(57)【要約】【課題】モジュール基板内に発熱部品と温度特性変化の大きな部品とを配置する場合に、発熱部品からの温度特性変化の大きな部品に対する熱影響を低くできる部品内蔵モジュールを得る。【解決手段】部品内蔵モジュールＡは、複数の樹脂層１ａ〜１ｄからなるモジュール基板１の下層の樹脂層の内部に発熱部品３を埋設し、温度特性変化の大きな部品２０をその上層に配置する。発熱部品３と温度特性変化の大きな部品２０とが厚み方向に並んで配置され、両者の間に空洞層１１を形成する。空洞層１１の断熱効果により温度特性変化の大きな部品２０に対する熱影響を低くできると同時に、空洞層１１は枠状の配線パターン１０と同一厚みで形成されるので、モジュール基板１を薄型化できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の樹脂層を積層してなるモジュール基板を備え、
上記モジュール基板の下層部に位置する上記樹脂層の内部に動作時に発熱を伴う部品が埋設されており、
上記発熱を伴う部品の真上にあたる上記モジュール基板の内部に、枠状の配線パターンが形成され、
上記枠状の配線パターンの内側に、配線パターンと同一厚みで外部に露出しない空洞層が形成され、
上記空洞層の真上にあたる上記モジュール基板の上面または内層に温度特性変化の大きな部品が配置されていることを特徴とする部品内蔵モジュール。
【請求項２】
上記空洞層は上記発熱を伴う部品および上記温度特性変化の大きな部品より大きな面積を有することを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵モジュール。
【請求項３】
支持板上に形成された高熱伝導層の上に、動作時に発熱を伴う部品を固定する工程と、
上記支持板の部品固定面側に第１プリプレグを圧着し、第１プリプレグの内部に上記発熱を伴う部品を埋設する工程と、
上記第１プリプレグを硬化し、上記支持板を剥離する工程と、
上記第１プリプレグを硬化した第１樹脂層の上に、上記動作時に発熱を伴う部品と接続された第１配線パターンを形成する工程と、
上記第１配線パターンの上に１つまたは複数の層からなる第２樹脂層を形成する工程と、
上記第２樹脂層の上に枠状の第２配線パターンを形成する工程であって、上記第２配線パターンの内側の開口部が上記動作時に発熱を伴う部品の直上位置となるように形成する工程と、
上記第２配線パターンの上に、硬化済みの第３樹脂層を接着し、上記開口部内において第２樹脂層と第３樹脂層の間に第２配線パターンと同一厚みで外部に露出しない空洞層を形成する工程と、
上記第３樹脂層の上に第３配線パターンを介して１つまたは複数の第４樹脂層を形成する工程と、
上記第４樹脂層の上面に第４配線パターンを形成する工程と、
上記空洞層の直上位置にある上記第４配線パターンに対し、温度特性変化の大きな部品を実装する工程と、を有することを特徴とする部品内蔵モジュールの製造方法。
【請求項４】
上記空洞層は上記発熱を伴う部品および上記温度特性変化の大きな部品より大きな面積を有することを特徴とする請求項３に記載の部品内蔵モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路モジュールのような部品内蔵モジュールの断熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信用モジュールなどの部品内蔵モジュールとして、種々の構造が提案されている。特に、小型化を図る方策として、樹脂製のモジュール基板の内部に一部あるいは全ての回路部品を内蔵する構造のモジュールが知られている。回路部品の中には、パワーアンプ用トランジスタのような発熱部品（動作時に発熱を伴う部品）もあれば、弾性表面波フィルタのような温度による特性変化の大きな部品もある。モジュール基板内にこのような複数の部品を内蔵する場合、温度特性変化の大きな部品に対する発熱部品の熱による影響を低減する必要が生じる。
【０００３】
特許文献１には、図４に示すように、モジュール基板４０を多層基板とし、その内部に部分的に基板材料を除去した空洞層４１を設け、その空洞層４１の下方に発熱部品４２を内蔵し、空洞層４１の上に温度特性変化の大きな部品４３を配置（内蔵または搭載）する構造が提案されている。この場合には、空洞層４１の断熱効果によって発熱部品４２から温度特性変化の大きな部品４３に伝わる熱を遮断し、温度特性変化の大きな部品４３の特性変動を抑制することができる。
【０００４】
しかし、特許文献１では、モジュール基板４０の下面側に凹部４４を形成し、その凹部４４に発熱部品４２を収納しているので、凹部４４と発熱部品４２との間にマージン（隙間）を設ける必要があり、モジュール基板４０の寸法が増大するという問題がある。また、空洞層４１が樹脂層１層分の厚みを有するため、モジュール基板４の厚みが空洞層４１の分だけ厚くなり、薄型化を損なうとともに、枠状の樹脂層を余分に積層する必要があるため、工数が増加するという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−１００９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、モジュール基板に発熱部品と温度特性変化の大きな部品とを配置する場合に、温度特性変化の大きな部品に対する熱影響を低くしながら、薄型化が図れる部品内蔵モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は請求項１に係る部品内蔵モジュールおよび請求項３に係る部品内蔵モジュールの製造方法により達成される。
請求項１に係る発明は、複数の樹脂層を積層してなるモジュール基板を備え、上記モジュール基板の下層部に位置する上記樹脂層の内部に動作時に発熱を伴う部品が埋設されており、上記発熱を伴う部品の真上にあたる上記モジュール基板の内部に、枠状の配線パターンが形成され、上記枠状の配線パターンの内側に、配線パターンと同一厚みで外部に露出しない空洞層が形成され、上記空洞層の真上にあたる上記モジュール基板の上面または内層に温度特性変化の大きな部品が配置されていることを特徴とする部品内蔵モジュールである。
【０００７】
請求項３に係る発明は、支持板上に形成された高熱伝導層の上に、動作時に発熱を伴う部品を固定する工程と、上記支持板の部品固定面側に第１プリプレグを圧着し、第１プリプレグの内部に上記発熱を伴う部品を埋設する工程と、上記第１プリプレグを硬化し、上記支持板を剥離する工程と、上記第１プリプレグを硬化した第１樹脂層の上に、上記動作時に発熱を伴う部品と接続された第１配線パターンを形成する工程と、上記第１配線パターンの上に１つまたは複数の層からなる第２樹脂層を形成する工程と、上記第２樹脂層の上に枠状の第２配線パターンを形成する工程であって、上記第２配線パターンの内側の開口部が上記動作時に発熱を伴う部品の直上位置となるように形成する工程と、上記第２配線パターンの上に、硬化済みの第３樹脂層を接着し、上記開口部内において第２樹脂層と第３樹脂層の間に第２配線パターンと同一厚みで外部に露出しない空洞層を形成する工程と、上記第３樹脂層の上に第３配線パターンを介して１つまたは複数の第４樹脂層を形成する工程と、上記第４樹脂層の上面に第４配線パターンを形成する工程と、上記空洞層の直上位置にある上記第４配線パターンに対し、温度特性変化の大きな部品を実装する工程と、を有することを特徴とする部品内蔵モジュールの製造方法である。
【０００８】
発熱部品（動作時に発熱を伴う部品）はモジュール基板の下層部に位置する樹脂層の内部に埋設されているので、モジュール基板の下面側に凹部を形成し、その凹部に発熱部品を収納する場合に比べて、凹部と発熱部品との間にマージン（隙間）を設ける必要がなく、モジュール基板の寸法を小型化できる。
【０００９】
樹脂材料よりなるモジュール基板の中に空洞層（空気層）を形成し、この空洞層を間にしてその下方に発熱部品を、その上方に温度特性変化の大きな部品を配置してあるので、発熱部品の上方への放熱経路を空洞層によって遮断（断熱）でき、温度特性変化の大きな部品に対する熱影響を小さくすることができる。しかも、空洞層は配線パターンと同一厚みで形成されているので、空洞層によるモジュール基板の厚み増加が殆どなく、薄型化を損なう心配がなく、しかも工数が増加することもない。
【００１０】
本発明では、発熱部品と温度特性変化の大きな部品とを上下方向に配置できるので、部品内蔵モジュールの面積方向の高集積化・小型化が可能である。
なお、本発明において、温度特性変化の大きな部品はモジュール基板の上面または内層に配置される。モジュール基板の上面に搭載する場合、最上面である必要はなく、例えばモジュール基板の上面に凹部が形成されている場合には、凹部底面上に温度特性変化の大きな部品を搭載してもよい。また、モジュール基板の内層に配置する場合には、モジュール基板内に埋設すればよい。
【００１１】
本発明の空洞層は、樹脂層の間に配置される枠状の配線パターンによって形成される。この配線パターンは、薄膜電極や金属箔などで形成してもよいし、厚膜電極や金属板で形成することもできる。発熱部品の熱が温度特性変化の大きな部品を搭載したモジュール基板の上面に伝導するには、必ず枠状の配線パターンを経由しなければならない。枠状の配線パターンは隣合う樹脂層に比べて熱伝導率が高いので、この配線パターンが熱せられるが、この配線パターンからモジュール基板の下面または上面に形成された配線パターンにビアホール導体を介して接続すれば、配線パターンの熱を外部に容易に放出できる。但し、モジュール基板の上面に形成された配線パターンとは、温度特性変化の大きな部品を実装するための配線パターンと別の配線パターンとするのがよい。
【００１２】
好ましい態様によれば、モジュール基板の実装面となる最下面に高熱伝導層を形成し、この高熱伝導層の上に発熱部品を搭載してもよい。この場合には、発熱部品からモジュール基板下面への熱抵抗が小さくなり、部品内蔵モジュールを実装基板に実装すると、発熱部品の熱は高熱伝導層を介して実装基板へと伝達されるため、効率よく放熱される。
高熱伝導層としては、モジュール基板を構成する樹脂材料より熱伝導率の高い材料であればよいが、金属パターンまたは金属板で構成した場合には、熱伝導性がよく、放熱性に優れている。また、金属製の高熱伝導層の上に発熱量の大きな部品の背面を接着すれば、熱伝導面積が大きくなり、発熱部品の熱を効率よく外部に放出することができる。
この場合、発熱部品が搭載されている金属製の高熱伝導層は、発熱部品の放熱専用層であってもよいし、グランド電極を兼ねてもよい。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態によれば、空洞層は発熱部品および温度特性変化の大きな部品より大きな面積を有するのがよい。
空洞層の面積を発熱部品および温度特性変化の大きな部品より大きくすることで、発熱部品から温度特性変化の大きな部品への熱伝達経路が長くなり、温度特性変化の大きな部品への熱影響をさらに低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明にかかる部品内蔵モジュールによれば、発熱部品はモジュール基板の下層部の樹脂層に埋設されているので、モジュール基板を小型化できる。しかも、モジュール基板の中に形成された空洞層を間にしてその下方に発熱部品を、その上方に温度特性変化の大きな部品を配置してあるので、発熱部品の上方への放熱経路を空洞層によって遮断（断熱）でき、温度特性変化の大きな部品に対する熱影響を小さくすることができる。そのため、安定した特性を維持することができる。さらに、空洞層は配線パターンと同一厚みで形成されているので、空洞層によるモジュール基板の厚み増加が殆どなく、薄型化できるとともに、製造工数が増加することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１，図２は本発明にかかる部品内蔵モジュールの第１実施例を示す。
部品内蔵モジュールＡは、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂よりなる複数の樹脂層１ａ〜１ｄを積層したモジュール基板１を備えている。この実施例では、樹脂層１ａ〜１ｄは４層構造とされているが、３層あるいは５層以上であってもよい。
【００１７】
モジュール基板１の最下面には、高熱伝導層２が形成されている。この高熱伝導層２は、銅などの金属パターンや金属箔などの金属薄板で構成することができる。この高熱伝導層２の上には、例えばパワーアンプ用トランジスタのような動作時における発熱量の大きな部品（以下、発熱部品と呼ぶ）３がその入出力電極３ａ，３ｂを上側に向けて搭載されている。発熱部品３の背面は高熱伝導層２の上に面で接着固定されている。発熱部品３は最下層の樹脂層１ａの中に埋設されており、最下層の樹脂層１ａと下から２番目の樹脂層１ｂとの間に形成された配線パターン４ａ，４ｂと発熱部品３の入出力電極３ａ，３ｂとがビアホール導体５ａ，５ｂを介して接続されている。さらに、配線パターン４ａ，４ｂはそれぞれビアホール導体６ａ，６ｂを介してモジュール基板１の最下面の配線パターン７ａ，７ｂと接続されている。
【００１８】
下から２番目の樹脂層１ｂと３番目の樹脂層１ｃとの間には、枠状の配線パターン１０が形成されており、配線パターン１０の内側の開口部１０ａによって、樹脂層１ｂと樹脂層１ｃとの間に配線パターン１０と同一厚みで外部に露出しない空洞層１１が形成されている。図２に示すように、空洞層１１は発熱部品３の直上位置に配置されており、空洞層１１は発熱部品３の投影面積より大きな面積を有する。そのため、発熱部品３は空洞層１１の領域内に配置されている。
【００１９】
下から３番目の樹脂層１ｃと最上層の樹脂層１ｄとの間にも、配線パターン１２ａ，１２ｂが形成されている。最上層の樹脂層１ｄの上面には複数の配線パターン１３ａ〜１３ｅが形成されており、このうち、空洞層１１の直上に位置する配線パターン１３ｃ，１３ｄの間には、弾性表面波フィルタのような温度特性変化の大きな部品２０が表面実装されている。この部品２０は、空洞層１１の面積より投影面積の小さな部品であり、空洞層１１の領域内に配置されている。図２に示すように、発熱部品３と空洞層１１と温度特性変化の大きな部品２０とがモジュール基板１の厚み方向（上下方向）に配置されているので、部品内蔵モジュールＡの面積方向の高集積化・小型化が可能になる。また、他の配線パターン１３ａ，１３ｂ間、１３ｂ，１３ｃ間、１３ｄ，１３ｅ間にも表面実装部品２１が実装されている。これら部品２１は、温度特性変化の小さな部品が望ましく、例えばアルミナセラミクスを用いたチップ抵抗やチップコイル、セラミックコンデンサなどがある。
【００２０】
この実施例では、枠状の配線パターン１０と上面の配線パターン１３ａとがビアホール導体１４を介して接続され、配線パターン１２ａと上面の配線パターン１３ｂとがビアホール導体１５を介して接続され、配線パターン１２ｂと上面の配線パターン１３ｅとがビアホール導体１６を介して接続されている。さらに、配線パターン１２ｂと枠状の配線パターン１０とがビアホール導体１７を介して接続され、枠状の配線パターン１０と配線パターン４ｂとがビアホール導体１８を介して接続されている。発熱部品３の熱がモジュール基板１の上面に伝導するには、必ず枠状の配線パターン１０を経由しなければならず、しかも枠状の配線パターン１０は樹脂層１ａ〜１ｄに比べて熱伝導率が高いので、この配線パターン１０が熱せられる。この枠状の配線パターン１０からモジュール基板１の下面または上面に形成された配線パターン１３ａ，１３ｅ，７ｂにビアホール導体１４、１６、１７、１８、６ｂを介して接続することで、配線パターン１０の熱を外部に容易に放出でき、放熱性が良好となる。
なお、配線パターンの形状およびビアホール導体の接続構造は、図１に限らないことは勿論である。
【００２１】
図１に示す部品内蔵モジュールＡを実装基板（マザーボード）に実装すると、配線パターン７ａ，７ｂが実装基板の配線パターンに接続されるとともに、高熱伝導層２も半田付けなどによって実装基板の配線パターンに接続される。部品内蔵モジュールＡを作動させると、発熱部品３が発熱するが、その熱の一部は高熱伝導層２から実装基板に対して伝導され、放熱される。また、熱の残りの部分は上方に向かって伝わるが、発熱部品３の直上に形成された空洞層１１によって上方への放熱が抑制されるため、空洞層１１の直上に位置する温度特性変化の大きな部品２０に伝わる熱が抑制され、部品２０の特性変動を抑えることができる。
【００２２】
次に、上記構成の部品内蔵モジュールＡの製造方法を図３Ａおよび図３Ｂに従って説明する。
まず工程（１）では、支持板３０上に貼り付けられているＣｕ箔などよりなる電極をエッチングし、高熱伝導層２と配線パターン７ａ，７ｂを形成する。なお、配線パターン７ａ，７ｂは、めっき、蒸着等で直接支持板３０上に形成してもよい。支持板３０は、例えば薄肉な金属板（例えば厚み１．０ｍｍのＳＵＳ）で形成されている。上記高熱伝導層２の上に発熱部品３を背面を向けて接着固定する。
工程（２）では、支持板３０の部品搭載側にプリプレグ１ａを圧着し、プリプレグ１ａ内に発熱部品３を埋設する。
工程（３）では、プリプレグ１ａを硬化させ、その後、支持板３０を剥離することで、下面に高熱伝導層２と配線パターン７ａ，７ｂが露出した樹脂板１ａを形成する。
次に、工程（４）では、樹脂板１ａの上面に配線パターン４ａ，４ｂを形成するとともに、配線パターン４ａ，４ｂと発熱部品３の入出力電極３ａ，３ｂとをビアホール導体５ａ，５ｂを介して接続する。同様に、配線パターン４ａ，４ｂと最下面の配線パターン７ａ，７ｂとをビアホール導体６ａ，６ｂを介して接続する。
工程（５）では、上記のように構成した樹脂板１ａの上にさらにプリプレグ１ｂを圧着し、積層する。
工程（６）では、プリプレグ１ｂを硬化させ、その上に枠状の配線パターン１０を形成するとともに、配線パターン１０と配線パターン４ｂとをビアホール導体１８によって接続する。
工程（７）では、別工程で硬化済みの樹脂板１ｃの片面に配線パターン１２ａ，１２ｂを形成しておく。
工程（８）では、工程（７）で作成した樹脂板１ｃを、工程（６）で作成した基板の上に接着し、その間の配線パターン１０の枠内に空洞部１１を形成する。この段階で、樹脂板１ｃに配線パターン１０と１２ｂとを接続するビアホール導体１７を形成してもよいし、工程（７）で予めビアホール導体１７を形成しておいてもよい。
工程（９）では、上記のように接着した樹脂板１ｃの上にプリプレグ１ｄを圧着し、積層する。
工程（１０）では、プリプレグ１ｄを硬化させ、その上に配線パターン１３ａ〜１３ｅを形成するとともに、ビアホール導体１４、１５、１６を形成する。
最後に、工程（１１）では、配線パターン１３ａ〜１３ｅの上に温度特性変化の大きな部品２０と表面実装部品２１とを実装することにより、部品内蔵モジュールＡを完成する。
【００２３】
図３Ａおよび図３Ｂでは単一の部品内蔵モジュールＡの製造工程について説明したが、実際にはマザー状態で工程（１）〜（１１）を実施し、その後で個別モジュールにカットする。そのため、量産性の高い製造方法を実現できる。
また、モジュール基板１は樹脂層１ａ〜１ｄで構成された４層構造に限らないことは勿論であり、空洞層１１をどの樹脂層の間に形成するかも任意である。少なくとも、発熱部品３と温度特性変化の大きな部品２０との間に位置しておればよい。
【００２４】
図１では、枠状の配線パターン１０の外周部がモジュール基板１の外周面まで延びる形状としたが、少なくとも内側に空洞部形成用の開口部１０ａを備えた形状であればよく、外周部がモジュール基板１の外周面に達する必要はない。また、枠状部分の外側を一部切除したり、枠状部分に開口部を形成し、これらを介してビアホール導体を挿通配置することで、配線パターン１０の上下に位置する配線パターンを相互に導通させる構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる部品内蔵モジュールの一例の断面図である。
【図２】図１に示す部品内蔵モジュールの空洞層を形成した部分の平面図である。
【図３Ａ】図１に示す部品内蔵モジュールの製造工程の前半を示す工程図である。
【図３Ｂ】図１に示す部品内蔵モジュールの製造工程の後半を示す工程図である。
【図４】従来の部品内蔵モジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ａ                部品内蔵モジュール
１                モジュール基板
１ａ〜１ｄ        樹脂層
２                高熱伝導層
３                発熱部品（電力増幅用半導体素子）
１０              枠状の配線パターン
１０ａ            開口部
１１              空洞層
２０              温度特性変化の大きな部品（弾性表面波フィルタ）
【図１】
2006339466.tif 000003
【図２】
2006339466.tif 000004
【図３Ａ】
2006339466.tif 000005
【図３Ｂ】
2006339466.tif 000006
【図４】
2006339466.tif 000007