(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の面を有する基板と、第１の面に実装された第１の回路部品と、第２の面に実装された第２の回路部品とを備え、第１及び第２の回路部品を含む電気回路を提供する回路モジュールにおいて、第１及び第２の回路部品が、当該第１及び第２の回路部品により基板が挟まれるよう、かつ第１及び第２の回路部品の表面が基板に近接又は接触するよう配置及び実装され、第１の回路部品にて発生した熱が基板を介して第２の回路部品により吸収され又は放散される回路モジュールであって、
第２の回路部品が、基板上に実装されている他の回路部品と比較して大きな熱容量又は表面積を有する単一の回路部品又は複数の回路部品の集合体である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において、
基板の面に直交する方向から透視したときに、第２の面のうち第２の回路部品による被覆部位が、第１の面のうち第１の回路部品による被覆部位の全てを包含するように、第１及び第２の回路部品が実装されたことを特徴とする回路モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回路モジュールにおいて、第２の回路部品が、第１の回路部品により加熱されている状態において、第１の回路部品により加熱されていない状態よりも良好かつ安定な特性を呈するよう設計された部品であることを特徴とする回路モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の回路モジュールにおいて、
基板のうち第１及び第２の回路部品により挟まれる部位に、基板本体より良好な熱伝導性を有する熱導体が埋め込まれたことを特徴とする回路モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか記載の回路モジュールにおいて、
第１の回路部品の周縁又は直下から基板を貫通して第２の回路部品の周縁又は直下に延びた導体により、第１及び第２の回路部品が接続されたことを特徴とする回路モジュール。
【請求項６】
第１及び第２の面を有する基板上に複数の回路部品を実装するのに先立ち、目的とする電気回路が得られるよう基板上における回路部品の配置を決定するため、実行される部品配置方法において、
第１の回路部品から基板を介して、基板上に実装されている他の回路部品と比較して大きな熱容量又は表面積を有する単一の回路部品又は複数の回路部品の集合体である第２の回路部品に至る熱伝搬経路が生じるよう、第１の面における第１の回路部品の配置に対する第２の面における第２の回路部品の配置の重複関係を、決定することを特徴とする部品配置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の回路部品を基板の表裏に実装した回路モジュールに関し、特に、その回路モジュールにおける部品配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路モジュールとしては、通信機器の無線周波数回路に用いられるＲＦモジュール等、様々なものが開発されている。その中には、動作時に多量の熱を発生させる回路部品例えば電力増幅器を搭載するものがある。回路部品にて発生した熱が他の回路部品に悪影響を与えないようにするには、基板表面における回路部品の配置に工夫を施すか、或いは、発熱する回路部品から熱を放散させるための部材を設けるか、いずれかの対処が必要になる。
【０００３】
回路部品配置上の工夫としては、第１に、発熱する回路部品を、基板の中央部ではなく、できるだけ基板の端縁部寄りに配置する、という方法がある。第２に、温度依存性の高い回路部品例えば能動素子の集積回路については、発熱する回路部品からできるだけ離して配置する、という方法がある。放熱部材としては、例えば、放熱用のフィンがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板表面における回路部品配置の工夫により対処するのでは、基板表面における回路部品配置に関する設計即ちフロアプランやレイアウトの設計に制約が課される結果となる。即ち、基板表面における回路部品配置が最適な配置でなくなりスペースの無駄が生じる、多種多様な基板外形に対応できない、設計に要する労力がかさむ等の問題が生じる。また、放熱専用の部材を設けることにより熱に対処することとすると、その部材を設けたことによる大型化、高価格化等が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、放熱専用の部材を設けることなしに、かつ、基板表面の回路部品にて発生した熱が基板表面の他の回路部品に対して与える悪影響をできるだけ抑えながら、フロアプラン及びレイアウト設計の自由度を増加させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、第１及び第２の面を有する基板と、第１の面に実装された第１の回路部品と、第２の面に実装された第２の回路部品とを備え、第１及び第２の回路部品を含む電気回路を提供する回路モジュールにおいて、第１及び第２の回路部品が、当該第１及び第２の回路部品により基板が挟まれるよう、かつ第１及び第２の回路部品の表面が基板に近接又は接触するよう配置及び実装され、第１の回路部品にて発生した熱が基板を介して第２の回路部品により吸収され又は放散される回路モジュールであって、第２の回路部品が、基板上に実装されている他の回路部品と比較して大きな熱容量又は表面積を有する単一の回路部品又は複数の回路部品の集合体であることを特徴とする。また、本発明は、第１及び第２の面を有する基板上に複数の回路部品を実装するのに先立ち、目的とする電気回路が得られるよう基板上における回路部品の配置を決定するため、実行される部品配置方法において、第１の回路部品から基板を介して、基板上に実装されている他の回路部品と比較して大きな熱容量又は表面積を有する単一の回路部品又は複数の回路部品の集合体である第２の回路部品に至る熱伝搬経路が生じるよう、第１の面における第１の回路部品の配置に対する第２の面における第２の回路部品の配置の重複関係を、決定することを特徴とする。
【０００７】
このように、本発明においては、第１の面に実装された第１の回路部品にて発生した熱が、基板を介し、第２の面に実装された第２の回路部品に伝搬し、第２の回路部品により吸収され又は放散される。従って、第１の回路部品にて発生した熱が他の回路部品に与える悪影響を抑えるという点では、第１の回路部品に放熱専用の部材を付設した場合と同程度又はそれ以上の効果が得られる。また、本発明において、第１の回路部品にて発生した熱を吸収し又は放散させる部材は、放熱専用の部材ではなく、第１の回路部品と共に電気回路を構成する第２の回路部品であり、目的とする電気回路の回路図上の構成要素である。即ち、回路構成上必要な部品を吸熱又は放熱に併用しているため、本発明においては、回路モジュールの大型化や高価格化は発生しない。更に、回路部品配置上、本発明にて課している制約は、主として、第１及び第２の回路部品を基板を挟むよう配置するという点であり、従来における回路部品配置上の制約よりも緩いため、本発明によれば、従来に比べフロアプランやレイアウトの設計に関する自由度が高まる。
【０００８】
また、本発明によれば、第２の回路部品が、基板上に実装されている他の回路部品と比較して大きな熱容量又は表面積を有する単一の回路部品又は複数の回路部品の集合体であるため、第２の回路部品による吸熱又は放熱の効果がより顕著になる。
【０００９】
第２に、第２の回路部品を、第２の面のうち、第１の面における第１の回路部品の被覆部位と表裏の関係にある部位全域を被覆するよう、配置する。これによって、第１の回路部品にて発生した熱のうち基板に伝達した熱が第２の回路部品へと効率的に伝わることとなり、第１の回路部品から第２の回路部品への熱伝搬効率が良好になる。
【００１０】
第３に、第２の回路部品を、第１の回路部品により加熱されている状態で比較的良好な又は安定な特性を呈するよう、予め設計しておく。ここに、本発明は、基板表面に実装される回路部品ができるだけ第１の回路部品の発熱による影響を受けないようにすることを目的の一つにしているが、第２の回路部品だけは、本発明の原理上、必ず、第１の回路部品からの熱の影響を受ける。そこで、第２の回路部品については上述のような特性設計を行い、第１の回路部品が発熱しているときにはそうでないときより良好な又は安定した特性が得られるようにする。それによって、回路モジュールの性能がより良好なものとなる。なお、この種の特性を、温度偏差調整・温度補償等の回路を利用することによって、実現しても構わない。
【００１１】
第４に、基板のうち第１及び第２の回路部品により挟まれる部位に、基板本体より熱伝導性が良好な熱導体を埋め込む。これによって、第１の回路部品から第２の回路部品への熱伝搬効率が高まる。また、この種の熱導体は、例えば、基板上にビアホールを設けそのビアホール内に金属等の導体を配置・充填することにより、比較的容易かつ安価に実現できる。
【００１２】
そして、第１及び第２の回路部品が接続されるべき回路部品である場合（例えば電力増幅器とその後段の出力フィルタである場合）、本発明における第１及び第２の回路部品が基板を挟んで対向する位置関係にあることを利用して、両者の間の信号伝搬経路を極力短縮する等の付随的効果を得ることができる。具体的には、当該接続のための導体として、第１の回路部品の周縁又は直下から基板を貫通して第２の回路部品の周縁又は直下に延びた導体を、設ける。これにより、第１の回路部品と第２の回路部品の間の信号伝搬経路を短縮し、減衰、遅延その他の現象を抑制することができる。また、この種の導体は、第１の面のランド又は導体パターンと第２の面のランド又は導体パターンとを接続するビアホール等の形態で、比較的容易かつ安価に実現できる。更に、この導体を金属等熱導体でもある素材から形成することにより、第１の回路部品から第２の回路部品への熱伝搬がより効率化される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。
【００１４】
図１に、本発明の一実施形態に係る回路モジュールの構成を示す。この図に示す回路モジュールは例えば通信機器に搭載されるＲＦモジュールであり、回路部品を実装するための部品実装面としては、少なくとも、基板１０の第１の面１０Ａ及びその裏面である第２の面１０Ｂを有している。各回路部品は、これらの面１０Ａ及び１０Ｂ上に配置及び実装され、面１０Ａ及び１０Ｂ上に形成されている導体パターンや基板１０を貫通するビアホール導体等により、相互に接続されている。
【００１５】
また、第１の面１０Ａには発熱体である第１の回路部品１２−１が、第２の面１０Ｂには吸熱／放熱体である第２の回路部品１２−２が、それぞれ配置及び実装されている。第１及び第２の回路部品１２−１及び１２−２は、いずれも、図示されている回路モジュールに係る電気回路を構成する部品である。即ち、ヒートシンク等のように回路図上は現れない部品ではなく、各種の能動素子、受動素子又はそれらの集合体である。第１の回路部品１２−１の一例としては電力増幅器を、第２の回路部品１２−２の一例としては弾性表面波フィルタ等のフィルタを、掲げることができる。
【００１６】
本実施形態においては、第２の回路部品１２−２を、その本来の目的即ち回路部品としての目的にだけでなく、第１の回路部品１２−１における発熱への対処という目的にも、使用している。即ち、第１の回路部品１２−１にて発生した熱を基板１０を介して第２の回路部品１２−２に逃がし、第２の回路部品１２−２にてこの熱を吸収又は放散させるようにしている。本実施形態においては、これによって、ヒートシンク等放熱専用の部材を設けることなしに、基板１０の部品実装面１０Ａ及び１０Ｂにおける部品配置の自由度を高め、同時に、第１の回路部品１２−１の発熱ができるだけ他の回路部品に悪影響を与えないようにしている。更に、温度上昇への対処としてリミッタを使用する必要がないため、回路構成の簡素化も達成されている。
【００１７】
第１の回路部品１２−１から第２の回路部品１２−２への熱伝搬を実現し或いは効率化するため、本実施形態においては、第１の回路部品１２−１と第２の回路部品１２−２とを、基板１０を挟むよう配置している。即ち、基板１０を部品搭載面１０Ａ又は１０Ｂと直交する方向から透視したとき、第１の回路部品１２−１の投影面積Ｓ１と、第２の回路部品１２−２の投影面積Ｓ２が、少なくとも一部重複するよう、第１及び第２の回路部品１２−１及び１２−２を配置している。より好ましくは、図２に示すように、その投影面積即ち基板被覆面積Ｓ２が第１の回路部品１２−１の投影面積即ち基板被覆面積Ｓ１より大きい部品を、第２の回路部品１２−２として用い、第１の回路部品１２−１により被覆される部位が全て第２の回路部品１２−２による被覆部位に包含されるよう、第１及び第２の回路部品１２−１及び１２−２の配置を決める。これにより、第１の回路部品１２−１から基板１０側に放射され基板１０に伝わった熱が、第２の回路部品１２−２に伝搬する割合が高くなる。
【００１８】
また、第１及び第２の回路部品１２−１及び１２−２は、基板１０の部品搭載面１Ａ及び１０Ｂにできるだけ近接した実装状態となる部品、好ましくは実装状態で基板１０の部品搭載面１０Ａ及び１０Ｂに接触する面実装型の部品とするのが望ましい。そのような部品を準備し使用することによって、第１の回路部品１２−１から基板１０への熱伝搬及び基板１０から第２の回路部品１２−２への熱伝搬効率を高くすることができる。更に、モールド等の被覆も、できるだけないほうがよい。
【００１９】
第２の回路部品１２−２は、第１の回路部品１２−１ほどは発熱しない部品とする。例えば、第１の回路部品１２−１が、その動作時に発熱する電力増幅器であるならば、第２の回路部品１２−２は、電力増幅器ほどは発熱しない部品例えば弾性表面波フィルタとする。更に、第２の回路部品１２−２は、できるだけ、その熱容量が大きい部品とする。即ち、第１の回路部品１２−１にて発生した熱を十分に吸収できる部品とする。これにより、第２の回路部品１２−２以外の部品に第１の回路部品１２−１が熱による悪影響を及ぼすことを、極力抑えることができる。また、第２の回路部品１２−２は、できるだけ、その表面積が大きい部品とする。これにより、第２の回路部品１２−２からの放熱が効率的に行われることとなる。
【００２０】
また、第２の回路部品１２−２としては、できるだけ、温度依存性の少ない特性を有するものを使用する。例えば、第２の回路部品１２−２がその前後の回路との接続のため可調整のインピーダンス整合回路を有しているのであれば、当該整合回路の回路定数を、第１の回路部品１２−１が動作しているときの第２の回路部品１２−２の温度に応じて、予め、調整しておくようにする。そのようにすれば、第１の回路部品１２−１から熱を受けるにもかかわらず、第２の回路部品１２−２を正常に或いは期する特性で動作させることができる。更に、第２の回路部品１２−２を、図３に示すように、第１の回路部品１２−１が発熱しているときに良好かつ安定な特性・動作状態で動作するよう設計しておくことで、回路モジュールとしての特性を従来に比べて改善することもできる。図３に示す特性は、第２の回路部品１２−２の設計上の工夫・設定のみで達成することも可能であるし、更に整合回路定数の調整等の調整・設定操作との組合せにて達成するようにしてもよい。
【００２１】
第１及び第２の回路部品１２−１及び１２−２が回路図上で縦続接続関係にある場合、基板１０を挟むように第１及び第２の回路部品１２−１及び１２−２を配置することで、上述の熱対策の効果だけでなく、回路接続上の性能をも改善できる。例えば、図６に示すように、入力信号を各種の回路２０を介して電力増幅器（ＰＡ）２２に供給し、ＰＡ２２により増幅された信号を出力フィルタ２４により帯域制限・雑音除去し、アンテナに供給するＲＦモジュールを考える。この種の回路構成における問題点、即ちＰＡ２２にて発生する熱に対する解として、本実施形態における図１の如き部品配置を適用すると、第１の回路部品１２−１たるＰＡ２２の裏側に、第２の回路部品１２−２として出力フィルタ２４が配置された構成が得られる。この構成においては、回路図上で縦続接続関係にあるＰＡ２２及び出力フィルタ２４が基板１０上の実体配置において表裏の関係にあるから、図４又は図５に示すように、その内部に導体が充填されているビアホール１８を用いれば、両者の間の配線長を最短化することができる。また、ビアホール１８内の導体は、一般に熱導体でもあるため、熱伝搬の効率化にも寄与する。
【００２２】
なお、図４に示した例はベアチップ等のフェースダウンボンディングやボールグリッドアレイ型のパッケージを有するデバイスの実装の例であり、図５に示した例は各種のインラインパッケージを有するデバイスの実装の例である。図中、１２−１ａ及び１２−２ａはチップ又はデバイス側の導体パッド、１２−１ｂ及び１２−２ｂは導体バンプ、１２−１ｃ及び１２−２ｃは導体端子、１６−１及び１６−２は基板１０側に設けられているランド又は導体パターンである。ランドそれ自体にビアホールを設けるようにしてもよいし、ランドとビアホール形成部位を離してもよい。
【００２３】
第１の回路部品１２−１から第２の回路部品１２−２への熱伝搬効率を向上させる手法として、図７に示すように、基板１０のうち第１及び第２の回路部品１２−１及び１２−２により挟まれる部位に導体１４を設けるという手法を、使用してもよい。この導体１４は、例えばビアホールを多数設ける等の手段により実現できる。また、第２の回路部品１２−２は、１個には限られない。例えば、図８に示すように、複数の部品の集合体により第２の回路部品１２−２を実現してもよい。逆に、複数個の第１の回路部品１２−１に対応して１個の第２の回路部品１２−２を設けてもよい。そして、第２の回路部品１２−２として用い得る回路部品が複数個ある場合、回路モジュールの特性がより良好になるよう、それら複数個の候補の中からいずれか１個又は複数個を、選んで第２の回路部品１２−２として用いる。
【００２４】
更に、図１では基板１０を方形基板としたが、本発明の実施に際し基板の外形・輪郭については特に限定する必要がない。却って、従来技術と比較して部品配置の自由度が高まっていること、特に第１の回路部品１２−１を基板周縁部に配置する、能動回路部品から隔離して配置する等の制約から解放されていることからすれば、本発明の好ましい実施形態においては、方形でない不規則な外形・輪郭の基板１０にも対応して、小型・安価で性能のよい回路モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る回路モジュールの構成を示す図であり、特に（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＩ−Ｉ断面図、（Ｃ）は下面図である。
【図２】  第１の回路部品と第２の回路部品の平面的位置関係を示す図である。
【図３】  第２の回路部品の特性例を概念的に示す図である。
【図４】  第１の回路部品と第２の回路部品の電気的接続形態の一例を示す部分拡大断面図である。
【図５】  第１の回路部品と第２の回路部品の電気的接続形態の一例を示す部分拡大断面図である。
【図６】  第１の回路部品と第２の回路部品が縦続接続関係となる例を示すブロック図である。
【図７】  基板の変形例を示す概略断面図である。
【図８】  第２の回路部品の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０  基板、１０Ａ  第１の面（部品実装面）、１０Ｂ  第２の面（部品実装面）、１２−１  第１の回路部品、１２−２  第２の回路部品、１４  導体、１８  ビアホール、２２  電力増幅器（ＰＡ）、２４  出力フィルタ。
【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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