JP5023982B2 - モジュールとこれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、スペーサ基板を有するモジュールとこれを用いた電子機器に関するものである。

以下、従来のモジュールについて、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を用いて説明する。

図１５（Ａ）は、従来のモジュールの断面図を示し、図１５（ Ｂ ） は下面図を示す。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）において、従来のモジュール１０１は、ベース基板１０２と、ベース基板１０２の上に実装された回路部品１０３と、ベース基板１０２の上であって回路部品１０３の周囲に配置されたスペーサ基板１０４と、スペーサ基板１０４の外周端面に設けられた端面電極１０５を備える。また、図１６に示すように、従来のモジュール１０１は、端面電極１０５を介して外部基板１０６に電気的に接続され、実装される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００６−１２０７３６号公報

従来のモジュール１０１において、スペーサ基板１０４はロの字形状をしており、外部基板１０６に従来のモジュール１０１を実装した後は、キャビティ部１０７に樹脂を挿入することが不可能となる。このため、従来のモジュール１０１と外部基板１０６の電気的接続信頼性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、外部基板との電気的接続信頼性が高いモジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモジュールは、ベース基板と、ベース基板の上に実装された回路部品と、ベース基板の上であって回路部品の周囲に配置された複数のスペーサ基板とを備え、複数のスペーサ基板が互いに樹脂注入部である隙間部を持って配置される構成である。

上記構成により本発明のモジュールは、外部基板に実装後においても、隙間部を介して樹脂をスペーサ基板とベース基板と外部基板に囲まれたキャビティ部に注入できる。このため、ベース基板と外部基板を樹脂により接着させることができ、モジュールと外部基板との電気的接続信頼性を向上させることができる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１のモジュールについて図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるモジュールの上面斜視図であり、図１（ｂ）は下面斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）において、モジュール１は、ベース基板２と、ベース基板２の上に実装された第１の回路部品３と、ベース基板２の上であって第１の回路部品３の周囲に配置された複数の第１のスペーサ基板４、第２のスペーサ基板５，第３のスペーサ基板６，第４のスペーサ基板７とを備える。また、これら複数のスペーサ基板４〜７は、互いに隙間部８を持って配置されている。また、ベース基板２の下側には、第２の回路部品９が実装されている。

ベース基板２は、例えば、多層の樹脂基板やセラミック基板にて構成される。そして、ベース基板２の上面には、第１〜第４のスペーサ基板４，５，６，７や第１の回路部品３と電気的に接続するための複数の実装用ランド（図示せず）が設けられている。

第１の回路部品３、及び第２の回路部品９は、例えば、半導体ＩＣやコイル、コンデンサ等のチップ部品を含んでいる。

第１〜第４のスペーサ基板４，５，６，７は、例えば、樹脂基板やセラミック基板にて構成されており、上面には複数の外部基板実装用ランド１０が設けられると共に、下面には複数のベース基板実装用ランド（図示せず）が設けられている。複数の外部基板実装用ランド１０と複数のベース基板実装用ランドは、概ね１対１の関係でスルーホール（図示せず）にて電気的に接続されている。第１〜第４のスペーサ基板４，５，６，７とベース基板２との電気的接続は、第１〜第４のスペーサ基板４，５，６，７の下面に設けられたベース基板実装用ランドを介して行われる。

第１〜第４のスペーサ基板４，５，６，７は第１の回路部品３を取り囲む形で配置されると共に、第１の回路部品３の角部１１に対向する位置に隙間部８が配置される。

図２に、本発明の実施の形態１におけるモジュールの側面図を示す。図２において、ベース基板２の上側に第１の回路部品３（便宜上、図示せず）及び第１〜４のスペーサ基板４，５，６，７が実装される。また、ベース基板２の下側には、半導体ＩＣ１２やチップ部品などで構成される第２の回路部品が実装されている。ベース基板２の下面にも回路部品を実装することで、モジュールの集積化を図っている。尚、ベース基板２の下面に回路部品を実装せず、モジュールの低背化を図ることもできる。

第２の回路部品を構成する半導体ＩＣ１２は、複数の半田ボール１３にてベース基板２の下側に実装される。そして、実装信頼性を向上させるため、半導体ＩＣ１２とベース基板２の間に樹脂が注入されている。第１の回路部品３の中に半導体ＩＣが含まれている場合にも、同様に、ベース基板２と当該半導体ＩＣ１２との間には樹脂が注入されることとなる。尚、半導体ＩＣ１２は、半田ボールによる実装以外のＬＧＡ（Land Grid Array）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded package）といったパッケージによるものでも良い。

図３に、本発明の実施の形態１におけるモジュール１を外部基板１５に実装したときの側面図を示す。図３において、外部基板の下面に設けられた複数のモジュール実装ランド（図示せず）と、第１〜４のスペーサ基板４，５，６，７の上面に設けられた複数の外部基板実装用ランド１０とを半田にて電気的に接続することで、モジュール１は外部基板１５に実装される。モジュール１を外部基板１５に実装した後、樹脂が隙間部８より注入され、第１〜４のスペーサ基板４，５，６，７とベース基板２と外部基板１５で囲まれる領域（以後、この領域をキャビティ部という）に充填される。樹脂としては、例えば、液性加熱硬化型のエポキシ樹脂などが用いられる。このように、キャビティ部に樹脂を充填することにより、ベース基板２が外部基板１５と接着するため、モジュール１が外部基板に実装される際の信頼性を向上させることができる。

また、外部基板１５に曲げやたわみが生じたときに、モジュール１の隙間部８が緩衝部として機能するため、モジュール１が外部基板１５から剥離する等の問題が発生しにくいという効果を有する。

更に、隙間部８の分だけスペーサ基板を軽量化することができるため、モジュール１の実装された電子機器の軽量化を図ることが可能となる。尚、第１の回路部品３より背の高い第１〜４のスペーサ基板４，５，６，７を採用することにより、平坦な外部基板１５にモジュール１を実装できるという効果を得る事ができる。

図４〜９には、本発明モジュールのスペーサ基板の形状、及び配設位置の一例を示す。

図４は、本発明のモジュール１６の上面図である。図４において、ベース基板２の外形が略正方形であり、第１の回路部品３の上面形状（第１の回路部品３が半導体ＩＣやチップ部品等の複数部品で構成される場合、それら複数部品の実装エリアの形状）が略方形である。また、４つのスペーサ基板１７は互いに同一形状であり、モジュール１６の上面形状において、第１の回路部品３の周囲に、略対称的に配置されている。４つのスペーサ基板１７が互いに同一形状であることにより、スペーサ基板の製造効率を向上させられるという有利な効果を得ることができる。また、スペーサ基板１７の形状が台形であるので、樹脂の注入が容易となる効果をも有している。

図５は、本発明のモジュール１８の上面図である。モジュール１６の場合と同様に、４つのスペーサ基板１９は同一形状であり、スペーサ基板の製造効率を向上させることができる。

本発明のモジュール１６とモジュール１８とを比較した時、隙間部８の位置が異なっている。モジュール１６は第１の回路部品３の角部１１に対向した位置に隙間部８が設けられているのに対し、モジュール１８は第１の回路部品３の角部１１に対向した位置に隙間部８が設けられていない。

図４，５中に、それぞれ、樹脂を注入したときの樹脂移動の主経路を矢印で示した。図５に図示したモジュール１８の場合、樹脂が隙間部８から第１の回路部品３に略垂直に注入され、第１の回路部品３に到達した後、樹脂移動の主経路が略直角に曲げられる。これに対し、図４に図示したモジュール１６の場合、樹脂が隙間部８から第１の回路部品３の角部１１に向けて注入され、第１の回路部品３の角部１１に到達した後、樹脂移動の主経路が約４５度だけ曲げられる。このことより、モジュール１６のように隙間部８を角部１１に対向して配置した場合、樹脂が移動しやすく、均一にキャビティ部に樹脂を充填できるという効果が得られることになる。

図６は、本発明のモジュール２０の上面図であり、ベース基板２の外形が長方形となっている。このため、第５のスペーサ基板２１と第６のスペーサ基板２２の形状は互いに異なっている。ただし、２つの第５のスペーサ基板２１は互いに同一形状であると共に、２つの第６のスペーサ基板２２は互いに同一形状であるため、スペーサ基板の製造効率を向上させられるという有利な効果を得ることができる。また、第５、６のスペーサ基板が共に直線形状をしていることにより、スペーサ基板の製造効率が上げられるという効果を有している。

図７は、本発明のモジュール２３の上面図であり、モジュール２０と同様にベース基板２の外形が長方形となっている。ベース基板２に実装される第７のスペーサ基板２４は、ベース基板２の長辺側のみに配置されている。これによりスペーサ基板全体の容積を減らすことができ、モジュール２３の軽量化を図ることができる。また、ベース基板上、及び、外部基板上のスペーサ基板全体の実装スペースを低減することも可能となる。

尚、図４〜７中においては、便宜上、外部基板実装用ランドを図示していない。

図８〜図１１には、本発明のスペーサ基板構造の一例を示している。図８〜図１１の各図において、（ａ）が上面斜視図、（ｂ）が下面斜視図を示している。

図８（ａ）、（ｂ）に図示するスペーサ基板において、外部基板実装用ランド１０はスペーサ基板上面の導電性パターンにて形成され、ベース基板実装用ランド２５はスペーサ基板下面の導電性パターンにて形成されている。外部基板実装用ランド１０とベース基板実装用ランド２５は、スルーホール（図示せず）にて電気的に接続されている。外部基板実装用ランド１０とベース基板実装用ランド２５は同一形状で形成しても良いし、形状を異ならせても良い。形状を異ならせることにより、ベース基板２とモジュール１の間の実装強度に対し、外部基板１５とモジュール１の間の実装強度を異ならせることが可能となり、想定される外力やモジュールの質量、また上記各実装ランドの許容サイズ等を勘案し、最適なものを選択する事が可能となる。

図９（ａ）、（ｂ）に図示するスペーサ基板において、スペーサ基板の長手方向端部には端面電極２６が設けられており、外部基板実装用ランド１０、及び、ベース基板実装用ランド２５として用いている。これにより、スペーサ基板の長手方向の長さが短く設計できる。

また、外部基板実装用ランド１０とベース基板実装用ランド２５を電気的に接続するスルーホール（図示せず）に対し、端面電極２６は太く設計する事が可能となる。これにより、端面電極２６の抵抗率を低く設計することが可能となる。このため、端面電極２６を使用して、伝送ロスの低減を図る必要が高いＲＦ信号の送受を行う事により、通信品質の高い高周波モジュールを実現することができる。

図１０（ａ）、（ｂ）に図示するスペーサ基板において、複数の端面電極２６がスペーサ基板の周囲端面に形成されている。これによりモジュール１と外部基板１５の間の信号線の数を効率的に増やすことができ、スペーサ基板の小型化を図ることができる。

図１１（ａ）、（ｂ）に図示するスペーサ基板において、スペーサ基板の幅方向の一方端面には第１の端面電極群２７が形成され、他方端面には第２の端面電極群２８が形成されている。第１の端面電極群２７と第２の端面電極群２８は、スペーサ基板の長手方向に対して交互に配置されており、スペーサ基板の幅を狭くすることが可能となる。これにより、スペーサ基板の実装スペースを削減できる。

図８〜１１に示したスペーサ基板は、例えば、ＦＲ４基板（ANSI・NEMA規格）などの樹脂基板にて実現すれば、効率的な生産が可能となる。

図１２には、スペーサ基板の製造方法の概略を示す。樹脂基板の上面に複数の外部基板実装用ランド１０を形成し、裏面にベース基板実装用ランド（図示せず）を形成すると共に、外部基板実装用ランド１０とベース基板実装用ランドはスルーホール（図示せず）にて電気的に接続されている。次に、図１２中の点線で切断することで、簡易に大量のスペーサ基板を製造することが可能である。モジュールに使用するスペーサ基板の形状を同一形状とすれば、スペーサ基板の生産効率を向上させることが可能となる。また、スペーサ基板を直線状形状とした方が、スペーサ基板の取り数を上げることが可能となる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２のモジュール３１について図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態２におけるモジュールの側面図である。尚、図２で示した実施の形態１と同一部位については同一の符号を記載し、説明を割愛する。

図１３において、第１の回路部品はチップ部品２９と半導体ＩＣ３０で構成されている。チップ部品２９のベース基板上の実装エリアは半導体ＩＣ３０と比べて小さく、また、チップ部品２９の高さは半導体ＩＣ３０の高さより高い。第１〜４のスペーサ基板４，５，６，７の高さについては、半導体ＩＣ３０よりは高く、チップ部品２９よりは低く設計される。図１４には、実施の形態２のモジュール３１を外部基板１５の下方に実装した時の側面図を示す。図１４において、外部基板１５には孔３２が設けられ、この孔３２内にチップ部品２９を収納する事となる。これにより、モジュール３１をベース基板１５に実装した時のトータルの厚みを薄くする事が可能となる。この孔３２は、貫通しない穴であっても構わない。

尚、第１〜４のスペーサ基板４，５，６，７の高さ、及び外部基板１５の基板厚を最適化することにより、チップ部品２９が外部基板１５の上部に突出することを防止する事もできる。

また、モジュール３１を外部基板１５に実装後、樹脂が孔３２から注入される事で、樹脂注入の困難性を緩和する事もできる。

本発明のモジュールは、ベース基板と外部基板を樹脂にて接着することが可能であるため、外部基板への実装信頼性が高い。本発明のモジュールが実装された外部基板を内蔵した電子機器は、落下衝撃等の外部衝撃に対し、高い信頼性を実現することができる。

（ａ）本発明のモジュールの上面斜視図、（ｂ）本発明のモジュールの下面斜視図 本発明のモジュールの側面図 外部基板実装後の本発明のモジュールの側面図 本発明のモジュールの上面図 本発明のモジュールの上面図 本発明のモジュールの上面図 本発明のモジュールの上面図 (ａ)は、本発明のスペーサ基板の上面斜視図、(ｂ)は、本発明のスペーサ基板の下面斜視図 (ａ)本発明のスペーサ基板の上面斜視図、(ｂ)本発明のスペーサ基板の下面斜視図 (ａ)本発明のスペーサ基板の上面斜視図、(ｂ)本発明のスペーサ基板の下面斜視図 (ａ)本発明のスペーサ基板の上面斜視図、(ｂ)本発明のスペーサ基板の下面斜視図 本発明のスペーサ基板の製造方法の概念図 本発明のモジュールの側面図 外部基板実装後の本発明のモジュールの側面図 （Ａ）従来のモジュールの断面図、（Ｂ）下面図 外部基板実装後の従来のモジュールの断面図

符号の説明

１ モジュール
２ ベース基板
３ 第１の回路部品
４ 第１のスペーサ基板
５ 第２のスペーサ基板
６ 第３のスペーサ基板
７ 第４のスペーサ基板
８ 隙間部
９ 第２の回路部品
１０ 外部基板実装用ランド
１５ 外部基板

Claims (7)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板の上に実装された回路部品と、
   前記ベース基板の上であって前記回路部品の周囲に配置された複数のスペーサ基板とを備え、
   前記複数のスペーサ基板が互いに樹脂注入部である隙間部を持って配置され、
   前記回路部品の上面が略方形であると共に、
   前記隙間部は前記回路部品の角部に対向するモジュール。
2. ベース基板と、
   前記ベース基板の上に実装された回路部品と、
   前記ベース基板の上であって前記回路部品の周囲に配置された複数のスペーサ基板とを備え、
   前記複数のスペーサ基板が互いに樹脂注入部である隙間部を持って配置され、
   前記スペーサ基板と前記回路部品との間に配置されると共に外部基板と前記ベース基板とを接着する樹脂を備えたモジュール。
3. 前記複数のスペーサ基板の全部、又は少なくとも２つは略同一形状である請求項１又は２に記載のモジュール。
4. 前記スペーサ基板の高さが前記回路部品の高さよりも高い請求項１又は２に記載のモジュール。
5. 前記ベース基板の下に実装された第２の回路部品を備えた請求項１又は２に記載のモジュール。
6. 前記スペーサ基板は、端面電極を有する請求項１又は２に記載のモジュール。
7. 請求項１又は２に記載のモジュールと、
   前記モジュールが搭載された外部基板とを備えた電子機器。

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