(57)【要約】【課題】ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる回路モジュールを得る。【解決手段】回路モジュールＡは、動作時に発熱を伴う部品１と、表面に発熱部品１を実装するためのモジュール基板２とを備える。モジュール基板２の表面に発熱部品１と熱的に接続される表面電極３を設け、裏面に表面電極３と対向する裏面電極５を設け、表面電極３と裏面電極５とを接続する放熱用スルーホール６を設ける。裏面電極５に表面積を増やすための多数の凹凸部７を一体に形成することで、放熱面積を増やし、放熱効果を高める。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作時に発熱を伴う部品と、表面に上記部品を実装するためのモジュール基板とを備え、上記モジュール基板の表面に上記部品と熱的に接続される表面電極を設けるとともに、上記モジュール基板の裏面に表面電極と対向する裏面電極を設け、上記モジュール基板に表面電極と裏面電極とを接続する放熱用スルーホールを設け、裏面電極に表面積を増やすための多数の凹凸部を一体に形成したことを特徴とする回路モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の回路モジュールを実装基板に実装してなる回路装置であって、
上記発熱を伴う部品が実装基板の凹部に収容あるいは埋設され、かつ上記裏面電極が外部に露出するように、上記モジュール基板が実装基板に固定されていることを特徴とする回路装置。
【請求項３】
動作時に発熱を伴う部品と、表面に上記部品を実装するためのモジュール基板とを備え、上記モジュール基板の表面に上記部品と熱的に接続される表面電極を設けるとともに、上記モジュール基板の裏面に表面電極と対向する裏面電極を設け、表面電極と裏面電極とを接続する放熱用スルーホールを設けた回路モジュールと、
上記回路モジュールを実装した実装基板とを備えた回路装置であって、
上記実装基板の表面に上記回路モジュールの裏面電極と熱的に接続される表面回路パターンを形成し、上記実装基板の裏面に上記表面回路パターンと対向する裏面回路パターンを形成し、上記実装基板に表面回路パターンと裏面回路パターンとを接続する放熱用スルーホールを形成し、裏面回路パターンに表面積を増やすための多数の凹凸部を一体に形成したことを特徴とする回路装置。
【請求項４】
動作時に発熱を伴う部品と、表面に上記部品を実装するための実装基板とを備え、上記実装基板の表面に上記部品と熱的に接続される表面電極を設けるとともに、上記実装基板の裏面に表面電極と対向する裏面電極を設け、上記実装基板に表面電極と裏面電極とを接続する放熱用スルーホールを設け、裏面電極に表面積を増やすための多数の凹凸部を一体に形成したことを特徴とする回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作時に発熱を伴う部品を備えた回路モジュールや回路装置の放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回路モジュールに、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）が搭載されることがある。発熱部品の熱は他の回路部品に悪影響を及ぼすため、その放熱対策を行う必要がある。一般に、放熱対策としてヒートシンクを発熱部品に取り付けることが広く行われているが、高さ制限や小型化の面から採用できないことがある。
【０００３】
特許文献１には、図１２に示すように、発熱部品（半導体パッケージ）５０の下面に放熱板５１を設け、発熱部品５０を実装した基板５２の上下両面に導体層５３，５４を設け、放熱板５１と基板上面の導体層５３とを熱的に接続するとともに、基板５２に両面の導体層同士を接続するスルーホール５５を設けた構造が提案されている。この場合には、スルーホール５５が熱を伝えるサーマルビアとして機能し、発熱部品５０の熱を、放熱板５１〜上面導体層５３〜サーマルビア５５〜下面導体層５４へと逃がすようになっている。
【０００４】
上記構造の場合、放熱性能は下面導体層５４の表面積にほぼ比例する。しかし、基板５２の小型化や他の回路パターンなどとの関係で、基板下面の導体層５４の面積を大きくできないことがあり、放熱面積を大きくできない。そのため、下面導体層５４にヒートシンクを取り付けなければ、所望の放熱性能が得られないという問題があった。
【０００５】
一方、サーマルビアを設けたモジュール基板に発熱部品を実装するとともに、このモジュール基板をマザーボードなどの実装基板に実装し、モジュール基板下面の導体層を実装基板の電極に熱的に接触させる構造も知られている。しかし、この場合も、実装基板に形成された電極の表面積が小さいときには、放熱効果を高めることができないという問題がある。
【特許文献１】特開平６−８５４２７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる回路モジュールおよび回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は請求項１に係る回路モジュールおよび請求項３，４に係る回路装置により達成される。
請求項１に係る発明は、動作時に発熱を伴う部品と、表面に上記部品を実装するためのモジュール基板とを備え、上記モジュール基板の表面に上記部品と熱的に接続される表面電極を設けるとともに、上記モジュール基板の裏面に表面電極と対向する裏面電極を設け、上記モジュール基板に表面電極と裏面電極とを接続する放熱用スルーホールを設け、裏面電極に表面積を増やすための多数の凹凸部を一体に形成したことを特徴とする回路モジュールである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、動作時に発熱を伴う部品と、表面に上記部品を実装するためのモジュール基板とを備え、上記モジュール基板の表面に上記部品と熱的に接続される表面電極を設けるとともに、上記モジュール基板の裏面に表面電極と対向する裏面電極を設け、表面電極と裏面電極とを接続する放熱用スルーホールを設けた回路モジュールと、上記回路モジュールを実装した実装基板とを備えた回路装置であって、上記実装基板の表面に上記回路モジュールの裏面電極と熱的に接続される表面回路パターンを形成し、上記実装基板の裏面に上記表面回路パターンと対向する裏面回路パターンを形成し、上記実装基板に表面回路パターンと裏面回路パターンとを接続する放熱用スルーホールを形成し、裏面回路パターンに表面積を増やすための多数の凹凸部を一体に形成したことを特徴とする回路装置である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、動作時に発熱を伴う部品と、表面に上記部品を実装するための実装基板とを備え、上記実装基板の表面に上記部品と熱的に接続される表面電極を設けるとともに、上記実装基板の裏面に表面電極と対向する裏面電極を設け、上記実装基板に表面電極と裏面電極とを接続する放熱用スルーホールを設け、裏面電極に表面積を増やすための多数の凹凸部を一体に形成したことを特徴とする回路装置である。
【００１０】
発熱部品（動作時に発熱を伴う部品）はモジュール基板の表面電極と熱的に接続される。発熱部品の裏面に放熱部が形成されている場合には、この放熱部をモジュール基板の表面電極に接触させることで、熱的に接続できる。なお、表面電極が電気的な接続部を兼ねてもよい。表面電極に伝えられた発熱部品の熱は、モジュール基板の厚み方向に形成された放熱用スルーホールを介して裏面電極へ伝えられる。放熱用スルーホールが電気的接続機能を持っていてもよい。裏面電極に伝えられた発熱部品の熱は裏面電極の表面から放熱されるが、裏面電極には表面積を増やすための多数の凹凸部が一体に形成されているので、放熱面積が増え、放熱効率が向上する。そのため、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる。
【００１１】
本発明にかかる凹凸部とは、電極を凸部を有する形に形成したものでもよいし、凹部を有する形に形成したものでもよい。凹凸部は、ヒートシンクのような大きな凹凸ではなく、モジュール基板の厚みより小さな微小な凹凸がよい。凹凸部は必ずしも等間隔で形成されたものでなくてもよいが、分散して形成されたものがよい。
凹凸部の形状は、直方体、円筒形、円錐形、リブ状など任意である。凹凸部の形成方法は、メッキ、エッチングなど公知の方法で形成できる。
【００１２】
上記回路モジュールを実装基板に実装して回路装置を構成する場合に、発熱部品を実装基板の凹部に収容あるいは埋設し、裏面電極が外部に露出するように、モジュール基板を実装基板に固定するのがよい。
裏面電極に形成された凹凸部は放熱面積を増やすためであり、外部に露出している必要がある。そこで、この回路装置では、発熱部品を実装基板の中に配置し、裏面電極を外部に露出させることで、放熱効果を得ている。
【００１３】
請求項３に係る回路装置では、回路モジュールの裏面電極に凹凸部を形成せず、回路モジュールを実装する実装基板の外部に露出する裏面回路パターンに凹凸部を形成したものである。
この場合には、発熱部品の熱が回路モジュールの裏面電極に伝えられ、さらに実装基板の表面回路パターン、放熱用スルーホール、裏面回路パターンへと伝えられる。裏面回路パターンには表面積を増やすための多数の凹凸部が形成されているので、放熱効果が高く、効率よく放熱される。
この場合も、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる。
【００１４】
請求項４に係る回路装置は、発熱部品を実装基板に直接実装する回路装置であって、実装基板に請求項１のモジュール基板と同様な放熱構造を設けたものである。実装基板の裏面電極が多数の凹凸部を有するので、裏面電極からの放熱性が良好となる。そのため、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、請求項１にかかる回路モジュールによれば、発熱部品の熱をモジュール基板の表面電極、放熱用スルーホール、裏面電極へ伝えるとともに、裏面電極に形成した多数の凹凸部から放熱している。そのため、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる。
また、請求項３にかかる回路装置によれば、発熱部品の熱をモジュール基板から実装基板に伝え、実装基板の裏面に設けられた多数の凹凸部を持つ裏面回路パターンから放熱しているため、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる。
さらに、請求項４にかかる回路装置によれば、発熱部品の熱を実装基板に直接伝え、実装基板の裏面に設けられた多数の凹凸部を持つ裏面電極から放熱しているため、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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】
【００１７】
図１，図２は本発明にかかる回路モジュールの第１実施例を示す。
回路モジュールＡは、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）１と、この発熱部品１を実装したモジュール基板２とを備えている。発熱部品１の裏面中央部には放熱部１ａが設けられ、裏面周辺部には電極１ｂが設けられている。モジュール基板２は樹脂またはセラミックスなどの絶縁性基板よりなり、発熱部品１の投影面積と同等ないしこれより大きな投影面積を有する。モジュール基板２の表面の中央部には発熱部品１の放熱部１ａと熱的に接続される表面電極３が形成されており、表面の周辺部には発熱部品１の電極１ｂと電気的に接続される接続電極４が形成されている。望ましくは、発熱部品１の放熱部１ａと表面電極３とが面接触するか、あるいは半田などで固定されたものがよい。モジュール基板２の裏面には、表面電極３と対向する裏面電極５が形成されており、モジュール基板２には表面電極３と裏面電極５とを接続する複数の放熱用スルーホール６が形成されている。スルーホール６は表面電極３の形成領域に均等に分散して配置されている。この実施例のスルーホール６は内面に電極６ａを形成した後、内部に導電ペースト、樹脂材料、金属材料などの充填材６ｂを充填した構造としてあるが、内面に電極を形成した空洞構造でもよいし、あるいは内面に電極を形成せずに金属材料などを埋め込んだ構造としてもよい。この実施例の裏面電極５は、スルーホール６を含むモジュール基板２の裏面のほぼ全面に形成されており、発熱部品１の投影面積とほぼ同等の広さを有する。裏面電極５には表面積を増やすための多数の凸部７が等間隔でかつ分散して形成されている。この実施例の凸部７は直方体形状であり、メッキまたはエッチングで裏面電極５と一体に形成されている。
なお、この実施例では、モジュール基板２の上に発熱部品１のみを実装した例を示したが、モジュール基板２の表面または内部に他の電子部品を実装してもよいことは勿論である。特に、温度特性変化の少ない部品が望ましい。
【００１８】
上記のように、発熱部品１はモジュール基板２の表面電極３と熱的に接続されており、表面電極３に伝えられた発熱部品１の熱は、モジュール基板２の厚み方向に形成された放熱用スルーホール６を介して裏面電極５へ伝えられる。裏面電極５に伝えられた発熱部品１の熱は裏面電極５から放熱されるが、裏面電極５には多数の凹凸部７が一体に形成されているので、放熱面積が増え、放熱効率が向上する。そのため、ヒートシンクを使用せず、かつ電極面積を大きくせずに放熱効果を高めることができる。
【００１９】
図３に示すように、裏面電極５が２ｍｍ×２ｍｍである場合、平坦な裏面電極５の表面積は４．０ｍｍ2 である。一方、裏面電極５に０．２ｍｍ×０．２ｍｍ×０．１ｍｍの直方体形状の凸部７を１６個形成すれば、その表面積は、
表面積＝４．０ｍｍ2 ＋０．２ｍｍ×０．１ｍｍ×４×１６
＝５．２８ｍｍ2 
となる。つまり、平坦な裏面電極５に比べて３２％も広い表面積を得ることができる。
【００２０】
図４はメッキ法を用いて凸部７を形成する方法を示す。
図４において、（ａ）のように裏面電極５を持つモジュール基板２を準備し、（ｂ）のように突起形状の凸部７をメッキ処理により形成する。１回のメッキ処理で形成される凸部７の高さは低いので、メッキ処理を繰り返すことで（ｃ）のような所定の高さの凸部７を形成する。
【００２１】
図５はエッチング法を用いて凸部７を形成する方法を示す。
図５において、（ａ）のように裏面電極５を持つモジュール基板２を準備する。この裏面電極５は、予め凸部７の高さより大きな厚みに形成しておく。次に、（ｂ）のように裏面電極５上に凸部７に対応するエッチング用マスク１０を島状に形成し、マスク１０以外の部分をエッチングすることにより、（ｃ）のように多数の凸部７を持つ裏面電極５を形成できる。
【００２２】
図６はエッチング法を用いて凹部８を形成する他の方法を示す。
図６において、（ａ）のように裏面電極５を持つモジュール基板２を準備する。この裏面電極５は、予め凹部８の深さと同等以上の厚みに形成しておく。次に、（ｂ）のように裏面電極５上に凹部８と対応する穴１２を設けたエッチング用マスク１１を配置し、穴１２部分をエッチングすることにより、（ｃ）のように多数の凹部８を持つ裏面電極５を形成できる。
凹部８を形成した場合も、凸部７を形成した場合と同様に、裏面電極５の表面積を広げることができ、放熱効果を高めることができる。
【実施例２】
【００２３】
図７は上記回路モジュールＡを実装基板Ｂに実装した回路装置の一例を示す。図７の（ａ）は実装前、（ｂ）は実装後を示す。
実装基板（マザーボード）Ｂの表面には、発熱部品１の投影面積より大きく、モジュール基板２の投影面積より小さな開口面積を有する凹部２０が形成されている。凹部２０の深さは、モジュール基板２の表面から発熱部品１の表面までの高さより深い。凹部２０を除く実装基板Ｂの表面には回路パターン２１が形成されており、実装基板Ｂの裏面にも回路パターン２２が形成されている。
【００２４】
図７の（ａ）に示すように、回路モジュールＡを上下反転させ、発熱部品１を実装基板Ｂの凹部２０へ収容する。これにより、実装基板Ｂの表面にモジュール基板２の表面が接触し、モジュール基板２が凹部２０を蓋する形となる。その後、回路パターン２１と接続電極４とを半田付けなどによって接続する。なお、この実施例では、発熱部品１が実装基板Ｂの凹部２０の底面に接触しない例を示したが、発熱部品１の頂面が実装基板Ｂの凹部２０の底面に接触してもよい。
上記構造の回路装置の場合、発熱部品１が凹部２０に収納されるので、発熱部品１が保護されるとともに、実装状態で凹凸部７を有する裏面電極５が外部へ露出しているので、発熱部品１の熱が裏面電極５を介して効率よく放熱される。
なお、くり抜いた凹部２０に樹脂等を入れて更に放熱効率を上げてもよい。空気よりも熱伝導率が高い物質で満たせば、実装基板Ｂ内部からの放熱も期待できるからである。
【実施例３】
【００２５】
図８は回路モジュールＡを実装基板Ｃに実装した回路装置の他の実施例を示す。
この実施例は、プリプレグ状態の実装基板Ｃに発熱部品１を対向させ、モジュール基板２の裏面電極５が実装基板Ｃの表面の回路パターン２３とほぼ同一高さとなるように、発熱部品１およびモジュール基板２を実装基板Ｃに埋め込んだものである。なお、モジュール基板２の裏面が実装基板Ｃの表面から突出していてもよい。実装基板Ｃの裏面にも回路パターン２４が形成されている。
この実施例の場合、発熱部品１が実装基板Ｃの内部に埋め込まれているので、耐衝撃性に優れた回路装置を得ることができるとともに、実装基板Ｃの表面とモジュール基板２の裏面とがほぼ面一状態となるので、薄型の回路装置を実現できる。しかも、モジュール基板２の凹凸部７を有する裏面電極５が外部へ露出しているので、発熱部品１の放熱性も良好である。
なお、モジュール基板２の裏面に、裏面電極５とは別に発熱部品１の電極１ｂと電気的に接続された電極（図示せず）を設け、この電極と実装基板Ｃの表面の回路パターン２３とを電気的に接続するのがよい。
【実施例４】
【００２６】
図９は本発明にかかる回路装置のさらに他の実施例を示す。
この実施例は、実装基板Ｄの上に回路モジュールＡ’を実装した回路装置であって、回路モジュールＡ’は、モジュール基板２の裏面電極５が凹凸部を有しない平坦電極である点を除き第１実施例の回路モジュールＡと同様な構造を有する。
【００２７】
実装基板（マザーボード）Ｄの回路モジュールＡ’を実装した領域には、複数の放熱用スルーホール３０が形成されており、実装基板Ｄの表面には、裏面電極５と対応する位置に放熱用スルーホール３０の上端が露出している。実装基板Ｄの表面のスルーホール３０が露出した領域の周囲には、回路パターン３１が形成されており、この回路パターン３１は、回路モジュールＡ’の裏面の周辺部に形成された電極（図示せず）と電気的に接続される。実装基板Ｄの裏面には、放熱用スルーホール３０と接続された回路パターン３２が形成されており、この回路パターン３２には少なくともスルーホール２０と対応する領域に多数の凸部３３が形成されている。
上記説明では、実装基板Ｄの表面に放熱用スルーホール３０の上端を露出させたが、実装基板Ｄの表面に表面電極を形成しておき、この表面電極に放熱用スルーホール３０の上端を接続してもよい。この場合は、実装基板Ｄの表面電極に回路モジュールＡ’の裏面電極５を熱的に接続すればよい。
【００２８】
この実施例では、実装基板Ｄの放熱用スルーホール３０は、回路モジュール  Ａ’の放熱用スルーホール６より個数が多く、かつ広い領域に形成されている。しかも、放熱用の凸部３３がモジュール基板２の投影面積より広い領域に形成されているので、放熱面積が裏面電極５より大幅に拡張され、放熱効果を高めることができる。
なお、裏面の回路パターン３２および凸部３３の形成領域は、必要に応じて変更できることはいうまでもない。
【実施例５】
【００２９】
図１０は本発明にかかる回路装置の他の実施例を示す。
この実施例は、図１０に示す実施例における裏面回路パターン３２の凸部３３に代えて、凹部３４を形成したものである。その他の構成は、図９の実施例と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。
【実施例６】
【００３０】
図１１は本発明にかかる回路装置のさらに他の実施例を示す。この実施例は第１実施例（図１参照）の変形例であり、第１実施例と共通する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第１実施例では、モジュール基板２に発熱部品１を実装したが、この実施例ではモジュール基板２に代えて実装基板（マザーボード）Ｅに発熱部品１を直接実装したものである。すなわち、モジュール基板２より大型で、種々の回路パターンや回路部品が搭載された実装基板Ｅに、表面電極４１、裏面電極４２、放熱用スルーホール４３を設けるとともに、裏面電極４２に多数の凹凸部４４を一体に形成しておき、この実装基板Ｅの表面電極４１に発熱部品１の放熱部１ａを熱的に接続してある。また、発熱部品１の電極１ｂは実装基板Ｅの接続電極４０に電気的に接続される。
この場合も、発熱部品１の熱が、表面電極４１、放熱用スルーホール４３を介して裏面電極４２に伝えられるが、裏面電極４２に形成された凹凸部４４によって放熱面積が増大しているので、裏面電極４２より効率よく放熱される。
【００３１】
上記各実施例では、放熱用スルーホールを、内面に電極を形成し、その内部に充填材を充填した構造としたが、内面に電極を形成した空洞構造としてもよいし、内面電極を省略して金属材料のような熱伝導性のよい材料を埋め込んでもよい。スルーホールが内面に電極を形成した空洞構造の場合、その表裏面に形成される電極に開口部が形成される。一方、充填材を充填した構造のスルーホールの場合には、その表裏面に形成される電極はスルーホールの領域を含むように連続して形成できるので、放熱面積が大きくなり、望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明にかかる回路モジュールの一例の断面図である。
【図２】図１に示す回路モジュールを裏面側から見た斜視図である。
【図３】凹凸部を有する裏面電極の平面図および側面図である。
【図４】凹凸部の形成方法の一例の工程図である。
【図５】凹凸部の形成方法の他の例の工程図である。
【図６】凹凸部の形成方法のさらに他の例の工程図である。
【図７】図１に示す回路モジュールを用いた回路装置の実装前および実装後の断面図である。
【図８】図１に示す回路モジュールを用いた他の回路装置の断面図である。
【図９】回路装置の他の実施例の断面図である。
【図１０】回路装置のさらに他の実施例の断面図である。
【図１１】発熱部品を実装基板に直接実装した回路装置の断面図である。
【図１２】従来の発熱部品搭載基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ，Ａ’          回路モジュール
１                発熱部品
２                モジュール基板
３                表面電極
５                裏面電極
６                放熱用スルーホール
７                凹凸部
Ｂ〜Ｅ            実装基板
３２，４２        裏面回路パターン
３３，３４，４４  凹凸部
【図１】
2006351976.tif 000003
【図２】
2006351976.tif 000004
【図３】
2006351976.tif 000005
【図４】
2006351976.tif 000006
【図５】
2006351976.tif 000007
【図６】
2006351976.tif 000008
【図７】
2006351976.tif 000009
【図８】
2006351976.tif 000010
【図９】
2006351976.tif 000011
【図１０】
2006351976.tif 000012
【図１１】
2006351976.tif 000013
【図１２】
2006351976.tif 000014