CN110931447B - 控制用模块及印刷基板 - Google Patents

Abstract

一种控制用模块及印刷基板，在控制用模块中装设有供给大功率的半导体元件，可以同时实现对来自半导体元件的发热进行散热的路径的确保以及小型封装体的半导体元件向双面安装基板的高密度安装。包括：第一安装面，该第一安装面具有第一区域和第二区域，第一区域安装有半导体元件，第二区域与第一区域相邻；第二安装面，该第二安装面位于与第一安装面的相反的一侧；贯通孔，该贯通孔配置于第二区域，从第一安装面到达第二安装面；焊盘，该焊盘在第一安装面上从第一区域向第二区域连续地延伸；导电膜，该导电膜覆盖多个贯通孔各自的内壁面，并和焊盘连接；以及焊料，该焊料填充多个贯通孔的内部，半导体元件在第一区域和焊盘电连接。

Description

控制用模块及印刷基板

技术领域

本发明涉及一种包含印刷基板的控制用模块和该控制用模块所使用的印刷基板，上述印刷基板具有热通孔。

背景技术

近年，在车载用电子设备中，对于构成模块的电子部件向印刷基板的安装，实现了高密度化。此时，为了控制车辆的动作、例如驱动泵、电动机等电气部件，需要较大的电力。作为上述电气部件的大功率驱动用的电子部件，使用例如功率晶体管等半导体元件，上述功率晶体管在几十伏的工作电压下具有几十安培的电流驱动。

在上述的供给大功率的半导体元件中，对于封装也有小型化和安装的高密度化的要求，为了满足上述要求，利用PQFN、D2PAK和DPAK等面向表面安装的封装体，实现更小型化。并且，封入到上述小型封装体的半导体元件装设于双面安装的印刷基板上，构成车辆控制用的模块。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-227349号公报

然而，即使将半导体元件封入小型封装体，供给大功率的半导体元件在其动作时，发热量也会随着供给的电力量变大，因此，当单纯地根据封装体尺寸来提高安装密度时，会过度发热到超过半导体元件容许的动作温度范围，从而产生动作故障。因此，当推进上述半导体元件的安装的高密度化时，确保散热路径以能避免加热的模块设计是必须的。作为以往的这类散热技术，存在例如专利文献1所记载的技术。

然而，专利文献1所记载的技术中，由于在半导体元件的装设区域的正下方形成散热路径，因此伴随封入半导体元件的封装体的小型化，用于形成散热路径的面积缩小，存在难以实现用于抑制加热的充分散热的倾向。

发明内容

本发明鉴于上述情况作出，其目的在于，提供一种模块和该模块所使用的印刷基板，在装设有被封入到小型的封装体并供给大功率的半导体元件的模块中，充分确保对来自半导体元件的发热进行散热的路径，并且，在双面安装基板高密度地安装小型封装体的半导体元件。

本发明的第一方式的模块包括：第一安装面，该第一安装面具有第一区域和第二区域，第一区域安装有半导体元件，第二区域与第一区域相邻；第二安装面，该第二安装面位于与第一安装面相反的一侧；贯通孔，该贯通孔配置于第二区域，从第一安装面到达第二安装面；焊盘，该焊盘在第一安装面上从第一区域向第二区域连续地延伸；导电膜，该导电膜覆盖多个贯通孔各自的内壁面，并和焊盘连接；以及焊料，该焊料填充多个贯通孔的内部，半导体元件在第一区域和焊盘电连接。

根据本发明的第二方式，在上述第一方式中，焊料具有从第二安装面向外侧突出的部分，模块还包括散热器，该散热器与该突出的部分接触并覆盖第二安装面。

根据本发明的第三方式，在上述第二方式中，还包括阻焊剂，该阻焊剂配置于第二安装面并具有开口，焊料的突出的部分位于阻焊剂的开口的区域内。

根据本发明的第四方式，在上述第三方式中，在阻焊剂的开口的区域内，存在多个焊料突出的部分，并且彼此相邻的突出的部分彼此连接。

根据本发明的第五方式，在上述第一方式中，还包括散热器，该散热器在第二区域内与填充多个贯通孔的内部的焊料接触，并覆盖第一安装面。

根据本发明的第六方式，在上述第一至第五方式的任意一个方式中，半导体元件还包括导热垫，该导热垫和第一区域的焊盘连接。

本发明第七方式的印刷基板包括：第一安装面，该第一安装面具有第一区域和第二区域，第二区域与第一区域相邻；第二安装面，该第二安装面位于与第一安装面相反的一侧；贯通孔，该贯通孔配置于第二区域，从第一安装面到达第二安装面；焊盘，该焊盘覆盖第一区域的一部分并且从第一区域向第二区域连续地延伸；导电膜，该导电膜覆盖多个贯通孔各自的内壁面，并和焊盘连接；以及焊料，该焊料从第一安装面向第二安装面填充多个贯通孔各自的内部。

发明效果

根据本发明的模块，将发热体即半导体元件表面安装于在印刷基板的第一安装面配置的焊盘的一部分，在与该半导体元件相邻的焊盘的其他部分设置贯通印刷基板的多个贯通孔，利用焊料填充该贯通孔，从而能够使来自半导体元件的发热高效地从焊盘经由填充到贯通孔的焊料向背面释放。

由此，提供了一种模块，在装设有供给大功率的半导体元件的模块中，充分确保对来自半导体元件的发热进行散热的路径，并且，在双面安装基板上高密度地安装小型封装体的半导体元件。

附图说明

图1是发热体即半导体元件的立体图。

图2(A)是本发明第一实施方式的俯视图。

图2(B)是图2(A)的A-A′线的剖视图。

图3(A)是本发明第一实施方式的俯视图。

图3(B)是图3(A)的A-A′线的剖视图。

图4(A)是本发明第一实施方式的俯视图。

图4(B)是图4(A)的A-A′线的剖视图。

图5(A)是本发明第一实施方式的变形例的俯视图。

图5(B)是图5(A)的A-A′线的剖视图。

图6(A)是本发明第一实施方式的变形例的俯视图。

图6(B)是图6(A)的A-A′线的剖视图。

图7(A)是本发明第一实施方式的变形例的俯视图。

图7(B)是图7(A)的A-A′线的剖视图。

图8(A)是本发明第二实施方式的俯视图。

图8(B)是图8(A)的A-A′线的剖视图。

图9(A)是本发明第二实施方式的俯视图。

图9(B)是图9(A)的A-A′线的剖视图。

图10(A)是本发明第二实施方式的俯视图。

图10(B)是图10(A)的A-A′线的剖视图。

图11(A)是本发明第二实施方式的俯视图。

图11(B)是图11(A)的A-A′线的剖视图。

图12(A)是本发明第二实施方式的俯视图。

图12(B)是图12(A)的A-A′线的剖视图。

符号说明

1半导体元件；

2封装体

3导热垫

4a～4h端子

10、110模块

11、111基板

12、112第一安装面

13、113第二安装面

15、115第一区域

15A、115A第二区域

16a、16b、16c、16a′、16b′焊盘

16a1、16b1导电膜

116a、116b、116c、116a′、116b′焊盘

116a1、116b1导电膜

17a、17b、117a、117b贯通孔

18a、18b、18c焊料

118a、118b1、118b2、118b3、118c、122焊料

19a、19b、119a、122a焊料的突出部分

20、120阻焊剂

21、121散热器

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一实施方式进行说明。

图1是封入到PQFN封装(Power Quad Flat No-Lead Package：电源方形扁平无引线封装)的、供给大功率的半导体元件1的立体图。在封装体2的一表面配置有八个端子4a～4h，在上述一表面还包括散热用的导热垫3。导热垫3以使四个端子4a～4d短路的方式和上述四个端子4a～4d连接。八个端子4a～4h和导热垫3分别具有位于大致同一平面上的平坦面，以能够表面安装到印刷基板。

图2(A)～图4(A)示出了本发明的模块的第一实施方式相关的各制造工序的俯视图，图2(B)～图4(B)示出了剖视图。构成模块10的基板11具有：第一安装面12；以及位于该第一安装面12的相反侧的第二安装面13。第一安装面12大体上分为第一区域15和与第一区域15相邻并包围其周围的第二区域。在上述第一区域15配置安装有半导体元件等部件，此时是被部件覆盖隐藏的区域。

此处，基板11是能在第一安装面12和第二安装面13这两个面上表面安装电子部件的印刷基板，在第一安装面12和第二安装面13分别配置有焊盘。配线层至少有配置于第一安装面12的配线和配置于第二安装面13的配线这两层，此外，基板11还可以是具有多层配线构造的印刷基板，该多层配线构造层叠有多个绝缘层和多个配线。

在第一安装面12配置有焊盘16a、焊盘16b。焊盘16a、焊盘16b分别覆盖第一区域15的至少一部分，从上述覆盖的部位向相邻的第二区域15A连续地延伸。此外，也可以配置仅位于第一区域15的内部的焊盘16c。

此外，在第二区域15A延伸的焊盘16a中设置有多个贯通孔17a，该贯通孔17a从第一安装面12沿厚度方向贯通基板11并到达第二安装面13。此外，在第二区域15A延伸的焊盘16b中设置有多个贯通孔17b，该贯通孔17b从第一安装面12沿厚度方向贯通基板11并到达第二安装面13。

例如，各焊盘16a、16b和16c分别由以铜为主要成分的薄层构成。此外，多个贯通孔17a各自的内壁面被由以铜为主要成分的薄层构成的导电膜16a1覆盖，优选的是，上述导电膜16a1连接为从焊盘16a连续地延伸。此外，对于配置于焊盘16b的多个贯通孔17b也同样地，各自的内壁面被由以铜为主要成分的薄层构成的导电膜16b1覆盖，优选的是，上述导电膜16b1连接为从焊盘16b连续地延伸。

此外，在第二安装面13上还可以配置有焊盘16a′，该焊盘16a′对夹着基板11与配置于第一安装面12的焊盘16a相对的区域进行覆盖。上述焊盘16a′也由例如以铜为主要成分的薄层构成。此处，第一安装面12的焊盘16a、覆盖多个贯通孔17a各自的内壁面的导电膜16a1以及第二安装面13的焊盘16a′优选构成为连续的导电膜。

同样地，在第二安装面13上还可以配置有焊盘16b′，该焊盘16b′对夹着基板11与配置于第一安装面12的焊盘16b相对的区域进行覆盖。上述焊盘16b′也由例如以铜为主要成分的薄层构成。此处，第一安装面12的焊盘16b、覆盖多个贯通孔17b各自的内壁面的导电膜16b1以及第二安装面13的焊盘16b′优选构成为连续的导电膜。

图3(A)和图3(B)是在第一安装面12的焊盘16a、焊盘16b以及焊盘16c分别形成有焊糊18a、焊糊18b以及焊糊18c的俯视图和剖视图。

利用印刷技术形成这些焊糊，在焊盘16a、焊盘16b以及焊盘16c上形成焊糊的区域，将预先设置有开口的金属掩膜设置在第一安装面12上，使用刮板使供给到金属掩膜上的焊糊流入金属掩膜各自的开口而形成这些焊糊。

此处，当以覆盖各焊盘16a和焊盘16b的方式形成焊糊18a和焊糊18b时，能控制刮板的动作，将焊糊从第一安装面12一侧向多个贯通孔17a和多个贯通孔17b的内部压入填充。这些焊糊优选在各贯通孔17a、17b中填充直到在第二安装面13的表面上突出并露出。

接着，将半导体元件1载置于第一安装面12的焊糊上。半导体元件1的四个端子4a～4d和散热用的导热垫3载置于在焊盘16a形成的焊糊18a上，三个端子4f～4h载置于在焊盘16b形成的焊糊18b上，端子4e载置于在焊盘16c形成的焊糊18c上(图4(A)和图4(B))。

接着，通过以规定的温度序列加热模块10，使焊糊被回流焊，半导体元件1的各端子和导热垫焊接并电连接到各自载置的焊盘。

通过上述回流焊，填充到多个贯通孔17a和多个贯通孔17b的内部的焊糊也成为焊料，和覆盖各个内壁面的焊盘16a、焊盘16b连接。此时，优选的是，利用焊料的流动，形成有从多个贯通孔17a和多个贯通孔17b从第二安装面13向外侧突出的焊料19a和焊料19b。

在上述的本发明第一实施方式的模块10中，自身发热部件即供给大功率的半导体元件1工作时产生的热量从各端子4a～4h和导热垫3向焊料18a、焊料18b、焊料18c以及焊盘16a、焊盘16b以及焊盘16c传递。

尤其是，来自端子4a～4d和导热垫3的热量向焊料18a和焊盘16a传递而从第一安装面12的第二区域15A的焊料18a散热，并且，在填充到多个贯通孔17a的焊料18a中传递，也从向第二安装面13的外侧突出的焊料19a部分和向第二安装面13上延伸的焊盘16a散热。

此外，来自端子4e～4g的热量向焊料18b和焊盘16b传递而从第一安装面12的第二区域15A散热，并且，在填充到多个贯通孔17a的焊料18b中传递，也从向第二安装面13的外侧突出的焊料19b部分和向第二安装面13上延伸的焊盘16b散热。

上述散热特性能根据向第二区域15A延伸的焊盘16a和焊盘16b的面积以及多个贯通孔17a和多个贯通孔17b的个数、贯通孔尺寸进行调节。除此之外，焊盘16a和焊盘16b的形状不限定于图示的长方形，也可以是更复杂的形状，多个贯通孔17a和多个贯通孔17b的配置也不限定于图示的规则的阵列配置，也可以是不规则的配置。

这样，能够与安装于各第一安装面12和第二安装面13的各种各样的部件的配置位置、部件间隔对应地，对散热用的焊盘的形状、贯通孔的配置、个数等进行调节，从而使散热特性最优化。因此，由于能够在预先确保了用于确保散热特性的区域的基础上，确定部件的配置位置，因此能够以较高的水平同时实现确保规定的散热特性和部件的安装的高密度化。

这样，根据本发明第一实施方式的模块10，能够提供这样一种模块10，在装设供给大功率的半导体元件1时，能在确保来自半导体元件1的发热的散热路径的基础上，在基板的两侧的表面高密度地安装各半导体部件。

接着，对图5(A)～图7(A)和图5(B)～图7(B)所示的本发明第一实施方式的变形例进行说明。图5(A)是在图2(A)中预先配置在第二安装面13上预先具有规定的开口的阻焊剂20，然后利用使用了金属掩膜的印刷技术来形成焊糊18a、焊糊18b以及焊糊18c的图。

在本变形例中，也优选在形成焊糊18a和焊糊18b的同时，向多个贯通孔17a和多个贯通孔17b的内部填充焊糊，这些焊糊在各个贯通孔中被填充，直到从第二安装面13的表面上突出。

上述阻焊剂20覆盖第二安装面13上的整个区域，并且配置有几个开口。

上述开口根据包括了多个贯通孔17a和多个贯通孔17b中的几个的位置而配置(图5(A)、图5(B))。例如，多个通孔17a可以由每2行×3列分组的六个开口划分。此外，多个贯通孔17b还可以由每2行×3列分组的三个开口和由每2行×4列分组的两个开口划分。

接着，将半导体元件1载置于各焊糊上，以规定的温度序列加热模块10，从而使焊糊被回流焊，半导体元件1的各端子和导热垫焊接到各自载置的焊盘(图6(A)、图6(B))。此时，优选的是，填充到多个贯通孔17a和多个贯通孔17b的焊糊利用焊料回流焊时的流动，形成从第二安装面13向外侧突出的焊料19a和焊料19b。

此处，突出的焊料19a形成为在多个部位沿着第二安装面13的表面在横向上扩展。彼此相邻的焊料19a的突出的部分也可以彼此连接。对于焊料19b也一样。在本变形例中，当形成从第二安装面13向外侧突出的焊料19a和焊料19b时，即使焊料以沿着第二安装面13的表面在横向上扩展的方式流动，焊料流也能收容于阻焊剂20的各开口图案内，因此，能够抑制大规模的焊料变形。

此外，通过将阻焊剂的开口设为大致标准化的形状，能够将在各开口内流动的焊料19a和焊料19b的向外侧的突出高度控制为大致恒定。

若突出高度对齐，则在为了增大来自第二安装面13的散热量而设置对第二安装面13进行覆盖的散热器21时(图7(A)、图7(B))，能够使散热器21和焊料19a、焊料19b的接触点增多。上述接触点越多，则从焊料19a、焊料19b向散热器21的热传导变得更快，提高了散热特性，因此，更为理想。

接着，图8(A)～图12(A)示出了本发明的模块110的第二实施方式的各工序的俯视图，图8(B)～图12(B)示出了剖视图。构成模块110的基板111具有：第一安装面112；以及位于该第一安装面112的相反侧的第二安装面113。第一安装面112大体上分为第一区域115和与第一区域115相邻并包围其周围的第二区域。在上述第一区域115配置安装有半导体元件等部件，此时是被部件覆盖隐藏的区域。

此处，基板111是能在第一安装面112和第二安装面113这两个面安装电子部件的印刷基板，在第一安装面112和第二安装面113分别配置有焊盘。配线层至少有配置于第一安装面112的配线和配置于第二安装面113的配线这两层，此外，基板111还可以是具有多层配线构造的印刷基板，该多层配线构造层叠有多个绝缘层和多个配线。

在第一安装面112配置有焊盘116a、焊盘116b。上述各焊盘分别覆盖第一区域115的至少一部分，从上述覆盖的部位向相邻的第二区域115A连续地延伸。此外，也可以配置仅位于第一区域115的内部的焊盘116c。

此外，在第二区域115A延伸的焊盘116a中设置有多个贯通孔117a，该贯通孔117a从第一安装面112沿厚度方向贯通基板111并到达第二安装面113。同样地，在第二区域115A延伸的焊盘116b中设置有多个贯通孔117b，该贯通孔117b从第一安装面112沿厚度方向贯通基板111并到达第二安装面113。

例如，各焊盘116a、116b和116c分别由以铜为主要成分的薄层构成。此外，多个贯通孔17a各自的内壁面被由以铜为主要成分的薄层构成的导电膜116a1覆盖，优选的是，上述导电膜116a1连接为从焊盘116a连续地延伸。对于配置于焊盘116b的多个贯通孔117b也同样地，各自的内壁面被由以铜为主要成分的薄层构成的导电膜116b1覆盖，优选的是，上述导电膜116b1连接为从焊盘116b连续地延伸。

此外，在第二安装面113上还可以配置有焊盘116a′，该焊盘116a′对夹着基板111与配置于第一安装面112的焊盘116a相对的区域进行覆盖。上述焊盘116a′也由例如以铜为主要成分的薄层构成。此处，第一安装面112的焊盘116a、覆盖多个贯通孔117a各自的内壁面的导电膜116a1以及第二安装面113的焊盘116a′优选构成为连续的导电膜。

同样地，在第二安装面113上还可以配置有焊盘116b′，该焊盘116b′对夹着基板111与配置于第一安装面112的焊盘116b相对的区域进行覆盖。上述焊盘116b′也由例如以铜为主要成分的薄层构成。此处，第一安装面112的焊盘116b、覆盖多个贯通孔117b各自的内壁面的导电膜116b1以及第二安装面113的焊盘116b′优选构成为连续的导电膜。

接着，使用金属掩膜将焊糊配置于第一安装面112的第一区域115。此时，在焊盘116a上仅在第一区域115内配置有焊糊118a。在焊盘116b上根据焊接有半导体元件1的端子4f～4h的位置配置三个焊糊118b1、118b2和118b3，在焊盘116c上在焊接有半导体元件1的端子4e的位置配置焊糊118c。

此处，将半导体元件1载置于第一安装面112的焊糊上。如图9(A)和图9(B)所示，半导体元件1的四个端子4a～4d和散热用的导热垫3载置于在焊盘116a形成的焊糊118a上，三个端子4f～4h载置于在焊盘16b上形成的与各个端子对应的焊糊118b1、118b2和118b3上，端子4e载置于在焊盘116c形成的焊糊118c上。

接着，通过以规定的温度序列加热模块10，使焊糊被回流焊，半导体元件1的各端子和导热垫焊接到各自载置的焊盘。

接着，在第二安装面113配置阻焊剂120。上述阻焊剂120设有与多个贯通孔117a和多个贯通孔117b一一对应的开口。

此处，从第二安装面113一侧供给焊糊。上述焊糊成为通过阻焊剂120的各个开口分别填充到多个贯通孔117a和多个贯通孔117b的焊糊122。各被填充的焊糊122优选从第一安装面112一侧的焊盘116a和焊盘116b的表面上突出。

此时，(虽然未图示)还可以在第二安装面113上配置用于安装其他电子部件的焊盘，并在该焊盘上一起形成焊糊。并且，还可以在该焊糊上载置有安装到第二安装面113上的其他电子部件。

接着，再次以规定的温度序列加热模块10，从而使焊糊122被回流焊，用焊料填充多个贯通孔117a和多个贯通孔117b，进而形成向第一安装面112一侧突出的焊料122a。此时，载置于第二安装面113的焊糊上的电子部件在第二安装面113上被焊接。

能设置与上述各焊料122a分别接触并覆盖第一安装面112上的散热器121。在上述第二实施方式的模块110中，能在与安装自身发热部件即半导体元件1的第一安装面112相同的面上设置散热器121。

在本实施方式中，能在与半导体元件1相同的安装面上、在第一安装面112上设置散热器。通过与第一实施方式结合，将来自发热部件即半导体元件1的散热路径形成于第一安装面112和第二安装面113这两者，利用贯通孔将上述路径连接，从而能以更自由的形状构成散热路径。

Claims (4)

1.一种控制用模块，其特征在于，包括：

第一安装面，该第一安装面具有第一区域和第二区域，所述第一区域安装有半导体元件，所述第二区域与所述第一区域相邻；

第二安装面，该第二安装面位于与所述第一安装面相反的一侧；

多个贯通孔，该多个贯通孔配置于所述第二区域，从所述第一安装面到达所述第二安装面；

焊盘，该焊盘在所述第一安装面上从所述第一区域向所述第二区域连续地延伸；

导电膜，该导电膜覆盖所述多个贯通孔各自的内壁面，并和所述焊盘连接；以及

焊料，该焊料填充所述多个贯通孔的内部，

所述半导体元件在所述第一区域与所述焊盘电连接，

所述焊料具有从所述第二安装面向外侧突出的部分，所述控制用模块还包括散热器，该散热器与该突出的部分接触并覆盖所述第二安装面，

还包括阻焊剂，该阻焊剂配置于所述第二安装面并具有开口，

所述焊料的所述突出的部分位于所述阻焊剂的开口的区域内，

在所述阻焊剂的开口的区域内，存在多个所述焊料的所述突出的部分，并且彼此相邻的所述突出的部分彼此连接。

2.如权利要求1所述的控制用模块，其特征在于，

还包括散热器，该散热器在所述第二区域内与填充所述多个贯通孔的内部的所述焊料接触，并覆盖所述第一安装面。

3.如权利要求1或2所述的控制用模块，其特征在于，

所述半导体元件还包括导热垫，该导热垫和所述第一区域的所述焊盘连接。

4.一种印刷基板，其特征在于，包括：

第一安装面，该第一安装面具有第一区域和第二区域，所述第二区域与所述第一区域相邻；

第二安装面，该第二安装面位于与所述第一安装面相反的一侧；

多个贯通孔，该多个贯通孔配置于所述第二区域，从所述第一安装面到达所述第二安装面；

焊盘，该焊盘覆盖所述第一区域的一部分，从所述第一区域向所述第二区域连续地延伸；

导电膜，该导电膜覆盖所述多个贯通孔各自的内壁面，并与所述焊盘连接；以及

焊料，该焊料从所述第一安装面向所述第二安装面填充所述多个贯通孔各自的内部，

所述焊料具有从所述第二安装面向外侧突出的部分，

还包括散热器，该散热器与该突出的部分接触并覆盖所述第二安装面，

还包括阻焊剂，该阻焊剂配置于所述第二安装面并具有开口，

所述焊料的所述突出的部分位于所述阻焊剂的开口的区域内，

在所述阻焊剂的开口的区域内，存在多个所述焊料的所述突出的部分，并且彼此相邻的所述突出的部分彼此连接。