JP2011165903A - Semiconductor module and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor module that can more efficiently transmit the heat of built-in semiconductor element to a heat sink, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: A semiconductor module A1 has a substrate 1 where a semiconductor element 21 is mounted on its surface and a through hole 16a is placed, a heat sink 5 arranged so that it faces the backside of the substrate 1, and a heat transfer member 17 consisting of a filling part 171 which is charged into a through hole 16a and a swelling section 172 which swells to the backside of the substrate 1 from the filling part 171, wherein the swelling section 172 is formed so that the thickness in the z direction of the substrate 1 may decrease as it backs away from the filling part 171 in the x direction and it is in contact with the heat sink 5. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to a semiconductor module including a heat radiating plate for radiating heat generated from a heating element to the outside, and a method for manufacturing the same.

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。   For example, in a semiconductor module in which a plurality of semiconductor elements are incorporated and a heat generating element having a large heat generation amount is included in the semiconductor elements, there is a problem that heat generated by the heat generating elements adversely affects other semiconductor elements. In order to solve this problem, a method has been proposed in which a heat transfer path is formed between a heat generating element and a heat radiating plate using a heat transfer member such as solder (for example, see Patent Document 1). FIG. 15 shows an example of a conventional semiconductor module. The semiconductor module X includes a substrate 92 on which a plurality of circuit components including the heating elements 91 are mounted, and a heat radiating plate 93 fixed to the substrate 92 using eyelets. The heating element 91 includes an external electrode 91a connected to the wiring pattern 94 provided on the surface of the substrate 92, and a ground electrode 91b formed on the mounting surface. The ground electrode 91 b is in contact with the heat transfer member 95 filled in the through hole 92 a formed in the substrate 92. The heat transfer member 95 bulges from the lower end of the through hole 92 a and is in contact with the heat radiating plate 93. For this reason, in the semiconductor module X, the heat of the heat generating element 91 is easily transmitted to the heat radiating plate 93 through the heat transfer member 95.

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。   When manufacturing such a semiconductor module X, after the substrate 92 and the heat radiating plate 93 are fixed with eyelets, cream solder is applied to the surface side of the substrate 92. Thereafter, the substrate 92 and the heat radiating plate 93 are carried into a reflow furnace and heated to melt the cream solder. At this time, a part of the cream solder applied to the surface side of the substrate 92 flows into the gap between the substrate 92 and the heat radiating plate 93 through the through hole 92a, and the heat transfer member 95 as shown in FIG. 15 is formed.

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。   However, in such a semiconductor module X, when the amount of cream solder applied to the substrate 92 is insufficient, the heat transfer member 95 is unreasonably separated from the heat radiating plate 93, and heat transfer is performed well. Unexpected situations can occur. Further, in the case where wiring is provided on the back side of the substrate 92, if the amount of cream solder is too large, there may be a situation in which unreasonable conduction between wirings that should be separated from each other may be caused. In order to prevent such defects, for example, it was necessary to accurately adjust the amount of cream solder applied.

特開2004−87594号公報JP 2004-87594 A

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。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor module capable of more efficiently transferring heat of a built-in semiconductor element to a heat sink and a method for manufacturing the same. To do.

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。   A semiconductor module provided by the first aspect of the present invention includes a substrate having a semiconductor element mounted on the surface and having one or more through holes, and a heat sink disposed to face the back surface of the substrate. A heat transfer member comprising a filled portion filled in one of the one or more through holes and a bulging portion that bulges from the filling portion to the back side of the substrate. And the bulging portion is formed so that the thickness in the thickness direction of the substrate decreases as the distance from the filling portion increases in the in-plane direction of the substrate, and the heat sink and It is characterized by touching.

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。   In a preferred embodiment, the through hole filled with the filling portion is provided at a position overlapping the semiconductor element in the thickness direction of the substrate.

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。   In a more preferred embodiment, the substrate is formed on a base material, a first surface wiring pattern formed on the surface of the base material, and on which the semiconductor element is mounted, and on the back surface of the base material. And a first back surface wiring pattern that is electrically connected to the first front surface wiring pattern through the through hole filled with the filling portion, and the bulging portion includes the first back surface wiring pattern. It is formed so as to cover at least part of the backside wiring pattern.

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。   In a more preferred embodiment, the substrate is formed on the back surface of the base material, and includes a second back surface wiring pattern spaced from the first back surface wiring pattern, and the second back surface. The wiring pattern is insulated from the heat sink.

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。   In a more preferred embodiment, the substrate is formed on the surface of the base material, is separated from the first front surface wiring pattern, and is electrically connected to the second back surface wiring pattern. Two surface wiring patterns are provided.

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。   In a preferred embodiment, the heat transfer member is made of a solder material.

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。   In another preferred embodiment, the heat transfer member is made of resin.

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。   In a more specific embodiment, the semiconductor element is a DC voltage conversion control element, and is mounted on the substrate for input, output, and ground, and the DC voltage conversion control element and the output are mounted on the substrate. A coil connected to the terminal, mounted on the board, an input-side capacitor connected to the input terminal and the ground terminal, mounted on the board, the output terminal and the And an output-side capacitor connected to the ground terminal.

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。   More preferably, the input, output, and ground terminals protrude parallel to each other in the same direction, and the input, output, and input terminals are in a direction perpendicular to the protruding direction in which the ground terminal protrudes. The terminals for the output, the ground terminal, and the output terminal are arranged in this order.

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。   A method of manufacturing a semiconductor module provided by the second aspect of the present invention includes a step of mounting a semiconductor element on the surface of a substrate having one or more through holes, and a heat sink for cooling the semiconductor element on the substrate. A method of manufacturing a semiconductor module, comprising: a filling portion filled in one of the one or more through holes before the step of installing the heat sink; and A heat transfer member configured to bulge to the back surface side of the substrate and to be formed so that the thickness in the thickness direction of the substrate decreases as the distance from the filling portion increases in the in-plane direction of the substrate. In the step of installing the heat radiating plate, the heat radiating plate is installed in contact with the bulging portion.

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。   In a preferred embodiment, the substrate has a through hole at a position overlapping the semiconductor element in the thickness direction of the substrate, and in the step of forming the heat transfer member, the thickness direction of the substrate is viewed. The filling portion is formed so as to fill the through hole in a position overlapping with the semiconductor element.

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。   In a more preferred embodiment, the substrate is formed on a base material, a first surface wiring pattern formed on the surface of the base material, and on which the semiconductor element is mounted, and on the back surface of the base material. A first backside wiring pattern that is formed and has a region overlapping with the first surface wiring pattern in the thickness direction of the base material; and the first surface wiring pattern and the above in the thickness direction of the base material. A through hole formed in a region overlapping with both the first backside wiring pattern, and in the step of forming the heat transfer member, the filling portion is formed so as to fill the through hole. The bulging portion is formed so as to cover at least a part of the first backside wiring pattern.

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。   In a preferred embodiment, the heat transfer member is formed of a solder material.

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。   In a more preferred embodiment, the step of forming the heat transfer member includes bringing the substrate into a solder tank filled with the liquid solder material and attaching the solder material to the back surface of the substrate. This is done by the flow-type soldering operation.

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。   In another more preferred embodiment, the step of forming the heat transfer member is performed by a reflow type soldering operation in which the solder material in a paste form is applied and then heated.

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。   In another preferred embodiment, the heat transfer member is formed of resin.

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。   According to such a manufacturing method, after the bulging portion is formed, the substrate and the heat radiating plate are combined so that the heat radiating plate is in contact with the bulging portion. For this reason, the said heat sink necessarily contacts the said heat-transfer member. Therefore, according to the present invention, it is possible to more reliably ensure contact between the heat radiating plate and the heat transfer member, and to realize efficient heat transfer from the semiconductor element to the heat radiating plate. .

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。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

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。It is a front view which shows the semiconductor module in 1st Embodiment of this invention. 図1に示す半導体モジュールを示す背面図である。It is a rear view which shows the semiconductor module shown in FIG. 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。It is an enlarged view which shows the surface side of the board | substrate incorporated in the semiconductor module shown in FIG. 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。It is the enlarged view which permeate | transmitted a part of surface side of the board | substrate incorporated in the semiconductor module shown in FIG. 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。It is an enlarged view which shows the back surface side of the board | substrate incorporated in the semiconductor module shown in FIG. 図1のVI−VI線に沿う拡大断面図である。It is an expanded sectional view which follows the VI-VI line of FIG. 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。It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor module shown in FIG. 図7に続く工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 7. 図8に続く工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 8. 図9に続く工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 9. 図10に続く工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process following FIG. 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。It is sectional drawing which shows 1 process of another manufacturing method of the semiconductor module shown in FIG. 図12に続く工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 12. 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。It is sectional drawing which shows the semiconductor module in 2nd Embodiment of this invention. 従来の半導体モジュールの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional semiconductor module.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

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。   1 to 6 show a semiconductor module according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor module A1 of this embodiment includes a substrate 1, a plurality of electronic components 2, an input terminal 3A, a ground terminal 3B, an output terminal 3C, a resin package 4, and a heat sink 5. The semiconductor module A1 is used, for example, as a switching regulator for converting the received input voltage into a desired output voltage and supplying it to a device of an electronic device. The semiconductor module A1 has, for example, a width of about 13.6 mm, a height that does not include the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C, and a thickness of about 5.2 mm. The width direction of the semiconductor module A1 is the x direction, the height direction is the y direction, and the thickness direction is the z direction.

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。   The substrate 1 is for supporting a plurality of electronic components 2 and is, for example, a printed substrate in which wiring is formed on a base material 11 made of glass epoxy resin by printing. A front surface wiring pattern 12 shown in FIG. 4 is formed on the surface of the base material 11, and a back surface wiring pattern 13 shown in FIG. 5 is formed on the back surface. In the present embodiment, the substrate 1 has a plan view size of about 12.8 mm × 13.5 mm and a thickness of about 0.8 mm.

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。   A plurality of through holes 15, 16a, 16b, and 16c are formed in the substrate 1. Each through hole 15 penetrates the base material 11 in the z direction and reaches both the front surface wiring pattern 12 and the back surface wiring pattern 13. For example, copper plating connected to both the front surface wiring pattern 12 and the back surface wiring pattern 13 is formed on the inner surface of each through hole 15. As shown in FIG. 6, the through holes 16 a, 16 b, and 16 c penetrate the base material 11 in the z direction and reach both the front surface wiring pattern 12 and the back surface wiring pattern 13. For example, copper plating connected to both the front surface wiring pattern 12 and the back surface wiring pattern 13 is formed on the inner surfaces of the through holes 16a, 16b, and 16c. The through holes 16a, 16b and 16c are filled with a heat transfer member 17, respectively. In the present embodiment, the through holes 16a and 16b have a radius of about 1.0 mm. The radius of each through hole 15 and through hole 16c is 0.3 to 0.5 mm. The number of through holes 15 can be changed as appropriate.

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。   As shown in FIG. 4, the surface wiring pattern 12 has blocks 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, and 12F that are separated from each other. The surface wiring pattern 12 is provided with a plurality of pads 14 for mounting a plurality of electronic components 2 at appropriate positions. 3 to 5, the plurality of pads 14 correspond to the first surface wiring pattern in the present invention is the block 12D of the surface wiring pattern 12 and correspond to the second surface wiring pattern. Are blocks 12A, 12B, 12C, 12E, 12F.

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。   As shown in FIG. 5, the back surface wiring pattern 13 includes blocks 13A and 13B that are separated from each other. A ground terminal 3B is connected to the block 13A and functions as a so-called ground pattern. The block 13A covers most of the back surface of the substrate 1 near the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C. A convex portion is formed in the block 13A. The convex portion protrudes on the opposite side to the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C. The block 13B is substantially U-shaped, and is disposed so as to fit with the convex portion of the block 13A. In the present invention, the first back surface wiring pattern corresponds to the block 13A in the back surface wiring pattern 13, and the second back surface wiring pattern corresponds to the block 13B.

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。   The front surface wiring pattern 12 and the back surface wiring pattern 13 are made of, for example, copper and are formed to have a thickness of about 50 μm.

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。   Each of the three heat transfer members 17 includes a filling portion 171 filled inside the through holes 16 a, 16 b, and 16 c and a bulging portion 172 that bulges to the back side of the base material 11. The heat transfer member 17 is made of, for example, a solder material containing copper. As shown in FIG. 6, the bulging portion 172 is formed in a dome shape whose thickness in the z direction decreases as the distance from the filling portion 171 increases in the x direction. The bulging portion 172 is formed so as to cover a part of the block 13 </ b> A of the back surface wiring pattern 13. The thickness in the z direction of each bulging portion 172 connected to each filling portion 171 filled in each through hole 16a, 16b, 16c is 0.2 mm. The thickness of each bulging portion 172 is set so that the distance between the substrate 1 and the heat radiating plate 5 becomes an appropriate value in order to improve the insulation resistance in accordance with the specifications of the semiconductor module A1 described later. For example, when the voltage input / output to / from the semiconductor module A1 is changed, the thickness of each bulging portion 172 is desirably adjusted as appropriate.

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。   The input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C are so-called pin type terminals, and are attached to the substrate 1 as shown in FIGS. In the present embodiment, the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C protrude in the same direction along the y direction as shown in FIGS. ing. More specifically, as shown in FIG. 3, the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C are arranged in this order from the left side in the drawing. The input terminal 3A is connected to the block 12A. The output terminal 3C is connected to the block 12F. The ground terminal 3B is connected to the block 13A.

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。   The plurality of electronic components 2 are, for example, for realizing the function of the semiconductor module A1, and include an IC 21, a fuse 22, a coil 23, capacitors 24A to 24E, and resistors 25A to 25F, as shown in FIG. It is out. The plurality of electronic components 2 constitute a circuit that performs a DC voltage conversion function by being incorporated as shown in FIG.

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。   The IC 21 is an example of a semiconductor device according to the present invention, and is a one-chip type synchronous rectification step-down switching regulator with a built-in FET. The IC 21 can produce a step-down output of 1.2V, 1.8V, 3.3V, 5V, etc. from an input voltage of 5V or 12V. The IC 21 is mounted so as to overlap a portion of the block 12D that is closer to the side opposite to the ground terminal 3B. Through holes 16a and 16b are formed in regions of the block 12D that overlap with the IC 21 when viewed in the z direction. Further, five through holes 15 and through holes 16c are formed in a region of the block 12D that does not overlap with the IC 21. The IC 21 has eight terminals, and each terminal is connected to the surface wiring pattern 12.

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。   The lower surface of the IC 21 in the z direction is in contact with the filling portion 171 filled in both the through holes 16a and 16b.

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。   The fuse 22 is for preventing the IC 21 from being damaged by an overcurrent. The fuse 22 is disposed on the left side in FIG. 3 and is mounted so as to straddle the block 12A and the block 12B. Thereby, the fuse 22 is electrically connected to the input terminal 3A.

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。   The coil 23 is for smoothing the output voltage from the IC 21, and is disposed between the IC 21 and the ground terminal 3B. The coil 23 is mounted so as to straddle the portion connected to the coil connection terminal of the IC 21 in the surface wiring pattern 12 and the block 12F, and overlaps the portion near the ground terminal 3B in the block 12D.

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。   The capacitors 24A to 24E are for smoothing the output voltage from the IC 21. Among these, the capacitor 24D functions as an input side capacitor, and the capacitor 24E functions as an output side capacitor. Capacitors 24A to 24E are incorporated as shown in FIG.

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。   The capacitor 24E is disposed so as to straddle the block 12E and the block 12F, and is electrically connected to the output terminal 3C. The capacitor 24E is also electrically connected to the ground terminal 3B via the block 12E, the plating of the through hole 15, and the block 13A. The capacitor 24E is arranged alongside the coil 23 in a direction perpendicular to the protruding direction of the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C, and is located on the output terminal 3C side.

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。   The capacitor 24D is arranged so as to straddle the block 12C and the block 12E. The capacitor 24D is adjacent to the capacitor 24E in the protruding direction of the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C, and is located on the opposite side of the capacitor 24E from the output terminal 3C. The capacitor 24D is electrically connected to the input terminal 3A through the block 12C, the plating of the through hole 15, the block 13B, the block 12B, the fuse 22, and the block 12A. The capacitor 24D is also electrically connected to the ground terminal 3B via the block 12E, the plating of the through hole 15, and the block 13A.

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。   The resistors 25A to 25F are loads for balancing voltage conversion, and are incorporated as shown in FIG.

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。   Among these electronic components 2, the IC 21 has a relatively large amount of heat generation.

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。   The resin package 4 is for protecting the plurality of electronic components 2 and is made of, for example, a black epoxy resin. As shown in FIG. 1, the resin package 4 occupies most of the front surface of the semiconductor module A1 and wraps around to the side. The resin package 4 is provided with a gap, and a plurality of electronic components 2 are accommodated in the gap. A silicone resin 6 is provided between the resin package 4 and the plurality of electronic components 2.

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。   The heat sink 5 is made of, for example, aluminum, and is disposed so as to face the back surface of the substrate 1 as shown in FIG. In this embodiment, the heat sink 5 and the board | substrate 1 are joined by the adhesive agent 7 excellent in heat conduction. As shown in FIGS. 1 and 2, the heat sink 5 protrudes from the resin package 4 to the opposite side in the y direction from the input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C.

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。   As shown in FIG. 2, the resin package 4 has three protrusions 4a. The right projection 4 a in the drawing is fitted in the recess 1 a of the substrate 1 at a position where it does not overlap the heat sink 5. The two protrusions 4 a on the left side in the drawing are respectively fitted to the other recess 1 a of the substrate 1 and the recess 5 a of the heat sink 5.

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。   An example of the specification of the semiconductor module A1 is as follows. The input voltage is rated at 12V, the minimum is 6V, and the maximum is 14V. The output voltage has a rating of 5.00V, a minimum of 4.90V, and a maximum of 5.10V. The maximum output current is 500 mA, and when the heat sink is used in combination, the maximum output current is 800 mA. The line regulation is rated at 5 mV and the maximum is 50 mV, and the load regulation is rated at 10 mV and the maximum is 50 mV. The output ripple voltage has a rating of 5 mV and a maximum of 50 mV. The minimum startup time is 7.0 msec for the rating and 4.0 msec for the minimum, and the power conversion efficiency is 88% for the rating and 83% for the minimum.

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。   Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor module A1 will be described with reference to FIGS.

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。   First, as shown in FIG. 7, a step of mounting a plurality of electronic components 2 on the substrate 1 is performed. In this step, the through holes 15, 16a, 16b, and 16c are formed in the substrate 11, and the front surface wiring pattern 12 and the back surface wiring pattern 13 are further formed. Thereafter, the plurality of electronic components 2 are mounted on the surface wiring pattern 12.

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。   Next, as shown in FIGS. 8 and 9, a step of forming the heat transfer member 17 is performed. First, as shown in FIG. 8, a process of applying solder paste 17A from the back side of the substrate 1 to a position overlapping with the through holes 16a, 16b, 16c is performed. This step can be performed using, for example, a solder printer. Next, the process of melting the solder paste 17A is performed by carrying the substrate 1 into a reflow furnace and heating it. As shown in FIG. 9, the melted solder paste 17A has a filling portion 171A that fills the through holes 16a, 16b, and 16c, and a bulging portion 172B that is dome-shaped due to surface tension. At this time, since the base material 11 repels the solder, the expanded range of the expanded portion 172A of the melted solder paste 17A is within the range where the block 13A is formed. Then, the heat-transfer member 17 which has the filling part 171 and the bulging part 172 is formed by cooling.

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。   Next, as shown in FIG. 10, a process of assembling the substrate 1 to the resin package 4 is performed. In this step, the silicone resin 6 is also formed.

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。   Next, as shown in FIG. 11, the process of installing the heat sink 5 is performed. In this step, for example, the heat sink 5 is brought close to the back surface of the substrate 1 with the adhesive 7 applied to the surface facing the back surface of the substrate 1 of the heat sink 5, and the heat sink 5 and the bulging portion 172 This is performed by fixing the heat radiating plate 5 and the substrate 1 at a position where the contact is made.

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。   The semiconductor module A1 shown in FIGS. 1 to 6 can be smoothly manufactured through the above steps.

次に、半導体モジュールA1の作用について説明する。   Next, the operation of the semiconductor module A1 will be described.

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。   According to the present embodiment, since the heat radiating plate 5 is installed so as to be in contact with the bulging portion 172 after the heat transfer member 17 is formed, the heat transfer member 17 and the heat radiating plate 5 are reliably in contact with each other. The filling portion 171 filled in the through holes 16 a and 16 b is in contact with the IC 21, and heat generated in the IC 21 is efficiently transmitted to the heat radiating plate 5 through the heat transfer member 17. For this reason, the semiconductor module A1 has a structure in which the heat generated by the IC 21 having a relatively large amount of heat is quickly cooled by the heat sink 5. Therefore, in the semiconductor module A1, the plurality of electronic components 2 are not easily affected by heat.

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。   Furthermore, in this embodiment, the semiconductor module A1 can be mounted on a circuit using the pin type input terminal 3A, the ground terminal 3B, and the output terminal 3C. When mounting using such pin-type terminals, in general, heat is less likely to be released than when surface mounting is performed, and heat tends to accumulate on the substrate. However, in this embodiment, since the structure in which heat is transmitted to the heat radiating plate 5 through the heat transfer member 17 as described above is provided, it is possible to favorably avoid such a problem.

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。   Furthermore, according to the present embodiment, the three heat transfer members 17 are installed so as to fill each of the through holes 16 a, 16 b, and 16 c, and the three bulging portions 172 are in contact with the heat radiating plate 5. For this reason, the heat sink 5 is not easily inclined, and the space between the block 13A of the backside wiring pattern 13 and the heat sink 5 is kept constant. Therefore, it is difficult for the heat sink 5 to come into contact with the block 13B of the backside wiring pattern 13, and unreasonable conduction between the blocks 13A and 13B can be prevented. Thus, the semiconductor module A1 has a structure suitable for providing wiring on the back side of the substrate 1.

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。   Further, according to the manufacturing method described above, the bulging portion 172 is naturally formed by the surface tension when the solder paste 17A is melted, and does not require a special method. For this reason, according to the manufacturing method described above, the semiconductor module A1 can be manufactured relatively easily.

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。   Hereinafter, another method for manufacturing the semiconductor module A1 will be described with reference to FIGS. However, the description of the steps common to the manufacturing method of the semiconductor module A1 shown in FIGS.

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。   The process shown in FIGS. 12 and 13 is a process of forming the heat transfer member 17, and corresponds to FIGS. 8 and 9 in the manufacturing method described above. In this step, first, a flux is applied to regions on the inner peripheral surfaces of the through holes 16a, 16b, and 16c and the back surface side of the substrate 1 that overlap with the through holes 16a, 16b, and 16c when viewed in the z direction. Thereafter, as shown in FIG. 12, the substrate 1 is carried into a solder tank F through which the solder material flows, and the solder material is attached to the back surface side of the substrate 1. At this time, as shown in FIG. 13, the liquid solder material 17B adheres to the area where the flux is applied. The solder material 17B includes a filling portion 171B that fills the through holes 16a, 16b, and 16c, and a bulging portion 172B that adheres to the back surface of the substrate 1. The bulging portion 172B has a dome shape with the center bulging due to surface tension. By solidifying the solder material 17B, a heat transfer member 17 as shown in FIG. 6 is formed.

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。   Also by such a manufacturing method, the semiconductor module A1 can be manufactured smoothly. Also in this manufacturing method, since the bulging portion 172B has a dome-like shape that naturally swells due to surface tension, the heat transfer member 17 can be easily formed.

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。   Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. In these drawings, the same or similar elements as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment, and description thereof will be omitted as appropriate.

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。   FIG. 14 shows a semiconductor module A2 in the second embodiment of the present invention. In the semiconductor module A2, the heat sink 5 is fixed to the resin package 4 using eyelets. For this reason, in the semiconductor module A2, the adhesive 7 as shown in FIG. 6 is not provided between the substrate 1 and the heat sink 5 as shown in FIG.

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。   In such a semiconductor module A2, the substrate 1 is fixed by being sandwiched between the heat sink 5 and the resin package 4, and the bulging portion 172 is in contact with the heat sink 5 with certainty. . For this reason, the semiconductor module A2 has a structure in which heat generated by the IC 21 having a relatively large amount of heat is quickly cooled by the heat radiating plate 5. Therefore, in the semiconductor module A2, the plurality of electronic components 2 are not easily affected by heat.

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。
The semiconductor module according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the semiconductor module according to the present invention can be modified in various ways. For example, as a material for forming the heat transfer member 17, a solder material is used in the above embodiment.
A conductive resin such as an Ag paste may be used.

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。   In the above embodiment, the heat transfer members 17 are formed at three locations. However, even if the heat transfer members 17 are additionally formed in the through holes 15 provided in the region where the blocks 12D and 13A overlap when viewed in the z direction. I do not care. Further, the case where the heat transfer member 17 is installed only in one or both of the through holes 16a and 16b is also within the scope of the present invention.

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。   Furthermore, in the above embodiment, after mounting the plurality of electronic components 2 on the substrate 1, the solder paste 17A is installed and heated in the reflow furnace, but after the solder paste 17A is installed and heated in the reflow furnace, A plurality of electronic components 2 may be mounted.

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
A1, A2 Semiconductor module 1 Substrate 11 Base material 12 Front surface wiring pattern 13 Back surface wiring pattern 14 Pads 15, 16a, 16b, 16c Through hole 17 Heat transfer member 17A Solder paste 17B Solder materials 171, 171B Filling portions 172, 172B 2 Electronic components 21 IC (semiconductor element)
22 fuse 23 coil 24A-24C capacitor 24D (input side) capacitor 24E (output side) capacitor 25A-25F resistor 3A input terminal 3B ground terminal 3C output terminal 4 resin package 5 heat sink 6 silicone resin 7 adhesive

Claims (16)

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。
A substrate on which a semiconductor element is mounted and having one or more through holes;
A heat sink arranged to face the back surface of the substrate;
A semiconductor module comprising:
A heat transfer member configured by a filling portion filled in one of the one or more through holes, and a bulging portion that bulges from the filling portion to the back side of the substrate;
The bulging portion is formed so that the thickness in the thickness direction of the substrate decreases as the distance from the filling portion increases in the in-plane direction of the substrate, and is in contact with the heat sink. A semiconductor module.
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。   2. The semiconductor module according to claim 1, wherein the through hole filled with the filling portion is provided at a position overlapping the semiconductor element in a thickness direction view of the substrate. 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。
The substrate is formed on the surface of the base material, the first surface wiring pattern on which the semiconductor element is mounted, and the back surface of the base material, and the filling portion is filled. A first back surface wiring pattern that is electrically connected to the first front surface wiring pattern through the formed through hole,
The semiconductor module according to claim 1, wherein the bulging portion is formed so as to cover at least a part of the first back surface wiring pattern.
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。
The substrate is formed on the back surface of the base material, and includes a second back surface wiring pattern spaced from the first back surface wiring pattern,
The semiconductor module according to claim 3, wherein the second back surface wiring pattern is insulated from the heat sink.
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。   The substrate includes the second surface wiring pattern formed on the surface of the base material, spaced from the first surface wiring pattern, and electrically connected to the second back surface wiring pattern. The semiconductor module according to claim 4. 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。   The semiconductor module according to claim 1, wherein the heat transfer member is made of a solder material. 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。   The semiconductor module according to claim 1, wherein the heat transfer member is made of resin. 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。
The semiconductor element is a DC voltage conversion control element,
Input, output, and ground terminals,
A coil mounted on the substrate and connected to the DC voltage conversion control element and the output terminal;
Mounted on the board, an input side capacitor connected to the input terminal and the ground terminal,
The semiconductor module according to claim 1, further comprising: an output-side capacitor mounted on the substrate and connected to the output terminal and the ground terminal.
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。
The input, output, and ground terminals protrude in parallel in the same direction,
9. The semiconductor according to claim 8, wherein the input terminal, the ground terminal, and the output terminal are arranged in this order in a direction perpendicular to a protruding direction in which the input terminal, the output terminal, and the ground terminal protrude. module.
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。
A method of manufacturing a semiconductor module, comprising: mounting a semiconductor element on a surface of a substrate having one or more through holes; and installing a heat sink for cooling the semiconductor element,
Prior to the step of installing the heat sink, the filling portion filled in any of the one or more through holes, and a bulge from the filling portion to the back side of the substrate, and in the in-plane direction of the substrate, And having a step of forming a heat transfer member constituted by a bulging portion formed so that the thickness in the thickness direction of the substrate decreases as it moves away from the filling portion,
In the step of installing the heat sink, the heat sink is installed so as to be in contact with the bulging portion.
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。
The substrate has a through hole at a position overlapping the semiconductor element in the thickness direction view of the substrate,
11. The semiconductor module according to claim 10, wherein, in the step of forming the heat transfer member, the filling portion is formed so as to fill the through hole in a position overlapping with the semiconductor element in a thickness direction view of the substrate. Production method.
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。
The substrate is formed on a base material, a surface of the base material, a first surface wiring pattern on which the semiconductor element is mounted, and a back surface of the base material. A first back surface wiring pattern having a region overlapping with the first front surface wiring pattern when viewed in the thickness direction, and a first surface wiring pattern and the first back surface wiring pattern when viewed in the thickness direction of the base material The through hole formed in a region overlapping with both, and
In the step of forming the heat transfer member, the filling portion is formed so as to fill the through hole, and the bulging portion is formed so as to cover at least a part of the first back surface wiring pattern. A method for producing a semiconductor module according to 10 or 11.
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。   The method for manufacturing a semiconductor module according to claim 10, wherein the heat transfer member is formed of a solder material. 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。   The step of forming the heat transfer member is carried out by a flow-type soldering operation in which the substrate is carried into a solder tank filled with the liquid solder material and the solder material is adhered to the back surface of the substrate. The manufacturing method of the semiconductor module of Claim 13 performed. 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。   The method of manufacturing a semiconductor module according to claim 13, wherein the step of forming the heat transfer member is performed by a reflow soldering operation in which the solder material formed in a paste form is applied and then heated. 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。   The semiconductor module according to claim 10, wherein the heat transfer member is formed of a resin.
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