WO2020162614A1 - モジュール - Google Patents

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喜人 大坪
山本　幸男
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Abstract

モジュール（１０１）は、第１主面（１ａ）を有し、配線を含む基板（１）と、回路面（３１ａ）を有し、回路面（３１ａ）を第１主面（１ａ）に向けるようにして第１主面（１ａ）に実装され、回路面（３１ａ）にグランド端子（１０）を有する第１部品（３１）と、第１主面（１ａ）および第１部品（３１）を覆うように配置された第１封止樹脂（６ａ）と、第１封止樹脂（６ａ）の上面に沿って設けられた放熱部（５）とを備え、前記配線はグランド端子（１０）に接続されており、さらに、前記配線と放熱部（５）とをつなぐ熱伝導部材（７）を備える。

Description

モジュール
　本発明は、モジュールに関するものである。
　基板の表面に電子部品が実装されており、当該電子部品を覆うように封止樹脂層が設けられた構造のモジュールが知られている。このようなモジュールにおいては、実装部品に発熱部品が含まれる場合、外部への放熱が良好に行なわれることが求められる。しかし、部品から発生した熱は、実装された部品の保護、マザー基板への実装しやすさの確保のために設けられた封止樹脂によって、モジュール内にこもりやすくなっている。一方、近年、モジュール内においては、実装される部品の高密度化により部品間の距離が短くなっているので、特に放熱性の改善が求められている。
　放熱性を高めたモジュールの一例が特開２０１８－２６３９４号公報（特許文献１）に記載されている。
特開２０１８－２６３９４号公報
　特許文献１に記載された構成では、実装された電子部品である発熱部品を樹脂層で覆い、この樹脂層の上面から電子部品の上面に近い位置まで掘り下げるように凹部が設けられている。この凹部に導電ペースト材が充填されている。
　ところで、電子部品における発熱は電気が流れる回路部分で発生する。通常、回路部分を有する電子部品は、回路部分が設けられている側、すなわち、下面を実装側の面とする。特許文献１に記載された構成では、放熱に貢献する導電ペースト材は電子部品の上面に接近しているに過ぎず、下面からは遠い位置にある。すなわち、放熱に貢献する導電ペースト材は、発熱箇所である電子部品の回路部分から離れた位置に配置されることになり、十分な放熱性が得られない。
　そこで、本発明は、部品からの放熱性をより高め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。
　上記目的を達成するため、本発明に基づくモジュールは、第１主面を有し、配線を含む基板と、回路面を有し、上記回路面を上記第１主面に向けるようにして上記第１主面に実装され、上記回路面にグランド端子を有する第１部品と、上記第１主面および上記第１部品を覆うように配置された第１封止樹脂と、上記第１封止樹脂の上面に沿って設けられた放熱部とを備え、上記配線は上記グランド端子に接続されており、さらに、上記配線と上記放熱部とをつなぐ熱伝導部材を備える。
　本発明によれば、第１部品で発生する熱を熱伝導部材経由で放熱部に効率良く伝えることができる。したがって、モジュールにおける部品からの放熱性をより高めることができる。
本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールの断面図である。 図１におけるＩＩ－ＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの断面図である。 本発明に基づく実施の形態３におけるモジュールの断面図である。 図４におけるＶ－Ｖ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態３におけるモジュールの変形例の断面図である。 本発明に基づく実施の形態４におけるモジュールの断面図である。 図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態４におけるモジュールの変形例の断面図である。 本発明に基づく実施の形態５におけるモジュールの断面図である。 図１０におけるＸＩ－ＸＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態６におけるモジュールの断面図である。 図１２におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 モジュールに含まれる放熱部および熱伝導部材の第１の例の部分断面図である。 モジュールに含まれる放熱部および熱伝導部材の第２の例の部分断面図である。 モジュールに含まれる放熱部および熱伝導部材の第３の例の部分断面図である。 モジュールに含まれる放熱部および熱伝導部材の第４の例の部分断面図である。 モジュールに含まれる放熱部および熱伝導部材の第５の例の部分断面図である。 モジュールに含まれる放熱部および熱伝導部材の第６の例の部分断面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールが放熱フィンを備える例の断面図である。
　図面において示す寸法比は、必ずしも忠実に現実のとおりを表しているとは限らず、説明の便宜のために寸法比を誇張して示している場合がある。以下の説明において、上または下の概念に言及する際には、絶対的な上または下を意味するとは限らず、図示された姿勢の中での相対的な上または下を意味する場合がある。
　（実施の形態１）
　図１～図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールについて説明する。本実施の形態におけるモジュール１０１を図１に示す。図１におけるＩＩ－ＩＩ線に関する矢視断面図を図２に示す。
　本実施の形態におけるモジュール１０１は、基板１と、第１部品３１と、第１封止樹脂６ａと、放熱部５とを備える。基板１は、複数の絶縁層２を積層して形成された積層基板である。絶縁層２は、セラミック層であるが、これに限らず、たとえば樹脂層であってもよい。第１部品３１は、たとえばＩＣなどの半導体素子である。基板１は、第１主面１ａを有する。基板１は、配線を含む。ここで示す例では、配線は内部配線１３を含む。第１主面１ａには、第１部品３１の他に、部品３ａ，３ｂも実装されている。第１部品３１は、回路面３１ａを有する。回路面３１ａは、電気が流れる部分であり、第１部品３１の動作時には発熱しうる。第１部品３１は、回路面３１ａを第１主面１ａに向けるようにして第１主面１ａに実装されている。第１部品３１は、回路面３１ａにグランド端子１０を有する。第１封止樹脂６ａは、第１主面１ａおよび第１部品３１を覆うように配置されている。放熱部５は、第１封止樹脂６ａの上面に沿って設けられている。ここでいう「上面に沿って設けられている」とは、直接接して設けられている場合に限らない。すなわち、放熱部５が第１封止樹脂６ａの上面に直接接しているとは限らない。放熱部５と第１封止樹脂６ａの上面との間に他の層が介在していてもよい。ここで示す例では、第１封止樹脂６ａを覆うようにシールド膜８が形成されている。放熱部５はシールド膜８より上側に配置されている。すなわち、放熱部５と第１封止樹脂６ａの上面との間にシールド膜８が介在している。基板１の前記配線はグランド端子１０に接続されている。モジュール１０１は、さらに、前記配線と放熱部５とをつなぐ熱伝導部材７を備える。すなわち、配線から放熱部５に熱を伝えるように、熱伝導部材７は配置されている。
　第１部品３１で発生した熱は、第１部品３１の回路面３１ａにあるグランド端子１０から内部配線１３を経由して熱伝導部材７に伝わり、さらに放熱部５に伝わるように、モジュール１０１は構成されている。熱伝導部材７は、たとえば柱状導体である。熱伝導部材７は、たとえば金属製のピンであってもよい。熱伝導部材７は、導電性ペーストを凹部に充填して形成したものであってもよい。熱伝導部材７は、めっき成長によって形成したものであってもよい。熱伝導部材７の上端はシールド膜８に接している。熱伝導部材７の上端まで伝わった熱は、シールド膜８を経由して放熱部５に伝わる。ここでは、シールド膜８を備える例を示したが、シールド膜８の存在は必須ではない。
　基板１は、第１主面１ａとは反対側の面として第２主面１ｂを有する。第２主面１ｂには外部接続端子１５が配置されている。外部接続端子１５には導体ビア１６が接続されている。導体ビア１６は、基板１に含まれる絶縁層２を厚み方向に貫通している。基板１は内部に導体パターン１４を含む。
　本実施の形態では、基板１の配線が第１部品３１のグランド端子１０に接続していて、なおかつ、配線から放熱部５に熱を伝えるように熱伝導部材７が配置されている。これにより、発熱箇所である電子部品の回路部分からより短い経路で放熱されるので、第１部品３１で発生する熱を熱伝導部材７経由で放熱部５に効率良く伝えることができる。したがって、モジュールにおける部品からの放熱性をより高めることができる。
　本実施の形態で示したように、熱伝導部材７は、柱状導体であることが好ましい。この構成を採用することにより、効率良く熱を伝えることができる。
　本実施の形態で示したように、放熱部５は、第１封止樹脂６ａの上側に配置された放熱部材であることが好ましい。放熱部材は、熱伝導部材７とは別物として設けられた部材であってよい。放熱部材としては、さまざまな材料が考えられる。放熱部材は、たとえばアルミなどのように放熱特性に優れた金属から構成されるプレートであってもよい。また、モールド樹脂との熱膨張係数差による放熱部材の剥がれを防止する観点からは、放熱部材は、銅－アルミのクラッド材であってもよい。
　本実施の形態で示したように、少なくとも第１封止樹脂６ａを覆うシールド膜８を備え、前記放熱部材は、シールド膜８の外側に配置されていることが好ましい。この構成を採用することにより、外部からの影響を受けにくいモジュールを構成することができる。
　本実施の形態で示したように、前記配線は、基板１の内部に設けられた内部配線１３を含むものであってよい。この構成を採用することにより、グランド端子１０と熱伝導部材７とを接続する電極間のはんだ流れによる熱伝導部材７の位置ずれを防止することができる。
　（実施の形態２）
　図３を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールについて説明する。本実施の形態におけるモジュール１０２を図３に示す。モジュール１０２では両面実装が行なわれている。すなわち、モジュール１０２においては、基板１は、第１主面１ａとは反対側に第２主面１ｂを有し、第２主面１ｂには第２部品３２が実装されている。第２部品３２は、第１部品３１を第２主面１ｂに投影した領域Ａ内に配置されている。第２主面１ｂには、第２部品３２の他に部品３ｃ，３ｄも実装されている。その他の構成は、実施の形態１で示したモジュール１０１と同様である。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。特に、領域Ａ内にこのように第２部品３２が設けられていると、第１部品３１からの放熱のための導体柱を、基板１を貫通するように設けることが困難となるところであるが、モジュール１０２では、配線から放熱部５に熱を伝えるように熱伝導部材７が配置されているので、領域Ａを放熱のために使いにくいという問題を回避して、熱伝導部材７経由で効率良く放熱を行なうことができる。さらに、第２部品３２に対する熱の影響を与えにくくすることができる。また、配線基板である基板１内に放熱のための貫通導体を配置する必要がないため、配線基板における設計自由度が増す。
　（実施の形態３）
　図４～図５を参照して、本発明に基づく実施の形態３におけるモジュールについて説明する。本実施の形態におけるモジュール１０３を図４に示す。図４におけるＶ－Ｖ線に関する矢視断面図を図５に示す。
　モジュール１０３では、シールド膜８の上側ではなく下側に放熱部が設けられている。ここでは、放熱部として放熱部５ｉが設けられている。放熱部５ｉは第１封止樹脂６ａの上面の全体を覆っているわけではなく、一部のみを覆っている。モジュール１０３は、少なくとも第１封止樹脂６ａを覆うシールド膜８を備え、放熱部５ｉとしての放熱部材は、シールド膜８の下側に配置されており、第１主面１ａには複数の部品として第１部品３１および部品３ａ，３ｂが実装されており、前記放熱部材は、前記複数の部品のうち最も背が高い部品３ｂの上面より低い位置まで入り込んでいる。
　放熱部５ｉは、第１封止樹脂６ａを先に形成してから第１封止樹脂６ａの上面に除去加工を施して凹部を形成し、この凹部に放熱部材を挿入することによって形成することができる。
　この構成を採用することにより、最も発熱する第１部品３１が最も背が高い部品とは別の部品である場合に、放熱部材の下端を第１部品３１に近づけて配置することが可能となる。したがって、第１部品３１からの放熱を効率良く行なうことができる。放熱部５ｉは部品３ｂとは重ならないように配置されているので、モジュール１０３の全体として低背化を図ることができる。
　さらに変形例として、図６に示すモジュール１０４のようなものも考えられる。モジュール１０４は、放熱部５ｊとしての放熱部材を備える。最も発熱する第１部品３１は部品３ｂより背が低い。放熱部材は、部品３ｂの上面より低い位置まで入り込んでいる。放熱部材の下面は、第１部品３１の上面に対して接着剤１１で接着されている。接着剤１１は、必ずしも放熱経路としての役割を担っていなくてもよい。第１部品３１から放熱部５ｊへの放熱は、主に熱伝導部材７を経由して行なわれる。放熱部５ｊは、第１部品３１に対応する領域を覆うように配置されている。放熱部５ｊは、第１部品３１を上方に投影した領域を包含するように配置されている。
　放熱部５ｊを形成するには、第１封止樹脂６ａを形成するより前に、第１部品３１の上面に対して接着剤１１を介して何らかの放熱部材を実装すればよい。この際に、放熱部材は、熱伝導部材７の上端に接するように配置される。放熱部材を実装してからその周辺を埋めるように第１封止樹脂６ａを形成すればよい。
　（実施の形態４）
　図７～図８を参照して、本発明に基づく実施の形態４におけるモジュールについて説明する。本実施の形態におけるモジュール１０５を図７に示す。図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図を図８に示す。
　実施の形態１で示したモジュール１０１では、第１部品３１のグランド端子１０から熱伝導部材７への放熱経路は、内部配線１３を経由していたが、本実施の形態で示すモジュール１０５では、第１部品３１のグランド端子１０から熱伝導部材７への放熱経路は、表層配線１２を経由している。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。放熱経路が表層配線１２を経由しているので、発熱する第１部品３１から最短距離で放熱部材に接続することが可能となる。ただし、この構成とした場合、基板１の表面においてグランド端子１０の周辺のみランド電極が大きくなるので、はんだの不所望な流れを防ぐために、ランド電極の上面にレジスト膜を被せることによって、はんだの流れを遮るようにしてもよい。すなわち、表層配線１２の上面に沿ってはんだが流れないように、表層配線１２の上面の少なくとも一部、より詳細には、第１部品３１のグランド端子１０の接続箇所と、熱伝導部材７の接続箇所との間の部分、を覆うようにレジスト膜を被せることが考えられる。このように設けられたレジスト膜は、はんだの流れを堰き止めるダムの役割を果たすことができる。
　放熱経路として内部配線１３を用いる場合に比べて表層配線１２を用いる場合には、実装部品があることにより配線を引き回すエリアが少ないため、導体パターンの幅が小さくなりがちであることも考慮すべきである。放熱経路として内部配線１３を用いることで表層配線１２を用いる場合に比べて導体パターンの幅を十分確保できるのであれば、放熱経路としては、表層配線１２よりも内部配線１３を用いることが好ましい。一方、実装部品が少なく、配線のためのエリアが確保される場合は、最短距離で放熱経路を接続可能な表層配線１２を用いることが好ましい。
　本実施の形態で示したように、前記配線は、基板１の表面に配置された表層配線１２を含むものであってよい。
　本実施の形態の変形例として、図９に示すモジュール１０６のようなものも考えられる。モジュール１０５に比べてモジュール１０６では、両面実装となっている点で異なる。
　（実施の形態５）
　図１０～図１１を参照して、本発明に基づく実施の形態５におけるモジュールについて説明する。本実施の形態におけるモジュール１０７を図１０に示す。図１０におけるＸＩ－ＸＩ線に関する矢視断面図を図１１に示す。
　モジュール１０７では、放熱経路として表層配線１２が用いられている。モジュール１０７では、放熱部５ｉが用いられている。放熱部５ｉはシールド膜８の下側に配置されている。放熱部５ｉはシールド膜８の下面のうち一部に対して重なっている。放熱部５ｉの下面は、部品３ｂの上面より低い位置にある。
　本実施の形態においても、実施の形態３で示したモジュール１０３と同様の効果を得ることができる。放熱部５ｉは部品３ｂとは重ならないように配置されているので、モジュール１０７の全体として低背化を図ることができる。
　（実施の形態６）
　図１２～図１３を参照して、本発明に基づく実施の形態６におけるモジュールについて説明する。本実施の形態におけるモジュール１０８を図１２に示す。図１２におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に関する矢視断面図を図１３に示す。
　モジュール１０８は、放熱部５ｋを備える。放熱部５ｋは、一定の厚みではなく、部位によって厚みが変化している。第１部品３１の真上では放熱部５ｋは厚くなっている。この部位では、放熱部５ｋの下面が第１部品３１の上面に接近している。部品３ａは第１部品３１より背が高い。部品３ａの真上では放熱部５ｋは薄くなっている。放熱部５ｋの上面は一定の高さにある。放熱部５ｋの上面はシールド膜８の下面と接している。
　本実施の形態においても、同様の効果を得ることができる。
　なお、モジュール１０８では、第１部品３１のグランド端子１０に電気的および熱的に接続される熱伝導部材７だけでなく、第１部品３１に接続されない熱伝導部材７も配置されている。図１２における右側の熱伝導部材７がこれに該当する。このような構成とすることによって、第１部品３１に接続されない熱伝導部材７であっても、第１部品３１から周辺に放出された熱を放熱部５ｋに伝えることについてある程度は貢献するので、一定の効果は得られる。
　（放熱部および熱伝導部材のバリエーション）
　放熱部および熱伝導部材の構造については、さまざまなバリエーションが考えられる。図１４に示すように、シールド膜８の下側で第１封止樹脂６ａの上面に沿って側方に張り出す放熱部７ａが設けられていてもよい。ここで、放熱部７ａは熱伝導部材７とつながっている。熱伝導部材７は柱状導体である。放熱部７ａはシールド膜８の下面に接している。図１４に示した例では、前記放熱部は前記柱状導体の上端に連なっている。
　図１５に示すように、シールド膜８の下側で放熱部７ｂが第１封止樹脂６ａの上面に沿って傘状に広がっていてもよい。熱伝導部材７としての柱状導体は、放熱部７ｂに対して下側の特定の部位からつながっている。このように、前記放熱部は第１主面１ａに平行な方向に広がった部分を含むことが好ましい。
　シールド膜８の存在は必須ではなく、図１６、図１７に示すように、シールド膜８がない構成であってもよい。
　図１８に示すように、放熱部７ｃを備える構成であってもよい。放熱部７ｃは第１封止樹脂６ａの上面にかぶさる形状となっている。放熱部７ｃは扁平なドーム形状を有している。
　図１９に示すように、放熱部７ｄを備える構成であってもよい。放熱部７ｄは上が広がるテーパ形状を有している。
　図１４～図１９に示した例では、放熱部が熱伝導部材７としての柱状導体と一体化している。放熱部が熱伝導部材７と同じ材料で形成されている。このように、前記放熱部は前記柱状導体と一体化していることが好ましい。
　（放熱フィン）
　モジュールの変形例として、図２０に示すモジュール１０９のような構成も考えられる。モジュール１０９では、シールド膜８の上側に放熱部５が載せられている。放熱部５は放熱フィン１８を備えている。モジュール１０９の内部の構造は、実施の形態１で示したモジュール１０１と同様であってよい。前記放熱部材は放熱フィン１８を含むことが好ましい。この構成を採用することにより、放熱フィン１８を通じて周辺の空気などに熱を逃がすことができるので、効率良く放熱することができる。
　なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
　１　基板、１ａ　第１主面、１ｂ　第２主面、２　絶縁層、３ａ，３ｂ　部品、５，５ｉ，５ｊ，５ｋ　放熱部、６ａ　第１封止樹脂、６ｂ　第２封止樹脂、７　熱伝導部材、７ａ，７ｂ，７ｃ　放熱部、８　シールド膜、１０　グランド端子、１１　接着剤、１２　表層配線、１３　内部配線、１４　導体パターン、１５　外部接続端子、１６　導体ビア、１７　柱状導体、１８　放熱フィン、３１　第１部品、３１ａ　回路面、３２　第２部品、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９　モジュール。

Claims (13)

  1. 　第１主面を有し、配線を含む基板と、
    　回路面を有し、前記回路面を前記第１主面に向けるようにして前記第１主面に実装され、前記回路面にグランド端子を有する第１部品と、
    　前記第１主面および前記第１部品を覆うように配置された第１封止樹脂と、
    　前記第１封止樹脂の上面に沿って設けられた放熱部とを備え、
    　前記配線は前記グランド端子に接続されており、さらに、前記配線と前記放熱部とをつなぐ熱伝導部材を備える、モジュール。
  2. 　前記熱伝導部材は、柱状導体である、請求項１に記載のモジュール。
  3. 　前記放熱部は前記柱状導体の上端に連なっている、請求項２に記載のモジュール。
  4. 　前記放熱部は前記柱状導体と一体化している、請求項３に記載のモジュール。
  5. 　前記放熱部は前記第１主面に平行な方向に広がった部分を含む、請求項４に記載のモジュール。
  6. 　前記放熱部は、前記第１封止樹脂に配置された放熱部材である、請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュール。
  7. 　少なくとも前記第１封止樹脂を覆うシールド膜を備え、前記放熱部材は、前記シールド膜の外側に配置されている、請求項６に記載のモジュール。
  8. 　前記放熱部材は放熱フィンを含む、請求項６または７に記載のモジュール。
  9. 　少なくとも前記第１封止樹脂を覆うシールド膜を備え、前記放熱部材は、前記シールド膜の内側に配置されており、前記第１主面には複数の部品が実装されており、前記放熱部材は、前記複数の部品のうち最も背が高い部品の上面より低い位置まで入り込んでいる、請求項６に記載のモジュール。
  10. 　前記配線は、前記基板の表面に配置された表層配線を含む、請求項１から９のいずれかに記載のモジュール。
  11. 　前記配線は、前記基板の内部に設けられた内部配線を含む、請求項１から１０のいずれかに記載のモジュール。
  12. 　前記基板は、前記第１主面とは反対側に第２主面を有し、前記第２主面には第２部品が実装されている、請求項１から１１のいずれかに記載のモジュール。
  13. 　前記第２部品は、前記第１部品を前記第２主面に投影した領域内に配置されている、請求項１２に記載のモジュール。
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