JP2018081959A - 半導体モジュール - Google Patents

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翼 渡辺
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Hiroaki Hoshika
浩昭 星加
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Takayuki Yogo
孝之 余語
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Abstract

【課題】プレスフィット端子を用いた半導体モジュールの信頼性の向上を図る。
【解決手段】半導体モジュールは、第１半導体チップ３と第２半導体チップ４が実装され、かつ内部に導体箔１２が形成された第１貫通孔１１を備えた回路基板１と、回路基板１の第１貫通孔１１内の導体箔１２と電気的に接続されたプレスフィット端子１３と、回路基板１の表面１ａ側および裏面１ｂ側に配置された第２樹脂２３と、を含む。さらに、プレスフィット端子１３は、第１貫通孔１１内に圧入されて第１貫通孔１１内の導体箔１２と電気的に接続する圧接部を備えており、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、が第１貫通孔１１内に充填された第２樹脂２５を介して一体に形成されている。
【選択図】図１３

Description

本発明は、プレスフィット端子が実装される回路基板を備えた半導体モジュールに関する。
プレスフィット端子（プレスフィットピンとも言う）が実装される基板を備えたモジュール構造として、特開２０１５−１２６６１４号公報（特許文献１）が知られている。この特許文献１には、コネクタハウジングの嵌合空間の奥部に、コネクタ端子（プレスフィット端子）の基端部に固着する奥壁部が、外装ケースの一部としてモールド樹脂により一体に形成された構造が開示されている。
また、特許第５１１７２８２号（特許文献２）には、配線基板上に設けられたスルーホールにプレスフィットピンが挿入され、電子装置内にあって配線基板から切り離されたモジュールが、プレスフィットピンを介して、配線基板と電気的に接続されている構造が開示されている。
特開２０１５−１２６６１４号公報 特許第５１１７２８２号
現在、自動車などの内燃機関にはセンサモジュールや、電子制御装置などの電子回路を含むモジュール（半導体モジュール）が搭載されている。これらのモジュールには半導体部品が搭載された回路基板が用いられ、その回路基板はハウジングの内部に収められており、外部との信号入出力には導体端子（例えば、プレスフィット端子）が用いられている。
例えば、プレスフィット端子を用いた接続では、弾性的に変形する弾性変形領域をプレスフィット端子に形成しておき、その弾性変形領域を、回路基板に形成された貫通穴に圧入して、電気的接続を図っている。そして、このプレスフィット端子を用いた接続において、プレスフィット端子の弾性変形領域を貫通穴に圧入する際には、プレスフィット端子の寸法よりも貫通穴の寸法の方が小さい領域を形成しておくことで、弾性変形領域が変形して、電気的な接続が行われる。
しかしながら、この寸法差が大きすぎると、回路基板への負荷が過大となり、圧入時や、その後の回路基板の経時劣化により基板が変形してしまう虞れがある。
本発明の目的は、プレスフィット端子を用いた半導体モジュールにおいて、回路基板の変形を抑制して半導体モジュールの信頼性の向上を図ることができる技術を提供することにある。
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
一実施の形態における半導体モジュールは、半導体部品と、上記半導体部品が実装された第１面と、上記第１面と反対側の第２面と、を有し、かつ内部に導体部が形成された第１貫通孔を備えた回路基板と、上記回路基板の上記第１貫通孔内に圧入された接続用導体部材と、上記回路基板の上記第１面側と上記第２面側とに配置された樹脂部と、を含む。さらに、上記接続用導体部材は、上記第１貫通孔内の上記導体部と電気的に接続する圧接部を備え、上記回路基板の上記第１面側の上記樹脂部と、上記第２面側の上記樹脂部と、が上記第１貫通孔内に充填された樹脂を介して一体に形成されている。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
プレスフィット端子が実装される回路基板を備えた半導体モジュールにおいて、回路基板の変形を抑制して半導体モジュールの信頼性の向上を図ることができる。
本発明の実施の形態１の回路モジュールの実装構造を示す平面図である。 図１に示すＡ―Ａ線で切断した構造を示す断面図である。 図１に示す回路モジュールに実装されるプレスフィット端子の弾性変形部の構造を示す正面図である。 図１に示す回路モジュールに実装されるプレスフィット端子の露出部側の構造を示す平面図である。 図３に示すプレスフィット端子の圧入時の状態を図１のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続前の断面図である。 図３に示すプレスフィット端子の圧入時の状態を図１のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続後の断面図である。 本発明の実施の形態１のプレスフィット端子を実装した回路モジュールの構造を示す平面図である。 図７に示すＡ―Ａ線で切断した構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の回路モジュールのハウジングを形成する金型構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の回路モジュールのプレスフィット接続部を樹脂で覆った構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の半導体モジュールにおいて図７のＢ−Ｂ線で切断した構造に相当する断面図である。 本発明の実施の形態１の半導体モジュールにおいて図７のＣ−Ｃ線で切断した構造に相当する断面図である。 本発明の実施の形態１の半導体モジュールの構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の回路モジュールのハウジングを形成する金型構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の半導体モジュールの構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態３の回路モジュールの実装構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態３のプレスフィット端子の圧入時の状態を図１６のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続前の断面図である。 本発明の実施の形態３のプレスフィット端子の圧入時の状態を図１６のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続後の断面図である。 本発明の実施の形態３の半導体モジュールにおいて図７のＢ−Ｂ線で切断した構造に相当する断面図である。 本発明の実施の形態３の半導体モジュールにおいて図７のＣ−Ｃ線で切断した構造に相当する断面図である。 本発明の実施の形態３の回路モジュールの他の実装構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態４の回路モジュールの実装構造を示す平面図である。 図２２に示すＡ―Ａ線で切断した構造に相当する電子制御装置（半導体モジュール）の断面図である。 図２３に示す電子制御装置を実装したユニットが搭載された自動車の構造を示す斜視図である。
（実施の形態１）
自動車などの内燃機関にはセンサモジュールなどの半導体モジュールや、電子制御装置などの電子回路を含む半導体モジュールが搭載されている。これらの半導体モジュールには半導体部品が搭載された回路基板が用いられている。また、上記回路基板はハウジング内部に収められており、外部との信号入出力には導体端子が用いられている。そして、上記導体端子として、プレスフィット端子（プレスフィットピンとも言う）が知られている。
また、プレスフィット端子によるプレスフィット接続は、弾性的に変形する弾性変形領域をプレスフィット端子に予め形成しておき、その弾性変形領域を、回路基板に形成した、内側に導体箔が形成された貫通穴に圧入して、電気的接続を図るものである。そして、プレスフィット接続では、ワイヤなどの中間部材を使用すること無く、回路基板とプレスフィット端子を接続させるため、部品数低減が可能となる。
なお、センサモジュールなどの半導体モジュールにおいては、流量、湿度、加速度などの物理量を検出するセンサチップが実装されているが、以下の実施の形態１では、プレスフィット接続として、自動車の内燃機関に搭載される吸入空気量センサ（流量センサ）を一例に挙げ、吸入空気量センサに組み込まれた回路基板の変形を抑制して吸入空気量センサの信頼性を高める技術について説明する。
吸入空気量センサ（半導体モジュール）とは、気体（空気）の流量を測定する流量センサであり、内燃機関に搭載されている電子制御燃料噴射装置による吸入空気量制御に利用するために設置されている。吸入空気量センサには薄肉のダイヤフラムを有するセンサチップが用いられており、センサチップでの計測データを、制御チップで収集・補正し、外部に出力する仕組みとなっている。
以下、図面を参照しながら本実施の形態１の半導体モジュールである吸入空気量センサについて説明する。
図１は本発明の実施の形態１の回路モジュールの実装構造を示す平面図、図２は図１に示すＡ―Ａ線で切断した構造を示す断面図である。
図２に示す回路モジュールは、上記吸入空気量センサに組み込まれるものであり、例えば、ガラス繊維と樹脂とによって構成された基材からなる回路基板１上に、ダイヤフラム２を有し、かつ流量をセンスするセンサチップである第１半導体チップ３と、第１半導体チップ３を制御する制御回路を有する第２半導体チップ４とが搭載されている。なお、回路基板１と第１半導体チップ３は、第１接着剤５によって組み付けられ、回路基板１と第２半導体チップ４は、第２接着剤６によって組み付けられている。
回路基板１には、内部に内層導体配線８と、内層導体配線８の配線パッド９とが形成されており、第１半導体チップ３と第２半導体チップ４とは、ワイヤ７と内層導体配線８、および配線パッド９を介して電気的に接続されている。さらに、第２半導体チップ４はワイヤ７、配線パッド９および内層導体配線８を介して第１貫通孔１１の導体箔１２に電気的に接続されている。また、回路基板１の表面１ａ上には、ワイヤ７を保護するポッティング部１０と、ワイヤ７および第２半導体チップ４を保護するポッティング部１０と、が配置されている。なお、ポッティング部１０を形成する樹脂は、後述する第１樹脂２０とは異なる他の樹脂である。
また、回路基板１には、外部との電気的接続を確保するのに用いられる第１貫通孔１１が形成されており、第１貫通孔１１の内部面である内壁には内層導体配線８につながる導体箔（導体部）１２が形成されている。
上述した回路基板１と第１半導体チップ３とを接着している第１接着剤５や、回路基板１と第２半導体チップ４とを接着している第２接着剤６、ワイヤ７を保護するポッティング部１０を形成する樹脂（他の樹脂）としては、例えば、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂、もしくはポリイミド樹脂やアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することができる。さらに、樹脂中にガラスやマイカなどの充填材を混入させた樹脂などを使用してもよい。
ここで、上記回路モジュールが組み込まれる本実施の形態１の吸入空気量センサの構造について説明する。後述する図１３に示す本実施の形態１の吸入空気量センサ（半導体モジュール）は、第１半導体チップ３や第２半導体チップ４などの半導体部品を備えている。さらに、これら半導体部品が実装された表面（第１面）１ａと、表面１ａと反対側の裏面（第２面）１ｂと、を有し、かつ内部に導体箔（導体部）１２が形成された第１貫通孔１１を備えた回路基板１を備えている。また、吸入空気量センサは、回路基板１の第１貫通孔１１内の導体箔１２と電気的に接続された導体端子であるプレスフィット端子（接続用導体部材）１３と、回路基板１の表面１ａ側と裏面１ｂ側とに配置された樹脂部である第２樹脂２３と、を備えている。
そして、プレスフィット端子（接続用導体部材）１３は、第１貫通孔１１内に挿入（圧入）されて第１貫通孔１１内の導体箔１２と電気的に接続する図３に示す弾性変形部（圧接部）１４を備えている。つまり、プレスフィット端子１３は、上記圧接部で弾性構造を備えており、この弾性変形部１４の弾性構造により、第１貫通孔１１の内壁を押圧して上記内壁に形成された導体箔（導体部）１２と接触している（電気的導通を図っている）。
また、吸入空気量センサでは、回路基板１の表面１ａ側に配置された樹脂部である第２樹脂２３と、裏面１ｂ側に配置された樹脂部である第２樹脂２３と、が第１貫通孔１１内に充填された樹脂である第２樹脂２５を介して一体に形成されている。すなわち、表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、第１貫通孔１１内に充填された第２樹脂２５と、が繋がった状態で一体に形成されている。
また、吸入空気量センサでは、回路モジュールのハウジングとして第１樹脂２０が第２樹脂２３を囲むように形成されている。言い換えると、ハウジングとして形成された第１樹脂２０の内側の領域に第２樹脂２３が形成されており、第１樹脂２０の内側の領域において、表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、が第１貫通孔１１内に充填された第２樹脂２５を介して一体に形成されている。
また、ハウジングである第１樹脂２０には、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３を覆う上カバー２４と、回路基板１の裏面１ｂ側の第２樹脂２３を覆う下カバー２２と、が接合されている。
なお、プレスフィット端子１３の第１貫通孔１１内に配置されている一方の端部と反対側の他方の端部は、第１樹脂２０の外側に露出しており、プレスフィット端子１３の外部に露出した部分は、吸入空気量センサの外部端子となっている。すなわち、プレスフィット端子１３は、Ｌ字型に形成されており、一方の端部には、圧接部である弾性変形部１４が形成されて回路基板１の第１貫通孔１１内に挿入（圧入）されている。そして、弾性変形部１４が延在する方向に対して略直角に折れ曲がって延在する他方の端部の露出部１３ａが、第１樹脂２０の外側に外部端子として露出している。
次に、図１および図２に示す回路モジュールの実装構造を対象として、プレスフィット接続を用いて、回路モジュールとプレスフィット端子１３とを電気的に接続する製造方法について説明する。
図３は図１に示す回路モジュールに実装されるプレスフィット端子の弾性変形部の構造を示す正面図、図４は図１に示す回路モジュールに実装されるプレスフィット端子の露出部側の構造を示す平面図である。さらに、図５は図３に示すプレスフィット端子の圧入時の状態を図１のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続前の断面図、図６は図３に示すプレスフィット端子の圧入時の状態を図１のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続後の断面図である。
図３に示すように、プレスフィット端子１３には弾性変形部１４が形成されている。本実施の形態１の弾性変形部１４は、プレスフィット端子１３の並列方向（Ｙ方向）に弾性変形する機構を有している。また、プレスフィット端子１３は、弾性変形部１４が設けられた端部と反対側の端部に、図４に示すように外部端子となる露出部１３ａを有している。
そして、図５および図６に示すように、プレスフィット端子１３の弾性変形部１４は第１貫通孔１１に圧入される際に、変形する構造になっている。この時、弾性変形部１４から回路基板１のＹ軸方向（板幅方向）に負荷が伝達され、これにより、特に隣り合う第１貫通孔１１の間の領域である孔間部１５が、図６に示すようにＺ軸方向（板厚方向）に変形しやすい。すなわち、孔間部１５では、両側の第１貫通孔１１からプレスフィット端子１３の弾性変形部１４により荷重が付与されるため、変形が起こり易い。
ここで、図７は本発明の実施の形態１のプレスフィット端子を実装した回路モジュールの構造を示す平面図、図８は図７に示すＡ―Ａ線で切断した構造を示す断面図である。
図７および図８に示すように、回路モジュールの回路基板１には一列に並んで複数の第１貫通孔１１が設けられており、各第１貫通孔１１にはプレスフィット端子１３の図５に示す弾性変形部１４が挿入（圧入）された状態となっている。なお、プレスフィット端子１３として、例えば、銅、鉄、鉛などの金属や、樹脂やセラミックスなどに導電性微粒子が混入され、かつ全体が導電性を有する材料、あるいは、絶縁性部材の表面に金、ニッケル、亜鉛などの導電性金属がめっきされた部材を使用することができる。
次に、図９は本発明の実施の形態１の回路モジュールのハウジングを形成する金型構造を示す断面図、図１０は本発明の実施の形態１の回路モジュールのプレスフィット接続部を樹脂で覆った構造を示す断面図、図１１は本発明の実施の形態１の半導体モジュールにおいて図７のＢ−Ｂ線で切断した構造に相当する断面図である。また、図１２は本発明の実施の形態１の半導体モジュールにおいて図７のＣ−Ｃ線で切断した構造に相当する断面図、図１３は本発明の実施の形態１の半導体モジュールの構造を示す断面図である。
図９に示すように、回路モジュールのケースとなるハウジングを、モールド金型４０を用いて樹脂モールディングによって形成する。まず、上金型１６と下金型１７とからなるモールド金型４０の金型面に、プレスフィット端子１３などを実装した回路モジュールを配置し、上金型１６と下金型１７とによって金型のクランプ部１９で回路モジュールを押さえて空洞部１８を形成して、この空洞部１８に、図１０に示すように第１樹脂２０を充填する。すなわち、上記ハウジングを形成する樹脂モールディングは、インサート成形である。この樹脂モールディングにより、第１樹脂２０によってケースとなるハウジングが形成される。
樹脂モールディングによってハウジングを形成した後、図１０に示すように、プレスフィット接続部を含む図９に示す空洞部２１に第２樹脂（樹脂部）２３を注入するために、まず下カバー２２を第１樹脂２０に接合する。そして、接合後、第２樹脂２３を空洞部２１に注入し、これにより、空洞部２１に第２樹脂２３を充填する。この時、空洞部２１に第２樹脂２３が充填されることで、図９に示す回路基板１の複数の第１貫通孔１１のそれぞれの内部には、図１０に示すように第２樹脂２５が充填される。
第２樹脂２３の充填により、図１１および図１２に示すように、第２樹脂２３は、回路基板１の表面（第１面、主面）１ａ上と、表面１ａと反対側の裏面（第２面）１ｂ上にそれぞれ形成され、さらに、第１貫通孔１１内に埋め込まれた第２樹脂２５によって表面１ａ側の第２樹脂２３と裏面１ｂ側の第２樹脂２３とが、直線的に接続されている。
言い換えると、第１貫通孔１１内に充填された第２樹脂２５は、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と裏面１ｂ側の第２樹脂２３とを結ぶ直線Ｌ上に配置されている。すなわち、図１２に示すように、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、を結ぶ第１貫通孔１１内の第２樹脂２５は、屈曲することなく直線的に延在する柱状の形態となっている。
これにより、第１貫通孔１１内の第２樹脂２５による梁構造の剛性を高めることができる。
第２樹脂２３を充填した後、図１３に示すように上カバー２４を第１樹脂２０に接合し、回路モジュールからの検出信号をプレスフィット端子１３の露出部１３ａによって外部に出力することが可能な半導体モジュール（吸入空気量センサ、センサモジュール）が完成する。
なお、図１３に示す本実施の形態１の半導体モジュールにおいては、回路基板１の表面１ａ側と裏面１ｂ側とに、第１樹脂２０からなり、かつ樹脂モールディングからなるハウジングが形成されている。そして、回路基板１の表面１ａ側の上記ハウジングの内側の領域に形成された第２樹脂（樹脂部）２３と、裏面１ｂ側の上記ハウジングの内側の領域に形成された第２樹脂（樹脂部）２３と、が第１樹脂２０とは異なり、かつ第１貫通孔１１内に充填された第２樹脂２５を介して一体に形成されている。
そして、半導体モジュール（吸入空気量センサ、センサモジュール）の第１樹脂２０や第２樹脂２３（第２樹脂２５）には、例えば、絶縁性のセラミックスやガラスを充填したエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂を使用することができる。
なお、第１樹脂２０は、ケースであるハウジングを形成する樹脂であるため、硬度を大きくした方が好ましい。すなわち、第１樹脂２０の硬度は、第２樹脂２３（第２樹脂２５）の硬度より大きい方が好ましく、これにより、ハウジングの剛性を確保することができる。ただし、第１樹脂２０の硬度が大きいと、樹脂モールディングの際にプレスフィット端子１３が変形する虞れもある。その場合には、ハウジング用に硬度が小さい第２樹脂２３を使用してもよく、硬度が小さい第２樹脂２３を用いて樹脂モールディングを行ってハウジングを形成することで、プレスフィット端子１３の樹脂モールディング時の変形を抑制することができる。
つまり、第１樹脂２０と第２樹脂２３（第２樹脂２５）は、同じ樹脂であってもよいし、もしくは異なる樹脂であってもよい。
ここで、本願発明者が検討したプレスフィット接続での問題点と、本実施の形態１の特徴について説明する。
プレスフィット接続では、電気的接続を維持するために貫通穴の寸法よりも大きな寸法のプレスフィットを圧入する必要がある。この時に両者の寸法差が大きいほど接続の維持信頼性が向上するが、同時に弾性力による回路基板への負荷が増加し、基板割れが発生する恐れがある。
本願発明者が検討したプレスフィット接続では、プレスフィット端子を挿入する貫通孔内に樹脂が充填されていないため、特に図６における孔間部１５の負荷の過大に起因するＺ軸方向（基板厚さ方向）の基板変形を抑制しきれず、その結果、基板割れが発生する虞れがある。
そこで、本実施の形態１の図１３に示す半導体モジュール（吸入空気量センサ、センサモジュール）では、図１１および図１２に示すように、複数の第１貫通孔１１のそれぞれの内部に第２樹脂２５が充填されている。
これにより、プレスフィット接続で、回路基板１における隣り合う第１貫通孔１１の間の領域である孔間部１５が変形してしまう場合でも、各第１貫通孔１１内に充填された第２樹脂２５によって、板厚方向の回路基板１の拘束力を増加させることができ、その結果、回路基板１の孔間部１５における変形を低減することが可能になる。特に図１２に示すように、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と裏面１ｂ側の第２樹脂２３とを第１貫通孔１１内の第２樹脂２５によって直線的に繋ぐと拘束力が働きやすく、望ましい。
以上のように、本実施の形態１の半導体モジュール（吸入空気量センサ、センサモジュール）では、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、が第１貫通孔１１内に充填された第２樹脂２５によって一体となって繋がっている。したがって、第１貫通孔１１内の第２樹脂２５が柱となり、回路基板１における孔間部１５をその上下に配置された第２樹脂２３によって押さえ付けることができ、孔間部１５における上下からの拘束力を高めることができる。
これにより、回路基板１の孔間部１５における基板の剥離などの破損を抑制することができるとともに、孔間部１５における回路基板１の変形を抑制することができる。
その結果、プレスフィット端子１３が実装された回路基板１を備える半導体モジュール（吸入空気量センサ、センサモジュール）において、半導体モジュールの信頼性の向上を図ることができる。
なお、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、が第１貫通孔１１内の第２樹脂２５によって直線的に繋がっていることにより、第２樹脂２５による梁構造の剛性をさらに高めることができる。
これにより、回路基板１の孔間部１５における基板変形をさらに抑制することができ、上記半導体モジュールの信頼性をさらに向上させることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態２では、実施の形態１の半導体モジュール（吸入空気量センサ、センサモジュール）において、プレスフィット端子１３の接続領域を、ハウジングの形成時に同時に覆った場合について説明する。
図１４は本発明の実施の形態２の回路モジュールのハウジングを形成する金型構造を示す断面図、図１５は本発明の実施の形態２の半導体モジュールの構造を示す断面図である。
図１４に示すように、本実施の形態２の回路モジュールでは、ハウジングを形成するモールド金型４０において、図１５の第１樹脂２０を充填する空洞部１８が、プレスフィット接続部を含んだ箇所まで拡大されている。したがって、図１５に示すように、第１樹脂２０によってハウジングを形成すると同時に、プレスフィット端子１３の接続部近傍も第１樹脂２０で覆い、第１貫通孔１１内に第１樹脂２６が充填されている。
すなわち、本実施の形態２では、樹脂モールディングによって第１樹脂２０でハウジングを形成する際に、同時に第１樹脂２６を第１貫通孔１１に充填する。したがって、本実施の形態２の半導体モジュール（吸入空気量センサ、センサモジュール）の構造は、回路基板１の表面１ａ側と裏面１ｂ側とに、第１樹脂２０からなり、かつ樹脂モールディングからなるハウジングが形成され、さらに第１貫通孔１１内に第１樹脂２６が充填されている。そして、回路基板１の表面１ａ側の第１樹脂２０と、裏面１ｂ側の第１樹脂２０と、が第１貫通孔１１内に充填された第１樹脂２６を介して一体に形成されている。
また、表面１ａ側の第１樹脂２０には上カバー２４が接合され、一方、裏面１ｂ側の第１樹脂２０には下カバー２２が接合されており、ポッティング部１０によって覆われた第２半導体チップ４の領域が上カバー２４によって覆われている。なお、半導体部品である第２半導体チップ４を覆うポッティング部１０を形成する樹脂は、ハウジング用の第１樹脂２０とは異なる流動性の高いポッティング用の他の樹脂を用いることが好ましい。ただし、第１樹脂２０（第１樹脂２６）とポッティング部１０を形成する樹脂は、同じ樹脂であってもよい。
本実施の形態２の半導体モジュールによれば、実施の形態１の半導体モジュールで用いた第２樹脂２３（第２樹脂２５）を用いる必要が無くなり、部品数の低減化を図ることができるとともに、工程の簡略化を図ることができる。さらに、半導体モジュールのコストの低減化を図ることができる。
（実施の形態３）
図１６は本発明の実施の形態３の回路モジュールの実装構造を示す平面図、図１７は本発明の実施の形態３のプレスフィット端子の圧入時の状態を図１６のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続前の断面図、図１８は本発明の実施の形態３のプレスフィット端子の圧入時の状態を図１６のＢ−Ｂ線の位置で切断して示すプレスフィット端子接続後の断面図である。また、図１９は本発明の実施の形態３の半導体モジュールにおいて図７のＢ−Ｂ線で切断した構造に相当する断面図、図２０は本発明の実施の形態３の半導体モジュールにおいて図７のＣ−Ｃ線で切断した構造に相当する断面図、図２１は本発明の実施の形態３の回路モジュールの他の実装構造を示す平面図である。
本実施の形態３の実施の形態１、２と異なる点は、図１６に示すように、複数の第１貫通孔１１の配列方向に沿って第１貫通孔１１の両側に第２貫通孔２７が形成されている点である。詳細に説明すると、複数の第１貫通孔１１それぞれの周囲に複数の第２貫通孔２７が形成され、複数の第２貫通孔２７のうちの一部が、平面視で、複数の第１貫通孔１１の配列方向に沿って第１貫通孔１１の両側に、かつ第１貫通孔１１とともに一列に直線上に並んで配置されている。
なお、隣り合う第１貫通孔１１の間の領域である孔間部１５は、特に図１７に示すプレスフィット端子１３の弾性変形部１４からの荷重を受けて変形し易いため、図１６に示すように、少なくともこの孔間部１５に、第２貫通孔２７が形成されていることが好ましい。
そして、図１７に示す第１貫通孔１１のそれぞれに、図１８に示すようにプレスフィット端子１３を挿入（圧入）すると、少なくとも孔間部１５もしくは第１貫通孔１１の両側に第２貫通孔２７が形成されているため、プレスフィット端子１３の弾性変形部１４から受けるＹ軸方向の荷重を第２貫通孔２７で吸収することができる。これにより、孔間部１５におけるＹ軸方向（基板厚さ方向）の変形を抑制することができる。
以上のように第２貫通孔２７は、図６に示すような孔間部１５での基板変形に対して、Ｙ軸方向の変形を吸収することでＺ軸方向の変形を抑制する効果を生み出している。しかしながら、このままで製品として使用すると、プレスフィット端子１３の弾性変形部１４の弾性回復力によりＹ軸方向の変形吸収が過度に進み、弾性変形部（圧接部）１４の第１貫通孔１１の内壁に形成された導体箔１２に対する押圧力が弱まり、プレスフィット端子１３の電気的な接続が維持できない虞れがある。
そこで、本実施の形態３の半導体モジュールでは、図１９および図２０に示すように、実施の形態１と同様に第１貫通孔１１内に第２樹脂２５が充填されるとともに、図１９に示すように第２貫通孔２７内に第２樹脂２８が形成されている。
その結果、本実施の形態３の半導体モジュールでは、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂（樹脂部）２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂（樹脂部）２３と、が複数の第２貫通孔２７のそれぞれの内部に充填された第２樹脂２８を介して一体に形成されている。なお、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、は第１貫通孔１１内の第２樹脂２５とも一体で繋がっており、すなわち、本実施の形態３の半導体モジュールでは、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、が第１貫通孔１１内の第２樹脂２５および第２貫通孔２７内の第２樹脂２８を介して一体で繋がっている。
これにより、回路基板１のＺ軸方向の変形を、実施の形態１および２の半導体モジュールと同様なメカニズム、すなわち、第１貫通孔１１内に第２樹脂２５が充填されていることで、孔間部１５の拘束力を高めることができ、かつ図１７に示すプレスフィット端子１３の弾性変形部１４から受けるＹ軸方向の荷重を第２貫通孔２７で吸収して孔間部１５における基板変形を抑制することができる。さらに、図１９に示すように第２貫通孔２７に第２樹脂２８が充填されていることにより、Ｙ軸方向の変形吸収が過度に進むのを抑制することができ、その結果、プレスフィット端子１３の電気的な接続の維持を確保することができる。
以上のことから、本実施の形態３の半導体モジュールの信頼性の向上を図ることができる。
なお、第２貫通孔２７は、図２１の回路モジュールの他の実装構造に示すように、平面視の孔の形状を楕円形などの長孔としてもよい。すなわち、複数設けられた第２貫通孔２７のうちの何れかは、平面視の孔の形状において、複数の第２貫通孔２７の配列方向（Ｙ軸方向）の長さより、上記配列方向（Ｙ軸方向）に交差する方向（Ｘ方向）の長さが長く形成された楕円などを含む長孔形状であってもよい。
この長孔の第２貫通孔２７は、特に基板変形が大きいと推測される、隣り合う第１貫通孔１１の間の領域である孔間部２９に設けることが好ましい。第２貫通孔２７の平面視の形状を、第２貫通孔２７の配列方向（Ｙ軸方向）の長さより、上記配列方向に交差する方向（Ｘ方向）の長さが長く形成された形状とすることにより、プレスフィット端子１３の弾性変形部１４から受けるＹ軸方向の荷重を、長孔における長手方向の開口面積が広い部分で吸収することができる。これにより、第２貫通孔２７がより変形し易く、孔間部２９における基板変形をより抑制することができる。
また、第２貫通孔２７を長孔とすることにより、第１貫通孔１１と第１貫通孔１１との間の領域（孔間部２９）などの面積が小さい領域であっても、第２貫通孔２７を形成することができる。
（実施の形態４）
図２２は本発明の実施の形態４の回路モジュールの実装構造を示す平面図、図２３は図２２に示すＡ―Ａ線で切断した構造に相当する電子制御装置（半導体モジュール）の断面図、図２４は図２３に示す電子制御装置を実装したユニットが搭載された自動車の構造を示す斜視図である。
本実施の形態４では、半導体モジュールが、自動車に搭載される電子制御装置の場合を例に挙げて説明する。電子制御装置には制御用チップのみが複数搭載されており、センサなどの外部機器から得た情報を集約して演算を行い、アクチュエータなどの外部機器への入力信号を出力する仕組みとなっている。
図２３に示す半導体モジュールの組み立てでは、実施の形態１で説明した手順と同様の手順により、上下金型を用いて回路モジュール（図２２に示す回路基板１の第１貫通孔１１にプレスフィット端子１３が挿入（圧入）されたモジュール）をクランプして、第１樹脂２０を充填してハウジングを形成する。これにより、プレスフィット端子１３の露出部１３ａが第１樹脂２０から露出した状態となる。そして、第１樹脂２０からなるハウジングに下カバー２２を接合した後、第１樹脂２０と下カバー２２によって囲まれた領域に第２樹脂２３を注入する。これにより、回路基板１の第１貫通孔１１内にも第２樹脂２５が充填される。第２樹脂２３の注入を完了した後、最後に上カバー２４を第１樹脂２０に接合し、図２３に示す電子制御装置（半導体モジュール）が完成する。
上記電子制御装置では、図２２に示すように、半導体部品として第１半導体チップ３、第２半導体チップ４、第３半導体チップ３０、第４半導体チップ３１および第５半導体チップ３２などの複数の素子がワイヤ７を介して配線パッド９に電気的に接続されている。したがって、実施の形態１で用いたポッティング部１０は形成することなく、第２樹脂２３によって上記各半導体チップやワイヤ７などを纏めて覆う構造となっている。
また、図２４に示す自動車５０は、図２３に示す半導体モジュールが搭載されたものであり、車体５１と、タイヤ５２と、図２３に示す半導体モジュールが実装された実装ユニット３３と、を備えている。実装ユニット３３は、例えば、エンジン制御ユニットなどであり、その場合、実装ユニット３３はエンジンの近傍に設けられているため、高温環境下での使用となり、実装ユニット３３に実装される図２３に示す半導体モジュールにおいても高い信頼性が要求される。
そこで、図２３に示す本実施の形態４の半導体モジュールにおいても、回路基板１の表面１ａ側の第２樹脂２３と、裏面１ｂ側の第２樹脂２３と、が第１貫通孔１１内の第２樹脂２５を介して一体で繋がっているため、板厚方向の回路基板１の拘束力を増加させることができ、これにより、回路基板１の孔間部１５における変形を低減することが可能になる。その結果、本実施の形態４の半導体モジュールの信頼性の向上を図ることができる。さらに、自動車５０の信頼性も高めることができる。
なお、図２３に示す本実施の形態４の半導体モジュールにおいても、図１６に示すような第２貫通孔２７を少なくとも孔間部１５に形成することにより、プレスフィット端子１３の弾性変形部１４（図１７参照）から受けるＹ軸方向の荷重を第２貫通孔２７で吸収して孔間部１５における基板変形を抑制することができる。
これにより、本実施の形態４の半導体モジュールの信頼性の向上をさらに図ることができ、自動車５０の信頼性もさらに高めることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。
上記実施の形態１〜４では、半導体モジュールが吸入空気量センサや電子制御装置の場合を一例として取り上げ、これら吸入空気量センサや電子制御装置において、プレスフィット接続を適用した半導体モジュールの例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、回路基板にプレスフィット接続を適用した任意のモジュールにも適用することができる。
１ 回路基板
１ａ 表面（第１面）
１ｂ 裏面（第２面）
３ 第１半導体チップ（半導体部品）
４ 第２半導体チップ（半導体部品）
１０ ポッティング部（他の樹脂）
１１ 第１貫通孔
１２ 導体箔（導体部）
１３ プレスフィット端子（接続用導体部材）
１４ 弾性変形部（圧接部）
２０ 第１樹脂
２３ 第２樹脂（樹脂部）
２５ 第２樹脂
２６ 第１樹脂
２７ 第２貫通孔
２８ 第２樹脂
４０ モールド金型
５０ 自動車

Claims (14)

  1. 半導体部品と、
    前記半導体部品が実装された第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有し、かつ内部に導体部が形成された第１貫通孔を備えた回路基板と、
    前記回路基板の前記第１貫通孔内に圧入された接続用導体部材と、
    前記回路基板の前記第１面側と前記第２面側とに配置された樹脂部と、
    を含み、
    前記接続用導体部材は、前記第１貫通孔内の前記導体部と電気的に接続する圧接部を備え、
    前記回路基板の前記第１面側の前記樹脂部と、前記第２面側の前記樹脂部と、が前記第１貫通孔内に充填された樹脂を介して一体に形成されている、半導体モジュール。
  2. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記回路基板には、前記第１貫通孔とは異なる第２貫通孔が前記第１貫通孔の周囲に複数形成され、
    前記回路基板の前記第１面側の前記樹脂部と、前記第２面側の前記樹脂部と、が前記複数の第２貫通孔のそれぞれの内部に充填された樹脂を介して一体に形成されている、半導体モジュール。
  3. 請求項２に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記回路基板に前記第１貫通孔が複数形成され、
    前記複数の第１貫通孔のそれぞれに前記接続用導体部材が圧入され、
    隣り合う２つの前記第１貫通孔の間に前記複数の第２貫通孔のうちの何れかが形成されている、半導体モジュール。
  4. 請求項３に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記複数の第１貫通孔と前記複数の第２貫通孔のうちの何れかとが、平面視で直線上に並んで配置されている、半導体モジュール。
  5. 請求項３に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記複数の第２貫通孔のうちの何れかは、平面視の孔の形状において、前記複数の第２貫通孔の配列方向の長さより、前記配列方向に交差する方向の長さが長い、半導体モジュール。
  6. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記第１貫通孔内に充填された前記樹脂は、前記回路基板の前記第１面側の前記樹脂部と前記第２面側の前記樹脂部とを結ぶ直線上に配置されている、半導体モジュール。
  7. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記回路基板の前記第１面側と前記第２面側とに、第１樹脂からなり、かつ樹脂モールディングによって形成されたハウジングを備え、
    前記第１貫通孔内に前記第１樹脂が充填され、
    前記回路基板の前記第１面側の前記第１樹脂と、前記第２面側の前記第１樹脂と、が前記第１貫通孔内に充填された前記第１樹脂を介して一体に形成されている、半導体モジュール。
  8. 請求項７に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記半導体部品は、前記第１樹脂とは異なる他の樹脂で覆われている、半導体モジュール。
  9. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記回路基板の前記第１面側と前記第２面側とに、第１樹脂からなり、かつ樹脂モールディングによって形成されたハウジングを備え、
    前記回路基板の前記第１面側の前記ハウジングの内側の領域に形成された前記樹脂部と、前記第２面側の前記ハウジングの内側の領域に形成された前記樹脂部と、が前記第１樹脂とは異なり、かつ前記第１貫通孔内に充填された第２樹脂を介して一体に形成されている、半導体モジュール。
  10. 請求項９に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記第１樹脂の硬度は、前記第２樹脂の硬度より大きい、半導体モジュール。
  11. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記接続用導体部材は、前記圧接部で弾性構造を備えており、
    前記弾性構造により、前記第１貫通孔の内壁を押圧して前記内壁に形成された前記導体部と接触している、半導体モジュール。
  12. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記半導体モジュールは、物理量を検出するセンサである、半導体モジュール。
  13. 請求項１２に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記半導体モジュールは、流量センサである、半導体モジュール。
  14. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    前記半導体モジュールは、自動車に搭載された電子制御装置である、半導体モジュール。
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