(57)【要約】【課題】モジュールの電気絶縁性を損なうことなく高周波超小型回路中の素子へとヒートシンクを取り付ける。【解決手段】上記課題は、第一及び第二の面間に延びる第一の穴を有する基板と、第二の面に取り付けられた導電層と、第一の面に取り付けられた、突起を有する電気的及び熱的に伝導性のヒートシンクとを含む、一体的にシールドされた電子回路に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置により解決される。ヒートシンクは、基盤の第一の面に取り付けられ、そして第二の穴が貫通する導電プレートとを含む。突起は第一の穴を通り、導電層と実質的に同じ高さとなる面を持っている。電子部品はその突起面に取り付けることが出来る。プレートは導電層及び突起面と電気的に結合しており、これにより突起と導電層間の開放空間はプレートの導電領域により覆われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体的にシールドされた電子回路（１０５）に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置（１００）であって、
基板（１３５）の第一及び第二の面（１３６、１３７）間に伸びる第一の穴（１４０）を持つ前記基板（１３５）と、
前記第二の面（１３７）に取り付けられた導電層（１４５）と、
突起部（１２５）を持つ電気的、熱的に伝導性のヒートシンク（１１５）であって、前記ヒートシンク（１１５）が前記基板（１３５）の前記第一の面（１３６）に取り付けられており、前記突起部（１２５）が前記第一の穴（１４０）を通じて伸び、前記導電層（１４５）と実質的に同じ高さに位置する面（１３０）を持ち、前記突起面（１３０）に電子部品（１１０）を取り付けられることを特徴とする前記ヒートシンクと、
第二の穴（１８０）が貫通した導電性プレート（１７０）を具備したことを特徴とし、前記導電性プレート（１７０）が、前記導電層（１４５）と前記突起面（１３０）に電気的に結合しており、これにより前記突起部（１２５）と前記導電層（１４５）との間の開放空間（１６５）が前記プレート（１７０）の導電性領域により覆われていることを特徴とする前記ヒートシンク装置（１００）。
【請求項２】
前記装置（１００）が集積厚膜超小型回路（１０５）の一部であることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク装置（１００）。
【請求項３】
前記導電層（１４５）、プレート（１７０）及びヒートシンク（１１５）が接地電位にあることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク装置（１００）。
【請求項４】
一体的にシールドされた電子回路（１０５）に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置（１００）であって、
基板（１３５）の第一及び第二の面（１３６、１３７）間に伸びる第一の穴（１４０）を持つ前記基板（１３５）と、
前記第二の面（１３７）に取り付けられた導電層（１４５）と、
突起部（１２５）を持つ電気的及び熱的に伝導性のヒートシンク（１１５）とを具備したことを特徴とし、前記ヒートシンク（１１５）が前記基板（１３５）の前記第一の面（１３６）に取り付けられており、前記突起部（１２５）が前記第一の穴（１４０）を通じて伸び、前記導電層（１４５）と実質的に同じ高さに位置する面（１３０）を持ち、前記突起面（１３０）よりも大きい電子部品（１１０）を前記導電層（１４５）に取り付けることが出来、前記突起部（１２５）と前記導電層（１４５）との間の開放空間（１６５）が前記電子部品（１１０）により覆うことにより前記電子部品（１１０）を電気的及び熱的に前記突起面（１３０）へと接続可能であることを特徴とする前記ヒートシンク装置（１００）。
【請求項５】
前記装置（１００）が集積厚膜超小型回路（１０５）の一部であることを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク装置（１００）。
【請求項６】
前記導電層（１４５）及びヒートシンク（１１５）が接地電位にあることを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にマイクロ波回路に関するものであり、より具体的には集積化された厚膜ＲＦ及びマイクロ波超小型回路モジュール、更に具体的にはこのようなモジュールで発生した熱の放熱に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波とは、ピーク間の幅が代表的には１ｍｍ〜３０ｃｍの範囲にある非常に短い波長を持つ電磁エネルギー波である。高速通信システムにおいては、マイクロ波は情報をＡ地点からＢ地点まで送る為の搬送信号として利用される。マイクロ波が搬送する情報は、マイクロ波回路が送受信し、処理するものである。
【０００３】
高周波（ＲＦ）及びマイクロ波回路のパッケージは従来から非常に高価なものであり、そして非常に高い電気絶縁性とギガヘルツ周波数帯における優良な信号保全性を必要とする。加えて、集積回路（ＩＣ）のパワー密度が非常に高い場合もある。マイクロ波回路はその回路部品間、そして他の電子回路とマイクロ波回路自体との間に高周波電気絶縁性を必要とする。この絶縁の必要性により、従来から基板上に回路を構築する場合、回路を金属空洞中に配置し、この金属空洞を金属プレートで覆うということが行われてきた。一般的に金属空洞自体は、金属プレートを機械加工し、その後複数のプレートをはんだ又はエポキシで接続することにより形成される。また、プレートは機械加工プレートよりも安価な代替手法である鋳造により製作することも可能である。しかしながら、鋳造の場合は精度が落ちることになる。
【０００４】
マイクロ波回路の他の従来の形成方法における１つの問題は、金属カバーで空洞に封止を行う為には導電性のエポキシを使用する点にある。エポキシは良好な封止を提供するが、共鳴空洞中の損失と遮蔽空洞のリークを増大させることになる高い電気抵抗のコストを伴うという欠点がある。従来方法における他の問題は、組立工程に非常に長い時間を要することから製造コストが増大するという点である。
【０００５】
ＲＦ／マイクロ波超小型回路の他の従来のパッケージング方法としては、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）又はバイポーラ集積回路及び受動部品を薄膜回路へと取り付けるものがある。次にこれらの回路は上述した金属空洞中にパッケージされる。その後このモジュールを外部へと繋げる為にＤＣフィードスルーコネクタ及びＲＦコネクタが使用される。
【０００６】
改良型ＲＦマイクロ波回路を製造する為の、更に他の方法としては、単層厚膜技術を薄膜回路に採用するものがある。コストの一部はわずかに削ることは出来るものの、金属製エンクロージャーとそのコネクタにより全体的なコストは依然として高く、また、この種の構成に通常使用される誘電材料（ペーストやテープ等）は特にギガヘルツ周波数帯で電気的損失が高い。誘電率の制御性は、いずれの特定の周波数においても、そして周波数の関数としても悪い。加えて、誘電材料の厚さを制御することも困難な場合が多い。
【０００７】
完全に遮蔽されたマイクロ波モジュールを、金属製エンクロージャーを使用せずに厚膜プロセスのみで作るより新しい方法がＬｅｗｉｓ　Ｒ．Ｄｏｖｅ等による米国特許第６，２５５，７３０号“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｌｏｗ　ＣｏｓｔＴｈｉｃｋ　Ｆｉｌｍ　ＲＦ　Ｍｏｄｕｌｅ”（特許文献１参照）に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第６，２５５，７３０号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
高周波超小型回路中の集積回路及び他の素子からの放熱は特に難しい問題である。熱放出の高いこれらの超小型回路素子からの熱伝達を高める為に、素子を直接ヒートシンク（ヒートスプレッダ、又はヒートペデスタルとも呼ばれる）へと取り付ける場合が多い。しかしながら、このような回路に使用されることが多い有機又はセラミック基板への取り付けは、より低い熱伝導性により最初から除外される。
【００１０】
このため、ハイパワー集積回路又は他のハイパワー素子が集積厚膜マイクロ波モジュールに使用される場合、セラミック基板には金属性ヒートシンクを収容する為の穴があけられることが一般的である。この穴により、通常は基板の上にある接地面が提供する電気絶縁に切れ目が生じるのである。電気絶縁の切れ目は、一般的に非常に高度な電気絶縁を要するマイクロ波アプリケーションにおいては好ましくない。接地面における切れ目は電磁エネルギーの放射につながる。
【００１１】
よってモジュールの電気絶縁性を損なうことなく高周波超小型回路中の素子へとヒートシンクを取り付ける手段が必要とされているのである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一体的にシールドされた電子回路（１０５）に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置（１００）であって、基板（１３５）の第一及び第二の面（１３６、１３７）間に伸びる第一の穴（１４０）を持つ前記基板（１３５）と、前記第二の面（１３７）に取り付けられた導電層（１４５）と、突起部（１２５）を持つ電気的、熱的に伝導性のヒートシンク（１１５）であって、前記ヒートシンク（１１５）が前記基板（１３５）の前記第一の面（１３６）に取り付けられており、前記突起部（１２５）が前記第一の穴（１４０）を通じて伸び、前記導電層（１４５）と実質的に同じ高さに位置する面（１３０）を持ち、前記突起面（１３０）に電子部品（１１０）を取り付けられることを特徴とする前記ヒートシンクと、そして第二の穴（１８０）が貫通した導電性プレート（１７０）を具備したことを特徴とし、前記導電性プレート（１７０）が、前記導電層（１４５）と前記突起面（１３０）に電気的に結合しており、これにより前記突起部（１２５）と前記導電層（１４５）との間の開放空間（１６５）が前記プレート（１７０）の導電性領域により覆われていることを特徴とする前記ヒートシンク装置（１００）によって、上記課題を解決する。
【００１３】
一実施例においては、一体的にシールドされた電子回路に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置は、第一及び第二の面間に延びる第一の穴を有する基板と、第二の面に取り付けられた導電層と、第一の面に取り付けられた、突起を有する電気的及び熱的に伝導性のヒートシンクとを含む。ヒートシンクは、基盤の第一の面に取り付けられ、そして第二の穴が貫通する導電プレートとを含む。突起は第一の穴を通り、導電層と実質的に同じ高さとなる面を持っている。電子部品はその突起面に取り付けることが出来る。プレートは導電層及び突起面と電気的に結合しており、これにより突起と導電層間の開放空間はプレートの導電領域により覆われる。
【００１４】
他の実施例において、一体的にシールドされた電子回路に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置は、基板の第一及び第二の面間に延びる第一の穴を有する基板と、第二の面に取り付けられた導電層と、突起を有する電気的及び熱的に伝導性のヒートシンクとを含む。ヒートシンクは基板の第一の面に取り付けられている。突起は第一の穴を通り、導電層と実質的に同じ高さとなる面を持っている。突起面よりも大きい電子部品は、導電層へは電気的に、そして突起面には電気的及び熱的に接続可能であり、これにより突起と導電層間の開放空間はその電子部品により覆われる。
【００１５】
本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を例示して示す図面の参照と共に以下の詳細な説明から明らかになる。
【００１６】
図面は、本発明のよりわかり易い説明に使用する視覚的な表現を提供するものであり、当業者が本発明及びその固有の利点を理解する為に使うことが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面に示したように、本願は電子回路に電気絶縁性を提供する新規のヒートシンク装置に関するものである。以前のヒートシンクは封止が不完全となる原因を作り、これにより回路を一体的にシールドした封止から、特に高周波数の電磁信号が放射されてしまう。
【００１８】
以下の詳細な説明及び幾つかの図においては、同様の要素には同様の符号を付した。
【００１９】
図１は、本発明の代表的な実施例である、一体的にシールドした電子回路１０５に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置１００を描いた図である。図１においては、電子回路１０５は超小型回路１０５である。電子部品１１０（集積回路１１０等）は導電性の接着剤１２０又ははんだペースト１２０等によりヒートシンク１１５に取り付けられている。ヒートシンク１１５は時にヒートスプレッダ１１５またはヒートペデスタル１１５とも呼ばれることがあるが、ヒートペデスタル１１５という語は、ヒートシンク１１５本体から突出する突起部１２５、即ちペデスタル１２５を指すものである。電子部品１１０はその突起部１２５の突起面１３０に取り付けられる。ヒートシンク１１５は基板１３５の第一の面１３６（本願においては底面１３６とも言う）に取り付けられる。基板１３５には、第一の面１３６から基板１３５の第二の面１３７（本願においては上面１３７とも言う）へと通じる第一の穴１４０が設けられている。導電層１４５は、電子部品１１０にボンディングされたワイヤ１５５及び導電層１４５を介して電子部品１１０を超小型回路１０５の他の部位へと電気的に結合する為に用いられる誘電層１５０により分離されている。導電層１４５や誘電層１５０を含む超小型回路１０５の様々な構造は、代表的には従来の薄膜形成技術、又は従来の厚膜スクリーニング技術により形成される。基板１３５の上面１３７に取り付けられる導電層１４５は、通常は接地面であり、図示していない導電バイアを通じてヒートシンク１１５へと電気的に結合されている。導電性リッド１６０は超小型回路１０５の上面において超小型回路１０５の電気シールドを提供するものである。製造技術が不完全である為に、ヒートシンク１１５の突起１２５と基板１３５の上面１３７に取り付けられる導電層１４５との間には、電磁信号の放射が生じ得る間隙１６５、即ち開放空間１６５が存在する。突起１２５と基板１３５に取り付けられた導電層１４５との間に導電性プレート１７０が取り付けられていることにより、この開放空間１６５は閉鎖されており、よって開放空間１６５を介した電磁信号の放射は防止されている。導電性プレート１７０は通常、従来の導電性接着剤１２０又ははんだ１２０により取り付けられる。
【００２０】
図２は、前述した実施例で使用されている導電性プレート１７０の上面図である。導電性プレート１７０は導電領域１７５とプレート１７０中の開口１８０を含む。この開口１８０は、本願においては第二の穴１８０とも呼ぶものとする。図１を見ると、電子部品１１０は、プレート１７０の開口１８０の内側にあるヒートシンク１１５の突起部１２５に取り付けられている。プレート１７０の導電性領域１７５が基板１３５に取り付けられており、これにより導電性プレート１７０の導電領域１７５が開放空間１６５を覆っている為、この開放空間１６５を通じた電磁信号の放射を防止している。
【００２１】
図１及び図２の実施例においては、プレート１７０は、上下接地面と呼ばれる、本願においては集積厚膜マイクロ波モジュールの基板１３５上面１３７に取り付けられた導電層１４５と、ヒートシンク１１５との間の間隙をブリッジする為に、例えばコーバルのような導電材料の薄片として製造することが出来る。このプレート１７０ははんだ又は導電性接着剤１２０により取り付けることが出来る。はんだ１２０を用いた場合、プレート１７０ははんだの予備的形成部品１２０と共に製作することが出来る。その後、集積回路１１０又は他の電子部品１１０がはんだ１２０又は導電性接着剤１２０によりヒートシンク１１５の突起部１２５へと取り付けられる。集積回路１１０はプレート１７０の開口１８０中に配置される。プレート１７０及び接地されたヒートシンク１１５は、モジュールの接地への電気的連続性を提供するものである。
【００２２】
図３は、本発明の他の実施例である、一体的にシールドされた電子回路１０５に電気絶縁性を提供する他のヒートシンク装置１００を描いたものである。図３において、電子回路１０５は超小型回路１０５である。集積回路１１０のような電子部品１１０は、代表的には導電性接着剤１２０又ははんだペースト１２０等により、ヒートシンク１１５の突起部１２５に取り付けられる。電子部品１１０は突起部１２５の突起面１３０に取り付けられる。ヒートシンク１１５は基板１３５の底面１３６に取り付けられている。基板１３５にはその第一の面１３６から上面１３７まで伸びる第一の穴１４０が設けられている。誘電層１５０により分離された導電層１４５は、電子部品１１０と導電層１４５にボンディングされたワイヤ１５５を通じて電子部品１１０を超小型回路１０５の他の部分へと電気的に結合する為に用いられる。導電層１４５及び誘電層１５０を含む超小型回路１０５の様々な構造は通常、従来の薄膜技術により形成されるか、或いは従来の厚膜技術によりスクリーン形成される。基板１３５の上面１３７へと取り付けられた導電層１４５は通常、接地面であり、図示していない導電性バイアを介してヒートシンク１１５へと電気的に結合している。導電性リッド１６０は、超小型回路１０５の上面１３７において、超小型回路１０５の電気シールドを提供するものである。製造技術の不完全性から、ヒートシンク１１５の突起部１２５と基板１３５の上面１３７に取り付けられた導電層１４５との間には間隙１６５、即ち開放空間１６５が存在し、これを通じて電磁信号が放射する可能性がある。この開放空間１６５を通じた電磁信号の放射を防止する為に、ヒートシンク１１５の突起部１２５を電子部品１１０よりも小型に作り、電子部品１１０を開放空間１６５に重なるように取り付けて突起部１２５と基板１３５に取り付けられた導電層１４５を電気的に結合することにより、開放空間１６５は閉鎖されている。
【００２３】
図４は、前述した本発明の他の実施例における、電子部品１１０及び突起部１２５の上面図である。図３を見ると、電子部品１１０はヒートシンク１１５の突起部１２５に取り付けられている。突起面１３０よりも若干大きい電子部品１１０は、更に基板１３５に取り付けられた導電層１４５にも取り付けられており、これにより開放空間１６５が遮蔽されており、この開放空間１６５を通じた電磁信号の放射が防止されている。
【００２４】
図３及び図４の実施例においては、ヒートシンク１１５の突起部１２５は、集積回路１１０よりもわずかに小さく作られている。集積回路の裏側が、本実施例においては基板１３５の上面１３７に取り付けられた導電層１４５として説明されている超小型回路モジュール１０５のいわゆる上下接地面と、ヒートシンク１１５の突起部１２５との間の間隙１６５をブリッジする為に使用されている。集積回路１１０は、ヒートシンク１１５の突起部１２５と、超小型回路モジュール１０５の基板１３５上にある上下接地面の両方に、はんだ又は導電性接着剤１２０により取り付けられている。この取り付けは、ダイアタッチ材料を使って高低差を埋めることにより、ヒートシンク１１５の突起部１２５の頂点の高さを基板１３５の上面に対して注意深く制御することにより実施される。本実施例によれば、プレート１７０が省略され、集積回路ダイ１１０を超小型回路モジュール１０５の導電層１４５へと接続するワイヤ／リボンボンドも、より短くて済むことになる（多くの高周波アプリケーションにおいてはダイボンドに関連する寄生インダクタンスを小さくする為に重要である）。
【００２５】
従ってヒートシンク装置１００の実施例によれば、ヒートシンク１１５の突起部１２５と、これが挿入される基板１３５中の穴１４０との間にある開放空間１６５を遮蔽することにより、超小型回路１０５を電気的に絶縁する能力が提供されるものである。これにより、ヒートシンク取り付け部周囲からの電磁放射リークが回避される。
【００２６】
本発明を、その推奨される実施例に基づいて詳細に説明して来たが、説明した実施例はあくまでも例示したものであり、限定的な意味はない。当業者には明らかなように、請求項の範囲に入る同等の実施例が得られることになる変更を説明した実施例の形式及び詳細に加えることが出来ることは言うまでもない。
最後に、本発明の代表的な実施態様を示す。
【００２７】
（実施態様１）
一体的にシールドされた電子回路（１０５）に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置（１００）であって、基板（１３５）の第一及び第二の面（１３６、１３７）間に伸びる第一の穴（１４０）を持つ前記基板（１３５）と、前記第二の面（１３７）に取り付けられた導電層（１４５）と、突起部（１２５）を持つ電気的、熱的に伝導性のヒートシンク（１１５）であって、前記ヒートシンク（１１５）が前記基板（１３５）の前記第一の面（１３６）に取り付けられており、前記突起部（１２５）が前記第一の穴（１４０）を通じて伸び、前記導電層（１４５）と実質的に同じ高さに位置する面（１３０）を持ち、前記突起面（１３０）に電子部品（１１０）を取り付けられることを特徴とする前記ヒートシンクと、第二の穴（１８０）が貫通した導電性プレート（１７０）を具備したことを特徴とし、前記導電性プレート（１７０）が、前記導電層（１４５）と前記突起面（１３０）に電気的に結合しており、これにより前記突起部（１２５）と前記導電層（１４５）との間の開放空間（１６５）が前記プレート（１７０）の導電性領域により覆われていることを特徴とする前記ヒートシンク装置（１００）。
【００２８】
（実施態様２）
前記装置（１００）が集積厚膜超小型回路（１０５）の一部であることを特徴とする実施態様１に記載のヒートシンク装置（１００）。
【００２９】
（実施態様３）
前記導電層（１４５）、プレート（１７０）及びヒートシンク（１１５）が接地電位にあることを特徴とする実施態様１に記載のヒートシンク装置（１００）。
【００３０】
（実施態様４）
一体的にシールドされた電子回路（１０５）に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置（１００）であって、基板（１３５）の第一及び第二の面（１３６、１３７）間に伸びる第一の穴（１４０）を持つ前記基板（１３５）と、前記第二の面（１３７）に取り付けられた導電層（１４５）と、突起部（１２５）を持つ電気的及び熱的に伝導性のヒートシンク（１１５）とを具備したことを特徴とし、前記ヒートシンク（１１５）が前記基板（１３５）の前記第一の面（１３６）に取り付けられており、前記突起部（１２５）が前記第一の穴（１４０）を通じて伸び、前記導電層（１４５）と実質的に同じ高さに位置する面（１３０）を持ち、前記突起面（１３０）よりも大きい電子部品（１１０）を前記導電層（１４５）に取り付けることが出来、前記突起部（１２５）と前記導電層（１４５）との間の開放空間（１６５）が前記電子部品（１１０）により覆うことにより前記電子部品（１１０）を電気的及び熱的に前記突起面（１３０）へと接続可能であることを特徴とする前記ヒートシンク装置（１００）。
【００３１】
（実施態様５）
前記装置（１００）が集積厚膜超小型回路（１０５）の一部であることを特徴とする実施態様４に記載のヒートシンク装置（１００）。
【００３２】
（実施態様６）
前記導電層（１４５）及びヒートシンク（１１５）が接地電位にあることを特徴とする実施態様４に記載のヒートシンク装置（１００）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的実施例において説明される、一体的にシールドされた電子回路に電気絶縁性を提供するヒートシンク装置の全体図
【図２】本発明の代表的実施例の導電性プレートの上面図
【図３】本発明の他の実施例である、一体的にシールドされた電子回路に電気絶縁性を提供する、他のヒートシンク装置の全体図
【図４】本発明の他の実施例の電子部品及び突起部の上面図
【符号の説明】
１００　ヒートシンク装置
１０５　電子回路
１１０　電子部品
１１５　ヒートシンク
１２５　突起部
１３０　突起面
１３５　基板
１３６　基板の第一の面
１３７　基板の第二の面
１４０　第一の穴
１４５　導電層
１６５　開放空間
１７０　導電性プレート
１８０　第二の穴
【図１】
2004023096.tif 000003
【図２】
2004023096.tif 000004
【図３】
2004023096.tif 000005
【図４】
2004023096.tif 000006