JP6528850B2 - 高周波モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、配線基板に実装された複数の部品を被覆する封止樹脂層と、部品間のノイズの相互干渉を防止するためのシールド壁とを備える高周波モジュールに関する。
携帯端末装置などに搭載される高周波モジュールには、電磁波を遮蔽するためのシールド層が設けられる場合がある。この種の高周波モジュールの中には、配線基板上に実装された部品が封止樹脂により被覆されるとともに、当該封止樹脂の表面を被覆するようにシールド層が設けられるものがある。
シールド層は、外部からのノイズを遮蔽するために設けられているが、配線基板に複数の部品が実装される場合は、これらの部品から発生するノイズが、他の部品に干渉するという問題がある。そこで、従来では、外部のみならず、実装部品間のノイズを相互に遮蔽するシールドが設けられた高周波モジュールが提案されている。
例えば、図9に示すように、特許文献1に記載の高周波モジュール100は、配線基板101上に複数の部品102が実装され、これらの部品102が封止樹脂層103で覆われる。封止樹脂層103の上面には、所定の部品間を通るトレンチ104(溝)が形成される。シールド層105は、封止樹脂層103の表面を被覆するとともにトレンチ104に充填される導電性樹脂で形成される。また、シールド層105は、トレンチ104の底部で、配線基板101上の表面導体106に接続される。表面導体106は、高周波モジュール100のグランド端子に電気的に接続されている。
この構成によると、封止樹脂層103の表面を被覆する導電性樹脂により、部品102に対する外部からのノイズを遮蔽できる。また、トレンチ104に充填された導電性樹脂により所定の部品間のノイズの相互干渉を防止することもできる。
特許第5622906号公報(段落0030〜0040、図4等参照)
従来の高周波モジュール100では、封止樹脂層103の表面が平坦なため、例えば、配線基板101に実装された部品102の厚みに差がある場合には、厚みが薄い方の部品102の上に、封止樹脂層103の余分な部分が形成される。本発明者は、このような余分な部分を減らして、高周波モジュール100の小型化を図るため、部品102の厚みに応じて封止樹脂層103の厚みを変えることで、小型化を図ることを検討している。しかしながら、封止樹脂層103の厚みを変えると表面に段差ができ、この段差を跨ぐようにシールド用のトレンチ104を形成する場合には、トレンチ104の高所側と低所側の両方で万遍なく導電性ペーストを充填し、未充填の領域をなくすのが難しいという問題があることがわかった。
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、封止樹脂層の表面に段差が形成される高周波モジュールにおいて、シールド用の溝が封止樹脂層の段差を跨ぐ場合に、溝への導電性ペーストの充填性の向上を図ることを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明の高周波モジュールは、配線基板と、前記配線基板の主面に実装された複数の部品と、前記配線基板の前記主面に積層されるとともに、前記配線基板の前記主面側の面と対向する面に段差が設けられた、前記複数の部品を覆う封止樹脂層と、前記配線基板を平面視して前記段差と交差するように前記封止樹脂層に形成され、前記複数の部品のうち所定の部品と他の部品との間を通る溝と、前記溝内に配置され、導体で形成されたシールド壁とを備え、前記溝には、前記配線基板の前記主面と垂直な方向であって、当該溝と交差する方向の断面において、前記配線基板の前記主面側の第1部分と、該第1部分と連続する前記封止樹脂層の前記対向する面側の第2部分とがあり、前記断面において、前記段差の高所側に位置する前記溝の前記第2部分の面積は、前記段差の低所側に位置する前記溝の前記第2部分の面積よりも大きく形成されていることを特徴としている。
この構成によると、段差の高所側の溝における封止樹脂層の前記対向する面側の部分(第2部分)は、段差の低所側の溝のそれよりも導電性ペーストの充填容量が大きくなる。すなわち、導電性ペーストを充填しにくい、段差の高所側の溝において、ペースト充填開口部の面積、あるいは開口を低所側の溝よりも大きくすることができ、第2部分のペースト充填を容易にすることができ、配線基板の主面側の部分(第1部分)への充填性を向上させることができる。またシールド壁と配線基板の接続部の幅は一定であってもよく、この場合には、配線基板の部品実装面積の低下を招く事がない。
また、前記第2部分は、前記段差の高所側での前記溝の深さ方向の長さが、低所側での当該方向の長さよりも大きく形成されることにより、前記段差の高所側での前記第2部分の面積が、低所側での前記第2部分の面積よりも大きく形成されていてもよい。この場合、段差の高所側と低所側とで溝の第2部分の面積を変えるに当たり、溝の幅を変える必要がない。
また、前記第2部分は、前記段差の高所側での前記封止樹脂層の前記対向する面の高さ位置での幅が、低所側での当該高さ位置での幅よりも大きく形成されることにより、前記段差の高所側での前記第2部分の面積が、低所側での前記第2部分の面積よりも大きく形成されていてもよい。この構成によると、段差の高所側と低所側とで溝の第1部分の深さ方向の長さを変えずに、第2部分の面積を変えることができる。
また、前記段差は、高所側と低所側とを繋ぐ傾斜面を有し、前記傾斜面における前記第2部分の面積は、前記段差の高所側の面積と低所側の面積の間の大きさで形成されていてもよい。この構成によると、段差に傾斜面がある場合において、溝の全長にわたって導電性ペーストの充填性を向上させることができる。
また、前記傾斜面における前記第2部分の面積は、前記段差の高所側から低所側に向かうにつれて小さくなるように形成されていてもよい。この構成によると、溝の傾斜面に形成される部分での導電性ペーストの充填性をさらに向上させることができる。
また、配線基板と、前記配線基板の主面に実装された複数の部品と、前記配線基板の前記主面に積層されるとともに、前記配線基板の前記主面側の面と対向する面に段差が設けられた、前記複数の部品を覆う封止樹脂層と、前記配線基板を平面視して前記段差と交差するように前記封止樹脂層に配設され、前記複数の部品のうち所定の部品と他の部品との間を通る溝と、前記溝内に配置され、導体で形成されたシールド壁とを備え、前記溝は、前記封止樹脂層の前記配線基板の前記主面側の面から前記対する面に向かう方向に拡開する断面形状を有し、前記段差の高所側に位置する前記溝の断面形状の拡開の度合は、前記段差の低所側に位置する前記溝の断面形状の拡開の度合よりも大きく形成されていてもよい。
このように、溝の断面形状を、封止樹脂層の前記対向する面に向かう方向に拡開させることでも、溝への導電性ペーストの充填性を向上させることができる。また、前記溝の断面形状の拡開の度合が、前記段差の高所側が低所側よりも大きく形成されるため、高所側の溝への導電性ペーストの充填性を向上させることができる。
本発明によれば、段差の高所側の溝における封止樹脂層の前記対向する面側の部分(第2部分)は、段差の低所側の溝のそれよりも導電性ペーストの充填容量が大きくなるため導電性ペーストを充填しにくい高所側の溝において、配線基板の主面側の部分(第1部分)への充填性を向上させることができる。
本発明の第1実施形態にかかる高周波モジュールの断面図である。 図1の高周波モジュールの平面図である。 溝の断面形状を説明するための図である。 本発明の第2実施形態にかかる高周波モジュールの斜視図である。 溝の断面形状を説明するための図である。 溝の変形例を示す図である。 溝の他の変形例を示す図である。 溝の他の変形例を示す図である。 従来の高周波モジュールの断面図である。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態にかかる高周波モジュールについて、図1〜図3を参照して説明する。なお、図1は高周波モジュールの断面図、図2は高周波モジュールの平面図、図3は溝の断面形状を説明するための図である。なお、図1は、図2のA−A矢視断面図を示し、図2は封止樹脂層の上面のシールド膜を図示省略している。また、図3(a)は段差の高所側(図1の矢印H1参照)の溝の断面を示し、図3(b)は段差の低所側(図1の矢印H2参照)の溝の断面を示している。
この実施形態にかかる高周波モジュール1aは、図1および図2に示すように、配線基板2と、該配線基板2の上面20aに実装された複数の部品3a,3bと、配線基板2の上面20aに積層された封止樹脂層4と、封止樹脂層4の表面を被覆するシールド膜6と、封止樹脂層4内に設けられたシールド壁5とを備え、例えば、高周波信号が用いられる電子機器のマザー基板等に搭載される。
配線基板2は、例えば、低温同時焼成セラミックやガラスエポキシ樹脂などで形成された複数の絶縁層2a〜2dが積層されてなる。配線基板2の上面20a(本発明の「配線基板の主面」に相当)には、各部品3a,3bの実装用の実装電極7や、シールド壁5に接続される表層導体(図示省略)が形成されるとともに、下面20cには、外部接続用の外部電極8が形成される。また、配線基板2の内部には、各種配線電極9a,9bやビア導体10が形成されている。表層導体は、配線基板2の内部に形成されたグランド電極(配線電極9a)に電気的に接続される。なお、配線基板2は単層構造および多層構造のいずれであってもよい。
実装電極7、表層導体、外部電極8および配線電極9a,9bは、いずれもCuやAg、Al等の配線電極として一般的に採用される金属で形成されている。また、各ビア導体10は、AgやCu等の金属で形成されている。なお、シールド壁5に接続される表層導体には、例えば、半田膜等の表層導体を保護する金属部材が積層されていてもよい。
各部品3a,3bは、SiやGaAs等の半導体で形成された半導体素子や、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等のチップ部品で構成される。
封止樹脂層4は、配線基板2の上面20aと各部品3a,3bとを被覆するように配線基板2に積層される。封止樹脂層4は、エポキシ樹脂等の封止樹脂として一般的に採用される樹脂で形成することができる。また、この実施形態では、封止樹脂層4における配線基板2に接する面の反対面である上面4a(本発明の「対向する面」に相当)に高所と低所を形成する段差が形成されている。この段差は、略平行に配置された高所面4a1および低所面4a2と、これらの面4a1,4a2に垂直な方向であって、両面を繋ぐ段差面4a3とにより形成されている。
シールド壁5は、封止樹脂層4の上面4aに形成された溝11内の導体により形成される。具体的には、図1および2に示すように、封止樹脂層4の上面4aには、配線基板2を平面視して、封止樹脂層4の段差と交差するとともに、所定の部品3a,3b間を通る溝11が形成され、該溝11に導体が配設されることでシールド壁5が形成される。また、この実施形態の溝11は、その全長に渡り、封止樹脂層4を厚み方向に貫通するように設けられており、配線基板2の上面20aの表層導体と、溝11内のシールド壁5とが接続できるように構成されている。また、シールド壁5は、その上端部が後述するシールド膜6の天面と電気的に接続される。なお、シールド壁5は、例えば、Ag、Cu、Alのいずれかの金属フィラを含有する導電性ペーストを溝11に充填することで形成することができる。
また、配線基板2の上面20aと垂直な方向であって、当該溝11に交差する方向の溝11の断面の形状が、段差の高所側と低所側とで異なる。具体的には、図3に示すように、溝11の当該断面には、配線基板2の上面20a側の第1部分11aと、該第1部分11aと連続する封止樹脂層4の上面4a側の第2部分11bとがある。このとき、第1部分11aおよび第2部分11bはいずれも封止樹脂層4の配線基板2との対向面から上面4aに向かう方向に拡開する形状で形成される。また、高所側および低所側のいずれの断面も、第1部分11aの最大幅が第2部分11bの最大幅よりも狭く形成される。また、この実施形態では、溝11の第2部分11bは、封止樹脂層4の上面4aの高さ位置での幅W1は、段差の高所側と低所側とが略同じ大きさで形成されるのに対して、段差の高所側での溝11の深さ方向の長さL1が、低所側での当該方向の長さL2よりも大きく形成されることにより、段差の高所側の面積が、低所側の面積よりも大きく形成される。
シールド膜6は、配線基板2内の各種配線電極や各部品3a,3bに対する外部からのノイズを遮蔽するためのものであり、封止樹脂層4の上面4aおよび周側面4b、並びに配線基板2の側面20bを被覆するように封止樹脂層4に積層される。なお、シールド膜6は、配線基板2の側面20bに露出した配線電極9a(グランド電極)に接続されている。
また、シールド膜6は、封止樹脂層4の表面に積層された密着膜と、密着膜に積層された導電膜と、導電膜に積層された保護膜とを有する多層構造で形成することができる。
密着膜は、導電膜と封止樹脂層4との密着強度を高めるために設けられたものであり、例えば、SUS、Ti、Cr、Ni、TiAlなどの金属で形成することができる。導電膜は、シールド膜6の実質的なシールド機能を担う層であり、例えば、Cu、Ag、Al、のうちのいずれかの金属、あるいは、C(カーボン)で形成することができる。保護膜は、導電膜が腐食したり、傷が付いたりするのを防止するために設けられたものであり、例えば、SUS、Ti、Cr、Ni、TiAlなどの金属で形成することができる。
(高周波モジュールの製造方法)
次に、高周波モジュール1aの製造方法について説明する。
まず、部品3a,3bを実装するための実装電極7、シールド壁5に接続される表層導体、各種配線電極9a,9bおよびビア導体10が形成された配線基板2を周知の方法で準備する。
次に、配線基板2の上面20aに、半田実装などの周知の表面実装技術を用いて各部品3a,3bを実装する。
次に、各部品3a,3bを被覆するように、配線基板2の上面20aに封止樹脂層4を積層して部品封止体を形成する。このとき、封止樹脂層4の上面4aに段差を形成する。このような封止樹脂層4は、例えば、トランスファモールド方式、コンプレッションモールド方式などで形成することができる。
次に、封止樹脂層4に、所定の部品3a,3b間に配置された溝11を、2段階のレーザ照射により形成する。具体的には、まず、第1段階として、封止樹脂層4の上面4a側からレーザ光を照射し、溝11の第2部分11bに相当する部分を形成する。このとき、配線基板2の上面20aが露出しない程度の浅い溝(第1溝)を形成するとともに、その溝の深さを、高所側(高所側の深さL1)が低所側(低所側の深さL2)より深くなるようにする。
次に、第2段階として、第1溝の底部にレーザ光を照射して、封止樹脂層4を貫通する第2溝を形成して溝11が完成する。このとき、第2溝の幅を第1溝の幅(図3の幅W1参照)よりも狭く形成する。本実施形態においては、例えば、溝11の第1部分11aの幅の最大値が、第2部分11bの幅の最小値よりも小さい。このように、溝11を2段階のレーザ照射で形成すると、第2溝の幅の形成精度を向上できる。また、第2溝の幅の形成精度が向上すると、当該溝の幅を狭めて、配線基板2の上面20aの実装面積を広げることができる。なお、図3において、溝11の第1部分11a、第2部分11bは、深くなるにつれて幅が狭まるテーパ状に形成されているが、本実施形態において、溝の第1部分11a、第2部分11bの形状は、この形状に限られない。第1部分11a、第2部分11bの側面は、封止樹脂層4の上面に対して垂直であってもよいし、側面が曲面状であってもよい。
次に、溝11にAgなどの金属フィラを含有する導電性ペーストを充填してシールド壁5を形成する。このとき、段差の高所側の溝11の第2部分11bの面積が、低所側の溝11の第2部分11bの面積よりも大きく形成されるため、高所側の溝11の第2部分11bに相当する部分において、導電性ペーストの溜まり量を多くすることができ、かつトレンチ高さが異なっていても充填が困難な第一部分の高さ、形状、溝幅は略同じとする事ができる。このようにすると、本来、充填が難しい、高所側の溝11の第1部分11aに相当する部分への導電性ペーストの充填性が向上する。
次に、封止樹脂層4の上面4a、周側面4bおよび配線基板2の側面20bを被覆するシールド膜6を、例えば、スパッタ法や蒸着法などの成膜技術を用いて形成して、高周波モジュール1aが完成する。
したがって、上記した実施形態によれば、段差の高所側の溝11の第2部分11bの面積が、低所側の第2部分11bの面積よりも大きく形成される。このようにすると、高所側の溝11への導電性ペーストの充填容量が低所側の溝11よりも増えるため、導電性ペーストを充填しにくい高所側の溝11の第1部分11aへの充填性を向上させることができる。
また、封止樹脂層4の上面4aに段差が設けられるため、例えば、複数の部品3a,3bのうち、厚みが厚い方の部品3a,3bを封止樹脂層4の段差の高所側に配置し、薄い方の部品3a,3bを封止樹脂層4の低所側に配置するなどして、封止樹脂層4の余分な部分を減らすことができる。また、シールド壁5が、封止樹脂層4の段差と交差するように配設されるため、配線基板2の上面20aに実装された部品3a,3bの配置自由度を向上することができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態にかかる高周波モジュールについて、図4および図5を参照して説明する。なお、図4は高周波モジュールの斜視図、図5は溝11の断面形状を説明するための図である。また、図4ではシールド膜6を図示省略している。また、図5(a)は図4の矢印H1の高さ位置での溝11の断面図、図5(b)は図4の矢印H3の高さ位置での溝11の断面図、図5(c)は図4の矢印H4の高さ位置での溝11の断面図、図5(d)は図4の矢印H2の高さ位置での溝11の断面図を示す。
この実施形態にかかる高周波モジュール1bが、図1〜図3を参照して説明した第1実施形態の高周波モジュール1aと異なるところは、図4に示すように、封止樹脂層4の段差形状が異なることである。その他の構成は、第1実施形態の高周波モジュール1aと同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。
この場合、封止樹脂層4の上面4aの段差は、高所面4a1および低所面4a2と、高所(高所面4a1)から低所(低所面4a2)に向かって傾斜する段差面4a4とで形成されている。また、溝11の第2部分11bは、いずれの断面でも幅W1(上面4aの高さ位置の幅)が同じで、溝11の深さ方向の長さが高所側から低所側に向かうにつれて小さくなるように形成される(L1>L3>L4>L2)。したがって、段差面4a4に形成される溝11については、いずれの断面も第2部分11bの面積が、高所側の溝11の第2部分11bの面積と低所側の溝の第2部分11bの面積の間の大きさで形成される。また、段差面4a4の溝11の第2部分11bの面積は、図5(b)および(c)に示すように、段差の高所側から低所側に向かうにつれて小さくなるように形成される。
この構成によると、段差が傾斜面(段差面4a4)を有する場合であっても、溝11の全長に渡って導電性ペーストの充填性の向上を図ることができる。また、例えば、封止樹脂層4の段差を金型で成形する場合は、封止樹脂層4の金型からの抜けが容易になる。
(溝の変形例)
次に、溝11の変形例について、図6〜図8を参照して説明する。なお、図6〜図8は、溝11の断面形状の変形例を示す図であり、図5に対応する図である。
溝11の断面形状は、適宜、変更することができる。例えば、図6に示すように、溝11の第1部分11aの上端位置での幅と、第2部分11bの下端位置での幅とを同じ大きさで形成した上で、溝11の第2部分の拡開の度合を第1部分の拡開の度合よりも大きくして溝11を形成するようにしてもよい。
また、図7に示すように、高所側の溝11の第2部分11bの面積を、低所側の溝11の第2部分の面積よりも大きくするに当たり、第2部分11bの溝11の深さ方向の長さL5の大きさを変えずに、第2部分11bの封止樹脂層4の上面4aの位置での幅を変えるようにしてもよい。この場合、高所側の溝11の第2部分11bの幅W1より低所側の溝11の第2部分11bの幅W2を小さくする。また、段差面4a4の溝11については、いずれの断面も第2部分11bの幅を、高所側の幅W1と低所側の幅W2の間の大きさで形成するとともに、高所側から低所側に向かうにつれて幅を小さくする(W1>W3>W4>W2)。
また、図8に示すように、溝11が第1部分11aと第2部分11bの2部分構成から、1部分構成にしてもよい。この場合、溝11を配線基板2の上面20aから封止樹脂層4の上面4aに向かう方向に拡開する断面形状に形成する。また、このときの拡開の度合は、段差の高所側が低所側よりも大きく形成する。段差面4a4の溝11の拡開の度合については、いずれの断面も高所側の拡開の度合と低所側の拡開の度合の間の度合で形成するとともに、高所側から低所側に向かうにつれて拡開の度合を小さくする。このようにすると、封止樹脂層4の上面4aの高さ位置での溝11の幅は、高所側の溝11が低所側の溝11よりも大きくなる(W1>W3>W4>W2)。また、溝11のうち配線基板2の上面20aに接する部分の幅を、溝の高さによらず一定にできることから、配線基板2において部品を実装できる領域を広く保つことができる。
このように、溝11を、図6〜図8に示すような断面形状にしても、第2実施形態の高周波モジュール1bの効果と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。例えば、第1実施形態の溝11の断面形状を、図6〜図8に示した断面形状で形成するようにしてもよい。
また、本発明は、配線基板に実装された複数の部品を被覆する封止樹脂層と、部品間のノイズの相互干渉を防止するためのシールド壁とを備える種々の高周波モジュールに適用することができる。
1a〜1b 高周波モジュール
2 配線基板
20a 上面(主面)
3a,3b 部品
4 封止樹脂層
4a 上面(対向する面)
5 シールド壁
11 溝
11a 第1部分
11b 第2部分

Claims (6)

  1. 配線基板と、
    前記配線基板の主面に実装された複数の部品と、
    前記配線基板の前記主面に積層されるとともに、前記配線基板の前記主面側の面と対向する面に段差が設けられた、前記複数の部品を覆う封止樹脂層と、
    前記配線基板を平面視して前記段差と交差するように前記封止樹脂層に形成され、前記複数の部品のうち所定の部品と他の部品との間を通る溝と、
    前記溝内に配置され、導体で形成されたシールド壁とを備え、
    前記溝には、前記配線基板の前記主面と垂直な方向であって、当該溝と交差する方向の断面において、前記配線基板の前記主面側の第1部分と、該第1部分と連続する前記封止樹脂層の前記対向する面側の第2部分とがあり、
    前記断面において、前記段差の高所側に位置する前記溝の前記第2部分の面積は、前記段差の低所側に位置する前記溝の前記第2部分の面積よりも大きく形成されていることを特徴とする高周波モジュール。
  2. 前記第2部分は、前記段差の高所側での前記溝の深さ方向の長さが、低所側での当該方向の長さよりも大きく形成されることにより、前記段差の高所側での前記第2部分の面積が、低所側での前記第2部分の面積よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項1に記載の高周波モジュール。
  3. 前記第2部分は、前記段差の高所側での前記封止樹脂層の前記対向する面の高さ位置での幅が、低所側での当該高さ位置での幅よりも大きく形成されることにより、前記段差の高所側での前記第2部分の面積が、低所側での前記第2部分の面積よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の高周波モジュール。
  4. 前記段差は、高所側と低所側とを繋ぐ傾斜面を有し、
    前記傾斜面における前記第2部分の面積は、前記段差の高所側の面積と低所側の面積の間の大きさで形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の高周波モジュール。
  5. 前記傾斜面における前記第2部分の面積は、前記段差の高所側から低所側に向かうにつれて小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項4に記載の高周波モジュール。
  6. 配線基板と、
    前記配線基板の主面に実装された複数の部品と、
    前記配線基板の前記主面に積層されるとともに、前記配線基板の前記主面側の面と対向する面に段差が設けられた、前記複数の部品を覆う封止樹脂層と、
    前記配線基板を平面視して前記段差と交差するように前記封止樹脂層に配設され、前記複数の部品のうち所定の部品と他の部品との間を通る溝と、
    前記溝内に配置され、導体で形成されたシールド壁とを備え、
    前記溝は、前記封止樹脂層の前記配線基板の前記主面側の面から前記対する面に向かう方向に拡開する断面形状を有し、
    前記段差の高所側に位置する前記溝の断面形状の拡開の度合は、前記段差の低所側に位置する前記溝の断面形状の拡開の度合よりも大きく形成されていることを特徴とする高周波モジュール。
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