JP3924463B2 - 表面実装型電子部品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品素子を搭載した表面実装型電子部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年における各種の電子機器に対しては小型化や薄型化・高機能化・低コスト化等の要求が絶えることがない。それらの要求を実現するために、電子機器に用いられる表面実装型電子部品に対しても同様に小型化・薄型化・高機能化・低コスト化の検討が急速に押し進められている。その中で、表面実装型電子部品は、電子機器のマザーボードへの実装性において、高密度化の効果が大きいため特に小型化が求められる用途において主流となっているものである。
【0003】
かかる表面実装型電子部品の断面図を図4に示す。図4において、回路基板42の表面側にはコンデンサなどのチップ部品43を搭載し、回路基板42に形成されたキャビティ72内にはICなどの電子部品素子41を搭載して封止樹脂71により封止され、回路基板42と側面で固定したシールドケース45により保護されている。回路基板42は、絶縁層42a〜42fの積層部品であり、下面若しくは側面には端子電極46、内部にはビアホール導体49などの内部導体が形成されている。電子部品素子41は、ボンディングワイヤ48によって回路基板42と電気的に接続し、樹脂71により封止されている。
【0004】
一方、近年においては表面実装型電子部品にも多くの機能が求められており、SAW素子などのフィルタ特性のある電子部品素子を搭載したものが製品化されている。このような表面実装型電子部品の断面図を図5に示す。
【0005】
図5において、回路基板52の上面にはコンデンサなどのチップ部品53とSAW素子などの電子部品素子54が搭載され、シールドケース55により保護されている。電子部品素子54は回路基板52に形成されたキャビティ73に収容され、ボンディングワイヤ58により回路基板52と接続され、蓋体57により気密封止されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
表面実装型電子部品を組合せることで、さらなる高機能化と低コスト化が実現できる。前出した二つの表面実装型電子部品を組合せた構成についても検討が進められている。
【0007】
ところが、これら二つの表面実装型電子部品を組合せた構造は、次の2つの特性が対立するため、実現が困難である。
【0008】
1つには、ICなどの電子部品素子41はその動作時に熱を発生することである。その発生する熱が電子部品素子41にたまると電子部品素子41の温度が上昇し、動作効率が悪くなってしまう。従来は、発生する熱をビアホール導体49で吸収し基板に熱を放熱することにより、電子部品素子41の温度が上昇するのを防いでいた。
【0009】
2つには、SAW素子などの電子部品素子54は、熱が加えられると通過特性が変動することである。これは、SAW素子などの電子部品素子54は形状の変化によりその特性が変動するためである。SAW素子などの電子部品素子54は、固定している回路基板52とそれぞれの熱膨張係数が異なるために、熱が加えられたときに熱膨張差が生じ、微小な変形が起きる。この変形によって、電子部品素子54に反りなどが発生し、特性を変動させてしまう。また、SAW素子などの電子部品素子54は表面波振動する面が空間にある必要があり、気密性の高い金属製の蓋体57を溶接することで封止している。また、回路基板52と蓋体57の熱膨張差により変形する可能性も考えられる。封止には気密性が求められるため、回路基板52の熱膨張に追従できる樹脂封止などは使えない。
【0010】
以上のように、ICなどの電子部品素子とSAW素子などの電子部品素子を組合せた構成については、一方から発生する熱が、他方の特性を変動させるため、実現が困難であった。
【0011】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、発熱性が大きい電子部品素子と熱により電気特性が変動する電子部品素子を同じ回路基板に用いても、小型で充分な接合強度が得られ、すぐれた特性を持つ表面実装型電子部品を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決するために請求項1記載の発明は、回路基板と、該回路基板の上面に搭載した発熱性が大きい第1の電子部品素子と、前記回路基板の上面又は下面に搭載した熱により電気特性が変動する第2の電子部品素子と、前記回路基板の下面に形成した、マザーボードと接合する複数の端子電極と、前記回路基板の上面を覆うキャップ部を有するとともに、該キャップ部の内面と前記第1の電子部品素子とを接合したシールドケースとから成る表面実装型部品において、前記シールドケースは前記キャップ部から前記回路基板の側面に対向するように延出した脚部を有しており、前記回路基板の側面と前記シールドケースの脚部の間に間隙が形成されており、前記脚部の先端が前記マザーボードに接合可能に形成されていることを特徴とする。
【0013】
さらに請求項2記載の発明では、請求項1記載の発明において、前記第1の電子部品素子は前記回路基板の上面にフェイスダウンボンディングにより接合して成ることを特徴とする。
【0014】
【作用】
本発明の請求項1によれば回路基板の上面を覆うシールドケースのキャップ部内面に発熱性の大きい第1の電子部品素子を接合している。この構造であれば、第1の電子部品素子から発生した熱は、キャップ部の内面からシールドケース全体に伝わって外部に放熱され、第1の電子部品素子の温度の上昇が抑えられる。また、回路基板の側面とシールドケースの脚部の間に間隙が形成されている。この構造であれば、第1の電子部品素子からシールドケースに伝わった熱が回路基板に伝えられにくいので、第2の電子部品素子は温度の上昇がさらに抑えられ、電気特性の変動は少なくなる。
【0015】
また、シールドケースはキャップ部から回路基板の側面に対向するように延出した脚部を有しており、回路基板の側面とシールドケースの脚部の間に間隙が形成されており、脚部の先端がマザーボードに接合可能に形成されている。この構造であれば、複数の端子電極とシールドケースの脚部とにより接合強度を高めることができる。しかも、シールドケースに伝わった熱は、マザーボードと接合する半田にも伝熱することができるとともに、回路基板に伝えられにくいので、シールドケースの温度の上昇が抑えられる。このため、第1の電子部品素子から発生する熱はさらにシールドケースに伝わりやすくなり、回路基板へは熱が伝わりにくい。従って、回路基板自体の温度上昇が抑えられ、第2の電子部品素子に熱が伝わりにくいので電気特性の変動が少ない。
【0016】
また本発明の請求項2によれば、第1の電子部品は回路基板の上面にフェイスダウンボンディングされている。この構造であれば、第1の電子部品とシールドケースは隣接するので、第1の電子部品から発生する熱は、効率よくシールドケースに伝えられる。
【0017】
さらに、第1の電子部品と回路基板を電気的に接合するバンプは、回路基板の下面に形成されている複数の端子電極とシールドケースの脚部の先端がマザーボードに接合されることにより、保持力が強化されている。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。図1は本発明の表面実装型電子部品の外観斜視図であり、図2は本発明の表面実装型電子部品をマザーボードに実装した断面図である。
【0020】
表面実装型電子部品10は、回路基板2の上面に電子部品素子1とチップ部品3が搭載され、電子部品素子4は回路基板2の上面に形成されたキャビティ24に搭載収納されて蓋体7により気密封止されている。そして、シールドケース5により、回路基板2の上面を覆っている。個々の部品について以下に詳説する。
【0021】
回路基板2は、絶縁層2a〜2fが積層された、高い気密性でパッケージングができるセラミック多層基板であり、不図示であるが所望の配線を内蔵することで実装密度を高めることができる。内蔵配線には主としてタングステン(W)やモリブデン(Mo)などが使われてきたが、最近では気密性が高い低温焼成セラミックスが出現し、銀(Ag)や銅(Cu)などの低インピーダンス材料も使われている。回路基板2の下面には複数の端子電極6が形成され、マザーボード22と半田21を介して接合される。また、端子電極6の上面は防錆や半田濡れ性を考慮してメッキ処理される。このようなメッキ処理は金(Au)メッキが一般的であり、例えば、金(Au)メッキの下にニッケル(Ni)などの中間メッキを形成することが望ましい。
【0022】
電子部品素子1は、発熱性が大きいICなどの半導体素子であり、材料はSiO2やGaAsなどの基板にアルミニウム(Al)などの配線が形成され、電気信号の増幅回路などに用いられ複数のトランジスタで構成されている。第1の電子部品素子1はバンプ23によって、回路基板2の上面にフェイスダウンボンディングされている。また、電子部品素子1と回路基板2との間にアンダーフィル樹脂24を形成して接合力を強化している。
【0023】
電子部品素子4は、熱により電気特性が変動するSAW素子などの圧電振動素子であり、リチウムタンタレート(LiTaO3)などの圧電基板の表面にアルミニウム(Al)などの櫛歯電極が形成されている。そして、圧電振動素子の櫛歯電極形成面に特定の共振周波数で表面波振動することで共振器を構成している。SAW素子は、表面波が超音波振動であるため、電磁波に比べて非常に小型の共振器にすることができる。水蒸気等により周波数特性が変動するので、特に気密性が求められる。そのため、回路基板2に形成されたキャビティ24に搭載され、蓋体7により気密封止している。そして、回路基板2とボンディングワイヤ8により電気的に接合されている。
【0024】
蓋体7は、熱膨張係数が回路基板2の熱膨張係数に近似する材料が選択され、平板形状となっている。例えば、回路基板2が低温焼成セラミックス(熱膨張係数が9〜11×10-6/℃)であれば、蓋体7は熱膨張係数が8×10-6/℃の45アロイなどが用いられる。また、蓋体7の内面側の全面または外周部には、ニッケル(Ni)メッキ、金(Au)メッキで被覆され、封止するためのろう付けが可能となるようにしている。封止工程は、酸素濃度20ppm以下に管理されたN2チャンバー内で行われ、表面波の特性を信頼性的に保持しつつ気密封止される。
【0025】
シールドケース5は、キャップ部5aと脚部5bで構成している。キャップ部5aは回路基板2の上面を覆い、表面実装型電子部品10を物理的に保護するだけでなく、電磁波を遮蔽する作用を有する。脚部5bはキャップ部から回路基板2の側面に対向するように延出し、脚部5bの先端がマザーボードと22と半田21を介して接合される。そして、シールドケース5は電磁波を遮蔽するため金属材料であるが、特にりん青銅などが使われる。また、表面には、半田濡れのためにスズ(Sn)メッキなどが形成されている。
【0026】
かくして、本発明の表面実装型電子部品10によれば、シールドケース5の回路基板2の上面を覆うキャップ5a部の内面と発熱性の大きい第1の電子部品素子1とを接合している。第1の電子部品素子1は上述のように電気信号の増幅に用いられる複数のトランジスタが集まったICであるので、その動作とともに熱が発生する。そして、この熱により第1の電子部品自体の温度を上昇させるため、その動作の効率を著しく劣化させてしまう。しかし、本発明の構造では、第1の電子部品素子1から発生した熱は、熱伝導性の良いシールドケース5のキャップ部5aの内面から吸収し、シールドケース5全体に熱が伝わり、第1の電子部品素子1の温度の上昇を抑えている。
【0027】
一方、この構造であれば、第1の電子部品素子1は、発生する熱がシールドケース5に多くを吸収され回路基板2内の、温度の上昇が低減される。そして、回路基板2内に伝熱する熱量が少なくなり、回路基板2は温度の上昇が抑えられるので、第2の電子部品素子4に熱が伝わりにくくなる。従って、第2の電子部品素子4は温度の上昇が低減され、電気特性の変動は少なくなる。
【0028】
さらに、シールドケース5から回路基板2の側面に対向するように延出した脚部5bの先端がマザーボード22と半田21によりに接合している。この構造であれば、第1の電子部品素子1からシールドケース5に伝わった熱は、マザーボード22と接合する半田21に伝熱することができる。そして、その熱は、マザーボード22上面の電極に伝熱するので、シールドケース5の温度は大きく上昇することがない。従って、第1の電子部品素子1は発生する熱がよりシールドケース5に吸収されやすくなり、動作の効率が保持される。そして、第2の電子部品素子4は温度の上昇がより低減され、電気特性の変動がより少なくなる。
【0029】
また、第1の電子部品素子1とシールドケース5は直接接合するので、第1の電子部品1から発生する熱は、効率よくシールドケース5に伝えられる。
【0030】
さらに、第1の電子部品1と回路基板2を電気的に接合するバンプ23は、アンダーフィル樹脂24が形成されながら接合の信頼性が不安定である。この構造であれば、回路基板2の下面に形成されている複数の端子電極6とシールドケース5の脚部5bの先端がマザーボード22と半田21により接合されるので、間接的に回路基板2と第1の電子部品1の保持力が強化されている。
【0031】
さらに、シールドケース5との接合する面にグランド電極が形成されていれば、シールドケース5をグランド電位とすることで第1の電子部品1の接地性が向上する。
【0032】
また、回路基板2の側面とシールドケース5の立脚部の間に間隙が形成されている。この間隙により、回路基板2とシールドケース5の熱は分離される。そして、シールドケース5の脚部5bのみでマザーボード22と半田21により接合できる。この構造であれば、シールドケース5及び半田21の熱が側面から回路基板2に伝えられることを防ぐことができる。
【0033】
次に本発明の他の実施の形態を図3を用いて説明する。
図3は本発明の表面実装型電子部品をマザーボードに実装した他の断面図である。図1の構成と異なるところは、第2の電子部品素子4の回路基板2への搭載は上面に搭載する構造に代えて、回路基板2の下面に搭載することにある。即ち、回路基板2の下面のデッドスペースにキャビティ34を形成し、電子部品素子4を搭載している。この構造であれば、上面に集中していた部品の搭載を、一部下面に搭載できるのでさらに小型の表面実装型電子部品が構成できる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発熱性が大きい電子部品素子と熱により電気特性が変動する電子部品素子を同じ回路基板に搭載しても、発生する熱をシールドケースに吸収して回路基板の温度の上昇を低減することができるとともに、小型で接合強度が高くすぐれた特性を持つ表面実装型電子部品を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表面実装型電子部品の外観斜視図である。
【図2】本発明の表面実装型電子部品をマザーボードに実装した断面図である。
【図3】本発明の表面実装型電子部品をマザーボードに実装した他の断面図である。
【図4】従来の表面実装型電子部品の断面図である。
【図5】従来の表面実装型電子部品の他の断面図である。
【符号の説明】
1、41・・・第1の電子部品素子
2a〜2f・・・絶縁層
2、42、52・・・回路基板
3、43、53・・・チップ部品
4、54・・・第2の電子部品素子
5、45、55・・・シールドケース
5a・・・キャップ部
5b・・・脚部
6、46、56・・・端子電極
7、57・・・蓋体
8、48、58・・・ボンディングワイヤ
49・・・ビアホール導体
21、31・・・半田
22、32・・・マザーボード
23、33・・・バンプ
24、34、72、73・・・キャビティ
26、36・・・アンダーフィル樹脂
71・・・封止樹脂
10・・・表面実装型電子部品
Claims (2)
- 回路基板と、該回路基板の上面に搭載した発熱性が大きい第1の電子部品素子と、前記回路基板の上面又は下面に搭載した熱により電気特性が変動する第2の電子部品素子と、前記回路基板の下面に形成した、マザーボードと接合する複数の端子電極と、前記回路基板の上面を覆うキャップ部を有するとともに、該キャップ部の内面と前記第1の電子部品素子とを接合したシールドケースとから成る表面実装型部品において、前記シールドケースは前記キャップ部から前記回路基板の側面に対向するように延出した脚部を有しており、前記回路基板の側面と前記シールドケースの脚部の間に間隙が形成されており、前記脚部の先端が前記マザーボードに接合可能に形成されていることを特徴とする表面実装型電子部品。
- 前記第1の電子部品素子は前記回路基板の上面にフェイスダウンボンディングにより接合して成ることを特徴とする請求項1記載の表面実装型電子部品。
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