダ槽に上記基板を搬入し、上記基板の裏面に上記ハンダ材を付着させて行うフロー式のハンダ付け作業によって行われる。

別のより好ましい実施の形態においては、上記伝熱部材を形成する工程は、ペースト状とされた上記ハンダ材を塗布した後に加熱するリフロー式のハンダ付け作業によって行われる。

別の好ましい実施の形態においては、上記伝熱部材を樹脂によって形成する。

このような製造方法によれば、上記膨出部を形成した後に、上記放熱板が上記膨出部と接するように上記基板と上記放熱板とを組み合わせることになる。このため、上記放熱板は、上記伝熱部材と必ず接触することになる。従って、本発明によれば、より確実に上記放熱板と上記伝熱部材との接触を確保することが可能であり、上記半導体素子から上記放熱板への効率よい熱伝達を実現することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態における半導体モジュールを示す正面図である。 図１に示す半導体モジュールを示す背面図である。 図１に示す半導体モジュールに内蔵された基板の表面側を示す拡大図である。 図１に示す半導体モジュールに内蔵された基板の表面側の一部を透過した拡大図である。 図１に示す半導体モジュールに内蔵された基板の裏面側を示す拡大図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う拡大断面図である。 図１に示す半導体モジュールの製造方法の一工程を示す断面図である。 図７に続く工程を示す断面図である。 図８に続く工程を示す断面図である。 図９に続く工程を示す断面図である。 図１０に続く工程を示す断面図である。 図１に示す半導体モジュールの別の製造方法の一工程を示す断面図である。 図１２に続く工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における半導体モジュールを示す断面図である。 従来の半導体モジュールの一例を示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図６は、本発明の第１実施形態における半導体モジュールを示している。本実施形態の半導体モジュールＡ１は、基板１、複数の電子部品２、入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、出力用端子３Ｃ、樹脂パッケージ４、および放熱板５を備えている。半導体モジュールＡ１は、たとえば、受けた入力電圧を所望の出力電圧に変換して電子機器のデバイスに供給するためのスイッチングレギュレータとして用いられる。半導体モジュールＡ１は、たとえば幅が１３．６ｍｍ程度、入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、出力用端子３Ｃを含めない高さが２０ｍｍ程度、厚さが５．２ｍｍ程度とされている。なお、半導体モジュールＡ１の幅方向をｘ方向とし、高さ方向をｙ方向とし、厚さ方向をｚ方向とする。

基板１は、複数の電子部品２を支持するためのものであり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる基材１１にプリントによって配線が形成されたプリント基板である。基材１１の表面には図４に示す表面配線パターン１２が形成されており、裏面には図５に示す裏面配線パターン１３が形成されている。本実施形態においては、基板１は、平面視寸法が１２．８ｍｍＸ１３．５ｍｍ程度、厚さが０．８ｍｍ程度とされている。

基板１には、複数のスルーホール１５，１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成されている。各スルーホール１５は、基材１１をｚ方向に貫通しており、表面配線パターン１２および裏面配線パターン１３の双方に到達している。各スルーホール１５の内面には表面配線パターン１２および裏面配線パターン１３の双方につながるたとえば銅製のメッキが形成されている。スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、図６に示すように、基材１１をｚ方向に貫通しており、表面配線パターン１２および裏面配線パターン１３の双方に到達している。スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃの内面には表面配線パターン１２および裏面配線パターン１３の双方につながるたとえば銅製のメッキが形成されている。また、スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃには、それぞれ伝熱部材１７が充填されている。なお、本実施形態では、スルーホール１６ａ，１６ｂの半径は、１．０ｍｍ程度となっている。各スルーホール１５およびスルーホール１６ｃの半径は、０．３〜０．５ｍｍとなっている。スルーホール１５の数は適宜変更可能である。

図４に示すように、表面配線パターン１２は、互いに離間するブロック１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆを有している。また、表面配線パターン１２には、複数の電子部品２を実装するための複数のパッド１４が適所に設けられている。図３〜図５において、複数のパッド１４になお、本発明における第１の表面配線パターンに相当するのは、表面配線パターン１２のうちブロック１２Ｄであり、第２の表面配線パターンに相当するのは、ブロック１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｅ，１２Ｆである。

図５に示すように、裏面配線パターン１３は、互いに離間するブロック１３Ａ，１３Ｂを有している。ブロック１３Ａには、グランド端子３Ｂが接続されており、いわゆるグランドパターンとして機能する。ブロック１３Ａは、基板１の裏面のうち入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃ寄りの大部分を覆っている。ブロック１３Ａには、凸状部分が形成されている。この凸状部分は、入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃとは反対側に突出している。ブロック１３Ｂは、略Ｕ字状とされており、ブロック１３Ａの凸状部分と嵌合するように配置されている。なお、本発明における第１の裏面配線パターンに相当するのは、裏面配線パターン１３のうちブロック１３Ａであり、第２の裏面配線パターンに相当するのは、ブロック１３Ｂである。

表面配線パターン１２および裏面配線パターン１３は、たとえば銅製であり、厚さ５０μｍ程度となるように形成されている。

３つの伝熱部材１７は、それぞれ、スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃの内側に充填された充填部１７１と、基材１１の裏面側に膨出する膨出部１７２とで構成されている。伝熱部材１７は、たとえば、銅を含有するハンダ材により形成されている。膨出部１７２は、図６に示すように、ｘ方向において、充填部１７１から遠ざかるにつれて、ｚ方向における厚みが減少するドーム状に形成されている。この膨出部１７２は、裏面配線パターン１３のブロック１３Ａの一部を覆うように形成されている。なお、各スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃに充填された各充填部１７１に繋がる各膨出部１７２のｚ方向における厚みはいずれも０．２ｍｍとなっている。各膨出部１７２の厚みは、後述する半導体モジュールＡ１の仕様に合わせて、絶縁耐性を向上させるために基板１と放熱板５との距離が適当な値となるように設定されている。たとえば半導体モジュールＡ１に入出力する電圧の大きさを変更した場合には、各膨出部１７２の厚みは適宜調整するのが望ましい。

入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃは、いわゆるピンタイプの端子であり、図３および図４に示すように基板１に取り付けられている。本実施形態においては、入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃは、図１〜図４に示すように、ｙ方向に沿って同一の向きに突出しており、互いに平行に配置されている。より詳しくは、図３に示すように、図中左側から順に、入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、出力用端子３Ｃの順で配置されている。入力用端子３Ａは、ブロック１２Ａに接続されている。出力用端子３Ｃは、ブロック１２Ｆに接続されている。グランド端子３Ｂは、ブロック１３Ａに接続されている。

複数の電子部品２は、たとえば半導体モジュールＡ１の機能を実現するためのものであり、図３に示すように、ＩＣ２１、ヒューズ２２、コイル２３、コンデンサ２４Ａ〜２４Ｅ、および抵抗器２５Ａ〜２５Ｆを含んでいる。複数の電子部品２は、図３に示すとおりに組み込まれることにより、直流電圧変換機能を果たす回路を構成している。

ＩＣ２１は、本発明でいう半導体素子の一例であり、ＦＥＴを内蔵した１チップタイプの同期整流降圧型スイッチングレギュレータである。ＩＣ２１は、５Ｖもしくは１２Ｖの入力電圧から１．２Ｖ、１．８Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖなどの降圧出力を作製することができる。ＩＣ２１は、ブロック１２Ｄのうちグランド端子３Ｂとは反対側寄りの部分に重なるように搭載されている。ブロック１２Ｄのうちｚ方向視においてＩＣ２１と重なる領域には、スルーホール１６ａ，１６ｂが形成されている。また、ブロック１２ＤのうちＩＣ２１と重ならない領域には、５つのスルーホール１５とスルーホール１６ｃとが形成されている。このＩＣ２１は、８つの端子を有しており、各端子は、表面配線パターン１２に接続されている。

ＩＣ２１のｚ方向下面は、スルーホール１６ａ，１６ｂの双方に充填された充填部１７１と接触している。

ヒューズ２２は、過電流によってＩＣ２１が破損することを防止するためのものである。ヒューズ２２は、図３において図中左側寄りに配置されており、ブロック１２Ａとブロック１２Ｂとに跨るように搭載されている。これにより、ヒューズ２２は、入力用端子３Ａと導通している。

コイル２３は、ＩＣ２１からの出力電圧を平滑化するためのものであり、ＩＣ２１とグランド端子３Ｂとの間に配置されている。コイル２３は、表面配線パターン１２のうちＩＣ２１のコイル接続端子につながる部分とブロック１２Ｆとに跨るように搭載されており、ブロック１２Ｄのうちグランド端子３Ｂ寄りの部分に重なっている。

コンデンサ２４Ａ〜２４Ｅは、ＩＣ２１からの出力電圧を平滑化するためのものである。このうち、コンデンサ２４Ｄは、入力側コンデンサとして機能し、コンデンサ２４Ｅは、出力側コンデンサとして機能する。コンデンサ２４Ａ〜２４Ｅは、図３に示すとおりに組み込まれている。

コンデンサ２４Ｅは、ブロック１２Ｅとブロック１２Ｆとに跨るように配置されており、出力用端子３Ｃと導通している。また、コンデンサ２４Ｅは、ブロック１２Ｅ、スルーホール１５のメッキ、およびブロック１３Ａを介してグランド端子３Ｂとも導通している。コンデンサ２４Ｅは、入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃの突出方向と直角である方向においてコイル２３と並んで配置されており、出力用端子３Ｃ側に位置している。

コンデンサ２４Ｄは、ブロック１２Ｃとブロック１２Ｅとに跨るように配置されている。コンデンサ２４Ｄは、入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃの突出方向において、コンデンサ２４Ｅに隣接しており、コンデンサ２４Ｅに対して出力用端子３Ｃとは反対側に位置している。コンデンサ２４Ｄは、ブロック１２Ｃ、スルーホール１５のメッキ、ブロック１３Ｂ、ブロック１２Ｂ、ヒューズ２２、およびブロック１２Ａを介して入力用端子３Ａと導通している。また、コンデンサ２４Ｄは、ブロック１２Ｅ、スルーホール１５のメッキ、およびブロック１３Ａを介してグランド端子３Ｂとも導通している。

抵抗器２５Ａ〜２５Ｆは、電圧変換をバランスさせるための負荷であり、図３に示すとおりに組み込まれている。

これらの複数の電子部品２の中で、ＩＣ２１は比較的発熱量が大きなものとなっている。

樹脂パッケージ４は、複数の電子部品２を保護するためのものであり、たとえば黒色のエポキシ樹脂からなる。図１に示すように、樹脂パッケージ４は、半導体モジュールＡ１の正面の大部分を占めており、側方に回り込んでいる。樹脂パッケージ４には空隙部が設けられており、この空隙部に複数の電子部品２が収容されている。樹脂パッケージ４と複数の電子部品２との間には、シリコーン樹脂６が設けられている。

放熱板５は、たとえばアルミからなり、図６に示すように、基板１の裏面と対向するように設置されている。本実施形態では、放熱板５と基板１とが、比較的熱伝導に優れた接着剤７によって接合されている。図１および図２に示すように、放熱板５は、樹脂パッケージ４から入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃとはｙ方向における反対側に突出している。

図２に示すように、樹脂パッケージ４には、３つの突起４ａが形成されている。図中右側の突起４ａは、放熱板５とは重ならない位置において基板１の凹部１ａに嵌合している。図中左側の２つの突起４ａは、基板１の他の凹部１ａおよび放熱板５の凹部５ａにそれぞれ嵌合している。

半導体モジュールＡ１の仕様の一例は、以下のとおりである。入力電圧は、定格が１２Ｖで、最低が６Ｖ、最大が１４Ｖである。出力電圧は、定格が５．００Ｖ、最低が４．９０Ｖ、最大が５．１０Ｖである。出力電流は、最大５００ｍＡであり、ヒートシンクを併用する場合には、最大８００ｍＡである。ラインレギュレーションは、定格が５ｍＶ、最大が５０ｍＶ、ロードレギュレーションは、定格が１０ｍＶ、最大が５０ｍＶである。出力リップル電圧は、定格が５ｍＶ、最大が５０ｍＶである。最小起動時間は、定格が７．０ｍｓｅｃ、最短で４．０ｍｓｅｃであり、電力変換効率は、定格が８８％、最低が８３％である。

次に、図７〜図１１を参照しつつ、半導体モジュールＡ１の製造方法の一例について説明する。

まず、図７に示すように、基板１に複数の電子部品２を実装する工程を行う。この工程では、基材１１に各スルーホール１５，１６ａ，１６ｂ，１６ｃを形成し、さらに、表面配線パターン１２および裏面配線パターン１３を形成する。その後に、複数の電子部品２を表面配線パターン１２に実装する。

次に、図８および図９に示すように、伝熱部材１７を形成する工程を行う。まず、図８に示すように、基板１の裏面側からスルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃと重なる位置にハンダペースト１７Ａを塗布する工程を行う。この工程は、たとえばハンダ印刷機を用いて行うことができる。次に、基板１をリフロー炉に搬入して加熱することにより、ハンダペースト１７Ａを融解させる工程を行う。図９に示すように、融解されたハンダペースト１７Ａは、スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃを充填する充填部１７１Ａと、表面張力によりドーム状となった膨出部１７２Ｂとを有する。このとき、基材１１がハンダをはじくため、融解されたハンダペースト１７Ａの膨張部１７２Ａの広がる範囲はブロック１３Ａが形成されている範囲内となる。その後、冷却することにより、充填部１７１および膨出部１７２を有する伝熱部材１７が形成される。

次に、図１０に示すように、基板１を樹脂パッケージ４に組み付ける工程を行う。この工程では、シリコーン樹脂６の形成もあわせて行う。

次に、図１１に示すように、放熱板５を設置する工程を行う。この工程は、たとえば、放熱板５の基板１の裏面と対向する面に接着剤７を塗布した状態で、放熱板５を基板１の裏面に近づけていき、放熱板５と膨出部１７２とが接する位置で放熱板５と基板１とを固定することにより行われる。

以上の工程により図１〜図６に示す半導体モジュールＡ１を円滑に製造することが可能である。

次に、半導体モジュールＡ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、伝熱部材１７を形成した後に、膨出部１７２と接するように放熱板５を設置するため、伝熱部材１７と放熱板５とが確実に接触する。スルーホール１６ａ，１６ｂに充填された充填部１７１がＩＣ２１と接触しており、ＩＣ２１で生じた熱が伝熱部材１７を通じて効率よく放熱板５に伝達される。このため、半導体モジュールＡ１では、比較的発熱量の大きいＩＣ２１による発熱が放熱板５によって速やかに冷却される構造となっている。従って、半導体モジュールＡ１では、複数の電子部品２が熱による悪影響を受けにくくなっている。

またさらに、本実施形態ではピンタイプの入力用端子３Ａ、グランド端子３Ｂ、および出力用端子３Ｃを用いて半導体モジュールＡ１を回路に実装可能となっている。このようなピンタイプの端子を用いて実装を行う場合、一般的には、面実装行う場合と比較すると熱を放出しにくく基板に熱が溜まりやすい傾向がある。しかしながら本実施形態では、上述したように伝熱部材１７を通して放熱板５に熱が伝達される構造を備えているため、そのような問題を良好に回避することが可能である。

さらに、本実施形態によれば、スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれを充填するように３つの伝熱部材１７が設置されており、３つの膨出部１７２が放熱板５と接する。このため、放熱板５は傾斜しにくくなっており、裏面配線パターン１３のブロック１３Ａと放熱板５との間隔は一定に保たれる。従って、放熱板５が裏面配線パターン１３のブロック１３Ｂと接触しにくくなっており、ブロック１３Ａ，１３Ｂの不当な導通を防ぐことができる。このように、半導体モジュールＡ１は、基板１の裏面側に配線を設けるのに適した構造を備えている。

さらに上述した製造方法によれば、膨出部１７２は、ハンダペースト１７Ａを融解させた際に、表面張力によって自然形成され、特別な手法を必要としない。このため、上述した製造方法によれば、比較的容易に半導体モジュールＡ１を製造することが可能である。

以下、図１２および図１３を用いて、半導体モジュールＡ１の別の製造方法について説明を行う。ただし、図７〜図１１で示した半導体モジュールＡ１の製造方法と共通の工程については説明を省略する。

図１２および図１３に示す工程は、伝熱部材１７を形成する工程であり、先に示した製造方法においては図８および図９に相当する。この工程では、まず、スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃの内周面および基板１の裏面側の、ｚ方向視においてスルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃと重なる領域にフラックスを塗布する。その後に、図１２に示すように基板１をハンダ材が流れるハンダ槽Ｆに搬入し、基板１の裏面側にハンダ材を付着させる。このとき、図１３に示すように、フラックスが塗布された領域に液状のハンダ材１７Ｂが付着する。ハンダ材１７Ｂは、スルーホール１６ａ，１６ｂ，１６ｃを充填する充填部１７１Ｂと、基板１の裏面に付着する膨出部１７２Ｂとを備えている。膨出部１７２Ｂは、表面張力により中央が膨らんだドーム状の形状となる。このハンダ材１７Ｂを固化させることにより、図６に示すような伝熱部材１７が形成される。

このような製造方法によっても、円滑に半導体モジュールＡ１を製造することができる。この製造方法においても、膨出部１７２Ｂが表面張力により自然に中央が膨らんだドーム状の形状となるため、容易に伝熱部材１７の形成を行うことができる。

以下に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。

図１４には、本発明の第２実施形態における半導体モジュールＡ２を示している。半導体モジュールＡ２は、鳩目を用いて放熱板５を樹脂パッケージ４に固定している。このため、半導体モジュールＡ２では、図１４に示すように、基板１と放熱板５との間に図６に示すような接着剤７が設けられていない。

このような半導体モジュールＡ２では、基板１は、放熱板５と樹脂パッケージ４との間に挟まれることによって固定されており、膨出部１７２が放熱板５と確実に接触する構成となっている。このため、半導体モジュールＡ２では、比較的発熱量の大きいＩＣ２１による発熱が放熱板５によって速やかに冷却される構造となっている。従って、半導体モジュールＡ２では、複数の電子部品２が熱による悪影響を受けにくくなっている。

本発明に係る半導体モジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体モジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、伝熱部材１７を形成する材料として、上記実施形態ではハンダ材を用いているが、
Ａｇペーストなどの導電性の樹脂を用いても構わない。

上記実施形態では、伝熱部材１７を３箇所に形成しているが、ｚ方向視においてブロック１２Ｄ，１３Ａが重なる領域内に設けられたスルーホール１５にさらに伝熱部材１７を追加形成しても構わない。また、スルーホール１６ａ，１６ｂの一方または双方にのみ伝熱部材１７が設置されている場合も本発明の範囲内である。

またさらに、上記実施形態では、基板１に複数の電子部品２を実装した後に、ハンダペースト１７Ａを設置してリフロー炉で加熱しているが、ハンダペースト１７Ａを設置してリフロー炉で加熱した後に複数の電子部品２の実装を行ってもよい。

Ａ１，Ａ２ 半導体モジュール
１ 基板
１１ 基材
１２ 表面配線パターン
１３ 裏面配線パターン
１４ パッド
１５，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ スルーホール
１７ 伝熱部材
１７Ａ ハンダペースト
１７Ｂ ハンダ材
１７１，１７１Ｂ 充填部
１７２，１７２Ｂ 膨出部
２ 電子部品
２１ ＩＣ（半導体素子）
２２ ヒューズ
２３ コイル
２４Ａ〜２４Ｃ コンデンサ
２４Ｄ （入力側）コンデンサ
２４Ｅ （出力側）コンデンサ
２５Ａ〜２５Ｆ 抵抗器
３Ａ 入力用端子
３Ｂ グランド端子
３Ｃ 出力用端子
４ 樹脂パッケージ
５ 放熱板
６ シリコーン樹脂
７ 接着剤

Claims (16)

1. 表面に半導体素子が実装され、１以上のスルーホールを有する基板と、
   上記基板の裏面と対向するように配置された放熱板と、
   を備えた半導体モジュールであって、
   上記１以上のスルーホールのいずれかに充填された充填部と、上記充填部から上記基板の裏面側に膨出する膨出部と、によって構成される伝熱部材を有しており、
   上記膨出部は、上記基板の面内方向において、上記充填部から遠ざかるにつれて、上記基板の厚み方向における厚みが減少するように形成されており、かつ、上記放熱板と接していることを特徴とする半導体モジュール。
2. 上記充填部が充填されている上記スルーホールは、上記基板の厚み方向視において、上記半導体素子と重なる位置に設けられている、請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 上記基板は、基材と、この基材の表面に形成されており、かつ、上記半導体素子が実装された第１の表面配線パターンと、上記基材の裏面に形成され、上記充填部が充填されたスルーホールを介して上記第１の表面配線パターンと導通する第１の裏面配線パターンと、を有しており、
   上記膨出部は、上記第１の裏面配線パターンの少なくとも一部を覆うように形成されている、請求項１または２に記載の半導体モジュール。
4. 上記基板は、上記基材の裏面に形成されており、上記第１の裏面配線パターンから離間した第２の裏面配線パターンを具備しており、
   上記第２の裏面配線パターンは、上記放熱板に対して絶縁されている、請求項３に記載の半導体モジュール。
5. 上記基板は、上記基材の表面に形成されており、上記第１の表面配線パターンから離間しており、かつ、上記第２の裏面配線パターンと導通する上記第２の表面配線パターンを具備している、請求項４に記載の半導体モジュール。
6. 上記伝熱部材はハンダ材からなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体モジュール。
7. 上記伝熱部材は樹脂からなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体モジュール。
8. 上記半導体素子が直流電圧変換制御素子であり、
   入力用、出力用、およびグランド端子と、
   上記基板に搭載されており、上記直流電圧変換制御素子と上記出力用端子とに接続されたコイルと、
   上記基板に搭載されており、上記入力用端子と上記グランド端子とに接続された入力側コンデンサと、
   上記基板に搭載されており、上記出力用端子と上記グランド端子とに接続された出力側コンデンサと、を備えている請求項１ないし７に記載の半導体モジュール。
9. 上記入力用、出力用、およびグランド端子は、同一方向に互いに平行に突出しており、
   上記入力用、出力用、およびグランド端子が突出する突出方向と直角である方向において、上記入力用端子、上記グランド端子、および上記出力用端子の順に配置されている、請求項８に記載の半導体モジュール。
10. １以上のスルーホールを有する基板の表面に半導体素子を実装する工程と、上記半導体素子を冷却するための放熱板を設置する工程と、を有する半導体モジュールの製造方法であって、
    上記放熱板を設置する工程の前に、上記１以上のスルーホールのいずれかに充填された充填部と、上記充填部から上記基板の裏面側に膨出し、上記基板の面内方向において、上記充填部から遠ざかるにつれて、上記基板の厚み方向における厚みが減少するように形成された膨出部と、によって構成される伝熱部材を形成する工程を有しており、
    上記放熱板を設置する工程において、上記膨出部に接するように上記放熱板を設置することを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
11. 上記基板は、上記基板の厚み方向視において、上記半導体素子と重なる位置にスルーホールを有しており、
    上記伝熱部材を形成する工程において、上記基板の厚み方向視において、上記半導体素子と重なる位置にある上記スルーホールを充填するように上記充填部を形成する、請求項１０に記載の半導体モジュールの製造方法。
12. 上記基板は、基材と、この基材の表面に形成されており、かつ、上記半導体素子が実装される第１の表面配線パターンと、上記基材の裏面に形成されており、上記基材の厚み方向視において上記第１の表面配線パターンと重なる領域を有する第１の裏面配線パターンと、上記基材の厚み方向視において上記第１の表面配線パターンと上記第１の裏面配線パターンとの双方と重なる領域内に形成された上記スルーホールと、を備えており、
    上記伝熱部材を形成する工程において、上記スルーホールを充填するように上記充填部を形成し、上記第１の裏面配線パターンの少なくとも一部を覆うように上記膨出部を形成する、請求項１０または１１記載の半導体モジュールの製造方法。
13. 上記伝熱部材をハンダ材によって形成する、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の半導体モジュールの製造方法。
14. 上記伝熱部材を形成する工程は、液状とされた上記ハンダ材が充填されたハンダ槽に上記基板を搬入し、上記基板の裏面に上記ハンダ材を付着させて行うフロー式のハンダ付け作業によって行われる、請求項１３に記載の半導体モジュールの製造方法。
15. 上記伝熱部材を形成する工程は、ペースト状とされた上記ハンダ材を塗布した後に加熱するリフロー式のハンダ付け作業によって行われる、請求項１３に記載の半導体モジュールの製造方法。
16. 上記伝熱部材を樹脂によって形成する、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の半導体モジュール。

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