JP6438183B2 - モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電子部品が多層配線基板に内蔵されたモジュールに関する。

携帯電話等の移動通信機器においては、所定周波数の信号を送信または受信するために、フィルタやデュプレクサ等の電子部品が用いられる。また、移動通信機器の小型化のために、多層配線基板内にＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタを内蔵したモジュールが知られている。更に、特許文献１には、内蔵された電子部品からの放熱性を高めるために、電子部品の周囲に熱伝導体を埋設したモジュールが開示されている。

特開２０１０−２７２５６３号公報

従来のモジュールでは、多層配線基板に内蔵される電子部品において、外部ノイズの影響及び自身の発熱による特性変化等の問題が生じる場合があった。一方で、グランドパターンまたは放熱パターンの形成等により上記の問題を解決しようとすると、装置が大型化してしまうという課題があった。更に、特許文献１のように、電子部品の周囲を覆う形で熱伝導体を内蔵する場合、当該熱伝導体の上方に形成される信号ラインにおいて、マッチングされたインピーダンスを確保することが難しく、設計上の制約が大きくなるという課題があった。

本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、電子部品が多層配線基板に内蔵されたモジュールにおいて、ノイズ及び発熱による影響を低減すると共に、装置の小型化を図り、更に設計上の制約の少ないモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、複数の配線層と複数の絶縁層を含む多層配線基板と、前記多層配線基板中の前記複数の絶縁層のうち一部の絶縁層に内蔵された電子部品と、を備え、前記複数の配線層は、前記多層配線基板の積層方向から見て、前記電子部品と重複する領域に形成され、高周波信号が伝搬する信号ラインを含み、
前記電子部品は、前記複数の配線層のうち前記信号ラインと反対側の配線層と電気的に接続され、前記信号ライン側の配線層と電気的に接続されていない部品本体と、前記部品本体の側面を囲み、グランドとして機能し且つ前記信号ライン側の前記部品本体の上面を覆わない金属枠体と、を含み、前記電子部品と前記信号ラインとの間に他の配線層を含まないことを特徴とするモジュールである。

上記構成において、前記金属枠体は、前記部品本体のうち前記上面と反対側の下面をも覆わない構成とすることができる。

上記構成において、前記部品本体は、弾性波デバイスを含む構成とすることができる。

上記構成において、前記多層配線基板の表面に実装され、前記弾性波デバイスと電気的に接続されたパワーアンプを備える構成とすることができる。

上記構成において、前記弾性波デバイスは、弾性表面波、弾性境界波、バルク波、ラブ波、及びＬａｍｂ波の少なくとも１つを用いる弾性波デバイスである構成とすることができる。

上記構成において、前記部品本体は、パワーアンプを含む構成とすることができる。

上記構成において、前記多層配線基板の積層方向における前記金属枠体の高さは、前記多層配線基板の積層方向における前記部品本体の高さより大きい構成とすることができる。

本発明によれば、電子部品が多層配線基板に内蔵されたモジュールにおいて、ノイズ及び発熱による影響を低減すると共に、装置の小型化を図り、更に設計上の制約の少ないモジュールを提供することができる。

比較例１に係るモジュールの断面模式図である。 比較例２に係るモジュールの断面模式図である。 実施例１に係るモジュールの断面模式図である。 電子部品の詳細な構成を示す図である。 実施例１に係るモジュールの回路図である。

最初に、比較例に係るモジュールについて説明する。

図１は、比較例１に係るモジュール２００の断面模式図である。モジュール２００は、多層配線基板１１０と、これに内蔵された電子部品１２０とを備える。多層配線基板１１０は、絶縁層１１２ａ〜１１２ｈと、配線層１１４ａ〜１１４ｉを含む。絶縁層１１２ａ〜１１２ｈのうち、中央部の１１２ｃ〜１１２ｆは、電子部品が内蔵されるコア層となっている。また、配線層１１４ａ〜１１４ｉのうち、１１４ａ及び１１４ｉは、多層配線基板１１０の表面に形成された表面配線層であり、１１４ｂ〜１１４ｈは、絶縁層１１２ａ〜１１２ｈの間に形成された内部配線層である。各配線層１１４同士は、絶縁層１１２を貫通するビア配線１１６により接続されている。

電子部品１２０には、例えばデュプレクサが用いられる。比較例１では、コア層１１２ｃ〜１１２ｆが多層配線基板となっており、他の領域にも電子部品１３０（例えば、チップ内蔵型の各種受動素子（インダクタ、キャパシタ、抵抗等）及び能動素子（スイッチ回路等）等）が埋め込まれている。内蔵された電子部品１２０及び１３０は、それぞれ内部配線層１１４ｈ等と電気的に接続されている（本比較例では、電子部品１２０及び１３０の上下両面から電気的接続を図ることが可能となっている）。

多層配線基板１１０の表面には、電子部品１４０及び１４２が実装されている。電子部品１４０は、例えばパワーアンプであり、表面配線層１１４ａ上に実装されると共に、他の表面配線層１１４ａとボンディングワイヤ１４６により電気的に接続されている。電子部品１４２は、例えばチップ内蔵型の各種受動素子（インダクタ、キャパシタ、抵抗等）及び能動素子（スイッチ回路等）であり、それぞれ表面配線層１１４ａ上に実装されている。

比較例１に係るモジュールによれば、多層配線基板１１０のコア層１１２ｃ〜１１２ｆが多層配線基板となっているため、これらの領域に電子部品１３０を内蔵すると共に、内部配線層１１４ｄ〜１１４ｇを形成することで、装置の小型化を図ることができる。一方、内臓の電子部品１２０及び１３０自体には、特に金属層等による保護はされていないため、発熱による特性変化や、外部ノイズの影響等の問題が生じる場合がある。当該問題への対策として、放熱パターン及びグランドパターンの形成を行うことが考えられるが、この場合はモジュール２００が大型化してしまうという課題が生じる。

図２は、比較例２に係るモジュール２１０の断面模式図である。比較例１（図１）と共通する部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。比較例２では、多層配線基板１１０のコア層１１２ｃ〜１１２ｆの一部に、銅板１１８が埋め込まれている。銅板１１８は、大容量のグランド層として機能すると共に、放熱用のパターンとしても機能する。コア層１１２ｃ〜１１２ｆには、比較例１のような内部配線層１１４ｄ〜１１４ｇが形成されておらず、代わりに銅板１１８のない部分を一気に貫通するスルーホール１１９が形成されている。

比較例２に係るモジュールによれば、多層配線基板１１０のコア層１１２ｃ〜１１２ｆに銅板１１８を埋め込むことにより、外部ノイズに強く、放熱性に優れたモジュールを得ることができる。一方、銅板１１８が存在する領域には、内部配線層１１４ｄ〜１１４ｇを形成することができず、比較例１のように電子部品１３０を埋め込むこともできないため、装置全体を小型化することが難しくなってしまう。当該問題への対策として、多層配線基板１１０の総数を増やしつつ絶縁層１１２の厚みを薄くすることが考えられるが、この場合は配線層１１４間の干渉が生じやすくなり、高周波の信号ラインを形成することが難しくなってしまうという課題がある。

以上のように、比較例１及び比較例２に係るモジュールは、それぞれ一長一短である。以下の実施例では、電子部品が多層配線基板に内蔵されたモジュールにおいて、ノイズ及び発熱による影響の低減すると共に、装置の小型化を図ることのできる構成について説明する。

図３は、実施例１に係るモジュール１００の断面模式図である。モジュール１００は、多層配線基板１０と、これに内蔵された電子部品２０とを備える。多層配線基板１０は、絶縁層１２ａ〜１２ｈと、配線層１４ａ〜１４ｉを含む。絶縁層１２ａ〜１２ｈのうち、中央部の１２ｃ〜１２ｆは、電子部品が内蔵されるコア層となっている。また、配線層１４ａ〜１４ｉのうち、１４ａ及び１４ｉは、多層配線基板１０の表面に形成された表面配線層であり、１４ｂ〜１４ｈは、絶縁層１２ａ〜１２ｈの間に形成された内部配線層である。各配線層１４同士は、絶縁層１２を貫通するビア配線１６により接続されている。

電子部品２０には、例えばデュプレクサが用いられる。実施例１では、コア層１２ｃ〜１２ｆが多層配線基板となっており、他の領域にも電子部品３０が埋め込まれている。電子部品３０は、例えば、チップ内蔵型の各種受動素子（インダクタ、キャパシタ、抵抗等）及び能動素子（スイッチ回路等）等をいう。が埋め込まれている。内蔵された電子部品２０及び３０は、それぞれ内部配線層１４ｈ等と電気的に接続されている。本比較例では、電子部品２０及び３０の上下両面から電気的接続を図ることが可能となっている。

多層配線基板１０の表面には、電子部品４０及び４２が実装されている。電子部品４０は、例えばパワーアンプであり、表面配線層１４ａ上に実装されると共に、他の表面配線層１４ａとボンディングワイヤ４６により電気的に接続されている。電子部品４２は、例えばチップ内蔵型の各種受動素子及び能動素子であり、それぞれ表面配線層１４ａ上に実装されている。

図４は、電子部品２０の詳細な構成を示す図である。図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は断面図、図４（ｃ）は上方向から見た平面図である。このうち、図４（ａ）は、樹脂部２６を透過した状態を示す図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、電子部品４０は、電子素子が内蔵された部品本体２２と、当該部品本体２２の側面を囲むように設けられた金属枠体２４を含む。部品本体２２と金属枠体２４との間には、樹脂が充填されている（以下、樹脂部２６と称する）。図４（ｂ）に示すように、樹脂部２６は部品本体２２の上面をも覆っている。部品本体２２の下面には、外部と電気的接続を図るためのパッド２８が形成されている。

金属枠体２４には、例えば銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。樹脂部２６には、例えばエポキシ系樹脂等を用いることができる。モジュール１００の製造工程において、電子部品２０は、予め部品本体２２に金属枠体２４が取り付けられた状態で、多層配線基板１０のコア層１２ｃ〜１２ｆに埋め込まれる。

図５は、モジュール１００の回路図である。モジュール１００は、アンテナ５０、スイッチ回路５２、及び高周波回路５４をそれぞれ備える。スイッチ回路５２と高周波回路５４の間には、各周波数帯（バンド）毎に、複数のデュプレクサ６０が実装されている。複数のデュプレクサ６０は、それぞれ送信フィルタ６０ａ及び受信フィルタ６０ｂを含む。送信フィルタ６０ａと高周波回路５４との間には、送信信号を増幅するためのパワーアンプ６２が接続されている。受信フィルタ６０ｂは、高周波回路５４におけるローノイズアンプ（ＬＮＡ）６４に接続されている。複数のバンドのうち、ＧＳＭ（登録商標） Ｔｘ信号及びＨＢ／ＬＢ信号は、デュプレクサ６０を介さずに、高周波回路５４に対してパワーアンプユニット６６及び送信フィルタ６８を介して接続されている。スイッチ回路５２は、所望のバンドとの間で接続切替を行う。これにより、共通のアンテナ５０を介して、複数のバンドの信号を送受信することが可能となっている。

図５の構成のうち、例えば、デュプレクサ６０が、図３における内臓の電子部品２０に該当する。また、図５の構成のうち、例えば、パワーアンプ６２が、図３における表面実装の電子部品４０に該当する。また、図５に示す各ブロック間の信号ラインは、図３に示す配線層１４ａ〜１４ｉに該当する。

実施例１に係るモジュールによれば、多層配線基板１０に内蔵される電子部品２０の側面が、金属枠体２４により覆われている。これにより、外部ノイズを金属枠体２４により遮蔽し、耐電力性を向上させると共に、電子部品２０で発生した熱を金属枠体２４を介して効果的に放熱することができる。また、金属枠体２４を用いることで、多層配線基板１０のコア層１２ｃ〜１２ｆのうち、電子部品２０が埋め込まれていない領域は、比較例１と同じように多層配線基板とすることができる。このため、当該領域に他の電子部品３０を内蔵したり、内部配線層１４ｂ〜１４ｈを形成したりすることで、モジュール１００を小型化することが可能となっている。以上のように、実施例１に係るモジュールによれば、ノイズ及び発熱による影響を低減すると共に、装置の小型化を図ることができる。

また、実施例１に係るモジュールによれば、金属枠体２４が電子部品２０の側面以外の面（多層配線板１０の貫通方向から見た上下両面）を覆わない構成となっている。仮に、電子部品２０の側面以外の面も覆う構成（すなわち、電子部品２０が金属により蓋をされている構成）を採用した場合、当該蓋部分が大容量のグランドとして機能するため、その上方に位置する絶縁層に高周波の信号ラインを形成しても、マッチングされたインピーダンスを確保することが難しい。これに対し、本実施例のように、金属の蓋がない状態であれば、電子部品２０の上方に位置する絶縁層に、高周波の信号ラインを形成しても、容易にインピーダンスをマッチングすることができ、設計上の制約を少なくすることができる。具体的には、図３に示すように、多層配線基板１０の積層方向から見て、電子部品２０と重複する領域に、高周波の信号ライン１５が形成されている。信号ライン１５のインピーダンスは、例えば５０Ωとすることができる。また、当該信号ライン１５にて伝達される高周波信号の周波数は、例えば数百ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度とすることができる。

上記のように、電子部品２０の上方に信号ライン１５を形成する場合、当該信号ライン１５と電子部品２０との間には、他の配線層を形成しないことが好ましい。仮に、当該他の配線層がグランド線である場合には、上記と同様の理由から信号ライン１５におけるマッチングが難しくなってしまうためである。また、当該他の配線層が信号線である場合には、当該信号線においてインピーダンス確保の問題が新たに生じるためである。

また、実施例１に係るモジュールによれば、多層配線基板１０のコア層１２ｃ〜１２ｆのうち、電子部品２０が埋め込まれていない領域に形成された配線層（図３の符号１７）により、種々の抵抗値を有する配線を実現することができる。例えば、高周波回路で使用される５０Ωの信号ラインも、当該領域を利用することにより容易に形成することが可能である。

また、実施例１に係るモジュールによれば、図４に示すように、多層配線基板１０の積層方向における金属枠体２４の高さが、部品本体２２の高さよりも大きくなっている。多層配線基板のビルドアップ工程では、プレス機が使用されるため、電子部品２０の剛性を向上させる必要があるが、これにより、部品本体２２を金属枠体２４の内側に完全に収納することができるため、電子部品２０の剛性を向上させることができる。また、電子部品２０がデュプレクサであれば、金属枠帯に囲まれることで、アイソレーションが向上する。

また、実施例１では、電子部品２０としてデュプレクサ（図５の符号６０）を用いる場合を例に説明を行ったが、電子部品２０はこれ以外のものであってもよい。例えば、電子部品２０としてパワーアンプ６２を用いることもでき、この場合はデュプレクサ６０に比べて発熱が大きくなるため、金属枠体２４による放熱効果が特に有効である。また、デュプレクサの他にも、各種フィルタとして機能する弾性波デバイスを用いることができる。弾性波デバイスとしては、例えば弾性表面波（ＳＡＷ）を用いる共振器またはバルク波を用いる圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）が挙げられるが、他にも、ラブ波、境界波、及びＬａｍｂ波を用いる弾性波デバイスを採用することができる。また、電子部品２０として、例えば図５に示すスイッチ回路５２を内蔵することも可能である。

なお、実施例１で用いた金属枠体２４は、部品本体２２の側面を一周する構成となっている。しかし、金属枠体２４は、部品本体２２におけるノイズ及び発熱の影響を十分に可能な程度に、部品本体２２の側面を覆っていればよく、このような機能を有するものであれば、実施例で示した以外の形態（例えば、金属枠体２４の一部に切れ目が入っているもの）を採用することも可能である。ただし、ノイズ及び発熱の影響の低減効果を高めるためには、実施例１のように側面全体を覆う（一周する）構成となっていることが好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 多層配線基板
１２ 絶縁層
１４ 配線層
１５ 信号ライン
１６ ビア配線
２０ 電子部品（内蔵）
２２ 部品本体
２４ 金属枠体
２６ 樹脂部
２８ パッド
３０ 電子部品（内蔵）
４０、４２ 電子部品（表面実装）
４６ ボンディングワイヤ
５０ アンテナ
５２ スイッチ
５４ 高周波回路
６０ デュプレクサ
６０ａ 送信フィルタ
６０ｂ 受信フィルタ
６２ パワーアンプ
６４ ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
６６ パワーアンプユニット
６８ 送信フィルタ
１００ モジュール

Claims (7)

1. 複数の配線層と複数の絶縁層を含む多層配線基板と、前記多層配線基板中の前記複数の絶縁層のうち一部の絶縁層に内蔵された電子部品と、を備え、
   前記複数の配線層は、前記多層配線基板の積層方向から見て、前記電子部品と重複する領域に形成され、高周波信号が伝搬する信号ラインを含み、
   前記電子部品は、前記複数の配線層のうち前記信号ラインと反対側の配線層と電気的に接続され、前記信号ライン側の配線層と電気的に接続されていない部品本体と、前記部品本体の側面を囲み、グランドとして機能し且つ前記信号ライン側の前記部品本体の上面を覆わない金属枠体と、を含み、
   前記電子部品と前記信号ラインとの間に他の配線層を含まないことを特徴とするモジュール。
2. 前記金属枠体は、前記部品本体のうち前記上面と反対側の下面をも覆わないことを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 前記部品本体は、弾性波デバイスを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のモジュール。
4. 前記多層配線基板の表面に実装され、前記弾性波デバイスと電気的に接続されたパワーアンプを備えることを特徴とする請求項３に記載のモジュール。
5. 前記弾性波デバイスは、弾性表面波、弾性境界波、バルク波、ラブ波、及びＬａｍｂ波の少なくとも１つを用いる弾性波デバイスであることを特徴とする請求項３または４に記載のモジュール。
6. 前記部品本体は、パワーアンプを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のモジュール。
7. 前記多層配線基板の積層方向における前記金属枠体の高さは、前記多層配線基板の積層方向における前記部品本体の高さより大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のモジュール。
   

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