(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
熱伝導性のコア材を含むコア層と、一主面から前記コア層に向かって形成された開口部を含み前記コア層上に設けられ、前記一主面と前記開口部の底部を連結する壁部で複数の配線層が露出している多層配線層と、複数のビアと、を有する配線基板と、
前記開口部の前記壁部との間に空間を有するように配設された発熱部品と、
前記発熱部品を接着させる熱伝導性の接着部材と、前記接着部材と前記コア材とを接続し前記ビアよりも大きな径を有する熱伝導性の柱状体とを有し、前記配線基板内に形成され前記発熱部品と前記コア材とを接続する放熱ラインと
を具備する回路モジュール。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献2に記載の回路モジュールは、コア材と実装面との間に、複数の配線層と、それらの間に形成された複数の絶縁層と、放熱用のビア導体とを有している。複数の絶縁層はコア材やビア導体と比較して熱伝導性が低いため、パワーアンプICで発生した熱は主に放熱用のビア導体を介してコア材へ伝導される。しかしながら、パワーアンプICで発生した熱が、放熱用のビア導体で単位時間当たりに輸送できる熱量を越えている場合には、パワーアンプICで発生した熱を十分に放熱することが難しかった。
【0006】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、放熱性の高い回路モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回路モジュールは、配線基板と、発熱部品と、放熱ラインとを具備する。
上記配線基板は、熱伝導性のコア材を含むコア層と、一主面から上記コア層に向かって形成された開口部を含み上記コア層上に設けられた多層配線層とを有する。
上記発熱部品は、上記開口部に配設される。
上記放熱ラインは、上記配線基板内に形成され上記発熱部品と上記コア材とを接続する。
【0008】
上記構成によれば、発熱部品が開口部に配設され、放熱ラインによって発熱部品とコア材とが接続されるため、発熱部品のコア材への放熱経路の長さを短縮することができ、回路モジュール全体の放熱性を高めることができる。
【0009】
また、上記放熱ラインは、上記発熱部品を接着させる熱伝導性の接着部材を有してもよい。
これにより、放熱ラインと発熱部品とを確実に接着させることができるとともに、熱伝導性も確保することができる。
【0010】
例えば、上記開口部は、上記コア層に達する深さで形成され、
上記発熱部品は、上記コア層上に上記接着部材を介して配置されてもよい。
これにより、発熱部品の熱をコア層へ効率よく伝達することができる。
【0011】
あるいは、配線基板は、複数のビアをさらに有し、
上記放熱ラインは、上記接着部材と上記コア材とを接続し上記ビアよりも大きな径を有する熱伝導性の柱状体を有してもよい。
このような柱状体により、熱の伝導性を高めるとともに、体積当たりの表面積を比較的小さい構成とすることができ、発熱部品の熱を効率良く逃がすことができる。
【0012】
また例えば、上記コア層は、電子部品を収容し上記コア材に形成されたキャビティをさらに有してもよい。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0015】
<第1の実施形態>
[回路モジュールの構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る回路モジュールを示す図である。同図に示すように、回路モジュール100は、配線基板10と、発熱部品14と、放熱ライン15とを備える。
【0016】
(配線基板)
配線基板10は、多層配線基板であり、表面(一主面)10aから発熱部品14が搭載される開口部118が形成されている。すなわち、配線基板10は、第1の多層配線層(多層配線層)11と、第2の多層配線層12と、コア層13とを有し、コア層13を挟んで第1の多層配線層11と第2の多層配線層12とが配設される。
【0017】
コア層13は、コア材131と、キャビティ132とを有する。コア材131は、熱伝導性材料で構成され、本実施形態において例えば銅や銅合金を含む金属材料で構成される。コア材131は、例えば、配線基板10と略同一の平面形状を有し、配線基板10の側面から露出するように構成される。コア材131は、放熱性を向上させるとともに、配線基板10の剛性の向上や、後述する電磁障害の抑制といった作用を有する。
【0018】
コア材131には、キャビティ132が形成されている。キャビティ132は、コア材131を貫通するように形成されていてもよいし、貫通しない構成であってもよい。各キャビティ132には、内蔵部品133が収容される。
【0019】
各内蔵部品133は、例えばコンデンサ、インダクタ、抵抗、水晶振動子、デュプレクサ、フィルタ、パワーアンプ、集積回路(IC)等の電子部品であり、それぞれ同一種類の部品であっても、異なる種類の部品であってもよい。また、各キャビティ132には、同図に示すように1つの内蔵部品133が収容されていてもよいし、複数の内蔵部品133が収容されていてもよい。さらに、内蔵部品133の厚みも特に限定されず、キャビティ132の深さと同程度の厚みであってもよいし、当該深さよりも小さい厚みであってもよい。内蔵部品133がコア材131に取り囲まれて収容されることで、内蔵部品133間や内蔵部品133と発熱部品14との間における電磁波に起因する障害(電磁障害)を抑制することが可能となる。
【0020】
また、内蔵部品133は、絶縁性樹脂134に被覆されていてもよい。絶縁性樹脂134は、キャビティ132の内壁面と内蔵部品133との間隙、及び内蔵部品133と第1の多層配線層11との間隙等に充填され得る。絶縁性樹脂134は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で構成されてもよく、当該樹脂にはフィラが適宜含有されていてもよい。
【0021】
第2の多層配線層12は、例えば、3層の配線層121,122,123と、絶縁層124,125,126と、表層に形成されたソルダレジスト層127とを含む積層構造で構成され、コア層13の一主面上に設けられる。配線層121,122,123と絶縁層124,125,126とは、交互に積層される。3層の配線層121,122,123のうち、配線層123は表層配線層であり、配線層121,122は、内部配線層である。また、ソルダレジスト層127と配線層123とは、配線基板10の裏面10bを構成する。なお、配線層及び絶縁層の総数は、これに限定されない。
【0022】
第1の多層配線層11は、第2の多層配線層12と同様に、例えば3層の配線層111,112,113と、絶縁層114,115,116と、表層に形成されたソルダレジスト層117とを含む積層構造で構成され、コア層13の第2の多層配線層12が設けられた主面とは反対側の主面上に設けられる。配線層111,112,113と絶縁層114,115,116とは、交互に積層される。3層の配線層111,112,113のうち、配線層113は表層配線層であり、配線層111,112は内部配線層である。また、ソルダレジスト層117と配線層113とは、配線基板10の表面10aを構成する。なお、配線層及び絶縁層の総数は、これに限定されない。
【0023】
また、第1の多層配線層11は、複数のビア119を有する。ビア119は、回路構成に応じて適宜形成され得るが、
図1に示す例では、内蔵部品133と配線層111とを接続するように形成される。
【0024】
さらに、第1の多層配線層11は、開口部118を有する。開口部118は、表面10aからコア層13に向かって形成され、本実施形態において、コア層13に達する深さで形成される。
【0025】
開口部118は、発熱部品14を配設する底部118aと、底部118a及び表面10aに連接する壁部118bとを有する。本実施形態において、底部118aは、コア材131で構成される。底部118aの平面形状は、円形状でもよいし多角形状でもよい。一方壁部118bは、例えば、配線層111,112がそれぞれ絶縁層115,116から突出した構成を有する。より具体的には、底部118aに最も近い配線層111は、その上の絶縁層115から一部露出しており、絶縁層115上の配線層112は、その上の絶縁層116から一部露出している。すなわち、開口部118は、配線層111,112,113でそれぞれ開口径が異なる構成とすることができる。
【0026】
(発熱部品)
発熱部品14は、開口部118の底部118aに配設される。発熱部品14は、例えば、集積回路(IC)、コンデンサ、インダクタ、抵抗、デュプレクサ、フィルタ、パワーアンプ等の発熱を伴う電子部品である。また、水晶振動子など、自己発熱しないが冷却する必要がある部品についても発熱部品に含まれるものとする。
【0027】
発熱部品14は、例えば、複数の端子141が形成された端子面14aと、その反対側の非端子面14bとを有し、例えば、非端子面14bを底部118aに向けて配設されている。これにより、端子面14aの端子141が上部に露出し、各端子141と配線層111,112とがそれぞれワイヤボンディング等により電気的に接続される。本実施形態の開口部118によれば、壁部118bから配線層111,112が露出していることから、これらの接続を容易に行うことができる。
【0028】
(放熱ライン)
放熱ライン15は、配線基板10内に形成され、発熱部品14とコア材131とを接続する。放熱ライン15は、本実施形態において、発熱部品14をコア材131に接着させる熱伝導性の接着部材151を有する。接着部材151は、熱伝導性及び接着性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、熱伝導性樹脂、半田等で構成され得る。熱伝導性樹脂としては、例えば、金属フィラを含有したエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0029】
次に、回路モジュール100の製造方法について説明する。
【0030】
[回路モジュールの製造方法]
図2乃至
図4は回路モジュール100の製造方法を示す模式図である。なお、回路モジュール100は、一つの集合基板上に複数が同時に製造され、各回路モジュール100毎に分割されるものとすることができるが、以下ではそのうちの一つの回路モジュール100について説明する。なお、以下の説明は例示であり、回路モジュール100の製造方法はこれに限定されない。
【0031】
図2に示すように、コア層13を形成する。まず、配線基板10(集合基板)の平面形状と略同一で所定厚みの金属板にキャビティ132を形成し、コア材131を作製する。続いて、コア材131と内蔵部品133とを粘着シート(図示せず)上の所定位置に配置して仮固定する。次に、コア材131のキャビティ132上に流体の絶縁材料を充填し、硬化させる。そして、粘着シートを剥離し、コア層13が形成される。
【0032】
続いて、
図3に示すように、コア層13の上面に第1の多層配線層11を、下面に第2の多層配線層12をそれぞれ形成する。まず、コア層13の上面及び下面に流体の樹脂を塗布し、硬化させ、絶縁層114,124を形成する。この絶縁層114,124にレーザ光を照射することで、ビア形成用の孔を形成する。さらに、絶縁層114,124上にメッキレジスト(図示省略)をパターニングした後、電解メッキによって配線層111,121を形成する。この際、上記孔にも導体が埋め込まれ、ビア119が形成される。同様に、絶縁層115,125、配線層112,122、絶縁層116,126、配線層113,123及びソルダレジスト層117,127を順に形成し、第1の多層配線層11及び第2の多層配線層12を形成する。
【0033】
続いて、
図4に示すように、第1の多層配線層11に、表面10aからコア層13に向かって開口部118を形成する。開口部118は、例えば、機械加工によって形成されてもよいし、エッチング法等により形成されてもよい。本実施形態において、まず、ソルダレジスト層117、配線層113及び絶縁層116に第1の開口径の開口を形成する。次に、配線層112及び絶縁層115に第1の開口径よりも小さい第2の開口径の開口を形成する。さらに、配線層111及び絶縁層114に第2の開口径よりも小さい第3の開口径の開口を形成する。これにより、コア層13に近い配線層ほど開口径が小さくなる構成で、かつコア層13に達する深さの開口部118を形成することができる。
【0034】
そして、
図1に示すように、放熱ライン15を形成し、開口部118に発熱部品14を配設する。まず、開口部118の底部118aに露出したコア材131上に流動性のある熱伝導性樹脂が塗布され、その上に発熱部品14が配置される。この熱伝導性樹脂を硬化することで、放熱ライン15の接着部材151が形成される。さらに、発熱部品14の端子141と配線層112,113とをそれぞれワイヤボンディング等により接続する。これにより、発熱部品14をコア材131上に接着できるとともに、発熱部品14と配線基板10との導通を図ることができる。なお、熱伝導性樹脂が発熱部品14側に塗布された後、当該樹脂が塗布された発熱部品14を、開口部118に露出したコア材131上に接着してもよい。
【0035】
次に、以上のように製造された回路モジュール100の作用効果について説明する。
【0036】
[回路モジュールの作用効果]
図5は、本実施形態の比較例に係る回路モジュール300の断面図である。回路モジュール300は、回路モジュール100と同様の構成の第2の多層配線層12、コア層13及び発熱部品14を備えるが、第1の多層配線層31と、放熱ライン35の構成が回路モジュール100と異なる。第1の多層配線層31は、開口部を有さず、発熱部品14が配線基板30の表面30aに配置されている。また、放熱ライン35は、表面30a上の発熱部品14とコア材131とを接続する複数のサーマルビア353を有している。
【0037】
同図の回路モジュール300によれば、発熱部品14によって発生した熱がサーマルビア353を介してコア材131に伝導される。サーマルビア353は、第1の多層配線層31の厚み分の長さを有している。ここで、サーマルビア353は、発熱部品14が出す熱量に対して十分な太さ(物理的な体積)または熱伝導性を有していないため熱容量が足りず、輸送できる熱量に限界があり、発熱部品14を十分に冷却することが困難であった。また、回路構成の複雑化に伴い、第1の多層配線層31をより多層化する場合、このような放熱性の問題がより大きくなることが懸念された。
【0038】
一方、
図1に示す本実施形態の回路モジュール100によれば、開口部118及び放熱ライン15により発熱部品14をコア材131へ直接接着することができるため、配線基板10へ拡散する熱を大幅に低減することができる。これにより、回路モジュール100全体としての放熱性を高めることができる。さらに、第1の多層配線層11が多層化した場合であっても、高い放熱性を維持することが可能となり、回路構成の複雑化にも容易に対応し得る。
【0039】
<第2の実施形態>
[回路モジュールの構成]
図6は、本発明の第2の実施形態に係る回路モジュール200の断面図である。本実施形態に係る回路モジュール200は、開口部218及び放熱ライン25の構成が回路モジュール100と異なる。なお、回路モジュール200において、回路モジュール100と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0040】
配線基板20は、回路モジュール100と同様の構成の第2の多層配線層12、コア層13を有し、回路モジュール100と異なる構成の第1の多層配線層21を有する。
【0041】
第1の多層配線層21は、例えば、第2の多層配線層12と同様に、3層の配線層211,212,213と、絶縁層214,215,216と、表層に形成されたソルダレジスト層217とを含む積層構造で構成され、コア層13の第2の多層配線層12が設けられた主面とは反対側の主面上に設けられる。配線層211,212,213と絶縁層214,215,216とは、交互に積層される。3層の配線層211,212,213のうち、配線層213は表層配線層であり、配線層211,212は、内部配線層である。また、ソルダレジスト層217と配線層211とは、配線基板10の表面20aを構成する。さらに、第1の多層配線層21は、第1の実施形態と同様に、複数のビア219を有する。なお、配線層及び絶縁層の総数は、これに限定されない。
【0042】
第1の多層配線層21は、また、表面20aからコア層13に向かって形成された開口部218を有する。開口部218は、本実施形態において、内部配線層のうちの配線層211に達する深さで形成される。
【0043】
開口部218は、発熱部品24を配設する底部218aと、底部218a及び表面20aを連接する壁部218bとを有する。底部218aは、本実施形態において、配線層211で構成される。壁部218bは、配線層212,213が絶縁層214,215より突出しない構成でもよく、例えば滑らかな曲面や複数の平坦面で構成され得る。
【0044】
発熱部品24は、開口部218の底部218aに配設される。本実施形態において、発熱部品24は、周縁に複数の端子241を含む端子面241aと、その反対側の非端子面241bとを有し、端子面24aを底部218aに向けて配設されている。発熱部品24は、例えば、端子241を介して配線層211にフリップチップ実装され得る。
【0045】
放熱ライン25は、配線基板20の第1の多層配線層21内に形成され、発熱部品24とコア材131とを接続する。放熱ライン25は、本実施形態において、発熱部品24を接着させる熱伝導性の接着部材251と、熱伝導性の柱状体252とを有する。接着部材251は、発熱部品24の端子面24aと柱状体252とを接着する。より詳しくは、接着部材251は、端子面24aにおける端子241が形成されていない中央部に接着され得る。接着部材251は、本実施形態において半田で構成されるが、熱伝導性樹脂であってもよい。
【0046】
柱状体252は、接着部材251とコア材131とを接続し、ビア219よりも大きな径を有する。柱状体252は、例えば、熱伝導性樹脂で構成されるが、金属等であってもよい。
【0047】
[回路モジュールの製造方法]
回路モジュール200の製造方法のうち、コア層13の形成工程と、第1の多層配線層21及び第2の多層配線層12の形成工程は、第1の実施形態と同様である。したがって、開口部218の形成工程と、放熱ライン25の形成工程について説明する。
【0048】
第1の多層配線層21及び第2の多層配線層12を形成した後、第1の多層配線層21に、表面20aからコア層13に向かって開口部218を形成する。開口部218は、機械加工等により形成される。本実施形態において、開口部218は、配線層211に達する深さで形成され、開口径は深さ方向に沿って略一定であってもよい。
【0049】
続いて、柱状体252を形成する。柱状体252は、例えば機械加工等によって開口部218の底部218aからコア材131に向かって孔が形成され、当該孔に流体の熱伝導性樹脂が充填され、硬化されることで形成される。
【0050】
続いて、開口部218の柱状体252上に発熱部品24を配設する。まず、柱状体252上、及び端子241が接続される配線層211上に半田ペーストが塗布され、当該半田ペースト上に発熱部品24が搭載される。さらに、この発熱部品24が搭載された配線基板20をリフロー炉へ搬入し、半田ペーストをリフローすることで、発熱部品24が開口部218に半田付けされる。以上のように、回路モジュール200が製造される。
【0051】
[回路モジュールの作用効果]
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、発熱部品24とコア材131との距離を短縮することができるため、配線基板20へ拡散する熱を大幅に低減することができる。また、柱状体252が一本の柱状で構成されるため、表面積当たりの体積を比較的大きく構成することができる。これにより、絶縁材料と接触する面積を低減して配線基板20へ拡散する熱を大幅に低減することができるとともに、より効率的にコア材131へ熱を伝導することが可能となる。
【0052】
[変形例]
図7は、第2の実施形態の変形例に係る回路モジュール200の断面図である。同図に示すように、放熱ライン25は、柱状体252に替えて、複数のサーマルビア253を有していてもよい。これによっても、配線基板20へ拡散する熱を低減することができる。
【0053】
あるいは、第2の実施形態において、開口部218は配線層211に達する深さを有する構成に限定されず、配線層212に達する深さで形成されてもよい。あるいは、回路モジュール200がより多層の配線層を含む第1の多層配線層21を有する場合には、開口部218が、任意の内部配線層に達する深さで形成されることができる。
【0054】
第1の実施形態における発熱部品14の実装方法はワイヤボンディングに限定されず、例えば端子面14aを開口部118へ向けてフリップチップ実装されてもよい。この場合は、第2の実施形態と同様に、接着部材151を半田で構成することができる。
【0055】
さらに、上述の実施形態において、放熱ライン15,25が接着部材151,251を有さない構成としてもよい。
【0056】
また、回路モジュール100,200の配線基板10,20は、部品内蔵配線基板に限定されず、所期の回路構成を実現できる配線基板として構成することができる。また、発熱部品14,24や内蔵部品133の数も、特に限定されない。