(57)【要約】【課題】特性インピーダンスを良好に維持しつつ放熱特性に優れた小型軽量の電子部品実装基板を提供する。【解決手段】実装部品１２から発生した熱は、熱伝導層１８を介して接続された放熱基板部１３の広い表面積の上面から効率よく放熱される。発熱量の多い実装部品１２に対して個々に放熱板等の放熱手段を設ける必要がなく、電子部品実装基板１０の小型化に寄与する。放熱基板部１３はハンダバンプ１９を介してグランド側パターン１６ｂに接続されることでグランド側電位とされ、グランド側導体の役割を果たすので、主基板１４の裏面にグランド側の導体パターン等を形成する必要が無く、製造工程の簡略化と製造コストの低減に寄与する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンが形成された基板と、前記基板上に実装された電子部品と、前記電子部品上に固着して配置され、且つ前記基板を覆う放熱材とを備える電子部品実装基板であって、
前記放熱材は導電性材料で形成されるとともに、前記基板に対して一定の間隔を開けて取り付けられて前記回路パターンの電位に対するグランド側電位を成し、前記放熱材と前記基板との間に広がる空気層が前記回路パターン側電位とグランド側電位との間の誘電体層を形成してなることを特徴とする電子部品実装基板。
【請求項２】
前記放熱材は前記基板の回路パターンにバンプを介して接続され、前記間隔は前記バンプの高さで規定されたことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装基板。
【請求項３】
前記放熱材の前記基板に対面する下面と前記基板の上面との間隔は５０μｍ以上、２００μｍ以下に設定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品実装基板。
【請求項４】
前記放熱材は外気との接触面積を増大させる補助放熱板を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子部品実装基板。
【請求項５】
前記放熱材には前記電子部品が挿入される凹部を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子部品実装基板。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子部品実装基板を備えたことを特徴とする送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品実装基板に関するものであり、詳しくは高周波回路に好適な電子部品実装基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、送受信モジュールやデータ通信装置などの高周波回路を構成する電子部品実装基板は、更なる小型軽量化が望まれている。電子部品実装基板を小型軽量化する手法として、薄膜プロセスによる実装基板が知られている。しかし、こうした薄膜実装基板を高周波回路に用いる場合、伝送線の幅が必然的に狭くなるため回路全体の抵抗損失が大きくなり、高いＱ値のフィルタやアンテナを形成することが困難であった。
【０００３】
一方、高周波回路の一層の高出力化に対応して、薄膜実装基板に高出力のパワーＩＣなど発熱の大きい部品を用いる場合、別に放熱機構を形成しなければならず、小型化の障害にもなっていた。こうした発熱部品の放熱対策として、例えば表面にヒートシンクを形成したＩＣなどが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４５７０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高周波回路の抵抗損失を小さく維持しつつ、同時に放熱特性に優れ、かつ小型化が可能な電子部品実装基板にとして有用なものは未だに実用化されておらず、抵抗損失が小さく、且つ放熱特性を向上させた小型軽量の電子部品実装基板に対する新たなアプローチが模索されている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、抵抗損失を小さくしつつ放熱特性に優れた小型軽量の電子部品実装基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、回路パターンが形成された基板と、前記基板上に実装された電子部品と、前記電子部品上に固着して配置され、且つ前記基板を覆う放熱材とを備える電子部品実装基板であって、前記放熱材は導電性材料で形成されるとともに、前記基板に対して一定の間隔を開けて取り付けられて前記回路パターンの電位に対するグランド側電位を成し、前記放熱材と前記基板との間に広がる空気層が前記回路パターン側電位とグランド側電位との間の誘電体層を形成してなることを特徴とする電子部品実装基板が提供される。
【０００８】
このような電子部品実装基板によれば、発熱量の多い電子部品から発生した熱を放熱材の表面から効率よく放熱することができ、発熱量の多い電子部品に対して個々に放熱手段を設ける必要がなく、電子部品実装基板を搭載した機器の小型化に大いに役立つ。また、放熱材はグランド側電位とされてグランド側導体の役割を果たすので、別個にグランド側の導体パターン等を形成する必要が無く、製造工程の簡略化と製造コストの低減に寄与する。そして、放熱材にグランド側導体の機能と放熱機能とを併せ持たせることによって、回路設計の自由度が増し、電子部品の最適配置による更なる高性能化や小型化が可能になる。
【０００９】
前記放熱材は前記基板の回路パターンにバンプを介して接続され、前記間隔は前記バンプの高さで規定されればよい。これにより、誘電体層の厚みはバンプの形成高さによって自在に調整でき、製造工程の簡略化に寄与する。前記放熱材の前記基板に対面する下面と前記基板の上面との間隔は５０μｍ以上、２００μｍ以下に設定するのが好ましい。この間隔、すなわち誘電体層の厚みを５０μｍ以上に設定すれば、回路パターンの導体幅を広く保つことができ、抵抗の増加による損失を低く抑えることができる。また、誘電体層の厚みを２００μｍ以下に設定すれば、回路パターンの導体幅を必要最小限に保つことができ、電子部品実装基板の小型化に寄与する。
【００１０】
前記放熱材は外気との接触面積を増大させる補助放熱板を更に備えていてもよい。こうした補助放熱板を備えれば放熱効果は更に高められ、電子部品実装基板の温度上昇を効率的に抑えることができる。
【００１１】
前記放熱材には前記電子部品が挿入される凹部を更に備えるのが好ましい。このような凹部が放熱材に形成されれば、厚みの厚い電子部品を実装しても、電子部品がこの凹部に入り込むので、電子部品実装基板の厚みが増すことを防止でき、電子部品実装基板の小型化に寄与する。以上のような電子部品実装基板を送受信モジュールに備えれば、小型で、かつ放熱特性に優れ電子部品の最適配置による更なる高性能化が可能な送受信モジュールが提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下に参照する各図においては各部の構成を明瞭に表示するため、各部位の縮尺を適宜調整した。図１は、本発明の電子部品実装基板の側断面図である。電子部品実装基板１０は、配線基板部１１と実装部品１２と放熱基板部（放熱材）１３とを備えている。
【００１３】
配線基板部１１は、主基板１４上に誘電体膜１５および導体パターン１６が形成されてなる。主基板１４は、例えば厚みが２５０μｍ程度のシリコン基板である。なお、主基板１４の厚みは０．２〜１ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．２５〜０．７ｍｍの範囲であるが、主基板１４の厚みは電子部品実装基板１０全体のサイズ設定から好適に設定されればよい。主基板１４には、裏面側（図１中の下面側）からＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ  ）加工による溝１４ａが形成されている。こうしたＭＥＭＳ加工は３次元微細構造の作成が可能なシリコン加工プロセスの応用であり、小型で高性能な高周波回路のスイッチ、フィルタ、キャパシタ、インダクタ等への適用（ＲＦ−ＭＥＭＳ）により、高周波回路の飛躍的な小型化がもたらされるとして利用されている加工である。
【００１４】
誘電体膜１５は、非感光性のＢＣＢ（ダウ・ケミカル社製）を厚み２．０μｍ〜３０μｍ程度に形成したものを例示できる。導体パターン１６は、回路側パターン（回路パターン）１６ａとグランド側パターン１６ｂとからなる。こうした導体パターン１６は、例えばＣｕを厚み２μｍ程度に形成したものからなる。
【００１５】
実装部品（電子部品）１２は、例えば厚みが２５０μｍ程度の高周波回路用のパワーＩＣなどであり、パッケージの下面には導体パターン接続用の球状のハンダバンプ１２ａを備えている。なお、主基板１４上の回路側パターン１６ａには、このハンダバンプ１２ａを受け止めるパッド１６ｃが形成されている。こうしたパッド１６ｃは、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの高導電体から形成されれば良い。こうした実装部品１２はフリップチップ接続によって主基板１４上の回路側パターン１６ａに接続され、ハンダバンプ１２ａおよびパッド１６ｃは接着層２１で覆われている。
【００１６】
放熱基板部（放熱材）１３は、導体パターン１６を含む主基板１４のほぼ上面全体を覆う大きさに形成されている。この放熱基板部１３は、例えば厚みが５００μｍ程度の銅板、あるいはＣｕを含む金属板などの高熱伝導部材から形成されればよい。放熱基板部１３の厚みは０．３〜２ｍｍの範囲とすることができ、０．５〜１ｍｍの範囲が好ましい。放熱基板部１３の厚みは電子部品実装基板１０全体のサイズ設定から好適に設定されればよい。
【００１７】
放熱基板部１３には主基板１４と対面する下面１３ａに開口する凹部１７が形成されている。この凹部１７に実装部品１２の一部が挿入されることで、放熱基板部１３の下面１３ａと導体パターン１６の表面との間を所定の間隔まで狭めることができる。凹部１７は配線基板部１１に実装される実装部品１２の数だけ形成され、それぞれの凹部１７の形状は、挿入されるそれぞれの実装部品１２の外形に合わせて設定される。実装部品１２の厚みが１００μｍ程度の場合、凹部１７も１００μｍ程度の深さで形成されればよい。
【００１８】
実装部品１２の上面と凹部１７の底面との間には熱伝導層（接着層）１８が形成される。この熱伝導層１８は、例えば熱伝導性に優れたＣｕなどの金属を含むペーストが用いられればよい。放熱基板部１３の下面１３ａの両端部側には、主基板１４上のグランド側パターン１６ｂと接続するための略球形のハンダバンプ１９が形成されている。なお、ハンダバンプ１９は放熱基板部１３の下面１３ａの両端部側に限らず、下面１３ａの中心など任意の位置に形成されていればよい。また、主基板１４上のグランド側パターン１６ｂには、このハンダバンプ１９を受け止めるパッド１６ｃが形成されている。こうしたパッド１６ｃは、例えばＡｕなどの高導電材料から形成されれば良い、このような構成の放熱基板部１３はフリップチップ接続によって主基板１４上のグランド側パターン１６ｂに接続され、ハンダバンプ１９およびパッド１６ｃは接着層２２で覆われている。
【００１９】
放熱基板部１３のハンダバンプ１９は、放熱基板部１３の下面１３ａと導体パターン１６の表面との間を所定の間隔に保つ。放熱基板部１３の下面１３ａと導体パターン１６の表面との間には空気層（誘電体層：ギャップ層）２３が形成されている。空気層２３の厚みはハンダバンプ１９の高さで規定され、例えば５０μｍに設定されるのが好適である。
【００２０】
以上のような構成により、送受信モジュールなどに用いられるパワーＩＣなど発熱量の多い各実装部品１２から発生した熱を、各熱伝導層１８を介して接続された放熱基板部１３に伝導し、放熱基板部１３の広い表面積の上面から効率よく放熱することができる。図１に示す構造では、発熱量の多い実装部品１２に対して個々に放熱板等の放熱手段を設ける必要がなく、電子部品実装基板１０を搭載した送受信モジュールなどの通信機器の小型化に大いに役立つ。また、放熱基板部１３はハンダバンプ１９を介してグランド側パターン１６ｂに接続されることでグランド側電位とされ、グランド側導体の役割を果たすので、主基板１４の裏面にグランド側の導体パターン等を形成する必要が無く、製造工程の簡略化と製造コストの低減に寄与する。そして、放熱基板部１３をグランド側導体の機能と放熱機能とを併せ持たせることによって、回路設計の自由度が増し、実装部品１２の最適配置による送受信モジュールなどの更なる高性能化や小型化が可能になる。
【００２１】
このような電子部品実装基板１０は、例えば送受信モジュールなどの通信機器の高周波回路に用いられ、電子部品実装基板１０の導体パターン１６、空気層（ギャップ層）２３および放熱基板部１３はマイクロストリップラインを構成する。一般に高周波回路は分布定数回路を構成する場合が多いが、こうした分布定数回路を作成する場合にマイクロストリップラインは用いられる。
【００２２】
送受信モジュールなどの高周波回路は抵抗損失を小さく抑えることが重要であるが、図２に示す電子部品実装基板におけるマイクロストリップラインのモデルを用いて、本発明の電子部品実装基板１０に要求される特性インピーダンスＺ０から各部の設計寸法を検討する場合の一般的な計算式を（１）式に示す。
【００２３】
【数１】
2004179227.tif 000003
【００２４】
（１），（２）式中のＷは導体線幅を示す。
【００２５】
【数２】
2004179227.tif 000004
【００２６】
また、（１）式中のεｅｆｆは実効誘電率を示し（３）式に示す計算式で表される。
【００２７】
【数３】
2004179227.tif 000005
【００２８】
なお、これら（１）式〜（３）式において、電子部品実装基板１０を構成する放熱基板部１３の下面１３ａと導体パターン１６との間隔、即ち空気層の厚みをＨ、導体パターン１６の厚みおよび幅をそれぞれｔ，Ｗ、放熱基板部１３の下面１３ａと導体パターン１６との間の誘電体の比誘電率、即ち空気層の比誘電率をεｒとそれぞれ定義する。
【００２９】
通信機器などの高周波回路では、こうした特性インピーダンスＺ０ を５０Ωとして設計されている。（１）式に基づいて、特性インピーダンスＺ０ を５０Ωに設定する場合の空気層（ギャップ層）２３の厚みＨと導体パターン１６の幅Ｗとの関係を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2004179227.tif 000006
【００３１】
空気層２３の厚みＨが５０μｍ未満では、導体パターン１６の幅が細くなりすぎて抵抗が増加する。その結果、特に高周波回路では損失が大きくなりすぎる恐れがある。また、空気層２３の厚みＨが２００μｍよりも大きくなると、導体パターン１６の幅が広くなるので、電子部品実装基板１０の小型化が難しくなる。よって、空気層２３の厚みＨが５０〜２００μｍの範囲に設定されれば、電子部品実装基板１０の特性インピーダンスＺ０ を良好に維持しつつ、電子部品実装基板１０の小型化を図ることができる。
【００３２】
次に、電子部品実装基板１０の製造工程を簡単に説明する。図３（ａ）に示すように、例えば２５０μｍ厚のＳｉ基板５１上に、例えば非感光性のＢＣＢ（ダウ・ケミカル社製）を厚み２０μｍ程度にスピン塗布して誘電体膜１５を形成する。次に誘電体膜１５上にシード層となるＣｕ膜をスパッタ法で１０００Å程度の厚みまで成膜した後、フォトリソグラフィー法で回路を象るレジストパターンを形成し、硫酸銅系メッキでＣｕを２μｍ程度積層する。この後、シード層のＣｕ膜をウエットエッチングで除去すれば、図３（ｂ）に示すように、回路パターンを象る導体パターン１６が誘電体膜１５上に形成される。
【００３３】
次に、Ｓｉ基板５１の導体パターン１６側をレジストで覆って保護膜を形成した後、Ｓｉ基板５１の裏面にレジストパターンを形成し、フッ素ガスを用いたドライエッチングなど、ＭＥＭＳ加工によってＳｉ基板５１の裏面に溝１４ａを形成する。この後、Ｓｉ基板５１の裏面のレジストパターンおよび表面の保護膜を除去すると、図３（ｃ）に示すように主基板１４が形成される。そして、導体パターン１６の所定位置にＡｕを積層してパッド１６ｃを形成した後、図３（ｄ）に示すように実装部品１２を所定位置に配置してフリップチップボンドによって導体パターン１６に接続する。
【００３４】
一方、図３（ｅ）に示すように厚みが５００μｍ程度の銅板５５に、実装部品１２の配置を象ったレジストパターン５６を形成する。そして、図３（ｆ）に示すように、銅板５５にウエットエッチングを行い、銅板５５に実装部品１２の配置を象った凹部１７を形成する。更に図３（ｇ）に示すように、放熱基板部１３の凹部１７の底面に熱伝導性ペーストを塗布して熱伝導層１８を形成するとともに、端部にワイヤボンディングによってハンダバンプ１９を形成して放熱基板部１３は完成する。
【００３５】
こうして形成された放熱基板部１３を反転させて、ハンダバンプ１９と導体パターン１６とをフリップチップボンドによって接続すれば、図３（ｈ）に示すように、電子部品実装基板１０が完成する。
【００３６】
本発明の電子部品実装基板の放熱基板部は、とくに凹部を設けなくても良い。図４  に示すように、電子部品実装基板６１を構成する放熱基板部６２の底面６２ａに平坦面を形成し、実装部品６３は熱伝導層（接着層）６４を介して放熱基板部６２の平坦な底面６２ａに接続す。こうした電子部品実装基板６１は実装部品６３の厚みが空気層６４よりも薄い場合に特に有効であり、放熱基板部６２に特に凹部を形成する工程が不要なため、更なる製造コストの低減に寄与する。
【００３７】
放熱基板部には放熱効率を高める補助放熱板を形成しても良い。図５に示すように、電子部品実装基板７１を構成する放熱基板部７２の上面に、多数のフィン（補助放熱板）７３を一体に形成する。こうしたフィン（補助放熱板）７３は放熱基板部７２の表面積を著しく増加させ、放熱基板部７２の放熱効率を大幅に高める。電子部品実装基板７１の実装部品７４が、例えば発熱量の大きなＩＣであっても、温度の上昇を確実に抑えることができる。
【００３８】
放熱基板部には放熱効率を高める冷却ファンを設けていても良い。図６に示すように、電子部品実装基板８１を構成する放熱基板部８２の上面に、電動式の冷却ファン８３を設置している。こうした冷却ファン８３の動作によって放熱基板部８２の表面は速やかに外気で冷却され、放熱基板部８２の放熱効率は大幅に高められる。電子部品実装基板８１の実装部品８４が、例えば発熱量の大きなＩＣであっても、温度の上昇を確実に抑えることができる。
【００３９】
以上、各実施形態で述べた電子部品実装基板を備えた、図７に示すような送受信モジュール９１は抵抗損失が小さく、かつ小型、軽量にすることができる。送受信モジュール９１は、例えばローノイズアンプ、ミキサーであり、例えば、厚さ２５０μｍ程度のＳｉ基板９２上に、表面にＡｕメッキが施された厚さ７００μｍ程度のＣｕからなる基板放熱基板部（放熱材）９３が形成されていればよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、送受信モジュールなどに用いられるパワーＩＣなど発熱量の多い実装部品（電子部品）から発生した熱を、熱伝導層を介して接続された放熱基板部（放熱材）の広い表面積の上面から効率よく放熱することができる。発熱量の多い実装部品に対して個々に放熱板等の放熱手段を設ける必要がなく、電子部品実装基板を搭載した送受信モジュールなどの通信機器の小型化に大いに役立つ。
【００４１】
また、放熱基板部はハンダバンプを介してグランド側パターンに接続されることでグランド側電位とされ、グランド側導体の役割を果たすので、主基板の裏面にグランド側の導体パターン等を形成する必要が無く、製造工程の簡略化と製造コストの低減に寄与する。さらに、放熱基板部をグランド側導体の機能と放熱機能とを併せ持たせることによって、回路設計の自由度が増し、実装部品の最適配置による送受信モジュールなどの更なる高性能化や小型化が可能になる。
【００４２】
前記放熱材を前記基板の回路パターンにバンプを介して接続して、前記間隔は前記バンプの高さで規定すれば、誘電体層の厚みはバンプの形成高さによって自在に調整でき、製造工程の簡略化に寄与する。前記放熱材の前記基板に対面する下面と前記基板の上面との間隔を５０μｍ以上、２００μｍ以下に設定すれば、回路パターンの導体幅を広く保つことができ、抵抗の増加による損失を低く抑えることができる。また、誘電体層の厚みを２００μｍ以下に設定すれば、回路パターンの導体幅を必要最小限に保つことができ、電子部品実装基板の小型化に寄与する。
【００４３】
前記放熱材に外気との接触面積を増大させる補助放熱板を更に備れば、放熱効果は更に高められ、電子部品実装基板の温度上昇を効率的に抑えることができる。前記放熱材を熱伝導性の高いＣｕを含む金属材料で構成すれば、小型の放熱材で高い放熱効果が得られ、電子部品実装基板の小型化に寄与する。前記放熱材と前記電子部品との間に前記放熱材と前記電子部品とを接着する熱伝導性の接着層を更に備えれば、電子部品で発生した熱が速やかに放熱材に伝搬し、電子部品を効率的に冷却することができる。
【００４４】
前記放熱材には前記電子部品が挿入される凹部を更に備えれば、厚みの厚い電子部品を実装しても、電子部品がこの凹部に入り込むので、電子部品実装基板の厚みが増すことを防止でき、電子部品実装基板の小型化に寄与する。以上のような電子部品実装基板を送受信モジュールに備えれば、小型で、かつ放熱特性に優れ電子部品の最適配置による更なる高性能化が可能な送受信モジュールが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電子部品実装基板を示す側面断面図である。
【図２】図２は、マイクロストリップラインのモデルを示す拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明の電子部品実装基板の製造工程を示す説明図である。
【図４】図４は、本発明の電子部品実装基板の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の電子部品実装基板の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の電子部品実装基板の他の実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の送受信モジュールを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  電子部品実装基板
１２  実装部品（電子部品）
１３  放熱基板部（放熱材）
１４  主基板（基板）
１６ａ  回路側パターン（回路パターン）
１７  凹部
１８  熱伝導層（接着層）
２３  空気層（誘電体層：ギャップ層）
１２ａ，１９  ハンダバンプ（バンプ）
７３  フィン（補助放熱板）
９１  送受信モジュール
【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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