JP6136710B2 - 電子部品 - Google Patents

Description

本願は、電子部品に関する。

電子機器の高機能化に伴い、基板に搭載される部品点数は増加の一途を辿っている。また、例えば、スマートフォン等の電子機器は、携帯端末であるため、小型化の要求も高い。そこで、近年では、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）や受動部品を含んだ回路をモジュール化し、１つの電子部品モジュールとすることにより、実装面積の縮小を図ることが提案されている。なお、ＩＣ等の電子部品には、放熱を図るための各種技術が提案されている（例えば、特許文献１−３を参照）。

特開２００５−２２２９９２号公報 特開２００４−１７９５０３号公報 特開２００１−２６７４６０号公報

各種の電子機器の中には、放熱部品等を実装可能なスペースに制約のある電子機器がある。例えば、携帯端末の場合、放熱部品等を実装可能なスペースに制約がある。放熱部品等を実装可能なスペースに制約のある電子機器の場合、例えば、電子部品の熱をメインボード等の基板へ拡散させることがある。

ところで、電子部品の熱をメインボード等の基板へ拡散させたい場合に、熱伝導性の材料を電子部品と基板との間に溶着すると、当該熱伝導性の材料が物理的な障害となり、電子部品の構造や基板の配線パターン等の設計に際して設計上の自由度を低下させる可能性がある。

そこで、本願は、搭載される基板への伝熱性が向上する電子部品を提供することを課題とする。

本願は、次のような電子部品を開示する。
発熱素子が搭載される基板と、
前記発熱素子の周囲に配列されており、前記基板を電子機器に実装するための端子と、
前記発熱素子の表面に接合される熱伝導性の膜であり、前記膜の縁が前記端子と熱的に接触する熱伝導膜と、を備える、
電子部品。

上記電子部品であれば、搭載される基板への伝熱性が向上する。

図１は、実施形態に係る電子部品の一例を示した図である。 図２は、インターポーザの構造の一例を示した図である。 図３は、インターポーザの内部構造の一例を示した図である。 図４は、インターポーザおよびＩＣを搭載したキャリアの一例を示した図である。 図５は、インターポーザおよびＩＣを密着固定したキャリアを内蔵基板に載せた状態の一例を示した図である。 図６は、表面を封止した内蔵基板の一例を示した図である。 図７は、インターポーザの部分をマスクしてめっきした状態の一例を示した図である。 図８は、インターポーザの表面にはんだバンプを形成した状態の一例を示した図である。 図９は、本シミュレーションに際して作成した熱解析モデルの一例を示した図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態に係る電子部品の一例を示した図である。実施形態に係る電子部品としては、図１に示すような、ＩＣや受動素子を複数含んだ回路をモジュール化した電子部品モジュール１を例示できる。しかし、実施形態に係る電子部品は、図１に示すような電子部品モジュールに限定されるものではない。実施形態に係る電子部品としては、受動素子を含まない回路をモジュール化した電子部品モジュール、１つのＩＣを封止した半導体パッケージ、或いはＩＣ以外の発熱素子を封止した電子部品パッケージを例示することもできる。電子部品をモジュール化すれば、メインボードに形成すべき配線数の削減を図ることができるため、電子部品モジュールとメインボードとを接続する端子（例えば、接続ピン）数を減らすことができる。

電子部品モジュール１は、例えば、図１に示すように、メインボード（本願でいう「基板」の一例である）１０１を筐体１０２の内部に設けた電子機器１００に実装可能である。電子機器１００としては、例えば、放熱部品等を実装可能なスペースに制約のあるものが挙げられる。放熱部品等を実装可能なスペースに制約のある電子機器１００としては、例えば、スマートフォン等の携帯端末がある。

電子部品モジュール１は、例えば、図１に示すように、ＩＣ２−１（本願でいう「発熱素子」の一例である）、ＩＣ２−２、受動部品３、内蔵基板４、熱伝導膜５、インターポーザ６を備えた電子部品である。内蔵基板４に搭載されている部品類は、封止樹脂７によって封止されている。

ＩＣ２−１は、内蔵基板４の板面を形成する２つの面のうち、メインボード１０１に接合される面に搭載されている。インターポーザ６は、ＩＣ２−１の周囲を取り囲むように配置されている。熱伝導膜５は、ＩＣ２−１の表面に接合されている。熱伝導膜５の縁は、インターポーザ６に接合されている。ＩＣ２−２や受動部品３は、内蔵基板４の板面を形成する２つの面のうち、ＩＣ２−１やインターポーザ６が搭載されている面の裏側の面に搭載されている。

図２は、インターポーザ６の構造の一例を示した図である。インターポーザ６は、内蔵基板４とメインボード１０１とを接合する中間部品であり、中継基板８、はんだバンプ９−１（本願でいう「端子」の一例である）、はんだバンプ９−２とを備える。インターポーザ６は、はんだバンプ９−２を介して内蔵基板４に接合されている。電子部品モジュール１は、はんだバンプ９−１を介してメインボード１０１に接合される。

図３は、インターポーザ６の内部構造の一例を示した図である。なお、図３中に示す矢印は、熱が伝わる経路の一例を示している。インターポーザ６の中継基板８は、多層プリント基板であり、複数層の導電パターン（ベタ層と呼ぶ場合もある）１２を有する。導電パターン１２は、銅によって形成されている。よって、中継基板８は、全体として熱伝導性を有することになる。なお、インターポーザ６は、熱伝導率を向上させる目的で形成される導電パターン１２を設けたものに限定されるものではない。インターポーザ６は、熱伝導率および絶縁抵抗の大きい材料で形成することにより、導電パターン１２を省略することも可能である。

中継基板８は、はんだバンプ９−１とはんだバンプ９−２とを電気接続するフィルドビア１０−Ｅを有している。各導電パターン１２は、フィルドビア１０−Ｅが交差する孔１１を有している。孔１１の径は、フィルドビア１０−Ｅの径よりも大きい。また、孔１１の縁は、フィルドビア１０−Ｅから離間している。よって、各導電パターン１２は、フィルドビア１０−Ｅから電気的に絶縁される。また、中継基板８は、各導電パターン１２と接触しているフィルドビア１０−Ｈを有している。フィルドビア１０−Ｈは、熱伝導膜５に接触している。よって、フィルドビア１０−Ｈは、熱伝導膜５からの熱を各導電パターン１２へ伝熱する。

なお、孔１１の径およびフィルドビア１０−Ｅの径は、中継基板８に要求される熱伝導性と電気的な絶縁性との関係に応じて決定される。熱伝導性と絶縁性とは、トレードオフの関係にある。例えば、孔１１の径を小さくし或いはフィルドビア１０−Ｅの径を大きくすると、熱伝導性は向上するが、絶縁性は低下する。また、例えば、孔１１の径を大きくし或いはフィルドビア１０−Ｅの径を小さくすると、熱伝導性は低下するが、絶縁性は向上する。

また、導電パターン１２の層数やフィルドビア１０−Ｈの本数、フィルドビア１０−Ｈの径の大きさは、中継基板８に要求される熱伝導性に応じて適宜決定される。例えば、導電パターン１２の層数、フィルドビア１０−Ｈの本数、或いはフィルドビア１０−Ｈの径を増やすと、ＩＣ２−１からはんだバンプ９−１を介してメインボード１０１へ伝わる熱量が増える。また、例えば、導電パターン１２の層数、フィルドビア１０−Ｈの本数、或いはフィルドビア１０−Ｈの径を減らすと、ＩＣ２−１からはんだバンプ９−１を介してメインボード１０１へ伝わる熱量が減る。

電子部品モジュール１は、ＩＣ２−１の表面に接合される熱伝導膜５の縁がインターポーザ６のフィルドビア１０−Ｈに接触している。よって、ＩＣ２−１の熱は、熱伝導膜５、フィルドビア１０−Ｈ、導電パターン１２、フィルドビア１０−Ｅ、はんだバンプ９−１を経由し、メインボード１０１へ伝達される。よって、電子部品モジュール１は、熱伝導性に優れる材料をＩＣ２−１とメインボード１０１との間に伝熱目的で用いなくても、ＩＣ２−１の熱をメインボード１０１へ効果的に伝達することができる。熱伝導性に優れる材料をＩＣ２−１とメインボード１０１との間から省略することができれば、電子部品モジュール１やメインボード１０１の設計上の自由度が増す。

上記電子部品モジュール１は、各種の電子機器に適用可能であるが、例えば、放熱部品等を実装可能なスペースに制約のある電子機器に適用すると、次のような効果が発揮される。

例えばスマートフォンのような冷却用のフィンやファン等を設置できない電子機器の場合、電子部品の熱をメインボードへ逃がす手段が有効である。ここで、モジュール化されていないＩＣ等の電子部品から熱を直接逃がす場合には、スラグ電極のはんだ付けによりメインボードへの排熱を行うことが可能である。一方、電子部品モジュールは、モジュー
ル内部の基板にＩＣ等の発熱部品が実装されている。よって、電子部品モジュールは、例えば、発熱部品をモジュールの下面に露出させ、さらに、モジュールの発熱部品とメインボードとの間に熱伝導性の材料を溶着させることが考えられる。しかし、モジュールの発熱部品とメインボードとの間に熱伝導性の材料を溶着させる場合、メインボードの表面の少なくとも一領域が当該材料によって占有され、配線用の領域として活用できない。

ところが、本実施形態に係る電子部品モジュール１は、ＩＣ２−１の熱が熱伝導膜５及びインターポーザ６を経由し、はんだバンプ９−１へ伝わる。よって、本実施形態に係る電子部品モジュール１は、ＩＣ２−１とメインボード１０１との間に熱伝導性の材料を溶着させなくても、ＩＣ２−１の熱をメインボード１０１へ伝えることができる。従って、本実施形態に係る電子部品モジュール１は、メインボード１０１の表面の少なくとも一領域が当該熱伝導性の材料に占有されない。このため、本実施形態に係る電子部品モジュール１は、電子部品の構造や基板の配線パターン等の設計に際して設計上の自由度を低下させない。

なお、上記電子部品モジュール１は、例えば、発熱量の多い部品を熱伝導膜５に接触させてもよい。例えば、ＩＣ２−１の発熱量よりもＩＣ２−２の発熱量の方が多い場合、上記電子部品モジュール１は、ＩＣ２−１とＩＣ２−２の位置関係を逆にし、或いはＩＣ２−２をＩＣ２−１と共に内蔵基板４の下面側へ配置してもよい。

上記電子部品モジュール１は、例えば、以下のような方法で製造することができる。

図４は、インターポーザ６およびＩＣ２−１を搭載したキャリアの一例を示した図である。キャリアＣは、インターポーザ６およびＩＣ２−１を保持する治具である。キャリアＣは、様々なものを適用可能であるが、例えば、マジックレジン（登録商標）を用いたものであれば、インターポーザ６およびＩＣ２−１を高精度な位置関係で保持可能である。インターポーザ６およびＩＣ２−１をキャリアＣに搭載すると、インターポーザ６およびＩＣ２−１がキャリアＣに密着し、固定される。

図５は、インターポーザ６およびＩＣ２−１を密着固定したキャリアＣを内蔵基板４に載せた状態の一例を示した図である。インターポーザ６およびＩＣ２−１をキャリアＣに密着固定した後は、キャリアＣを内蔵基板４に載せ、リフローを行う。キャリアＣを内蔵基板４に載せた状態でリフローを行うことにより、インターポーザ６がはんだバンプ９−２を介して内蔵基板４に接合され、また、ＩＣ２−１がはんだバンプ９−３を介して内蔵基板４に接合される。リフローを行った後は、インターポーザ６およびＩＣ２−１からキャリアＣを取り外す。インターポーザ６およびＩＣ２−１がキャリアＣに密着固定された状態で内蔵基板４に接合されるため、インターポーザ６およびＩＣ２−１の下面（メインボード１０１側の面）は同一平面上に位置することになる。なお、図５では、ＩＣ２−２や受動部品３が内蔵基板４に既に搭載されている。ＩＣ２−２や受動部品３は、公知の各種技術を用いて内蔵基板４に搭載可能である。

図６は、表面を封止した内蔵基板４の一例を示した図である。キャリアＣを取り外した後は、例えば、モールディング等により、内蔵基板４の表面を封止樹脂７で封止する。内蔵基板４の表面を封止する際は、インターポーザ６およびＩＣ２−１の表面を露出させる。

図７は、インターポーザ６の部分をマスクしてめっきした状態の一例を示した図である。内蔵基板４の表面を封止した後は、インターポーザ６の部分にマスクＭを形成する。マスクＭは、インターポーザ６の表面のほとんどを覆うように形成されるが、インターポーザ６の表面のうち熱伝導膜５の縁を形成する部分は露出するように形成される。マスクＭ
を形成した後は、封止樹脂７に封止された内蔵基板４の表面全体にめっきを施し、マスクＭを除去する。めっきを施した後にマスクＭを除去することにより、めっきによって形成される熱伝導膜５が形成される。

図８は、インターポーザ６の表面にはんだバンプ９−１を形成した状態の一例を示した図である。熱伝導膜５を形成した後は、インターポーザ６の表面にはんだバンプ９−１を形成する。インターポーザ６の表面にはんだバンプ９−１を形成することにより、電子部品モジュール１が完成する。

なお、電子部品モジュール１は、上記の方法で製造したものに限定されるものではない。電子部品モジュール１は、上記以外の各種の方法で製造することも可能である。熱伝導膜５は、上記方法により形成されるめっきに限定されるものでなく、例えば、その他の各種熱伝導性膜（例えば、グラファイトシート等）を貼り付けて形成してもよい。

上記実施形態に係る電子部品モジュール１の効果をシミュレーションで検証したので、シミュレーションの結果を以下に示す。

図９は、本シミュレーションに際して作成した熱解析モデルの一例を示した図である。本シミュレーションは、熱伝導膜５の効果を検証することを目的としている。そこで、本シミュレーションでは、熱解析を単純化するため、熱伝導膜５の効果と関連性の低い構成を省いた熱解析モデルを作成した。すなわち、本シミュレーションに際して作成した熱解析モデルは、図９に示すように、ＩＣ２−２や受動部品３に相当する要素を省いている。

下記に示す表１は、上記熱解析モデルの物性値を示す。本シミュレーションに際して作成した熱解析モデルの各要素の材料、熱伝導率および寸法は、下記の表１に示すとおりである。

本シミュレーションでは、上記熱解析モデルがＲＦモジュールであると仮定し、ＲＦ−ＬＳＩ（ＩＣ２−１に相当）が２５０ｍＷで動作していると仮定した場合のＩＣ２−１のジャンクション温度をシミュレーションした。シミュレーションは、熱伝導膜５が有る場合（ケース１）、熱伝導膜５を省いた場合（ケース２）、及び、ＩＣ２−１をモジュール化することなくメインボード１０１にディスクリート実装した場合（ケース３）について行った。下記に示す表２は、ＲＦ−ＬＳＩのジャンクション温度のシミュレーション結果を示す。

ＩＣ２−１のジャンクション温度は、表２に示すように、ケース１の場合は７０．６８℃であるのに対し、ケース２の場合は７５．９７℃であり、ケース３の場合は８４．６２℃であった。すなわち、熱伝導膜５が有るケース１は、熱伝導膜５の無いケース２に比べると、ジャンクション温度が約５．３℃低い。また、熱伝導膜５が有るケース１は、ＩＣ２−１をモジュール化することなくメインボード１０１にディスクリート実装したケース３と比べると、ジャンクション温度が約１４℃低い。

上記シミュレーション結果より、熱伝導膜５を設けると、ＩＣ２−１からメインボード１０１への伝熱性が向上することが判る。

１・・電子部品モジュール；２−１，２−２・・ＩＣ；３・・受動部品；４・・内蔵基板；５・・熱伝導膜；６・・インターポーザ；７・・封止樹脂；８・・中継基板；９−１，９−２・・はんだバンプ；１０−Ｅ，１０−Ｈ・・フィルドビア；１１・・孔；１２・・導電パターン；１００・・電子機器；１０１・・メインボード；１０２・・筐体；Ｃ・・キャリア；Ｍ・・マスク

Claims (5)

1. 発熱素子が搭載される基板と、
   前記発熱素子の周囲に配列されており、前記基板を電子機器に実装するための端子と、
   前記発熱素子の表面に接合される熱伝導性の膜であり、前記膜の縁が前記端子と熱的に接触する熱伝導膜と、を備える、
   電子部品。
2. 前記発熱素子は、半導体チップである、
   請求項１に記載の電子部品。
3. 前記熱伝導膜は、前記発熱素子の表面を覆う状態で接合されている、
   請求項１または２に記載の電子部品。
4. 前記端子は、熱伝導性の中継基板に埋め込まれたビアを介して、前記電子部品が実装される前記電子機器に接続されるはんだバンプであり、
   前記熱伝導膜の縁は、前記中継基板に接触する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の電子部品。
5. 前記中継基板は、前記ビアが交差する孔を有する熱伝導性の導体パターンを複数層形成した多層基板である、
   請求項４に記載の電子部品。

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