(57)【要約】【課題】設計の自由度を高く維持しつつ、ＭＥＭＳに伝達される熱応力を効果的に抑制することが可能な電子装置を提供すること。【解決手段】ＭＥＭＳ部と、該ＭＥＭＳ部を支持するセンサ基板と、前記ＭＥＭＳ部に凹部が対向するように前記センサ基板に取り付けられるキャップ部と、を備える電子装置であって、前記キャップ部の壁面の一部には、前記センサ基板との接合部に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部が形成されていることを特徴とする、電子装置。【選択図】図１
2010110877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳ部と、
該ＭＥＭＳ部を支持するセンサ基板と、
前記ＭＥＭＳ部に凹部が対向するように前記センサ基板に取り付けられるキャップ部と、
を備える電子装置であって、
前記キャップ部の壁面の一部には、前記センサ基板との接合部に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部が形成されていることを特徴とする、
電子装置。
【請求項２】
ＭＥＭＳ部をセンサ基板上に設置してキャップにより封止した構造の電子装置の製造方法であって、
多層ＳＯＩウエハにキャビティを形成する工程と、
前記多層ＳＯＩウエハに、前記センサ基板との接合部に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部をサイドエッチングによって形成する工程と、
前記多層ＳＯＩウエハとセンサ基板とを接合する工程と、
前記多層ＳＯＩウエハとセンサ基板が接合された部材をダイシングによって個片化する工程と、
を有する電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）部をセンサ基板上に設置し、これをキャップにより封止した構造の電子装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ等の機械部品を含む部品と制御ＩＣ（回路チップ）を備える電子部品が用いられている。ＭＥＭＳとは、機械部品、センサー、アクチュエータ、電子回路等を一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積化したデバイスと定義されている。
【０００３】
係る電子部品における問題の一つに、実装対象となる他の構造物と電子部品、或いは電子部品におけるセンサ基板とキャップの線膨張係数の差による応力をＭＥＭＳが強く受けることにより、誤作動や誤検出、特性変動、故障等を生じるという問題が存在する。
【０００４】
係る点を考慮した静電容量型センサーについての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このセンサーでは、半導体基板が取り付けられる絶縁基板に溝を形成することにより、熱応力が半導体基板に伝達されることを阻止するものとしている。
【特許文献１】特開平１１−２８１６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のセンサーにおいては、半導体基板が取り付けられる絶縁基板に溝を形成するため、設計の自由度が低下するという問題が生じる。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、設計の自由度を高く維持しつつ、ＭＥＭＳに伝達される熱応力を効果的に抑制することが可能な電子装置を提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
ＭＥＭＳ部と、
該ＭＥＭＳ部を支持するセンサ基板と、
前記ＭＥＭＳ部に凹部が対向するように前記センサ基板に取り付けられるキャップ部と、
を備える電子装置であって、
前記キャップ部の壁面の一部には、前記センサ基板との接合部に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部が形成されていることを特徴とする、
電子装置である。
【０００８】
この本発明の第１の態様によれば、ＭＥＭＳ部に凹部が対向するようにセンサ基板に取り付けられるキャップ部の壁面の一部に、センサ基板との接合部に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部が形成されているため、ＭＥＭＳに伝達される熱応力を効果的に抑制することができる。
【０００９】
また、センサ基板ではなくキャップ部に応力吸収部を形成するため、設計の自由度を高めることができる。
【００１０】
更に、撓みを可能として応力を吸収させるために薄くした応力吸収部に比して、キャップ部とセンサ基板の接合部を厚くすることができるため、接合部の破損等が生じるのを抑制することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、
ＭＥＭＳ部をセンサ基板上に設置してキャップにより封止した構造の電子装置の製造方法であって、
多層ＳＯＩウエハにキャビティを形成する工程と、
前記多層ＳＯＩウエハに、前記センサ基板との接合部に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部をサイドエッチングによって形成する工程と、
前記多層ＳＯＩウエハとセンサ基板とを接合する工程と、
前記多層ＳＯＩウエハとセンサ基板が接合された部材をダイシングによって個片化する工程と、
を有する電子装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、設計の自由度を高く維持しつつ、ＭＥＭＳに伝達される熱応力を効果的に抑制することが可能な電子装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。本発明に係る電子装置は、例えば角速度センサー、加速度センサー、圧力センサー等、として用いられるものであり、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）部をセンサ基板上に設置し、これをキャップにより封止した構造を有する。
【実施例】
【００１４】
＜第１実施例＞
以下、本発明の第１実施例に係る電子装置１について説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る電子装置１の構成の概略を示す断面図である。図示する如く、電子装置１は、ＭＥＭＳ構造体（可動部）１０と、センサ基板２０と、キャップ３０と、を有し、センサ基板２０とキャップ３０は接合部４０によって接合されている。
【００１５】
ＭＥＭＳ構造体１０は、機械部品である可動部、その他必要な電子回路等を有する。ＭＥＭＳ構造体１０は、例えば、ＳＯＩ基板を基本として形成され、ＳＯＩ基板におけるシリコン層に対してトレンチエッチングやリリースエッチングなどを施すことにより可動部が形成される。ＭＥＭＳ構造体１０の可動部は、バネ性を有する梁などによりセンサ基板２０の活性層２２に連結されている。
【００１６】
センサ基板２０は、活性層２２が埋め込み酸化膜２４によって支持基板２６に接合された構成となっている。なお、センサ基板２０の構成はこれに限らず、如何なる構成を有してもよい。例えば埋め込み酸化膜２４を有さない構成であっても構わない。
【００１７】
キャップ３０は、キャビティ（凹部）３２がＭＥＭＳ構造体１０に対向するように、センサ基板２０（の活性層２２；以下略）に接合される。これによって、ＭＥＭＳ構造体１０を外気から略遮断して異物の混入による不具合を抑制することができ、気密封止によりキャビティ３２内を減圧して電子装置１の設計自由度を高めることができる。
【００１８】
また、キャップ３０の壁面の一部には、センサ基板２０との接合部４０に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部３５が形成されている。本実施例においては、キャップ３０の、電子装置１の外壁に相当する側を部分的に除去した構造となっている。
【００１９】
係る構成によって、応力吸収部３５が外力に応じて、より柔軟に撓むことができることとなり、実装対象となる他の構造物と電子装置１、或いはセンサ基板２０とキャップ３０の線膨張係数の差による応力がＭＥＭＳ１０に与える影響を効果的に抑制することができる。
【００２０】
また、センサ基板２０ではなくキャップ３０に応力吸収部３５を形成するため、設計の自由度を高めることができる。
【００２１】
更に、応力吸収部３５に比して、キャップ３０とセンサ基板２０の接合部４０を厚くすることができるため、接合部４０の破損等が生じるのを抑制することができる。
【００２２】
このような効果を奏する電子装置１は、例えば以下のような工程に従って製造することができる。図２及び図３は、電子装置１の製造工程を説明するための説明図である。なお、これらの図は、１個の電子装置１を製造するように示されているが、現実には、１つのウエハから複数の電子装置１が同時に製造され、図３（Ｃ）の工程で個片化されることとなる。
【００２３】
まず、図２（Ａ）に示す如く、ＳｉとＳｉＯ２が交互に積層された多層ＳＯＩウエハを用意する。
【００２４】
次に、図２（Ｂ）に示す如く、異方性エッチングによって、キャビティ３２となる溝Ａ、及び後述する図３（Ｃ）の工程を容易にするための分断用溝Ｂを形成する。異方性エッチングには、ＳＦ６のような活性ガスを用いるものと、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ等のアルカリ性水溶液を用いるものがある。なお、分断用溝Ｂを形成する処理は省略してもよい。
【００２５】
そして、図２（Ｃ）に示す如く、ＭＥＭＳ構造体１０が形成されたセンサ基板２０に異方性エッチングを行なったウエハを接合する。係る接合には、ガラスフリットや金属共晶接合等の手法を用いる。
【００２６】
センサ基板２０にウエハを接合すると、図３（Ａ）に示す如く、ダイシングによって分断用溝Ｂの１層上までをカットする。
【００２７】
そして、図３（Ｂ）に示す如く、サイドエッチングによってＳｉＯ２層を半分程度除去する。これによって応力吸収部３５の構造が出来上がることとなる。サイドエッチングには、ベーパーフッ酸（Vaper  HF）等を用いる。
【００２８】
最後に、図３（Ａ）の工程で残されたＳｉ層及びセンサ基板をダイシングによって分断し、チップの個片化を行なう。
【００２９】
以上説明した本実施例の電子装置１によれば、設計の自由度を高く維持しつつ、ＭＥＭＳ構造体１０に伝達される熱応力を効果的に抑制することができる。
【００３０】
＜第２実施例＞
以下、本発明の第２実施例に係る電子装置２について説明する。図４は、本発明の第２実施例に係る電子装置２の構成の概略を示す断面図である。図示する如く、電子装置２は、ＭＥＭＳ構造体（可動部）１０と、センサ基板２０と、キャップ３０と、を有し、センサ基板２０とキャップ３０は接合部４０によって接合されている。なお、キャップ３０の構造以外において、電子装置２は第１実施例の電子装置１と共通するため、キャップ３０の構造及び製造工程についてのみ説明する。
【００３１】
第２実施例に係るキャップ３０は、第１実施例と同様、キャビティ（凹部）３２がＭＥＭＳ構造体１０に対向するように、センサ基板２０に接合される。これによって、ＭＥＭＳ構造体１０を外気から略遮断して異物の混入による不具合を抑制することができ、気密封止によりキャビティ３２内を減圧して電子装置の設計自由度を高めることができる。
【００３２】
また、キャップ３０の壁面の一部には、センサ基板２０との接合部４０に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部３５が形成されている。本実施例においては、第１実施例と異なり、キャップ３０の、電子装置１の外壁及び内壁に相当する側を部分的に除去した構造となっている。
【００３３】
係る構成によって奏する効果は、第１実施例と同様である。
【００３４】
このような効果を奏する電子装置２は、例えば第１実施例における図２（Ｂ）の工程に、サイドエッチングによってＳｉＯ２層を内側（キャビティ３２となる側）から１／４程度除去する工程を追加することによって製造することができる。図５は、サイドエッチングによってＳｉＯ２層を内側から１／４程度除去する工程を示す図である。なお、第１実施例と比較すると図３（Ｂ）の工程において除去する量を減少させて、応力吸収部３５の厚みを加減する。
【００３５】
以上説明した本実施例の電子装置２によれば、設計の自由度を高く維持しつつ、ＭＥＭＳ構造体１０に伝達される熱応力を効果的に抑制することができる。
【００３６】
＜第３実施例＞
以下、本発明の第３実施例に係る電子装置３について説明する。図６は、電子装置２の構成の概略を示す断面図である。図示する如く、電子装置３は、ＭＥＭＳ構造体（可動部）１０と、センサ基板２０と、キャップ３０と、を有し、センサ基板２０とキャップ３０は接合部４０によって接合されている。なお、キャップ３０の構造以外において、電子装置３は第１実施例の電子装置１と共通するため、キャップ３０の構造及び製造工程についてのみ説明する。
【００３７】
第３実施例に係るキャップ３０は、第１実施例と同様、キャビティ（凹部）３２がＭＥＭＳ構造体１０に対向するように、センサ基板２０に接合される。これによって、ＭＥＭＳ構造体１０を外気から略遮断して異物の混入による不具合を抑制することができ、気密封止によりキャビティ３２内を減圧して電子装置の設計自由度を高めることができる。
【００３８】
また、キャップ３０の壁面の一部には、センサ基板２０との接合部４０に比して厚みを薄くした凹凸構造の応力吸収部３５が形成されている。本実施例においては、第１実施例と異なり、キャップ３０の、電子装置１の内壁に相当する側を部分的に除去した構造となっている。
【００３９】
係る構成によって奏する効果は、第１実施例と同様である。
【００４０】
このような効果を奏する電子装置３は、例えば第１実施例における図２（Ｂ）の工程に、サイドエッチングによってＳｉＯ２層を内側（キャビティ３２となる側）から半分程度除去する工程を追加し、図３（Ｂ）の工程を省略することによって製造することができる。図７は、サイドエッチングによってＳｉＯ２層を内側（キャビティ３２となる側）から半分程度除去する工程を追加する様子を示す図である。
【００４１】
以上説明した本実施例の電子装置３によれば、設計の自由度を高く維持しつつ、ＭＥＭＳ構造体１０に伝達される熱応力を効果的に抑制することができる。
【００４２】
＜シミュレーションによる効果確認＞
以上説明した実施例の効果を確認するために、本出願人は、以下のシミュレーションを行なった。
【００４３】
まず、応力吸収部を有さない従来構造の電子装置、実施例１と同様の構造を有する電子装置、及び実施例１と同様の構造を有する電子装置の１／４モデル（それぞれモデル１、モデル２、モデル３と称する）を用意した。図８は、これらのモデルの概略図及び接合部付近の拡大図である。図９は、各モデルにおける壁面、応力吸収部、接合部の寸法を示す図である。
【００４４】
キャップ及びセンサ基板はＳｉであり、これらの接合部はＡｌ−Ａｌ共晶接合にて４５０［°Ｃ］で接合するものとした。Ｓｉの線膨張率は２．５［ｐｐｍ／°Ｃ］、ヤング率は１５０［ＧＰａ］、ポアソン比は０．３６である。また、Ａｌの線膨張率は２３．１［ｐｐｍ／°Ｃ］、ヤング率は７７［ＧＰａ］、ポアソン比は０．３０である。なお、４５０［°Ｃ］を基準（応力＝０）とした。
【００４５】
このような設定の下、電子装置の温度条件を（１）４５０［°Ｃ］→４４０［°Ｃ］に低下させ、支持基盤におけるＭＥＭＳ構造体が設置される位置（図８においては（１）部と対極の位置）での応力を算出した。また、（２）４５０［°Ｃ］→２７［°Ｃ］に低下させ、同様に応力を算出した。
【００４６】
この結果、シミュレーション（１）では、モデル１において０．０４９［ＭＰａ］、モデル２において０．０２６［ＭＰａ］、モデル３において０．０３３［ＭＰａ］の各結果を得た。
【００４７】
また、シミュレーション（２）では、モデル１において１．４４０［ＭＰａ］、モデル２において０．７７０［ＭＰａ］、モデル３において０．９６５［ＭＰａ］の各結果を得た。
【００４８】
すなわち、実施例１では、応力吸収部を備えない従来構造の電子装置に比して約４７［％］、実施例２では、約３３［％］、ＭＥＭＳ構造体に加えられる応力を低減することができるという結果を得た。
【００４９】
＜変形例＞
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５０】
＜変形１＞
例えば、第１実施例、第２実施例、第３実施例のいずれかにおいて、図１０に示す如く、キャビティ３２の形状を異ならせてもよい。なお、図１０では応力吸収部３５の形状を第１実施例に則したものとして示した。
【００５１】
この場合、図２（Ｂ）の工程に代えて、図１１に示す工程を行なう。溝Ｃ、Ｄを異方性エッチングにより形成し、更にＭＥＭＳ構造体１０を収納するのに必要な高さ分、溝Ｃ、Ｄの間を異方性エッチングにより除去する。
【００５２】
こうすれば、エッチング量を減らすことができるため、第１ないし第３実施例において説明した効果に加え、製造時間の短縮を図ることができるという効果を奏する。
【００５３】
＜変形２＞
また、第１実施例、第２実施例、第３実施例のいずれかにおいて、図１２に示す如く、キャップ３０の天井部３３の両面又は片側をエッチングし、天井部３３の一部を薄くしてもよい。なお、図１２では応力吸収部３５の形状を第１実施例に則したものとして示した。
【００５４】
こうすれば、キャップ３０が更に柔軟性を増すこととなるため、ＭＥＭＳ構造体１０に伝達される熱応力を更に抑制することができる。
【００５５】
＜変形３＞
また、第１実施例、第２実施例、第３実施例のいずれかにおいて、図１３に示す如く、キャップ３０の天井部３３の両面又は片側をエッチングし、天井部３３に格子状のスリットを形成してもよい。なお、図１３は応力吸収部３５の形状を第１実施例に則したものとして示した。
【００５６】
こうすれば、キャップ３０が更に柔軟性を増すこととなるため、ＭＥＭＳ構造体１０に伝達される熱応力を更に抑制することができる。
【００５７】
＜その他＞
また、「ＳｉＯ２層を半分程度除去する」、「１／４程度除去する」等の表現はあくまで一例であり、他の除去程度を採用してもよく、本発明を「半分程度」や「１／４程度」の数値に何ら限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施例に係る電子装置１の構成の概略を示す断面図である。
【図２】電子装置１の製造工程を説明するための説明図である。
【図３】電子装置１の製造工程を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る電子装置２の構成の概略を示す断面図である。
【図５】サイドエッチングによってＳｉＯ２層を内側（キャビティ３２となる側）から１／４程度除去する工程を示す図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る電子装置３の構成の概略を示す断面図である。
【図７】サイドエッチングによってＳｉＯ２層を内側（キャビティ３２となる側）から半分程度除去する工程を示す図である。
【図８】シミュレーションで用いたモデルの概略図及び接合部付近の拡大図である。
【図９】各モデルにおける壁面、応力吸収部、接合部の寸法を示す図である。
【図１０】第１実施例、第２実施例、第３実施例のいずれかにおいて、キャビティ３２の形状を異ならせた場合の構成の概略を示す断面図である。
【図１１】図１０の構造を有する電子装置を製造するための工程の一部を説明するための説明図である。
【図１２】キャップ３０の天井部３３の両面又は片側をエッチングし、天井部３３の一部を薄くした場合の構成の概略を示す断面図である。
【図１３】キャップ３０の天井部３３の両面又は片側をエッチングし、天井部３３に格子状のスリットを形成した場合の構成の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、２、３  電子装置
１０  ＭＥＭＳ構造体
２０  センサ基板
２２  活性層
２４  埋め込み酸化膜
２６  支持基板
３０  キャップ
３２  キャビティ
３３  天井部
３５  応力吸収部
４０  接合部
【図１】
2010110877.tif 000003
【図２】
2010110877.tif 000004
【図３】
2010110877.tif 000005
【図４】
2010110877.tif 000006
【図５】
2010110877.tif 000007
【図６】
2010110877.tif 000008
【図７】
2010110877.tif 000009
【図１０】
2010110877.tif 000010
【図１１】
2010110877.tif 000011
【図１２】
2010110877.tif 000012
【図１３】
2010110877.tif 000013
【図８】
2010110877.tif 000014
【図９】
2010110877.tif 000015