(57)【要約】  本発明は、半導体基板の歪を低減可能な簡素な構成の微小電子機械機構装置に関する。半導体基板１７および第２基板１４が、共に、第１基板１３の一方主面１３ａに対向して設けられ、第１基板１３の一方主面１３ａに接続される。これによって第１基板１３は、内部配線および側面配線が不要であり、構成を簡素にすることができるまた配線長を短くして低抵抗化し、低消費電力で優れた電気特性が得られる。また半導体基板１７の歪を抑えることができる。
2008023465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電子機械機構を備える微小電子機械機構装置であって、
半導体基板の一方主面に設けられる微小電子機械機構を有するとともに、この微小電子機械機構に対して電気的に接続される電極を有する電子部品と、
一方主面を前記半導体基板の一方主面に対向させて設けられる第１基板であり、前記第１基板の一方主面に、前記電子部品が第１接続手段を介して搭載される第１基板と、
一方主面を前記第１基板の一方主面に対向させて設けられる第２基板であり、前記第２基板の一方主面に、前記第１基板が第２接続手段を介して搭載される第２基板と、
前記第１基板の一方主面に形成され、前記第１基板の一方主面で前記半導体基板の電極に電気的に接続される第１配線導体と、
前記第２基板に形成され、前記第１基板の一方主面で前記第１配線導体に電気的に接続される第２配線導体とを備えることを特徴とする微小電子機械機構装置。
【請求項２】
前記第１基板の一方主面に、微小電子機械機構を収容する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の微小電子機械機構装置。
【請求項３】
前記第１接続手段は、前記微小電子機械機構を取り囲むように形成されて前記微小電子機械機構を封止していることを特徴とする請求項１または２に記載の微小電子機械機構装置。
【請求項４】
前記第２接続手段は、前記電子部品を取り囲むように形成されて前記電子部品を封止していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の微小電子機械機構装置。
【請求項５】
前記第１接続手段が樹脂から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の微小電子機械機構装置。
【請求項６】
前記樹脂は、ベンゾシクロブテン樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の微小電子機械機構装置。
【請求項７】
前記樹脂は、液晶ポリマーであることを特徴とする請求項５に記載の微小電子機械機構装置。
【請求項８】
前記第２接続手段が金属から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の微小電子機械機構装置。
【請求項９】
前記金属は、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金およびＰｂ−Ｓｎ合金の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項８に記載の微小電子機械機構装置。
【請求項１０】
微小電子機械機構を備える微小電子機械機構装置であって、
半導体基板の一方主面に設けられる微小電子機械機構を有する電子部品と、
一方主面を前記半導体基板の一方主面に対向させて設けられる第１基板であり、前記第１基板の一方主面に、前記電子部品が第１接続手段を介して搭載される第１基板と、
一方主面を前記第１基板の一方主面に対向させて設けられる第２基板であり、前記第２基板の一方主面に、前記第１基板が第２接続手段を介して搭載される第２基板とを具備しており、
前記第１基板の熱膨張係数が前記第２基板の熱膨張係数よりも小さく、前記半導体基板の熱膨張係数が前記第１基板の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする微小電子機械機構装置。
【請求項１１】
前記第１基板が透光性を有する材料から成り、前記微小電子機械機構が光学微小電子機械機構であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の微小電子機械機構装置。
【請求項１２】
半導体論理素子が搭載されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の微小機械機構装置。
【請求項１３】
前記半導体論理素子は、前記第２基板に搭載されていることを特徴とする請求項１２記載の微小機械機構装置。
【請求項１４】
前記半導体論理素子は、前記第２基板の一方主面に、前記半導体基板と対向するように搭載されていることを特徴とする請求項１３記載の微小機械機構装置。
【請求項１５】
半導体基板の一方主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を複数個配列形成した電子部品母基板を準備する工程と、
前記電子部品領域に対応して第１配線導体が形成されて成る第１基板領域を複数個配列形成した第１母基板を準備する工程と、
前記第１基板領域に対応して第２配線導体が形成されて成る第２基板領域を複数個配列形成した第２母基板を準備する工程と、
前記電子部品母基板の一方主面と前記第１母基板の一方主面とを対向させ、前記電子部品領域の電極とそれに対応する前記第１基板領域の前記第１配線導体とを電気的に接続するとともに、前記電子部品領域の前記半導体基板の一方主面とそれに対応する前記第１基板領域の一方主面とを第１接続手段を介して接合する工程と、
前記電子部品母基板を前記電子部品領域ごとに切断する工程と、
前記第１母基板の一方主面と前記第２母基板の一方主面とを対向させ、前記第１基板領域の前記第１配線導体とそれに対応する前記第２基板領域の前記第２配線導体とを電気的に接続するとともに、前記第１基板領域の一方主面とそれに対応する前記第２基板領域の一方主面とを第２接続手段を介して接合する工程と、
前記第１母基板を第１基板領域ごとに切断するとともに、前記第２母基板を第２基板領域ごとに切断して、個々の微小電子機械機構装置を得る工程とを備えることを特徴とする微小電子機械機構装置の製造方法。
【請求項１６】
半導体基板の一方主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を複数個配列形成した電子部品母基板を準備する工程と、
前記電子部品領域に対応して第１配線導体が形成されて成る第１基板領域を複数個配列形成した第１母基板を準備する工程と、
前記第１基板領域に対応して第２配線導体が形成されて成る第２基板を複数個準備する工程と、
前記電子部品母基板の一方主面と前記第１母基板の一方主面とを対向させ、前記電子部品領域の電極とそれに対応する前記第１基板領域の前記第１配線導体とを電気的に接続するとともに、前記電子部品領域の前記半導体基板の主面とそれに対応する前記第１基板領域の一方主面とを第１接続手段を介して接合する工程と、
前記電子部品母基板を前記電子部品領域ごとに切断する工程と、
前記第１母基板の一方主面と前記各第２基板の一方主面とをそれぞれ対向させ、前記第１基板領域の前記第１配線導体とそれに対応する前記第２基板の前記第２配線導体とを電気的に接続するとともに、前記第１基板領域の一方主面とそれに対応する前記第２基板の一方主面とを第２接続手段を介して接合する工程と、
前記第１母基板を第１基板領域ごとに切断して、個々の微小電子機械機構装置を得る工程とを備えることを特徴とする微小電子機械機構装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電子機械機構を備える微小電子機械機構装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の技術の微小電子機械機構装置（以下「電子装置」という）１を示す断面図である。電子装置１は、半導体基板２に微小電子機械機構（以下「ＭＥＭＳ」という）３および電極４が形成されて構成される電子部品５を、ＭＥＭＳ３が封止される状態でカバー用基板などと呼ばれる第１基板６に搭載して構成される。電子装置１は、２つの基板でＭＥＭＳ３が封止されるとともに、ＭＥＭＳ３と第１基板６を貫通して形成される配線７とが電気的に接続され、小形化が可能である（たとえば特開２００２−４３４６３号公報および特開２００４−２９６７２４号公報参照）。
図１０は、電子装置１のプリント基板８への搭載状態を示す断面図である。電子装置１は、第１基板６の半導体基板２とは反対側の主面を、配線基板などとも呼ばれるプリント基板８に対向させ、プリント基板８に搭載される。このような電子装置１をプリント基板８に搭載すると、電子装置１の各基板２，６の熱膨張係数と、プリント基板８の熱膨張係数との差が大きく、熱応力が生じて、半導体基板２に歪が生じる。半導体基板２に歪が生じるとＭＥＭＳ３の機能が低下しやすくなる。ＭＥＭＳ３は、少しの歪に対しても、動作にシビアな影響を受けてしまう。
図１１は、電子装置１のプリント基板８への他の搭載状態を示す断面図である。半導体基板２の歪を抑制するために、図１１に示すように、プリント基板８と電子装置１との間に、インターポーザなどと呼ばれる第２基板９に介在させる搭載構造が用いられている。第２基板９には、電子装置１の各基板２，６の熱膨張係数とプリント基板８の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する基板が用いられ、これによって半導体基板２に生じる熱応力を緩和している。
図１１に示す第２基板９を備える構成では、電子装置１が、第１基板６の半導体基板２とは反対側の主面を第２基板９に対向させて設けられるので、ＭＥＭＳ３をプリント基板８に形成される配線（図示せず）に電気的に接続するために、第１基板６に、厚み方向に貫通する配線７を形成する必要がある。したがって第１基板６の構成が複雑になってしまうという問題がある。
また電子装置１とプリント基板８との間に第２基板９を介在させることによって、半導体基板２の歪をある程度、抑制することはできるが、十分とはいえない。十分とはいえない理由は、プリント基板８、第２基板９、第１基板６、半導体基板２の順に、プリント基板８から遠くなる位置に配置される基板になるにつれて、熱膨張係数が小さくなってゆくので、各基板２，６，９の全てが共通に、それらのプリント基板８側の主面の膨張がプリント基板８と反対側の主面の膨張よりも大きくなって、図１２に示すようにプリント基板８から遠ざかるように凸に湾曲して反り、またはプリント基板８側の主面の膨張がプリント基板８と反対側の主面の膨張よりも小さくなって、図１３に示すようにプリント基板８に近づくように凹に湾曲し反るからである。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は、簡素な構成を有する電子装置およびその製造方法を提供することである。
また本発明の目的は、半導体基板の歪を低減することができる電子装置およびその製造方法を提供することである。
本発明は、微小電子機械機構を備える微小電子機械機構装置であって、
半導体基板の一方主面に設けられる微小電子機械機構を有するとともに、この微小電子機械機構に対して電気的に接続される電極を有する電子部品と、
一方主面を前記半導体基板の一方主面に対向させて設けられる第１基板であり、前記第１基板の一方主面に、前記電子部品が第１接続手段を介して搭載される第１基板と、
一方主面を前記第１基板の一方主面に対向させて設けられる第２基板であり、前記第２基板の一方主面に、前記第１基板が第２接続手段を介して搭載される第２基板と、
前記第１基板の一方主面に形成され、前記第１基板の一方主面で前記半導体基板の電極に電気的に接続される第１配線導体と、
前記第２基板に形成され、前記第１基板の一方主面で前記第１配線導体に電気的に接続される第２配線導体とを備えることを特徴とする微小電子機械機構装置である。
また本発明において、前記第１基板の一方主面に、微小電子機械機構を収容する凹部が形成されていることを特徴とする。
また本発明において、前記第１接続手段は、前記微小電子機械機構を取り囲むように形成されて前記微小電子機械機構を封止していることを特徴とする。
また本発明において、前記第２接続手段は、前記電子部品を取り囲むように形成されて前記電子部品を封止していることを特徴とする。
また本発明において、前記第１接続手段が樹脂から成ることを特徴とする。
また本発明は、前記樹脂は、ベンゾシクロブテン樹脂であることを特徴とする。
また本発明において、前記樹脂は、液晶ポリマーであることを特徴とする。
また本発明は、前記第２接続手段が金属から成ることを特徴とする。
また本発明において、前記金属は、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金およびＰｂ−Ｓｎ合金の少なくとも一種を含むことを特徴とする。
また本発明は、微小電子機械機構を備える微小電子機械機構装置であって、
半導体基板の一方主面に設けられる微小電子機械機構を有する電子部品と、
一方主面を前記半導体基板の一方主面に対向させて設けられる第１基板であり、前記第１基板の一方主面に、前記電子部品が第１接続手段を介して搭載される第１基板と、
一方主面を前記第１基板の一方主面に対向させて設けられる第２基板であり、前記第２基板の一方主面に、前記第１基板が第２接続手段を介して搭載される第２基板とを具備しており、
前記第１基板の熱膨張係数が前記第２基板の熱膨張係数よりも小さく、前記半導体基板の熱膨張係数が前記第１基板の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする。
また本発明において、前記第１基板が透光性を有する材料から成り、前記微小電子機械機構が光学微小電子機械機構であることを特徴とする。
また本発明において、上記本発明の微小電子機械機構において、半導体論理素子が搭載されることを特徴とする。
また本発明において、前記半導体論理素子は、前記第２基板に搭載されていることを特徴とする。
また本発明において、前記半導体論理素子は、前記第２基板の一方主面に、前記半導体基板と対向するように搭載されていることを特徴とする。
また本発明は、半導体基板の一方主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を複数個配列形成した電子部品母基板を準備する工程と、
前記電子部品領域に対応して第１配線導体が形成されて成る第１基板領域を複数個配列形成した第１母基板を準備する工程と、
前記第１基板領域に対応して第２配線導体が形成されて成る第２基板領域を複数個配列形成した第２母基板を準備する工程と、
前記電子部品母基板の一方主面と前記第１母基板の一方主面とを対向させ、前記電子部品領域の電極とそれに対応する前記第１基板領域の前記第１配線導体とを電気的に接続するとともに、前記電子部品領域の前記半導体基板の一方主面とそれに対応する前記第１基板領域の一方主面とを第１接続手段を介して接合する工程と、
前記電子部品母基板を前記電子部品領域ごとに切断する工程と、
前記第１母基板の一方主面と前記第２母基板の一方主面とを対向させ、前記第１基板領域の前記第１配線導体とそれに対応する前記第２基板領域の前記第２配線導体とを電気的に接続するとともに、前記第１基板領域の一方主面とそれに対応する前記第２基板領域の一方主面とを第２接続手段を介して接合する工程と、
前記第１母基板を第１基板領域ごとに切断するとともに、前記第２母基板を第２基板領域ごとに切断して、個々の微小電子機械機構装置を得る工程とを備えることを特徴とする微小電子機械機構装置の製造方法である。
また本発明は、半導体基板の一方主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を複数個配列形成した電子部品母基板を準備する工程と、
前記電子部品領域に対応して第１配線導体が形成されて成る第１基板領域を複数個配列形成した第１母基板を準備する工程と、
前記第１基板領域に対応して第２配線導体が形成されて成る第２基板を複数個準備する工程と、
前記電子部品母基板の一方主面と前記第１母基板の一方主面とを対向させ、前記電子部品領域の電極とそれに対応する前記第１基板領域の前記第１配線導体とを電気的に接続するとともに、前記電子部品領域の前記半導体基板の主面とそれに対応する前記第１基板領域の一方主面とを第１接続手段を介して接合する工程と、
前記電子部品母基板を前記電子部品領域ごとに切断する工程と、
前記第１母基板の一方主面と前記各第２基板の一方主面とをそれぞれ対向させ、前記第１基板領域の前記第１配線導体とそれに対応する前記第２基板の前記第２配線導体とを電気的に接続するとともに、前記第１基板領域の一方主面とそれに対応する前記第２基板の一方主面とを第２接続手段を介して接合する工程と、
前記第１母基板を第１基板領域ごとに切断して、個々の微小電子機械機構装置を得る工程とを備えることを特徴とする微小電子機械機構装置の製造方法である。
本発明によれば、半導体基板に微小電子機械機構および電極が設けられて電子部品が構成され、この電子部品が第１基板に搭載され、電子部品の搭載される第１基板が第２基板に搭載され、微小電子機械機構装置が構成される。第１基板の一方主面には第１配線導体が形成され、この第１配線導体を介して、半導体基板の電極と、第２基板に形成される第２配線導体とが電気的に接続される。これによって微小電子機械機構装置を、たとえばプリント基板などの実装対象となる基板に、第２配線導体が実装対象の基板の配線に電気的に接続されるように搭載することによって、微小電子機械機構を実装対象の基板の配線に電気的に接続して、実装対象の基板に微小機械機構装置を高い信頼性を維持しながら良好に実装することができる。
電子部品は、半導体基板の微小電子機器機構が設けられる一方主面を第１基板の一方主面に対向させて、第１基板に搭載され、第１基板は、その一方主面を第２基板の一方主面に対向させて、第２基板に搭載される。このように半導体基板および第２基板が、共に、第１基板の一方主面に接続されるので、第１基板には、内部配線および側面配線が不要であり、一方主面にだけ配線を形成すればよい。したがって微小電子機械機構に電気的に接続される電極を、実装対象の基板の配線に電気的に接続するための配線の配線長を短くし、その配線を低抵抗化することができ、低消費電力で電気特性に優れた微小電子機械機構装置を実現することができる。また第１配線導体を、第１基板の一方主面にだけ形成すればよいので、構成を簡素にし、容易に製造することができる。
本発明によれば、第１基板の一方主面に凹部が形成され、その凹部に微小電子機械機構が収容されるので、半導体基板と第１基板とを接合する第１接続手段の高さ寸法を小さくすることができる。したがって微小電子機械機構装置を低背化し、小形化することができる。
本発明によれば、第１接続手段によって、微小電子機械機構が取り囲まれ、微小電子機械機構が封止される。これによって微小電子機械機構を良好に封止することができる。
本発明によれば、第２接続手段によって、電子部品が取り囲まれ、電子部品が封止される。これによって微小電子機械機構を良好に封止することができる。
本発明によれば、第１接続手段が樹脂から成るので、比較的低温の加熱処理で、半導体基板と第１基板とを接合することができる。
本発明によれば、第１接続手段の樹脂が、ベンゾシクロブテン樹脂である。ベンゾシクロブテン樹脂は、微小電子機械機構に熱による悪影響を与えないように、比較的低温の加熱処理で、半導体基板と第１基板とを接合することができる。しかもベンゾシクロブテン樹脂は、熱硬化性樹脂であり、第１接続手段による接合後に、たとえば第２接続手段による接合または微小電子機械機構装置の実装対象の基板への実装時などに、加熱処理されても第１接続手段が軟化して接合状態が解除されることはない。
本発明によれば、第１接続手段の樹脂が、液晶ポリマーである。液晶ポリマーは、たとえばフリットガラスなどに比べ、微小電子機械機構に熱による悪影響を与えないように、比較的低温の加熱処理で、半導体基板と第１基板とを接合することができる。接合方法は例えば、ウエハーボンダー装置等による熱圧着接合法にて接合することにより比較的低温で、確実に接合することができる。しかも液晶ポリマーは、熱可塑性樹脂ではあるが、第１接続手段による接合後に、たとえば第２接続手段による接合または微小電子機械機構の実装対象の基板への実装時などに、加熱処理されても、完全な溶融状態とならずに、粘度が低下する程度で形状を保持するので、第１接続手段による接合状態が解除されることはない。
本発明によれば、第２接続手段が金属から成る。このような第２接続手段を、電子部品を取り囲むように設けることによって、電子部品を良好に封止することができる。
本発明によれば、第２接続手段の金属が、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金およびＰｂ−Ｓｎ合金の少なくとも一種を含む金属である。これらの金属は、比較的融点が低いので、第１接続手段に樹脂を用いて半導体基板と第１基板とを接合後に、第１接続手段による接合が解除されないように低い温度で加熱処理し、第１基板と第２基板とを第２接続手段によって接合することができる。
本発明によれば、半導体基板に微小電子機械機構が設けられて電子部品が構成され、この電子部品が第１基板に搭載され、電子部品の搭載される第１基板が第２基板に搭載され、微小電子機械機構装置が構成される。この微小電子機械機構装置を構成する各基板は、第２基板、第１基板、半導体基板の順に、熱膨張係数が小さくなるので、互いに機械的に接続される基板間での熱膨張係数の差を小さく抑え、半導体基板に熱応力によって生じる歪を抑制することができる。しかも第１基板の一方主面に、第１基板の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する半導体基板と、第１基板の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する第２基板とが機械的に接続されるので、第１基板の熱膨張係数と半導体基板の熱膨張係数との差異によって第１基板に与えられる曲げモーメントと、第１基板の熱膨張係数と第２基板の熱膨張係数との差異によって第１基板に与えられる曲げモーメントが、互いに相殺される。これによって第１基板の反りを低減することができ、微小電子機械機構装置全体の反りを低減することができる。したがって半導体基板の反りを低減し、半導体基板の歪を低減することができ、微小電子機械機構を良好に作動可能な状態を保つことができる。
本発明によれば、第１基板が透光性を有する材料から成り、微小電子機械機構が光学微小電子機械機構である。半導体基板を第１基板に対して第２基板側に配置し、第１基板を透光性材料から成る基板とすることによって、実装対象の基板に容易に実装可能な好適な光学デバイスを実現することができる。光学デバイスは、たとえばデジタルミラーデバイスまたはデジタルマイクロミラーデバイスなどと呼ばれるデバイスであってもよい。
本発明によれば、微小電子機械機構において、半導体論理素子が搭載する。これによって、電子部品と半導体論理素子とを一体化することができ、微小電子機械機構装置を小型化することができる。
本発明によれば、半導体論理素子は、第２基板に搭載されている。これによって、半導体論理素子と微小機械機構とを熱的に遮断することができ、半導体論理素子による熱が微小電子機械機構に影響するのを有効に抑制することができる。
本発明によれば、半導体論理素子は、第２基板の一方主面に、半導体基板と対向するように搭載されている。これによって、半導体基板と半導体論理素子とを対称に近い配置にすることができ、微小電子機械機構の歪をよりいっそう有効に防止できる。
本発明によれば、複数の電子部品領域が形成される電子部品母基板と、複数の第１基板領域が形成される第１母基板とが、第１接続手段によって接合され、電子部品母基板が、各電子部品領域ごとに切断される。この電子部品母基板だけが切断され、第１母基板は切断されずに一体のままの状態で、第１母基板と、複数の第２基板領域が形成される第２母基板とが、第２接続手段によって接合され、第１母基板および第２母基板が切断されて、微小電子機械機構装置が得られる。
このようにして複数の微小電子機械機構装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。また電子部品母基板、第１母基板および第２母基板を切断するときには、微小電子機械機構は封止されているので、切断時に発生するシリコン等の半導体基板の切削粉が微小電子機械機構に付着するようなことはなく、得られる微小電子機械機構装置の微小電子機械機構が作動不良を起こすことがない。したがって良好に作動する微小電子機械機構装置を得ることができる。
本発明によれば、複数の電子部品領域が形成される電子部品母基板と、複数の第１基板領域が形成される第１母基板とが、第１接続手段によって接合され、電子部品母基板が各電子部品領域ごとに切断される。この電子部品母基板だけが切断され、第１母基板は切断されずに一体のままの状態で、第１母基板と、複数の第２基板とが、第２接続手段によって接合され、第１母基板が切断されて、微小電子機械機構装置が得られる。
このようにして複数の微小電子機械機構装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。また電子部品母基板および第１母基板を切断するときには、微小電子機械機構は封止されているので、切断時に発生するシリコン等の半導体基板の切削粉が微小電子機械機構に付着するようなことはなく、得られる微小電子機械機構装置の微小電子機械機構が作動不良を起こすことがない。したがって良好に作動する微小電子機械機構装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
図１は、本発明の実施の一形態の電子装置１０を示す断面図である。
図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見て示す断面図である。
図３は、本発明の実施の他の形態の電子装置１０Ａを示す断面図である。
図４は、本発明の実施のさらに他の形態の電子装置１０Ｂを示す断面図である。
図５は、本発明の製造方法に従う電子装置１０の製造手順を示すフローチャートである。
図６Ａ〜図６Ｄは、図５の製造手順を説明するための断面図である。
図７は、本発明の製造方法に従う電子装置１０の他の製造手順を示すフローチャートである。
図８は、図７の製造手順を説明するための断面図である。
図９は、従来の技術の電子装置」１を示す断面図である。
図１０は、電子装置１のプリント基板８への搭載状態を示す断面図である。
図１１は、電子装置１のプリント基板８への他の搭載状態を示す断面図である。
図１２は、電子装置１に生じる反りの一例を示す断面図である。
図１３は、電子装置１に生じる反りの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の一形態の微小電子機械機構装置（以下「電子装置」という）１０を示す断面図である。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見て示す断面図である。図２は、後述の各基板１３，１４，１７の厚み方向に垂直な面で切断した断面を示している。主として図１を参照して、電子装置１０は、微小電子機械機構（Micro Electromechanical System；以下「ＭＥＭＳ」という）１１を備える装置である。ＭＥＭＳ１１は半導体の微細加工技術を駆使して作製された微小な部品（マイクロスケールのデバイス）から構成される電気機械システムである。このＭＥＭＳ１１を備える電子装置１０は、たとえば加速度計および圧力センサなどのセンサ、微細な鏡面体を可動式に形成したマイクロミラーデバイスなどの光学デバイス、マイクロポンプなどをさらに組み込んだマイクロ化学チップなどとも呼ばれるマイクロ化学システムをはじめとし、その他の装置を含めて、非常に広い分野で用いられる。
電子装置１０は、電子部品１２と、第１基板１３と、第２基板１４と、第１配線導体１５と、第２配線導体１６とを備える。ＭＥＭＳ１１は、電子部品１２に組み込まれており、外部の接続対象に電気的に接続可能な状態で封止されて電子装置１０に設けられる。
電子部品１２は、半導体基板１７の一方主面１７ａに設けられるＭＥＭＳ１１を有するとともに、このＭＥＭＳ１１に対して電気的に接続される電極１８を有する。電極１８もまた、半導体基板１７の一方主面１７ａに設けられている。主面は、厚み方向いずれか一方の表面部を意味する。半導体基板１７は、図２に示すように厚み方向に見た形状が長方形状であり、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板から成る。
第１基板１３は、この第１基板１３の一方主面１３ａを、半導体基板１７の一方主面１７ａに対向させて設けられる基板であり、カバー用基板などとも呼ばれる基板である。この第１基板１３の一方主面１３ａに、電子部品１２が第１接続手段である第１接合材１９を介して搭載される。半導体基板１７の一方主面１７ａと第１基板１３の一方主面１３ａとが、第１接合材１９によって接合され、電子部品１２と第１基板１３とが、機械的に接続されて設けられる。
第１基板１３は、厚み方向に見た形状が長方形状であり、半導体基板１７よりも大きい基板であり、図２の紙面に投影した場合、第２基板１４と、領域が一致する。第１基板１３は、ＭＥＭＳ１１を封止するための蓋体として機能するとともに、第１配線導体１５および第１接合材１９を形成するための基体として機能する。また第１接合材１９は、ＭＥＭＳ１１を取り囲むように、無端環状に形成され、第１基板１３と協働してＭＥＭＳ１１を気密に封止する。第１接合材１９は、図２に示すように長方形枠状に形成され、半導体基板１７および第１基板１３が、全周にわたって外方へ突出するように設けられる。
第１基板１３は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。また第１基板１３は、絶縁材料、たとえばセラミックス材料、有機樹脂材料および複合材料などから成る。セラミックス材料は、たとえば酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体などである。有機樹脂材料は、たとえばポリイミド、ガラスエポキシ樹脂などである。複合材料は、たとえばセラミックスおよびガラスなどの無機粉末をエポキシ樹脂などの有機樹脂で結合して成る材料である。また第１基板１３は、ガラスから成ってもよい。
たとえば、第１基板１３は、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムとガラス粉末などの原料粉末をシート状に形成したグリーンシートを複数枚積層し、焼成することによって形成される。第１基板１３は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途や気密封止する電子部品１２の特性などに応じて適したものを選択することが好ましい。
またたとえば、第１基板１３は、第１接合材１９を介して半導体基板１７と接合されるので、半導体基板１７との接合の信頼性、つまりＭＥＭＳ１１の封止の気密性を高くするためには、ムライト質焼結体、たとえばガラス成分の種類および添加量を調整することにより熱膨張係数を半導体基板１７の熱膨張係数に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系などのガラスセラミックス焼結体など、半導体基板１７の熱膨張係数の差が小さい熱膨張係数を有する材料で形成することが好ましい。
またたとえば、第１基板１３は、その第１基板１３に形成される第１配線導体１５などの配線により伝送される電気信号の遅延を防止するような場合には、ポリイミドおよびガラスエポキシ樹脂などの有機樹脂材料、セラミックスおよびガラスなどの無機粉末をエポキシ樹脂などの有機樹脂で結合して成る複合材、ならびに酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系および酸化リチウム系などのガラスセラミックス焼結体などのような比誘電率の小さい材料で形成することが好ましい。
またたとえば、第１基板１３は、封止するＭＥＭＳ１１の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とするような場合には、窒化アルミニウム質焼結体などのような熱伝導率の大きな材料で形成することが好ましい。
第２基板１４は、この第２基板１４の一方主面１４ａを、第１基板１３の一方主面１３ａに対向させて設けられる基板であり、インタ-ポーザなどとも呼ばれる基板である。この第２基板１４の一方主面１４ａに、第１基板１３が第２接続手段である第２接合材２０を介して搭載される。第１基板１３と第２基板１４との間に、電子部品１２が挟まれるように配置され、第１基板１３の一方主面１３ａと第２基板１４の一方主面１４ａとが、第２接合材２０によって接合され、第１基板１３と第２基板１４とが機械的に接続されて設けられる。
第２基板１４は、図２に示すように厚み方向に見た形状が長方形状である。第２基板１４は、第１基板１３と協働して電子部品１２を封止するためのカバー体として機能するとともに、第２配線導体１６を形成するための基体として機能する。また第２接合材２０は、電子部品１２を取り囲むように、無端環状に形成され、第１および第２基板１３，１４と協働して電子部品１２を気密に封止する。第２接合材２０は、図２に示すように、長方形枠状に形成され、第１および第２基板１３，１４の最外周部同士を接合する。
第２基板１４は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。また第２基板１４は、第１基板１３と同様の絶縁材料によって形成される。
たとえば、第２基板１４は、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムとガラス粉末などの原料粉末をシート状に形成したグリーンシートを複数枚積層し、焼成することによって形成される。第２基板１４は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途や気密封止する電子部品１２の特性などに応じて適したものを選択することが好ましい。
またたとえば、第２基板１４は、第２接合材２０を介して第１基板１３と接合されるので、第１基板１３との接合信頼性およびプリント基板２との接合信頼性を考慮して、アルミナフィラーにホウ珪酸ガラスを添加したガラスセラミック燒結体（酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系のガラスセラミックス）を用いても良い。この場合第２基板１４の熱膨張係数は第１基板１３とプリント基板２の間の値とするのが好ましい。たとえば第１基板１３がパイレックス（Ｒ）ガラス基板からなる場合、第２基板の熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃以上１０ｐｐｍ／℃以下程度とするのが好ましい。
またたとえば、第２基板１４は、その第２基板１４に形成される第２配線導体１６などの配線により伝送される電気信号の遅延を防止するような場合には、セラミックスおよびガラスなどの無機材料、特にガラスセラミック燒結体を用いるのが好ましい。例えば酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系のガラスセラミックスは誘電正接も低く、また配線導体も低抵抗な銅、Ａｇ、Ａｕ等の導体材料を用いることができるため高周波特性に優れたものとすることができる。
またたとえば、第２基板１４は、封止する電子部品１２のＭＥＭＳ１１の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とするような場合には、窒化アルミニウム質焼結体などのような熱伝導率の大きな材料で形成することが好ましい。
第１および第２接合材１９，２０は、金属材料、無機系材料、樹脂材料などから成る。第１および第２接合材１９，２０に用いられる金属材料は、錫−銀系および錫−銀−銅系などの半田、金−錫ろうなどのろう材などである。第１および第２接合材１９，２０に用いられる無機系材料は、たとえばＰｂＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ系、Ｂｉ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｒ、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ（Ｒはアルカリ金属の酸化物、或いはアルカリ土類金属の酸化物）などのガラス材料が用いられる。また、半導体基板１７がシリコン基板からなる場合、熱膨張係数を近づけるため低熱膨張フィラー（コーディエライト：２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ３、燐酸タングステン酸ジルコニウム：Ｚｒ２ＷＯ４（ＰＯ４）２、燐酸ジルコニウム：（ＺｒＯ）２Ｐ２Ｏ７、β石英：ＳｉＯ２）をガラス材料に混合してもよい。第１および第２接合材１９，２０に用いられる樹脂材料は、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれであってもよく、たとえばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリマーなどである。
また、第１および第２接合材１９，２０は、シールリングを含むものであってもよく、シールリングの上下面に接合材を設けたものを第１および第２接合材１９，２０と見なすこともできる。この場合、接合材は、前述のような材料から成る。またシールリングは、金属材料、無機系材料、樹脂材料などから成る。シールリングに用いられる金属材料は、たとえば鉄−ニッケル−コバルト合金および鉄−ニッケル合金などの鉄−ニッケル系合金、無酸素銅、アルミニウム、ステンレス鋼、銅−タングステン合金ならびに銅−モリブデン合金などである。シールリングに用いられる無機系材料は、たとえば酸化アルミニウム質焼結体およびガラスセラミックス焼結体などである。シールリングに用いられる樹脂材料は、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびガラスエポキシ樹脂などの有機樹脂系材料ならびにその他の樹脂である。このようなシールリングを含む場合、半導体基板１７と第１基板１３との間、または第１基板１３と第２基板１４との間に、ＭＥＭＳ１１や電子部品１２を収容するための空洞を容易に形成することができる。
また第１および第２接合材１９，２０を各基板１３，１４，１７に接合する方法としては、錫−銀系などの半田、金−錫ろうなどのろう材を用いて、公知のリフロー炉による接合、あるいはウエハーボンダー装置等による熱圧着による接合方法等を用いることができる。
第１配線導体１５は、第１基板１３の一方主面１３ａに形成され、第１接続端子２１を介して、半導体基板１７の一方主面１７ａに形成される電極１８に、電気的に接続される。したがって第１配線導体１５は、第１基板１３の一方主面１３ａにおいて、電子部品１２の電極１８に電気的に接続される。本実施の形態では、図２に示すように、第１接合材１９の外方側に、第１接合材１９を挟むようにして２つの第１接続端子２１が設けられている。
図２に示すように電子部品１２が、第２接合材２０の内方に配置され、封止される構成であり、第１配線導体１５が、第１接合材１９の外方側で電極１８に接続される。これによって、第１接合材１９をできるだけ内方に配置することができる。半導体基板１７と第１基板１３とを機械的に接続する第１接合材１９を内方に配置することによって、半導体基板１７の熱膨張係数と第１基板１３の熱膨張係数の差異によって半導体基板１７に生じる熱応力をできるだけ小さくし、半導体基板１７に生じる歪をできるだけ小さくすることができる。
なお、第１配線導体１５を、第１接合材１９の内方側で電極１８に接続してもよい。この場合、電極１８および第１配線導体１５の接続部が第１接合材１９で良好に封止され、保護される。これによって良好な電気的接続状態を保つことができる。
第２配線導体１６は、第２基板１４に、第２基板１４を一方主面１４ａから他方主面１４ｂに厚み方向へ貫通して形成される。この第２配線導体１６は、第２基板１４の一方主面１４ａで露出する部分が、第２接続端子２２を介して、第１基板１３の一方主面１３ａに形成される第１配線導体１５に、電気的に接続される。したがって第２配線導体１６は、第１基板１３の一方主面１３ａにおいて、第１配線導体１５に電気的に接続される。
本実施の形態では、図２に示すように第２接合材２０の内方側に、前述の２つの第１接続端子２１を挟むように、２つの第２接続端子２２が設けられる。各第１接続端子２１および各接続端子２２は、図２の紙面に投影した場合、ＭＥＭＳ１１の中心を通る直線に沿って並んでいる。
図２に示すように、第２配線導体１６は、第２接合材２０の内方側で、第１配線導体１５に接続される。これによって、第１および第２配線導体１５，１６の接続部が封止され、保護される。これによって良好な電気的接続状態を保つことができる。
なお、第２配線導体１６を、第２接合材２０の外方側で、第１配線導体１５に接続してもよい。この場合、第２接合材２０をできるだけ内方に配置することができる。第２基板１４と第１基板１３とを機械的に接続する第２接合材２０を内方に配置することによって、第２基板１４の熱膨張係数と第１基板１３の熱膨張係数の差異によって第１基板１３に生じる熱応力をできるだけ小さくし、第１基板１３に生じる歪をできるだけ小さくすることができる。
このような電子装置１０は、第２基板１４の他方主面１４ｂを、プリント基板２５に対向させ、そのプリント基板２５に実装される。プリント基板２５には、図示を省略する配線が形成されており、第２配線導体１６における第２基板１６の他方主面１４ｂで露出する部分が、第３接続端子２３を介してプリント基板２５の配線に電気的に接続される。これによって、ＭＥＭＳ１１が、プリント基板２５に搭載される他の電子回路など、外部電子回路に電気的に接続される。また電子装置１０は、第３接続端子２３によって、プリント基板２５に機械的に接続される。このように電子装置１０は、第３接続端子２３によって、プリント基板２５に電気的および機械的に接続され、プリント基板２５に搭載される。
なお、第２配線導体１６は、第２基板１４を貫通しなくてもよく、第２基板１４の側面に形成されてもよい。また、第２配線導体１６を、第２基板１４の一方主面１４ａの第１基板１３よりも外側に位置する部位に引き出すことによって、第１基板１３の一方主面１４ａをプリント基板２５に対向させてプリント基板２５に実装させることも可能である。
プリント基板２５は、配線基板およびボードなどとも呼ばれる、電子装置１０の実装対象となる基板である。このプリント基板２５は、たとえばエポキシ樹脂などの絶縁材料から成る本体に、導電性材料から成る配線が形成される構成である。
第１および第２配線導体１５，１６ならびに電極１８は、導電性材料、たとえば銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガンなどの金属材料によって形成される。これら配線導体１５，１６は、金属薄膜によって実現され、たとえばメタライズ、めっき、蒸着などの方法によって、金属の薄膜を被着させて形成することができる。たとえば、タングステンの薄膜を第１配線導体１５として、メタライズ法によって形成する場合であれば、タングステンのペーストを第１基板１３となるグリーンシートに印刷し、これをグリーンシートとともに焼成することにより形成される。
第１〜第３接続端子２１〜２３は、導電性材料、たとえば錫−銀系および錫−銀−銅系などの半田、金−錫ろうなどの低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系などの高融点ろう材、導電性有機樹脂ならびにシーム溶接および電子ビーム溶接などの溶接法による接合が可能な金属材料などによって形成されている。
このような電子装置１０では、電子部品１２が、半導体基板１７を第１基板１３の一方主面１３ａに対向させて設けられ、第１基板１３は、その一方主面１３ａを第２基板１４の一方主面１４ａに対向させて設けられ、半導体基板１７および第２基板１３が、共に、第１基板１３の一方主面１３ａに電気的および機械的に接続される。これによって、第１基板１３には、内部配線および側面配線が不要であり、一方主面１３ａにだけ配線を形成すればよく、第１配線導体１５は、第１基板１３の一方主面１３ａにだけ形成されている。したがってＭＥＭＳ１１に電気的に接続される電極１８を、プリント基板２５の配線に電気的に接続するための配線の配線長を短くし、その配線を低抵抗化することができ、低消費電力で電気特性に優れた電子装置１０を実現することができる。また電子装置１０の構成を簡素にし、電子装置１０を容易に製造することができる。
また第１基板１３の一方主面１３ａに、凹部２７が形成され、ＭＥＭＳ１１が収容されている。このように半導体基板１７から電極１８などと比べて突出して形成されるＭＥＭＳ１１を収容する凹部２７を第１基板１３に設けることによって、第１接合材１９および第１接続端子２１などの高さ寸法、つまり半導体基板１７および第１基板１３などの厚み方向に相当する方向の寸法を小さくすることができる。
さらに第２基板１４の一方主面１４ａに、凹部２８が形成され、電子部品１２が収容されている。このように第１基板１３から第１配線導体１５などと比べて突出して形成される電子部品１２を収容する凹部２８を第２基板１４に設けることによって、第２接合材２０および第２接続端子２２などの高さ寸法、つまり第１および第２基板１３，１４などの厚み方向に相当する方向の寸法を小さくすることができる。
このように第１および第２基板１３，１４に凹部２７，２８を形成して、第１および第２接合材１９，２０ならびに第１および第２接続端子２１，２２の高さ寸法を小さくすることによって、電子装置１０の厚み方向の寸法を小さくし、低背化することができる。このような各凹部２７，２８は、必須の構成ではなく、これら各凹部２７，２８が形成されていない構成であってもよいし、いずれか一方だけが形成されている構成であってもよい。各凹部２７，２８のいずれか一方だけでも形成すれば、各凹部２７，２８を形成しない構成に比べて、低背化が可能である。
また第１接合材１９が、ＭＥＭＳ１１を取り囲むように無端環状に形成され、ＭＥＭＳ１１が封止される。さらに電子部品１２が第１および第２基板１３，１４間に挟まれるように配置され、第２接合材２０が、ＭＥＭＳ１１を備える電子部品１２を取り囲むように無端環状に形成され、電子部品１２が封止される。したがってＭＥＭＳ１１が、内側の第１接合材１９および外側の第２接合材２０によって二重に外囲されて封止され、ＭＥＭＳ１１の良好な封止状態が得られる。
第１接合材１９には、各種の材料から成る接合材を用いることができるが、たとえば樹脂から成る接合材が用いられる。樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよく、機械的な接続作用を有するものであればよい。樹脂から成る接合材は、金属から成る接合材にくらべて、封止精度が劣る場合もあるが、前述のようにＭＥＭＳ１１が２つの接合材１９，２０によって二重に封止される構成であるので、第１接合材１９として、樹脂から成る接合材を用いることができる。
このように樹脂から成る接合材を第１接合材１９として用いることによって、ガラスなどに比べて低い温度での加熱処理によって、半導体基板１７と第１基板１３とを接合することができる。ガラスの融点は、４００℃以上であるが、第１接合材１９は、たとえば融点が２５０℃以上３００℃以下の樹脂など、３００℃以下の温度での加熱処理で、半導体基板１７と第１基板１３とを接合可能な樹脂から成ることが好ましい。このような樹脂から成る第１接合材１９を用いることによって、ＭＥＭＳ１１などへの熱による悪影響を与えないように、半導体基板１７と第１基板１３とを接合して、電子部品１２を第１基板１３に搭載することができる。
また、第１接合材１９を樹脂から成る接合材とすることにより、第１配線導体１５上に直接、第１接合材１９を密着させることができる。すなわち、第１接合材１９に半田のような導電材を用いると、第１配線導体１５とショートしないように第１配線導体１５と導電材から成る第１接合材１９との間に絶縁体を設ける必要があるが、第１接合材１９が絶縁性の樹脂から成る場合は、そのような絶縁体を別途設ける必要はない。
後述するように、半導体基板１７と第１基板１３との第１接合材１９による機械的接続と、半導体基板１７と第１基板１３との第１接続端子２１による電気的接続とが、同時に実行されるので、第１接合材１９として樹脂を用いる場合、第１接続端子２１は、できるだけ低温での加熱処理で電気的接続が可能な材料から成ることが好ましく、錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）系半田に銅（Ｃｕ）フィラーを添加した半田、鉛−錫（Ｐｂ−Ｓｎ）系の高温半田あるいは錫−金（Ｓｎ−Ａｕ）合金系材料、Ａｕ材料を用いることが好ましい。
第１接合材１９の材料となる樹脂は、たとえばベンゾシクロブテン樹脂である。ベンゾシクロブテン樹脂は、たとえばフリットガラスなどに比べて低い比較的低温の加熱処理で、ＭＥＭＳ１１に熱による悪影響を与えないように、半導体基板１７と第１基板１３とを接合することができる。しかもベンゾシクロブテン樹脂は、熱硬化性樹脂であり、第１接合材１９による接合後に、たとえば第２接合材１６による接合または電子装置１０のプリント基板２５への実装時など、後続の処理時において加熱処理されても第１接合材１９が軟化して接合状態が解除されることはない。
また第１接合材１９の材料となる樹脂は、たとえば液晶ポリマーである。液晶ポリマーは、たとえばフリットガラスなどに比べて融点を低い比較的低温の加熱処理で、ＭＥＭＳ１１に熱による悪影響を与えないように、半導体基板１７と第１基板１３とを接合することができる。接合方法は例えば、ウエハーボンダー装置等による熱圧着接合法にて接合することにより比較的低温で、確実に接合することができる。しかも液晶ポリマーは、熱可塑性樹脂ではあるが、第１接続手段による接合後に、第１接合材１９による接合後に、たとえば第２接合材１６による接合または電子装置１０のプリント基板２５への実装時など、後続の処理時において加熱処理されて、融点付近の温度に加熱されても、半田のように完全な溶融状態とならずに、粘度が低下する程度で形状を保持するので、第１接合材１９による接合状態が解除されることはない。
第２接合材２０には、各種の材料から成る接合材を用いることができるが、たとえば金属から成る接合材が用いられる。金属から成る第２接合材２０を用いて、電子部品１２を取り囲むように設けることによって、電子部品１２を良好に封止することができる。
第２接合材２０の材料となる金属は、たとえば金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金系、錫−銅（Ｓｎ−Ｃｕ）合金系、錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金系および鉛−錫（Ｐｂ−Ｓｎ）合金系のうち少なくとも一種を含む金属から成るろう材である。これらの金属は、他の金属に比べて融点が低い比較的低融点の金属である。したがって第２接合材２０による良好な封止状態を得られるとともに、樹脂から成る第１接合材１９を用いて半導体基板１７と第１基板１３とを接合後に、第１接合材１９による接合が解除されないように低い温度で加熱処理し、第１基板１３と第２基板１４とを第２接合材２０によって接合することができる。
後述するように、第１および第２基板１３，１４の第２接合材２０による機械的接続と、第１および第２基板１３，１４の第２接続端子２２による電気的接続とが、同時に実行されるので、第１接続端子２２は、第２接合材２０と同程度の温度での加熱処理で電気的接続が可能な材料から成ることが好ましく、たとえば第２接合材２０と同一の材料を用いることが好ましい。
また電子装置１０を構成する３つの基板１３，１４，１７は、機械的な接続経路を辿ったときにプリント基板２５から遠くなるにつれて、熱膨張係数が除々に小さくなるように、材料が設定されている。したがって第２基板１４の熱膨張係数がプリント基板２５の熱膨張係数よりも小さく、第１基板１３の熱膨張係数が第２基板１４の熱膨張係数よりも小さく、半導体基板１７の熱膨張係数が第１基板１３の熱膨張係数よりも小さい。各基板１３，１４，１７，２５の熱膨張係数の関係がこのような関係となるように、各基板１３，１４，１７，２５の材料が、前述の材料から選定される。
各基板１３，１４，１７，２５を、各熱膨張係数が前述の関係を有するように構成することによって、互いに機械的に接続される基板間での熱膨張係数の差を小さく抑え、半導体基板１７に熱応力によって生じる歪を抑制することができる。しかも第１基板１３の一方主面１３ａに、第１基板１３の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する半導体基板１７と、第１基板１３の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する第２基板１４とが機械的に接続されるので、第１基板１３の熱膨張係数と半導体基板１７の熱膨張係数との差異によって第１基板１３に与えられる曲げモーメントと、第１基板１３の熱膨張係数と第２基板１４の熱膨張係数との差異によって第１基板１３に与えられる曲げモーメントが、互いに相殺される。これによって第１基板１３の反りを低減することができ、電子装置１０全体の反りを低減することができる。したがって半導体基板１７の反りを低減し、半導体基板１７の歪を低減することができ、ＭＥＭＳ１１を良好に作動可能な状態に保つことができる。
さらにＭＥＭＳ１１を、光学的な処理動作を実行する光学微小電子機械機構とし、第１基板１３を透光性を有する材料、たとえばガラスから成る構成することによって、電子装置１０を、光学デバイスを実現することができる。電子部品１２を第１および第２基板１３，１４間に配置する構成であるので、第１基板１３が透光性を有する構成とすることによって、ＭＥＭＳ１１の光路を確保し、好適な光学デバイスを実現することができる。光学デバイスとしては、たとえばデジタルミラーデバイスまたはデジタルマイクロミラーデバイスなどと呼ばれるデバイスを実現することができる。
図３は、本発明の実施の他の形態の電子装置１０Ａを示す断面図である。この形態は、図１の形態と類似しており、対応する構成に同一の符号を付し、同様の構成は説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。本発明の電子装置１０Ａは、さらに半導体論理素子１００を搭載する構成であってもよい。半導体論理素子１００は、半導体から成り、論理演算する回路素子である。たとえば、ＭＥＭＳ１１が加速度センサや角速度センサ等のセンシングを行なう場合、センシングした信号を処理するために、半導体論理素子１００を必要とすることがある。また本発明では、半導体論理素子１００を用いてＭＥＭＳ１１を制御する構成とすることができる。このような場合に、第１基板１３または第２基板１４に半導体論理素子１００を搭載することによって、これらを一体化することができ、半導体論理素子１００を備える電子装置１０を小型化することができる。
図３に示す実施の形態では、半導体論理素子１００は、第２基板１４に搭載されている。そして半導体論理素子１００は、第２配線導体１６に電気的に接続されることによって、ＭＥＭＳ１１と電気的に接続される。これによって、ＭＥＭＳ１１で検出した信号を半導体論理素子１００で論理演算したり、半導体論理素子１００でＭＥＭＳ１１の駆動の制御をしたりすることが可能となる。このような構成の電子装置１０Ａもまた、図１の形態の電子装置１０と同様の効果を達成することができ、されに加えて、次のような独自の効果を達成することができる。
図３に示すように半導体論理素子１００が第２基板１４に搭載されることによって、半導体論理素子１００とＭＥＭＳ１１とを熱的に遮断することができる。つまり、半導体論理素子１００とＭＥＭＳ１１は、互いに異なる第２基板１４および第１基板１３に、それぞれ別々に搭載されているため、半導体論理素子１００で発熱しても、その熱がＭＥＭＳ１１に伝わり難くなる。これによって、半導体論理素子１００で発生する熱がＭＥＭＳ１１に悪影響を及ぼすことを、有効に抑制することができる。
またたとえば、ＭＥＭＳ１１がピエゾ抵抗検出型の加速度センサである場合、加速度を検出するピエゾ抵抗値はＭＥＭＳ１１を取り囲む環境温度の影響を受け易いことが知られているが、本発明のようにＭＥＭＳ１１と半導体論理素子１００とを熱的に遮断することによってＭＥＭＳ１１による検出精度を高くし、検出信号（加速度センサの場合は加速度）の信頼性を高くすることが可能となる。このようにＭＥＭＳ１１の動作精度を高くすることができる。
また図３に示す形態では、半導体論理素子１００は、第２基板１４の一方主面１４ａに、半導体基板１７と対向するように搭載されている。これによって、半導体基板１７と半導体論理素子１００とを対称に近い配置にすることができる。つまり半導体から成る半導体基板１７と半導体論理素子１００が対向し、これらの外側に第１基板１３および第２基板１４が設けられ、電子装置１０Ａにおける厚み方向の対称性を高くすることができる。これによって、ＭＥＭＳ１１の歪をよりいっそう有効に防止できる。より好ましくは、半導体基板１７と半導体論理素子１００とを同じ組成の材料から形成するのがよい。これによって、対称性をより高めることができ、ＭＥＭＳ１１の歪をさらに有効に防止できる。
また図３に示す形態では、第２接合手段２０が、半導体論理素子１００および電子部品１２を取り囲むように形成される。これによって、半導体論理素子１００と電子部品１２とを同時に封止することができ、半導体論理素子１００を封止するための手段を別途設ける必要がなくなり、小型、軽量化が容易となる。
図４は、本発明の実施のさらに他の形態の電子装置１０Ｂを示す断面図である。この形態は、図３の形態と類似しており、対応する構成に同一の符号を付し、同様の構成は説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。この形態では、図４に示すように、第２基板の他方主面１４ｂに凹部１０２が形成され、半導体論理素子１００は、第２基板の他方主面１４ｂの凹部１０２内に収容される。
この場合、半導体論理素子１００は、封止手段によって封止される。封止手段は、たとえば封止樹脂１０１であり、封止樹脂１０１でモールドして封止する構成であってもよい。また封止手段は、金属および絶縁体などから成る蓋体であり、この蓋体で凹部１０２を塞ぐ構成であってもよい。またこれ以外の構成で、半導体論理素子１００を封止するようにしてもよい。このように半導体論理素子１００を封止することによって、半導体論理素子１００を保護し、耐久性を高くすることができる。
このような構成の電子装置１０Ｂもまた、図１の形態の電子装置１０と同様の効果を達成することができ、さらに加えて、図３の形態の電子装置１０Ａと同様に、ＭＥＭＳ１１と半導体論理素子１００とが協働して動作する構成を実現し、これによる効果を同様に達成することができる。ＭＥＭＳ１１と半導体論理素子１００との熱的遮断効果を高くすることができ、半導体論理素子１００で発生する熱のＭＥＭＳ１１への悪影響をより確実に防止し、たとえばＭＥＭＳ１１がセンサである場合の検出精度など、ＭＥＭＳ１１の動作精度を高くすることができる。
図５は、本発明の製造方法に従う電子装置１０の製造手順を示すフローチャートである。図６Ａ〜図６Ｄは、図５の製造手順を説明するための断面図である。図５および図６Ａ〜図６Ｄには、図１の形態の電子装置１０の製造手順を示すが、図３および図４の形態の電子装置１０Ａ，１０Ｂの製造手順に適用可能である。図６Ａ〜図６Ｄには、図１に示す部位と同一の部位に同一の符号を付す。電子装置１０の製造を製造するにあたって、ステップｓ０で製造開始した後、ステップｓ１の工程で電子部品母基板３０を準備し、ステップｓ２の工程で第１母基板３１を準備し、ステップｓ３の工程で、第２母基板３２を準備する。これらステップｓ１〜ｓ３の各工程は、順序が前後してもよいし、同時並行で実行されてもよい。またステップｓ３の工程は、少なくとも後述のステップｓ６よりも前に実行されればよく、ステップｓ４，ｓ５の各工程間で実行されてもよいし、ステップｓ５，ｓ６の各工程間で実行されてもよい。
電子部品母基板３０は、図６Ａに示すように、半導体基板１７の一方主面１７ａにＭＥＭＳ１１およびこれに電気的に接続された電極１８が形成されて成る電子部品領域１２が、一体的に連なって複数個配列形成される基板である。電子部品領域１２は、後述のように切断されたときに個々の電子部品１２となる領域であり、同一の符号「１２」を付して示す。電子部品領域１２は、たとえば行列状に整列配置されている。
電子部品母基板３０は、シリコン基板の表面に酸化シリコン層を形成するとともに、フォトリソグラフィなどの微細配線加工技術を応用して、微小な振動体などのＭＥＭＳ１１および円形状パターンなどの導体から成る電極１８が形成された電子部品領域１２を多数個配列させて、形成される。ＭＥＭＳ１１と電極１８とは、半導体基板１７の一方主面１７ａに形成された微細配線を介して電気的に接続されていてもよい。
第１母基板３１は、図６Ａに示すように、第１基板領域１３が、一体的に連なって複数個配列形成される基板である。第１基板領域１３は、後述のように切断されたときに個々の第１基板１３となる領域であり、同一の符号「１３」を付して示す。第１基板領域１３は、電子部品母基板３０と第１母基板３１とを対向させたときに、各電子部品領域１２と１対１で対向するように、各電子部品領域１２に対応する位置に形成され、たとえば行列状に整列配置されている。各第１基板領域１３の一方主面１３ａに、第１配線導体１５、第１接合材１９および第１接続端子２１が形成されている。
第２母基板３２は、図６Ｄに示すように、第２基板領域１４が、一体的に連なって複数個配列形成される基板である。第２基板領域１４は、後述のように切断されたときに個々の第２基板１４となる領域であり、同一の符号「１４」を付して示す。第２基板領域１４は、第１および第２母基板３１，３２を対向させたときに、各第１基板領域１３と１対１で対向するように、各第１基板領域１３に対応する位置に形成され、たとえば行列状に整列配置されている。各第２基板領域１４を貫通して第２配線導体１６が形成され、各第２基板領域１４の一方主面１４ａに、第２接合材２０および第２接続端子２２が形成されている。
図３および図４に示す形態の電子装置１０Ａ，１０Ｂを製造する場合、この第２母基板３２は、各第２基板領域１４に、半導体論理素子１００が搭載されている。図３の形態の電子装置１０Ａの場合、半導体論理素子１００が各第２基板領域１４の一方主面１４ａに搭載され、第２配線導体１６に電気的に接続される。また図４の形態の電子装置１０Ｂの場合、各第２基板領域１４の他方主面１４ｂに凹部１０２が形成され、半導体論理素子１００が各凹部１０２に収容され、第２配線導体１６に電気的に接続される。この状態で封止樹脂１０１または蓋体などの封止手段によって、半導体論理素子１００を封止しておく。
第１母基板３１は、たとえば、一例として、第１基板１３が酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体から成り、第１配線導体１５が銀から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウムなどの原料粉末を、有機樹脂、バインダとともに混練してスラリーを得て、このスラリーをドクターブレード法およびリップコータ法などによってシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより形成することができる。
また第２母基板３２では、第２基板１４が酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体から成り、第２配線導体１６が銀から成る場合、前述と同様のグリーンシートに貫通孔を形成しておき、同様のメタライズペーストを充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより形成することができる。
さらにこれらのグリーンシートのうち、一部のものに打ち抜き加工を施して四角形状などの開口部を形成しておき、これを一方主面側に配置して焼成することによって、第１および第２基板１３，１４に凹部２７，２８を形成することができる。
また第１接合材１９が例えば、ガラスフリット材料からなる場合であれば、ガラス粉末（Ｚｎ−ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス）に適切なフィラー粉末（燐酸タングステン酸ジルコニウムＺｒ２ＷＯ４（ＰＯ４）２）を添加し、これに適切なバインダとともに混練してガラスフリットペーストを得てこれを印刷塗布し、焼成することにより第１接合材１９を第１母基板３０に形成することができる。
また、第２接合材２０は、たとえば、金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金からなる場合であれば、金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金ペーストを印刷塗布し、３００℃程度の温度のリフロー炉で加熱加圧処理して第２接合材２０を第２母基板３１上形成することができる。
さらに第１および第２母基板３１には、第１接合材１９とほぼ同じ高さになるように金（Ａｕ）バンプ等で形成する。金（Ａｕ）バンプは金（Ａｕ）ワイヤーとワイヤーボンド装置を用いて周知のスタッドバンプの形成手法を用いて形成する事が可能である。
また、第２接合端子２２はたとえば金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）系などの半田から成る場合であれば、この半田のボールを位置決めして加熱して溶融させたのち、冷却することによって接合させることによって、あるいは第２接合材２０を形成する時に一括して印刷塗布する事によって形成する事ができる。
ステップｓ４の工程では、図６Ａに示すように、電子部品母基板３０の一方主面と第１母基板３１の一方主面とを対向させる。電子部品母基板３０の一方主面は、各半導体基板１７の一方主面１７ａを有する主面である。第１母基板３１の一方主面は、各第１基板１３の一方主面１３ａを有する主面である。また電子部品母基板３０および第１母基板３１は、各電子部品領域１２と各第１基板領域１３とが１対１で対向するように配置される。
ステップｓ４の工程では、さらに、図６Ｂに示すように、各電子部品領域１２と各第１基板領域１３とを接合する。このときたとえば加熱と圧力印加が可能な装置、たとえば、ウエハーボンディング装置を用いることで安定的に電子部品母基板３０および第１母基板３１間の接合を行なうことができる。接合温度は３５０℃〜４５０℃、圧力は第１接合材１９としてのガラスの種類や接合温度に合わせて適切な値を選択する。これにより各電子部品領域１２の電極１８と、それに対応する各第１基板領域１３の第１配線導体１５とを、第１接続端子２１によって電気的に接続するとともに、各電子部品領域１２の半導体基板１７の一方主面１７ａとそれに対応する第１基板領域１３の一方主面１３ａとを、第１接合材１９を介して接合して機械的に接続し、ＭＥＭＳ１１を気密に封止する。
次にステップｓ５の工程では、図６Ｃに示すように、たとえばダイシング刃などの切断刃３３を用いて、電子部品母基板３０を、各電子部品領域１２ごとに分断するように切断する。電子部品母基板３０は、各電子部品領域１２を互いに接続している部分を切除するように切断される。このステップｓ５では、第１母基板３１は切断されず、電子部品母基板３０だけが切断される。
次にステップｓ６の工程では、ステップｓ５で電子部品母基板３０が切断されることによって、各第１基板領域１３に各電子部品１２が搭載された状態となった第１母基板３０の一方主面と、第２母基板３２の一方主面とを、図６Ｄに示すように対向させる。第２母基板３２の一方主面は、各第２基板１４の一方主面１４ａを有する主面である。また各電子部品１２が搭載された第１母基板３１および第２母基板３２は、各電子部品１２および各第１基板領域１３と、各第２基板領域１４とが、１対１で対向するように配置される。
さらにステップｓ６の工程では、さらに、たとえば約２８０℃以上３００℃以下程度の温度のリフロー炉で加熱加圧処理して、各第１基板領域１３の第１配線導体１６と、それに対応する各第２基板領域１４の第２配線導体１６とを、第２接続端子２２によって電気的に接続するとともに、各第１基板領域１３の一方主面１３ａとそれに対応する各第２基板領域１４の一方主面１４ａとを、第２接合材２０を介して接合して機械的に接続する。
そして次のステップｓ７の工程で、第１母基板３１を各第１基板１３領域ごとに切断するとともに、第２母基板３２を各第２基板領域１４ごとに切断する。第１および第２母基板３１，３２は、切断刃を用いて、各第１基板領域１３を互いに接続している部分および各第２基板領域１４を互いに接続している部分を切除するように切断される。第１および第２母基板３１，３２を切断する切断刃は、電子部品母基板３０を切断する切断刃３３と同一の切断刃であってもよいし、異なる切断刃であってもよい。このように第１および第２母基板３１，３２が切断され、個々の電子装置１０が得られ、ステップｓ８で電子装置１０の製造手順が終了する。
このような手順で製造することによって、複数の電子装置１０を、容易かつ確実に、多数個製造することができ、生産性を高くすることができる。また電子部品母基板３０、第１母基板３１および第２母基板３２を切断するときには、ＭＥＭＳ１１は封止されているので、切断時に発生するシリコン等の半導体基板の切削粉がＭＥＭＳ１１に付着するようなことはなく、得られる微小電子機械機構装置の微小電子機械機構が作動不良を起こすことがない。したがって良好に作動する電子装置１０を得ることができる。
図７は、本発明の製造方法に従う電子装置１０の他の製造手順を示すフローチャートである。図８は、図７の製造手順を説明するための断面図である。図７および図８には、図１の形態の電子装置１０の製造手順を示すが、図３および図４の形態の電子装置１０Ａ，１０Ｂの製造手順に適用可能である。図８には、図１に示す部位と同一の部位に同一の符号を付す。また図７に示す製造手順は、図５に示す製造手順と類似しており、異なる点についてだけ説明する。図７の製造手順におけるステップａ０〜ａ２は、図５の製造手順のステップｓ０〜ｓ２と同様である。ステップａ３の工程では、複数の第２基板１４を準備する。各ステップａ１〜ａ３の各工程は、順序が前後してもよいし、同時並行で実行されてもよい。またステップａ３の工程は、少なくとも後述のステップａ６よりも前に実行されればよく、ステップａ４，ａ５の各工程間で実行されてもよいし、ステップａ５，ａ６の各工程間で実行されてもよい。
電子部品母基板３０および第１母基板３１は、前述のようにして形成される。各第２基板１４は、たとえば前述の第２母基板３２を形成し、各第２基板領域１４ごとに切断して形成することができる。図３および図４に示す形態の電子装置１０Ａ，１０Ｂを製造する場合、第２母基板３２の各第２基板領域１４に、半導体論理素子１００を、搭載しておけばよい。
図７のステップａ４およびａ５の工程は、図５のステップｓ４およびｓ５と同様の工程である。
次にステップａ６の工程では、第１母基板３１の第１基板領域１３の一方主面１３ａと、各第２基板１４の一方主面１４ａとを、１対１に対応させて対向させる。そしてさらに、たとえば約３２０℃以上３５０℃以下程度の温度のリフロー炉で加熱処理して、各第１基板領域１３の第１配線導体１５と、対応する第２基板１４の第２配線導体１６とを、第２接続端子２２によって電気的に接続するとともに、各第１基板領域１３の一方主面１３ａとそれに対応する各第２基板１４の一方主面１４ａとを、第２接合材２０を介して接合して機械的に接続する。
ステップａ６の工程では、複数の第２基板１４を保持する治具を用い、第１母基板３１と複数の第２基板１４とを同時に接合するようにするのがよい。そして、次のステップｓ７の工程で、第１母基板３１を各第１基板１３領域ごとに切断する。第１母基板３１は、切断刃を用いて、各第１基板領域１３を互いに接続している部分を切除するように切断される。第１母基板３１を切断する切断刃は、電子部品母基板３０を切断する切断刃３３と同一の切断刃であってもよいし、異なる切断刃であってもよい。このように第１母基板３１が切断され、個々の電子装置１０が得られ、ステップａ８で電子装置１０の製造手順が終了する。
このような製造方法によれば、複数の電子装置１０を、容易かつ確実に、多数個製造することができ、生産性を高くすることができる。また電子部品母基板３０、第１母基板３１および第２母基板３２を切断するときには、ＭＥＭＳ１１は封止されているので、切断時に発生するシリコン等の半導体基板の切削粉がＭＥＭＳ１１に付着するようなことはなく、得られる微小電子機械機構装置の微小電子機械機構が作動不良を起こすことがない。したがって良好に作動する電子装置１０を得ることができる。
本発明は前述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形は可能である。たとえば、前述の実施の形態では一つの電子装置１０内に１つのＭＥＭＳ１１を封止したが、１つの電子装置１０内に複数のＭＥＭＳ１１を封止してもよい。
また、第１接合材１９および第２接合材２０の少なくとも一方を導電性として接地導体に電気的に接続させてもよい。これにより、第１および第２接合材１９，２０を電磁シールドとして機能させることができ、ＭＥＭＳ１１にノイズが生じるのを有効に防止できる。
また、第１および第２接合材１９，２０は、両方が無端環状に形成されてそれらの内側を封止する構成になっている必要はない。たとえば、第１接合材１９が無端環状でその内側を封止する構造となっている場合、第２接合材２０は、第１基板１３および第２基板１４を数箇所で部分的に接合するような構成とすることもでき、あるいは、第２接合材２０を第２接続端子２２として機能させることもできる。
また、第１配線導体１５は第１基板１３の表面だけに限らず、内部に形成してもよい。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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