(57)【要約】【課題】小型で且つ放熱性に優れた回路モジュールを提供する。【解決手段】発熱性部品３ａを含む複数個の電子部品３と、内部配線４を有し、且つ複数個の電子部品３が搭載される配線基板２と、発熱性部品３ａの少なくとも一部を除いて複数個の電子部品３を被覆する絶縁性樹脂５と、発熱性部品３ａの絶縁性樹脂５で被覆されない部分及び絶縁性樹脂５の上面を被覆する放熱層６とで回路モジュールを構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱性部品と、
前記発熱性部品が搭載される配線基板と、
前記発熱性部品の少なくとも下部領域を被覆する絶縁性樹脂と、
前記絶縁性樹脂上に設けられ、且つ、一部が前記発熱性部品の上面及び側面の少なくとも一部に被着された放熱層と、を備えた回路モジュール。
【請求項２】
発熱性部品を含む複数個の電子部品と、
内部配線を有し、且つ前記複数個の電子部品が搭載される配線基板と、
前記発熱性部品の少なくとも一部を除いて前記複数個の電子部品を被覆する絶縁性樹脂と、
前記発熱性部品の前記絶縁性樹脂で被覆されない部分及び前記絶縁性樹脂の上面を被覆する放熱層と、を備えた回路モジュール。
【請求項３】
前記放熱層が金属焼結体からなることを特徴とする請求項２に記載の回路モジュール。
【請求項４】
前記放熱層がグランド導体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の回路モジュール。
【請求項５】
前記発熱性部品の上部が前記放熱層に埋設されていることを特徴とする請求項４に記載の回路モジュール。
【請求項６】
前記発熱性部品の上面の高さ位置が、他の電子部品の上面の高さ位置よりも高く、且つ前記絶縁性樹脂の上面の高さ位置と前記発熱性部品の上面の高さ位置とが等しいことを特徴とする請求項２に記載の回路モジュール。
【請求項７】
前記放熱層に複数の溝が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回路モジュール。
【請求項８】
前記複数個の電子部品は、温度特性変動の大きな部品を含み、前記発熱性部品と前記温度特性変動の大きな部品との間には、両者を仕切る遮蔽層が設けられているとともに、前記遮蔽層が前記放熱層に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の回路モジュール。
【請求項９】
前記発熱性部品がパワーアンプを内蔵した半導体部品であることを特徴とする請求項２に記載の回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳモジュールやＷ−ＬＡＮ（ワイヤレスラン）モジュール等の回路モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、配線基板上に複数の電子部品を搭載してなる回路モジュールが急速に普及してきている。これらの回路モジュールは、例えば、携帯電話機等の無線通信機器に使用され高周波信号を処理する機能を備えている。
【０００３】
配線基板に搭載される複数の電子部品の中には、回路モジュールの使用時にジュール熱などの熱を発生する発熱性部品が含まれている。かかる発熱性部品から発せられる熱が外部へ放散されない場合、発熱性部品自体に過度の熱が蓄積されるとにより、発熱性部品の電気的特性が大きく変動し、回路モジュールの動作が不安定となる。
【０００４】
そこで発熱性部品から発生した熱を回路モジュールの外部へ放出するために、配線基板に複数のサーマルビア導体を設けるようにした放熱構造が従来より用いられている。具体的には、配線基板の発熱性部品の直下領域に、配線基板を貫く複数のサーマルビア導体を設け、このサーマルビア導体を配線基板の下面に設置された放熱パッドに接続するものである。発熱性部品で発生した熱は、サーマルビア導体を介して放熱パッドに伝導し、回路モジュールの外部へ放出されることとなる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７２１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで回路モジュールを構成する配線基板の内部には、多くの内部配線が設けられている。しかしながら上述した従来の回路モジュールの場合、内部配線に加えて複数のサーマルビア導体などから成る放熱構造を配線基板に設けていることから、配線基板の内部構造が非常に複雑化してしまう。また、サーマルビア導体と内部配線とが接触しないように両者を形成しなければならず、サーマルビア導体あるいは内部配線の形成位置に制約を受けることとなる。これらのことから、発熱性部品を搭載した従来の回路モジュールでは、配線基板が大型化してしまい、回路モジュールの全体構造を小型化することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記の問題に鑑み案出されたものであり、その目的は小型で且つ放熱性に優れた回路モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回路モジュールは、発熱性部品と、前記発熱性部品が搭載される配線基板と、
前記発熱性部品の少なくとも下部領域を被覆する絶縁性樹脂と、前記絶縁性樹脂上に設けられ、且つ、一部が前記発熱性部品の上面及び側面の少なくとも一部に被着された放熱層とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明の回路モジュールは、発熱性部品を含む複数個の電子部品と、内部配線を有し、且つ前記複数個の電子部品が搭載される配線基板と、前記発熱性部品の少なくとも一部を除いて前記複数個の電子部品を被覆する絶縁性樹脂と、前記発熱性部品の前記絶縁性樹脂で被覆されない部分及び前記絶縁性樹脂の上面を被覆する放熱層と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明の回路モジュールは、前記放熱層が金属焼結体からなることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の回路モジュールは、前記放熱層がグランド導体に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の回路モジュールは、前記発熱性部品の上部が前記放熱層に埋設されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の回路モジュールは、前記発熱性部品の上面の高さ位置が、他の電子部品の上面の高さ位置よりも高く、且つ前記絶縁性樹脂の上面の高さ位置と前記発熱性部品の上面の高さ位置とが等しいことを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の回路モジュールは、前記放熱層に複数の溝が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の回路モジュールは、前記複数の電子部品は、温度特性変動の大きな部品を含み、前記発熱性部品と前記温度特性変動の大きな部品との間には、両者を仕切る遮蔽層が設けられているとともに、前記遮蔽層が前記放熱層に接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の回路モジュールは、前記発熱性部品がパワーアンプを内蔵した半導体部品であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の回路モジュールによれば、発熱性部品から発生した熱の多くは、放熱層を介して外部へ放出されることとなる。したがって、配線基板の内部に複雑な放熱構造を設けることなく、発熱性部品から発生する熱を外部へ放出することができるため、配線基板の内部構造が簡略化されるとともに、内部配線の設計自由度を向上させることができる。これにより、配線基板を小型化することができ、ひいては回路モジュールの全体構造を小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の回路モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施形態に係る回路モジュールの外観斜視図、図２は図１に示す回路モジュールの断面図である。
【００１９】
同図に示す回路モジュール１は、配線基板２，配線基板２に並設される複数の電子部品３、これら複数の電子部品を被覆する絶縁性樹脂５、並びに、絶縁性樹脂５を被覆する放熱層６を備えている。また複数の電子部品３は、発熱性部品３ａ，及びその他の電子部品３ｂを含むものである。
【００２０】
配線基板２は、例えば７ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍの概略直方体状の基板であり、ガラス−セラミックス、アルミナ、ムライト等のセラミック材料を主成分とする絶縁体層を複数個積層することにより形成されている。特に回路モジュール１を高周波用の機器に使用する場合、配線基板２には、ガラス−セラミック材料を用いることが望ましい。ガラス−セラミック材料を用いることにより、配線として低抵抗導体であるＣｕやＡｇが使用しやすくなる。この配線基板２は、ガラス−セラミックス材料等のセラミック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。
【００２１】
このような配線基板２の内部には、内部配線４が設けられている。内部配線４は、絶縁体層間に配される配線パターン４ａ及び絶縁体層を貫くビアホール導体４ｂを含むものである。
【００２２】
また配線基板２の下面には外部端子７が、上面には電子部品３を搭載するための電極パッド８などがそれぞれ形成されている。
【００２３】
上述の内部配線４や外部端子７、電極パッド８等は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ及びＭｏ等の金属を主成分とする材料から成り、例えば，Ａｇ系粉末、ホウ珪酸系低融点ガラスフリット、エチルセルロース等の有機バインダー、有機溶剤等を含有してなる導体ペーストを、配線基板２を構成する各絶縁体層となるセラミックグリーンシート上に、従来周知のスクリーン印刷等によって塗布し、焼成することによって形成される。
【００２４】
かかる配線基板２上には、発熱性部品３ａ、その他の電子部品３ｂが搭載されている。
【００２５】
発熱性部品３ａは、消費電力が比較的大きくジュール熱を発生し易い電子部品であり、本実施形態では、パワーアンプを内蔵した半導体部品を用いている。この発熱性部品３ａは、図３の平面図（電子部品３を点線で示す）に示す如く、回路モジュール１の平面視において放熱層６の中央に位置するように配されることが好ましい。このように発熱性部品３ａを配置することで、熱拡散性が向上し、発熱性部品３ａからの熱を効率よく放熱することができる。
【００２６】
一方、その他の電子部品３ｂは、コンデンサ、抵抗、インダクタ、ＳＡＷフィルタ、水晶発振子を含むものである。これらの電子部品３、内部配線４等が相互に電気的に接続されることにより所定の回路が構成されている。
【００２７】
これら電子部品３は、発熱性部品３ａの少なくとも一部を除いて絶縁性樹脂５によって被覆されている。
【００２８】
絶縁性樹脂５は、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等、絶縁性の樹脂材料で形成されており、発熱性部品３ａの一部や他の電子部品３ｂを覆うことによって、これらを保護するとともに、回路モジュール１自体の機械的強度を高める機能を有している。
【００２９】
この絶縁性樹脂５は従来周知のスクリーン印刷法等によって、電子部品３、及び配線基板２の上面を覆うように配線基板２の上面側に塗布される。このとき、発熱性部品３ａの一部が絶縁性樹脂５で被覆されないようにしておく。これは、放熱層６を発熱性部品３ａに被着させるためである。本実施形態においては、発熱性部品３ａ上に複数の通路９を設けられるようにして絶縁性樹脂５をパターン形成する。すなわち、発熱性部品３ａの上面の複数箇所が通路９の底面において露出された状態となる。なお、発熱性部品３ａ全体が被覆されるように絶縁性樹脂５を形成した後、レーザー光などを用いて絶縁性樹脂５の上面から発熱性部品３ａの上面に到達する孔や溝を形成することにより通路９を形成するようにしてもよい。塗布された絶縁性樹脂５は、例えば、１５０℃で３０分程度加熱することにより硬化される。
【００３０】
発熱性部品３ａの上面側に形成される通路９は、例えば、図３に示すように平面形状が円状をなし、発熱性部品３ａの上面全体にわたって均等に配置されている。通路９の形状、配置等は適宜変更することができる。例えば、発熱性部品３ａに発熱温度分布の偏りがある場合、発熱温度が高くなりやすい部分のみに通路９を形成するようにしてもよい。温度が上昇しやすい部分が発熱性部分３ａの中央領域に位置している場合、図９（ａ）に示すように、発熱性部品３ａの中央領域に通路９が密集するように形成してもよいし、図９（ｂ）に示すように、発熱性部品３ａの中央に位置する通路９の平面形状が大きくなるようにして形成してもよい。このように発熱性部品３ａの上面側に放熱構造を設けることによって、発生した熱が効率よく放熱されるように発熱性部品３ａの発熱温度分布に合わせて通路９の形成密度や形成寸法等を変更することができる。これによって、回路モジュールの電気性能及び信頼性性能をより向上させることができる。なお、通路９は平面形状が多角形をなすものや、ストライプ状のものなど任意の形状が可能である。
【００３１】
この絶縁性樹脂５の上面は放熱層６により被覆されるとともに、通路９に放熱層６が充填されることにより、通路９の底面に露出していた発熱性部品３ａの上面が放熱層６により被覆されることとなる。
【００３２】
放熱層６としては、導電性樹脂、蒸着やめっきによる金属膜などが例示できるが、生産性の観点から、Ａｇなどの焼結金属粒子のみからなる金属焼結体により形成することが好ましい。また、回路モジュール１を８００ＭＨｚ以上の無線周波数を扱う携帯電話等に組み込むときは、電磁シールドの観点からも金属焼結体が特に有効である。金属焼結体は、バインダー等の樹脂成分を殆ど含有せず、金属の微粒子同士が焼結したものである。この金属焼結体は、平均粒径１ｎｍ〜１００ｎｍ、より好適には、平均粒径１０ｎｍ〜５０ｎｍの金属ナノ粒子を、トルエン、テルピネオール、キシレン、テトラデカン等の有機系の分散溶媒中に分散させ、ペースト状にした後、絶縁性樹脂５の上面に塗布し、これを１３０〜３００℃で加熱処理することにより形成される。このように上記ナノオーダーの金属粒子を用いることにより、緻密な金属層が形成され、熱伝導性、放熱性に極めて優れた層となすことができ、発熱性部品３ａから発生する熱を、効率よく外部へ放出することができる。また、ナノオーダーの金属粒子は、１３０〜３００℃の比較的低温度で焼結するため、絶縁性樹脂５、及び電子部品３等に高温加熱による劣化を発生させることなく、放熱層５を形成できる。
【００３３】
なお、金属焼結体の材料としては、Ａｇ以外にもＣｕやＮｉ等が使用できる。また、金属焼結体による放熱層５の厚みは、例えば、５〜１０μｍに設定される。
【００３４】
上述した本発明の回路モジュール１によれば、発熱性部品３ａから発生した熱の多くは、放熱層６を介して外部へ放出されることとなる。すなわち、配線基板２にサーマルビア導体などから成る複雑な放熱構造を設けることなく、発熱性部品３ａの熱を外部へ放出することができるため、配線基板２の内部構造が簡略化されるとともに、内部配線４の設計自由度を向上させることができる。これにより、配線基板２を小型化することができ、ひいては回路モジュール１の全体構造を小型化することが可能となる。
【００３５】
図４は、第１の実施形態の変形例を示す断面図である。同図に示す回路モジュールの特徴的なことは、配線基板２に設けたグランド導体１０に放熱層６が電気的に接続されていることである。グランド導体１０は、回路モジュールの使用時、グランド電位に保持される導体であり、このグランド導体１０に放熱層６を電気的に接続させることにより、放熱層６の電磁的なシールド機能を高めることができる。これにより、配線基板２に搭載された電子部品３が電磁的にシールドされた状態となり、外部からの不要な電磁波による電子部品の誤動作、電気特性の変動などを防止することができ、回路モジュール１をより安定的に動作させることができる。グランド導体１０は、内部配線４を介してグランド電位用の外部端子７に接続されている。
【００３６】
図５は、本発明に係る回路モジュール１の第２の実施形態を示す断面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素には同じ符号を用いて重複する説明は省く（以下の実施形態についても同じ）。本実施形態において特徴的なことは発熱性部品３ａの上部が放熱層５に埋設されている点である。このように発熱性部品３ａの上部を放熱層５に埋設することによって、発熱性部品３ａと放熱層５との接触面積が増加し、発熱性部品３ａで発生する熱をより効率的に外部へ放出することができる。なお、発熱性部品３ａの上部とは、発熱性部品３ｂ本体における上半分の領域である。
【００３７】
図６は、本発明に係る回路モジュール１の第３の実施形態を示す断面図である。本実施形態において特徴的なことは、発熱性部品３ａの上面の高さ位置が、他の電子部品３ｂの上面の高さ位置よりも高く、且つ絶縁性樹脂５の上面の高さ位置と発熱性部品３ａの上面の高さ位置とが等しい点である。絶縁性樹脂５の上面の高さ位置と発熱性部品３ａの上面の高さ位置とを等しくすることにより、放熱層６の上面を平坦化しつつ回路モジュールを低背化することができる。すなわち、絶縁性樹脂５の上面が最も高背な発熱性部品３の上面よりも低い場合、絶縁性樹脂５の上面を覆うように放熱層６を形成すると、放熱層６は、発熱性部品３ａに対応する部分が突出した状態となる。これに対し、絶縁性樹脂５の上面の高さ位置と発熱性部品３ａの上面の高さ位置とを等しくしておけば、絶縁性樹脂５の上に形成される放熱層６にも大きな凹凸が形成されることがなくなる。これにより、例えば、回路モジュール１を吸引して搬送する際、確実に吸引を行うことができ、生産性向上に供することができる。また、発熱性部品３ａの上面と放熱層６との間に絶縁性樹脂５が介在されない分、回路モジュール１を低背化することができる。
【００３８】
図７は、本発明に係る回路モジュール１の第４の実施形態を示す断面図である。本実施形態において特徴的なことは、放熱層６に複数の溝１１が設けられている点である。このように複数の溝１１を放熱層６に設けることによって放熱層６の表面積が増え、外部への放熱性を高めることができる。
【００３９】
図８（ａ）は、本発明に係る回路モジュール１の第５の実施形態を示す断面図であり、図８（ｂ）は平面図である。本実施形態において特徴的なことは、複数の電子部品３が、温度特性変動の大きな部品３ｃを含み、発熱性部品３ａと温度特性変動の大きな部品３ｃとの間に、両者を仕切る遮蔽層１２を設けた点である。遮蔽層１２は放熱層６と接続されており、発熱性部品３ａから発生した熱が温度特性変動の大きな部品３ｃへ伝わるのを抑制することができる。これにより温度特性変動の大きな部品３ｃの電気的な特性が熱により大きく変動するのを防止し、回路モジュール１をより安定して動作させることができる。遮蔽層１２は、上述の放熱層５と同様の理由により、Ａｇなどの焼結金属粒子のみからなる金属焼結体により形成することが好ましく、絶縁性樹脂５に通路９を形成した後、通路９に金属焼結体の前駆体を充填し、これを加熱処理することにより形成される。また、遮蔽層１２をグランド導体１０と接続させておけば、配線基板２に搭載された電子部品３が電磁的にシールドされた状態となり、外部からの不要な電磁波による電子部品３への影響を抑制し、回路モジュール１をより安定的に動作させることができる。したがって、遮蔽層１２をグランド導体１０と接続しておくことが好ましい。なお、温度特性変動の大きな部品３ｃとしては、ＳＡＷフィルタ、水晶発振子が例示できる。
【００４０】
なお、本発明は上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、改良等が可能である。
【００４１】
上述した実施形態では、複数の電子部品３のうち発熱性部品３ａの上面の高さ位置が最も高い回路モジュールの例を用いて説明したが、発熱性部品３ａの上面の高さ位置が、他の電子部品３ｂの上面の高さ位置よりも低い場合であっても本発明は適用可能である。この場合、図１０に示すように放熱層６と発熱性部品３ａとの間の間隔に適合する高さを有する通路９を形成し、この通路９内に放熱層６の一部が充填されるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回路モジュールの外観斜視図である。
【図２】図１に示す回路モジュールの断面図である。
【図３】図１に示す回路モジュールの平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る回路モジュールの変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る回路モジュールの断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る回路モジュールの断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る回路モジュールの断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る回路モジュールの断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図９】図１に示す回路モジュールの平面図であり、（ａ）は通路の配置を変えたもの、（ｂ）は通路の形状を変えたものである。
【図１０】本発明の他の実施形態の係る回路モジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・回路モジュール
２・・・配線基板
３・・・電子部品
４・・・内部配線
５・・・絶縁性樹脂
６・・・放熱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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