JP6911917B2

JP6911917B2 - モジュール

Info

Publication number: JP6911917B2
Application number: JP2019510121A
Authority: JP
Inventors: 喜孝松川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: WO2018181708A1; JPWO2018181708A1

Description

本発明は、放熱部材を備えるモジュールに関する。

携帯端末装置などに搭載されるモジュールには、配線基板にＩＣを含む複数の部品が実装され、該部品が樹脂で封止されたものがある。この種のモジュールでは、実装部品などからの発熱により使用時に高温となる場合があり、実装部品の特性が変化したり、誤動作が生じたりするなどの不具合が生じる場合がある。そこで、従来、放熱機構を備えたモジュールが提案されている。例えば、図１１に示すように、特許文献１に記載のモジュール１００では、配線基板１０１に、発熱部品である半導体素子１０２と、チップコンデンサなどの複数のチップ部品１０３とが実装され、これらの実装部品（半導体素子１０２、複数のチップ部品１０３）が封止樹脂層１０４に封止される。また、封止樹脂層１０４の上面１０４ａは、放熱用の導体層１０５で被覆され、半導体素子１０２の上面１０２ａと導体層１０５とが複数の導電性ポスト１０６で接続されている。

特許第５１９５９０３号公報（段落００５３〜００５５、図１１等参照）

しかしながら、従来のモジュール１００のように、半導体素子１０２がフェイスダウンで実装された場合は、発熱領域は回路が形成された下面１０２ｂであるため、発熱領域から離れた上面１０２ａに導電性ポスト１０６を接続させて放熱する構成では、放熱が十分に行われないおそれがある。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、実装部品から発熱した熱を効率よく放熱することができるモジュールを提供す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部品と、前記部品と接触する部分を有する放熱部材と、前記配線基板の前記主面に当接する当接面と、該当接面に対向する対向面と、前記当接面と前記対向面の端縁同士を繋ぐ側面とを有し、前記部品および前記放熱部材を封止する封止樹脂層とを備え、前記部品は、前記配線基板の前記主面に対向して配置される第１面と、該第１面に対向する第２面と、前記第１面と前記第２面の端縁同士を繋ぐ側面とを有し、前記放熱部材は、少なくとも前記部品の前記側面に接触し、前記封止樹脂層の前記対向面および前記側面を被覆するシールド膜をさらに備え、前記放熱部材の一部が、前記封止樹脂層の前記側面から露出して、前記シールド膜に接続されていることを特徴としている。

この構成によれば、放熱部材が、部品の発熱領域に近接した箇所に接しているため、部品から発生した熱を効率よく放熱することができる。また、部品から発生する熱をシールド膜から放熱することができるため、モジュールの放熱特性を向上させることができる。

また、前記放熱部材は、前記封止樹脂層の前記対向面から露出している部分があってもよい。この構成によれば、部品からの熱を封止樹脂層の対向面側から放熱することができる。

前記放熱部材および前記シールド膜が、いずれも導電性材料で構成されていてもよい。この構成によれば、モジュールの放熱特性をさらに向上させることができる。

また、前記放熱部材は、前記封止樹脂層の前記当接面から露出している部分があってもよい。

この構成によれば、放熱部材と配線基板が接触するため、部品から発生した熱を放熱部材を介して配線基板側に放熱することができる。

また、前記放熱部材は、前記配線基板の前記主面に形成された電極に接触し、前記電極が、前記配線基板に形成されたグランド電極に接続されていてもよい。

この構成によれば、放熱部材が、比較的大面積で形成されるグランド電極に接続されるため、放熱部材による放熱特性が向上する。また、通常、グランド電極は、モジュールが実装されるマザー基板に接続される。そのため、部品から発生した熱をグランド電極を介してマザー基板に放出できる。これにより、部品から発生した熱のより効率的な放熱が可能となる。また、シールド膜とグランド電極とが放熱部材により接続される場合は、放熱部材をシールド膜を接地するための導体として利用できる。

また、前記放熱部材は、前記部品の前記第２面に接触する部分があってもよい。この構成によれば、放熱部材と部品との接触面積が増えるため、放熱部材による放熱特性を向上させることができる。

また、前記放熱部材は、前記部品の前記第２面に当接する板状の部分と、前記板状の部分の前記部品の前記第２面に当接する面から、前記配線基板の前記主面の方向に延在する複数の脚部とを有し、前記複数の脚部は、前記部品の前記側面に接触していてもよい。

この構成によれば、放熱部材により、配線基板側への放熱経路を形成することができる。また、部品が放熱部材で密封されないため、封止樹脂層による部品の封止性が向上する。

本発明によれば、放熱部材が、部品の発熱領域に近接した箇所に接しているため、部品から発生した熱を効率よく放熱することができる。

本発明の第１実施形態にかかるモジュールの断面図である。図１のモジュールのシールド膜を除いた状態の平面図である。図１のモジュールの製造方法を説明するための図である。図１の放熱部材の変形例を示す図である。本発明の第２実施形態にかかるモジュールの断面図である。本発明の第３実施形態にかかるモジュールの断面図である。本発明の第４実施形態にかかるモジュールの断面図である。本発明の第５実施形態にかかるモジュールの断面図である。図８の放熱部材の斜視図である。本発明の第６実施形態にかかるモジュールの断面図である。従来のモジュールの断面図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態にかかるモジュール１ａについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１はモジュール１ａの断面図、図２はシールド膜６を除いた状態のモジュール１ａの平面図、図３はモジュール１ａの製造方法を説明するための図であって、（ａ）〜（ｆ）はその各工程を示す。

この実施形態にかかるモジュール１ａは、図１に示すように、配線基板２と、該配線基板２の上面２ａ（本発明の「配線基板の主面」に相当）に実装された複数の部品３ａ、３ｂと、配線基板２の上面２ａに積層された封止樹脂層４と、封止樹脂層４の上面４ａおよび側面４ｃと、配線基板２の側面２ｃとを被覆するシールド膜６と、封止樹脂層４内に設けられた放熱部材５ａ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が積層されて成る。配線基板２の上面２ａには、各部品３ａ，３ｂの実装用の実装電極７ａや、放熱部材５ａに接続される表層電極７ｂ（本発明の「電極」に相当）が形成される。表層電極７ｂは、配線基板２の上面２ａに対して垂直な方向から見たときに、放熱部材５ａと重なる位置であって、放熱部材５ａと略同形状の、輪郭が矩形で部品３ａを囲む形状に形成される。配線基板２の下面２ｂには、外部接続用の複数の外部電極（図示省略）が形成される。また、隣接する絶縁層間それぞれに、各種の内部配線電極８が形成されるとともに、配線基板２の内部には、異なる絶縁層に形成された内部配線電極８同士を接続するための複数のビア導体（図示省略）が形成される。

なお、実装電極７ａ、表層電極７ｂ、外部電極および内部配線電極８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、各ビア導体は、ＡｇやＣｕ等の金属で形成されている。なお、各実装電極７ａ、表層電極７ｂ、外部電極には、Ｎｉ／Ａｕめっきがそれぞれ施されていてもよい。

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、半田接合などの一般的な表面実装技術により配線基板２に実装される。この実施形態では、放熱部材５ａで囲まれた部品３ａ（本発明の「部品」に相当）は、発熱部品である半導体素子で構成され、部品３ｂがチップコンデンサで形成されている。なお、部品３ａは、下面３ａ２（本発明の「部品の第１面」に相当）に回路が形成されており、フェイスダウンでフリップチップ実装されている。

封止樹脂層４は、各部品３ａ，３ｂおよび放熱部材５ａを被覆して配線基板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。なお、封止樹脂層４の上面４ａが、本発明の「封止樹脂層の対向面」に相当し、下面４ｂが、本発明の「封止樹脂層の当接面」に相当する。

放熱部材５ａは、例えば、ＡｇやＣｕを主成分とする導電性ペーストで形成されており、配線基板２の上面２ａに対して垂直な方向から見たときに、半導体素子で構成された部品３ａを囲むように封止樹脂層４内に配設される。具体的には、放熱部材５ａは、角筒状に形成されており、内側面５ａ１が部品３ａの４つの側面３ａ３全てに当接している。また、放熱部材５ａにおける封止樹脂層４の厚み方向の上端が、封止樹脂層４の上面４ａから露出し、シールド膜６に接続される。一方、放熱部材５ａにおける封止樹脂層４の厚み方向の下端が、封止樹脂層４の下面４ｂから露出して、表層電極７ｂに接続される。なお、表層電極７ｂは、配線基板２に形成された内部配線電極８（グランド電極（図示省略））に接続されており、放熱部材５ａが表層電極７ｂに接続されることにより、シールド膜６の接地が可能となっている。

シールド膜６は、例えば、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で形成することができる。

（モジュール１ａの製造方法）
次に、図３を参照して、モジュール１ａの製造方法の一例について説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、各種内部配線電極８や実装電極７ａ、表層電極７ｂ、外部電極等が形成された配線基板２を準備し、実装電極７ａに半田ペーストを塗布する。半田ペーストの塗布方法としては、例えば、メタルマスクを用いた印刷方式、ディスペンサ方式などがある。

次に、図３（ｂ）に示すように、マウンターなどの部品搭載装置により、配線基板２の上面２ａの所定位置に各部品３ａ，３ｂを搭載した後、リフロー炉にて半田接合を行う。半田接合後は、フラックス洗浄を行うのが好ましい。

次に、図３（ｃ）に示すように、配線基板２の上面２ａに封止樹脂層４を形成する。封止樹脂層４の形成方法としては、ディスペンス方式、印刷方式、コンプレッションモールド方式などがある。

次に、図３（ｄ）に示すように、封止樹脂層４に放熱部材５ａを配設するための溝９を形成する。このとき、封止樹脂層４から部品３ａの側面３ａ３が露出するような溝９を形成する。溝の形成方法としては、例えば、レーザ加工、ルータ加工、ダイシングなどがある。

次に、図３（ｅ）に示すように、溝９にＡｇやＣｕを主成分とする導電性ペーストを充填し、これを硬化させることにより放熱部材５ａを形成する。これにより、放熱部材５ａの内側面５ａ１が部品３ａの側面３ａ３に当接した状態となる。

次に、図３（ｆ）に示すように、封止樹脂層４の上面４ａおよび側面４ｃ、および、配線基板２の側面２ｃを被覆するシールド膜６を形成して、モジュール１ａが完成する。シールド膜６は、例えば、それぞれスパッタ法や真空蒸着法により、密着膜、導電膜、保護膜の順に成膜することで得ることができる。

したがって、上記した実施形態によれば、放熱部材５ａが、部品３ａの発熱領域である下面３ａ２に近い側面３ａ３に接しているため、部品３ａの上面３ａ１（本発明の「部品の第２面」に相当）に放熱部材を接触させる構成と比較して、部品３ａから発生した熱を効率よく放熱することができる。また、部品３ａの側面３ａ３の全面が放熱部材５ａに接するため、より効率よく放熱することができる。

また、放熱部材５ａはシールド膜６に接続されているため、部品３ａから発生した熱がシールド膜６に伝わることにより、シールド膜６を介して外気に放熱することができる。また、放熱部材５ａは、配線基板２に形成された表層電極７ｂにも接続されるため、内部配線電極８等の導体が多い配線基板２側からも、部品３ａから発生した熱を放熱することができる。また、モジュール１ａが実装されるマザー基板側に放熱する場合は、その放熱経路が短くなるため、効率的な放熱が可能になる。

また、配線基板２の内部配線電極８（グランド電極）とシールド膜６とは、放熱部材５ａを介して接続される。この場合、内部配線電極８（グランド電極）を配線基板２の側面２ｃから露出させてシールド膜６と接続させる構成と比較して、シールド膜６と内部配線電極８との接続抵抗を低くできる。

また、部品３ａが放熱部材５ａで囲まれるため、放熱部材５ａを部品３ａのシールドとして利用することができ、部品３ａに対するシールド特性が向上する。

（放熱部材の変形例）
上記した実施形態では、放熱部材５ａを角筒状に形成して、部品３ａの４つの側面３ａ３の全面が放熱部材５ａに接する場合について説明したが、部品３ａの側面３ａ３の一部が放熱部材に接触する構成であってもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、部品３ａの４つの側面３ａ３のうち、対向する２つの側面３ａ３のみに接するように、２つの板状の放熱部材５ｂを形成してもよい。また、図４（ｂ）に示すように、複数の柱状の放熱部材５ｃを、部品３ａを囲むように配線基板２に立設し、各放熱部材５ｃそれぞれの周側面の一部が、部品３ａの側面３ａ３に接するようにしてもよい。なお、図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ放熱部材の変形例を示す図であって、図２に対応する図である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態にかかるモジュール１ｂについて、図５を参照して説明する。なお、図５はモジュール１ｂの断面図である。

この実施形態にかかるモジュール１ｂが、図１〜図３を参照して説明した第１実施形態のモジュール１ａと異なるところは、図５に示すように、放熱部材の構成が異なることである。その他の構成は、第１実施形態のモジュール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。

この実施形態の放熱部材５ｄは、第１実施形態の放熱部材５ａの構成に加えて、部品３ａの上面３ａ１に当接する部分５ｄ１（以下、上面当接部５ｄ１という場合もある。）を有する。この場合、例えば、各部品３ａ，３ｂを実装した後に、部品３ａの上面３ａ１に導電性ペーストを塗布して上面当接部５ｄ１を形成し、この状態で封止樹脂層４を形成した後、第１実施形態の放熱部材５ａの形成方法と同じ方法で、放熱部材５ｄの残りの部分を形成する。

この構成によれば、部品３ａは、４つの側面３ａ３のみならず、上面３ａ１も放熱部材５ｄに接することになるため、部品３ａから発生した熱の放熱特性がさらに向上する。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態にかかるモジュール１ｃについて、図６を参照して説明する。なお、図６はモジュール１ｃの断面図である。

この実施形態にかかるモジュール１ｃが、図１〜図３を参照して説明した第１実施形態のモジュール１ａと異なるところは、図６に示すように、放熱部材の構成が異なることである。その他の構成は、第１実施形態のモジュール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。

この実施形態の放熱部材５ｅは、上端が部品３ａの上面３ａ１と略同じ高さとなるように形成され、放熱部材５ｅが封止樹脂層４の上面４ａから露出しない。このような放熱部材５ｅは、例えば、封止樹脂層４を２段階で形成することにより形成することができる。具体的には、各部品３ａ，３ｂの実装後にエポキシ樹脂で部品３ａ，３ｂを封止した後（１段階目の封止樹脂層）、この封止樹脂層の上面を研磨または研削して部品３ａの上面３ａ１を露出させる。次に、第１実施形態の放熱部材５ａの形成方法と同じ要領で、部品３ａの４つの側面３ａ３が露出するように溝を形成し、該溝に導電性ペーストを充填して放熱部材５ｅを形成する。次に、１段階目の封止樹脂層に２段階目の封止樹脂層を積層して封止樹脂層４が完成する。

この構成によれば、部品３ａから発生した熱を、配線基板２側に効率よく放熱することができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態にかかるモジュール１ｄについて、図７を参照して説明する。なお、図７はモジュール１ｄの断面図である。

この実施形態にかかるモジュール１ｄが、図１〜図３を参照して説明した第１実施形態のモジュール１ａと異なるところは、図７に示すように、放熱部材の構成が異なることである。その他の構成は、第１実施形態のモジュール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。

この実施形態の放熱部材５ｆは、下端が封止樹脂層４の下面４ｂから露出していないところが第１実施形態の放熱部材５ａと異なる。この放熱部材５ｆは、第１実施形態の放熱部材５ａと略同じ要領で形成するが、導電性ペーストを充填する溝９（図３参照）を、部品３ａの下面３ａ２に到達するが、表層電極７ｂは露出しない深さで形成する。

この構成によれば、部品３ａから発生した熱を、シールド膜６を介して外気に効率よく放熱することができる。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態にかかるモジュール１ｅについて、図８および図９を参照して説明する。なお、図８はモジュール１ｅの断面図、図９は放熱部材５ｇの斜視図である。

この実施形態にかかるモジュール１ｅが、図１〜図３を参照して説明した第１実施形態のモジュール１ａと異なるところは、図８に示すように、放熱部材の構成が異なることである。その他の構成は、第１実施形態のモジュール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。

この実施形態の放熱部材５ｇは、図８および図９に示すように、部品３ａの上面３ａ１に当接する板状の部分５ｇ１（以下、板状部５ｇ１という）と、該板状部５ｇ１の部品３ａの上面３ａ１との当接面から配線基板２の上面２ａの方向に延在する複数（この実施形態では４つ）の脚部５ｇ２とを有する。板状部５ｇ１は矩形状に形成されており、板状部５ｇ１の四隅それぞれに脚部５ｇ２が配置され、脚部５ｇ２それぞれの先端部が配線基板２の表層電極７ｂに半田で接続される。そして、板状部５ｇ１が部品３ａの上面３ａ１に当接し、４つの脚部５ｇ２それぞれが部品３ａの側面３ａ３に接することで、放熱部材５ｇが部品３ａを覆うように配設される。なお、放熱部材５ｇは、例えば、板状の金属板に折り曲げ加工を施すなどして形成することができる。

この構成によると、放熱部材５ｇにより、部品３ａから発生した熱を配線基板２側に放熱する放熱経路を形成することができる。また、放熱部材５ｇは、部品３ａを覆う形状でありながら、脚部５ｇ２間には隙間があるため、配線基板２に放熱部材５ｇを搭載した後で封止樹脂層４を形成しても、部品３ａの下面３ａ２と配線基板２の上面２ａとの間に封止樹脂層４の樹脂を容易に充填することができるため、部品３ａの封止性が向上する。

＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態にかかるモジュール１ｆについて、図１０を参照して説明する。なお、図１０はモジュール１ｆの断面図である。

この実施形態にかかるモジュール１ｆが、図１〜図３を参照して説明した第１実施形態のモジュール１ａと異なるところは、図１０に示すように、部品３ａおよび放熱部材５ａの配置が異なることである。その他の構成は、第１実施形態のモジュール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。

この実施形態では、部品３ａが配線基板２の上面２ａの周縁近傍に配置され、放熱部材５ａの外側面５ａ２の一部が、封止樹脂層４の側面４ｃから露出してシールド膜６に接触している。

この構成によれば、放熱部材５ａとシールド膜６との接触面積が増えるため、部品３ａから発生した熱の放熱特性が向上する。また、シールド膜６と内部配線電極８（グランド電極）との接続抵抗も低くなるため、シールド膜６のシールド特性が向上する。

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、上記した各実施形態や変形例の構成を組合わせてもよい。

また、配線基板２を構成する絶縁層や配線層の層数は、適宜変更することができる。

また、本発明は、配線基板に実装された部品を被覆する封止樹脂層と、部品から発生した熱を放熱する放熱部材とを備える種々のモジュールに本発明を適用することができる。

１ａ〜１ｅモジュール
２配線基板
２ａ配線基板の上面（配線基板の主面）
２ｃ配線基板の側面
３ａ部品
３ａ１部品の上面（第２面）
３ａ２部品の下面（第１面）
３ａ３部品の側面
４封止樹脂層
４ａ封止樹脂層の上面（対向面）
４ｂ封止樹脂層の下面（当接面）
４ｃ封止樹脂層の側面
５ａ〜５ｇ放熱部材
６シールド膜
７ｂ表層電極（電極）
８内部配線電極（グランド電極）

Claims

配線基板と、
前記配線基板の主面に実装された部品と、
前記部品と接触する部分を有する放熱部材と、
前記配線基板の前記主面に当接する当接面と、該当接面に対向する対向面と、前記当接面と前記対向面の端縁同士を繋ぐ側面とを有し、前記部品および前記放熱部材を封止する封止樹脂層とを備え、
前記部品は、前記配線基板の前記主面に対向して配置される第１面と、該第１面に対向する第２面と、前記第１面と前記第２面の端縁同士を繋ぐ側面とを有し、
前記放熱部材は、少なくとも前記部品の前記側面に接触し、
前記封止樹脂層の前記対向面および前記側面を被覆するシールド膜をさらに備え、
前記放熱部材の一部が、前記封止樹脂層の前記側面から露出して、前記シールド膜に接続されていることを特徴とするモジュール。
前記放熱部材は、前記封止樹脂層の前記対向面から露出している部分があることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
前記放熱部材および前記シールド膜が、いずれも導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載のモジュール。
前記放熱部材は、前記封止樹脂層の前記当接面から露出している部分があることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモジュール。
前記放熱部材は、前記配線基板の前記主面に形成された電極に接触し、
前記電極が、前記配線基板に形成されたグランド電極に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のモジュール。
前記放熱部材は、前記部品の前記第２面に接触する部分があることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のモジュール。
前記放熱部材は、前記部品の前記第２面に当接する板状の部分と、前記板状の部分の前記部品の前記第２面に当接する面から、前記配線基板の前記主面の方向に延在する複数の脚部とを有し、
前記複数の脚部は、前記部品の前記側面に接触していることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。