JP5788585B2 - 電子モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81399—Material
    • H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/81447—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/818—Bonding techniques
    • H01L2224/81801—Soldering or alloying
    • H01L2224/81815—Reflow soldering
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
    • H01L2224/834—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/83447—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
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    • H01L2224/83463—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/8348—Molybdenum [Mo] as principal constituent
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
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    • H01L2224/83815—Reflow soldering
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    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
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Description

本発明は、電子モジュールおよびその製造方法、より詳しくは、ヒートシンクを備えた電子モジュールおよびその製造方法に関する。
従来、電子モジュールの一つとして、入力電力から所望の出力電力を得るためのレギュレータが知られている。図６に示すように、従来のレギュレータ１００は、パワー部１１０、制御部１２０およびヒートシンク１３０を備えている。パワー部１１０は、基板１１１上に実装された半導体スイッチング素子等の電子素子１１２により電力変換を行う。制御部１２０は、基板１２１上に実装された制御素子等の電子素子１２２によりパワー部１１０を制御する。パワー部１１０と制御部１２０は、接続端子１１３により電気的に接続されている。ヒートシンク１３０は、ベースプレート１３１と、このベースプレート１３１の下面に立設された複数のフィン１３２とを有する。また、レギュレータ１００は、外部接続端子１２３を介して外部の機器と接続される。
従来のレギュレータ１００においては、図６に示すように、パワー部１１０および制御部１２０のいずれも、ヒートシンク１３０のベースプレート１３１上に設けられている。
なお、特許文献１には、電子モジュールの一つとして、フィンが設けられた冷却部材を半導体チップの両面に設け、放熱性を改善した半導体装置が記載されている。半導体チップの両面に冷却部材を設けるため、電子モジュールのサイズは大きくなる。
特開２００１−１５６２２５号公報
上記のように、従来のレギュレータ等の電子モジュールでは、パワー部１１０と制御部１２０が同一平面上に並べて設けられるため、全体のサイズが大きくなってしまう。即ち、従来は、レギュレータ等のヒートシンクを備える電子モジュールを小型化することが困難であるという課題があった。
そこで、本発明は、電子モジュールの小型化が可能な電子モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る電子モジュールは、
第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面を有する第１の基板と、前記第１の主面に実装された第１の電子素子とを有する第１の電子モジュールと、
第３の主面および前記第３の主面と反対側の第４の主面を有し且つ前記第３の主面が前記第１の主面に対向するように配置された第２の基板と、前記第３の主面に実装され、第１の接続部材を介して前記第１の電子素子に電気的に接続された第２の電子素子と、前記第４の主面に実装され、前記第２の基板を厚さ方向に貫通する第２の接続部材を介して前記第１の電子素子に電気的に接続された第３の電子素子とを有し、前記第１および第２の接続部材により前記第１の電子モジュールに熱的に接続された第２の電子モジュールと、
内部に収納部が設けられたベースプレートを有し、前記第１の基板の前記第２の主面が前記収納部の内壁面に接するように前記第１および前記第２の電子モジュールを前記収納部に収納するヒートシンクと、
を備えることを特徴とする。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記第２の基板を収容し、前記第１の基板の前記第１の主面を覆うとともに、外表面が前記ヒートシンクの前記収納部の内壁面に接するキャップ部をさらに備え、前記第２の基板の側面は前記キャップ部の内表面に接するようにしてもよい。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記キャップ部は、表面が絶縁処理された金属からなるようにしてもよい。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記第１の電子素子、前記第２の電子素子および前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部の内部に充填された封止樹脂をさらに備えてもよい。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記第２の基板の前記第４の主面を覆い、外表面が前記ヒートシンクの前記収納部の内壁面に接するキャップ部をさらに備えてもよい。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部の内部に充填された封止樹脂をさらに備えてもよい。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記第１の電子素子および前記第２の電子素子を埋設するように前記第１の電子モジュールおよび前記第２の電子モジュール間に充填された封止樹脂をさらに備えてもよい。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記第１の基板は、
第１の絶縁基材と、
前記第１の絶縁基材の前記第１の主面側の主面に設けられ、導電性接合材を介して前記第１の電子素子に電気的に接続された導体パターンと、
前記第１の絶縁基材の前記第２の主面側の主面に設けられ、前記ヒートシンクの前記収納部の内壁面に接する導体層と、
を有するようにしてもよい。
また、前記電子モジュールにおいて、
前記導体層に凹部が設けられ、前記収納部の内壁面に接するように前記凹部に熱伝導部材が配置されているようにしてもよい。
本発明の一態様に係る電子モジュールの製造方法は、
第１の基板の一方の主面に導電性接合材を介して第１の電子素子を搭載する工程と、
第２の基板の一方の主面に導電性接合材を介して第２の電子素子を搭載し、前記第２の基板の他方の主面に導電性接合材を介して第３の電子素子を搭載する工程と、
前記第１の電子素子と前記第２の電気素子との間に導電性の材料からなる第１の接続部材が挟まれ、かつ導電性の材料からなる第２の接続部材が前記第２の基板を厚さ方向に貫通する貫通孔に挿通され前記第１の電気素子に導電性接合材を介して接続するように、前記第２の基板を前記第１の基板に対向配置した後、加熱処理を施して前記第１〜第３の電気素子および前記第１および第２の接続部材を固定し、それにより、積層モジュールを作製する組立工程と、
前記積層モジュールを、ヒートシンクのベースプレートの内部に設けられた収納部に、前記第１の基板の他方の主面が前記収納部の内壁面に接するように収納する収納工程と、
を備えることを特徴とする。
また、前記電子モジュールの製造方法において、
前記組立工程の後、かつ前記収納工程の前において、
前記第２の基板を収容し且つ前記第１の基板の前記第１の主面を覆うように、前記収納部と嵌合する外形を有するキャップ部を前記積層モジュールに被せる工程と、
前記収納工程において、前記キャップ部の外表面が前記収納部の内壁面に接するように、前記キャップ部が被せられた前記積層モジュールを前記ヒートシンク内に収納するようにしてもよい。
また、前記電子モジュールの製造方法において、
前記キャップ部には、前記キャップ部を厚さ方向に貫通する樹脂注入口が設けられ、
前記第２の基板には、前記第２の基板を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、
前記積層モジュールに前記キャップ部を被せた後、前記キャップ部の前記樹脂注入口から樹脂を注入することにより、前記第１の電子素子、前記第２の電子素子および前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部内に樹脂を充填するようにしてもよい。
また、前記電子モジュールの製造方法において、
前記組立工程の後、かつ前記収納工程の前において、
前記第２の基板の前記第４の主面を覆うように、前記収納部と嵌合する外形を有するキャップ部を前記積層モジュールに被せる工程と、
前記収納工程において、前記キャップ部の外表面が前記収納部の内壁面に接するように、前記キャップ部が被せられた前記積層モジュールを前記ヒートシンク内に収納するようにしてもよい。
また、前記電子モジュールの製造方法において、
前記キャップ部には、前記キャップ部を厚さ方向に貫通する樹脂注入口が設けられ、
前記積層モジュールに前記キャップ部を被せた後、前記キャップ部の前記樹脂注入口から樹脂を注入することにより、前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部内に樹脂を充填する工程と、
前記収納工程の後、前記第１の電子素子および前記第２の電子素子を埋設するように、前記収納部内に樹脂を充填する工程と、
をさらに備えてもよい。
本発明に係る電子モジュールでは、第１の電子モジュールと、第１および第２の接続部材により第１の電子モジュールに熱的に接続された第２の電子モジュールとは、ヒートシンクのベースプレートに設けられた収納部に、第１の基板の第２の主面が収納部の内壁面に接するように収納される。これにより、ベースプレート上に第１および第２の電子モジュールが設置されず、また、ベースプレートの平面サイズは第１および第２の電子モジュールのうち平面サイズの大きい方のサイズと同程度にまで減らせる。よって、本発明によれば、電子モジュールを大幅に小型化することができる。
本発明の第１の実施形態に係る電子モジュールの断面図である。 第１の実施形態に係る、２つの電子モジュールが積層された積層モジュールの断面図である。 第１の実施形態に係る、収納部が設けられたヒートシンクの断面図である。 第１の実施形態に係る、導体層の凹部内に熱伝導部材が配置された基板の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子モジュールの断面図である。 従来の電子モジュールの斜視図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係るについて説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。また、図面は模式的なものであり、各構成要素の厚みと平面寸法との関係、各構成要素間の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る電子モジュール１の断面図である。図２は、２つの電子モジュール１０，２０が積層された積層モジュール２９の断面図である。図３は、第１の実施形態に係る、収納部３１ａが設けられたヒートシンク３０の断面図である。
第１の実施形態に係る電子モジュール１は、電子モジュール１０と、この電子モジュール１０に積層された電子モジュール２０と、電子モジュール１０および電子モジュール２０を内部に収納するヒートシンク３０とを備えている。
図２に示すように、電子モジュール１０と電子モジュール２０は積層されて、積層モジュール２９を構成している。基板２１の平面サイズは、基板１１の平面サイズよりも小さい。また、積層モジュール２９を厚さ方向に見たときに基板２１が基板１１に包含されるように、電子モジュール１０の上に電子モジュール２０が積層されている。
電子モジュール２０は、導電性の材料からなる接続部材１８，１９，２８により、電子モジュール１０に電気的かつ熱的に接続されている。接続部材１８，１９，２８は、図２に示すように、基板２１を厚さ方向に貫通するように設けられている。
接続部材１８は、電気素子１２と電気素子２２とを電気的に接続している。接続部材１９は、電気素子１２と電気素子２３とを電気的に接続している。接続部材２８は、導体パターン１４と、導体パターン２５，２６とを電気的に接続している。
低ノイズ化を図る観点から、接続部材１８，１９，２８は、各電気素子間を最短距離で接続するように設けられていることが好ましい。例えば、接続部材１８，１９，２８は、真っ直ぐな板状あるいは柱状の部材から構成される。
なお、接続部材１８，１９，２８の材質は、例えば、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅とモリブデンの合金（Ｃｕ−Ｍｏ）、または銅とタングステンの合金（Ｃｕ−Ｗ）である。
以下、各構成要素について詳しく説明する。
電子モジュール１０は、主面１１ａおよびこの主面１１ａと反対側の主面１１ｂを有する基板１１と、主面１１ａに実装された電子素子１２とを有する。
図２に示すように、基板１１は、セラミックなどの絶縁材料からなる絶縁基材１３と、導体からなる導体層（銅箔など）をパターン加工して形成された導体パターン１４と、銅などの導体からなる導体層１５とを有する。導体パターン１４は、絶縁基材１３の基板１１の主面１１ａ側の主面に、即ち図２において絶縁基材１３の上面に設けられている。導体層１５は、絶縁基材１３の基板１１の主面１１ｂ側の主面に、即ち、図２において絶縁基材１３の下面に設けられている。導体パターン１４は、はんだ等の導電性接合材１６を介して、電子素子１２に電気的に接続されている。
また、図１からわかるように、基板１１の導体層１５は、ヒートシンク３０の収納部３１ａの内壁面に接している。
電子素子１２は、例えば、電子モジュール２０の電気素子２２，２３よりも発熱量の大きい素子である。より具体的には、電子素子１２は、パワーＭＯＳＦＥＴまたは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子である。電子素子１２の制御端子１２ａは、スイッチング素子としての電気素子１２を導通状態または遮断状態に制御するための制御端子である。スイッチング素子としての電気素子１２は、図２において、上下方向に流れる電流を制御する。
電子モジュール２０は、図２に示すように、基板２１と、基板２１の一方の面に実装された電子素子２２と、基板２１の他方の面に実装された電子素子２３とを有する。
図２に示すように、基板２１は、主面２１ａ、および主面２１ａと反対側の主面２１ｂを有し、主面２１ａが基板１１の主面１１ａに対向するように配置されている。
基板２１は、セラミックなどの絶縁材料からなる絶縁基材２４と、絶縁基材２４上に設けられた導体層（銅箔など）をパターン加工して形成された導体パターン２５，２６とを有する。導体パターン２５は、絶縁基材２４の基板２１の主面２１ｂ側の主面に、即ち図２において絶縁基材２４の上面に設けられている。導体パターン２６は、絶縁基材２４の基板２１の主面２１ａ側の主面に、即ち図２において絶縁基材２４の下面に設けられている。
また、図２に示すように、基板２１には、基板２１を厚さ方向に貫通する貫通孔２７が設けられている。
電子素子２２は、図２に示すように、基板２１の主面２１ａに実装され、接続部材１８を介して電子素子１２に電気的に接続されている。より詳しくは、電気素子２２は、導電性接合材１６を介して導体パターン２６に電気的に接続されるとともに、接続部材１８を介して電気素子１２に電気的に接続されている。電気素子２２は、例えば、スイッチング素子としての電気素子１２に並列接続された整流素子である。
電子素子２３は、基板２１の主面２１ｂに実装され、接続部材１９を介して電子素子１２（の制御端子１２ａ）に電気的に接続されている。電気素子２３は、導電性接合材（図示せず）を介して導体パターン２５に電気的に接続されている。電気素子２３は、例えば、電気素子１２を制御する能動素子（制御チップ）である。基板２１の主面２１ｂには、抵抗、コンデンサおよびコイルなどの受動素子も実装されている。
ヒートシンク３０は、電子モジュール１０および電子モジュール２０を冷却するためのものであり、図３に示すように、内部に収納部３１ａが設けられたベースプレート３１と、ベースプレート３１に立設された複数のフィン３２とを有する。
収納部３１ａは、例えば、ベースプレート３１の一側面から反対側の側面まで貫通する貫通孔として設けられる。その他、収納部３１ａは、ベースプレート３１の一側面あるいは上面に形成された凹部からなるようにしてもよい。
図１に示すように、ヒートシンク３０は、基板１１の主面１１ｂが収納部３１ａの内壁面に接するように、電子モジュール１０および電子モジュール２０を収納部３１ａに収納する。
上記のように、本実施形態の電子モジュール１では、電子モジュール１０と電子モジュール２０は積層され、積層モジュール２９を構成する。この積層モジュール２９において、電子モジュール１０と電子モジュール２０は、接続部材１８，１９，２８により熱的に接続されている。そして、積層モジュール２９は、基板１１が収納部３１ａの内壁面に接するようにヒートシンク３０内に収納されている。
これにより、ベースプレート３１上に電子モジュール１０，２０が設置されず、また、ベースプレート３１の平面サイズは電子モジュール１０，２０のうち平面サイズの大きい方のサイズと同程度にまで減らせる。よって、本実施形態によれば、電子モジュール１を大幅に小型化することができる。
また、電子モジュール１０，２０に実装された電子素子１２，２２，２３から発せられる熱は、電子モジュール１０の基板１１からヒートシンク３０に放熱されるため、放熱性は確保される。
また、電子モジュール１０と電子モジュール２０を積層するとともに、接続部材１８，１９，２８により電子素子間を電気的に接続することで、これら２つの電子モジュール間の配線距離を短くして配線抵抗や寄生インダクタンスを低減させることができる。よって、本実施形態によれば、電子モジュール１を低ノイズ化することができる。
本実施形態に係る電子モジュール１は、図１に示すように、収納部３１ａと嵌合する外形を有し、積層モジュール２９に被せられたキャップ部４０を備えている。このキャップ部４０は、基板２１を収容し、基板１１の主面１１ａを覆うとともに、外表面が収納部３１ａの内壁面に接している。そして、基板２１の側面２１ｃは、キャップ部４０の内表面に接している。なお、ベースプレート３１を大きくすることなく、収納部３１ａの容積を若干大きくすることで、キャップ部４０を設けることは可能である。このため、キャップ部４０を設けても、電子モジュール１のサイズは増加しない。
キャップ部４０は、表面が絶縁処理された金属（例えばアルマイト処理されたアルミニウム）からなることが好ましいが、樹脂などの絶縁体からなるようにしてもよい。また、キャップ部４０には、図１に示すように、キャップ部４０を厚さ方向に貫通する樹脂注入口４１が設けられている。樹脂注入口４１は、例えば、キャップ部４０の上面（基板２１と対向する面）に設けられる。
キャップ部４０を設けることで、電子モジュール１０および電子モジュール２０の熱を、基板１１からだけでなく、キャップ部４０からもヒートシンク３０に放熱することが可能になる。例えば、電気素子１２が放熱量の大きいスイッチング素子の場合、電気素子１２から発せられた熱は、基板１１を通って放熱されるとともに、接続部材１８，１９、電子モジュール１０およびキャップ部４０を通って放熱される。よって、本実施形態によれば、放熱性を向上させることができる。
以上説明したように、電子モジュール１では、キャップ部４０からも放熱が可能になるため、積層モジュール２９とヒートシンク３０との間の熱抵抗が減少し、放熱性を向上させることができる。よって、本実施形態によれば、電子モジュールの小型化と放熱性の向上を両立させることができる。
さらに、キャップ部４０を備える電子モジュール１においては、電子モジュール１０および電子モジュール２０は、ヒートシンク３０内に密閉状態に収納される。これにより、電子モジュール１の動作に伴って外部に放出される電磁波を低減するとともに、外部からの電磁波による電子モジュールの動作への影響を抑制することができる。
なお、図１に示すように、電子モジュール１は、キャップ部４０の内部に充填された封止樹脂４５をさらに備えてもよい。この封止樹脂４５は、電子素子１２、電子素子２２および電子素子２３を埋設するようにキャップ部４０の内部に充填されている。これにより、振動、温度および湿度などの外部環境条件に対する耐性を向上させることができる。
また、封止樹脂４５は、高熱伝導率の材料からなるフィラーを含有し、熱伝導性を向上させた樹脂からなるようにしてもよい。これにより、電子モジュール１の放熱性をさらに向上させることができる。
また、図４に示すように、基板１１に、放熱シートや放熱グリスなどの熱伝導部材１７を配置してもよい。具体的には、導体層１５に凹部１５ａが設けられ、収納部３１ａの内壁面に接するように凹部１５ａに熱伝導部材１７が配置されるようにしてもよい。これにより、凹部１５ａの設けられていない基板１１と収納部３１ａの内壁面との間に熱伝導部材を配置する場合に比して、絶縁基材１３とヒートシンク３０間の距離が凹部１５ａの深さ分だけ短くなる。その結果、電子モジュール１の放熱性をさらに向上させることができる。
次に、第１の実施形態に係る電子モジュール１の製造方法について説明する。
まず、基板１１の主面１１ａに導電性接合材１６を介して電子素子１２を搭載する。より詳しくは、基板１１の主面１１ａにクリームはんだ等の導電性接合材１６を所定の位置に印刷形成しておき、その後、電子素子１２をマウンターで導電性接合材１６上に搭載する。同様にして、基板２１の主面２１ａに導電性接合材１６を介して電子素子２２を搭載し、基板２１の主面２１ｂに導電性接合材１６を介して電子素子２３を搭載する。
次に、図２に示すように、電子素子２２，２３が搭載された基板２１を、電子素子１２が搭載された基板１１に対向配置する。この際、電子素子１２と電気素子２２との間に接続部材１８が挟まれ、かつ接続部材１９が基板２１の貫通孔に挿通され電気素子１２に導電性接合材１６を介して接続するようにする。その後、加熱処理（リフロー）を施して、電気素子１２，２２，２３および接続部材１８，１９を固定する。これにより、積層モジュール２９を作製する（組立工程）。このように、一回のリフロー（一括リフロー）で積層モジュール２９を作製することができるため、製造工程数ないし製造時間を短縮することができる。なお、リフロー後、必要に応じて、基板２１上に実装された電子素子間を金属ワイヤーで電気的に接続してもよい。
次に、基板２１を収容し且つ基板１１の主面１１ａを覆うように、キャップ部４０を積層モジュール２９に被せる。換言すれば、キャップ部４０の開口端が基板１１の主面１１ａに当接するように、キャップ部４０を積層モジュール２９に被せる。なお、図１に示すように、キャップ部４０が積層モジュール２９に被せられた状態において、基板２１の側面２１ｃはキャップ部４０の内表面に接する。また、キャップ部４０は、接着剤（シリコン接着剤等）により基板１１に固定される。
次に、キャップ部４０の樹脂注入口４１から樹脂を注入することにより、電子素子１２、電子素子２２および電子素子２３を埋設するようにキャップ部４０内に樹脂を充填する（樹脂充填工程）。より詳しくは、樹脂注入口４１に注入された樹脂は、キャップ部４０と基板２１により画成される空間（上部空間）を満たしつつ、貫通孔２７を通ってキャップ部４０、基板１１および基板２１により画成された空間（下部空間）も満たしていく。その後、最終的には、樹脂は、上部空間および下部空間に充填され、電子素子１２、電子素子２２および電子素子２３を埋設する。このように基板２１に貫通孔２７を設けておくことで、上部空間と下部空間とで樹脂充填工程を分ける必要がなくなり、樹脂充填工程を効率化することができる。
次に、作製された積層モジュール２９を、ヒートシンク３０のベースプレート３１の内部に設けられた収納部３１ａに、基板１１の主面１１ｂが収納部３１ａの内壁面に接するように収納する（収納工程）。本工程においては、キャップ部４０の外表面が収納部３１ａの内壁面に接するように、キャップ部４０が被せられた積層モジュール２９をヒートシンク３０内に収納する。
上記の工程を経て、小型化と放熱性を両立可能な電子モジュール１（図１）を作製することができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、第２の実施形態に係る電子モジュール１Ａの断面図である。第２の実施形態と第１の実施形態との相違点の一つは、キャップ部の構成である。以下、相違点を中心に第２の実施形態について説明する。
図５に示すように、第２の実施形態では、キャップ部４０Ａは基板２１の主面２１ｂを覆うものであり、基板１１と基板２１との間の空間はキャップ部４０Ａにより覆われていない。また、キャップ部４０Ａの外表面は、ヒートシンク３０の収納部３１ａの内壁面に接している。
なお、キャップ部４０Ａは、表面が絶縁処理された金属（例えばアルマイト処理されたアルミニウム）からなることが好ましいが、絶縁体からなるようにしてもよい。
図５に示すように、キャップ部４０Ａには、キャップ部４０Ａを厚さ方向に貫通する樹脂注入口４２が設けられている。樹脂注入口４２は、例えば、キャップ部４０Ａの上面（基板２１と対向する面）に設けられる。樹脂注入口４２から樹脂を注入することで、封止樹脂４５Ａ（後述）を形成することができる。
このようなキャップ部４０Ａを設けることで、電子モジュール１０および電子モジュール２０の熱を、基板１１からだけでなく、キャップ部４０Ａからもヒートシンク３０に放熱することが可能になる。このため、第１の実施形態の場合と同様、第２の実施形態によれば、電子モジュールの小型化と放熱性の向上を両立させることができる。
なお、図５に示すように、電子モジュール１Ａは、キャップ部４０Ａの内部に充填された封止樹脂４５Ａをさらに備えてもよい。この封止樹脂４５Ａは、電子素子２３を埋設するようにキャップ部４０Ａの内部に充填されている。これにより、振動、温度および湿度などの外部環境条件に対する耐性を向上させることができる。
また、図５に示すように、電子モジュール１Ａは、電子素子１２および電子素子２２を埋設するように電子モジュール１０および電子モジュール２０間に充填された封止樹脂４５Ｂをさらに備えてもよい。
封止樹脂４５Ａ，４５Ｂは、高熱伝導率の材料からなるフィラーを含有し、熱伝導性を向上させた樹脂からなるようにしてもよい。これにより、電子モジュール１Ａの放熱性をさらに向上させることができる。
次に、第２の実施形態に係る電子モジュール１Ａの製造方法について説明する。積層モジュール２９を作製するまでの工程は、第１の実施形態に係る電子モジュール１の製造方法と同様であるため説明を省略し、その次の工程から説明する。
図５に示すように、基板２１の主面２１ｂを覆うように、ヒートシンク３０の収納部３１ａと嵌合する外形を有するキャップ部４０Ａを積層モジュール２９に被せる。換言すれば、キャップ部４０Ａの開口端が基板２１の主面２１ｂに当接するように、キャップ部４０Ａを積層モジュール２９に被せる。キャップ部４０Ａは、接着剤（シリコン接着剤等）により基板２１に固定される。
次に、キャップ部４０Ａの樹脂注入口４２から樹脂を注入することにより、電子素子２３を埋設するようにキャップ部４０Ａ内に樹脂を充填する。
次に、作製された積層モジュール２９を、ヒートシンク３０の収納部３１ａに、基板１１の主面１１ｂが収納部３１ａの内壁面に接するように収納する（収納工程）。本工程においては、キャップ部４０Ａの外表面が収納部３１ａの内壁面に接するように、キャップ部４０Ａが被せられた積層モジュール２９をヒートシンク３０内に収納する。また、図５に示すように、収納状態において、基板２１の端部が収納部３１ａの内壁面に接するようにして、さらに放熱性を向上させるようにしてもよい。
次に、電子素子１２および電子素子２２を埋設するように、収納部３１ａ内に樹脂を充填する。本工程において、樹脂が収納部３１ａから漏れることを防止して樹脂充填作業を容易にするため、収納部３１ａは、貫通孔として形成されたものよりも、ベースプレート３１の側面あるいは上面に凹部形状に形成されたものであることが好ましい。
上記の工程を経て、小型化と放熱性を両立可能な電子モジュール１Ａ（図５）を作製することができる。
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。
１，１Ａ 電子モジュール
１０，２０ 電子モジュール
１１，２１，１１１，１２１ 基板
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ 主面
１２，２２，２３，１１２，１２２ 電子素子
１２ａ 制御端子
１３，２４ 絶縁基材
１４，２５，２６ 導体パターン
１５ 導体層
１５ａ 凹部
１６ 導電性接合材
１７ 熱伝導部材
１８，１９，２８ 接続部材
２１ｃ 側面
２７ 貫通孔
２９ 積層モジュール
３０，１３０ ヒートシンク
３１，１３１ ベースプレート
３１ａ 収納部
３２，１３２ フィン
４０，４０Ａ キャップ部
４１，４２ 樹脂注入口
４５，４５Ａ，４５Ｂ 封止樹脂
１００ レギュレータ
１１０ パワー部
１１３ 接続端子
１２０ 制御部
１２３ 外部接続端子

Claims (15)

  1. 第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面を有する第１の基板と、前記第１の主面に実装された第１の電子素子とを有する第１の電子モジュールと、
    第３の主面および前記第３の主面と反対側の第４の主面を有し且つ前記第３の主面が前記第１の主面に対向するように配置された第２の基板と、前記第３の主面に実装され、第１の接続部材を介して前記第１の電子素子に電気的に接続された第２の電子素子と、前記第４の主面に実装され、前記第２の基板を厚さ方向に貫通する第２の接続部材を介して前記第１の電子素子に電気的に接続された第３の電子素子とを有し、前記第１および第２の接続部材により前記第１の電子モジュールに熱的に接続された第２の電子モジュールと、
    内部に収納部が設けられたベースプレートを有し、前記第１の基板の前記第２の主面が前記収納部の内壁面に接するように前記第１および前記第２の電子モジュールを前記収納部に収納するヒートシンクと、
    を備えることを特徴とする電子モジュール。
  2. 前記第２の基板を収容し、前記第１の基板の前記第１の主面を覆うとともに、外表面が前記ヒートシンクの前記収納部の内壁面に接するキャップ部をさらに備え、前記第２の基板の側面は前記キャップ部の内表面に接することを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
  3. 前記キャップ部は、表面が絶縁処理された金属からなることを特徴とする請求項２に記載の電子モジュール。
  4. 前記第１の電子素子、前記第２の電子素子および前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部の内部に充填された封止樹脂をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の電子モジュール。
  5. 前記第２の基板の前記第４の主面を覆い、外表面が前記ヒートシンクの前記収納部の内壁面に接するキャップ部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
  6. 前記キャップ部は、表面が絶縁処理された金属からなることを特徴とする請求項５に記載の電子モジュール。
  7. 前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部の内部に充填された封止樹脂をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の電子モジュール。
  8. 前記第１の電子素子および前記第２の電子素子を埋設するように前記第１の電子モジュールおよび前記第２の電子モジュール間に充填された封止樹脂をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の電子モジュール。
  9. 前記第１の基板は、
    第１の絶縁基材と、
    前記第１の絶縁基材の前記第１の主面側の主面に設けられ、導電性接合材を介して前記第１の電子素子に電気的に接続された導体パターンと、
    前記第１の絶縁基材の前記第２の主面側の主面に設けられ、前記ヒートシンクの前記収納部の内壁面に接する導体層と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
  10. 前記導体層に凹部が設けられ、前記収納部の内壁面に接するように前記凹部に熱伝導部材が配置されていることを特徴とする請求項９に記載の電子モジュール。
  11. 第１の基板の一方の主面に導電性接合材を介して第１の電子素子を搭載する工程と、
    第２の基板の一方の主面に導電性接合材を介して第２の電子素子を搭載し、前記第２の基板の他方の主面に導電性接合材を介して第３の電子素子を搭載する工程と、
    前記第１の電子素子と前記第２の電子素子との間に導電性の材料からなる第１の接続部材が挟まれ、かつ導電性の材料からなる第２の接続部材が前記第２の基板を厚さ方向に貫通する貫通孔に挿通され前記第１の電子素子に導電性接合材を介して接続するように、前記第２の基板を前記第１の基板に対向配置した後、加熱処理を施して前記第１〜第３の電子素子および前記第１および第２の接続部材を固定し、それにより、前記第１の接続部材により前記第１の電子素子と前記第２の電子素子が電気的に接続されるとともに前記第２の接続部材により前記第１の電子素子と前記第３の電子素子が電気的に接続された積層モジュールを作製する組立工程と、
    前記積層モジュールを、ヒートシンクのベースプレートの内部に設けられた収納部に、前記第１の基板の他方の主面が前記収納部の内壁面に接するように収納する収納工程と、
    を備えることを特徴とする電子モジュールの製造方法。
  12. 前記組立工程の後、かつ前記収納工程の前において、
    前記第２の基板を収容し且つ前記第１の基板の前記第１の主面を覆うように、前記収納部と嵌合する外形を有するキャップ部を前記積層モジュールに被せる工程と、
    前記収納工程において、前記キャップ部の外表面が前記収納部の内壁面に接するように、前記キャップ部が被せられた前記積層モジュールを前記ヒートシンク内に収納することを特徴とする請求項１１に記載の電子モジュールの製造方法。
  13. 前記キャップ部には、前記キャップ部を厚さ方向に貫通する樹脂注入口が設けられ、
    前記第２の基板には、前記第２の基板を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、
    前記積層モジュールに前記キャップ部を被せた後、前記キャップ部の前記樹脂注入口から樹脂を注入することにより、前記第１の電子素子、前記第２の電子素子および前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部内に樹脂を充填することを特徴とする請求項１２に記載の電子モジュールの製造方法。
  14. 前記組立工程の後、かつ前記収納工程の前において、
    前記第２の基板の前記第４の主面を覆うように、前記収納部と嵌合する外形を有するキャップ部を前記積層モジュールに被せる工程と、
    前記収納工程において、前記キャップ部の外表面が前記収納部の内壁面に接するように、前記キャップ部が被せられた前記積層モジュールを前記ヒートシンク内に収納することを特徴とする請求項１１に記載の電子モジュールの製造方法。
  15. 前記キャップ部には、前記キャップ部を厚さ方向に貫通する樹脂注入口が設けられ、
    前記積層モジュールに前記キャップ部を被せた後、前記キャップ部の前記樹脂注入口から樹脂を注入することにより、前記第３の電子素子を埋設するように前記キャップ部内に樹脂を充填する工程と、
    前記収納工程の後、前記第１の電子素子および前記第２の電子素子を埋設するように、前記収納部内に樹脂を充填する工程と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の電子モジュールの製造方法。
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