JP2019021856A - module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に発熱する部品が実装されているとともに、放熱構造を有するモジュールに関する。 The present invention relates to a module in which a component that generates heat is mounted on a substrate and has a heat dissipation structure.
配線基板の実装面に発熱する部品が実装されたモジュールでは、加熱による部品の損傷を防ぐために、放熱対策が施される場合がある。このような放熱対策が施されたモジュールとして、例えば、図6に示す特許文献1に記載の半導体装置100がある。
In a module in which a component that generates heat is mounted on the mounting surface of the wiring board, a heat dissipation measure may be taken to prevent damage to the component due to heating. An example of a module with such a heat dissipation measure is the
半導体装置100は、積層配線基板101と、導電性リード102と、導電性リード102によって積層配線基板101の半導体素子搭載面101aに保持されている回路形成面103aおよび反回路形成面103bを有する半導体素子103と、半導体素子103の反回路形成面103bを除いて導電性リード102および半導体素子103を封止するように設けられた樹脂104と、半導体素子103の反回路形成面103bに接合された放熱用のフィン105とを有する。この放熱用のフィン105により、半導体装置100の放熱効率の向上を図っている。
The
しかしながら、上記した半導体装置100では、半導体装置100の発熱量によっては放熱用のフィン105を用いても放熱効率が十分でないおそれがある。また、放熱用のフィン105が樹脂104の外部に設けられており、低背化が難しいという問題がある。
However, in the
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、放熱効果の向上を図りつつ低背化を実現することができるモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a module capable of realizing a low profile while improving the heat dissipation effect.
上記した目的を達成するために、本発明のモジュールは、基板と、前記基板の一方主面に実装される発熱する部品と、前記基板の前記一方主面側に配置される放熱部材と、前記基板の前記一方主面、前記部品および前記伝熱部材を封止する封止樹脂層とを備え、前記放熱部材は前記基板の前記一方主面と垂直な方向の厚さが100μm以上であり、前記基板の前記一方主面と垂直な方向から見たときに、前記放熱部材の面積は、前記部品の面積以上であり、前記部品は前記基板の前記一方主面と前記放熱部材との間に位置し、前記放熱部材の前記基板の前記一方主面からの高さは、前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面からの高さよりも低いことを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, a module of the present invention includes a substrate, a heat generating component mounted on one main surface of the substrate, a heat radiating member disposed on the one main surface side of the substrate, A sealing resin layer that seals the one main surface of the substrate, the component, and the heat transfer member, and the heat dissipation member has a thickness in a direction perpendicular to the one main surface of the substrate of 100 μm or more, When viewed from a direction perpendicular to the one main surface of the substrate, the area of the heat dissipation member is equal to or larger than the area of the component, and the component is between the one main surface of the substrate and the heat dissipation member. The height of the heat dissipation member from the one main surface of the substrate is lower than the height of the sealing resin layer from the one main surface of the substrate.
この構成によれば、基板の一方主面と垂直な方向から見たときに、放熱部材の面積が部品の面積よりも大きいため、導電性ポスト等を用いた場合よりも放熱効率を向上させることができる。また、放熱部材が封止樹脂層の内部に配置されているため、ヒートシンク構造と比較して低背化が容易である。さらに、放熱部材を封止樹脂層の表面から露出させないため、封止樹脂層の表面を研磨する必要がなく、製造工程を削減することができる。 According to this configuration, since the area of the heat radiating member is larger than the area of the component when viewed from the direction perpendicular to the one main surface of the board, the heat radiating efficiency can be improved as compared with the case where a conductive post or the like is used. Can do. Moreover, since the heat radiating member is arrange | positioned inside the sealing resin layer, compared with a heat sink structure, low profile is easy. Furthermore, since the heat radiation member is not exposed from the surface of the sealing resin layer, it is not necessary to polish the surface of the sealing resin layer, and the manufacturing process can be reduced.
また、放熱部材の基板の一方主面と垂直な方向の厚さが100μm以上であるため、めっきや金属箔を用いた場合と比較して放熱効率の向上を図ることができる。 Moreover, since the thickness of the heat dissipation member in the direction perpendicular to the one main surface of the substrate is 100 μm or more, the heat dissipation efficiency can be improved as compared with the case where plating or metal foil is used.
また、前記放熱部材と前記部品とが接していなくてもよい。この構成によれば、放熱部材が封止樹脂層の内部に配置されているため、低背化が容易である。また、封止樹脂層の表面を研磨する必要がないため、製造工程を削減することができる。 Moreover, the said heat radiating member and the said component do not need to contact | connect. According to this structure, since the heat radiating member is arrange | positioned inside the sealing resin layer, reduction in height is easy. Moreover, since it is not necessary to polish the surface of the sealing resin layer, the manufacturing process can be reduced.
また、前記放熱部材と前記部品とが接していてもよい。この構成によれば、部品内の熱を面方向に拡散させることができるため、局所的な発熱を抑制することができる。 Further, the heat dissipation member and the component may be in contact with each other. According to this configuration, the heat in the component can be diffused in the surface direction, so that local heat generation can be suppressed.
また、前記放熱部品の端部が、前記封止樹脂層の側面から露出していてもよい。この構成によれば、封止樹脂層の側面から露出している放熱部材の端部から熱をモジュールの外部に逃がすことができ、さらに放熱効率の向上を図ることができる。 Moreover, the edge part of the said heat radiating component may be exposed from the side surface of the said sealing resin layer. According to this configuration, heat can be released to the outside of the module from the end portion of the heat dissipation member exposed from the side surface of the sealing resin layer, and the heat dissipation efficiency can be further improved.
また、前記封止樹脂層の表面および前記基板の側面を被覆するシールド層をさらに備えていてもよい。この構成によれば、部品から発生した熱をシールド層から基板に逃がすことができ、さらに放熱効率の向上を図ることができる。 Moreover, you may further provide the shield layer which coat | covers the surface of the said sealing resin layer, and the side surface of the said board | substrate. According to this configuration, the heat generated from the component can be released from the shield layer to the substrate, and the heat dissipation efficiency can be further improved.
また、前記放熱部材は金属ブロックにより形成されていてもよい。この構成によれば、めっきや金属箔などを用いる場合と比較して、放熱効率の向上を図ることができる。 The heat dissipation member may be formed of a metal block. According to this configuration, it is possible to improve the heat dissipation efficiency as compared with the case of using plating or metal foil.
本発明によれば、放熱部材の表面積が広いため放熱性が高く、また放熱部材が封止樹脂層の内部に配置されているため、低背化が容易である。また、放熱部材を封止樹脂層から露出させる必要がないため、封止樹脂層の研磨や除去が不要であり低コストで製造することができる。 According to the present invention, since the heat radiating member has a large surface area, heat dissipation is high, and since the heat radiating member is arranged inside the sealing resin layer, it is easy to reduce the height. Moreover, since it is not necessary to expose the heat radiating member from the sealing resin layer, it is not necessary to polish or remove the sealing resin layer, and it can be manufactured at low cost.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係るモジュール1について図1を参照して説明する。なお、図1は第1実施形態に係るモジュール1の断面図である。
<First Embodiment>
A module 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the module 1 according to the first embodiment.
第1実施形態に係るモジュール1は、例えば、電子機器のマザー基板等に搭載されるものである。モジュール1は、図1に示すように、上面2a(本発明の「一方主面」に相当する)にランド電極6が形成された基板2と、接続端子が半田7によりランド電極6に接続されるように上面2aに実装された部品3と、部品3から発生する熱を放熱するための金属ブロック4と、基板2の上面2aと部品3と金属ブロック4とを封止する封止樹脂層5とを備える。
The module 1 according to the first embodiment is mounted on, for example, a mother board of an electronic device. As shown in FIG. 1, the module 1 includes a
基板2は、例えば低温同時焼成セラミックスやガラスエポキシ樹脂等で形成される。基板2の上面2aには複数のランド電極6が形成され、下面2bには複数の外部電極(図示省略)が形成され、基板2の表層および内層には複数のグランド電極、複数の配線電極、および複数のビア導体等が形成されている。なお、各グランド電極は、例えば、基板2の側面から露出するように形成されている。
The
各ランド電極6、各外部電極、各グランド電極、および各配線電極は、それぞれ、CuやAg、Al等の電極として一般的に採用される金属で形成されている。また、各ビア導体は、AgやCu等の金属で形成されている。
Each
部品3は発熱する部品であり、部品3として、例えばIC、パワーアンプ等の能動部品が挙げられる。部品3は、接続端子が基板2の上面2aに形成されたランド電極6に半田7を用いて接続されることによって、基板2の上面2aに実装されている。
The
金属ブロック4(本発明の「放熱部材」に相当する)は、部品3の上面3aに接触しないように配置される。すなわち、部品3と金属ブロック4との間には樹脂が配置されることとなる。また、金属ブロック4は上面4aが封止樹脂層5の表面から露出せず、封止樹脂層5に埋設されている。また、金属ブロック4は、基板2の上面2aと垂直な方向から見たときに、一部または全部が部品3の上面3aと重複するように配置され、基板2の上面2aと垂直な方向から見たときの金属ブロック4の面積は部品3の面積以上になるように形成される。金属ブロック4は、例えば板状の銅板等の厚さが100μm以上の金属板であり、熱を伝導するものである。なお、金属ブロック4を形成する放熱部材として、金属以外にもAINなどの熱伝導率が高い材料を用いてもよい。金属ブロック4と基板2とで部品3を挟むような構造にすることで、部品3から発生する熱をモジュール1の外部へ逃がすことができる。
The metal block 4 (corresponding to the “heat dissipating member” of the present invention) is arranged so as not to contact the
封止樹脂層5は、基板2の上面2a、部品3および金属ブロック4を被覆するように基板2に設けられる。封止樹脂層5は、シリカフィラー入りのエポキシ樹脂等の封止樹脂として一般に採用される樹脂で形成することができる。また、高熱伝導のため、アルミナフィラーなどの熱伝導率が高いフィラーを使用してもよい。
The
(モジュールの製造方法)
次に、モジュール1の製造方法について説明する。この第1実施形態では、複数のモジュール1の集合体を形成した後に、個片化することによりモジュール1を製造する。
(Module manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the module 1 will be described. In this 1st Embodiment, after forming the aggregate | assembly of the several module 1, the module 1 is manufactured by dividing into pieces.
まず、上面2aに複数のランド電極6が形成され、下面2bに複数の外部電極が形成されるとともに、表層または内層に複数のグランド電極、複数の配線電極、複数のグランド電極および複数のビア導体等が形成された基板2の集合体を用意する。各ランド電極6、各外部電極、各グランド電極、および各配線電極については、CuやAg、Al等の金属を含有する導電性ペーストをスクリーン印刷するなどしてそれぞれ形成することができる。また、各ビア導体については、レーザー等を用いてビアホールを形成した後、周知の方法により形成することができる。
First, a plurality of
次に、基板2の上面2aに、周知の表面実装技術を用いて部品3を実装する。例えば、基板2のランド電極6のうち所望のランド電極6上に半田7を形成しておき、半田7が形成されているランド電極6のうちの対応するランド電極6上に部品3を実装し、その後、リフロー処理を行う。なお、リフロー処理後に必要に応じて基板2の集合体の洗浄を行う。
Next, the
次に、基板2の上面2aと部品3とを被覆するように、基板2の上面2aに封止樹脂層5の下部5aを形成する。その後、封止樹脂層5の下部5a上に金属ブロック4を配置し、金属ブロック4を被覆するように封止樹脂層5の上部5bを形成する。このように封止樹脂層5を下部5aと上部5bとの2段階に分けて形成することで、部品3の上面3aと金属ブロック4の下面4bとの間に樹脂が配置され、モジュール1を基板2の上面2aと水平な方向からみたときに、金属ブロック4は封止樹脂層5の内部に浮いているように配置される。
Next, a
なお、封止樹脂層5は、例えば、トランスファーモールド方式、コンプレッションモールド方式、液状樹脂工法、シート樹脂工法等を用いることができる。また、封止樹脂層5には、一般的なシリカフィラー入りのエポキシ樹脂を用いることができる。なお、封止樹脂層5に高い熱伝導性を持たせるために、アルミナフィラーなどの熱伝導率が高いフィラー入りのエポキシ樹脂を用いることもできる。なお、封止樹脂層5の形成後に、必要に応じて基板2のプラズマ洗浄を行ってもよい。
The sealing
封止樹脂層5が形成された後、ダイサーまたはレーザー加工などの周知の方法により、モジュール1を個片化する。
After the sealing
上記した実施形態によれば、金属ブロック4は、基板2の上面2aと垂直な方向から見たときの面積が、部品3の面積よりも大きいため、放熱効率の向上が図られる。また、金属ブロック4が封止樹脂層5に埋設された構造であるため、低背化が容易である。さらに、封止樹脂層5の表面から金属ブロック4を露出させるために封止樹脂層5の表面を研磨する必要がないため、製造工程を削減することができる。
According to the above-described embodiment, the
図2は、金属ブロック4の基板2の上面2aと垂直な方向の厚さが100μmの場合と50μmの場合の、金属ブロック4の基板2の上面2aと水平方向の大きさと、金属ブロック4の配置(横軸)によるモジュール1の温度変化ΔT(縦軸)を表したグラフである。図2に示すように、放熱部材である金属ブロック4の厚さが100μmの場合には、金属ブロック4が50μmである場合と比較してモジュール1の温度変化が大きく、金属ブロック4の厚さが100μmの場合はより放熱効率が高いことがわかる。したがって、上記した実施形態のように、金属ブロック4の基板2の上面2aと垂直な方向の厚さが100μm以上である金属部材を使用する場合には、めっきや金属箔等の厚さが100μmに満たない放熱部材の場合と比べて、放熱効率を向上させることができる。なお、一般的な電子部品において数℃の放熱効果でも数ヶ月(10℃で約4年)程度の寿命延長が期待できる。
FIG. 2 shows the size of the
また、基板2と部品3の線膨張係数の違いにより、ヒートショック等が原因のモジュール1の反りが発生してしまうが、封止樹脂層5の内部に厚みのある金属ブロック4を配置することで、基板2と部品3の線膨張係数の差を小さくして、モジュール1の反りを抑制することができる。
In addition, the warpage of the module 1 due to heat shock or the like occurs due to the difference in the linear expansion coefficient between the
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係るモジュールについて図3を参照して説明する。なお、図3は第2実施形態に係るモジュール1aの断面図である。
Second Embodiment
A module according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the
第2実施形態に係るモジュール1aが図1を用いて説明した第1実施形態に係るモジュール1と異なる点は、図3に示すように、金属ブロック4が部品3に接している点である。その他の構成は第1実施形態に係るモジュール1と同様であるため、同一符号を付すことによりその説明を省略する。
The
金属ブロック4は、部品3の上面3aに接着部材8により接着されることにより、部品3の上面3aに配置される。接着部材8は、例えば、熱を伝導する熱伝導接着剤や半田等を用いることができる。また、接着部材8を使用せずに、部品3の上面3aに金属ブロック4を直接配置してもよい。
The
なお、この実施形態のモジュール1aは、基板2の上面2aに部品3を実装した後、部品3の上面3aに金属ブロック4を接着部材8により接着し、その後、基板2の上面2a、部品3、および金属ブロック4を被覆するように封止樹脂層5を積層することにより製造することができる。
In the
上記した実施形態によれば、部品内の熱を面方向に拡散させるため、部品の局所的な発熱を抑制することができ、図2に示すように、第1実施形態の場合よりも放熱効率を向上させることができる。 According to the above-described embodiment, the heat in the component is diffused in the surface direction, so that local heat generation of the component can be suppressed, and as shown in FIG. 2, the heat dissipation efficiency is higher than in the case of the first embodiment. Can be improved.
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態にかかるモジュール1bについて、図4を参照して説明する。なお、図4は、第3実施形態にかかるモジュール1bの断面図である。
<Third Embodiment>
A
第3実施形態にかかるモジュール1bが図1を用いて説明した第1実施形態にかかるモジュール1と異なる点は、図4に示すように、金属ブロック4が部品3に接しており、さらに、金属ブロック4の端部4cが封止樹脂層5の側面から露出している点である。その他の構成は第1実施形態にかかるモジュール1と同様であるため、同一符号を付すことによりその説明を省略する。
The
この実施形態のモジュール1bは、例えば、個片化する前のモジュール1bの集合体に1枚の板状の金属を配置し、樹脂で被覆して封止樹脂層5を形成し、その後個片化することにより形成することができる。ダイサーまたはレーザー加工などの方法により個片化することにより、金属ブロック4の端部4cが封止樹脂層5の側面から露出する。
In the
上記した実施形態によれば、金属ブロック4の端部4cが封止樹脂層5の側面から露出しているため、露出部分から熱を外部に逃がすことができ、図2に示すように、第1実施形態の場合と比べ、さらなる放熱効果の向上が図られる。
According to the above-described embodiment, since the
<第4実施形態>
本発明の第4実施形態に係るモジュールについて図5を参照して説明する。なお、図5は第4実施形態に係るモジュール1cの断面図である。
<Fourth embodiment>
A module according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the
第4実施形態に係るモジュール1cが図1を用いて説明した第1実施形態に係るモジュール1と異なる点は、図5に示すように、封止樹脂層5の表面と基板2の側面とを被覆するようにシールド層9が設けられている点である。その他の構成は第1実施形態にかかるモジュール1と同様であるため、同一符号を付すことによりその説明を省略する。
The
シールド層9は、例えば、封止樹脂層5の表面および基板2の側面に積層された密着層と、密着層に積層された導電層と、導電層に積層された耐食層とを有する多層構造で形成することができる。密着層は、導電層と封止樹脂層5との密着強度を高めるために設けられるものであり、例えば、SUS等の金属で形成することができる。導電層は、シールド層9の実質的なシールド機能を担う層であり、例えば、Cu、Ag、Alのうちのいずれかの金属で形成することができる。また、導電層自体は単一材料に限らず、複数材料を積層した多層構造としてもよい。耐食層は、導電層が腐食したり、傷が付いたりするのを防止するために設けられるものであり、例えば、SUSで形成することができる。シールド層9の形成には、例えば、スパッタ方式、蒸着方式、ペースト塗布方式等を用いることができる。
The
上記した実施形態によれば、第1実施形態のモジュール1と同様の効果を得ることができるとともに、部品3から発生した熱をシールド層9から基板2に逃がすことができ、さらなる放熱効果の向上が図られる。
According to the above-described embodiment, the same effect as that of the module 1 of the first embodiment can be obtained, and the heat generated from the
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行うことができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the invention.
また、本発明は、基板に発熱する部品が実装されているとともに、放熱構造を有するモジュールに適用することができる。 In addition, the present invention can be applied to a module having a heat dissipation structure while a component that generates heat is mounted on a substrate.
1〜1c モジュール
2 基板
2a 上面(一方主面)
3 部品
4 金属ブロック(放熱部材)
5 封止樹脂層
9 シールド層
1-
3
5 Sealing
Claims (6)
前記基板の一方主面に実装される発熱する部品と、
前記基板の前記一方主面側に配置される放熱部材と、
前記基板の前記一方主面、前記部品および前記伝熱部材を封止する封止樹脂層とを備え、
前記放熱部材は前記基板の前記一方主面と垂直な方向の厚さが100μm以上であり、
前記基板の前記一方主面と垂直な方向から見たときに、前記放熱部材の面積は、前記部品の面積以上であり、
前記部品は前記基板の前記一方主面と前記放熱部材との間に位置し、
前記放熱部材の前記基板の前記一方主面からの高さは、前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面からの高さよりも低い
ことを特徴とするモジュール。 A substrate,
A heat-generating component mounted on one main surface of the substrate;
A heat dissipating member disposed on the one main surface side of the substrate;
A sealing resin layer for sealing the one main surface of the substrate, the component and the heat transfer member;
The heat dissipation member has a thickness in a direction perpendicular to the one main surface of the substrate of 100 μm or more,
When viewed from a direction perpendicular to the one main surface of the substrate, the area of the heat dissipation member is equal to or greater than the area of the component,
The component is located between the one main surface of the substrate and the heat dissipation member,
The module is characterized in that a height of the heat dissipation member from the one main surface of the substrate is lower than a height of the sealing resin layer from the one main surface of the substrate.
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