JP2016076510A - 回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の高い回路モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る回路モジュールは、配線基板と、発熱部品と、放熱ラインとを具備する。
上記配線基板は、複数の配線層と、キャビティが形成された熱伝導性のコア材を含み上記複数の配線層の間に形成されたコア層とを有する。
上記発熱部品は、上記キャビティ内に収容される。
上記放熱ラインは、上記発熱部品と上記コア材とを接続し上記配線基板内に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱基板を収容した回路モジュールに関する。

従来、多層配線基板内に金属製のコア材が設けられた回路モジュールが知られている（特許文献１参照）。このようなコア材は、配線基板内に収容された内蔵部品のシールドパターンとして機能するとともに、配線基板の剛性を高める機能も有する。

一方、回路モジュールとして、上記コア材の放熱機能に着目した構成も知られている。特許文献２には、配線基板の実装面上に配置されたパワーアンプＩＣと金属製のコア材とを接続する放熱用のビア導体が複数形成され、パワーアンプＩＣで発生した熱がビア導体を介してコア材へ伝導されるように構成された回路モジュールが記載されている。伝導された熱は、コア材から放熱されるとともに、実装先の親回路基板等にも放熱され得る。

特開２０１３−１０５７５６号公報 特許第５２８５０６号

特許文献２に記載の回路モジュールは、コア材と実装面との間に、複数の配線層と、それらの間に形成された複数の絶縁層と、放熱用のビア導体とを有している。複数の絶縁層はコア材やビア導体と比較して熱伝導性が低いため、パワーアンプＩＣで発生した熱は主に放熱用のビア導体を介してコア材へ伝導される。しかしながら、パワーアンプＩＣで発生した熱が、放熱用のビア導体で単位時間当たりに輸送できる熱量を越えている場合には、パワーアンプＩＣで発生した熱は、放熱用のビア導体から周囲の絶縁層等に対しても拡散してしまい、回路モジュール全体として十分な放熱性を確保することが難しかった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、放熱性の高い回路モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回路モジュールは、配線基板と、発熱部品と、放熱ラインとを具備する。
上記配線基板は、複数の配線層と、キャビティが形成された熱伝導性のコア材を含み上記複数の配線層の間に形成されたコア層とを有する。
上記発熱部品は、上記キャビティ内に収容される。
上記放熱ラインは、上記発熱部品と上記コア材とを接続し上記配線基板内に形成される。

上記構成によれば、発熱部品がキャビティ内に収容されるため、放熱ラインを短く構成することができる。これにより、発熱部品から発せられた熱を効率よくコア材へ伝導することができる。

また、上記発熱部品は、第１の主面と、上記第１の主面の反対側の第２の主面とを有し、板状に構成され、
上記放熱ラインは、上記第１の主面及び上記第２の主面のうちの少なくとも一方と、上記コア材とを接続してもよい。

これにより、面積が大きく熱の拡散が多い第１の主面及び第２の主面のうちの少なくとも一方をコア材と接続し、発熱部品から発せられた熱の多くをコア材へ伝導することができる。

具体的には、上記発熱部品は、
上記第１の主面に配設され上記複数の配線層のうちの少なくともいずれかの配線層と電気的に接続された外部端子と、
上記第１の主面及び上記第２の主面の少なくとも一方に配設された放熱用端子とを有し、
上記放熱ラインは、
上記複数の配線層のうち上記放熱用端子に対向する配線層と上記放熱用端子とを接続する第１のラインと、
上記配線層と上記コア材とを接続する熱伝導性の第２のラインとを有してもよい。

これにより、一配線層を介して発熱部品から発せられた熱をコア材へ伝導することができる。

さらに、上記配線基板は、複数のビアを有し、
上記第１のラインは、
上記複数のビアよりも大きな断面積を有する柱状体を含んでもよい。

これにより、熱の伝導効率を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る回路モジュールを示す断面図である。 上記回路モジュールの製造工程を説明する断面図である。 上記回路モジュールの製造工程を説明する断面図である。 上記回路モジュールの製造工程を説明する断面図である。 上記実施形態の比較例に係る回路モジュールを示す断面図である。 上記実施形態の変形例に係る回路モジュールを示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
［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を示す断面図である。同図に示すように、回路モジュール１００は、配線基板１０と、発熱部品１４と、放熱ライン１５とを備える。

（配線基板）
配線基板１０は、複数の配線層１１１，１１２、１１３，１１４，１１５，１１６と、複数の絶縁層１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６と、ソルダレジスト層１２７，１２８と、コア層１３とを有する。

コア層１３は、コア材１３１を有し、複数の配線層１１１〜１１６の間に形成される。コア材１３１は、熱伝導性材料で構成され、本実施形態において例えば銅や銅合金を含む金属材料で構成される。コア材１３１は、例えば、配線基板１０と略同一の平面形状を有し、配線基板１０の側面から露出するように構成される。コア材１３１は、放熱性を向上させるとともに、配線基板１０の剛性の向上や、後述する電磁障害の抑制といった作用を有する。

コア材１３１には、キャビティ１３２が形成されている。キャビティ１３２は、本実施形態において、第１のキャビティ１３２ａと、複数の第２のキャビティ１３２ｂとを有する。第１のキャビティ１３２ａは、後述する発熱部品１４が収容されたキャビティである。第２のキャビティ１３２ｂは、内蔵部品１３３が収容されたキャビティである。第２のキャビティ１３２ｂ各々には、同図に示すように１つの内蔵部品１３３が収容されていてもよいし、複数の内蔵部品１３３が収容されていてもよい。第１のキャビティ１３２ａ及び第２のキャビティ１３２ｂは、コア材１３１を貫通するように形成されていてもよいし、貫通しない構成であってもよい。

各内蔵部品１３３は、例えばコンデンサ、インダクタ、抵抗、水晶振動子、デュプレクサ、フィルタ、パワーアンプ、集積回路（ＩＣ）等の電子部品であり、それぞれ同一種類の部品であっても、異なる種類の部品であってもよい。さらに、内蔵部品１３３の厚みも特に限定されず、キャビティ１３２の深さと同程度の厚みであってもよいし、当該深さよりも小さい厚みであってもよい。内蔵部品１３３がコア材１３１に取り囲まれて収容されることで、内蔵部品１３３間や内蔵部品１３３と発熱部品１４との間における電磁波に起因する障害（電磁障害）を抑制することが可能となる。

また、内蔵部品１３３は、絶縁性樹脂１３４に被覆されている。絶縁性樹脂１３４は、第２のキャビティ１３２ｂの内壁面と内蔵部品１３３との間隙、及び内蔵部品１３３と第４の配線層１１４との間隙等に充填され得る。絶縁性樹脂１３４は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で構成されてもよく、当該樹脂にはフィラが適宜含有されていてもよい。

配線基板１０は、多層配線基板であり、配線層と絶縁層とが交互に積層された積層構造を有する。複数の配線層１１１〜１１６は、例えば、第１の配線層１１１、第２の配線層１１２、第３の配線層１１３、第４の配線層１１４、第５の配線層１１５、及び第６の配線層１１６で構成される。複数の絶縁層１２１〜１２６は、例えば、第１の絶縁層１２１、第２の絶縁層１２２、第３の絶縁層１２３、第４の絶縁層１２４、第５の絶縁層１２５、及び第６の絶縁層１２６で構成される。なお、配線層及び絶縁層の総数は、これに限定されない。

第１の配線層１１１は、第１の絶縁層１２１を挟んで後述する発熱部品１４の第１の主面１４ａに対向する一配線層として構成される。第２の配線層１１２は、第２の絶縁層１２２を挟んで第１の配線層１１１上に配設され、第３の配線層１１３は、第３の絶縁層１２３を挟んで第２の配線層１１２上に配設される。第３の配線層１１３上には、ソルダレジスト層１２７が配設され、第３の配線層１１３及びソルダレジスト層１２７が配線基板１０の表面１０ａを構成する。

同様に、第４の配線層１１４は、第４の絶縁層１２４を挟んで後述する発熱部品１４の第２の主面１４ｂに対向する一配線層として構成される。第５の配線層１１５は、第５の絶縁層１２５を挟んで第４の配線層１１４上に配設される。第６の配線層１１６は、第６の絶縁層１２６を挟んで第５の配線層１１５上に配設される。第６の配線層１１６上には、ソルダレジスト層１２８が配設され、第６の配線層１１６及びソルダレジスト層１２８が配線基板１０の裏面１０ｂを構成する。

さらに、配線基板１０は、複数のビア１１９を有する。ビア１１９は、例えば、内蔵部品１３３と第１の配線層１１１や、後述する発熱部品１４の外部端子１４１と第１の配線層１１１とを接続する。

（発熱部品）
発熱部品１４は、第１のキャビティ１３２ａ内に、絶縁性樹脂１３４に被覆されて収容される。発熱部品１４は、例えば、集積回路（ＩＣ）、コンデンサ、インダクタ、抵抗、デュプレクサ、フィルタ、パワーアンプ等の発熱を伴う電子部品である。また、水晶振動子など、自己発熱しないが冷却する必要がある部品についても発熱部品に含まれるものとする。

発熱部品１４は、例えば第１の主面１４ａと、その反対側の第２の主面１４ｂとを有し、板状に構成される。さらに発熱部品１４は、第１の主面１４ａに配設された外部端子１４１と、第１の主面１４ａ及び第２の主面１４ｂに配設された放熱用端子１４２とを有する。外部端子１４１は、複数の配線層１１１〜１１６のうちの少なくともいずれかの配線層と電気的に接続され、本実施形態においては第１の配線層１１１と電気的に接続される。なお、ここでいう「電気的な接続」とは、電気的な信号の出入力を伴う接続をいうものとする。

放熱用端子１４２は、発熱部品１４からの熱の伝導を担う端子であり、配線層１１１〜１１６とは電気的に接続しないように構成される。放熱用端子１４２は、本実施形態において、第１の主面１４ａに配設された複数の第１の放熱用端子１４２ａと、第２の主面１４ｂに配設された第２の放熱用端子１４２ｂとを有する。第１の放熱用端子１４２ａは、外部端子１４１と略同一の大きさに形成される。一方、第２の放熱用端子１４２ｂは、外部端子１４１よりも大きく形成される。放熱用端子１４２は、いずれも熱伝導性材料で構成され、例えば銅等の金属材料で構成される。なお、放熱用端子１４２は必須ではなく、例えば発熱部品表面が銅メッキで構成されている場合には不要である。

（放熱ライン）
放熱ライン１５は、発熱部品１４とコア材１３１とを接続し配線基板１０内に形成される。放熱ライン１５は、コア材１３１及び発熱部品１４を電気的に接続するものではなく、発熱部品１４から発せられた熱の伝導を担う。放熱ライン１５は、本実施形態において、第１のライン１５１と、複数の第２のライン１５２とを有する。

第１のライン１５１は、放熱用端子１４２と、複数の配線層１１１〜１１６のうち放熱用端子１４２に対向する配線層１１１，１１４とを接続する。第１のライン１５１は、本実施形態において、サーマルビア１５３と、柱状体１５４とを有する。サーマルビア１５３は、第１の放熱用端子１４２ａと第１の配線層１１１とを接続し、ビア１１９と略同一の径で構成される。サーマルビア１５３は、例えば銅等の熱伝導性材料で構成される。

柱状体１５４は、第２の放熱用端子１４２ｂと第４の配線層１１４とを接続し、ビア１１９よりも大きな断面積で構成される。ここでいう「断面積」とは、配線基板１０の厚み方向と直交する断面の断面積をいうものとする。柱状体１５４の断面形状は、例えば、円形、楕円形、又は矩形等で構成され、断面形状が円形又は円形に近い場合には、ビア１１９よりも大きな径を有する。柱状体１５４は、熱伝導性樹脂等で構成され、例えば、銀、アルミ等からなる金属フィラを含有したエポキシ樹脂等で構成される。

複数の第２のライン１５２は、それぞれ、第１の配線層１１１及び第２の配線層１１４のいずれか一方と、コア材１３１とを接続する。複数の第２のライン１５２は、本実施形態において、柱状体１５４と同様に、ビア１１９よりも大きな断面積で、かつ、上述の熱伝導性樹脂等で構成される。

次に、回路モジュール１００の製造方法について説明する。

［回路モジュールの製造方法］
図２乃至図４は回路モジュール１００の製造方法を示す模式図である。なお、回路モジュール１００は、一つの集合基板上に複数が同時に製造され、各回路モジュール１００毎に分割されるものとすることができるが、以下ではそのうちの一つの回路モジュール１００について説明する。なお、以下の説明は例示であり、回路モジュール１００の製造方法はこれに限定されない。

図２に示すように、コア層１３を形成する。まず、配線基板１０（集合基板）の平面形状と略同一で所定厚みの金属板に第１及び第２のキャビティ１３２ａ、１３２ｂを形成し、コア材１３１を作製する。続いて、コア材１３１、内蔵部品１３３及び発熱部品１４を粘着シート（図示せず）上の所定位置に配置して仮固定する。次に、コア材１３１の第１及び第２のキャビティ１３２ａ，１３２ｂ上に流体の絶縁材料を充填し、硬化させる。そして、粘着シートを剥離し、コア層１３が形成される。

なお、発熱部品１４には、外部端子１４１と、第１及び第２の放熱用端子１４２ａ、１４２ｂとが形成される。外部端子１４１、第１及び第２の放熱用端子１４２ａ、１４２ｂは、例えば、メッキ法等によって第１の主面１４ａ及び第２の主面１４ｂに金属膜が形成された後、レーザやエッチング法によってパターニングされることで、所定の形状に形成され得る。また、第２の放熱用端子１４２ｂは第１のキャビティ１３２ａへ収容される前に予め形成されていてもよく、第１の放熱用端子１４２ａ及び外部端子１４１は、第１のキャビティ１３２ａへの収容後に形成されてもよい。

続いて、図３に示すように、コア層１３の上面及び下面に流体の樹脂を塗布し、硬化させ、第１及び第４の絶縁層１２１，１２４を形成する。そして、第１及び第４の絶縁層１２１，１２４に、機械加工、レーザ光の照射等によって、サーマルビア１５３、柱状体１５４、及び第２のライン１５２用の孔を形成する。これらの孔に熱硬化性樹脂を含む熱伝導性樹脂を充填し、硬化させることで、サーマルビア１５３、柱状体１５４及び第２のライン１５２を形成する。

続いて、図４に示すように、第１の絶縁層１２１，１２４にレーザ光を照射することによって、ビア１１９用の孔を形成する。さらに、第１及び第４の絶縁層１２１，１２４上にメッキレジスト（図示省略）をパターニングした後、電解メッキによって配線層１１１，１１４を形成する。この際、上記孔にも導体が埋め込まれ、ビア１１９が形成される。

同様に、第２及び第５の絶縁層１２２，１２５、第２及び第５の配線層１１２，１１５、第３及び第６の絶縁層１２３，１２６、第３及び第６の配線層１１３，１１６、並びにソルダレジスト層１２７，１２８を順に形成する。これにより、図１に示す回路モジュール１００が製造される。

次に、以上のように製造された回路モジュール１００の作用効果について説明する。

［回路モジュールの作用効果］
図５は、本実施形態の比較例に係る回路モジュール２００の断面図である。回路モジュール２００は、回路モジュール１００と同様の構成の配線基板１０を備えるが、発熱部品２４と放熱ライン２５の構成が回路モジュール１００と異なる。発熱部品２４はコア層１３内に収容されておらず、配線基板１０の表面１０ａに配置されている。また、放熱ライン２５は、表面１０ａ上の発熱部品２４とコア材１３１とを接続する複数のサーマルビア２５３を有している。

同図の回路モジュール２００によれば、発熱部品２４によって発生した熱がサーマルビア２５３を介してコア材１３１に伝導される。サーマルビア２５３は、配線層１１１〜１１３、絶縁層１２１〜１２３及びソルダレジスト層１２７を合計した厚み分の長さを有する。ここで、サーマルビア２５３が、発熱部品２４が出す熱量に対して十分な（物理的な）太さ又は熱伝導性を有していない場合、発熱部品２４を十分に冷却することが困難であった。したがって、回路モジュール２００全体としての放熱性を高めることが難しかった。また、回路構成の複雑化に伴い、配線基板１０をより多層化する場合、このような放熱性の問題がより大きくなることが懸念された。

一方、図１に示す本実施形態の回路モジュール１００によれば、発熱部品１４がコア層１３内に配置されていることから、放熱ライン１５を大幅に短縮することができ、放熱性を高めることができる。具体的には、第１及び第２の主面１４ａ，１４ｂから放出される熱は、第１のライン１５１から第１及び第４の配線層１１１，１１４へ伝導し、さらに第１及び第４の配線層１１１，１１４から第２のライン１５２を介してコア材１３１へ伝導される。この熱はコア材１３１内を拡散し、配線基板１０の側面から露出するコア材１３１の側面から放熱される。一方、発熱基板１４の側面から放出される熱は、絶縁性樹脂１３４を介して直接コア材１３１へ伝導し、同様に放熱される。これにより、発熱部品１４全体からの熱をコア材１３１へ効率よく伝導することができ、放熱性を大幅に高めることができる。

また、配線基板１０が多層化された場合でも、放熱性に影響が及ばない構成とすることができ、回路構成の複雑化にも容易に対応し得る。

さらに、放熱ライン１５がビア１１９よりも断面積の大きい柱状体１５４を有することから、熱の伝導効率を高めることができる。

［変形例］
図６は、本実施形態の変形例に係る回路モジュール１００の断面図である。同図に示すように、放熱ライン１５の第１のライン１５１は、サーマルビア１５３のみ有し、柱状体を有さない構成としてもよい。これによっても、第１の主面１４ａから放出される熱をサーマルビア１５３を介してコア材１３１へ伝導することができる。また、第２の主面１４ｂから放出された熱は、第４の絶縁層１２４を介して第４の配線層１１４へ伝導され、第２のライン１５２を介してコア材１３１へ伝導されることができる。したがって、上記構造によっても、回路モジュール１００全体の放熱性を高めることができる。

また、放熱ライン１５は、図示はしないが、発熱部品１４の側面と当該側面に対向するコア材１３１とを接続する第３のラインを有していてもよい。これによって、上記側面から放出される熱も効率よくコア材１３１に伝導されることができる。

また、コア層１３は、内蔵部品１３３を有さない構成であってもよい。また、発熱部品１４や内蔵部品１３３の数も、特に限定されない。

１００…回路モジュール
１０…配線基板
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６…配線層
１３…コア層
１３１…コア材
１３２…キャビティ
１４…発熱部品
１５…放熱ライン

Claims (4)

1. 複数の配線層と、キャビティが形成された熱伝導性のコア材を含み前記複数の配線層の間に形成されたコア層とを有する配線基板と、
   前記キャビティ内に収容された発熱部品と、
   前記発熱部品と前記コア材とを接続し前記配線基板内に形成された放熱ラインと
   を具備する回路モジュール。
2. 請求項１に記載の回路モジュールであって、
   前記発熱部品は、第１の主面と、前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有し、板状に構成され、
   前記放熱ラインは、前記第１の主面及び前記第２の主面のうちの少なくとも一方と、前記コア材とを接続する
   回路モジュール。
3. 請求項２に記載の回路モジュールであって、
   前記発熱部品は、
   前記第１の主面に配設され前記複数の配線層のうちの少なくともいずれかの配線層と電気的に接続された外部端子と、
   前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方に配設された放熱用端子とを有し、
   前記放熱ラインは、
   前記複数の配線層のうち前記放熱用端子に対向する配線層と前記放熱用端子とを接続する第１のラインと、
   前記配線層と前記コア材とを接続する熱伝導性の第２のラインとを有する
   回路モジュール。
4. 請求項３に記載の回路モジュールであって、
   前記配線基板は、複数のビアを有し、
   前記第１のラインは、
   前記複数のビアよりも大きな断面積を有する柱状体を含む
   回路モジュール。

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