JP2016122701A - 電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】電子部品を凹部に収容せずに基板上に実装した構成と比較して電子部品から発生する熱の放熱効率を高めた電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュールを提供する。【解決手段】通信モジュール１００は、第１の面１ａ及び第１の面１ａと反対側に設けられた第２の面１ｂを有する基板１と、基板１の第１の面１ａに設けられ、内面にメッキ層１１０が形成された凹部１１と、基板１の凹部１１に収容された電子部品の一例としてのドライバＩＣ３と、基板１の凹部１１のメッキ層１１０とドライバＩＣ３との間に介在してドライバＩＣ３を凹部１１のメッキ層１１０に接着する熱伝導性を有する接着剤５とを備える。【選択図】図２
Description
本発明は、電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュールに関する。
従来、回路基板に電子部品をより精度良く実装するため、回路基板と、回路基板の上面に設けられた凹部と、凹部に収容された電子部品と、凹部と電子部品との間に介在して電子部品を凹部に固定する封止剤とを備えた電子機器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記電子機器の封止剤としては、絶縁性かつ熱可塑性を有した合成樹脂材料が用いられている。
しかし、従来の電子機器は、電子部品を凹部に固定する封止剤が電子部品の放熱を考慮して選択されたものではないことから、電子部品がＩＣ（Integrated Circuit）の場合には、通電によりＩＣが高温に達して動作が不安定になるおそれがある。近年、ＩＣの微小化により消費電力に対する表面積が小さくなり、ＩＣ自体の放熱容量が不足しており、放熱効率を高めることが重要になってきている。
そこで、本発明の目的は、電子部品を凹部に収容せずに基板上に実装した構成と比較して電子部品から発生する熱の放熱効率を高めた電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュールを提供することにある。
本発明は、上記課題を解決することを目的として、第１の面及び前記第１の面と反対側に設けられた第２の面を有する基板と、前記基板の前記第１の面に形成され、電子部品が収容される凹部とを備え、前記凹部は、内面にメッキ層が形成され、前記電子部品との間に介在して前記電子部品を前記メッキ層に接着する熱伝導性を有する接着剤が充填される、電子部品の放熱構造を提供する。
前記基板は、前記メッキ層に電気的に接続されたグランドパターンを含む中間層と、前記第２の面に形成され、前記中間層の前記グランドパターンにビアホールを介して電気的に接続されたグランドパターンを含む導体層と、を備えたものでもよい。前記基板は、前記第２の面に配置されたヒートシンクをさらに備え、前記メッキ層は、ビアホールを介して前記ヒートシンクに電気的に接続されたものでもよい。
本発明は、上記課題を解決することを目的として、第１の面及び前記第１の面と反対側に設けられた第２の面を有する基板と、前記基板の前記第１の面に設けられ、内面にメッキ層が形成された凹部と、前記基板の前記凹部に収容された電子部品と、前記基板の前記凹部の前記メッキ層と前記電子部品との間に介在して前記電子部品を前記凹部の前記メッキ層に接着する熱伝導性を有する接着剤と、を備えた通信モジュールを提供する。
前記接着剤は、樹脂に熱伝導性フィラーが配合された熱伝導性接着剤でもよい。
前記電子部品は、その厚さの１／２以下が前記凹部から露出したものでもよい。
前記電子部品は、その厚さの１／２以下が前記凹部から露出したものでもよい。
本発明によれば、電子部品を凹部に収容せずに基板上に実装した構成と比較して電子部品から発生する熱の放熱効率を高めることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。
［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュールの概略の構成例を示す平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図１では、図２に示す第１の導体層１２等の図示を省略している。
図１は、本発明の実施の形態に係る電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュールの概略の構成例を示す平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図１では、図２に示す第１の導体層１２等の図示を省略している。
（通信モジュールの全体の構成）
この通信モジュール１００は、図１及び図２に示すように、第１の面１ａ及び第１の面１ａと反対側に設けられた第２の面１ｂを有する基板１と、基板１の第１の面１ａに形成された凹部１１と、基板１の第１の面１ａに実装された光信号を出力する発光素子アレイ２と、基板１の凹部１１に収容され、発光素子アレイ２を駆動する電子部品の一例としてのドライバＩＣ３と、基板１の第１の面１ａに実装され、基板１上のドライバＩＣ３を含む各電子部品を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）４と、基板１の凹部１１とドライバＩＣ３との間に介在してドライバＩＣ３を凹部１１の内面に接着する熱伝導性を有する接着剤５と、基板１の第２の面１ｂに実装されたヒートシンク６とを備える。
この通信モジュール１００は、図１及び図２に示すように、第１の面１ａ及び第１の面１ａと反対側に設けられた第２の面１ｂを有する基板１と、基板１の第１の面１ａに形成された凹部１１と、基板１の第１の面１ａに実装された光信号を出力する発光素子アレイ２と、基板１の凹部１１に収容され、発光素子アレイ２を駆動する電子部品の一例としてのドライバＩＣ３と、基板１の第１の面１ａに実装され、基板１上のドライバＩＣ３を含む各電子部品を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）４と、基板１の凹部１１とドライバＩＣ３との間に介在してドライバＩＣ３を凹部１１の内面に接着する熱伝導性を有する接着剤５と、基板１の第２の面１ｂに実装されたヒートシンク６とを備える。
（基板の構成）
基板１は、図２に示すように、第１の面１ａ及び第１の面１ａと反対側に設けられた第２の面１ｂを有する基材１０と、第１の面１ａに形成された配線パターン１２ａを含む第１の導体層１２と、基材１０の内部に形成されたグランドパターン１３ａを含む中間層としての第２の導体層１３と、第２の面１ｂに形成されたグランドパターン１４ａを含む第３の導体層１４と、第２の導体層１３と第３の導体層１４とを電気的に接続する第１のビアホール１５ａと、凹部１１の内面に形成されたメッキ層１１０と、メッキ層１１０に一端が接続され、他端がヒートシンク６に接続された第２のビアホール１５ｂとを備える。メッキ層１１０は、第２の導体層１３のグランドパターン１３ａと電気的に接続されている。なお、メッキ層１１０と第１の導体層１２のグランドパターンとは、電気的に接続されていてもよい。しかし、メッキ層１１０と第１の導体層１２の配線パターンとは、電気的に絶縁されている。配線パターン１２ａは、グランドパターン以外の信号配線パターンあるいは電源配線パターンを意味する。
基板１は、図２に示すように、第１の面１ａ及び第１の面１ａと反対側に設けられた第２の面１ｂを有する基材１０と、第１の面１ａに形成された配線パターン１２ａを含む第１の導体層１２と、基材１０の内部に形成されたグランドパターン１３ａを含む中間層としての第２の導体層１３と、第２の面１ｂに形成されたグランドパターン１４ａを含む第３の導体層１４と、第２の導体層１３と第３の導体層１４とを電気的に接続する第１のビアホール１５ａと、凹部１１の内面に形成されたメッキ層１１０と、メッキ層１１０に一端が接続され、他端がヒートシンク６に接続された第２のビアホール１５ｂとを備える。メッキ層１１０は、第２の導体層１３のグランドパターン１３ａと電気的に接続されている。なお、メッキ層１１０と第１の導体層１２のグランドパターンとは、電気的に接続されていてもよい。しかし、メッキ層１１０と第１の導体層１２の配線パターンとは、電気的に絶縁されている。配線パターン１２ａは、グランドパターン以外の信号配線パターンあるいは電源配線パターンを意味する。
なお、第１の導体層１２は、グランドパターンを有していてもよい。第２の導体層１３及び第３の導体層１４は、配線パターンを有していてもよい。第２の導体層１３は、本実施の形態では、１つの層であるが、複数の層でもよい。また、基板１は、第２の導体層１３を有していなくてもよい。
基材１０は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から形成されている。基板１は、本実施の形態では、複数の層が積層された多層基板であるが、多層基板でなくてもよい。基板１の厚さは、例えば０．５〜１．５ｍｍ程度であるが、これに限られない。
メッキ層１１０は、例えば、銅、ニッケル、クロム等から形成することができる。なお、メッキ層１１０は、凹部１１の内面に形成されていなくてもよい。
凹部１１は、矩形状に形成されている。凹部１１のサイズは、接着剤５の厚さをほぼ一定にするため、ドライバＩＣ３の大きさに合わせたサイズが好ましい。
（発光素子アレイの構成）
発光素子アレイ２は、アレイ状に配列され、光信号を送信する複数（本実施の形態では４つ）の発光素子を備える。発光素子としては、例えばＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）等の半導体レーザー素子やＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）等が挙げられる。
発光素子アレイ２は、アレイ状に配列され、光信号を送信する複数（本実施の形態では４つ）の発光素子を備える。発光素子としては、例えばＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）等の半導体レーザー素子やＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）等が挙げられる。
なお、発光素子アレイ２の代わりに１つの発光素子を用いてもよい。また、発光素子アレイ２の代わりに、又は発光素子アレイ２とともに受光素子アレイを用いてもよい。受光素子アレイは、アレイ状に配列され、光信号を受信する複数の受光素子を備える。受光素子としては、例えばフォトダイオード等が挙げられる。なお、受光素子アレイの代わりに１つの受光素子を用いてもよい。
（ドライバＩＣの構成）
ドライバＩＣ３は、制御信号に基づいて発光素子アレイ２を駆動し、発光素子アレイ２から光信号を出力させる。ドライバＩＣ３の厚さは、例えば０．５〜１ｍｍ程度であるが、これに限られない。
ドライバＩＣ３は、制御信号に基づいて発光素子アレイ２を駆動し、発光素子アレイ２から光信号を出力させる。ドライバＩＣ３の厚さは、例えば０．５〜１ｍｍ程度であるが、これに限られない。
ドライバＩＣ３は、上面３ａ、側面３ｂ〜３ｅ、底面３ｆを備えた矩形状を有する。ドライバＩＣ３は、側面３ｂ〜３ｅが凹部１１の側面に対向し、底面３ｆが凹部１１の底面に対向して凹部１１に収容されている。ドライバＩＣ３の発熱を基板１に伝達させるためには、ドライバＩＣ３の側面３ｂ〜３ｅ全体が凹部１１内に収容されるのが好ましいが、図２に示すように、側面３ｂ〜３ｅの一部、例えばドライバＩＣ３の高さの１／２以下又は１／３以下が露出してもよい。
ドライバＩＣ３は、上面３ａに電極３０を有し、電極３０と第１の導体層１２の配線パターンとはボンディングワイヤ３１によって接続されている。
（接着剤の構成）
接着剤５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等の樹脂に、銀、銅、アルミニウム等の金属、又はアルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト等のセラミックスを熱伝導性フィラーとして配合した熱伝導性接着剤を用いることができる。接着剤５の最大の注入量は、第１の導体層１２の下までとする。すなわち、熱伝導性の高い樹脂（例えば、銀エポ）は、導電性を有するため、第１の導体層１２の配線パターン１２ａと接触することは、電気的に短絡となるので好ましくない。また、接着剤５の最小の注入量は、電子部品（ドライバＩＣ３）が十分な接着強度を得られる量であればよい。図２に示す構成の場合には、少なくともドライバＩＣ３の底面３ｆの下に接着剤５を充填することにより、メッキ層１１０及び第２の導電層１３のグランドパターン１３ａを介して放熱が可能となり、ヒートシンク６のみよりは放熱効果をより高めることができる。
接着剤５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等の樹脂に、銀、銅、アルミニウム等の金属、又はアルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト等のセラミックスを熱伝導性フィラーとして配合した熱伝導性接着剤を用いることができる。接着剤５の最大の注入量は、第１の導体層１２の下までとする。すなわち、熱伝導性の高い樹脂（例えば、銀エポ）は、導電性を有するため、第１の導体層１２の配線パターン１２ａと接触することは、電気的に短絡となるので好ましくない。また、接着剤５の最小の注入量は、電子部品（ドライバＩＣ３）が十分な接着強度を得られる量であればよい。図２に示す構成の場合には、少なくともドライバＩＣ３の底面３ｆの下に接着剤５を充填することにより、メッキ層１１０及び第２の導電層１３のグランドパターン１３ａを介して放熱が可能となり、ヒートシンク６のみよりは放熱効果をより高めることができる。
（ヒートシンクの構成）
ヒートシンク６は、例えば熱伝導性に優れた銅、アルミニウム等の金属から形成されている。なお、ヒートシンク６は、放熱面積を増やすために複数の放熱フィンを備えたものが好ましい。ヒートシンク６は、図示しない熱伝導性接着剤によって基材１０の第２の面２ｂに接着されている。熱伝導性接着剤としてドライバＩＣ３を凹部１１に接着する接着剤５と同じものを用いてもよい。
ヒートシンク６は、例えば熱伝導性に優れた銅、アルミニウム等の金属から形成されている。なお、ヒートシンク６は、放熱面積を増やすために複数の放熱フィンを備えたものが好ましい。ヒートシンク６は、図示しない熱伝導性接着剤によって基材１０の第２の面２ｂに接着されている。熱伝導性接着剤としてドライバＩＣ３を凹部１１に接着する接着剤５と同じものを用いてもよい。
（本実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）ドライバＩＣ３が発熱すると、その熱は上面３ａと側面３ｂ〜３ｅの接着剤５から露出している部分とから大気中に放熱される。一方、ドライバＩＣ３から発生した熱は、接着剤５、メッキ層１１０及び第２のビアホール１５ｂを介してヒートシンク６に伝わり、ヒートシンク６から大気中に放熱される。また、ドライバＩＣ３から発生した熱は、接着剤５、メッキ層１１０、第２の導体層１３のグランドパターン１３ａ、第１のビアホール１５ａ及び第３の導体層１４のグランドパターン１４ａに伝わり、基板１の第２の面１ｂから大気中に放熱される。
（２）ドライバＩＣ３と第１の導体層１２とを接続するボンディングワイヤ３１の長さが、凹部１１にドライバＩＣ３を収納していない場合と比べて短くなるため、インダクタンスが小さくなり、高速通信（例えば１０ＧＨｚ以上）における信号劣化を抑制することができる。
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）ドライバＩＣ３が発熱すると、その熱は上面３ａと側面３ｂ〜３ｅの接着剤５から露出している部分とから大気中に放熱される。一方、ドライバＩＣ３から発生した熱は、接着剤５、メッキ層１１０及び第２のビアホール１５ｂを介してヒートシンク６に伝わり、ヒートシンク６から大気中に放熱される。また、ドライバＩＣ３から発生した熱は、接着剤５、メッキ層１１０、第２の導体層１３のグランドパターン１３ａ、第１のビアホール１５ａ及び第３の導体層１４のグランドパターン１４ａに伝わり、基板１の第２の面１ｂから大気中に放熱される。
（２）ドライバＩＣ３と第１の導体層１２とを接続するボンディングワイヤ３１の長さが、凹部１１にドライバＩＣ３を収納していない場合と比べて短くなるため、インダクタンスが小さくなり、高速通信（例えば１０ＧＨｚ以上）における信号劣化を抑制することができる。
［変形例］
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々な実施の形態が可能である。例えば、上記実施の形態では、基板１の凹部１１に収容される電子部品として、ドライバＩＣ３について説明したが、基板１に実装された受光素子の信号を増幅するプリアンプＩＣでもよく、スイッチングトランジスタ、電源制御ＩＣ、キャパシタ等の他の電子部品でもよい。
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々な実施の形態が可能である。例えば、上記実施の形態では、基板１の凹部１１に収容される電子部品として、ドライバＩＣ３について説明したが、基板１に実装された受光素子の信号を増幅するプリアンプＩＣでもよく、スイッチングトランジスタ、電源制御ＩＣ、キャパシタ等の他の電子部品でもよい。
また、本発明の実施の形態の構成要素の一部を本発明の要旨を逸脱しない範囲内において省いてもよい。例えば、第２の導体層１３やヒートシンク６を省いてもよい。
１…基板、１ａ…第１の面、１ｂ…第２の面、２…発光素子アレイ、３…ドライバＩＣ、
３ａ…上面、３ｂ-３ｅ…側面、３ｆ…底面、５…接着剤、６…ヒートシンク、
１０…基材、１１…凹部、１２…第１の導体層、１２ａ…配線パターン、
１３…第２の導体層、１３ａ…グランドパターン、１４…第３の導体層、
１４ａ…グランドパターン、１５ａ…第１のビアホール、１５ｂ…第２のビアホール、
３０…電極、３１…ボンディングワイヤ、１００…通信モジュール、１１０…メッキ層
３ａ…上面、３ｂ-３ｅ…側面、３ｆ…底面、５…接着剤、６…ヒートシンク、
１０…基材、１１…凹部、１２…第１の導体層、１２ａ…配線パターン、
１３…第２の導体層、１３ａ…グランドパターン、１４…第３の導体層、
１４ａ…グランドパターン、１５ａ…第１のビアホール、１５ｂ…第２のビアホール、
３０…電極、３１…ボンディングワイヤ、１００…通信モジュール、１１０…メッキ層
Claims (6)
- 第１の面及び前記第１の面と反対側に設けられた第２の面を有する基板と、
前記基板の前記第１の面に形成され、電子部品が収容される凹部とを備え、
前記凹部は、内面にメッキ層が形成され、前記電子部品との間に介在して前記電子部品を前記メッキ層に接着する熱伝導性を有する接着剤が充填される、
電子部品の放熱構造。 - 前記基板は、前記メッキ層に電気的に接続されたグランドパターンを含む中間層と、前記第２の面に形成され、前記中間層の前記グランドパターンにビアホールを介して電気的に接続されたグランドパターンを含む導体層と、
を備えた請求項１に記載の電子部品の放熱構造。 - 前記基板は、前記第２の面に配置されたヒートシンクをさらに備え、
前記メッキ層は、ビアホールを介して前記ヒートシンクに電気的に接続された、
請求項１又は２に記載の電子部品の放熱構造。 - 第１の面及び前記第１の面と反対側に設けられた第２の面を有する基板と、
前記基板の前記第１の面に設けられ、内面にメッキ層が形成された凹部と、
前記基板の前記凹部に収容された電子部品と、
前記基板の前記凹部の前記メッキ層と前記電子部品との間に介在して前記電子部品を前記凹部の前記メッキ層に接着する熱伝導性を有する接着剤と、
を備えた通信モジュール。 - 前記接着剤は、樹脂に熱伝導性フィラーが配合された熱伝導性接着剤である、
請求項４に記載の通信モジュール。 - 前記電子部品は、その厚さの１／２以下が前記凹部から露出した、
請求項４又は５に記載の通信モジュール。
Priority Applications (1)
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| JP2014260901A JP2016122701A (ja) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | 電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュール |
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| JP2014260901A JP2016122701A (ja) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | 電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュール |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021027182A (ja) * | 2019-08-06 | 2021-02-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体レーザ駆動装置、および、電子機器 |
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2014
- 2014-12-24 JP JP2014260901A patent/JP2016122701A/ja active Pending
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| JP2021027182A (ja) * | 2019-08-06 | 2021-02-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体レーザ駆動装置、および、電子機器 |
| JP7356287B2 (ja) | 2019-08-06 | 2023-10-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体レーザ駆動装置、および、電子機器 |
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