放熱モジュール及び電子装置
【課題】 放熱特性に優れ、かつ電子回路部品の電気的特性を損なわない放熱モジュールの実現が望まれている。
【解決手段】 電子回路部品が実装される実装基板の実装面とは反対側の背面に第１の接続部材が取り付けられる。第１の接続部材は、電子回路部品に電気的に接続された実装基板の第１の導電膜に、電気的に接続され、かつ熱的に結合する。放熱部材が第１の接続部材に熱的に結合し、電子回路部品から第１の接続部材まで伝達された熱を放熱する。抵抗体が、第１の接続部材をグランド電位に接続する。
【解決手段】 電子回路部品が実装される実装基板の実装面とは反対側の背面に第１の接続部材が取り付けられる。第１の接続部材は、電子回路部品に電気的に接続された実装基板の第１の導電膜に、電気的に接続され、かつ熱的に結合する。放熱部材が第１の接続部材に熱的に結合し、電子回路部品から第１の接続部材まで伝達された熱を放熱する。抵抗体が、第１の接続部材をグランド電位に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等が実装される実装基板に取り付けられる放熱モジュール、及び放熱モジュールが搭載された電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高速化及び高密度化の要求に伴い、電子機器の発熱密度が高くなる傾向にある。大規模集積回路素子（ＬＳＩ）等が実装される実装基板のスルーホールにプレスフィットピンを挿入し、このプレスフィットピンを介して放熱を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４６０４４号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実装基板のスルーホール側面には、ＬＳＩの端子に接続される導電膜が形成されている。スルーホールに挿入されたプレスフィットピンは、スルーホール内の導電膜に電気的に接続されるため、伝送線路のショートスタブまたはオープンスタブとして機能する。このため、放熱特性を高めるための部品が、電気的特性に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
放熱特性に優れ、かつ電子回路部品の電気的特性を損なわない放熱モジュールの実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
電子回路部品が実装される実装基板の実装面とは反対側の背面に取り付けられ、前記実装基板のスルーホール内に設けられた第１の導電膜に接触する第１の接続部材と、
前記第１の接続部材に熱的に結合し、前記電子回路部品から前記第１の接続部材まで伝達された熱を放熱する放熱部材と、
前記第１の接続部材をグランド電位に接続する抵抗体と
を有する放熱モジュールが提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
信号線及びグランド線を含む電子回路部品と、
前記電子回路部品を実装面に実装する実装基板であって、第１及び第２のスルーホールが形成されており、前記第１及び第２のスルーホールの内面に、それぞれ前記実装面から、反対側の背面まで至る第１及び第２の導電膜が形成され、前記電子回路部品の前記信号線及び前記グランド線が、それぞれ前記第１及び第２の導電膜に接続されている実装基板と、
前記実装面の背面に実装され、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを電気的に接続する抵抗体、及び前記第１及び第２の導電膜に熱的に結合する放熱部材を有する放熱モジュールと
を有する電子装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
第１の導電膜が、実装基板の背面側の端部において、抵抗体で終端される。抵抗体によってインピーダンス整合をとることができる。これにより、第１の導電膜の背面側の端部からの反射波等によって電子回路部品の動作が不安定になることを抑制することができる。また、電子回路部品で発生した熱を、放熱部材から効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１による放熱モジュール、及び実装基板、電子回路部品の断面図である。
【図２−１】図２Ａ〜図２Ｃは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−２】図２Ｄ〜図２Ｆは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−３】図２Ｇ〜図２Ｉは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−４】図２Ｊ〜図２Ｌは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−５】図２Ｍ〜図２Ｎは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−６】図２Ｏ〜図２Ｑは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−７】図２Ｒ〜図２Ｔは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−８】図２Ｕ〜図２Ｖは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図３】実施例１による放熱モジュールの部分拡大断面図である。
【図４−１】図４Ａ〜図４Ｄは、実施例２による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図４−２】図４Ｅ〜図４Ｇは、実施例２による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図５】実施例２による放熱モジュールの部分拡大断面図である。
【図６−１】図６Ａ〜図６Ｄは、実施例３による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図６−２】図６Ｅ〜図６Ｇは、実施例３による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図７】図７は、実施例４による放熱モジュール、及び実装基板、電子回路部品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施例１］
図１に、実施例１による放熱モジュール、及び放熱モジュールが取り付けられる実装基板及び電子回路部品の断面図を示す。電子回路部品１０が実装基板１５に実装されている。電子回路部品１０は、例えば半導体チップ１０Ａ及びインターポーザ１０Ｂを含み、発熱源となる。実装基板１５に複数のスルーホール１６が形成されている。スルーホール１６の内面に、導電膜１７が形成されている。導電膜１７は、実装基板１５の実装面から、反対側の背面まで至る。
【００１１】
実装基板１５の実装面には、スルーホール１６内の導電膜１７に電気的に接続されたランド１８が形成されている。ランド１８は、はんだバンプ１２を介して電子回路部品１０に接続されている。スルーホール１６内の導電膜１７は、はんだバンプ１２を介して、電子回路部品１０の配線、例えば信号線、電源線、グランド線等に接続される。放熱モジュール２０が、実装基板１５の背面に搭載されている。
【００１２】
次に、放熱モジュール２０の構造について説明する。放熱用のフィン２１Ａを有する放熱部材２１に、銀ペースト等の熱伝導性に優れた接着剤２２により、金属箔２３が接着されている。放熱部材２１には、放熱性の高い材料、例えば銅、アルミニウム、グラファイト等が用いられる。金属箔２３として、例えば、銅箔が用いられる。
【００１３】
金属箔２３の表面に、絶縁性の樹脂シート（樹脂膜）２５が重ねられている。樹脂シート２５の上に、複数の抵抗体２６が形成されている。抵抗体２６には、例えばニッケルが用いられる。抵抗体２６の両端に、ランド２８が形成されている。ランド２８には、例えば銅が用いられる。ランド２８にプレスフィットピン３０がはんだ付けされている。
【００１４】
プレスフィットピン３０が、実装基板１５のスルーホール１６内に挿入されることにより、放熱モジュール２０が実装基板１５に取り付けられる。プレスフィットピン３０は、抵抗体２６をスルーホール１６内の導電膜１７に電気的に接続する接続部材として機能する。さらに、プレスフィットピン３０は、導電膜１７を放熱部材２１に熱的に結合させる接続部材としても機能する。
【００１５】
電子回路部品１０で発生した熱が、スルーホール１６内の導電膜１７、プレスフィットピン３０、抵抗体２６、樹脂シート２５、及び金属箔２３を経由して、放熱部材２１まで伝達される。これにより、電子回路部品１０で発生した熱を、効率的に放熱することができる。
【００１６】
また、抵抗体２６の一端は、プレスフィットピン３０及び導電膜１７を介して、電子回路部品１０の信号線に接続される。抵抗体２６の他端は、他のプレスフィットピン３０、及び他の導電膜１７を介して、電子回路部品１０のグランド線に接続される。
【００１７】
放熱モジュール２０が搭載されていない状態では、電子回路部品１０の信号線に接続された導電膜１７が、オープンスタブとして作用する。放熱モジュール２０を実装基板１５に搭載すると、導電膜１７からなるオープンスタブの先端が、抵抗体２６を経由してグランド電位に接続される。抵抗体２６は、オープンスタブの終端抵抗として作用する。抵抗体２６の抵抗値は、電子回路部品１０の出力インピーダンスと整合するように設定される。一例として、電子回路部品１０の出力インピーダンスが５０Ωの場合、抵抗体２６の抵抗値は５０Ωに設定される。これにより、電気信号の反射に起因して、電子回路部品１０の動作が不安定になることを防止することができる。
【００１８】
図１では、抵抗体２６の一端を、電子回路部品１０のグランド線に接続したが、他のグランド電位、例えば実装基板１５内のグランド線に接続してもよい。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｖを参照して、実施例１による放熱モジュールの製造方法について説明する。
【００２０】
図１Ａに示すように、両面銅張板４０の両面に、Ｂステージ（半硬化状態）の樹脂シート４１を積み重ねる。両面銅張板４０のコア基板には、例えばガラスエポキシが用いられる。一例として、両面銅張板４０の平面形状は長方形であり、短辺及び長辺の長さが、それぞれ３４０ｍｍおよび５１０ｍｍである。両面銅張板４０の厚さは、例えば１．０ｍｍである。樹脂シート４１の縁は、両面銅張板４０の縁とほぼ整合する。
【００２１】
樹脂シート４１の上に、分離用銅箔４２を積み重ねる。分離用銅箔４２の平面形状は長方形であり、短辺及び長辺の長さが、それぞれ３３０ｍｍ及び５００ｍｍである。分離用銅箔４２は樹脂シート４１よりもやや小さい。分離用銅箔４２は、その縁が、樹脂シート２５の対応する縁からほぼ等距離隔てて配置される。このため、分離用銅箔４２の外周よりも外側に樹脂シート４１が露出する。樹脂シート４１が露出した領域の幅は約５ｍｍになる。
【００２２】
分離用銅箔４２の上に、金属箔２３を積み重ねる。金属箔２３の平面形状及び寸法は、樹脂シート４１の平面形状及び寸法と同一である。金属箔２３は、その外周が樹脂シート４１の外周に整合するように積み重ねられる。この状態で、真空プレス機を用い、圧力０．５ＭＰａ、温度１８０℃の条件で熱処理を行う。この熱処理により、Ｂステージの樹脂シート４１が硬化する。
【００２３】
図２Ｂに、熱処理後の断面図を示す。分離用銅箔４２が樹脂シート４１に密着し、金属箔２３が、分離用銅箔４２の外周よりも外側の領域において、樹脂シート４１に密着する。
【００２４】
図２Ｃに示すように、金属箔２３の上に、Ｂステージの樹脂シート２５を積み重ねる。この樹脂シート２５の外周は、金属箔２３の外周にほぼ整合する。
【００２５】
図２Ｄに示すように、樹脂シート２５の上に、複合箔２９を積み重ねる。複合箔２９の外周は、樹脂シート２５の外周にほぼ整合する。複合箔２９は、銅箔２８ａとニッケル箔２６ａとの２層構造を有する。ニッケル箔２６ａが樹脂シート２５に対向する。
【００２６】
この状態で、真空プレス機を用い、圧力０．５ＭＰａ、温度１８０℃の条件で熱処理を行う。この熱処理により、Ｂステージの樹脂シート２５が硬化し、樹脂シート２５が金属箔２３に密着するとともに、複合箔２９が樹脂シート２５に密着する。
【００２７】
図２Ｅに示すように、複合箔２９の上に、レジストパターン４５を形成する。レジストパターン４５は、ドライフィルムレジストを積み重ねた後、露光及び現像を行うことにより形成される。レジストパターン４５は、図１に示した抵抗体２６が配置されるべき領域に形成される。
【００２８】
図２Ｆに示すように、レジストパターン４５をエッチングマスクとして、銅箔２８ａをエッチングする。このエッチングには、例えば塩化第二鉄水溶液が用いられる。レジストパターン４５の直下に銅箔２８ａが残り、他の領域にニッケル箔２６ａが露出する。
【００２９】
図２Ｇに示すように、レジストパターン４５（図２Ｆ）を除去する。図２Ｈに示すように、銅箔２８ａをエッチングマスクとして、ニッケル箔２６ａ（図２Ｇ）をエッチングする。ニッケル箔２６ａのエッチングには、例えば硝酸を含むエッチャントが用いられる。これにより、銅箔２８ａの直下に、ニッケルからなる抵抗体２６が形成される。
【００３０】
図２Ｉに示すように、銅箔２８ａの各々の両端を覆うレジストパターン４６を形成する。レジストパターン４６は、ドライフィルムレジストを積み重ねた後、露光及び現像を行うことにより形成される。レジストパターン４６は、図１に示したランド２８が配置されるべき領域に形成される。
【００３１】
図２Ｊに示すように、レジストパターン４６をエッチングマスクとして、銅箔２８ａ（図２Ｉ）をエッチングする。これにより、レジストパターン４６の直下に、銅からなるランド２８が形成される。図２Ｋに示すように、レジストパターン４６（図２Ｊ）を除去する。
【００３２】
図２Ｌに示すように、樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８の露出した表面に、表面保護テープ４８を貼付する。表面保護テープ４８には、例えば紫外線照射によって粘着力が低下するＵＶテープが用いられる。
【００３３】
図２Ｍに示すように、両面銅張板４０から表面保護テープ４８までの積層構造の外周近傍の領域を、切断位置４９で切断する。切断位置４９は、分離用銅箔４２の外周よりもやや内側である。図２Ｎに示すように、切断位置４９よりも内側の部分において、金属箔２３から表面保護テープ４８までの積層部分が、両面銅張板４０及び分離用銅箔４２を含む積層部分から分離される。
【００３４】
図２Ｏに示すように、片面にフィン２１Ａが形成された放熱部材２１の平坦な表面に、銀ペースト等の接着剤２２を塗布する。図２Ｎまでの工程で作製された金属箔２３から表面保護テープ４８までの積層部分を、放熱部材２１に対向させる。このとき、金属箔２３を、接着剤２２が塗布された面に対向させる。図２Ｐに示すように、金属箔２３を放熱部材２１に、接着剤２２によって接着する。表面保護テープ４８に紫外線を照射することによって、表面保護テープ４８の粘着力を低下させる。図２Ｑに示すように、表面保護テープ４８（図２Ｐ）を、樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８から剥離する。
【００３５】
図２Ｒに示すように、ランド２８の上にはんだペースト５０ａを塗布する。図２Ｓに示すように、はんだリフロー処理を行うことにより、ランド２８の上にはんだボール５０を形成する。
【００３６】
図２Ｔに示すように、プレスフィットピン３０をピン支持具５２で支持し、プレスフィットピン３０の基部（ネイルヘッド部）をはんだボール５０に対向させる。図２Ｕに示すように、プレスフィットピン３０の基部をはんだボール５０に接触させた状態で、はんだリフロー処理を行う。これにより、プレスフィットピン３０がランド２８にはんだ付けされる。図２Ｖに示すように、ピン支持具５２（図２Ｕ）を取り外すことにより、放熱モジュール２０が完成する。
【００３７】
図３に、放熱モジュールの部分拡大断面図を示す。樹脂シート２５には、熱抵抗を低下させるための無機フィラーが含有されている。スルーホール１６（図１）内の導電膜１７からプレスフィットピン３０まで伝達された熱は、はんだ５０、ランド２８、抵抗体２６、樹脂シート２５、金属箔２３、接着剤２２を経由して、放熱部材２１まで伝達される。樹脂シート２５に無機フィラーを含有させることにより、プレスフィットピン３０から放熱部材２１までの熱伝達率を高めることができる。複数の抵抗体２６（図１）の間の電気的絶縁は、絶縁性の樹脂シート２５により確保される。
【００３８】
実施例１では、放熱モジュール２０をプレスフィットピン３０により実装基板１５に搭載した。プレスフィットピン３０の代わりに通常のピンを用い、このピンをスルーホール１６内の導電膜１７にはんだ付けしてもよい。
【００３９】
［実施例２］
図４Ａ〜図４Ｇを参照して、実施例２による放熱モジュールの製造方法について説明する。
【００４０】
図４Ａに示した金属箔２３から表面保護テープ４８までの積層部分は、実施例１の図２Ａから図２Ｎまでの工程と同一の工程により作製される。
【００４１】
図４Ｂに示すように、金属箔２３（図４Ａ）をエッチングして除去する。これにより、樹脂シート２５が露出する。
【００４２】
図４Ｃに示すように、一方の面にフィン２１Ａが形成されたアルミニウムからなる放熱部材２１の平坦な表面を陽極酸化することにより、陽極酸化膜６０を形成する。
【００４３】
図４Ｄに示すように、陽極酸化膜６０の表面に接着剤６１を塗布する。樹脂シート２５から表面保護テープ４８までの積層部分の樹脂シート２５と、放熱部材２１の陽極酸化膜６０とを対向させる。
【００４４】
図４Ｅに示すように、放熱部材２１と樹脂シート２５とを、接着剤６１によって貼り合わせる。その後、表面保護テープ４８に紫外線を照射することにより、その粘着力を弱める。図４Ｆに示すように、表面保護テープ４８（図４Ｅ）を剥離する。樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８が露出する。図４Ｇに示すように、ランド２８にプレスフィットピン３０をはんだ付けする。プレスフィットピン３０のはんだ付け工程は、実施例１の図２Ｒから図２Ｕまでの工程と同一である。
【００４５】
図５に、実施例２による放熱モジュールの部分拡大断面図を示す。アルミニウムの陽極酸化膜６０は多孔性であり、表面に多数の微細な凹部が形成されている。接着剤６１がこの凹部内に侵入するため、樹脂シート２５と陽極酸化膜６０との間隔を狭めることができる。ランド２８から放熱部材２１までの熱流路のうち最も熱抵抗の高い接着剤６１を薄くすることができるため、全体の熱抵抗を低減させることができる。これにより、放熱効率を高めることができる。
【００４６】
［実施例３］
図６Ａ〜図６Ｇを参照して、実施例３による放熱モジュールの製造方法について説明する。
【００４７】
図６Ａに示すように、アルミニウムからなる支持基板７０の片面を陽極酸化することにより、陽極酸化膜７１を形成する。図６Ｂに示すように、陽極酸化膜７１の上にＢステージの樹脂シート２５を積み重ねる。樹脂シート２５は、図２Ｃに示した実施例１で用いた樹脂シート２５と同一のものである。
【００４８】
図６Ｃに示すように、樹脂シート２５の上に、複合箔２９を積み重ねる。複合箔２９は、図２Ｄに示した実施例１で用いた複合箔２９と同一のものである。複合箔２９は、ニッケル箔２６ａと銅箔２８ａとの２層を含む。真空プレス機を用いて熱処理することにより、樹脂シート２５を硬化させる。
【００４９】
図６Ｄに示すように、複合フィルム２９を加工することにより、抵抗体２６及びランド２８を形成する。この工程は、実施例１の図２Ｅから図２Ｋまでの工程と同一である。樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８の露出した表面に、表面保護テープ４８を貼付する。表面保護テープ４８は、図２Ｌに示した実施例１で用いたものと同一である。
【００５０】
図６Ｅに示すように、支持基板７０の、陽極酸化膜７１が形成されていない面に接着剤２２を塗布し、放熱部材２１を貼付する。接着剤２２には、例えば銀ペーストが用いられる。その後、表面保護テープ４８に紫外線を照射して、その粘着力を弱める。図６Ｆに示すように、表面保護テープ４８（図６Ｅ）を剥離する。
【００５１】
図６Ｇに示すように、ランド２８にプレスフィットピン３０をはんだ付けする。プレスフィットピン３０のはんだ付け工程は、実施例１の図２Ｒから図２Ｕまでの工程と同一である。
【００５２】
実施例１及び実施例２では、製造途中段階で一時的な支持基板として両面銅張板４０を用いたが、実施例３では、両面銅張板４０を用いる必要がない。また、実施例３による放熱モジュールを用いることにより、実施例１、２の場合と同様に、電子回路部品の動作を損なうことなく、効率的に放熱を行うことができる。
【００５３】
［実施例４］
図７に、実装基板１５、電子回路部品１０、及び実施例４による放熱モジュール２０の断面図を示す。以下の説明では、図１に示した実施例１との相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００５４】
実施例１では、放熱モジュールと実装基板１５との接続にプレスフィットピン３０が用いられていた。実施例４では、はんだバンプ３１により、放熱モジュール２０が実装基板１５に搭載される。実装基板１５の背面に、はんだバンプ３１を接続するためのランド１９が形成されている。ランド１９は、スルーホール１６内の導電膜１７を介して、実装面側のランド１８に、電気的かつ熱的に接続されている。
【００５５】
実施例４においても、電子回路部品１０の動作の安定性を維持し、かつ効率的に放熱を行うことができる。
【００５６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 電子回路部品
１０Ａ 半導体チップ
１０Ｂ インターポーザ
１２ はんだバンプ
１５ 実装基板
１６ スルーホール
１７ 導電膜
１８、１９ ランド
２０ 放熱モジュール
２１ 放熱部材
２１Ａ フィン
２２ 接着剤
２３ 金属箔
２５ 樹脂シート
２６ 抵抗体
２６ａ ニッケル箔
２８ ランド
２８ａ 銅箔
３０ プレスフィットピン（接続部材）
３１ はんだバンプ（接続部材）
４０ 両面銅張板
４１ 樹脂シート
４２ 分離用銅箔
４５、４６ レジストパターン
４８ 表面保護テープ
４９ 切断位置
５０ はんだボール
５０ａ はんだペースト
５２ ピン支持具
６０ 陽極酸化膜
６１ 接着剤
７０ 支持基板
７１ 陽極酸化膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等が実装される実装基板に取り付けられる放熱モジュール、及び放熱モジュールが搭載された電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高速化及び高密度化の要求に伴い、電子機器の発熱密度が高くなる傾向にある。大規模集積回路素子（ＬＳＩ）等が実装される実装基板のスルーホールにプレスフィットピンを挿入し、このプレスフィットピンを介して放熱を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４６０４４号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実装基板のスルーホール側面には、ＬＳＩの端子に接続される導電膜が形成されている。スルーホールに挿入されたプレスフィットピンは、スルーホール内の導電膜に電気的に接続されるため、伝送線路のショートスタブまたはオープンスタブとして機能する。このため、放熱特性を高めるための部品が、電気的特性に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
放熱特性に優れ、かつ電子回路部品の電気的特性を損なわない放熱モジュールの実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
電子回路部品が実装される実装基板の実装面とは反対側の背面に取り付けられ、前記実装基板のスルーホール内に設けられた第１の導電膜に接触する第１の接続部材と、
前記第１の接続部材に熱的に結合し、前記電子回路部品から前記第１の接続部材まで伝達された熱を放熱する放熱部材と、
前記第１の接続部材をグランド電位に接続する抵抗体と
を有する放熱モジュールが提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
信号線及びグランド線を含む電子回路部品と、
前記電子回路部品を実装面に実装する実装基板であって、第１及び第２のスルーホールが形成されており、前記第１及び第２のスルーホールの内面に、それぞれ前記実装面から、反対側の背面まで至る第１及び第２の導電膜が形成され、前記電子回路部品の前記信号線及び前記グランド線が、それぞれ前記第１及び第２の導電膜に接続されている実装基板と、
前記実装面の背面に実装され、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを電気的に接続する抵抗体、及び前記第１及び第２の導電膜に熱的に結合する放熱部材を有する放熱モジュールと
を有する電子装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
第１の導電膜が、実装基板の背面側の端部において、抵抗体で終端される。抵抗体によってインピーダンス整合をとることができる。これにより、第１の導電膜の背面側の端部からの反射波等によって電子回路部品の動作が不安定になることを抑制することができる。また、電子回路部品で発生した熱を、放熱部材から効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１による放熱モジュール、及び実装基板、電子回路部品の断面図である。
【図２−１】図２Ａ〜図２Ｃは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−２】図２Ｄ〜図２Ｆは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−３】図２Ｇ〜図２Ｉは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−４】図２Ｊ〜図２Ｌは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−５】図２Ｍ〜図２Ｎは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−６】図２Ｏ〜図２Ｑは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−７】図２Ｒ〜図２Ｔは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図２−８】図２Ｕ〜図２Ｖは、実施例１による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図３】実施例１による放熱モジュールの部分拡大断面図である。
【図４−１】図４Ａ〜図４Ｄは、実施例２による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図４−２】図４Ｅ〜図４Ｇは、実施例２による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図５】実施例２による放熱モジュールの部分拡大断面図である。
【図６−１】図６Ａ〜図６Ｄは、実施例３による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図６−２】図６Ｅ〜図６Ｇは、実施例３による放熱モジュールの製造途中段階における断面図である。
【図７】図７は、実施例４による放熱モジュール、及び実装基板、電子回路部品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施例１］
図１に、実施例１による放熱モジュール、及び放熱モジュールが取り付けられる実装基板及び電子回路部品の断面図を示す。電子回路部品１０が実装基板１５に実装されている。電子回路部品１０は、例えば半導体チップ１０Ａ及びインターポーザ１０Ｂを含み、発熱源となる。実装基板１５に複数のスルーホール１６が形成されている。スルーホール１６の内面に、導電膜１７が形成されている。導電膜１７は、実装基板１５の実装面から、反対側の背面まで至る。
【００１１】
実装基板１５の実装面には、スルーホール１６内の導電膜１７に電気的に接続されたランド１８が形成されている。ランド１８は、はんだバンプ１２を介して電子回路部品１０に接続されている。スルーホール１６内の導電膜１７は、はんだバンプ１２を介して、電子回路部品１０の配線、例えば信号線、電源線、グランド線等に接続される。放熱モジュール２０が、実装基板１５の背面に搭載されている。
【００１２】
次に、放熱モジュール２０の構造について説明する。放熱用のフィン２１Ａを有する放熱部材２１に、銀ペースト等の熱伝導性に優れた接着剤２２により、金属箔２３が接着されている。放熱部材２１には、放熱性の高い材料、例えば銅、アルミニウム、グラファイト等が用いられる。金属箔２３として、例えば、銅箔が用いられる。
【００１３】
金属箔２３の表面に、絶縁性の樹脂シート（樹脂膜）２５が重ねられている。樹脂シート２５の上に、複数の抵抗体２６が形成されている。抵抗体２６には、例えばニッケルが用いられる。抵抗体２６の両端に、ランド２８が形成されている。ランド２８には、例えば銅が用いられる。ランド２８にプレスフィットピン３０がはんだ付けされている。
【００１４】
プレスフィットピン３０が、実装基板１５のスルーホール１６内に挿入されることにより、放熱モジュール２０が実装基板１５に取り付けられる。プレスフィットピン３０は、抵抗体２６をスルーホール１６内の導電膜１７に電気的に接続する接続部材として機能する。さらに、プレスフィットピン３０は、導電膜１７を放熱部材２１に熱的に結合させる接続部材としても機能する。
【００１５】
電子回路部品１０で発生した熱が、スルーホール１６内の導電膜１７、プレスフィットピン３０、抵抗体２６、樹脂シート２５、及び金属箔２３を経由して、放熱部材２１まで伝達される。これにより、電子回路部品１０で発生した熱を、効率的に放熱することができる。
【００１６】
また、抵抗体２６の一端は、プレスフィットピン３０及び導電膜１７を介して、電子回路部品１０の信号線に接続される。抵抗体２６の他端は、他のプレスフィットピン３０、及び他の導電膜１７を介して、電子回路部品１０のグランド線に接続される。
【００１７】
放熱モジュール２０が搭載されていない状態では、電子回路部品１０の信号線に接続された導電膜１７が、オープンスタブとして作用する。放熱モジュール２０を実装基板１５に搭載すると、導電膜１７からなるオープンスタブの先端が、抵抗体２６を経由してグランド電位に接続される。抵抗体２６は、オープンスタブの終端抵抗として作用する。抵抗体２６の抵抗値は、電子回路部品１０の出力インピーダンスと整合するように設定される。一例として、電子回路部品１０の出力インピーダンスが５０Ωの場合、抵抗体２６の抵抗値は５０Ωに設定される。これにより、電気信号の反射に起因して、電子回路部品１０の動作が不安定になることを防止することができる。
【００１８】
図１では、抵抗体２６の一端を、電子回路部品１０のグランド線に接続したが、他のグランド電位、例えば実装基板１５内のグランド線に接続してもよい。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｖを参照して、実施例１による放熱モジュールの製造方法について説明する。
【００２０】
図１Ａに示すように、両面銅張板４０の両面に、Ｂステージ（半硬化状態）の樹脂シート４１を積み重ねる。両面銅張板４０のコア基板には、例えばガラスエポキシが用いられる。一例として、両面銅張板４０の平面形状は長方形であり、短辺及び長辺の長さが、それぞれ３４０ｍｍおよび５１０ｍｍである。両面銅張板４０の厚さは、例えば１．０ｍｍである。樹脂シート４１の縁は、両面銅張板４０の縁とほぼ整合する。
【００２１】
樹脂シート４１の上に、分離用銅箔４２を積み重ねる。分離用銅箔４２の平面形状は長方形であり、短辺及び長辺の長さが、それぞれ３３０ｍｍ及び５００ｍｍである。分離用銅箔４２は樹脂シート４１よりもやや小さい。分離用銅箔４２は、その縁が、樹脂シート２５の対応する縁からほぼ等距離隔てて配置される。このため、分離用銅箔４２の外周よりも外側に樹脂シート４１が露出する。樹脂シート４１が露出した領域の幅は約５ｍｍになる。
【００２２】
分離用銅箔４２の上に、金属箔２３を積み重ねる。金属箔２３の平面形状及び寸法は、樹脂シート４１の平面形状及び寸法と同一である。金属箔２３は、その外周が樹脂シート４１の外周に整合するように積み重ねられる。この状態で、真空プレス機を用い、圧力０．５ＭＰａ、温度１８０℃の条件で熱処理を行う。この熱処理により、Ｂステージの樹脂シート４１が硬化する。
【００２３】
図２Ｂに、熱処理後の断面図を示す。分離用銅箔４２が樹脂シート４１に密着し、金属箔２３が、分離用銅箔４２の外周よりも外側の領域において、樹脂シート４１に密着する。
【００２４】
図２Ｃに示すように、金属箔２３の上に、Ｂステージの樹脂シート２５を積み重ねる。この樹脂シート２５の外周は、金属箔２３の外周にほぼ整合する。
【００２５】
図２Ｄに示すように、樹脂シート２５の上に、複合箔２９を積み重ねる。複合箔２９の外周は、樹脂シート２５の外周にほぼ整合する。複合箔２９は、銅箔２８ａとニッケル箔２６ａとの２層構造を有する。ニッケル箔２６ａが樹脂シート２５に対向する。
【００２６】
この状態で、真空プレス機を用い、圧力０．５ＭＰａ、温度１８０℃の条件で熱処理を行う。この熱処理により、Ｂステージの樹脂シート２５が硬化し、樹脂シート２５が金属箔２３に密着するとともに、複合箔２９が樹脂シート２５に密着する。
【００２７】
図２Ｅに示すように、複合箔２９の上に、レジストパターン４５を形成する。レジストパターン４５は、ドライフィルムレジストを積み重ねた後、露光及び現像を行うことにより形成される。レジストパターン４５は、図１に示した抵抗体２６が配置されるべき領域に形成される。
【００２８】
図２Ｆに示すように、レジストパターン４５をエッチングマスクとして、銅箔２８ａをエッチングする。このエッチングには、例えば塩化第二鉄水溶液が用いられる。レジストパターン４５の直下に銅箔２８ａが残り、他の領域にニッケル箔２６ａが露出する。
【００２９】
図２Ｇに示すように、レジストパターン４５（図２Ｆ）を除去する。図２Ｈに示すように、銅箔２８ａをエッチングマスクとして、ニッケル箔２６ａ（図２Ｇ）をエッチングする。ニッケル箔２６ａのエッチングには、例えば硝酸を含むエッチャントが用いられる。これにより、銅箔２８ａの直下に、ニッケルからなる抵抗体２６が形成される。
【００３０】
図２Ｉに示すように、銅箔２８ａの各々の両端を覆うレジストパターン４６を形成する。レジストパターン４６は、ドライフィルムレジストを積み重ねた後、露光及び現像を行うことにより形成される。レジストパターン４６は、図１に示したランド２８が配置されるべき領域に形成される。
【００３１】
図２Ｊに示すように、レジストパターン４６をエッチングマスクとして、銅箔２８ａ（図２Ｉ）をエッチングする。これにより、レジストパターン４６の直下に、銅からなるランド２８が形成される。図２Ｋに示すように、レジストパターン４６（図２Ｊ）を除去する。
【００３２】
図２Ｌに示すように、樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８の露出した表面に、表面保護テープ４８を貼付する。表面保護テープ４８には、例えば紫外線照射によって粘着力が低下するＵＶテープが用いられる。
【００３３】
図２Ｍに示すように、両面銅張板４０から表面保護テープ４８までの積層構造の外周近傍の領域を、切断位置４９で切断する。切断位置４９は、分離用銅箔４２の外周よりもやや内側である。図２Ｎに示すように、切断位置４９よりも内側の部分において、金属箔２３から表面保護テープ４８までの積層部分が、両面銅張板４０及び分離用銅箔４２を含む積層部分から分離される。
【００３４】
図２Ｏに示すように、片面にフィン２１Ａが形成された放熱部材２１の平坦な表面に、銀ペースト等の接着剤２２を塗布する。図２Ｎまでの工程で作製された金属箔２３から表面保護テープ４８までの積層部分を、放熱部材２１に対向させる。このとき、金属箔２３を、接着剤２２が塗布された面に対向させる。図２Ｐに示すように、金属箔２３を放熱部材２１に、接着剤２２によって接着する。表面保護テープ４８に紫外線を照射することによって、表面保護テープ４８の粘着力を低下させる。図２Ｑに示すように、表面保護テープ４８（図２Ｐ）を、樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８から剥離する。
【００３５】
図２Ｒに示すように、ランド２８の上にはんだペースト５０ａを塗布する。図２Ｓに示すように、はんだリフロー処理を行うことにより、ランド２８の上にはんだボール５０を形成する。
【００３６】
図２Ｔに示すように、プレスフィットピン３０をピン支持具５２で支持し、プレスフィットピン３０の基部（ネイルヘッド部）をはんだボール５０に対向させる。図２Ｕに示すように、プレスフィットピン３０の基部をはんだボール５０に接触させた状態で、はんだリフロー処理を行う。これにより、プレスフィットピン３０がランド２８にはんだ付けされる。図２Ｖに示すように、ピン支持具５２（図２Ｕ）を取り外すことにより、放熱モジュール２０が完成する。
【００３７】
図３に、放熱モジュールの部分拡大断面図を示す。樹脂シート２５には、熱抵抗を低下させるための無機フィラーが含有されている。スルーホール１６（図１）内の導電膜１７からプレスフィットピン３０まで伝達された熱は、はんだ５０、ランド２８、抵抗体２６、樹脂シート２５、金属箔２３、接着剤２２を経由して、放熱部材２１まで伝達される。樹脂シート２５に無機フィラーを含有させることにより、プレスフィットピン３０から放熱部材２１までの熱伝達率を高めることができる。複数の抵抗体２６（図１）の間の電気的絶縁は、絶縁性の樹脂シート２５により確保される。
【００３８】
実施例１では、放熱モジュール２０をプレスフィットピン３０により実装基板１５に搭載した。プレスフィットピン３０の代わりに通常のピンを用い、このピンをスルーホール１６内の導電膜１７にはんだ付けしてもよい。
【００３９】
［実施例２］
図４Ａ〜図４Ｇを参照して、実施例２による放熱モジュールの製造方法について説明する。
【００４０】
図４Ａに示した金属箔２３から表面保護テープ４８までの積層部分は、実施例１の図２Ａから図２Ｎまでの工程と同一の工程により作製される。
【００４１】
図４Ｂに示すように、金属箔２３（図４Ａ）をエッチングして除去する。これにより、樹脂シート２５が露出する。
【００４２】
図４Ｃに示すように、一方の面にフィン２１Ａが形成されたアルミニウムからなる放熱部材２１の平坦な表面を陽極酸化することにより、陽極酸化膜６０を形成する。
【００４３】
図４Ｄに示すように、陽極酸化膜６０の表面に接着剤６１を塗布する。樹脂シート２５から表面保護テープ４８までの積層部分の樹脂シート２５と、放熱部材２１の陽極酸化膜６０とを対向させる。
【００４４】
図４Ｅに示すように、放熱部材２１と樹脂シート２５とを、接着剤６１によって貼り合わせる。その後、表面保護テープ４８に紫外線を照射することにより、その粘着力を弱める。図４Ｆに示すように、表面保護テープ４８（図４Ｅ）を剥離する。樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８が露出する。図４Ｇに示すように、ランド２８にプレスフィットピン３０をはんだ付けする。プレスフィットピン３０のはんだ付け工程は、実施例１の図２Ｒから図２Ｕまでの工程と同一である。
【００４５】
図５に、実施例２による放熱モジュールの部分拡大断面図を示す。アルミニウムの陽極酸化膜６０は多孔性であり、表面に多数の微細な凹部が形成されている。接着剤６１がこの凹部内に侵入するため、樹脂シート２５と陽極酸化膜６０との間隔を狭めることができる。ランド２８から放熱部材２１までの熱流路のうち最も熱抵抗の高い接着剤６１を薄くすることができるため、全体の熱抵抗を低減させることができる。これにより、放熱効率を高めることができる。
【００４６】
［実施例３］
図６Ａ〜図６Ｇを参照して、実施例３による放熱モジュールの製造方法について説明する。
【００４７】
図６Ａに示すように、アルミニウムからなる支持基板７０の片面を陽極酸化することにより、陽極酸化膜７１を形成する。図６Ｂに示すように、陽極酸化膜７１の上にＢステージの樹脂シート２５を積み重ねる。樹脂シート２５は、図２Ｃに示した実施例１で用いた樹脂シート２５と同一のものである。
【００４８】
図６Ｃに示すように、樹脂シート２５の上に、複合箔２９を積み重ねる。複合箔２９は、図２Ｄに示した実施例１で用いた複合箔２９と同一のものである。複合箔２９は、ニッケル箔２６ａと銅箔２８ａとの２層を含む。真空プレス機を用いて熱処理することにより、樹脂シート２５を硬化させる。
【００４９】
図６Ｄに示すように、複合フィルム２９を加工することにより、抵抗体２６及びランド２８を形成する。この工程は、実施例１の図２Ｅから図２Ｋまでの工程と同一である。樹脂シート２５、抵抗体２６、及びランド２８の露出した表面に、表面保護テープ４８を貼付する。表面保護テープ４８は、図２Ｌに示した実施例１で用いたものと同一である。
【００５０】
図６Ｅに示すように、支持基板７０の、陽極酸化膜７１が形成されていない面に接着剤２２を塗布し、放熱部材２１を貼付する。接着剤２２には、例えば銀ペーストが用いられる。その後、表面保護テープ４８に紫外線を照射して、その粘着力を弱める。図６Ｆに示すように、表面保護テープ４８（図６Ｅ）を剥離する。
【００５１】
図６Ｇに示すように、ランド２８にプレスフィットピン３０をはんだ付けする。プレスフィットピン３０のはんだ付け工程は、実施例１の図２Ｒから図２Ｕまでの工程と同一である。
【００５２】
実施例１及び実施例２では、製造途中段階で一時的な支持基板として両面銅張板４０を用いたが、実施例３では、両面銅張板４０を用いる必要がない。また、実施例３による放熱モジュールを用いることにより、実施例１、２の場合と同様に、電子回路部品の動作を損なうことなく、効率的に放熱を行うことができる。
【００５３】
［実施例４］
図７に、実装基板１５、電子回路部品１０、及び実施例４による放熱モジュール２０の断面図を示す。以下の説明では、図１に示した実施例１との相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００５４】
実施例１では、放熱モジュールと実装基板１５との接続にプレスフィットピン３０が用いられていた。実施例４では、はんだバンプ３１により、放熱モジュール２０が実装基板１５に搭載される。実装基板１５の背面に、はんだバンプ３１を接続するためのランド１９が形成されている。ランド１９は、スルーホール１６内の導電膜１７を介して、実装面側のランド１８に、電気的かつ熱的に接続されている。
【００５５】
実施例４においても、電子回路部品１０の動作の安定性を維持し、かつ効率的に放熱を行うことができる。
【００５６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 電子回路部品
１０Ａ 半導体チップ
１０Ｂ インターポーザ
１２ はんだバンプ
１５ 実装基板
１６ スルーホール
１７ 導電膜
１８、１９ ランド
２０ 放熱モジュール
２１ 放熱部材
２１Ａ フィン
２２ 接着剤
２３ 金属箔
２５ 樹脂シート
２６ 抵抗体
２６ａ ニッケル箔
２８ ランド
２８ａ 銅箔
３０ プレスフィットピン（接続部材）
３１ はんだバンプ（接続部材）
４０ 両面銅張板
４１ 樹脂シート
４２ 分離用銅箔
４５、４６ レジストパターン
４８ 表面保護テープ
４９ 切断位置
５０ はんだボール
５０ａ はんだペースト
５２ ピン支持具
６０ 陽極酸化膜
６１ 接着剤
７０ 支持基板
７１ 陽極酸化膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路部品が実装される実装基板の実装面とは反対側の背面に取り付けられ、前記実装基板のスルーホール内に設けられた第１の導電膜に接触する第１の接続部材と、
前記第１の接続部材に熱的に結合し、前記電子回路部品から前記第１の接続部材まで伝達された熱を放熱する放熱部材と、
前記第１の接続部材をグランド電位に接続する抵抗体と
を有する放熱モジュール。
【請求項２】
前記第１の接続部材は、前記スルーホール内に挿入されるプレスフィットピンである請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項３】
前記電子回路部品のグランド電位に接続された前記実装基板の第２の導電膜に、電気的に接続され、かつ熱的に結合し、前記抵抗体を介して前記第１の接続部材に電気的に接続された第２の接続部材を、さらに有する請求項１または２に記載の放熱モジュール。
【請求項４】
さらに、前記放熱部材に固定された絶縁性の樹脂膜を有し、
前記抵抗体は、前記樹脂膜の上に形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱モジュール。
【請求項５】
前記放熱部材がアルミニウムで形成されており、前記放熱部材の一部の表面に陽極酸化膜が形成され、前記樹脂膜が、前記陽極酸化膜の上に接着剤で固定されている請求項４に記載の放熱モジュール。
【請求項６】
信号線及びグランド線を含む電子回路部品と、
前記電子回路部品を実装面に実装する実装基板であって、第１及び第２のスルーホールが形成されており、前記第１及び第２のスルーホールの内面に、それぞれ前記実装面から、反対側の背面まで至る第１及び第２の導電膜が形成され、前記電子回路部品の前記信号線及び前記グランド線が、それぞれ前記第１及び第２の導電膜に接続されている実装基板と、
前記実装面の背面に実装され、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを電気的に接続する抵抗体、及び前記第１及び第２の導電膜に熱的に結合する放熱部材を有する放熱モジュールと
を有する電子装置。
【請求項１】
電子回路部品が実装される実装基板の実装面とは反対側の背面に取り付けられ、前記実装基板のスルーホール内に設けられた第１の導電膜に接触する第１の接続部材と、
前記第１の接続部材に熱的に結合し、前記電子回路部品から前記第１の接続部材まで伝達された熱を放熱する放熱部材と、
前記第１の接続部材をグランド電位に接続する抵抗体と
を有する放熱モジュール。
【請求項２】
前記第１の接続部材は、前記スルーホール内に挿入されるプレスフィットピンである請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項３】
前記電子回路部品のグランド電位に接続された前記実装基板の第２の導電膜に、電気的に接続され、かつ熱的に結合し、前記抵抗体を介して前記第１の接続部材に電気的に接続された第２の接続部材を、さらに有する請求項１または２に記載の放熱モジュール。
【請求項４】
さらに、前記放熱部材に固定された絶縁性の樹脂膜を有し、
前記抵抗体は、前記樹脂膜の上に形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱モジュール。
【請求項５】
前記放熱部材がアルミニウムで形成されており、前記放熱部材の一部の表面に陽極酸化膜が形成され、前記樹脂膜が、前記陽極酸化膜の上に接着剤で固定されている請求項４に記載の放熱モジュール。
【請求項６】
信号線及びグランド線を含む電子回路部品と、
前記電子回路部品を実装面に実装する実装基板であって、第１及び第２のスルーホールが形成されており、前記第１及び第２のスルーホールの内面に、それぞれ前記実装面から、反対側の背面まで至る第１及び第２の導電膜が形成され、前記電子回路部品の前記信号線及び前記グランド線が、それぞれ前記第１及び第２の導電膜に接続されている実装基板と、
前記実装面の背面に実装され、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とを電気的に接続する抵抗体、及び前記第１及び第２の導電膜に熱的に結合する放熱部材を有する放熱モジュールと
を有する電子装置。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図２−５】
【図２−６】
【図２−７】
【図２−８】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図２−５】
【図２−６】
【図２−７】
【図２−８】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２６３１７（Ｐ２０１３−２６３１７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７８０３（Ｐ２０１１−１５７８０３）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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