JP4692152B2

JP4692152B2 - 回路モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP4692152B2
Application number: JP2005241271A
Authority: JP
Inventors: 誠河岸; 勉家木; 和之湯田; 宏樹河端
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP2007059533A

Description

本発明は、電磁シールド機能を備えた回路モジュール、特にモジュール基板の裏面に端子電極が形成されたＬＧＡ型あるいはＢＧＡ型に適した回路モジュールに関するものである。

従来、携帯電話、自動車電話などの無線機器やその他の各種通信機器に用いられる電圧制御発振器（ＶＣＯ）やアンテナスイッチなどの回路モジュールにおいて、モジュール基板の上に搭載された回路部品から発生する電磁波の漏洩を防止し、あるいは外部から浸入する電磁波を遮蔽するために、導電性のシールドケースを被せた構造の回路モジュールが知られている。

特許文献１には、モジュール基板の対向する二側面に複数の凹部を形成し、凹部の内面に電極を形成し、その一部をグランド電極とするとともに、モジュール基板の他の２辺の上面にグランド電極が形成されたシールド構造の回路モジュールが提案されている。凹部の内面のグランド電極には、シールドケースの下端開口部の対向する２辺から突設した爪部を嵌合して接続するとともに、シールドケースの他の２辺をモジュール基板の上面に形成したグランド電極に半田付けした構造となっている。

上記構造の場合、モジュール基板の側面には、グランド電極を形成した凹部のほかに入出力端子電極を形成した凹部も形成されており、この入出力端子電極はモジュール基板の側面から上面へ回り込む配線電極と接続されている。そのため、シールドケースをモジュール基板に被せたとき、シールドケースの下端と入出力端子電極に接続される配線電極とが近接し、両者が接触する恐れがある。そのため、シールドケースの下端の配線電極と近接する位置に切欠部を形成しているが、この切欠部から信号が漏洩し、シールド性能を低下させるという問題を生じる。
特許第２９３８８２０号公報

そこで、本発明の目的は、シールドケースとモジュール基板との隙間をなくし、良好なシールド性能が得られる回路モジュール及びその製造方法を提供することにある。

上記目的は請求項１に係る回路モジュール及び請求項２に係る回路モジュールの製造方法により達成される。
請求項１に係る発明は、モジュール基板と、上記モジュール基板の各辺の外周面に形成された、厚み方向に連続する複数の断面半円弧状の分割スルーホール溝と、前記分割スルーホール溝の内面に形成されたグランド電極と、上記モジュール基板の裏面の前記分割スルーホール溝より内側の領域に形成された端子電極と、上記モジュール基板の少なくとも表面の前記分割スルーホール溝より内側の領域に形成された配線電極と、上記モジュール基板の表面に配置され、上記配線電極に接続された回路部品と、上記モジュール基板に形成された配線電極と裏面の端子電極とを、モジュール基板の外周面を経由せずに接続するビアホール導体と、上記回路部品を覆うように上記モジュール基板の表面に配置され、下端開口部が上記モジュール基板の外周面に形成されたグランド電極と接続されたシールドケースと、を備え、上記シールドケースの下端開口部には、上記分割スルーホール溝に挿入される複数の脚部が、上記シールドケースの側壁から直線的に下方に突出するように形成され、上記脚部の両側縁が分割スルーホール溝の奥部内面に当接するように上記シールドケースの寸法が設定され、上記シールドケースの脚部以外の下端開口部を上記分割スルーホール溝以外のモジュール基板の外周部上面に当接させた状態で、上記脚部と分割スルーホール溝とを半田付けすることにより、上記シールドケースはグランド電極と接続され、かつシールドケースはモジュール基板に対して固定されていることを特徴とする回路モジュールである。
請求項２に係る発明は、複数の子基板を集合した親基板状態のモジュール基板を準備する工程であって、各子基板の各辺の境界線上に複数の円形スルーホールが形成され、各スルーホールの内面にグランド電極が形成され、各スルーホール内に半田ペーストが充填され、表面の前記スルーホールより内側の領域に配線電極が形成され、裏面の前記スルーホールより内側の領域に、前記配線電極とビアホール導体を介して接続された端子電極が形成されたモジュール基板を準備する工程と、前記親基板状態のモジュール基板の配線電極上に回路部品を搭載する工程と、前記親基板状態のモジュール基板上の各子基板に対応した位置にシールドケースを、その側壁の下端部が前記モジュール基板の上面に当接するように配置する工程であって、前記シールドケースは、その側壁から直線的に下方に突出する脚部を持ち、隣り合うシールドケースの脚部が同じスルーホールに挿入され、かつ同じスルーホールに挿入された２つの脚部の両側縁がスルーホールの対向位置の内面に当接するようにシールドケースの寸法を設定することで、隣り合うシールドケース間に所定の隙間を発生させる工程と、前記スルーホール内に充填された半田ペーストを溶融させて、前記脚部とグランド電極とを半田付けする工程と、前記親基板状態のモジュール基板を、前記境界線に沿いかつ前記スルーホールを２分割する中央位置でカットすることにより、子基板に分割する工程と、を有する回路モジュールの製造方法である。

モジュール基板の表面に搭載された回路部品から電磁波が漏洩したり、外部から浸入した電磁波ノイズによって回路部品が誤作動を起こす恐れがある。そのために、モジュール基板の表面はシールドケースによって覆われるが、シールドケースの下端開口部がモジュール基板の外周面に形成されたグランド電極と接続されるため、シールドケースをグランド電位に確実に接続できる。特に、モジュール基板の外周面にはグランド電極以外の電極（例えば入出力端子電極）が形成されていないので、シールドケースと入出力端子電極とが接触する恐れがなく、シールドケースに接触防止用の切欠部などを形成する必要がない。そのため、シールドケースの下端開口部をモジュール基板に対して隙間なく接触させることが可能になり、良好なシールド効果を発揮することができる。

好ましい実施形態によれば、モジュール基板の外周面に複数の分割スルーホール溝を形成し、グランド電極を分割スルーホール溝の内面に形成し、シールドケースの下端開口部に分割スルーホール溝に挿入される複数の脚部を形成し、シールドケースの脚部を分割スルーホール溝に挿入し、シールドケースの脚部以外の下端開口部を分割スルーホール溝以外のモジュール基板の外周部上面に当接させた状態で、脚部と分割スルーホール溝とを半田付けすることにより、シールドケースをグランド電極と接続し、シールドケースをモジュール基板に対して固定するのがよい。
分割スルーホール溝とは、親基板をスルーホールの中間位置で分割することにより形成される溝のことである。この場合には、モジュール基板の外周部に形成された分割スルーホール溝にシールドケースの脚部を挿入し、半田付けすることで、シールドケースとグランド電極との電気的接続が容易に行えると同時に、シールドケースをモジュール基板に対して安定して位置決め固定することができる。また、シールドケースの脚部以外の下端開口部が分割スルーホール溝以外のモジュール基板の外周部上面に当接するので、モジュール基板の上面をシールドケースで確実に閉鎖することができる。

上記実施形態のさらなる効果は、製造が容易になるという点である。すなわち、親基板状態のモジュール基板を準備し、各回路モジュールの輪郭に相当する位置に複数のスルーホールを形成し、その内面にグランド電極を形成しておく。この親基板のモジュール基板に回路部品を搭載し、シールドケースを装着し、半田付け（リフロー）した後、親基板のモジュール基板をスルーホールの中央位置でカットすることにより、回路モジュールを簡単に製造できる。親基板のモジュール基板を分割する際、各シールドケースの脚部がスルーホールに挿入されているため、シールドケースはモジュール基板に対して水平方向および高さ方向に精度よく保持されており、回路モジュールを量産性よく製造することができる。

他の実施形態によれば、グランド電極をモジュール基板の裏面外周部に回り込ませて形成してもよい。
この場合には、モジュール基板の側面のグランド電極をそのままグランド端子電極として用いることができる。モジュール基板の裏面外周部にはグランド端子電極が形成され、その内側領域に入出力端子電極が配列されることになる。

さらに他の実施形態によれば、グランド電極の下端部をモジュール基板の裏面の手前で終端とし、グランド電極をモジュール基板の内部を介してモジュール基板の裏面に形成されたグランド用の端子電極と接続してもよい。
この場合は、モジュール基板の下端部側面にはグランド電極が形成されないので、外部基板に接続する際、半田フィレットのように接続部がモジュールの外周部へはみ出すのを抑制でき、実装面積を小さくできる。

以上のように、本発明によれば、モジュール基板の外周面にはグランド電極だけしか形成されていないので、シールドケースの下端開口部をモジュール基板の外周面のグランド電極と接続する際、シールドケースと入出力電極とが接触する恐れがなく、シールドケースに接触防止用の切欠部などを形成する必要がない。そのため、シールドケースの下端開口部をモジュール基板に対して隙間なく接触させることが可能になり、良好なシールド効果をもつ回路モジュールを得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１〜図３は本発明にかかる回路モジュールの第１実施例を示す。
回路モジュールＡは、樹脂またはセラミックスなどの絶縁性基板よりなる四角形のモジュール基板１を備えている。モジュール基板１の上面には入出力用などの配線電極２と、グランド電極３とが形成され、これら電極２，３に対してパワーアンプ用トランジスタのような能動部品やコンデンサのような受動部品などの回路部品４が接続されている。図２に示す配線電極２およびグランド電極３のパターン形状は一例に過ぎず、これに限るものではない。モジュール基板１は単層構造であってもよいし、多層構造であってもよく、内部に配線や回路部品４が埋設された構造であってもよい。

モジュール基板１の裏面中央部には、図３に示すようにＬＧＡ型の端子電極５が格子状に配列形成されており、モジュール基板１の上面の配線電極２と裏面の端子電極５とは、モジュール基板１の厚み方向に形成されたビアホール導体６を介して接続されている。ビアホール導体６はモジュール基板１の外周面に露出していない。なお、モジュール基板１の裏面のＬＧＡ端子電極５がすべて入出力端子電極である必要はなく、一部の端子電極がグランド端子電極であってもよい。
端子電極５と接続されるのは、モジュール基板１の上面に形成された配線電極２に限定されるものではなく、例えばモジュール基板１として多層配線基板を用いる場合には、基板１の内部に設けられた配線電極と接続されてもよい。

モジュール基板１の外周面には、厚み方向に伸びる複数の分割スルーホール溝７が形成されており、各分割スルーホール溝７の内面にはグランド電極８が形成されている。この実施例では、モジュール基板１の４辺すべてに分割スルーホール溝７が形成された例を示したが、対向する２辺のみでもよい。各辺に形成される分割スルーホール溝７の個数も任意に選択できる。なお、ここでいう分割スルーホール溝７とは、親基板状態のときにモジュール基板の境界部に設けられていたスルーホールが分割されてできたもののことである。モジュール基板１の上面のグランド電極３と外周面のグランド電極８とはモジュール基板１の上面あるい内部を介して互いに接続されていてもよい。グランド電極８の下端部はモジュール基板１の裏面外周部に回り込んで形成されており、図３に示すように、ＬＧＡ構造の端子電極５の外周部を取り囲んでいる。

モジュール基板１の上面には、回路部品４を覆うシールドケース１０（図４参照）が固定されている。シールドケース１０は導電性金属によって、下面が開口した箱型に形成されている。シールドケース１０の下端開口部には、分割スルーホール溝７にそれぞれ挿入される櫛歯状あるいはフォーク状の脚部１１が一体に突設されている。シールドケース１０の脚部１１を分割スルーホール溝７に挿入することで、脚部１１以外の下端開口部の底面１２が分割スルーホール溝７以外のモジュール基板１の外周部上面に当接する。そのため、シールドケース１０は回路部品４が搭載されたモジュール基板１の上面をほぼ隙間なく閉鎖でき、確実なシールド効果を発揮できる。また、脚部１１を分割スルーホール溝７に嵌合することで、シールドケース１０をモジュール基板１に対して高さ方向および水平方向に確実に位置決めできる。脚部１１の両側縁が分割スルーホール溝７の内面に接触するように寸法を設定すれば、シールドケース１０はモジュール基板１に対してさらに安定に固定される。分割スルーホール溝７に挿入された脚部１１は、グランド電極８に対して半田付けされる。

ここで、上記構成よりなる回路モジュールの組立方法の一例を図５を参照して説明する。
図５の（ａ）は、上面に回路部品４を搭載したモジュール基板１とシールドケース１０とを準備した状態を示す。
図５の（ｂ）は、モジュール基板１の上からシールドケース１０を被せ、脚部１１を分割スルーホール溝７に挿入した後、半田付けした状態を示す。半田Ｓによって脚部１１が分割スルーホール溝７に固定されると同時に、シールドケース１０とグランド電極８とが電気的に接続される。このとき、脚部１１以外の下端開口部の底面１２が分割スルーホール溝７以外のモジュール基板１の外周部上面に当接するため、回路部品４の周囲がシールドケース１０によってほぼ隙間なくシールドされる。このようにして回路モジュールＡが完成する。
図５の（ｃ）は、回路モジュールＡを外部基板２０に対して搭載、接続した状態を示す。回路モジュールＡのグランド電極８は、グランド端子電極としても利用され、外部基板２０のグランド用配線２１に対して半田付けされる。同図では、半田付け時の半田Ｓがフィレットを形成している。また、図示していないが、回路モジュールＡの底面に形成されたＬＧＡ構造の端子電極５も外部基板２０の入出力用配線に対して半田付けされる。
なお、ここでは回路モジュールＡを外部基板２０に接続するために、半田付けを用いる例について説明したが、バンプ接続することも可能である。

上記説明では、個別のモジュール基板１に対してシールドケース１０を被せ、半田付けすることにより回路モジュールを完成する例を示したが、実際には親基板状態のモジュール基板１に対してシールドケース１０を被せ、半田付けした後に個別のモジュール基板１にカットすることで、量産性を高めている。その製造方法を、図６，図７に従って説明する。

図６は、親基板状態のモジュール基板１Ｍを示す。モジュール基板１Ｍの各モジュール基板１の輪郭（外周部）に相当する位置には複数のスルーホール７Ａが縦横に形成されている。スルーホール７Ａの内面にはグランド電極８が形成されており、各スルーホール７Ａには予め半田ペースト（図示せず）が充填されている。モジュール基板１Ｍの上には回路部品４が搭載されている。

図７は、親基板状態のモジュール基板１Ｍにシールドケース１０を装着した状態を示す。シールドケース１０の脚部１１が予め半田ペーストが充填されたスルーホール７Ａに挿入される。２つの子基板の境界にあるスルーホール７Ａには２つのシールドケース１０の脚部１１が挿入されることになる。この状態でリフローを行うことにより、脚部１１とグランド電極８とが接続固定される。なお、リフローにより半田ペーストが溶融し、溶融した半田が表面張力によりシールドケース１０とモジュール基板１Ｍとの隙間を閉じる役割を果たすことで、シールド性がさらに向上する。

シールドケース１０を装着した後、モジュール基板１Ｍを図７の破線で示すカットラインＣＬでカットすることにより、回路モジュールを完成する。カットラインＣＬはスルーホール７Ａを２分割する中央位置にあるので、カットによって半円弧状の分割スルーホール溝７になり、これと同時に隣合うシールドケース１０は分離される。なお、脚部１１の両側縁が分割スルーホール溝７の内面に接触するようにシールドケース１０の寸法を設定することで、図７に示すように隣合うシールドケース１０の間に隙間が発生し、その隙間に沿ってカットＣＬを行うことができる。
上記のように、シールドケース１０を装着し、半田付けした後にモジュール基板１Ｍを個別のモジュール基板１にカットするので、個々のモジュール基板１にシールドケース１０を半田付けするという手間のかかる作業を行う必要がなく、量産性の高い製造を実現できる。

図８〜図１０は回路モジュールの第２実施例を示す。なお、第１実施例と同一部分あるいは対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
回路モジュールＢのモジュール基板１は多層基板で構成され、最下層の基板１ａを除く基板の外周部に分割スルーホール溝７が形成されている。つまり、分割スルーホール溝７はモジュール基板１の裏面の手前で終端となっており、グランド電極８はこの分割スルーホール溝７の内面に形成されている。グランド電極８は最下層の基板１ａの上面に形成された電極１３、ビアホール導体１４を介してモジュール基板１の裏面中央部に形成されたグランド電極１５に接続されている。グランド電極１５はモジュール基板１の裏面に形成されたソルダレジスト膜１６によって覆われている。モジュール基板１の裏面外周部には、グランド電極１５を取り囲むように端子電極１７が環状に配列されている。端子電極１７は、ビアホール導体１８ａ，１８ｂ、内部電極１９ａ，１９ｂを介してモジュール基板１の上面に形成された配線電極２と接続されている。ここでは、内部電極１９ａ，１９ｂがモジュール基板１の１つの層を介して対向するコンデンサ電極である例を示したが、互いに導通した内部配線電極であってもよい。なお、モジュール基板１の裏面外周部のＬＧＡ端子電極１７はすべてが入出力端子電極である訳ではなく、一部がグランド端子電極となっており、何らかの方法でグランド電極１５と接続されている。

この実施例の回路モジュールＢでは、モジュール基板１の裏面中央部に大型のグランド電極１５が形成されているので、モジュール基板１の裏面側のシールド性能を高めることができる。また、グランド電極１５はソルダレジスト膜１６で覆われているので、後述するように回路モジュールＢを外部基板２０に実装したとき、グランド電極１５と対面する外部基板２０の位置にグランド以外の配線が形成されていても、これら配線とグランド電極１５とが短絡するのを防止できる。

図１１は回路モジュールＢの製造工程および外部基板２０への実装工程を示す。
（ａ）では、上面に回路部品４を搭載したモジュール基板１を準備する。
（ｂ）ではモジュール基板１の分割スルーホール溝７に半田ペーストＰを充填する。実際には、親基板状態において分割前の未貫通スルーホールに半田ペーストを充填することになる。そして、シールドケース１０を準備する。
（ｃ）では、モジュール基板１に対してシールドケース１０を被せ、シールドケース１０の脚部１１を分割スルーホール溝７に挿入するとともに、リフローソルダリング等を実施して半田Ｓを溶融・硬化させる。親基板状態でシールドケース１０を設けた場合は、子基板に分割する。これにより、回路モジュールＢが完成する。この場合も、シールドケース１０の脚部１１を除く下端開口部１２がモジュール基板１の上面に密着するので、モジュール基板１の上面に搭載された回路部品４の周囲が確実にシールドされる。
（ｄ）は回路モジュールＢを外部基板２０へ実装した状態を示す。この場合は、モジュール基板１の外周部の分割スルーホール溝７の内面に形成されたグランド電極８をグランド端子電極として用いていないので、モジュール基板１の裏面に形成されたＬＧＡ端子１７のみが外部基板２０の配線２２に対して半田Ｓで接続される。なお、半田Ｓに代えてバンプを用いてもよい。このように、回路モジュールＢの外周部に半田フィレットが形成されないので、接続部がモジュールの外周部にはみ出すことがなくなり、実装領域の面積を必要最小限に抑えることができる。

上記各実施例では、分割スルーホール溝を断面半円弧状としたが、これに限るものではなく、半長円形、半トラック形、四角溝形状など任意である。
また、シールドケースの脚部を分割スルーホール溝に挿入した後、半田で接続したが、半田に代えて導電性接着剤などの導電性接合材を用いることができる。
また、分割スルーホール溝への半田ペーストや導電性接着剤の充填とシールドケースの脚部の挿入順序を逆にしても構わない。また、分割後の子基板において、シールドケースの脚部を分割スルーホール溝に固定するものでも構わない。
さらに、本発明のシールドケースは、その下端開口部に細幅の脚部を突設した構造に限定されるものではなく、モジュール基板の外周部に分割スルーホール溝を形成したものに限定されるものでもない。要するに、シールドケースの下端開口部がモジュール基板の外周部に形成されたグランド電極に接続される構造であればよい。

本発明にかかる回路モジュールの第１実施例の断面図である。図１に示す回路モジュールのモジュール基板の平面図である。図１に示す回路モジュールのモジュール基板の底面図である。シールドケースの斜視図である。図１に示す回路モジュールの製造方法および外部基板への実装方法を示す図である。親基板状態のモジュール基板に回路部品を搭載した状態の平面図である。親基板状態のモジュール基板にシールドケースを装着した状態の平面図である。本発明の第２実施例にかかる回路モジュールのモジュール基板の平面図である。図８に示す回路モジュールのIX−IX線断面図である。図８に示す回路モジュールのモジュール基板の底面図である。図８に示す回路モジュールの製造方法および外部基板への実装方法を示す図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ回路モジュール
１モジュール基板
２配線電極
４回路部品
５端子電極（ＬＧＡ端子）
６ビアホール導体
７分割スルーホール溝
８グランド電極
１０シールドケース
１１脚部

Claims

モジュール基板と、
上記モジュール基板の各辺の外周面に形成された、厚み方向に連続する複数の断面半円弧状の分割スルーホール溝と、
前記分割スルーホール溝の内面に形成されたグランド電極と、
上記モジュール基板の裏面の前記分割スルーホール溝より内側の領域に形成された端子電極と、
上記モジュール基板の少なくとも表面の前記分割スルーホール溝より内側の領域に形成された配線電極と、
上記モジュール基板の表面に配置され、上記配線電極に接続された回路部品と、
上記モジュール基板に形成された配線電極と裏面の端子電極とを、モジュール基板の外周面を経由せずに接続するビアホール導体と、
上記回路部品を覆うように上記モジュール基板の表面に配置され、下端開口部が上記モジュール基板の外周面に形成されたグランド電極と接続されたシールドケースと、を備え、
上記シールドケースの下端開口部には、上記分割スルーホール溝に挿入される複数の脚部が、上記シールドケースの側壁から直線的に下方に突出するように形成され、
上記脚部の両側縁が分割スルーホール溝の奥部内面に当接するように上記シールドケースの寸法が設定され、
上記シールドケースの脚部以外の下端開口部を上記分割スルーホール溝以外のモジュール基板の外周部上面に当接させた状態で、上記脚部と分割スルーホール溝とを半田付けすることにより、上記シールドケースはグランド電極と接続され、かつシールドケースはモジュール基板に対して固定されていることを特徴とする回路モジュール。
複数の子基板を集合した親基板状態のモジュール基板を準備する工程であって、各子基板の各辺の境界線上に複数の円形スルーホールが形成され、各スルーホールの内面にグランド電極が形成され、各スルーホール内に半田ペーストが充填され、表面の前記スルーホールより内側の領域に配線電極が形成され、裏面の前記スルーホールより内側の領域に、前記配線電極とビアホール導体を介して接続された端子電極が形成されたモジュール基板を準備する工程と、
前記親基板状態のモジュール基板の配線電極上に回路部品を搭載する工程と、
前記親基板状態のモジュール基板上の各子基板に対応した位置にシールドケースを、その側壁の下端部が前記モジュール基板の上面に当接するように配置する工程であって、前記シールドケースは、その側壁から直線的に下方に突出する脚部を持ち、隣り合うシールドケースの脚部が同じスルーホールに挿入され、かつ同じスルーホールに挿入された２つの脚部の両側縁がスルーホールの対向位置の内面に当接するようにシールドケースの寸法を設定することで、隣り合うシールドケース間に所定の隙間を発生させる工程と、
前記スルーホール内に充填された半田ペーストを溶融させて、前記脚部とグランド電極とを半田付けする工程と、
前記親基板状態のモジュール基板を、前記境界線に沿いかつ前記スルーホールを２分割する中央位置でカットすることにより、子基板に分割する工程と、を有する回路モジュールの製造方法。