JP6465387B2

JP6465387B2 - 電子部品

Info

Publication number: JP6465387B2
Application number: JP2014250613A
Authority: JP
Inventors: 林　健児; 健児林; 紳一朗竹内
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP2016115696A

Description

本発明は、携帯電話等の移動体通信機器に用いられる電子部品に関するものである。

携帯電話等の高周波回路部において送信回路からの高周波信号や、アンテナに入射した高周波信号を増幅し、次の回路へ伝達する増幅回路素子が用いられる。増幅回路素子はセラミック材料や樹脂材料等から成る基板に実装されて電子部品とした状態で用いる場合が多い。図６はこのような電子部品の構造例を示す断面図である。セラミック材料や樹脂材料等から成る基板２０１の一方側の主面側にキャビティ２０４を形成し、そのキャビティ２０４内にフリップチップ状の増幅器回路素子２０２を収容して、その下面と外周部に封止樹脂２１１を被着・形成した構造のものが知られている。減圧雰囲気中で供給される封止樹脂２１１は、増幅器回路素子２０２と基板２０１との間隙に充填（アンダーフィル）される。

増幅回路素子はその動作時発熱が大きく、前記発熱が半導体素子自身や他の回路素子の動作に影響を及ぼすことから、前記発熱を効率的に放熱することが電子部品２１０の重要な課題の一つとなっている。一般的に用いられている電子部品２１０の放熱構造として、増幅回路素子２が実装される基板２０１に伝熱用のビアホール２０８（以下サーマルビアホールと呼ぶ）を設け、前記サーマルビアホール２０８を基板の実装面側まで延出させ、実装基板（図示せず）とはんだ接合するなどして、熱容量の大きな実装基板に熱を逃す構造がある。通常は、キャビティ２０４の底部に設けたサーマルビアホール２０８で放熱経路を構成するが、図６に示した特許文献１に開示された電子部品では、更に熱伝導性の良い金属製の放熱板２０３を増幅回路素子２０２の上面に面当接させるとともに、矩形に開口するキャビティ２０４の対向する２辺に設けられた導体層２０９間に橋架けする。導体層２０９は、前記２辺側に設けられた他のサーマルビアホール２０８と接続しており、一層放熱効果を高めている。

特開２００３−３４７４８５号

上述した従来の電子部品のように、放熱板２０３とサーマルビアホール２０８を用いて増幅回路素子２０２の放熱経路を構成することは、放熱効果において良い効果をもたらす。しかしながら、基板に重ねられる放熱板２０３の厚みは１００μｍ〜３００μｍと厚く、電子部品の厚みが増すため、その小型化に妨げになるという問題がある。また、封止樹脂２１１は他の部分と比べて熱伝導率が低くて熱が溜まりやすく、その熱を放熱することも課題となる。

また電子部品を小型化するに伴い、基板２０１に設けられる増幅回路素子２０２と他の回路素子との間隔が狭まるのは構造上避けられない。そのため、増幅回路素子２０２と熱に弱い回路素子との間の熱経路を遮る構造とすることも必要となる場合がある。

本発明の目的は、良好な増幅回路素子の放熱効果や、熱の遮断効果を得ながら小型化可能な電子部品を提供することにある。

本発明の電子部品は、第１主面と第２主面とを有し、該第１主面側にキャビティが形成された基板と、前記キャビティに収容された増幅回路素子とを有し、該増幅回路素子が、前記キャビティ内で封止樹脂により固定された電子部品であって、導体部材が、前記封止樹脂と増幅回路素子とに接してキャビティを覆うことを特徴とする電子部品である。

本発明においては、前記導体部材が前記基板の第１主面側と第２主面側を繋ぐサーマルビアホールと接続するのが好ましい。

本発明の電子部品においては、更に、前記基板は複数のサーマルビアホール部を備え、第１サーマルビアホール部は基板の第１主面と第２主面との間に設けられたサーマルビアホールで形成され、第２サーマルビアホール部は基板のキャビティの底面と第２主面との間に設けられたサーマルビアホールで形成され、前記増幅回路素子の前記キャビティと対向する面に設けられた接続端子の一部と前記第２サーマルビアホール部が電気的に接続するのが好ましい。

更に、前記第１サーマルビアホール部は前記キャビティの縁部に沿って並んで設けられた複数のサーマルビアホールで構成され、前記基板の第１主面に前記第１サーマルビアホール部のサーマルビアホールを繋ぐ第１接続導体を備えるのが好ましく、前記第１サーマルビアホール部のサーマルビアホールを、前記キャビティの縁部に沿って複数列に並んで形成するのが一層好ましい。

本発明においては、前記キャビティの側壁に、前記導体部材と接する他の導体部材を配置し、それを前記導体部材よりも熱伝導性に優れるものとするのが好ましい。

本発明においては、前記基板に搭載された他の素子を備え、前記第１サーマルビアホール部は、前記基板の第１主面側から見て、前記増幅回路素子の縁部と前記他の素子の縁部とが最も接近する間を繋ぐ仮想線を横切るように並んで設けられるのが好ましい。前記横切るように並んで設けられた第１サーマルビアホール部は、複数列に並んで形成されるのが、一層好ましい。

本発明においては、前記基板の第２主面に前記第１サーマルビアホール部を繋ぐ第２接続導体を備えるのが好ましい。更に、前記第２接続導体を前記第２サーマルビアホール部とも前記第２主面にて繋げるのが好ましい。

本発明においては、前記基板のキャビティの底面に前記第２サーマルビアホール部を繋ぐ第３接続導体を有し、前記封止樹脂と前記第３接続導体とが接するのが好ましい。

本発明によれば、良好な増幅回路素子の放熱効果や、熱の遮断効果を得ながら小型化可能な電子部品を提供することが出来る。

本発明の一実施例に係る電子部品の断面図である。図１に示した電子部品の要部拡大平面図である。本発明の他の実施例に係る電子部品の断面図である。本発明の他の実施例に係る電子部品の断面図である。図４に示した電子部品の要部拡大断面図である。従来の電子部品の断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の電子部品について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電子部品の断面図である。この電子部品は、基板１１の第１主面に矩形に開口するキャビティ１４、３４を複数備え、キャビティ１４内に増幅回路素子１２を、キャビティ３４内にフィルタ素子３２を収容している。

基板１１は、誘電体セラミックス、樹脂、あるいは樹脂とセラミックとの複合材を用いて形成することが可能である。基板１１は単層基板よりも多層基板であるのが、基板１１内に回路パターンによってＬ、Ｃ、Ｒ素子を形成したり、Ｌ、Ｃ、Ｒ素子を部品として内蔵させるのに有利であり好ましい。多層基板は公知の工法を用いて作製し得るものであり、例えば誘電体セラミックスを用いる場合にはＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）技術や、ＨＴＣＣ（高温同時焼成セラミック）技術により、樹脂等ではエポキシ樹脂やポリイミド等を用いたビルドアップ技術による。

ＬＴＣＣ技術であれば、１０００℃以下の低温で焼結可能なセラミック誘電体からなる厚さ１０〜２００μｍのセラミックグリーンシートを用いればよい。セラミックグリーンシートにＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷し、前記回路パターンや後述の接続導体となる所定の導体パターンを形成する。複数のセラミックグリーンシートを積層し、一体的に焼結することにより基板を形成することができる。低温で焼結可能なセラミック誘電体としては、例えばＡｌ，Ｓｉ及びＳｒを主成分としてＳｒアノーサイトを含むセラミックスが挙げられる。ＨＴＣＣ技術であれば、アルミナ、コージェライト、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＢａＴｉＯ_３、ＡｌＮ等のセラミック材料まで選択肢が広がる。

基板１１の第１主面にはキャビティ１４が形成されており、キャビティ内に収まる状態で増幅回路素子１２が収容される。キャビティ１４は増幅回路素子１２が基板１１の第１主面から飛び出ない深さに形成されている。増幅回路素子１２は、ベアチップの内部回路と外部との接続端子が、球状の半田、あるいは金などの金属バンプ１５として形成され、キャビティ１４の底部に設けられた複数の接続パッド１６に対してフリップチップ実装して、機械的に接合され、電気的に接続される。増幅回路素子１２の接続端子１５は電源端子や信号端子等の他にグランド端子を備える。前記グランド端子と接続する接続パッド１６の下部に、サーマルビアホール８ｂが複数設けられた第２サーマルビアホール部を構成する。金属バンプ１５間にはエポキシ樹脂からなる封止樹脂２１が充填（アンダーフィル）されていて、増幅回路素子１２を封止して外気から遮断するとともに、金属バンプ１５間の絶縁や基板１１との接合強度を高めている。封止樹脂２１はディスペンス、ポッティング等の手法によりキャビティに充填される。また、増幅回路素子１２を仮固定する場合には、紫外線硬化性樹脂と熱硬化性樹脂とを混合した樹脂を用いても良い。

増幅回路素子１２の少なくとも一面がキャビティ１４の開口側に現れる状態となっており、キャビティ１４を覆うように導体部材１３を充填する。導体部材１３には、例えばＡｇ、Ｃｕ等の金属のフレークや粒をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に混合した導電性樹脂や導電性ペーストを用いて、充填後、加温硬化（キュア）するものであって、熱伝導性にも優れる。導体部材１３は例えば導電性ペーストをメタルマスクを用いて真空雰囲気下で印刷して形成する。印刷の後、真空度を低下させると導電性ペーストは、封止樹脂２１と前記封止樹脂２１から現れる増幅回路素子１２とに隙間なく接する。封止樹脂２１は他の部分と比べて熱伝導率が低く蓄熱し易いが、この様な構成とすることで、封止樹脂２１からも導体部材１３を介して放熱することが出来る。更に導体部材１３は基板１１の第１主面側と第２主面側を繋ぐサーマルビアホールと電気的に接続する。

基板１１には複数のサーマルビアホール部が形成されており、増幅回路素子１２の発熱を複数の経路で熱を逃す構造としている。第１サーマルビアホール部は、基板１１の第１主面から第２主面にかけて設けられたサーマルビアホール１８ａで構成され、複数のサーマルビアホール１８ａが、第１主面に形成された第１接続導体１９ａと第２主面に形成された第２接続導体２９ａによって電気的に接続されている。第２サーマルビアホール部は、基板１１のキャビティ１４の底面から基板１１の第２主面にかけて設けられたサーマルビアホール１８ｂで構成され、複数のサーマルビアホール１８ｂが、キャビティ１４の底面に形成された第３接続導体１９ｂと第２主面に形成された第４接続導体２９ｂによって電気的に接続されている。なお、基板１１の第２主面において第２接続導体１９ｂと第４接続導体２９ｂが近接して設けられる場合には、それを共通させた広い面積の接続導体で構成しても良い。基板１１の第２主面には各接続導体の他にも、増幅回路素子１２への電源供給端子や、信号入力端子、信号出力端子等の端子２６が形成されている。

第２サーマルビアホール部は、発熱が大きい増幅回路素子１２の信号出力側の近傍に設けるのが望ましい。サーマルビアホールにはＣｕやＡｇ等の金属導体が充填されている。金属導体は密に充填された状態が好ましいが、機能を阻害しない範囲であれば中空部分を有していても構わない。

キャビティ１４を覆う導体部材１３が第１サーマルビアホール部と接続することで、増幅回路素子１２の冷却性能が向上する。更に、増幅回路素子１２の接続端子１５の一部が第２サーマルビアホール部と接続することで、増幅回路素子１２の発熱による熱は、２つの経路をもって基板１１の第２主面側から実装基板等へ放散されて、増幅回路素子１２の冷却性能が一層向上する。

また、基板１１と増幅回路素子１２との間に充填された封止樹脂２１が、第２サーマルビアヒール部と接続する増幅回路素子１２の接続端子１５や、第３接続導体１９ｂと接することでも放熱性を高めることが出来る。

なお、基板１１の第１主面とほぼ一面となるように、増幅回路素子１２と封止樹脂２１を設けることで、例えば、無電解めっき或いは電解めっきやスパッタ等の手法により薄膜を形成して、導体部材１３を形成することも可能である。

図２は、電子部品を第１主面側から見た要部拡大平面図である。ここでは第１サーマルビアホール部の構成を明確にするように、導体部材１３を破線で表して、導体部材１３で覆われたキャビティ部分を透過して示した。基板１１の第１主面には近接して並んだ矩形に開口するキャビティ１４とキャビティ３４を備える。キャビティ１４には増幅回路素子１２が配置され、キャビティ３４にはフィルタ素子３２が配置される。フィルタ素子３２は、例えばＳＡＷ（表面弾性波）フィルタ、ＢＡＷ（バルク波）フィルタである。増幅回路素子１２とフィルタ素子３２とは封止樹脂２１により封止されている。

増幅回路素子１２が配置されるキャビティ１４の周囲に、複数のサーマルビアホール１８ａが並んで形成されている。サーマルビアホール１８ａは放熱性を考慮して配置され、必ずし、もキャビティ１４の全周に設ける必要は無い。第１サーマルビアホール部では、複数のサーマルビアホール１８ａが第１接続導体１９ａで電気的に接続されている。増幅回路素子１２の発熱は、他の部位よりも信号出力側のほうが相対的に大きく生じるため、サーマルビアホール１８ａはその近傍に配置するのが好ましい。更に、キャビティ１４の縁部の一辺側に、サーマルビアホール１８ａを多列に並んで形成することで熱経路を大きくして、放熱効果を高めている。なお、サーマルビアホールの形成数、あるいは密度を、基板の面方向にキャビティから遠ざかる程に形成数を少なくし、又は密度を疎となるように構成しても良い。このように構成すれば多数のサーマルビアホールを形成することによる基板１１の強度低下を抑制することが出来る。サーマルビアホールの形成間隔を拡げて、かつ形成数を減少させてサーマルビアホール形成密度を疎としたり、サーマルビアホールの径を相対的に大径から小径とすることで、形成密度を疎としても良い。

サーマルビアホールの直径は３００μｍ以下であるのが好ましい。また、サーマルビアホールは平面視で円形状でなくても、長円や楕円といった形状としても良い。図示した例では第１接続導体１９ａを一つの環状のパターンとしているが、複数に分割された接続導体としても良い。第２接続導体２９ａも同様である。

また、第１サーマルビアホール部を、増幅回路素子１２とフィルタ素子３２との間の熱経路を遮断するように基板１１に設けている。基板１１の第１主面側から見て、増幅回路素子１２の縁部とフィルタ素子３２の縁部とが最も接近する間を繋ぐ仮想線（図中、一点鎖線で表示）を想定し、それを横切るように並んで第１サーマルビアホール部を設ける。フィルタ素子に高温の状態で大きな信号が入力すると、フィルタ素子が破壊する場合がある。第１サーマルビアホール部と第２サーマルビアホール部とで放熱性を向上させるとともに、第１サーマルビアホール部によって、基板１１内の増幅回路素子１２からフィルタ素子３２へ及ぶ熱経路を遮ることで、増幅回路素子１２とフィルタ素子３２を近接させても、フィルタ素子３２の熱破壊を防ぐことが出来て、電子部品を小型化することが出来る。

図３は他の態様の電子部品の断面図である。基板１１の強度を損なわない程度であれば、熱経路を遮断するエアギャップとして、増幅回路素子１２とフィルタ素子３２との間に金属導体が充填されいないビアホール５０を設けても良いし、スリット状の溝を設けても良い。

図４は、本発明の他の実施例に係る電子部品の断面図であり、図５は、その電子部品の要部拡大平面図である。この電子部品は、増幅回路素子１２が収容されたキャビティ１４の側壁に導体部材１３と接する他の導体部材４０を配置したものである。他の導体部材４０は導体部材１３よりも熱伝導性に優れたものである。図示した例では、ＣｕやＡｇ等の金属導体が充填された半円状のビアホールで他の導体部材４０を形成しいてる。この様な構成とするには、複数のセラミックグリーンシートに金属導体が充填されたビアホールを形成し、これを積層した後、基板１１のキャビティとなる部分を、前記ビアホールの一部がキャビティの側壁に現れるように、積層されたセラミックグリーンシートを打ち抜いて形成することが出来る。なお、他の導体部材４０はめっき等でキャビティの側壁の全面に形成しても良い。この様な構成によれば、導体部材１３と、熱伝導性に優れる他の導体部材４０との接触面積が大きく得られるので、放熱性を向上させることが出来る。他の導体部材４０を第１接続導体１９ａや第３接続導体１９ｂと接続したり、基板１１の内層に設けた導体層（図示せず）を介してサーマルビアホール１８ａと接続するのも好ましい。また、導体部材４０を基板１１の第１主面から第２主面にかけて形成しても良い。

本発明の電子部品によれば、増幅回路素子を収めたキャビティを覆う導体部材を、増幅回路素子と封止樹脂に当接させているので、従来よりも一層放熱効果を高めることが出来る。

また、金属製の放熱板に代えて、導体部材を金属のフレークや粒をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に混合した導電性樹脂や導電性ペースト、或いはめっき膜等で構成することで、電子部品の厚みを低背化することが出来る。また、放熱板自体の変形や、増幅回路素子の実装状態による上面の傾き、あるいは基板の変形等による面当接への影響を考慮しなくて済む。さらには、導体部材が、前記封止樹脂と増幅回路素子とに接する構成とすることで、増幅回路素子と放熱板との間の隙間を埋めるように、グリス状やゴムシート状等の高熱伝導性樹脂を用いることなく、熱経路を確保することが出来る。

本発明の電子部品によれば、増幅回路素子の冷却効果を高めるとともに、フィルタ素子に与えられる熱の影響を低減することで、安定した性能を維持して電子部品を動作させることが可能となる。

また、増幅回路素子を収めたキャビティを覆う導体部材によって、増幅回路素子から空間に放射されるノイズや、逆に空間から入射するノイズの影響を低減することも出来る。

１０電子部品
１１基板
１２増幅回路素子
１３導体部材
１４、３４キャビティ
１５接続端子
１６接続パッド
１８ａ、１８ｂサーマルビアホール
１９ａ第１接続導体
１９ｂ第３接続導体
２１封止樹脂
２６端子
２９ａ第２接続導体
２９ｂ第４接続導体
３２フィルタ素子

Claims

第１主面と第２主面とを有し、該第１主面側にキャビティが形成された基板と、前記キャビティに収容された増幅回路素子とを有し、該増幅回路素子が、前記キャビティ内で封止樹脂により、固定された電子部品であって、
導電性樹脂または導電性ペーストである導体部材が、前記封止樹脂と増幅回路素子とに接してキャビティを覆うものであり、
前記キャビティは前記増幅回路素子が前記基板の前記第１主面から飛び出さない深さに形成されたものであり、
前記導体部材が、前記基板の第１主面側と第２主面側を繋ぐサーマルビアホールに接続するものであり、
前記基板は複数のサーマルビアホール部を備え、第１サーマルビアホール部は基板の第１主面と第２主面との間に設けられたサーマルビアホールで形成され、第２サーマルビアホール部は基板のキャビティの底面と第２主面との間に設けられたサーマルビアホールで形成され、
前記増幅回路素子の前記キャビティと対向する面に設けられた接続端子の一部と前記第２サーマルビアホール部が電気的に接続することを特徴とする電子部品。
請求項１に記載の電子部品であって、
前記第１サーマルビアホール部は前記キャビティの縁部に沿って並んで設けられた、キャビティ縁部の少なくとも一辺に複数のサーマルビアホールで構成され、前記基板の第１主面に前記第１サーマルビアホール部のサーマルビアホールを繋ぐ第１接続導体を備えたことを特徴とする電子部品。
請求項２に記載の電子部品であって、
前記第１サーマルビアホール部のサーマルビアホールが、前記キャビティの縁部に沿って少なくとも一辺に複数列に並んで形成されたことを特徴とする電子部品。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品であって、
前記キャビティの側壁に前記導体部材と接する他の導体部材を配置し、前記他の導体部材は少なくとも一面が平面である断面を有したサーマルビアホールで形成され、前記他の導体部材は前記導体部材よりも熱伝導性に優れることを特徴とする電子部品。
請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品であって、
前記基板の他のキャビティ内に搭載された他の素子を備え、前記第１サーマルビアホール部は、前記基板の第１主面側から見て、前記増幅回路素子の縁部と前記他の素子の縁部とが最も接近する間を繋ぐ仮想線を横切るように並んで設けられたことを特徴とする電子部品。
請求項５に記載の電子部品であって、
前記横切るように並んで設けられた第１サーマルビアホール部は、複数列に並んで形成され、基板の面方向にキャビティから遠ざかる程に形成数を少なくし、又は密度を疎となるように構成したことを特徴とする電子部品。
請求項１乃至６のいずれかに記載の電子部品であって、
前記基板の第２主面に前記第１サーマルビアホール部を繋ぐ第２接続導体を備え、前記第２接続導体は前記第２サーマルビアホール部とも前記第２主面にて繋がることを特徴とする電子部品。
請求項１乃至７のいずれかに記載の電子部品であって、
前記基板のキャビティの底面に第２サーマルビアホール部を繋ぐ第３接続導体を有し、前記封止樹脂と前記第３接続導体とが接することを特徴とする電子部品。
第１主面と第２主面とを有し、該第１主面側にキャビティが形成された基板と、前記キャビティに収容された増幅回路素子とを有し、該増幅回路素子が、前記キャビティ内で封止樹脂により、固定された電子部品の製造方法であって、
前記増幅回路素子が前記基板の前記第１主面から飛び出さない深さに前記キャビティを形成する工程を有し、
導電性樹脂または導電性ペーストである導体部材で、前記封止樹脂と増幅回路素子とに接してキャビティを覆い、加温硬化する工程を有し、
前記導体部材が、前記基板の第１主面側と第２主面側を繋ぐサーマルビアホールに接続するものであり、
前記基板は複数のサーマルビアホール部を備え、第１サーマルビアホール部は基板の第１主面と第２主面との間に設けられたサーマルビアホールで形成され、第２サーマルビアホール部は基板のキャビティの底面と第２主面との間に設けられたサーマルビアホールで形成され、
前記増幅回路素子の前記キャビティと対向する面に設けられた接続端子の一部と前記第２サーマルビアホール部が電気的に接続することを特徴とする電子部品の製造方法。