JPWO2006046713A1 - 電子部品モジュール及び無線通信機器 - Google Patents

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Abstract

配線基板１上に、発振回路及び増幅回路を有するＩＣ素子２を搭載するとともに、ＩＣ素子２を、ＩＣ素子２上面に窓部４ａを有した封止樹脂層４により被覆し、その上からシールド層５を封止樹脂層４及び窓部４ａに被着させる。簡単な構造で、ＩＣ素子２への電磁波の侵入を低減し、ＩＣ素子２からの送信信号を安定させることが可能になる。

Description

本発明は、無線通信等に用いられる電子部品モジュール及びこれを用いた無線通信機器に関するものである。
従来より、無線通信等に用いられる、送信用の信号を出力する電子部品モジュールが用いられている。
かかる従来の電子部品モジュールは、例えば、配線基板上にフリップチップ実装型のＩＣ素子を搭載するとともに、その上からＩＣ素子を被覆する封止樹脂層が形成されたものが知られている（特許文献１参照）。
前記電子部品モジュールは、発振回路及び増幅回路を有しており、発振回路によって基準信号を発振し、その基準信号にデータ信号を混合し、これを増幅回路によって増幅して送信用の信号を出力する。また、このような電子部品モジュールに、アンテナ及び送受信回路等を接続することにより、パーソナルコンピュータや携帯情報機器等に搭載可能な小型の無線通信機器が構成される。
特開２０００−２４３８８２号公報
しかしながら、従来の電子部品モジュールを例えば無線通信機器に組み込んだ場合、無線通信機器の内部に組み込まれた他の高周波部品から漏れる電磁波が電子部品モジュールの発振回路や増幅回路にノイズとなって侵入しやすく、電子部品モジュールが正常に機能しなくなる状態が多く発生していた。
すなわち、従来の電子部品モジュールにおいては、配線基板上に搭載されたＩＣ素子を被覆する封止樹脂層は、電磁波を通過させてしまうので、ＩＣ素子内で発振回路や増幅回路に、不要な電磁波が侵入しやすく、電子部品モジュールの動作が不安定になるという欠点を有していた。
本発明は前記欠点に鑑みて考案されたものであり、その目的は、配線基板上にＩＣ素子を搭載した電子部品モジュールにおいて、簡単な構造で、不要な電磁波の侵入を低減し、安定して動作させることが可能な電子部品モジュール及びこれを用いた無線通信機器を提供することにある。
本発明の電子部品モジュールは、前記ＩＣ素子の配線基板と反対側の面の一部を除いて、該ＩＣ素子を被覆する封止樹脂層と、該封止樹脂層、及び前記ＩＣ素子の前記封止樹脂層で被覆されなかった部分に被着されたシールド層とを有することを特徴とするものである。
本発明の電子部品モジュールによれば、ＩＣ素子を、ＩＣ素子上面の一部が露出するように窓部を有した封止樹脂層により被覆するとともに、前記窓部から露出するＩＣ素子上面及び前記封止樹脂層にシールド層を被着させている。この構造により、シールド層がＩＣ素子の基板電位とほぼ同電位に保持される。これによって、ＩＣ素子の基板電位の変動を抑制し、ＩＣ素子の動作を安定化させることが可能となる。シールド層が全体にわたって基準電位に保持され、これによって、また、ＩＣ素子の上面側がシールド層で覆われることによりＩＣ素子内の発振回路や増幅回路を構成する回路配線等に外部からの不要な電磁波が侵入しにくくなり、電子部品モジュールを安定して動作させることができるようになる。
なお、本発明における「基準電位」とは、グランドに接続された導体が有する電位のことを云い、実質的には接地電位のことである。
前記シールド層の外周部を、前記封止樹脂層の側面に沿って、前記配線基板にまで延在させ、該延在部を前記配線基板の上面及び／又は側面に被着させることが好ましい。この構造により、ＩＣ素子が全体的にシールド層により覆われるようになる。これにより基板電位と同等の電位を有する領域面積が拡大するので、ＩＣ素子の上面のみが基準電位に保持される場合に比し、ＩＣ素子の基板電位の変動を抑制し、ＩＣ素子の動作を安定化させることが可能となる。
前記配線基板の外周部にわたって切り欠きが形成されており、該切り欠きに前記シールド層の延在部を被着させることが好ましい。これによって、シールド層と配線基板との接合が強化され、より確実にシールド層を配線基板に被着させることができる。
前記封止樹脂層及び前記配線基板の前記ＩＣ素子を実装した面の外周が、前記シールド層の延在部によって環状に被覆されていることがさらに好ましい。この構造により、シールド層に侵入した電磁波が配線基板の外周に効率よく分散されるので、ＩＣ素子内への不要な電磁波の侵入がより低減される。
更にまた本発明の電子部品モジュールによれば、前記配線基板中にＬＣ共振回路を含むフィルタ素子が内蔵されており、該フィルタ素子と前記ＩＣ素子との間に位置する前記配線基板内に、遮蔽用導体パターンが介在されていることが好ましい。これによって、前記配線基板中にＬＣ共振回路を含むフィルタ素子を内蔵させることにより、チップインダクタやチップコンデンサ等のチップ部品を配線基板上に設けることなくＬＣ共振回路を形成することができ、電子部品モジュールを小型化することが可能となる。しかも、前記フィルタ素子と前記ＩＣ素子との間に位置する前記配線基板内に、基準電位に保持される遮蔽用導体パターンを介在させていることから、前記フィルタ素子と前記ＩＣ素子との間で発生し得る電磁的な干渉を抑制することができる。
また、前記シールド層の延在部の下端の高さは、この遮蔽用導体パターンをと同等、もしくはそれ以下の高さ位置に配置されていることが好ましい。この構造により、横方向からの電磁波についてもＩＣ素子内への侵入を抑制することができ、電子部品モジュールの動作をいっそう安定化させることが可能となる。
また本発明の無線通信機器は、前記電子部品モジュールと該電子部品モジュールに接続されるアンテナ及び送受信回路とを含んで形成されている。この構造によれば、電子部品モジュールと無線通信機器内に一緒に組み込まれる他の高周波部品との間に、各部品から漏れる電磁波の影響を抑制するための構造、例えば、電子部品モジュールと他の高周波部品とを充分離間させて配置させることや、電子部品モジュールに金属製のシールドカバーを装着させる等の構造を形成する必要がないため、無線通信機器の構成が簡素化し、小型で通信特性に優れた無線通信機器とすることが可能になる。
本発明における前述の、又はさらに他の利点、特徴及び効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施形態に係る電子部品モジュールの概観斜視図である。 同電子部品モジュールのシールド層５及び封止樹脂層４を省略して示した外観斜視図である。 電子部品モジュールの断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、電子部品モジュールの製造工程を説明する図である。
符号の説明

１・・・配線基板
２・・・ＩＣ素子
３・・・チップ型電子部品
４・・・封止樹脂層
４ａ・・窓部
５・・・シールド層
７・・・遮蔽用導体パターン
８・・・フィルタ素子
９・・・切り欠き
１０・・・母配線基板
４１・・・第１のダイシングブレード
４２・・・第２のダイシングブレード
以下、本発明の電子部品モジュールを添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態においては、ブルートゥース等の通信モジュールとしての電子部品モジュールについて説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る電子部品モジュールの概観斜視図である。図３は、この電子部品モジュールの断面図である。
電子部品モジュールは、配線基板１上に搭載したＩＣ素子２が、封止樹脂層４により被覆された構造を有している。封止樹脂層４の表面にはシールド層５が被着されている。
なお、図２はシールド層５及び封止樹脂層４を省略して示したものである。
配線基板１は、例えば、ガラス−セラミックス、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる絶縁層が複数個積層されてなる積層体の内部及び表面に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ及びＭｏ等の金属材料を主成分とする回路配線や接続パッドが形成されたものである。
また配線基板１の内部には、図３に示すように、ＬＣ共振回路等によって構成されるフィルタ素子８が形成されている。フィルタ素子８は、ＩＣ素子２に入出力する信号から所定の周波数帯のデータ信号を選択する機能を備えている。
更に配線基板１の内部には、フィルタ素子８とＩＣ素子２との間に位置する遮蔽用導体パターン７が介在されており、ＩＣ素子２とフィルタ素子８との間のアイソレーション性を高めるようにしている。
なお、配線基板１は、ガラス−セラミックスからなる場合、所定のガラス−セラミックス材料粉末に適当な有機溶剤を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に回路配線や接続パッドとなる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等で塗布するとともに、これを複数個積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
前記配線基板１上に搭載されるＩＣ素子２は、例えば、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体素子基板にＡｌ等の回路配線を形成し、発振回路及び増幅回路を構成し、全体を直方体状に樹脂モールドしたものである。
この回路配線が形成された面を下面にして、この下面に形成された複数の電極パッドと、配線基板１上に形成された複数の接続パッドとで対応するもの同士を導電性接合材２ａによって電気的・機械的に接合する。このようにして、ＩＣ素子２を配線基板１上にフリップチップ実装する。
ＩＣ素子２の下面に形成される複数の電極パッドの中には、基準電位用の電極パッドが含まれ、かかる基準電位用の電極パッドは、配線基板上に形成された基準電位用の接続パッドに接合されるようになっている。これによって、ＩＣ素子２の基板電位が基準電位に略等しくなる。
ここで「基準電位」とは、ＩＣ素子２を駆動させるための電源電圧を得るのに基準となる低電位の電位を指し、本実施形態においては、例えば、グランド電位（０Ｖ程度）に設定されている。
また、前記配線基板１上には、ＩＣ素子２の他にチップコンデンサ、チップインダクタ及びダイオード等のチップ型電子部品３も搭載されており、これらの電子部品３がＩＣ素子２と電気的に接続されて発振回路といった所定の回路が構成される。
配線基板１の上面に形成される封止樹脂層４は、例えば、エポキシ等の樹脂材料が用いられる。封止樹脂層４は、ＩＣ素子２の上面の少なくとも一部が露出するように、例えば、円形の窓部４ａを有した形でＩＣ素子２を被覆するとともに、チップ型電子部品３を被覆した構造を有している。
また封止樹脂層４の表面に被着されるシールド層５は、例えば、前記エポキシ等の樹脂材料中にＡｇ、Cu、Pd、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属粉末を分散させたものである。金属粉末の含有量は、金属粉末を含めた樹脂材料全体に対し、５０〜９０重量％であり、より好ましくは６０〜８０重量％である。
このように樹脂材料に金属粉末を分散することによりシールド層５が電磁波を遮蔽する機能を有するようになる。同時に、シールド層５の熱伝導性の向上も図っている。
シールド層５は、封止樹脂層４の表面を全面的に被覆するとともに、封止樹脂層４に設けた窓部４ａから露出するＩＣ素子２の上面に被着するように形成されている。このようにＩＣ素子２とシールド層５とを接触させることによって、シールド層５がＩＣ素子２の基板電位とほぼ同電位に保持され、ＩＣ素子２の基板電位の変動を抑制することができる。また、封止樹脂層４及びＩＣ素子２の上面側に、シールド層５を設けたことにより、ＩＣ素子２内の発振回路や増幅回路を構成する回路配線へ電磁波が侵入しにくくなり、電子部品モジュールの動作を安定化させることが可能なものとなる。
先に述べたＩＣ素子２の基準電位用の電極パッドと電気的に接続される導体パターンをＩＣ素子２上面まで引き回し、シールド層５が基準電位と同電位に保持された導体パターンと直に接触するようにしておけば、ＩＣ素子２の内部に外部から不要な電磁波が侵入するのをより効果的に防止することができる。
しかも、ＩＣ素子２上の封止樹脂層４に窓部４ａを有しており、この窓部４ａから露出するＩＣ素子２の上面とシールド層５とが接触することにより、ＩＣ素子２の外面全体が基準電位に保持されるため、電子部品モジュールをより安定して動作させることができる。
また、基準電位に保持される領域面積が、ＩＣ素子２の外面全体にまで拡大するので、ＩＣ素子２の内部に形成された回路、例えば、増幅回路によって発生する熱が、シールド層５を介して外部へ効率よく放熱されるようになることからによって、ＩＣ素子２の上面から配線基板１に伝導されやすくなることから、ＩＣ素子２の動作が安定するという利点もある。
また、本電子部品モジュールの構造では、シールド層５の外周部を封止樹脂層４の側面に沿ってＩＣ素子２の下方まで延在させ、該延在部６を配線基板１の表面に被着させるようにしている。このようにしておけば、ＩＣ素子２が全体的にシールド層５により覆われるようになるので、ＩＣ素子２内への電磁波の侵入がより低減されるようになる。また、ＩＣ素子２から発生する熱がシールド層５を介して配線基板１側へ伝導されるようになることから、ＩＣ素子２に過度の熱が蓄積されるのを防止してＩＣ素子２の動作がより安定化する。
本実施形態においては、図３に示すように、配線基板１上面の外周部にわたり切り欠き９が形成されており、切り欠き９に臨む配線基板１の表面にシールド層５の延在部６を被着させている。
このような構造にすることで、シールド層５と配線基板１との接合が強化され、シールド層５と配線基板１との接合部に隙間を殆ど形成することなくシールド層５を配線基板１により確実に被着させることができる。
更に、封止樹脂層４及び配線基板１の界面外周をシールド層５の延在部６によって環状に被覆している。この構造により、外部からシールド層５に侵入した電磁波が配線基板１の外周に効率よく分散されて流れていくので、ＩＣ素子２内への電磁波の侵入がより低減されることとなる。
しかも、また、シールド層５の延在部６は、その下端６ａが配線基板１内に設けた遮蔽用導体パターン７の高さ位置よりも低く位置するように形成されている。換言すれば、遮蔽用導体パターン７は、シールド層５の延在部６の下端６ａよりも高い位置に配されている。これによって、横方向からの電磁波がＩＣ素子２内へ侵入することについても低減され有効に防止でき、電子部品モジュールの動作をいっそう安定化させることが可能となる。
また、遮蔽用導体パターン７を配線基板１の側面側に露出させ、遮蔽用導体パターン７の露出部とシールド層５の延在部６とを接続するようにしてもよい。
また、前述したように配線基板１中には、図３に示すように、ＬＣ共振回路を含むフィルタ素子８が内蔵されており、さらにフィルタ素子８とＩＣ素子２との間に位置する配線基板１内には基準電位に保持される遮蔽用導体パターン７が介在されている。これによって、フィルタ素子８とＩＣ素子２との間で発生し得る電磁的な干渉を抑制することができる。このフィルタ素子８は、チップインダクタやチップコンデンサ等のチップ部品を配線基板上に設けることなく、配線基板１の内部でＬＣ共振回路を形成しているので、電子部品モジュールの全体構造を小型化することができる。
かくして前述した本発明の電子部品モジュールは、ＩＣ素子２を被覆する封止樹脂層４の表面全体にわたってシールド層５を被着させたことにより、ＩＣ素子２の基板電位の変動を抑制するとともに、ＩＣ素子２内の発振回路や増幅回路などを構成する回路配線に不要な電磁波が進入するのを妨げ、動作が非常に安定した通信モジュールとして機能する。
次に、本実施形態の電子部品モジュールの製造方法を、図４（ａ）〜図４（ｅ）を用いて説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、配線基板領域が複数個マトリクス状に配列された母配線基板１０を準備し、該母配線基板１０の上面における各配線基板領域にフリップチップ実装型のＩＣ素子２及びチップ型電子部品３を所定位置に搭載する。複数個マトリクス状に配列した母配線基板１０を準備する。なお、図示していないが、母配線基板１０の内部で各配線基板領域には、フィルタ素子８や遮蔽用導体パターン７が形成されている。
このとき、ＩＣ素子２、チップ型電子部品３及び母配線基板１０に設けた回路配線等は、それぞれ電気的に接続され、所定の発振回路及び増幅回路が構成されている。
次に、図４（ｂ）に示すように、エポキシ等の液状樹脂を用いて、母配線基板１０上に、スクリーン印刷等によって、ＩＣ素子２の上面に窓部４ａが形成されるようにして、塗布し熱硬化させ、封止樹脂層４を形成する。窓部４ａには、封止樹脂層４が形成されていない。
次に、図４（ｃ）に示すように、それぞれの配線基板に対応する領域の境界に沿って、第１のダイシングブレード４１を用いて封止樹脂層４を切断する。これによって、配線基板に対応する領域の境界部に、境界を跨る溝４３が形成される。このとき、ダイシングブレード４１は封止樹脂層４とともに母配線基板１０の表層部分を切削し、溝４３の下端が母配線基板１０の上面よりもやや下方に位置するようにしておくことが好ましい。これによって、後述する第２のダイシングブレード４２で母配線基板１０を切断する際に切り欠き９を同時に形成することができる。上部のみを削除する。母配線基板１０には外力によって容易に分割されないよう充分な強度を保持させておくようにする。
次に、図４（ｄ）に示すように、スクリーン印刷法等により、封止樹脂層４の表面及び窓部４ａから露出するＩＣ素子２の上面を被覆するように、エポキシ等の液状樹脂中にＡｇ粉末などの金属粉末を分散させた導電樹脂インクを塗布する。この際、導電性インクが溝４３内にも充填される。このように導電性インクを塗布した後、これを熱硬化させる。
その後、図４（ｅ）に示すように、前記第１のダイシングブレード４１よりも狭幅の第２のダイシングブレード４２を用いて、母配線基板１０をそれぞれの配線基板１に対応する領域の境界に沿って切断・分割する。このとき、溝４３内に充填されている硬化した導電性インクが切断されることにより、シールド層５の延在部６が形成されることとなる。
以上の工程を経て、前述した本発明の電子部品モジュールが製作される。
上述の製造方法によれば、複数の基板領域を有する母配線基板１０に導電性インクを塗布し硬化することによりシールド層５を形成するようにしたことから、複数の基板領域に対し、シールド層５を簡単な方法で一括的に形成することができる。これによって、電磁波遮蔽機能を有する電子部品モジュールの生産効率を飛躍的に向上させることが可能となる。従来の電子部品モジュールでは、外部からの不要な電磁波を遮蔽するために、金属製のシールドカバーを装着させるようにしていたが、この場合、シールドカバーの位置合わせ工程、半田付け工程など非常に煩雑な作業が必要な上、これらの作業を複数の基板領域に対し、個々に行う必要があり、生産性が低いという問題があった。これに対し、本実施形態の製造方法によれば、シールドカバーの位置合わせ工程、半田付け工程などの煩雑な作業が一切不要となるため、電磁波遮蔽機能を有する電子部品モジュールの生産性向上に供することができる。
前述した本発明の電子部品モジュールと、この電子部品モジュールに接続されるアンテナ及び送受信回路とを組み込んで無線通信機器を構成することができる。
このような無線通信機器によれば、電子部品モジュールと無線通信機器内に一緒に組み込まれる他の高周波部品との間に、各部品から漏れる電磁波の影響を抑制するための構造、例えば、電子部品モジュールと他の高周波部品とを充分離間させて配置させることや、電子部品モジュールに金属製のシールドカバーを装着させる等の構造を、必ずしも採用する必要がない。
このため、無線通信機器の構成が簡素化し、小型で通信特性に優れた無線通信機器とすることが可能になる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
例えば、前述した実施形態において、封止樹脂層４に窓部４ａを形成しているが、この窓部４ａはＩＣ素子２上面の一部を露出させるものに限らない。例えば、ＩＣ素子２の上面全体が露出するようにしても構わない。
また、前述した実施形態において、シールド層５を金属粉末を含有させた樹脂材料により形成したが、これに代えて、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等からなる金属薄膜により形成してもよい。シールド層５を金属薄膜により形成した場合、シールド層の厚みを薄く形成できるため電子部品モジュールをより低背・小型化することができる。形成するのに、液状樹脂中に金属粉末を分散させた導電樹脂インクを塗布し熱硬化させる方法を用いているが、この方法に代えて、この金属薄膜は、例えば、金属をスパッタ等の蒸着法によって形成されるようにしても良い。
また、前述した実施形態においては、封止樹脂層４の上面および側面が被覆されるようにシールド層５を形成したが、封止樹脂層４の上面のみが被覆されるようにしてシールド層５を形成してもよい。
また、前述した実施形態において、配線基板１に切り欠き９を形成しているが、切り欠き９を形成していない配線基板１にも本発明が適用可能であることはいうまでもない。
また、前述した実施形態においては、電子部品モジュールとして通信モジュールを例に説明したが、通信モジュール以外の電子部品モジュール、例えば、自動車用電子部品等にも本発明は適用可能である。

Claims (7)

  1. 配線基板上にＩＣ素子を搭載した電子部品モジュールであって、
    前記ＩＣ素子の配線基板と反対側の面の一部を除いて、該ＩＣ素子を被覆する封止樹脂層と、
    該封止樹脂層、及び前記ＩＣ素子の前記封止樹脂層で被覆されていない部分に被着されたシールド層とを有する、電子部品モジュール。
  2. 前記シールド層の外周部は、前記封止樹脂層の側面に沿って、前記配線基板にまで延在された延在部を有し、該延在部は前記配線基板の上面及び／又は側面に被着されている、請求項１に記載の電子部品モジュール。
  3. 前記配線基板の外周部にわたって切り欠きが形成されており、該切り欠きに前記シールド層の延在部を被着させた、請求項２に記載の電子部品モジュール。
  4. 前記封止樹脂層及び前記配線基板の前記ＩＣ素子を実装した面の外周が、前記シールド層の延在部によって環状に被覆されている請求項２または請求項３に記載の電子部品モジュール。
  5. 前記配線基板中にＬＣ共振回路を含むフィルタ素子が内蔵されており、
    該フィルタ素子と前記ＩＣ素子との間に位置する前記配線基板内に、遮蔽用導体パターンが介在されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子部品モジュール。
  6. 前記シールド層の外周部は、前記封止樹脂層の側面に沿って、前記配線基板の上面より下方にまで延在された延在部を有し、前記延在部の下端の高さは、前記遮蔽用導体パターンと同等、もしくはそれ以下の高さ位置に配置されている請求項５に記載の電子部品モジュール。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子部品モジュールと、該電子部品モジュールに接続されるアンテナ及び送受信回路と、を含む無線通信機器。
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