JP2011146547A - 回路モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた放熱性を有し、かつ、電子部品（回路部品）を回路基板に強固に固定できる回路モジュールを提供する。
【解決手段】回路基板１２には、主面Ｓ２に凹部Ｇが設けられている。ＩＣチップ１４は、凹部Ｇ内に実装されている。絶縁性樹脂１６は、凹部Ｇを埋めるように充填されている。ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５は、絶縁性樹脂１６に設けられている。グランド電極１８は、絶縁性樹脂１６が充填された凹部Ｇを覆っている。ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の一端は、グランド電極１８に接触している。ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の他端は、ＩＣチップ１４に接触している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回路モジュール、特に、回路基板に電子部品が実装されてなる回路モジュールに関する。
従来の回路モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載のハイブリッドモジュールが知られている。ハイブリッドモジュールは、回路基板、回路部品、熱伝導性樹脂及び放熱板により構成されている。回路基板は、内部に電気回路が設けられている基板である。また、回路基板の裏面には、凹部が設けられている。回路部品は、例えば、半導体集積回路であり、凹部内に実装されている。放熱板は、凹部を塞ぐように設けられている。熱伝導性樹脂は、放熱板と回路部品との間に設けられている。以上の構成を有するハイブリッドモジュールでは、回路部品から放出された熱は、熱伝導性樹脂及び放熱板を介してハイブリッドモジュール外へと放出される。これにより、ハイブリッドモジュールは、優れた放熱性を有している。
しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッドモジュールでは、回路基板に回路部品を強固に固定することができない。より詳細には、熱伝導性樹脂は、放熱板と回路部品との間にのみ設けられている。これは、熱伝導性樹脂が凹部全体に充填されると、回路部品が放出した熱が回路基板内にも伝わり、回路基板が変形するためである。そのため、回路部品の周囲には、空洞が存在している。よって、回路部品は、凹部内において回路基板に強固に固定されていない。その結果、ハイブリッドモジュールでは、外部からの衝撃により、回路基板と回路部品との間において断線が発生するおそれがある。
特開平１１−２２０２２６号公報
そこで、本発明の目的は、優れた放熱性を有し、かつ、電子部品（回路部品）を回路基板に強固に固定できる回路モジュールを提供することである。
本発明の一形態に係る回路モジュールは、主面に凹部が設けられている回路基板と、前記凹部内に実装されている電子部品と、前記凹部を埋めるように充填されている絶縁性樹脂と、前記絶縁性樹脂に設けられているビアホール導体と、を備え、前記ビアホール導体の一端は、前記絶縁性樹脂から露出しており、前記ビアホール導体の他端は、前記電子部品に接触していること、を特徴とする。
本発明によれば、優れた放熱性を有し、かつ、電子部品（回路部品）を回路基板に強固に固定できる。
本発明の一実施形態に係る回路モジュールの外観斜視図である。 図１の回路モジュールの分解斜視図である。 図１の回路モジュールのＡ−Ａにおける断面構造図である。 回路モジュールの回路基板の分解斜視図である。
以下に、本発明の実施形態に係る回路モジュールについて図面を参照しながら説明する。
（回路モジュールの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る回路モジュール１０の外観斜視図である。図２は、図１の回路モジュール１０の分解斜視図である。図３は、図１の回路モジュール１０のＡ−Ａにおける断面構造図である。図１ないし図３において、回路モジュール１０の法線方向をｚ軸方向と定義する。また、ｚ軸方向から平面視したときにおいて、回路モジュール１０の長辺方向をｘ軸方向と定義し、回路モジュール１０の短辺方向をｙ軸方向と定義する。
回路モジュール１０は、例えば、図示しないマザーボード等に実装され、携帯電話の送信回路の一部として用いられる高周波モジュールである。回路モジュール１０は、図１及び図２に示すように、回路基板１２、ＩＣチップ（電子部品）１４、絶縁性樹脂１６、グランド電極１８、チップ部品２４及びビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５を備えている。回路基板１２は、例えば、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板である。回路基板１２は、基板本体１３、ランド２０及び外部電極２２を含んでいる。基板本体１３は、主面Ｓ１，Ｓ２を有する板状の多層基板であり、図示しない電気回路を内部に含んでいる。主面Ｓ１は、主面Ｓ２よりもｚ軸方向の正方向側に位置している面である。基板本体１３の主面Ｓ２には、図２に示すように、凹部Ｇが設けられている。凹部Ｇは、ｚ軸方向の負方向側から平面視したときに、長方形状をなす窪みであり、図２に示すように、底面Ｂを有している。
ランド２０は、主面Ｓ１上に複数設けられている実装電極である。外部電極２２は、主面Ｓ２上において、各辺に沿って並ぶように複数設けられている実装電極である。外部電極２２は、回路モジュール１０がマザーボードに実装された際に、マザーボードのランドにはんだ付けされる。なお、図１ないし図３において、代表的なランド２０及び外部電極２２にのみ参照符号を付してある。
ＩＣチップ１４は、例えば、携帯電話の送信回路のパワーアンプ等である。ＩＣチップ１４は、図２及び図３に示すように、凹部Ｇ内に実装されており、ＩＣ基板３０、バンプ３２及びグランド電極３４を含んでいる。ＩＣ基板３０は、板状の半導体基板であり、内部に集積回路を含んでいる。バンプ３２は、ＩＣ基板３０のｚ軸方向の正方向側の主面に複数設けられている半田ボールである。ＩＣチップ１４は、バンプ３２を介して、凹部Ｇの底面Ｂに設けられているランド（図示せず）上に実装される。グランド電極３４は、ＩＣ基板３０のｚ軸方向の負方向側の主面に設けられている電極であり、グランド電位が印加されている。以上のように構成されたＩＣチップ１４は、図３に示すように、凹部Ｇからはみ出すことなく凹部Ｇ内に収まっている。
絶縁性樹脂１６は、例えば、エポキシ樹脂により構成され、凹部Ｇを埋めるように充填されている。すなわち、絶縁性樹脂１６は、凹部Ｇ内において基板本体１３とＩＣチップ１４との間に隙間が発生しないように充填されている。そして、図３に示すように、絶縁性樹脂１６のｚ軸方向の負方向側の面と主面Ｓ２の凹部Ｇ以外の部分とは、一つの平面をなしている。絶縁性樹脂１６は、例えば、基板本体１３に比べて低い熱伝導性を有している。
グランド電極１８は、絶縁性樹脂１６が充填された凹部Ｇを覆うように設けられている長方形状の電極である。すなわち、ｚ軸方向の負方向側から平面視したときに、凹部Ｇは、グランド電極１８により覆い隠されている。グランド電極１８は、ＩＣチップ１４がマザーボードに実装された際に、マザーボードのグランド電極にはんだ付けされる。
ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５は、絶縁性樹脂１６に設けられ、より詳細には、図２及び図３に示すように、絶縁性樹脂１６をｚ軸方向に貫通している接続導体である。ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５は、絶縁性樹脂１６をｚ軸方向に貫通するビアホールに対して、導電性材料が充填されることにより構成されている。該導電性材料は、絶縁性樹脂１６に比べて高い熱伝導性を有している。
ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の正方向側の端部は、ＩＣチップ１４に接触しており、より正確には、ＩＣチップ１４のグランド電極３４に接触している。ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部は、絶縁性樹脂から露出しており、より正確には、グランド電極１８に接触している。これにより、グランド電極１８とグランド電極３４とが電気的に接続されている。
また、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５は、図２及び図３に示すように、ｚ軸方向の正方向側から負方向側にいくにしたがって、その径が大きくなっていく形状を有している。すなわち、ｚ軸方向（すなわち、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の延在方向）から平面視したときに、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部の面積は、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の正方向側の端部の面積よりも大きい。更に、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部は、複数種類の面積からなっている。すなわち、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の径は、複数種類存在している。回路モジュール１０では、ビアホール導体Ｖ３の径は、ビアホール導体Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の径よりも大きい。
チップ部品２４は、チップコイルやチップコンデンサ等の電子部品であり、図１（ａ）に示すように、回路基板１２のランド２０上にはんだ付け等により実装される。チップ部品２４とＩＣチップ１４と外部電極２２とは、基板本体１３内に設けられている電気回路により互いに電気的に接続されている。
（回路モジュールの製造方法）
以下に、回路モジュール１０の製造方法について図面を参照しながら説明する。図４は、回路モジュール１０の回路基板１２の分解斜視図である。なお、以下では、回路基板１２が１つだけ作製されているが、実際には、複数の回路基板１２が同時に作製される。
まず、図４に示すように、セラミックグリーンシート４０ａ〜４０ｆを準備する。セラミックグリーンシート４０ｄ〜４０ｆには、凹部Ｇとなる空白領域Ｒ１〜Ｒ３が設けられている。空白領域Ｒ１〜Ｒ３は、セラミックグリーンシート４０ｄ〜４０ｆを打ち抜き加工することにより形成される。
次に、セラミックグリーンシート４０ａ〜４０ｆに対して、図示しないビアホール導体を形成する。ビアホール導体は、基板本体１３内に設けられている電気回路の一部を構成している。ビアホール導体は、以下の手順により形成される。セラミックグリーンシート４０ａ〜４０ｆの所定位置に対してレーザビームを照射してビアホールを形成する。次に、ビアホールに対して、導電性材料を充填する。
次に、セラミックグリーンシート４０ａ〜４０ｆに対して、ランド２０及び導体層を形成する。導体層は、基板本体１３内に設けられている電気回路の一部を構成している。導体層及びランド２０は、例えば、セラミックグリーンシート４０ａ〜４０ｆに対してスクリーン印刷法により導電性ペーストを塗布することにより形成される。
次に、セラミックグリーンシート４０ａ〜４０ｆを積層し、圧着する。これにより、未焼成の基板本体１３を得る。この後、未焼成の基板本体１３を所定条件下で焼成する。
次に、図２及び図３に示すように、ＩＣチップ１４を凹部Ｇの底面Ｂ上に実装する。具体的には、ＩＣチップ１４を底面Ｂ上に載置し、リフローを行う。これにより、底面Ｂ上のランドにバンプ３２が固着する。この後、凹部Ｇ内に絶縁性樹脂１６を充填する。これにより、ＩＣチップ１４は、凹部Ｇ内に強固に固定される。
次に、絶縁性樹脂１６にビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５を形成する。具体的には、絶縁性樹脂１６に対してレーザビームを照射して、ビアホールを形成する。そして、ビアホールに対して導電性材料を充填する。
次に、スクリーン印刷法により導電性ペーストを塗布することにより、主面Ｓ２上にグランド電極１８及び外部電極２２を形成する。以上の工程を経て、回路モジュール１０が完成する。
（効果）
回路モジュール１０は、以下に説明するように、優れた放熱性を有している。具体的には、回路モジュール１０では、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の正方向側の端部がＩＣチップ１４に接触し、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部が絶縁性樹脂１６から露出している。そして、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の導電性材料は、絶縁性樹脂１６よりも高い熱伝導性を有している。そのため、ＩＣチップ１４が放射した熱は、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５を介して、回路モジュール１０外へと放射されるようになる。その結果、回路モジュール１０は、優れた放熱性を有している。
特に、回路モジュール１０では、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部は、グランド電極１８に接触している。そのため、グランド電極１８は、放熱板の役割を果たすようになる。その結果、回路モジュール１０では、より優れた放熱性を得ることができる。
また、回路モジュール１０では、ＩＣチップ１４を回路基板１２に強固に固定できる。より詳細には、特許文献１に記載のハイブリッドモジュールでは、熱伝導性樹脂は、放熱板と回路部品との間にのみ設けられている。これは、熱伝導性樹脂が凹部全体に充填されると、回路部品が放出した熱が回路基板内にも伝わり、回路基板が変形するためである。そのため、回路部品の周囲には、空洞が存在している。よって、回路部品は、凹部内において回路基板に強固に固定されていない。その結果、ハイブリッドモジュールでは、外部からの衝撃により、回路基板と回路部品との間において断線が発生するおそれがある。
一方、回路モジュール１０では、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５により、ＩＣチップ１４が放射した熱を回路モジュール１０外へと放射している。そのため、絶縁性樹脂１６は、エポキシ樹脂等の通常の熱伝導性を有する樹脂により構成されている。したがって、回路モジュール１０では、ＩＣチップ１４の周囲にも絶縁性樹脂１６を充填することが可能となる。これにより、ＩＣチップ１４は、凹部Ｇ内において絶縁性樹脂１６により強固に固定されるようになる。
また、回路モジュール１０では、ＩＣチップ１４が絶縁性樹脂１６により覆われているので、ＩＣチップ１４と回路基板１２との実装部分が外部に露出しない。そのため、高温多湿な環境下においても、ＩＣチップ１４のバンプ３２及び凹部Ｇの底面Ｂに設けられているランドが腐食しにくい。よって、回路モジュール１０を高温多湿な環境下で用いることが可能となる。
また、特許文献１のハイブリッドモジュールの凹部が２段構成を有しているのに対して、回路モジュール１０の凹部Ｇは１段構成を有している。そのため、回路モジュール１０を該ハイブリッドモジュールに比べて容易に作製することが可能である。
また、回路モジュール１０では、ｚ軸方向から平面視したときに、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部の面積は、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の正方向側の端部の面積よりも大きい。そのため、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５とグランド電極１８との接触面積が大きくなる。これにより、回路モジュール１０の放熱性を向上させることができる。
また、ＩＣチップ１４では、発熱量が相対的に大きな部分と発熱量が相対的に小さな部分とが存在する。そこで、回路モジュール１０では、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５のｚ軸方向の負方向側の端部は、複数種類の面積からなっている。具体的には、回路モジュール１０では、ビアホール導体Ｖ３の径は、ビアホール導体Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の径よりも大きい。これにより、発熱量が相対的に大きな部分には、相対的に径の大きなビアホール導体Ｖ３を接触させ、発熱量が相対的に小さな部分には、相対的に径の小さなビアホール導体Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５を接触させることができるようになる。その結果、回路モジュール１０において、効率のよい放熱を実現することが可能となる。
（その他の実施形態）
回路モジュール１０は、前記実施形態に記載された構成に限らない。よって、回路モジュール１０は、その要旨の範囲内において変更可能である。例えば、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５は、ｚ軸方向から平面視したときに、不均一な密度で分布していてもよい。不均一な密度とは、絶縁性樹脂１６の表面において、単位面積当たりのビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の占有率が一定ではない状態である。これにより、発熱量が相対的に大きな部分のビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の分布密度を高くし、発熱量が相対的に小さな部分のビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５の分布密度を低くすることができる。その結果、回路モジュール１０において、効率のよい放熱を実現することが可能となる。
また、回路モジュール１０では、絶縁性樹脂１６は、均一な材料により構成されていた。しかしながら、絶縁性樹脂１６は、２種類以上の絶縁性樹脂により構成されていてもよい。具体的には、絶縁性樹脂１６は、第１の絶縁性樹脂及び該第１の絶縁性樹脂よりも高い熱伝導性を有する第２の絶縁性樹脂により構成されている。そして、第１の絶縁性樹脂は、第２の絶縁性樹脂よりも凹部Ｇの底面Ｂの近くに充填されている。これにより、ＩＣチップ１４が放射した熱は、主に第２の絶縁性樹脂、ビアホール導体Ｖ１〜Ｖ５及びグランド電極１８を介して回路モジュール１０に放射されるようになる。その結果、ＩＣチップ１４が放射した熱が第１の絶縁性樹脂を介して回路基板１２へと伝わることが防止される。よって、回路基板１２が熱により変形することが防止される。
以上のように、本発明は、回路モジュールに有用であり、特に、優れた放熱性を有し、かつ、電子部品（回路部品）を回路基板に強固に固定できる点において優れている。
Ｇ 凹部
Ｓ１，Ｓ２ 主面
Ｖ１〜Ｖ５ ビアホール導体
１０ 回路モジュール
１２ 回路基板
１３ 基板本体
１４ ＩＣチップ
１６ 絶縁性樹脂
１８ グランド電極
２０ ランド
２２ 外部電極
２４ チップ部品
３０ ＩＣ基板
３２ バンプ
３４ グランド電極
４０ａ〜４０ｆ セラミックグリーンシート

Claims (8)

  1. 主面に凹部が設けられている回路基板と、
    前記凹部内に実装されている電子部品と、
    前記凹部を埋めるように充填されている絶縁性樹脂と、
    前記絶縁性樹脂に設けられているビアホール導体と、
    を備え、
    前記ビアホール導体の一端は、前記絶縁性樹脂から露出しており、
    前記ビアホール導体の他端は、前記電子部品に接触していること、
    を特徴とする回路モジュール。
  2. 前記回路モジュールは、
    前記絶縁性樹脂が充填された前記凹部を覆う第１のグランド電極を、
    更に備え、
    前記ビアホール導体の一端は、前記第１のグランド電極に接触していること、
    を特徴とする請求項１に記載の回路モジュール。
  3. 前記電子部品は、第２のグランド電極を含み、
    前記ビアホール導体の他端は、前記第２のグランド電極に接触していること、
    を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の回路モジュール。
  4. 前記ビアホール導体の延在方向から平面視したときに、該ビアホール導体の一端の面積は、該ビアホール導体の他端の面積よりも大きいこと、
    を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回路モジュール。
  5. 前記ビアホール導体は、複数設けられており、
    前記ビアホール導体の延在方向から平面視したときに、該ビアホール導体は、不均一な密度で分布していること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回路モジュール。
  6. 前記ビアホール導体は、複数設けられており、
    前記複数のビアホール導体の一端は、複数種類の面積からなっていること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の回路モジュール。
  7. 前記絶縁性樹脂は、第１の絶縁性樹脂及び該第１の絶縁性樹脂よりも高い熱導電性を有する第２の絶縁性樹脂により構成され、
    前記第１の絶縁性樹脂は、前記第２の絶縁性樹脂よりも前記凹部の底部の近くに充填されていること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の回路モジュール。
  8. 前記ビアホール導体は、ビアホールに導電性材料が充填されることにより構成されていること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の回路モジュール。
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