JP2010278113A - 通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能および不要電波のシールド性能を確保しつつ、いっそうの小型化および低コスト化が可能な通信モジュールなどを提供する。
【解決手段】通信モジュールＢは、側壁３２で囲まれる凹部３４が形成されたヒートシンク３０（放熱部材）を備えている。ヒートシンク３０の側壁３２の上に、凹部３４を覆う蓋としても機能する母基板２０が主面２０ｂを下方に向けて配置されている。母基板２０の主面２０ｂ上には、通信部品であるパワーデバイス１１と、高周波部品２５とが搭載され、裏面２０ｃには、非高周波部品２３が搭載されている。パワーデバイス１１の上面は凹部３４の底面に接触しており、発熱がヒートシンク３０に効率よく放熱される。簡素な構造で、放熱性能とシールド性能とを確保しつつ、小型化、低コスト化が可能な通信モジュールＢとなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、通信部品の発熱に対する冷却機能を有する通信モジュールに係り、特にその小型化対策に関する。

現在、通信用の通信部品を搭載した通信モジュールにおいては、放熱機能の確保が重要である。また、高周波信号を取り扱うことから、複数の通信モジュールが存在する時は、相互のクロストークを生じる不要電波もシールド対策が重要な課題である。
このような放熱機能の確保と、不要電波のシールドとを図る技術として、たとえば特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１では、放熱器（ヒートシンク）の上に、開口を有するＲＦ基板を搭載し、開口内に発熱部品を配置している。さらに、底なしケース（枠部材）をＲＦ基板の外縁部に配置し、その上を蓋で覆っている。これにより、不要電波をシールドしつつ、発熱部品から発生する熱を効率よく放熱器から放出することを図っている。

特開２００１−２８４８５７号公報

特許文献１の技術により、放熱性を確保しうるとともに、枠部材と蓋によって、不要電波をシールドすることも可能である。また、部品点数の削減もある程度可能である。しかしながら、モジュール全体として、それほど小型化されないという問題が残っている。

本発明の目的は、放熱性能および不要電波のシールド性能を確保しつつ、いっそうの小型化，低コスト化が可能な通信モジュールを提供することにある。

本発明の通信モジュールは、凹部が設けられた放熱部材と、発熱性の通信部品の主要部および電子回路が主面側に実装された基板とを備えている。基板は、その主面を凹部に向けて、凹部を覆うように放熱部材の上に配置されている。そして、通信部品の放熱面、もしくは、その一部が凹部の底面に接触している。

放熱部材は、いわゆるヒートシンクであってもよいし、ヒートシンクに取りつけられた放熱板でもよい。発熱性の通信部品としては、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどの能動素子の他、キャパシタ，インダクタ，抵抗素子などの受動素子も含まれる。また、電子回路中に、能動素子や受動素子が介在している場合も含まれる。

これにより、通信部品は、いわゆるフリップチップ状態で、放熱部材上に配置され、通信部品の放熱面、もしくは、その一部から放熱部材に効率よく放熱される。たとえば、通信部品の上面を放熱部材に接触させて放熱させることができる。
また、この構造では、通信部品および電子回路のうち不要電波を発生する部位は、基板および放熱部材で囲まれる空間内に、ほぼ収納されている。よって、通信部品や電子回路から発生する不要電波のほとんどを、外部に放出されないようにシールドすることができる。不要電波とは、高周波信号で他の電子部品との間で干渉（クロストーク）を生じさせるものをいう。
しかも、特許文献１で必要であった蓋は不要となるので、通信モジュールのさらなる小型化が可能である。かつ、製造コストも低減される。
よって、本発明の通信モジュールにより、放熱性能および不要電波のシールド性能を確保しつつ、いっそうの小型化および低コスト化を進めることができる。

本発明の１つの具体的な形態では、基板に開口を設け、不要電波を発生する部位を除く部分が基板の裏面側に突出するように通信部品を開口に嵌め込む。この場合、通信部品の不要電波を発生させる部位は、基板および放熱部材で囲まれる空間内に、ほぼ収納されている。よって、実質的に不要電波をシールドすることができる。

上記具体的な形態に加えて、通信部品全体を囲むキャップ部材を、基板の裏面側に設けてもよい。キャップ部材により、発熱部を除く部分から発生する不要電波を確実にシールドすることができる。

本発明の別の具体的な形態では、通信部品の全体が基板の主面側に配置されている。これにより、不要電波を発生する部位のほぼすべてが基板と放熱部材で囲まれるので、不要電波をより確実にシールドすることができる。

本発明を適用した通信装置では、上記通信モジュールの複数個を共通の筐体内に配置できる。通信装置の例としては、移動体通信送信用の基地局などがある。

たとえば、移動体通信送信用の基地局などにおいては、多くの通信モジュールが共通の筐体内に配置されることが多い。このような構造では、筐体によって、通信モジュールから発生する不要電波は、ほぼ完全にシールドされており、筐体の外部に不要電波が漏れることはほとんどないといえる。しかし、筐体内で各通信モジュール同士間で、不要電波によって，クロストークなどの相互干渉が生じるおそれがある。
本発明では、上述の作用により、通信モジュールで発生する不要電波は、当該通信モジュール内にシールドされる。よって、筐体内で通信モジュール同士の間におけるクロストークなどの発生を有効に防ぐことができる。

本発明の通信モジュールまたは通信装置によると、放熱性能および不要電波のシールド性能を確保しつつ、いっそうの小型化および低コスト化を進めることができる。

実施の形態における通信システムである携帯基地局の概略を示す斜視図である。 携帯基地局の送受信設備に配置される回路の構成を示すブロック回路図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る通信モジュールの構成を示す平面図および縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る通信モジュールの構成を示す平面図および縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る通信モジュールの構成を示す平面図および縦断面図である。

（実施の形態１）
−通信システムおよび実装体の構造−
図１は、実施の形態における通信システムである携帯基地局Ａの概略を示す斜視図である。同図に示すように、本実施形態の携帯基地局Ａは、ビル等の建築物１００の上に配置された簡易局舎１２０に収納されている。簡易局舎１２０には、電源設備１３０，送信設備１４０等の多くの設備が配置されている。たとえば、電源設備１３０には、電源装置１３１や付帯設備１３２が設けられている。送信設備１４０には、無線部１４１や制御部１４２が設けられている。そして、制御部１４２において、アンテナ１１０によって送受信される無線信号を制御する構成である。無線信号は、アンテナ１１０と移動端末局（携帯電話）との間で送受信される。

図１の右下に拡大して示すように、送受信設備１４０は、筐体１４５で囲まれるスペース内に、無線部１４１や制御部１４２を収納して構成される。無線部１４１には、多数の高出力増幅器などの通信モジュールＢが配設されている。また、筐体１４５内には、内部を冷却するための循環空気を送る送風機１４４が配設されている。なお、図１の右下図は、筐体１４５の蓋を開いた状態を示しており、通常は蓋が閉じられて内部が密閉されている。
通信モジュールＢの１つである高出力増幅器の仕様例としては、たとえば、周波数２．１ＧＨｚ，出力電力５０Ｗ，消費電力３００Ｗである。この例では、効率＝出力電力／消費電力≒１７％である。

図２は、携帯基地局Ａの簡易局舎１２０内の送受信設備１４０に配置される回路の構成を示すブロック回路図である。同図に示すように、無線基地局Ａ内の回路において、送信回路には、ディジタル演算回路，ＤＡＣ，ＱＡＭ，ＤＡ，ＰＡ，フィルタが接続されている。ＤＡＣ（Digital-To-Analog Converter ）は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するものである。ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）は、ベースバンド信号を無線信号に周波数変換する機能（アップコンバージョン）を含み、直交振幅変調を行うものである。ＤＡ（Driver Amplifier）は、ＱＡＭから出力されたアナログ変調信号を次段で必要なレベルまで増幅するものである。ＰＡ（Power Amplifier）は、大きな電力レベルを駆動するために使われるアンプである。
受信回路には、フィルタ，ＬＮＡ，Ｄ／Ｃ，ＡＤＣなどが接続されている。ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）は、低ノイズのアンプである。Ｄ／Ｃ（Down Converter）は、受信した無線信号を次段のＡＤＣ処理で必要な中間周波数またはベースバンド周波数に変換するものである。ＡＤＣ（Analog to Digital Converter ）は、アナログ信号をディジタル信号に変換するものである。
ディジタル演算回路は、移動端末局との送受信を行なうとともに、ネットワークにより、各基地局や中央制御システムに接続されている。

−通信モジュールの実施の形態１−
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る通信モジュールＢの構成を示す平面図および縦断面図である。ただし、図３（ｂ）は、主要な部材のみを示す仮想的な断面における構造を示している。同図に示す通信モジュールＢは、図２に示すＰＡとその周辺部分とを組み込んだものである。
通信モジュールＢは、凹部３４が形成されたヒートシンク３０（放熱部材）を備えている。ヒートシンク３０の主部３１の下方には、フィン３３が設けられ、主部３１の外周部から凹部３４を囲む側壁３２が延びている。

ヒートシンク３０の側壁３２の上に、凹部３４を覆う蓋としても機能する母基板２０が主面２０ｂを下方に向けて配置されている。母基板２０は、無機絶縁性材料からなるリジッド基板に基板パターン２１を形成してなるリジッドプリント配線板（ＰＷＢ）である。図示しないが、母基板２０の裏面２０ｃ側には、高周波信号を遮蔽するための導体パターンが形成されている。この導体パターンは、マイクロストリップ線路のグランド層として機能させてもよい。

そして、母基板２０の主面２０ｂ上に、通信部品であるパワーデバイス１１と、パワーデバイス１１を搭載したベース部材１２と、入力リード１４と、出力リード１５とが主要部材として配置されている。つまり、母基板２０は、フリップチップ状態で、ヒートシンク３０に取りつけられている。
なお、ベース部材１２，入力リード板１４，出力リード１５は、互いに絶縁されている。

また、母基板２０の主面２０ｂ上には、コンデンサ，リアクタ，インダクタなどの高周波用部品２５が配置されている。
一方、母基板２０の裏面２０ｃ側には、高周波信号を扱わない非高周波部品２３が配置されている。非高周波部品２３としては、オペアンプ，抵抗素子，コンデンサなどがある。

母基板２０の中央には、開口２０ａが形成されており、パワーデバイス１１は、開口２０ａに嵌め込まれた状態で配置されている。パワーデバイス１１の上部は、凹部３４内に収納され、その上面１１ａが、ヒートシンク３０の凹部３４の底面に相当する面に接触している。ベース部材１２は、ヒートシンク３０の主部３１に形成された雌ねじ（図示せず）に係合するボルト１６によって、ヒートシンク３０に強固に取りつけられている。

ヒートシンク３０は、図１に示す筐体１４５内の送風機１４４の送風によって冷却される。本実施の形態では、ヒートシンク３０は、Ａｌ又はその合金によって構成されているが、これに限定されるものではない。ただし、ヒートシンク３０は大面積を占めるので、材料コストが安いだけでなく、比重が小さいことも必要である。このような条件を満足する材料としては、Ａｌ又はその合金が好ましい。

本実施の形態によると、以下の効果を発揮することができる。
不要電波が漏れる主要な部位を凹部３４内に収納しているので、外部への不要電波の漏れを抑制し、ほぼシールドすることができる。このような収納形態は、不要電波を発生させる部位が存在する母基板２０の主面２０ｂを下方に向け、母基板２０によって、ヒートシンク３０（放熱部材）の凹部３４を塞ぐことにより実現される。母基板２０が、凹部３４を塞ぐ蓋としても機能するので、発生した不要電波のシールド性能が確保される。

不要電波とは、パワーデバイス１１等の動作には必要でなく、外部に漏れる電波であり、本明細書では、特に高周波の電波である。ここでの不要電波は、各通信部品の誤動作を招く信号の干渉（クロストーク）を生じさせる電波である。不要電波が通信モジュールＢの外部に漏れると、各通信部品の動作用信号同士の干渉が生じるおそれがある。ただし、本実施の形態では、図１に示す筐体１４５全体には、蓋が取りつけられるので、相異なる筐体１４５に配置された通信部品間での信号の干渉は回避される。しかし、共通の筐体１４５に配置された各通信モジュールＢ同士の間で、不要電波が飛び交うと、信号の干渉が生じて、通信部品の正常な動作が確保されないおそれがある。

本実施の形態では、母基板２０により、通信モジュールＢ内で不要電波がほぼシールドされるので、筐体１４５内においても、信号同士の干渉が回避される。
しかも、パワーデバイス１１の上面１１ａが、ヒートシンク３０の凹部３４の底面に接触しているので、パワーデバイス１１で発生した熱は、高い効率で放熱される。

そして、本実施の形態の通信モジュールＢには、特許文献１のような枠部材と蓋は不要である。つまり、凹部３４が設けられた放熱部材３０と、それを塞ぐ母基板２０という簡素な構造で、不要電波を発生する部位をシールドできるので、小型化と低コスト性とを実現することができる。
よって、放熱性能および不要電波のシールド性能を確保しつつ、いっそうの小型化，低コスト化が可能な通信モジュールＢを提供することができる。

−通信モジュールの実施の形態２−
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る通信モジュールＢの構成を示す平面図および縦断面図である。図４（ａ），（ｂ）において、図３（ａ），（ｂ）に示す部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の通信モジュールＢでは、パワーデバイス１１およびその周辺部分がすべて母基板２０の主面２０ｂ上に搭載されている。すなわち、パワーデバイス１１およびその周辺部全体を、凹部３４内に密閉状態で収納している。

本実施の形態によると、実施の形態１と同様に、簡素な構造で、放熱性能と不要電波のシールド性能とを確保することができる。
しかも、実施の形態２では、実施の形態１に比べ、より高い不要電波のシールド性能が得られる。ただし、放熱性能は、実施の形態２よりも実施の形態１の方が高い。

−通信モジュールの実施の形態３−
図５（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る通信モジュールＢの構成を示す平面図および縦断面図である。 図５（ａ），（ｂ）において、図３（ａ），（ｂ）に示す部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の通信モジュールＢでは、母基板２０の裏面２０ｃにおいて、開口２０ａの全領域を塞ぐキャップ部材４０を設けている。つまり、実施の形態１の構造にキャップ部材４０を付け加えた構造である。キャップ部材４０は、不要電波のシールドが可能な導体材料によって構成されている。
この構造により、パワーデバイス１１およびその周辺部からの不要電波を隙間なくシールドしている。

本実施の形態の通信モジュールＢは、実施の形態１の構成に、パワーデバイス１１およびその周辺部分だけを覆う小さなキャップ部材４０が付け加えられたものである。したがって、通信モジュールＢの小型化を損ねるものではない。
よって、本実施の形態によっても，実施の形態１と同様に、簡素な構造で、放熱性能と不要電波のシールド性能とを確保することができる。
しかも、実施の形態３では、実施の形態１に比べ、より高い不要電波のシールド性能が得られる。また、放熱性能も実施の形態１に比べ大きく劣らない。

上記実施の形態では、放熱部材をフィン３３を備えたヒートシンク３０としたが、これに限定されるものではない。本発明の放熱部材としては、たとえばヒートパイプなどの他の構造のものも適用することができる。また、放熱部材は、本件のヒートシンク３０の上面に配置される銅板等の高熱伝導率部材であってもよい。

本発明の発熱性の通信部品としては、パワーデバイス１１、つまりＦＥＴ，ＩＧＢＴなどの能動素子に限定されるものではなく、キャパシタ，インダクタ，抵抗素子などの受動素子も含まれる。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の通信モジュールは、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ，ダイオード，ＪＦＥＴ等を搭載した各種通信装置に利用することができ、通信装置は、携帯基地局などに利用することができる。

Ｂ 通信モジュール
１１ パワーデバイス
１１ａ 上面
１１ｂ 下部
１２ ベース部材
１４ 入力リード
１５ 出力リード
１６ ボルト
２０ 母基板
２０ａ 開口
２０ｂ 主面
２０ｃ 裏面
２１ 基板パターン
２３ 非高周波部品
２５ 高周波部品
３０ ヒートシンク（放熱部材）
３１ 主部
３２ 側壁
３３ フィン
３４ 凹部

Claims (1)

1. 凹部が設けられた放熱部材と、
   発熱性の通信部品および電子回路と、
   前記通信部品の少なくとも不要電波を放出する主要部および電子回路が主面側に搭載された基板と、
   を備え、
   前記基板は、その主面を前記凹部に向けて、凹部を覆うように前記放熱部材の上に配置されており、
   前記通信部品の放熱面、もしくは、その一部が、前記凹部の底面に接触している、上面は、前記凹部の底面に接触している、通信モジュール。

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