JP5071558B2

JP5071558B2 - 回路モジュール

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Publication number: JP5071558B2
Application number: JP2010542078A
Authority: JP
Inventors: 孝一原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: WO2010067725A1; CN102246616A; EP2361005A4; JPWO2010067725A1; US20110235278A1; EP2361005A1

Description

本発明は、発熱電子部品を含む複数の電子部品を配設した回路基板を備え、電気機器等に適用される回路モジュールに関するものである。

近年、電気機器には、小型化、薄型化の要求が高まり、それに伴い、電気回路を構成する電子部品を、回路基板上に高密度に配設することが行われている。様々な電子部品のうち、ＲＦＩＣやＢＢ（ＢａｓｅＢａｎｄ）ＩＣ等の各種ＩＣ、増幅器、ＤＣコンバータ、ＲＡＭ等の電子部品は、通電による発熱量が大きいことが知られている。特に、ＩＣは、高周波化により前記発熱量が増大している。そのため、前記電子部品の配設高密度化に伴い、ＩＣは、その周辺電子部品への悪影響も懸念される。なお、本願発明において、前記各種ＩＣ等のように、通電による発熱量が大きく、発熱によって上昇する温度が動作保証温度範囲を超える電子部品を、発熱電子部品という。

図５には、発熱電子部品の放熱構成の従来例が、模式的な断面図により示されている（例えば、特許文献１、参照。）。同図に示されるように、この例では、回路基板４上に実装された発熱電子部品１の上面側にヒートシンク３０を設け、そのヒートシンク３０によって発熱電子部品１の熱を放熱する放熱構成を形成している。なお、このような発熱電子部品１は、一般に、金属板等により形成されたパッケージ空間内に収容されてモジュール化され、回路モジュールとして用いられる。

特開２００１−２５７４８９号公報

しかしながら、図５に示したような放熱構造では、発熱電子部品１の熱を、その上面側からのみ放熱するために、発熱電子部品１の熱を十分に放熱することができないといった問題があった。また、ヒートシンク３０を設けることにより嵩高となり、回路モジュールの小型化、低背化が困難になってしまう、といった問題もあった。さらに、発熱電子部品１毎にヒートシンク３０を設けると、コストアップにつながることになる。さらに、ヒートシンク３０を取り付けることが困難な発熱電子部品１に関しては、その放熱をヒートシンク３０によって行うことはできなかった。

上記したような問題点を解決するために、本発明は、次に示す構成を有して構成されている。本発明は、回路基板の片面または両面に、電気回路を構成する一つ以上の発熱電子部品を含む複数の電子部品が互いに間隔を介して配置されており、前記回路基板面の少なくとも前記発熱電子部品と該発熱電子部品以外の電子部品とを含む複数の電子部品の配置領域周辺を含む領域を、その片面側または両面側から覆う放熱部材が設けられ、
該放熱部材の前記回路基板との対向面は凹凸の面と成していて、前記放熱部材の前記対向面における凸部の先端面が前記電子部品間の前記回路基板面に直接または放熱媒介部材を介して接触し、かつ、前記対向面における凹部の壁面が直接または放熱媒介部材を介して前記凹部内に収まる前記発熱電子部品に面接触することにより、該発熱電子部品の熱および該発熱電子部品の熱により温められる前記回路基板の熱を前記放熱部材を介して外部に放熱する構成と成し、該放熱部材で覆われる前記回路基板面にはレジスト膜が形成されており、前記放熱部材の前記凸部が対向する位置に前記レジスト膜の無いレジスト欠落部が設けられており、前記放熱部材の前記凸部は前記レジスト欠落部の回路基板面に接触している構成をもって課題を解決する手段としている。

本発明の回路モジュールは、回路基板の片面または両面に配置された複数の電子部品の配置領域周辺を含む回路基板面の領域を、その片面側または両面側から放熱部材で覆う。該放熱部材の前記回路基板との対向面は凹凸の面と成していて、放熱部材の前記対向面における凸部の先端面が前記電子部品間の前記回路基板面に直接または放熱媒介部材を介して接触する。また、前記電子部品は、一つ以上の発熱電子部品を含んでいる。前記放熱部材の前記対向面における凹部の壁面が、直接または放熱媒介部材を介して、前記凹部内に収まる前記発熱電子部品に面接触する。

本発明は、このような態様で、放熱部材を設けることにより、発熱電子部品の熱および該発熱電子部品の熱により温められる回路基板の熱を、放熱部材を介して外部に放熱する。そのため、本発明は、発熱電子部品の上部にヒートシンク等を設けて放熱する従来例に比べ、発熱電子部品の熱を十分に放熱することができる。つまり、本発明は、放熱部材を介して発熱電子部品の熱を外部に放熱すると共に、発熱電子部品の熱により温められる前記回路基板の熱を放熱部材を介して放熱する。このことによって、本発明は、放熱効率を向上させることができると共に、回路基板の熱を均一化でき、発熱電子部品の熱によって回路基板が高温になることを抑制できる。したがって、本発明によれば、発熱電子部品の周辺に設けられる電子部品への熱による悪影響を抑制でき、回路モジュールの信頼性を向上でき、寿命も長くできる。

また、本発明は、放熱部材の対向面における凸部の先端面を回路基板に接触させ、凹部壁面を発熱電子部品に接触させる構成である。そのため、放熱部材と回路基板や発熱電子部品との間の空間を、従来の回路モジュールにおけるパッケージと回路基板や発熱電子部品との空間に比べて小さくできる。したがって、発熱電子部品の熱や回路基板の熱を、放熱部材を介して非常に効率的に放熱することができる。

さらに、本発明は、放熱部材で回路基板を覆い、前記凹部内に回路基板上の電子部品を収納することにより、放熱部材を回路モジュールの筐体として兼用することもできる。したがって、本発明は、発熱電子部品の上部にヒートシンクを設けた放熱構成を筐体内に収納する構成と異なり、嵩高となることはなく、製品の小型化、低背化を実現でき、コストも安くできる。

さらに、本発明において、一つの好ましい形態は、放熱部材が、少なくとも発熱電子部品が配置される回路基板面の裏面側の回路基板面における、前記発熱電子部品が配置される領域に対応する領域を覆う。そして、放熱部材が回路基板面に直接または放熱媒介部材を介して接触している。この構成によれば、発熱電子部品の熱を、該発熱電子部品が配置される回路基板面の裏面側の回路基板面からも、放熱部材を介して放熱できるので、より一層放熱効率を高めることができる。

さらに、本発明において、別の好ましい形態は、回路基板の発熱電子部品が設けられている部位に、貫通の孔部が形成されている。そして、発熱電子部品配置領域の裏面側の回路基板面を覆う放熱部材の凸部が、前記孔部を通して前記発熱電子部品に直接または放熱媒介部材を介し接触している。この構成によれば、発熱電子部品の熱を、その基板配置側の面からも、放熱部材を介して外部に放熱できるので、より一層放熱効率を高めることができる。

さらに、本発明において、別の好ましい形態は、放熱部材が外壁面にも凹凸を有している。この構成によれば、放熱部材の外壁面の表面積を大きくして、外部との接触面を大きくできるので、より一層放熱効率を高めることができる。

さらに、本発明において、別の好ましい形態は、放熱部材が導電材料により形成されて、少なくとも一部位が回路基板に形成されたグランド面に電気的に接続され、前記放熱部材が電気回路のシールド部材を兼ねる構成と成している。この構成によれば、電気回路のシールド部材を別に設ける必要がないので、その分だけ部品点数を少なくでき、コストアップ抑制を可能とすることができる。

なお、回路基板面に形成されるレジスト膜は、熱伝導性がよくないことが知られている。それに対し、本発明においては、レジスト膜の無いレジスト欠落部の回路基板に放熱部材の凸部を対向させて、放熱部材の凸部をレジスト欠落部に接触させる構成としている。そのため、レジスト欠落部の、熱伝導性のよい回路基板の領域に放熱部材の凸部先端面を接触させることにより、回路基板面からの熱を放熱部材に効率的に伝導でき、より一層放熱効率を向上することができる。

なお、本発明は、放熱部材の対向面に凸部が複数形成されているものを含む。放熱部材の対向面に複数の凸部が形成されている場合には、前記レジスト欠落部に放熱部材の凸部を接触させる構成とは、前記複数の凸部のうち、少なくとも一つが、レジスト欠落部に接触していればよい。この場合も、その接触の分だけ放熱効率を高めることができる。

さらに、回路基板面に形成されるグランド面は、非グランド面よりも熱伝導性が良好である。そのため、本発明において、放熱部材の凸部がグランド面に接触している構成によれば、回路基板面からの熱を放熱部材に効率的に伝導でき、より一層放熱効率を向上することができる。

なお、本発明は、放熱部材の対向面に凸部が複数形成されているものを含む。放熱部材の対向面に複数の凸部が形成されている場合には、前記グランド面に放熱部材の凸部を接触させる構成とは、前記複数の凸部のうち、少なくとも一つが、グランド面に接触していればよい。この場合も、その放熱効率を高めることができる。

第１実施例の回路モジュールを説明するための模式的な断面図である。第２実施例の回路モジュールを説明するための模式的な断面図である。回路モジュールのその他の実施例を説明するための模式的な断面図である。回路モジュールのその他の実施例を説明するための模式的な断面図である。回路モジュールのその他の実施例を説明するための模式的な断面図である。回路モジュールの、さらにその他の実施例を説明するための模式的な断面図である。従来の発熱電子部品の放熱構造例を説明するための模式的な断面図である。

１、１ａ〜１ｄ発熱電子部品
２非発熱電子部品
３放熱部材
４回路基板
５凸部
６凹部
７放熱シート
８孔部
１１凹部内凸部

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。なお、本実施例の説明において、従来例と同様の構成部分についての説明は、省略または簡略化する。

図１には、本発明に係る回路モジュールの第１実施例が模式的な断面図により示されている。同図に示すように、本実施例の回路モジュールは、回路基板４を有している。該回路基板４の両面には、電源回路や通信回路等の適宜の電気回路を構成する一つ以上（ここでは、２つ）の発熱電子部品１（１ａ，１ｂ）を含む複数の電子部品１，２が、互いに間隔を介して配置されている。なお、ここで、符号２で示す電子部品は、発熱電子部品１以外の非発熱電子部品である。該非発熱発熱電子部品とは、通電により発熱しても、それによって上昇する温度が、動作保証温度範囲以下の（発熱量が小さい）電子部品をいう。また、回路基板４の両面にはグランド面が形成されており、さらに、適宜の部位にレジスト膜（図示せず）が形成されている。

本実施例では、回路基板４の基板面全域を、その両面側から覆う放熱部材３が設けられている。この放熱部材３は、熱伝導性が良好な導電性材料のアルミニウム等の金属を、プレス加工して形成されている。放熱部材３は、回路基板４に形成されたランド（図示せず）を介して半田付けにより固定されている。また、放熱部材３は、図の左右両端側の位置において、ねじ１０のねじ止めにより回路基板４に固定されている。

なお、放熱部材３と回路基板４には、それぞれ、その両端側に、タップ（図示せず）が形成されており、このタップに、ねじ１０が螺合されている。また、ねじ１０のねじ頭と回路基板が接触する部位は、前記レジスト膜が形成されていないレジスト欠落部と成している。なお、前記タップの代わりに、ねじを挿入する貫通の孔部を設けてもよい。

前記放熱部材３の回路基板４との対向面は、凹凸の面と成している。放熱部材３の前記対向面における凸部５の先端面が電子部品１，２間の回路基板４のグランド面（グランド電極）に、直接または放熱媒介部材としての放熱シート７を介して接触している。また、前記凸部５の先端面は、電子部品１，２が設けられていない領域の回路基板４のグランド面にも、直接または放熱シート７を介して接触している。このように、本実施例では、導電性を有する放熱部材３が直接グランド面に接触する箇所を有している。それにより、放熱部材３がグランド面に電気的に接続され、電気回路のシールド部材を兼ねる構成と成している。なお、前記放熱シート７は、発熱電子部品１の発熱温度に耐えられる耐熱性を有している。

また、放熱部材３の対向面には、前記凸部５が複数形成されている。それら複数の凸部５のうち少なくとも一つの凸部５は、回路基板４のレジスト欠落部に対向し、該レジスト欠落部と接触している。

また、放熱部材３の前記対向面における凹部６の壁面は、直接または放熱シート７を介して、凹部６内に収まる発熱電子部品１に面接触している。なお、この例では、発熱電子部品１ａが収められた凹部６の壁面は、放熱シート７を介して発熱電子部品１ａに面接触している。また、発熱電子部品１ｂが収められた凹部６の壁面は、発熱電子部品１ｂに直接面接触している。

さらに、放熱部材３は、発熱電子部品１ａ，１ｂの配置領域の裏面側の回路基板面を覆う態様でも設けられている。この回路基板面（つまり、発熱電子部品１ａ，１ｂの裏側の回路基板面）において、発熱電子部品１ａ，１ｂが配置される領域に対応する領域が、放熱部材３が放熱シート７を介して接触している。

本実施例では、このように、放熱部材３の対向面における凸部５が回路基板面に接触し、放熱部材３の対向面における凹部６が発熱電子部品１（１ａ，１ｂ）に面接触している。このことによって、本実施例は、発熱電子部品１ａ，１ｂの熱および該発熱電子部品１ａ，１ｂの熱により温められる回路基板４の熱を、放熱部材３を介して外部に放熱することを特徴とする。本実施例は、この放熱により、発熱電子部品１の熱を直接的に外部に放熱できると共に、発熱電子部品の熱により温められる回路基板４の熱を放熱するができる。そのため、本実施例は、放熱効率向上を図ることができると共に、発熱電子部品の周辺に設けられる電子部品への熱による悪影響も抑制できる。また、放熱部材３は、前記プレス加工によって、外壁面に凹凸を有しており、この凹凸により外壁面の表面積を大きくできる効果によって、放熱効率を高めている。

さらに、本実施例では、放熱部材３によって回路基板４の全面を覆う態様とし、放熱部材３は、回路基板４において、電子部品１，２が設けられていない殆どの領域と面接触させている。そのため、本実施例は、放熱部材３と回路基板４との熱的接続を大きくでき、放熱効率を高めることができる。

さらに、本実施例において、放熱部材３は、回路モジュールの電気回路を保護する筐体の役割と、電気回路をシールドするシールドケースの役割も果たしている。そして、従来は、回路モジュールにおけるパッケージと回路基板との間には、その隙間領域全体が空気で満たされていたのに対し、本実施例では、放熱部材３と回路基板４との間には、凹部６と電子部品１，２との僅かな隙間しかない。したがって、回路モジュール内に殆ど空気が存在しないため、その点においても、放熱効率向上を図ることができる。

図２には、本発明に係る回路モジュールの第２実施例の模式的な断面図が示されている。なお、図２において、図１に示した第１実施例と同一名称部分には同一符号が付してあり、第２実施例の説明において、第１実施例との重複説明は省略または簡略化する。

第２実施例の回路モジュールにおいて、回路基板４には、発熱電子部品１ａが設けられている部位に貫通の孔部８が形成されている。また、発熱電子部品１ａの配置領域の裏面側の回路基板面を覆っている放熱部材３の凸部５（５ａ）が、前記孔部８を通して発熱電子部品１ａに放熱シート７を介し接触している。これらの構成以外の第２実施例の構成は、前記第１実施例と同様である。

なお、本発明は、前記第１、第２の各実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、前記各実施例では、放熱部材はアルミニウム等の金属により形成したが、放熱部材３は、金属粉等を混合させた導電性樹脂等の導電性材料により形成してもよい。また、放熱部材３をシールド部材として兼用させる必要がない場合には、放熱部材３は、導電性を有していなくてもよい。なお、放熱部材３を直接、発熱電子部品１に接触させる構成とする場合には、放熱部材３は、発熱電子部品１の発熱に耐える耐熱性を有する材料により形成する。

また、前記各実施例では、放熱部材３をプレス加工により形成したが、放熱部材３は、金属等を切削加工する等の別の加工方法により形成してもよい。また、放熱部材３を樹脂により形成する場合には、その樹脂成形によって形成してもよく、放熱部材３の加工方法は、適宜設定されるものである。

さらに、前記各実施例では、放熱部材３の外壁面も凹凸を有していたが、放熱部材３の外壁面は、凹凸のない平坦な面としてもよい。

さらに、前記各実施例では、放熱部材３は、回路基板４の両面側から基板面全体を覆う態様としたが、例えば図３ａ、図３ｂに示すように、回路基板４の一部の基板面を覆う態様としてもよい。また、例えば図３ｃに示すように、回路基板４の片面側のみを覆う態様としてもよい。

図３ａに示す例は、回路基板４の表面側（図の上側の回路基板面）を覆う放熱部材３を、発熱電子部品１の周辺領域にのみ設けた例である。図３ｃに示す例は、回路基板４の片面側にのみ放熱部材３を設け、図の上側の回路基板面のみを放熱部材３により覆う例である。ただし、発熱電子部品１の配置態様によっては、その逆に、図の下側の回路基板面のみを放熱部材３により覆う態様としてもよい。

また、図３ｂは、発熱電子部品１ａを、例えばアンテナ複合型ＩＣとして、発熱電子部品１ａの上面側を覆う放熱部材３を除く態様とした例である。アンテナ複合型ＩＣは、上面にアンテナ構造を形成して成るＩＣである。そのため、アンテナ複合型ＩＣのように、その表面側にアンテナ構造を設けた場合は、その上面側をシールドすると、アンテナ機能に支障を来すことになる。

そこで、この図３ｂに示す例では、発熱電子部品１ａの上面側には放熱部材３を設けていない。ただし、図３ｂに示す例は、発熱電子部品１ａの裏面側を覆う放熱部材３を、孔部８を通して発熱電子部品１ａに接触させ、発熱電子部品１ａの熱を、その回路基板４への実装側の面から放熱するようにしている。

なお、発熱電子部品１が、アンテナ複合型ＩＣの場合に、前記各実施例のように、放熱部材３を発熱電子部品１の上面に接触させる場合には、以下のような態様も採り得る。つまり、発熱電子部品１の上面に接触させる放熱部材３の部位を、シールド効果の無い非金属性の材料で形成したり、その部位に、電波を通過させるための開口部を形成したりしてもよい。また、このような構成は、アンテナ複合型ＩＣ以外の発熱電子部品１であっても、必要に応じて適用することができる。

さらに、図４に示すように、放熱部材３の１つの凹部６内に複数の発熱電子部品１を収納する場合等には、発熱電子部品１の高さに対応させて凹部６の壁面に段差をつけるとよい。ここでは、図の左端側の凹部６に、複数の発熱電子部品１ｂ，１ｃ，１ｄを収容している。そして、凹部６内に、発熱電子部品１側に突出する凹部内凸部１１を形成している。この凹部内凸部１１の壁面を、直接または放熱シート７等の放熱媒介部材を介し（ここでは、放熱シート７を介して）、発熱電子部品１ｂに面接触させている。なお、凹部内凸部１１は、１つの発熱電子部品１を収容する凹部６に設けてもよい。図４に示す例は、発熱電子部品１ａを収容する凹部６にも凹部内凸部１１を設けて、この凹部内凸部１１の壁面を、放熱シート７を介して発熱電子部品１ａに面接触している。

さらに、前記各実施例では、放熱部材３と発熱電子部品１との接触面に設ける放熱媒介部材として、放熱シート７を例に挙げたが、放熱媒介部材は、放熱シート７以外の、例えば熱伝導性グリースとしてもよい。

さらに、前記各実施例では、放熱部材３の対向面における複数の凸部５のうち、少なくとも一つの凸部５が接触する回路基板４の面は、レジスト欠落部とした。しかし、参考例として、放熱部材３の対向面における全ての凸部５の先端面が、レジスト膜が形成されている面に接触するようにした例を挙げることができる。つまり、レジスト膜が形成されていても、その厚みが薄く、放熱効率向上に大きく支障を来すおそれがない場合には、レジスト膜が形成されている領域と放熱部材３の凸部５とが接触するようにした例を形成できる。

さらに、前記各実施例では、放熱部材３の対向面における凸部５の先端面が接触する回路基板４の面はグランド面としたが、前記凸部５の先端面が接触する回路基板４の面を非グランド面としてもよい。ただし、一般に金属により形成されるグランド面の方が、樹脂等により形成される非グランド面よりも熱伝導性が良好である。そのため、放熱部材３の凸部５の先端面が接触する回路基板４の面をグランド面とした方が、非グランド面とするよりも放熱効率を向上できる。

また、放熱部材３を伝導性材料により形成すれば、放熱部材３の対向面における凸部５の先端面が接触する回路基板４の面をグランド面とした場合に、放熱部材３をシールド部材としても機能させることができる利点がある。なお、放熱部材３の対向面における凸部５の先端面が接触する回路基板４の面を非グランド面とする場合に、放熱部材３にシールド効果を持たせる場合には、放熱部材３の少なくとも一部を、（例えばランド等を介して）グランド面に電気的に接続すればよい。

さらに、前記各実施例では、放熱部材３をねじ止めと半田付けの両方により回路基板４に固定した。しかし、放熱部材３は、ねじ止めと半田付けのいずれか一方により、放熱部材３を回路基板４に固定してもよい。また、放熱部材３の材質によっては、接着剤を用いて放熱部材３を回路基板４に固定してもよい。

本発明は、発熱電子部品の熱を効率的に放熱でき、小型化、低背化が可能で、コストアップを抑えることができるので、発熱電子部品等の電子部品を備えた電気機器等に用いられる回路モジュールに適用できる。

Claims

回路基板の片面または両面に、電気回路を構成する一つ以上の発熱電子部品を含む複数の電子部品が互いに間隔を介して配置されており、前記回路基板面の少なくとも前記発熱電子部品と該発熱電子部品以外の電子部品とを含む複数の電子部品の配置領域周辺を含む領域を、その片面側または両面側から覆う放熱部材が設けられ、
該放熱部材の前記回路基板との対向面は凹凸の面と成していて、前記放熱部材の前記対向面における凸部の先端面が前記電子部品間の前記回路基板面に直接または放熱媒介部材を介して接触し、かつ、前記対向面における凹部の壁面が直接または放熱媒介部材を介して前記凹部内に収まる前記発熱電子部品に面接触することにより、該発熱電子部品の熱および該発熱電子部品の熱により温められる前記回路基板の熱を前記放熱部材を介して外部に放熱する構成と成し、該放熱部材で覆われる前記回路基板面にはレジスト膜が形成されており、前記放熱部材の前記凸部が対向する位置に前記レジスト膜の無いレジスト欠落部が設けられており、前記放熱部材の前記凸部は前記レジスト欠落部の回路基板面に接触していることを特徴とする回路モジュール。
放熱部材は、少なくとも発熱電子部品が配置される回路基板面の裏面側の回路基板面における前記発熱電子部品が配置される領域に対応する領域を覆い、該回路基板面に直接または放熱媒介部材を介して接触していることを特徴とする請求項１記載の回路モジュール。
回路基板には、発熱電子部品が設けられている部位に貫通の孔部が形成されており、
放熱部材は少なくとも発熱電子部品配置領域の裏面側の回路基板面を覆い、前記放熱部材の凸部が前記孔部を通して前記発熱電子部品に直接または放熱媒介部材を介し接触していることを特徴とする請求項１記載の回路モジュール。