JP2014107515A

JP2014107515A - モジュール部品

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Publication number: JP2014107515A
Application number: JP2012261766A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Tago; 茂多胡
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: JP6107087B2

Abstract

【課題】例えばノイズの発生部を覆うように形成される平面状に広がるグランド導体パターンと層間接続導体との接合部の導電性が加熱加圧時に損なわれないようにする。
【解決手段】多層基板１０の基材層１ａ〜１ｆは樹脂の層であり、金属箔がパターン化された表面グランド導体パターン２ａ、内部グランド導体パターン２ｂ，２ｃ、および層間接続導体３ａ，３ｂを備えている。表面グランド導体パターン２ａ、内部グランド導体パターン２ｂ，２ｃ、および層間接続導体３ａ，３ｂには、金属箔を部分的に除去した形状の開口ＡＰが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂などの樹脂を基材とする多層基板に構成されるモジュール部品に関し、特に平面状に広がるグランド導体パターンを含むモジュール部品に関するものである。

電子機器の小型化のため、電子機器内の回路基板に部品を如何に高密度に実装するかは常に技術的な課題とされる。高密度化の手段として、回路基板に実装する部品をモジュール化することは有効である。このようなモジュール部品には、多層基板にチップ部品を内蔵されるタイプが多い（特許文献１参照）。

内蔵する部品も小型化が進んでおり、例えば携帯機器向けには１チップ内にアナログ回路部とデジタル回路部の両方を含むようなＩＣも用いられるようになっている。このようなＩＣを用いることで実装部品点数が削減され、電子機器の小型化が期待されている。一方、アナログ回路とデジタル回路とを１チップ化したようなＩＣにおいては、発振回路部から発生されるノイズをＩＣのみで低減することは困難であり、実装される多層基板側において対策が必要になる。例えば特許文献１には、グランド導体をキャビティの近傍、すなわちＩＣチップの近傍、に配置することが示されている。

特開２００４−１３４６６９号公報

前述の部品内蔵モジュール部品を形成する方法として、パターニングされた金属箔を貼付した熱可塑性樹脂を加熱加圧することで一括成型する手法が近年注目されている。層間接続導体は、樹脂シートにビアホールを形成し、形成されたビアホールに導電ペーストを注入し、一括積層時に加熱固化することで形成される。

このような方法で構成される部品内蔵モジュールでは、前記ノイズの発生部を覆うように形成される大きなグランド導体パターンが金属箔からなる平面導体で形成され、導電性ペーストで形成された層間接続導体により外面のグランド端子に接続される。

ここで、加熱加圧によって層間接続導体を固化させるとき、溶剤や樹脂成分は導電性ペーストの充填されたビアホールの隙間や樹脂シートの微細な孔からガスとして抜けだす。しかし、大きなグランド導体パターンが形成されていると、その部分からはガスが抜け難い。

図６は上述の状況で問題となる現象を概念的に示す断面図である。多層基板の外表面に形成されている導体パターン２ａは基材層１ａへの固定が不十分であるため、導電性ペーストからの溶剤や樹脂成分が突沸的にガス化した際に、図６に示すように層間接続導体３ａ部分が部分的に浮いて、隙間が形成される。その結果、導体パターン２ａと導体パターン２ｂ，２ｃ等との導電性を確保できなくなるおそれがあった。

本発明の目的は、上述の問題を解消するものであり、例えばノイズの発生部を覆うように形成される大きなグランド導体パターンと層間接続導体との接合部の導電性が加熱加圧時に損なわれないようにしたモジュール部品を提供することにある。

本発明のモジュール部品は次のように構成される。

（１）複数の絶縁性基材層、複数の導体パターン形成層、および層間接続導体が構成された多層基板を備えるモジュール部品において、
前記絶縁性基材層は樹脂の層であり、
前記導体パターンは金属箔がパターン化されたものであり、
前記多層基板の表面に平面状に広がる表面グランド導体パターンを備え、
前記多層基板の内部に前記層間接続導体を介して前記表面グランド導体パターンと導通する内部グランド導体パターンを備え、
前記表面グランド導体パターンまたは前記内部グランド導体パターンは前記金属箔を部分的に除去した形状の開口を備えたことを特徴とする。

この構成により、大きなグランド導体パターンと層間接続導体との接合部の導電性が加熱加圧時に損なわれない。

（２）前記開口は、前記表面グランド導体パターンおよび前記内部グランド導体パターンの両方に形成されていて、前記絶縁性基材層の積層方向からの平面視で、前記開口同士が重ならない位置に前記開口が配置されていることが好ましい。このことにより、開口によるシールド効果の低減を避けることができる。

（３）前記内部グランド導体パターンの形成層は複数あって、前記開口は、形成層の異なる前記複数の内部グランド導体パターンに形成されていて、前記絶縁性基材層の積層方向からの平面視で、前記開口同士が重ならない位置に前記開口が配置されていることが好ましい。このことにより、開口によるシールド効果の低減を避けることができる。

（４）前記多層基板にはノイズ発生源となる回路が形成されており、前記表面グランド導体パターンまたは前記内部グランド導体パターンは前記ノイズ発生源を覆うように配置されていることが好ましい。このことにより、ノイズ発生源を含むモジュール部品において、グランド導電性パターンによるシールド性を確保でき、外部へのノイズの輻射を確保できる。

（５）前記ノイズ発生源は例えば多層基板内に配置されたＩＣ内の発振回路である。

本発明によれば、表面グランド導体パターンと層間接続導体との接合部の導電性が加熱加圧時に損なわれないモジュール部品が構成できる。

図１（Ａ）は第１の実施形態に係る高周波モジュール１０１の構造を示す断面図、図１（Ｂ）は高周波モジュール１０１を実装基板へ実装した状態での断面図である。図２は多層基板を構成する各層に形成されている導体パターンを示す図である。図３は高周波モジュール１０１の製造工程を示す図である。図４は開口ＡＰによる作用を概念的に示す図である。図５は高周波モジュール１０１に構成される回路のブロック図である。図６はグランド導体パターンと層間接続導体との接合部の導電性が加熱加圧時に損なわれる現象を概念的に示す断面図である。

《第１の実施形態》
本発明の実施形態では、本発明のモジュール部品の例として高周波モジュールを例に挙げる。

図１（Ａ）は第１の実施形態に係る高周波モジュール１０１の構造を示す断面図、図１（Ｂ）はその高周波モジュール１０１を実装基板へ実装した状態での断面図である。この高周波モジュール１０１は、絶縁性基材層１ａ〜１ｆの積層により形成される多層基板１０に構成されている。この多層基板１０の内部にはキャビティ４が形成されていて、キャビティ４内にＩＣチップ２０が配置（埋設）されている。後に示すように、このＩＣチップ２０はノイズ発生源を含む部品である。

多層基板１０の外面には平面状に広がる表面グランド導体パターン２ａが形成されている。多層基板１０内には平面状に広がる内部グランド導体パターン２ｂ，２ｃ，２ｆが形成されている。多層基板１０にはその他の導体パターンも備えている。また、層間接続導体（ビア導体）３ａ，３ｂ等を備えている。

内部グランド導体パターン２ｆと２ｃは層間接続導体を介して接続されているが、図１（Ａ）、図１（Ｂ）の断面では表れていない。

内部グランド導体パターン２ｆ，２ｃはＩＣチップ２０を挟むように覆うことで、ノイズの外部への輻射を抑制する。内部グランド導体パターン２ｂは層間接続導体３ｂを介して内部グランド導体パターン２ｃに接続されてグランド電位にされている。さらに、この内部グランド導体パターン２ｂは、表面グランド導体パターン２ａまで、複数の層間接続導体３ａ，３ｂを介して接続されている。表面グランド導体パターン２ａもグランド電位を安定化させるための大きな導体パターンである。この表面グランド導体パターン２ａは高周波モジュール１０１の実装用端子の一つでもある。

表面グランド導体パターン２ａおよび内部グランド導体パターン２ｂ，２ｃには、複数の開口ＡＰがそれぞれ形成されている。

絶縁性基材層１ａ〜１ｆはそれぞれ熱可塑性樹脂による層である。内部グランド導体パターン２ｂ，２ｃはキャビティ４の内面に露出しない位置（層）に配置されている。

図１（Ｂ）に表れているように、高周波モジュール１０１は実装基板３０への表面実装状態で、実装用電極３１ａに高周波モジュール１０１の実装用端子２ａが接続される。

多層基板１０の上面にはチップ部品が表面実装されているが、図１の断面では表れていない。

図２は前記多層基板を構成する各層に形成されている導体パターンを示す図である。これらの図は、いずれも絶縁性基材層（以下、単に「基材層」）についての上面図である。図１は図２におけるＡ−Ａ断面である。

基材層１ｆは最上層であり、この基材層１ｆには高周波フィルタ２１搭載用の電極が形成されている。基材層１ｅの上面には内部グランド導体パターン２ｆ等が形成されている。基材層１ｄにはキャビティ４（開口）が形成されている。基材層１ｃの下面には内部グランド導体パターン２ｃ等が形成されている。基材層１ｂの下面には内部グランド導体パターン２ｂが形成されていて、内部に層間接続導体３ｂ等が形成されている。基材層１ａの下面には表面グランド導体パターン２ａおよび複数の実装用端子が形成されていて、内部に層間接続導体３ａ等が形成されている。

内部グランド導体パターン２ｃ，２ｂおよび表面グランド導体パターン２ａにそれぞれ形成されている開口ＡＰは、基材層の積層方向からの平面視で、開口ＡＰ同士が重ならない位置にそれぞれ配置されている。

図３は前記高周波モジュール１０１の製造工程を示す図である。図３において（１）〜（３）は各過程での断面図である。

樹脂層に形成される配線パターンは、例えば樹脂シートに貼付された銅箔をエッチングにより除去することで形成される。銅箔のパターン化の際、開口ＡＰも同時に形成される。層間接続導体は、樹脂シートにビアホールを形成し、形成されたビアホールに導電ペーストを注入し、一括積層時に加熱固化することで形成される。すなわち、この層間接続導体で樹脂シートの銅箔間の導通が確保される。

図３中の（１）に示すように、開口が形成された基材層１ｄと開口の無い基材層１ａ，１ｂ，１ｃとの積層体によってキャビティ４が形成され、そのキャビティ４内にＩＣチップ２０が設置され、その後、図３中の（２）に示すように基材層１ｅ，１ｆによる積層体が被せられる。続いて、図３中の（３）に示すように加熱加圧される。これにより、熱可塑性樹脂の流動圧着と同時に導電性ペーストの固化、接合も行われる。この工程で導電性ペーストからの溶剤や樹脂成分が揮発しながら金属成分が固化、結合する。このとき、突沸的にガス化したとしても、開口ＡＰから前記溶剤や樹脂成分が放出されるので、ビアホールの隙間や樹脂シートの微細な孔からガスが一気に吐出されることはない。図４はその様子を概念的に示す図である。

上記作用により、表面グランド導体パターン２ａのうち、層間接続導体３ａとの接合部が抜けるようなこともなく、表面グランド導体パターン２ａと層間接続導体３ａとの導電性を確保できる。

また、内部グランド導体パターン２ｃ，２ｂおよび表面グランド導体パターン２ａにそれぞれ形成されている開口ＡＰは、基材層の積層方向からの平面視で、開口ＡＰ同士が重ならない位置にそれぞれ配置されているので、グランド導体パターンに開口ＡＰを設けることによるシールド効果の低減を避けることができる。すなわち、開口ＡＰがあってもシールド効果は低下せず、外部へのノイズ輻射を抑制できる。

図５は高周波モジュール１０１に構成される回路のブロック図である。高周波モジュール１０１はＩＣチップ２０、高周波フィルタ２１およびシリアルデータ入出力コントローラ２３を備えている。ＩＣチップ２０には、平衡・不平衡変換回路２０ｂ、アナログフロントエンド回路２０ｃ、ベースバンド回路２０ｄ、制御回路２０ｅおよび発振回路２０ａが構成されている。ここで、アナログフロントエンド回路２０ｃは通信プロトコルにおけるフィジカル層の高周波回路部、ベースバンド回路２０ｄは通信プロトコルにおけるフィジカル層のベースバンド回路部である。

発振回路２０ａには、多層基板に実装される水晶発振子２２が接続され、発振するとともに、ＰＬＬ回路によって所定周波数の高周波信号およびクロック信号を発生する。この発振回路２０ａが上記ノイズ発生源ＮＳに相当する。ノイズ発生源ＮＳとしては、発振回路以外に分周回路等も挙げられる。

以上に示した実施形態では、表面グランド導体パターン２ａおよび内部グランド導体パターン２ｂ，２ｃのそれぞれに複数の開口ＡＰが形成された例を示したが、特に、最下層の基材層１ａに形成されている層間接続導体３ａと表面グランド導体パターン２ａとの接合部の強度が低くなるので、表面グランド導体パターン２ａに開口ＡＰを形成することは特に有効である。

また、この実施形態のように、複数の内部グランド導体パターンを複数の層間接続導体で接続した構造においては、複数の内部グランド導体パターンのそれぞれに開口ＡＰを設けることも有効である。

なお、表面グランド導体パターンに開口ＡＰを設けず、内部グランド導体パターンにのみ開口ＡＰを設けてもよい。その構造でも、導電性ペーストからの溶剤や樹脂成分が内部の開口ＡＰや基材層に分散されるので有効である。

なお、開口はエッチング加工以外にレーザー加工によって形成してもよい。

また、以上に示した実施形態では、絶縁性基材層として熱可塑性の樹脂を例示したが、プリプレグをプレスにより加熱加圧して多層基板を構成する場合にも、層間接続導体形成用の導電性ペーストからのガスの発生が問題となるので、本発明はプリプレグを用いる場合にも同様に適用できる。

ＡＰ…開口
ＮＳ…ノイズ発生源
１ａ〜１ｆ…絶縁性基材層
２ａ…表面グランド導体パターン（実装用端子）
２ｂ，２ｃ，２ｆ…内部グランド導体パターン
３ａ，３ｂ…層間接続導体
４…キャビティ
１０…多層基板
２０…ＩＣチップ
２０ａ…発振回路
２０ｂ…不平衡変換回路
２０ｃ…アナログフロントエンド回路
２０ｄ…ベースバンド回路
２０ｅ…制御回路
２１…高周波フィルタ
２２…水晶発振子
２３…シリアルデータ入出力コントローラ
３０…実装基板
３１ａ，３１ｂ…実装用電極
１０１…高周波モジュール（モジュール部品）

Claims

複数の絶縁性基材層、複数の導体パターンおよび層間接続導体が構成された多層基板を備えるモジュール部品において、
前記絶縁性基材層は樹脂の層であり、
前記導体パターンは金属箔がパターン化されたものであり、
前記多層基板の表面に平面状に広がる表面グランド導体パターンを備え、
前記多層基板の内部に前記層間接続導体を介して前記表面グランド導体パターンと導通する内部グランド導体パターンを備え、
前記表面グランド導体パターンまたは前記内部グランド導体パターンは前記金属箔を部分的に除去した形状の開口を備えたことを特徴とするモジュール部品。
前記開口は、前記表面グランド導体パターンおよび前記内部グランド導体パターンの両方に形成されていて、前記絶縁性基材層の積層方向からの平面視で、前記開口同士が重ならない位置に前記開口が配置されている、請求項１に記載のモジュール部品。
前記内部グランド導体パターンの形成層は複数あって、前記開口は、形成層の異なる前記複数の内部グランド導体パターンに形成されていて、前記絶縁性基材層の積層方向からの平面視で、前記開口同士が重ならない位置に前記開口が配置されている、請求項１に記載のモジュール部品。
前記多層基板にはノイズ発生源となる回路が形成されており、前記表面グランド導体パターンまたは前記内部グランド導体パターンは、前記ノイズ発生源を覆うように配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載のモジュール部品。
前記ノイズ発生源は、多層基板内に配置されたＩＣ内の発振回路である、請求項４に記載のモジュール部品。