(57)【要約】【課題】回路基板上に搭載するＩＣ素子が発生させる熱を、効率よく金属製のカバーに伝えることにより、動作効率が高く、電気特性の安定性に優れた電子装置を提供する。【解決手段】貫通孔６が設けられている回路基板１の上面に電子部品素子３を搭載し、電子部品素子３の非搭載領域に貫通孔６の上面側開口部を塞ぐようにして電子部品素子３の厚みよりも厚い放熱ブロック５を取着し、貫通孔６内で放熱ブロック５の下面にＩＣ素子２を搭載・収容するとともに、ＩＣ素子２の端子電極９を貫通孔６の内面に導出した回路基板１の回路配線７ａに電気的に接続し、更に放熱ブロック５の上面に、少なくとも電子部品素子３上まで外周部を延在させた金属製のカバー部材４を取着させてなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が設けられている回路基板の上面に電子部品素子を搭載し、該電子部品素子の非搭載領域に前記貫通孔の上面側開口部を塞ぐようにして前記電子部品素子の厚みよりも厚い放熱ブロックを取着し、前記貫通孔内で前記放熱ブロックの下面にＩＣ素子を搭載・収容するとともに、該ＩＣ素子の端子電極を前記貫通孔の内面に導出した回路基板の回路配線に電気的に接続し、更に前記放熱ブロックの上面に、少なくとも前記電子部品素子上まで外周部を延在させた金属製のカバー部材を取着させてなる電子装置。
【請求項２】
前記貫通孔内に、前記ＩＣ素子の下面を被覆する樹脂材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記回路基板の下面に複数個の外部接続端子が被着されており、前記樹脂材の下端が前記貫通孔の下面側開口部より上方に位置させてあることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記外部接続端子のうち１個がグランド端子であり、該グランド端子に前記カバー部材及び前記放熱ブロックが前記回路基板の回路導体を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ素子及び電子部品素子を搭載した電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ素子及び電子部品素子を搭載した電子装置は、通信機器や情報機器等に幅広く用いられている。
【０００３】
従来の電子装置として、例えば、回路基板の上面にＩＣ素子及び電子部品素子を搭載し、回路基板におけるＩＣ素子の搭載領域に、回路基板を厚み方向に貫通して形成するヒートシンク用ビアホールを形成し、回路基板の上方に、ＩＣ素子及び電子部品素子を覆う金属製のカバー部材を取着させてなる構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このような電子装置において、回路基板の上面に搭載したＩＣ素子の動作に伴って発生した熱は、ヒートシンク用ビアホールを経由し、回路基板の下面側に伝わるので、ＩＣ素子は、温度上昇が抑えられるので、動作効率の低下が最小限となっている。
【０００５】
一方では、ＩＣ素子を回路基板内部に形成した放熱電極に搭載し、熱を回路基板の側面側に伝えることによって、動作効率の低下を防止する構成についても示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
尚、従来の電子装置に用いられる回路基板は、配線導体パターンやビアホール導体を形成したセラミックグリーンシートを積層して得られた積層体を焼成することにより製作される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１７６９８７号公報（図１）
【特許文献２】
特開２０００−２００９７７号公報（図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、ヒートシンク用ビアホールを形成する構成の電子装置の場合、ビアホール導体の形成可能な面積が限られる。従って、回路基板の下面側に伝えられる熱の量には限界があり、ＩＣ素子は、温度上昇が抑えられなくなるので、動作効率が低下してしまう。
【０００９】
また、ＩＣ素子を放熱電極に搭載する構成の電子装置の場合、回路基板の内部に形成される配線導体パターンが縦横無尽に配置されているので、放熱電極の形成可能な面積が限られ、回路基板の側面側に伝えられる熱の量には限界があった。
【００１０】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、回路基板上に搭載するＩＣ素子が発生させる熱を、効率よく金属製のカバーに伝えることにより、動作効率が高く、電気特性の安定性に優れた電子装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子装置は、貫通孔が設けられている回路基板の上面に電子部品素子を搭載し、該電子部品素子の非搭載領域に前記貫通孔の上面側開口部を塞ぐようにして前記電子部品素子の厚みよりも厚い放熱ブロックを取着し、前記貫通孔内で前記放熱ブロックの下面にＩＣ素子を搭載・収容するとともに、該ＩＣ素子の端子電極を前記貫通孔の内面に導出した回路基板の回路配線に電気的に接続し、更に前記放熱ブロックの上面に、少なくとも前記電子部品素子上まで外周部を延在させた金属製のカバー部材を取着させてなるものである。
【００１２】
また、本発明の電子装置は、前記貫通孔内に、前記ＩＣ素子の下面を被覆する樹脂材が充填されていることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、本発明の電子装置は、前記回路基板の下面に複数個の外部接続端子が被着されており、前記樹脂材の下端が前記貫通孔の下面側開口部より上方に位置させてあることを特徴とするものである。
【００１４】
また更に、本発明の電子装置は、前記外部接続端子のうち１個がグランド端子であり、該グランド端子に前記カバー部材及び前記放熱ブロックが前記回路基板の回路導体を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の電子装置によれば、回路基板に設けた貫通孔の上面側開口部を塞ぐ放熱ブロックに、ＩＣ素子を搭載するようにしたので、ＩＣ素子が発生させる熱は、放熱ブロックへと効率的に伝わることとなる。加えて、放熱ブロックに伝わった熱は、放熱ブロックの上面に取着させてある金属製のカバー部材へと伝わることにより、放熱ブロックの温度上昇の小さなものとなっている。更には、金属製のカバー部材は、回路基板の上面に搭載した電子部品素子上にまで外周部を延在させてあり、その広い面積から空中へと熱が伝わることにより、温度上昇が抑えられたものとなっている。以上の結果、ＩＣ素子が発生させる熱は、放熱ブロックを経由して金属製のカバー部材から大気中へと効率よく伝わるようになっているので、ＩＣの動作効率が高く、電気特性の安定性に優れた電子装置とすることができる。
【００１６】
また、本発明の電子装置によれば、ＩＣ素子は、貫通孔の上面側開口部を塞ぐ放熱ブロックと、貫通孔内に充填した樹脂材により、充分に封止される構造となっている。樹脂材の下端は、前記貫通孔の下面側開口部より上方に位置させてあるため、回路基板の下面に被着された複数個の外部接続端子は、マザーボードに対して面実装が可能となる。
【００１７】
更に、本発明の電子装置によれば、前記外部接続端子のうち１個がグランド端子であり、該グランド端子に前記カバー部材及び前記放熱ブロックが前記回路基板の回路導体を介して電気的に接続させることにより、カバー部材を電磁ノイズからのシールド板としても機能させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子装置を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の電子装置の分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ´線断面図であり、同図に示す電子装置は、ＩＣ素子２と電子部品素子３とが搭載されている回路基板１の上面を金属製のカバー部材で被覆した構造を有している。
【００１９】
回路基板１としては、例えば、アルミナなどの絶縁層を積層して成るセラミック多層基板が用いられ、その表面や絶縁層間に所定の配線を形成・介在させることにより実装密度を高めている。このような配線の材料には、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等が用いられる。
【００２０】
また、前記回路基板１の上面には、その外周域に複数個の電子部品素子３が搭載され、下面には複数の外部接続端子７ｂが形成される。
【００２１】
前記電子部品素子３は、例えばダイオード、コンデンサ、抵抗等の発熱性が小さく、特に気密封止などを必要としない部品であり、ハンダ等により回路基板上面の電極パッド７ｃに接合される。
【００２２】
一方、前記回路基板１の下面に設けられる外部接続端子７ｂは、電子装置をマザーボードに搭載するための接続端子として機能するものであり、マザーボードの端子に対して半田等の導電性接合材を介し接合される。尚、前記外部接続端子７ｂの表面には防錆や半田濡れ性を考慮してメッキ処理が施され、かかるメッキ処理には、例えば、金（Ａｕ）メッキやＡｕ／Ｎｉ（ニッケル）メッキ等が用いられる。
【００２３】
また更に、前記回路基板１には、その中央域に貫通孔６が設けられ、該貫通孔６の内部にＩＣ素子２が収容される。
前記ＩＣ素子２は、電力増幅回路等の機能を備えた発熱性の大きな半導体素子であり、シリコン（Ｓｉ）やガリウムアルセナイド（ＧａＡｓ）等から成る半導体基板の下面に、パワーアンプ等を形成する複数のトランジスタ等によって構成された電子回路やアルミニウム（Ａｌ）等から成る配線，端子電極９等を所定パタンに形成してなり、その使用に際して増幅回路から大量の熱が発生するようになっている。
【００２４】
また、前記ＩＣ素子２の端子電極９は、上述した回路基板１の貫通孔６の内面に導出した回路配線７ａと、ボンディングワイヤ１１を介して電気的に接続され、更に樹脂材８によって被覆される。この樹脂材８は貫通孔６の下面側開口部を塞ぐようにしてＩＣ素子２の下面に被着され、かかる樹脂材８と後述する放熱ブロック５とでＩＣ素子２を封止している。この場合、電子装置をマザーボード上に面実装する際、電子装置を安定した状態で実装することができるように、前記樹脂材８の下端は貫通孔６の下面側開口部より上方に位置させておくことが好ましい。
【００２５】
そして、上述したＩＣ素子２は、前記貫通孔６を塞ぐようにして回路基板１の上面の取着された放熱ブロック５の下面に搭載される。
【００２６】
前記放熱ブロック５は、回路基板１の上面のうち、電子部品素子３の非搭載領域に取着・搭載されており、銅（４００Ｗ／ｍ・Ｋ）や低温焼成セラミックス（５Ｗ／ｍ・Ｋ）等の良熱伝導性材料によって電子部品素子３の厚みよりも分厚く形成されている。
【００２７】
かかる放熱ブロック５は、回路基板１を形成するアルミナ（２０Ｗ／ｍ・Ｋ）等に比し熱伝導性に優れた材料から成っているため、ＩＣ素子２の発する熱を良好に吸収し、これを後述するカバー部材４等を介して大気中に速やかに放散させることができる。これにより、電子装置の動作効率を向上させることができる。
【００２８】
前記放熱ブロック５は、その上面及び下面にＩＣ素子２や後述するカバー部材４を取着させるための平面部を備えていればよく、その形状としては、例えば角柱形状や円柱形状等の柱状体が採用され、この２つの型を比較した場合、円柱形状に比し角柱形状のほうが取扱性に優れている。
【００２９】
また、前記放熱ブロック５は、貫通孔６の周囲に設けられる電極パッド７ｄに接合され、ハンダ接合やシーム溶接等を採用することによって回路基板１の上面に取着される。このような電極パッド７ｄの材質としては、例えば銅（Ｃｕ）等が用いられ、電極パッド７ｄのハンダ濡れ性を良好となすためには、その表面にハンダメッキやスズ（Ｓｎ）メッキ等を施しておくことが好ましい。
【００３０】
尚、前記放熱ブロック５に接合される回路基板１の接合電極７ｄは独立したパターンであっても良いが、図に示すように、回路基板１に内蔵したビアホール導体１５と接続するようにしても良く、更には外部接続端子７ｂのグランド端子に電気的に接続するようにしても良い。
【００３１】
また一方、前記放熱ブロック５とＩＣ素子２との接合には、ハンダ、Ａｕ−Ｓｎ合金、導電性樹脂等の接合材が用いられ、放熱ブロック５の下面に上記接合材を介してＩＣ素子２の上面を当接させた上、両者を接合することによってＩＣ素子２が放熱ブロック５の下面に取着・搭載される。このようなＩＣ素子２の上面は、電子装置の使用時、グランド電位に保持されるようになっており、ＩＣ素子２と接する放熱ブロック５の電位もグランド電位に保たれることとなる。
【００３２】
そして、上述した放熱ブロック５の上面には、外周部を先に述べた電子部品素子３の上方まで延在させた金属製のカバー部材４が取着されており、かかるカバー部材４でもって回路基板１上の電子部品素子３を覆っている。
【００３３】
前記カバー部材４は、電子部品素子３等を物理的に保護するとともに、放熱ブロック５からの熱を吸収して、その全体から熱を大気中に放散するためのものであり、例えば、鉄（Ｆｅ）、洋白、リン青銅等のバネ性を有した金属材料によって形成される。
【００３４】
このカバー部材４は、その内面を放熱ブロック５の上面に半田等の接合材を介して接合することによって放熱ブロック５の上面に取着される。
【００３５】
このとき、前記カバー部材４を放熱ブロック５を介してグランド端子用の外部接続端子７ｂに電気的に接続させておけば、電子装置の使用時、カバー部材４がグランド電位に保持されるようになるため、カバー部材４が電子部品素子３等を電磁ノイズから保護するためのシールド板として機能するようになり、電子装置の動作特性をより安定化させることができる利点がある。従って、前記カバー部材４を放熱ブロック５を介してグランド端子用の外部接続端子７ｂに電気的に接続させておくことが好ましい。
【００３６】
尚、前記カバー部材４の内面には、その接合領域に、ハンダとの接合性を良好となすためにスズ（Ｓｎ）メッキ等を被着される。また、前記接合材としては、電子部品素子３の搭載に用いられる半田よりも低温で溶融するものを用いるのが好ましく、そのような接合材を用いてカバー部材４を放熱ブロック５に取着させることにより、回路基板１上に搭載させておいた電子部品素子３が接合材の再溶融により位置ずれを起こすのが有効に防止される。
【００３７】
かくして上述した電子装置においては、回路基板１の貫通孔６の上面側開口部を塞ぐ放熱ブロック５にＩＣ素子２を搭載するようにしたので、ＩＣ素子２の発する熱は放熱ブロック５を介してカバー部材４へと効率良く伝わり、大気中へと良好に放散されるようになる。従って、放熱ブロック５の温度上昇を小さく抑えることができ、電子装置を常に動作効率が高く、かつ、安定した状態で使用することが可能となる。
【００３８】
尚、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内での種々の変更や改良等が可能である。
【００３９】
例えば、上述の実施形態においては回路基板１をセラミック材料により形成するようにしたが、これに代えて、回路基板１をガラスエポキシ材などの有機材料を用いて形成するようにしても構わない。
【００４０】
また、上述の実施形態においては、ＩＣ素子２を接合材を介して放熱ブロック５に直接接合するようにしたが、これに代えて、ＩＣ素子２と放熱ブロック５との間に支持板を介在させるようにしても良く、この場合、厚みの厚い回路基板１にも容易に対応することができる。そのような支持板の材料としては、上述した放熱ブロックと同じものを用いるのが好ましい。
【００４１】
更に、上述の実施形態においてカバー部材の外周部に下方に向かって延びる脚部を形成するとともに、該脚部をグランド端子として、マザーボードに接合するようにしても良い。この場合、カバー部材の熱がハンダ等を介してマザーボードにも伝わるようになるため、電子装置の電気特性をより安定なものとなすことができる。
【００４２】
また更に上述の実施形態において、放熱ブロックを複数の放熱板を積層して形成するようにしても構わない。この場合、貫通孔を、薄い放熱板で塞ぐことができるため、電子部品素子を接合するためのハンダを印刷形成しやすくなり、ハンダの印刷を行なった後で更に放熱板を積み重ねることにより、電子部品素子よりも厚みの厚い放熱ブロックを形成するようにする。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の電子装置によれば、回路基板に設けた貫通孔の上面側開口部を塞ぐ放熱ブロックに、ＩＣ素子を搭載するようにしたので、ＩＣ素子が発生させる熱は、放熱ブロックへと効率的に伝わることとなる。加えて、放熱ブロックに伝わった熱は、放熱ブロックの上面に取着させてある金属製のカバー部材へと伝わることにより、放熱ブロックの温度上昇の小さなものとなっている。更には、金属製のカバー部材は、回路基板の上面に搭載した電子部品素子上にまで外周部を延在させてあり、その広い面積から空中へと熱が伝わることにより、温度上昇が抑えられたものとなっている。以上の結果、ＩＣ素子が発生させる熱は、放熱ブロックを経由して金属製のカバー部材から大気中へと効率よく伝わるようになっているので、ＩＣの動作効率が高く、電気特性の安定性に優れた電子装置とすることができる。
【００４４】
また、本発明の電子装置によれば、ＩＣ素子は、貫通孔の上面側開口部を塞ぐ放熱ブロックと、貫通孔内に充填した樹脂材により、充分に封止される構造となっている。樹脂材の下端は、前記貫通孔の下面側開口部より上方に位置させてあるため、回路基板の下面に被着された複数個の外部接続端子は、マザーボードに対して面実装が可能となる。
【００４５】
更に、本発明の電子装置によれば、前記外部接続端子のうち１個がグランド端子であり、該グランド端子に前記カバー部材及び前記放熱ブロックが前記回路基板の回路導体を介して電気的に接続させることにより、カバー部材を電磁ノイズからのシールド板としても機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子装置の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´線断面図である。
【符号の説明】
１・・・回路基板
２・・・ＩＣ素子
３・・・電子部品素子
４・・・カバー
５・・・放熱ブロック
６・・・貫通孔
７ａ・・・回路配線
７ｂ・・・外部端子電極
７ｃ・・・電極パッド
７ｄ・・・接合電極
８・・・樹脂材
９・・・端子電極
１１・・・ボンディングワイヤ
１５・・・ビアホール導体
【図１】
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【図２】
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