JP6262776B2

JP6262776B2 - 回路モジュール

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Publication number: JP6262776B2
Application number: JP2015561007A
Authority: JP
Inventors: 哲夫佐治; 市川　洋平; 洋平市川; 中村　浩; 浩中村
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: US20170013748A1; US9894816B2; WO2015119151A1; JPWO2015119151A1

Description

本発明は、回路モジュールに関する。

従来、表面に電子部品が実装された回路基板をこの電子部品と共に絶縁性の樹脂で封止し、この樹脂の上面及び側面に導電材料による電磁シールドを形成した回路モジュールが知られている。こうした回路モジュールにおいては、モジュール内の電子部品間の電磁波干渉を防止するために、電子部品同士を電磁的に遮蔽する導体部品を回路モジュール内に設けることも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１９０９１号公報

しかしながら、こうした回路モジュールでは、電子部品同士を電磁的に遮蔽するためには導体部品を壁状に設ける必要があるため、導体部品の設置スペースが比較的大きくなってしまう傾向にある。この結果、回路モジュールの大型化を招いてしまう。

本発明の実施形態は、回路モジュールの大型化を抑制しつつ電子部品間の電磁波干渉を防止することを目的の一つとする。本発明の実施形態の他の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかとなる。

本発明の一実施形態に係る回路モジュールは、グランドを有する回路基板と、前記回路基板上に設けられた１又は複数の電子部品と、前記電子部品を絶縁封止するように前記回路基板上に設けられた樹脂モールドと、前記樹脂モールドの上面及び側面を覆う導体シールドと、前記樹脂モールド内に柱状に設けられ、前記導体シールドの上面と前記回路基板の前記グランドとを接続する複数の導体柱と、を備え、前記導体シールドの側面と１又は複数の前記導体柱とによって画定される前記導体シールドの上面における矩形状の領域であって、当該領域内に前記導体柱が存在しない複数の矩形領域の全てが、以下の数式（１）を満たす両辺の長さａ及びｂを有し、前記複数の導体柱は、最も近接する当該導体柱間の距離が、所定の最大使用周波数における前記樹脂モールド内での波長の１／４以下となるように設けられている。ここで、「所定の最大使用周波数における前記樹脂モールド内での波長」とは、所定の最大使用周波数を有する電磁波の波長が、空気中よりも誘電率の大きい前記樹脂モールド内での波長短縮効果によって短縮された波長、を意味する。

但し、ｆｍａｘは前記所定の最大使用周波数であり、ε_rは前記樹脂モールドの比誘電率であり、ｍ及びｎは任意の整数であり、ｃは光速度である。

上述した一実施形態に係る回路モジュールにおいて、前記回路モジュールは無線通信モジュールであり、前記所定の最大使用周波数は、前記無線通信モジュールに対応する無線通信規格における最大周波数に基づく値である態様とすることもできる。ここで、例えば、所定の最大使用周波数を、対応する無線通信規格における最大周波数の四次高調波に相当する周波数とすることもできる。

本発明の様々な実施形態によって、回路モジュールの大型化を抑制しつつ電子部品間の電磁波干渉を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る回路モジュール１０の断面を示す模式図。一実施形態の回路モジュール１０における電子部品１４及び導体柱２０の配置の一例を示す模式図。一実施形態における導体柱２０の配置方法を説明するための図。比較例１における回路基板１１２の上面を示す模式図。比較例１におけるアイソレーション特性の測定結果を示す図。比較例１における電界分布を示す図。比較例２における導電柱１２０の配置を示す模式図。比較例２におけるアイソレーション特性の測定結果を示す図。比較例２における電界分布を示す図。実施例１における導電柱１２０の配置を示す模式図。実施例１におけるアイソレーション特性の測定結果を示す図。実施例２における導電柱１２０の配置を示す模式図。実施例２におけるアイソレーション特性の測定結果を示す図。

以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通する構成要素には同一の参照符号が付されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る回路モジュール１０の断面を示す模式図である。一実施形態における回路モジュール１０は、図示するように、回路基板１２と、この回路基板１２上に設けられた複数の電子部品１４と、複数の電子部品１４を絶縁封止するように回路基板１２上に設けられた樹脂モールド１６と、この樹脂モールド１６の上面及び側面を覆う導体シールド１８と、樹脂モールド１６内に柱状に設けられ、導体シールド１８の上面と回路基板１２の図示しないグランドとを接続する複数の導体柱２０とを有する。

回路基板１２は、一実施形態では、所定の厚さ（例えば、０．６ｍｍ）を有する略直方体状のセラミック基板、またはガラスエポキシ基板等として構成されており、その部品実装面に様々な電子部品１４が実装されている。回路基板１２に実装される電子部品１４としては、集積回路、抵抗器、及びコンデンサ等の様々な電子部品を例示することができる。また、回路基板１２のグランドは、例えば、部品実装面に設けた図示しないグランドパッドと、内層に設けた図示しないベタグランドとを電気的に接続して構成される。

樹脂モールド１６は、一実施形態では、絶縁性、防水性、及び耐熱性等を有する熱硬化性樹脂、又は紫外線硬化樹脂等から成り、電子部品１４が表面実装された回路基板１２の部品実装面に樹脂を流し込むことによって形成される。

導体シールド１８は、一実施形態では、金属等の導電性材料から成り、樹脂モールド１６の上面及び側面に、導体ペースト印刷又は導体塗料のスプレー塗装等によって形成される。

導体柱２０は、一実施形態では、金属等の導電性材料から成り、略円柱状又は略角柱状等の柱状に形成されている。一実施形態において、導体柱２０は、導体シールド１８を形成する前に、樹脂モールド１６にレーザー加工又はルーター加工等によって回路基板１２のグランドパッド等に至る柱状の穴を形成し、この柱状の穴に金属等の導体ペースト又は導体塗料等を充填することによって形成される。

図２は、一実施形態の回路基板１２上における電子部品１４及び導体柱２０の配置の一例を示す模式図である。一実施形態では、図示するように、例えば、７つの導体柱２０が設けられ、より具体的には、回路基板１２の略中央に１つの導体柱２０が設けられ、その周囲に６つの導体柱２０が設けられている。複数の導体柱２０は、図示するように、回路基板１２上に実装された複数の電子部品１４間の隙間に設けられている。ここで、図２における電子部品１４及び導体柱２０の配置は例示であって、後述するように、一実施形態における回路モジュール１０は、様々な数の導体柱２０を、様々な場所に配置することが可能である。

図３は、一実施形態における導体柱２０の配置方法を説明するための図である。一実施形態では、導体シールド１８の側面（回路基板１２の端辺）と導体柱２０とによって画定される回路基板１２上（導体シールド１８の上面）における矩形状の領域であって、この領域内に導体柱２０が存在しない複数の矩形領域の全てが、上述の数式（１）を満たす両辺の長さａ及びｂを有するように、導体柱２０が配置されている。即ち、例えば、図３において左下隅に示す矩形領域Ｒ１（回路基板１２の左端及び下端の２つの辺と２つの導体柱２０１及び２０２とによって画定される領域）の両辺の長さａ１及びｂ１が上述の数式（１）を満たし、同じく図３において上端に示す矩形領域Ｒ２（回路基板１２の左端、右端及び上端の３つの辺と２つの導体柱２０３及び２０４とによって画定される領域）の両辺の長さａ２及びｂ２が上述の数式（１）を満たすように、導体柱２０が配置されている。

また、一実施形態では、最も近接する導体柱２０間の距離（図３のｄ）が、所定の最大使用周波数における樹脂モールド１６内での波長の１／４以下となるように、導体柱２０が配置されている。言い換えると、最も近接する導体柱２０間の距離ｄが、所定の最大使用周波数を有する電磁波の波長が、空気中よりも誘電率の大きい樹脂モールド１６内での波長短縮効果によって短縮された波長の１／４以下となるように導体柱２０が配置されており、この距離ｄは以下の数式（２）を満たす。

但し、ｆｍａｘは所定の最大使用周波数であり、ε_rは樹脂モールドの比誘電率であり、ｃは光速度である。

ここで、上述の数式（１）について説明する。この数式（１）の左辺は、この回路モジュール１０の使用において想定される最大使用周波数を示しており、右辺は、導体シールド１８の上面における共振周波数を示している。従って、この数式（１）を満たすように導体柱２０が配置された回路モジュール１０における導体シールド１８の上面では、上述した矩形領域において、最大使用周波数より高い共振周波数を有することになる。そして、回路基板１２（導体シールド１８の上面）の中央付近の領域（導体シールド１８の側面寄りに配置されている導体柱２０によって囲まれる領域）においても、最も近接する導体柱２０間の距離が、所定の最大使用周波数における樹脂モールド１６内での波長の１／４以下となっているから、導体シールド１８の上面において、最大使用周波数以下の周波数での共振は抑制される。

例えば、回路基板１２（導体シールド１８の上面）の両辺の長さが１８ｍｍ×２５ｍｍであって、樹脂モールド１６の比誘電率（ε_r）が３．５であり、導体柱２０を設けない場合には、導体シールド１８の上面における共振周波数（ｆｍｎ）は、数式（１）の右辺によって、以下の（表１）のように定まる。

ここで、例えば、無線通信規格であるＷ−ＣＤＭＡ方式に対応する無線通信モジュールを考えると、Ｗ−ＣＤＭＡ方式のバンド１における上り（送信）周波数は１．９５ＧＨｚであり、１．９５ＧＨｚの送信波を送信するモジュール内の電力増幅回路（ＰＡ）からは７．８ＧＨｚの四次高調波が生じ得る。そして、（表１）に例示したように、このモジュールの導体シールドの上面における共振周波数が７．８ＧＨｚである場合には、電力増幅回路からの四次高調波によって導体シールドの上面が共振し、例えば、電力増幅回路からの信号がモジュール内の無線ＩＣに電磁結合して無線ＩＣの特性劣化（例えば、発振信号の劣化等）を生じ、また、この四次高調波が不要輻射として放射してしまう恐れがある。

一方、一実施形態の回路モジュール１０では、所定の最大使用周波数を、例えば、上述した四次高調波の周波数である７．８ＧＨｚ以上の値（例えば、１０ＧＨｚ）に設定し、上述した数式（１）を満たすと共に、最も近接する導体柱２０間の距離が最大使用周波数における（波長短縮効果によって短縮された）波長の１／４以下となるように導体柱２０を配置することにより、上述した四次高調波以下の周波数による導体シールドの共振が抑制され、導体シールドの共振に起因する上述した電子部品の特性劣化や不要輻射を抑制することができる。

また、一実施形態の回路モジュール１０は、導体柱２０を、回路基板１２上に実装された複数の電子部品１４間の隙間に設けることができるから、電子部品同士を電磁的に遮蔽する導体部品を壁状に設ける場合等と比較して、回路基板１２上のスペースを有効に活用することができる。従って、回路モジュール１０の大型化を抑制しつつ電子部品間の電磁波干渉を防止することができる。また、導体柱２０は、導体シールド１８の上面と回路基板１２のグランドとを接続するから、導体シールド１８の上面のグランドとしての機能を強化することができる。

一実施形態の回路モジュール１０では、上述したように、導体シールド１８の側面（回路基板１２の端辺）と導体柱２０とによって画定される回路基板１２上（導体シールド１８の上面）における矩形状の領域であって、この領域内に導体柱２０が存在しない複数の矩形領域の全てが、上述の数式（１）を満たす両辺の長さａ及びｂを有するように、導体柱２０が配置されている。ここで、数式（１）の右辺は、矩形領域の両辺の長さａ及びｂの値が小さいほど（言い換えると、導体シールド１８の側面寄りに配置されている導体柱２０と導体シールド１８の側面との距離が近いほど）大きな値となるから、導体シールド１８の各側面により近接する位置に導体柱２０を設けることによって、上述の数式（１）を満たす導体柱２０の配置とすることができる。しかしながら、導体柱２０を設ける位置を導体シールド１８の側面に近づけるほど、導体シールド１８の側面付近における電子部品１４の配置スペースが小さくなり、また、数式（１）の右辺（共振周波数）を最大使用周波数よりも過剰に大きな値とする必要もないから、導体シールド１８の共振の抑制と電子部品１４の配置スペースの確保との両方を考慮して、例えば、数式（１）の右辺が、最大使用周波数の２倍程度、又は、これ以下の値となるように、導体柱２０を配置することが好ましい。同様に、例えば、上述した図３における矩形領域Ｒ２のように、矩形領域の一方の辺の長さが、回路基板１２の一つの端辺の長さに対応する矩形領域において、この矩形領域の他方の辺の長さが、数式（１）を満たすことができる長さの最大値の１／２以上の長さとなるように、導体柱２０を配置することが好ましい。言い換えると、数式（１）の右辺におけるａ及びｂの一方に回路基板１２の一つの端辺の長さを代入した場合に、ａ及びｂの他方の値（即ち、回路基板１２の端辺と導体柱２０との距離）は、数式（１）を満たすことができる値の最大値（即ち、数式（１）の右辺の値が最大使用周波数に最も近づく値）の１／２以上の値となるように、導体柱２０を配置することが好ましい。また、回路基板１２上に実装する電子部品１４の縦横の寸法を考慮して、導体柱２０を設けることが好ましい。例えば、回路基板１２上に実装する複数の電子部品１４のうち、縦横の寸法が最も大きい電子部品１４を配置可能な上述した矩形領域（最も大きい電子部品１４の両辺の長さよりもそれぞれ大きな両辺の長さを有する矩形領域）が確保されるように、導体柱２０を設けることが好ましい。

導体柱を設けた一実施形態における回路モジュールにおいて、導体シールドの共振が抑制され、回路基板に実装された電子部品間のアイソレーション特性が改善されることを検証した。この検証は、２つのマイクロストリップライン１２１及び１２２（Ｐｏｒｔ１及び２）が形成されたプリント基板１１２上に樹脂モールド（比誘電率３．５）を形成すると共に導体柱を設け、この樹脂モールドを覆う導体シールドを高さ２ｍｍ、縦１８ｍｍ×横２５ｍｍの寸法で形成し、上述した２つのマイクロストリップライン１２１及び１２２（Ｐｏｒｔ１−２）間のアイソレーション特性を測定することによって行った。

比較例１
まず、比較例１として、導体柱を設けない場合（図４）のマイクロストリップライン１２１及び１２２間のアイソレーション特性を測定した。測定結果を図５に示す。ここで、検証で用いた導体シールドの上面における共振周波数は、導体柱を設けない場合には、（導体シールドの上面の両辺の長さ及び樹脂モールドの比誘電率が同じであるため）上述した（表１）で示した共振周波数と同じ値となる。図５に示すように、比較例１では、（表１）で示した共振周波数（５．５ＧＨｚ、７．８ＧＨｚ及び９．５ＧＨｚ）において、アイソレーション特性が大きく劣化しているのが確認できる。図６は、これらの各共振周波数における導体シールドの上面の電界分布を示す。図６に示す電界分布は、左から順に式（１）における（ｍ，ｎ）＝（１，１）、（１，２）、（２，１）としてその強度を示したものである。図示するように、各周波数において共振の「腹」の部分が確認できる。

比較例２
次に、比較例２として、導体柱を１つ設けた場合（図７）のマイクロストリップライン１２１及び１２２間のアイソレーション特性を測定した。比較例２では、図７に示すように、右側のマイクロストリップライン１２１の左下側の位置に１つの導体柱１２０を設けた。アイソレーション特性の測定結果を図８に示す。図示するように、比較例２では、比較例１と比較して、アイソレーション特性が劣化する周波数が高周波側にスライドしている。具体的には、比較例１において５．５ＧＨｚで確認されたアイソレーション特性の劣化（図８のｍ１）が、比較例２においては５．８ＧＨｚで確認され（図８のｍ３）、又、比較例１において７．８ＧＨｚで確認されたアイソレーション特性の劣化（図８のｍ２）が、比較例２においては８．７ＧＨｚで確認される（図８のｍ４）。図９は、図８のｍ１〜ｍ４の各周波数における導体シールドの上面の電界分布を示す。図示するように、比較例１においてアイソレーション特性の劣化が確認された周波数（５．５ＧＨｚ及び７．８ＧＨｚ）では共振の「腹」の部分が確認できず、比較例２においてアイソレーション特性の劣化が確認された周波数（５．８ＧＨｚ及び８．７ＧＨｚ）では共振の「腹」の部分が確認できる。従って、１つの導体柱１２０を設けることによって導体シールドの上面における共振周波数が高周波側にスライドし、この結果、アイソレーション特性が劣化する周波数も高周波側にスライドしたと考えることができる。

実施例１
続いて、実施例１として、複数の導体柱を設けた場合（図１０）のマイクロストリップライン１２１及び１２２間のアイソレーション特性を測定した。実施例１では、図１０に示すように、回路基板１１２の四隅に、２つの導体シールドの側面（回路基板１１２の端辺）からの距離が６．５ｍｍとなるように導体柱１２０をそれぞれ配置し、この４つの導体柱１２０によって囲まれる矩形状の領域内に更に４つの導体柱１２０を矩形状に配置し、最も近接する導体柱１２０間の距離は４ｍｍとなっている。この実施例１は、所定の最大使用周波数を１０ＧＨｚとした場合に、上述した矩形領域（例えば、図１０においてＲ１１及びＲ１２として示した領域）の両辺の長さが上述した数式（１）を満たすと共に、最も近接する導体柱１２０間の距離が最大使用周波数における樹脂モールド内での波長の１／４以下（４ｍｍ）となっている。アイソレーション特性の測定結果を図１１に示す。図示するように、実施例１では、アイソレーション特性が劣化する周波数が確認されず、最大使用周波数である１０ＧＨｚ以下の周波数全域において、良好なアイソレーション特性となっていることが確認できる。

実施例２
次に、実施例２として、実施例１とは異なる配置で複数の導体柱を設けた場合（図１２）のマイクロストリップライン１２１及び１２２間のアイソレーション特性を測定した。実施例２では、図１２に示すように、回路基板１１２の２つの長辺に対応する導体シールドの側面からの距離が６．５ｍｍとなる位置にそれぞれ２つの導体柱１２０を長辺と略平行に配置し（回路基板１１２の短辺に対応する導体シールドの側面からの距離は９ｍｍ）、回路基板１１２の２つの短辺に対応する導体シールドの側面からの距離が６．５ｍｍとなる位置にそれぞれ１つの導体柱１２０を配置し（回路基板１１２の長辺に対応する導体シールドの側面からの距離は８．５ｍｍ）、これらの６つの導体柱１２０によって囲まれる六角形状の領域内の中央に１つの導体柱１２０を配置し、最も近接する導体柱１２０間の距離は４ｍｍとなっている。この実施例２は、上述した実施例１と同様に、所定の最大使用周波数を１０ＧＨｚとした場合に、上述した矩形領域（例えば、図１２においてＲ２１及びＲ２２として示した領域）の両辺の長さが上述した数式（１）を満たすと共に、最も近接する導体柱１２０間の距離が最大使用周波数における樹脂モールド内での波長の１／４以下（４ｍｍ）となっている。アイソレーション特性の測定結果を図１３に示す。図示するように、実施例２では、実施例１と同様に、アイソレーション特性が劣化する周波数が確認されず、最大使用周波数である１０ＧＨｚ以下の周波数全域において、良好なアイソレーション特性となっていることが確認できる。

このように、上述した比較例及び実施例によって、導体柱を設けた一実施形態における回路モジュールにおいて、共振周波数が高周波側にスライドすることによって導体シールドの共振が抑制され、回路基板に実装された電子部品間のアイソレーション特性が改善されることが確認できた。

１０回路モジュール
１２回路基板
１４電子部品
１６樹脂モールド
１８導体シールド
２０導体柱

Claims

グランドを有する回路基板と、
前記回路基板上に設けられた１又は複数の電子部品と、
前記電子部品を絶縁封止するように前記回路基板上に設けられた樹脂モールドと、
前記樹脂モールドの上面及び側面を覆う導体シールドと、
前記樹脂モールド内に柱状に設けられ、前記導体シールドの上面と前記回路基板の前記グランドとを接続する複数の導体柱と、を備え、
前記導体シールドの側面と１又は複数の前記導体柱とによって画定される前記導体シールドの上面における矩形状の領域であって、当該領域内に前記導体柱が存在しない複数の矩形領域の全てが、以下の数式（１）を満たす両辺の長さａ及びｂを有し、
前記複数の導体柱は、最も近接する当該導体柱間の距離が、所定の最大使用周波数における前記樹脂モールド内での波長の１／４以下となるように設けられている、
回路モジュール。
但し、ｆｍａｘは前記所定の最大使用周波数であり、ε_rは前記樹脂モールドの比誘電
率であり、ｍ及びｎは任意の整数であり、ｃは光速度である。
請求項１記載の回路モジュールであって、
前記回路モジュールは無線通信モジュールであり、
前記所定の最大使用周波数は、前記無線通信モジュールに対応する無線通信規格における最大周波数に基づく値である、
回路モジュール。
請求項１記載の回路モジュールであって、
前記回路モジュールは無線通信モジュールであり、
前記所定の最大使用周波数は、前記無線通信モジュールに対応する無線通信規格における最大周波数の四次高調波に相当する周波数である、
回路モジュール。
前記複数の矩形領域のうち、当該矩形領域の一方の辺の長さが前記回路基板の一つの辺の長さに対応する矩形領域において、当該矩形領域の他方の辺の長さが、前記数式（１）を満たすことができる長さの最大値の１／２以上の長さである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路モジュール。