(57)【要約】【課題】回路装置がＢＧＡなどによって実装基板に実装されている構造において、回路装置と実装基板との間の空気の温度上昇を抑制する。【解決手段】回路装置１０は、回路基板２０と、回路基板２０に実装された回路素子３０と、回路素子３０を封止する封止樹脂４０とを備える。この回路装置１０には、封止樹脂４０および回路基板２０を貫通する貫通孔５０が設けられている。回路装置１０を実装基板６０に実装した場合に、回路装置１０と実装基板６０との間の空気は、温度上昇に伴って、貫通孔５０を通って、封止樹脂４０の上方へ排出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板に実装された回路素子と、
前記回路素子を封止する封止樹脂と、
を備え、
前記封止樹脂および前記回路基板を貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記貫通孔が前記回路素子をさらに貫通していることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記貫通孔が屈曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記封止樹脂の上に設けられた冷却機構をさらに備え、
前記貫通孔が前記冷却機構を貫通する穴と連通していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路装置。
【請求項５】
前記貫通孔の径が上方になるにつれて狭くなっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路装置。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の回路装置を実装基板に実装していることを特徴とする回路実装体。
【請求項７】
前記回路装置の実装に用いられる接続部材によって、前記回路基板の裏面側における前記貫通孔の開口の位置と回路基板の外縁とを結ぶ経路が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の回路実装体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に回路素子が搭載された回路装置、および回路装置が実装基板に実装された回路実装体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化に伴い、電子機器に使用される回路装置をより高密度に実装する技術が求められている。回路装置の高密度実装技術として、回路装置の裏面にアレイ状の電極を設け、その電極上にハンダボールを設けた(Ball Grid Array)と呼ばれるパッケージ構造が提案され、実用化されている。
【０００３】
また、回路装置に搭載された回路素子を保護する技術として、回路素子を封止樹脂によって被覆する技術が知られている。
【０００４】
たとえば、特許文献１に、搭載された封止樹脂によって封止された回路素子が回路基板に搭載され、この回路基板が実装基板にＢＧＡによって実装されている構造が開示されている（特許文献１の図３参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２６２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のように、回路装置がＢＧＡによって実装基板に実装されている構造では、実装基板と回路装置との間の空気が回路素子の発熱により温められる。実装基板と回路装置との間の空間は密閉性が高いため、温度が上昇した空気が滞留してしまう。このため、回路装置の放熱性が低下し、回路素子の動作安定性が悪化することが問題となっていた。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路装置がＢＧＡなどによって実装基板に実装されている構造において、回路装置と実装基板との間の空気の温度上昇を抑制する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、回路装置である。この回路装置は、回路基板と、回路基板に実装された回路素子と、回路素子を封止する封止樹脂とを備え、封止樹脂層および回路基板を貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この態様によれば、回路装置に貫通孔が設けられていることにより、いわゆる煙突効果が生じ、回路装置と実装基板との間の空間内の温度が上昇した空気は、温度上昇と圧力上昇により上昇する流れを作り出し、貫通孔を通って封止樹脂の上方へ到達する。これに伴い、回路装置と実装基板間の空間内に、昇温した空気と入れ替わる形で、比較的低温の空気が流れ込む。この結果、回路装置と実装基板との間の空間内の空気の温度が過度に上昇することが抑制されるため、回路装置および実装基板の放熱性が良好な状態に保たれ、回路素子などの動作安定性が確保される。また、実装基板に回路装置を実装する場合に、放熱性を高めるために別途対策を施す必要がなくなるため、回路実装の製造コストを抑制することができる。
【０００９】
上記態様において、貫通孔が回路素子をさらに貫通していてもよい。これによれば、発熱源となる回路素子から熱の影響を受けやすい空気の温度上昇をより的確に抑制することができる。
【００１０】
上記態様において、貫通孔が屈曲していてもよい。これによれば、たとえば、貫通孔の経路が垂直方向になるように回路基板内の配線層を配置しなくてもよいので、貫通孔を設けるために回路装置に課せられる設計上の制約が低減される。
【００１１】
上記態様において、封止樹脂の上に設けられた冷却機構をさらに備え、貫通孔が冷却機構を貫通する穴と連通していてもよい。
【００１２】
貫通孔の径が上方になるにつれて狭くなっていてもよい。これによれば、貫通孔を流れる空気の速度が上方ほど速くなり、煙突効果がより高まる。
【００１３】
本発明の他の態様は、回路実装体である。この回路実装体は、上述した態様の回路装置を実装基板に実装していることを特徴とする。
【００１４】
上記態様において、回路装置の実装に用いられる接続部材によって、回路基板の裏面側における貫通孔の開口の位置と回路基板の外縁とを結ぶ経路が形成されていてもよい。これによれば、回路装置と実装基板との間の空間内に外部から空気が入り込み易くなるので、回路装置と実装基板との間の空間内の空気の温度上昇がより効率的に抑制される。
【００１５】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、実装基板と回路装置との間の空気の温度上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る回路装置１０の構成を示す断面図である。回路装置１０は、回路基板２０、回路素子３０および封止樹脂４０を備える。
【００１９】
回路基板２０は、単層または複層の銅で形成された配線層を有する。配線層が複数の場合には、配線層間は絶縁樹脂層により電気的に絶縁される。このような回路基板２０の一例は、本出願人が開発したＩＳＢ（Integrated System in Board；登録商標）とよばれる新規なパッケージである。ＩＳＢとは、半導体ベアチップを中心とする電子回路のパッケージングにおいて、銅による配線パターンを持ちながら回路部品を支持するためのコア(基材)を使用しない独自のコアレスシステム・イン・パッケージである。特開２００２−１１０７１７号公報には、こうしたシステム・イン・パッケージが記載されている。特開２００２−１１０７１７号公報に記載された技術は本明細書に組み込まれる。
【００２０】
回路基板２０の裏面には、バンプ８０が設けられている。バンプ８０は、ハンダで形成され、後述する実装基板６０との接続に用いられる。バンプ８０の高さは、特に限定されないが、たとえば１００μｍとすることができる。
【００２１】
回路素子３０は、回路基板２０に設けられた配線層（図示せず）と電気的に接続されている。回路素子３０は、発熱体となる電子部品である。回路素子３０として、たとえば、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ(Integrated Circuit)、ＬＳＩ(Large Scale Integration)などの能動素子、電子部品、抵抗、コンデンサなどの受動素子が挙げられる。図１では、回路素子３０の数が１個であるが、回路素子３０が複数設けられていてもよい。
【００２２】
封止樹脂４０は、回路素子３０を被覆することにより、外界からの影響が回路素子３０に及ぶことを抑制する。封止樹脂４０として、たとえば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。封止樹脂４０の形成方法は特に限定されないが、たとえば、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ポッティングまたはディッピングにより封止樹脂４０の形成が実現可能である。
【００２３】
本実施形態の回路装置１０には、回路基板２０および封止樹脂４０を貫く貫通孔５０が設けられている。貫通孔５０の径は特に制限されないが、典型的には、１００〜５００μｍである。貫通孔５０の数は、少なくとも１つあればよく、上限は特に制限がない。貫通孔５０の数密度は、典型的には５〜３０／ｍｍ２である。貫通孔５０の数密度が上記範囲内であると、後述する煙突効果を十分に得ることができる。貫通孔５０は、発熱体となる回路素子３０の近傍に設けられていることが好ましい。貫通孔５０が設けられる領域は、回路基板２０内に配線層が配設されていない部分であることが好ましい。貫通孔５０は、たとえば、ドリル加工、レーザ加工などにより形成することができる。本実施形態の貫通孔５０の断面形状は円形であるが、楕円、正方形もしくは長方形などの矩形、多角形でもよい。
【００２４】
図２は、上述した回路装置１０が実装基板６０に実装されることにより実現される回路実装体７０の断面図である。実装基板６０は、プリント配線基板などの表面実装型の基板である。
【００２５】
回路装置１０と実装基板６０とは、バンプ８０を介して機械的に固定されている。バンプ８０は、ハンダによって形成され、回路装置１０と実装基板６０との電気的な接続に用いられてもよい。なお、バンプ８０の全てを回路装置１０と実装基板６０との電気的な接続に用いてもよいが、バンプ８０の一部を回路装置１０と実装基板６０との電気的な接続に用い、残りのバンプ８０を回路装置１０と実装基板６０との電気的な接続用ではなく、回路装置１０と実装基板６０との間に空間を生じさせるための台としてもよい。
【００２６】
バンプ８０により、回路装置１０と実装基板６０との間に空間が生じている。回路装置１０と実装基板６０との間の空間内の空気は、回路装置１０が動作することによって生じる熱で温められ、温度が上昇する。ところが、本実施形態のように、回路装置１０に貫通孔５０が設けられていることにより、いわゆる煙突効果が生じる。具体的には、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内の温度が上昇した空気は、温度上昇と圧力上昇により上昇する流れを作り出し、貫通孔５０を通って封止樹脂４０の上方へ到達する。これに伴い、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内に、昇温した空気と入れ替わる形で、比較的低温の空気が流れ込む。この結果、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内の空気の温度が過度に上昇することが抑制されるため、回路装置１０および実装基板６０の放熱性が良好な状態に保たれ、回路素子３０などの動作安定性が確保される。また、実装基板６０に回路装置１０を実装する場合に、放熱性を高めるために別途対策を施す必要がなくなるため、回路実装体７０の製造コストを抑制することができる。また、貫通孔５０により回路装置１０の表面積が増大するため、回路装置１０の放熱性が向上する。
【００２７】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る回路装置１０および回路実装体７０の構成を示す断面図である。実施形態２の説明において、実施形態１と同様な構成については説明を適宜省略する。本実施形態の回路装置１０は、封止樹脂４０、回路素子３０および回路基板２０を貫通する貫通孔５１を有する。貫通孔５１により、回路装置１０と実装基板６０との間の空気のうち、回路素子３０の直下に存在し、回路素子３０の発熱をより受けやすい空気が封止樹脂４０の上方へ抜けやすくなる。このため、回路装置１０と実装基板６０との間の空気の冷却をより効率的に行うことができる。
【００２８】
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係る回路装置１０および回路実装体７０の構成を示す断面図である。実施形態３の説明において、実施形態１と同様な構成については説明を適宜省略する。本実施形態の回路装置１０は、封止樹脂４０の上に冷却機構としてヒートシンク９０をさらに備える。ヒートシンク９０には、封止樹脂との接合面から、その反対側の面に通じる穴９２が設けられている。ヒートシンク９０に設けられた穴９２は、封止樹脂４０および回路基板２０を貫く貫通孔５０と連通している。これにより、回路装置１０と実装基板６０との間の空気は、加温時に貫通孔５０および穴９２を経由して外部に放出され、加温されていない空気が回路装置１０と実装基板６０との間に入り込む。これにより、回路装置１０および実装基板６０の放熱性が良好な状態に保たれ、回路素子３０などの動作安定性が確保される。また、貫通孔５０とヒートシンク９０の穴９２とが連通していることにより、煙突効果に寄与する筒の長さが長くなるため、筒内の上昇圧力が増大し、煙突効果がより発揮されやすくなる。
【００２９】
（実施形態４）
図５は、実施形態４に係る回路装置１０および回路実装体７０の構成を示す断面図である。実施形態４の説明において、実施形態１と同様な構成については説明を適宜省略する。上述した実施形態１乃至３では、貫通孔５０の径は一定であるが、これに限られない。たとえば、図５に示した貫通孔５２のように、上方になるにつれて径を小さくすることにより、貫通孔５２内を上昇する空気の速度が上方になるにつれて速くなる。このため、貫通孔５２による煙突効果がより高まるので、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内の空気がより速やかに封止樹脂４０の上方へ排出される。この結果、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内の空気の温度上昇がより効率的に抑制される。
【００３０】
また、本実施形態の回路装置１０は、途中で屈曲し、回路基板２０内の経路が斜めになっている貫通孔５３を有する。このように屈曲した貫通孔５３によっても、煙突効果が得られる。また、貫通孔５３のように途中で屈曲させることにより、鉛直線上に貫通孔用の経路を確保しなくても、回路基板２０内の配線層を避けるように貫通孔５３の経路を設定すればよいので、回路基板２０の設計自由度に制約が課せられない。
【００３１】
なお、このように途中で屈曲した貫通孔５３は、封止樹脂４０の上方からドリルなどで穴を開ける一方で、回路基板２０の下方から斜め方向にドリルで穴を開け、両者の穴を連結することによって形成することが可能である。
【００３２】
（実施形態５）
上述した実施形態１乃至４では、バンプ８０の配置は特に限定されていないが、バンプ８０の配置が放熱性の向上に寄与するように構成されていてもよい。
【００３３】
たとえば、図６のように、回路基板２０の裏面側における貫通孔５０の開口位置と、回路基板２０の外縁とを結ぶ経路８２に沿ってバンプ８０を配置することにより、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内に外部から空気が入り込み易くすることができる。この結果、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内の空気の温度上昇がより効率的に抑制される。
【００３４】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００３５】
例えば、図７に示す変形例１のように、回路基板２０の裏面側の貫通孔５０の開口に合わせて、実装基板６０を貫く貫通孔６２を設けてもよい。これによれば、実装基板６０の貫通孔６２が空気の流入経路となるため、回路装置１０と実装基板６０との間の空間内の空気の入れ替えがより速やかに生じる。
【００３６】
また、上述の実施形態では、回路基板２０の全面を封止樹脂４０が被覆しているが、回路基板２０および封止樹脂４０の構成はこれに限られない。たとえば、図８に示す変形例２のように、回路基板２０の中央部を凹部とし、この凹部に回路素子３０を搭載するとともに、封止樹脂４０により凹部を埋め込む構造としてもよい。本変形例では、回路素子３０の電極端子が回路基板２０の側壁部分２１に埋め込まれた配線層２２に金線などを用いてワイヤボンディングされている。配線層２２は、バンプ８０と電気的に接続されている。
【００３７】
また、変形例３は、変形例２の回路装置１０の上下を逆にして、実装基板６０に実装した例である。
【００３８】
この他、回路基板２０に設けられた貫通孔５０内の側面に、耐水性を有する樹脂を被覆してもよい。これによれば、回路基板２０への水分の浸透が抑制され、回路基板２０の耐久性、寿命等の特性が向上する。
【００３９】
また、回路基板２０に設けられた貫通孔５０内の側面に、金属などの熱伝導性を有する材料を被覆してもよい。これによれば、回路基板２０または回路素子３０の熱を、より速やかに放熱させることができる。
【００４０】
また、実施形態４において、途中で屈曲し、回路基板２０内の経路が斜めになっている貫通孔５３を例示したが、回路基板２０内の経路を鉛直方向とし、封止樹脂４０内の経路を鉛直方向に対して斜めにしてもよい。また、回路基板２０内の経路と封止樹脂４０内の経路との接続部分で貫通孔５３を屈曲させ、回路基板２０内の経路および封止樹脂４０内の経路の両方を鉛直方向に対して斜めにしてもよい。これによれば、貫通孔５３の側壁部分の表面積が増大することに伴い、回路装置１０の放熱性が向上するとともに、貫通孔５３の筒の長さが長くなることにより、煙突効果がより発揮される。
【００４１】
また、実施形態４において、上方になるにつれて径が小さくなっている貫通孔５２を示したが、径が一定でない例はこれに限られない。たとえば、封止樹脂４０は加工に対する制約が比較的少ないため、封止樹脂４０内の径を回路基板２０内の径より大きくすることができる。これによれば、貫通孔の側壁部分の表面積が増大することに伴って、回路装置１０の放熱性が向上する。
【００４２】
また、回路装置１０を実装基板６０に実装する手段は、回路装置１０と実装基板６０との間に所定の空間が生じさせる手段であればよく、ＢＧＡに限られない。たとえば、リード線またはピンを用いたＰＧＡ(Pin Grid Array)、ＤＩＰ(Dual In-line Package)、ＳＯＰ(Small Outline Package)、ＱＦＰ(Quad Flat Package)などの実装手段によって、回路装置１０が実装基板６０に実装されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態１に係る回路装置の構成を示す断面図である。
【図２】回路装置が実装基板に実装されることにより実現される回路実装体の断面図である。
【図３】実施形態２に係る回路装置および回路実装体の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態３に係る回路装置および回路実装体の構成を示す断面図である。
【図５】実施形態４に係る回路装置および回路実装体の構成を示す断面図である。
【図６】回路基板に設けられたバンプの配置の一例を示す図である。
【図７】変形例１に係る回路装置および回路実装体の構成を示す断面図である。
【図８】変形例２に係る回路装置および回路実装体の構成を示す断面図である。
【図９】変形例３に係る回路装置および回路実装体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  回路装置、２０  回路基板、３０  回路素子、４０  封止樹脂、５０  貫通孔、６０  実装基板、７０  回路実装体、８０  バンプ、９０  ヒートシンク。
【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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