(57)【要約】  本発明は、微小構造体が気密封止された微小構造体装置に関する。微小構造体装置は、微小構造体および該微小構造体に電気的に接続される電極が形成された第１面を有する第１基板と、第２面を有する第２基板と、第１面と第２面との間で微小構造体を取り囲んで気密封止する電気絶縁性の封止体と、第２面上に配置された第１導体と、第２面上に配置され、第１導体に電気的に接続される第２導体と、第２基板の内部に形成され、一部が第２面に導出されて第２導体に接続されるとともに、第２導体に接続される部位が、平面視して封止体に重なる第１配線導体とを有する。
2008066087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面を有する第１基板と、
前記第１面に形成される微小構造体と、
前記第１面に形成され、該微小構造体に電気的に接続される第１電極と、
第２面を有する第２基板と、
前記第１面と前記第２面との間で前記微小構造体を取り囲んで気密封止する電気絶縁性の封止体と、
前記第２面上に配置された第１導体と、
前記第２面上に配置され、前記第１導体に電気的に接続される第２導体と、
前記第１導体と前記第１電極とを電気的に接続する第１接続導体と、
前記第２基板の内部に形成され、一部が前記第２面に導出されて前記第２導体に接続されるとともに、前記第２導体に接続される部位が、平面視して前記封止体に重なる第１配線導体と
を備えることを特徴とする微小構造体装置。
【請求項２】
前記第１導体は、平面視したときに、前記封止体の内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の微小構造体装置。
【請求項３】
前記第１接続導体は、前記封止体に接していることを特徴とする請求項１または２に記載の微小構造体装置。
【請求項４】
前記第１面に形成され、前記微小構造体に電気的に接続される第２電極と、
前記第１面に形成され、前記第２電極に電気的に接続される第３導体と、
前記第１基板の内部に形成されるとともに、一部が前記第１面に導出されて前記第３導体に接続され、他端が該第１面と異なる別の表面に導出された第２配線導体と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の微小構造体装置。
【請求項５】
第１面を有する第１基板と、
前記第１面に形成される微小構造体と、
前記第１面に形成され、該微小構造体に電気的に接続される第１電極と、
前記第１面に形成され、前記第１電極に電気的に接続される第３導体と、
第２面を有する第２基板と、
前記第１面と前記第２面との間で前記微小構造体を取り囲んで気密封止する電気絶縁性の封止体と、
前記封止体の内部に配置されるとともに、前記第３導体に電気的に接続される第２接続導体と、
前記第２面上に配置され、前記第２接続導体に電気的に接続される第２導体と、
前記第２基板の内部に形成され、一部が前記第２面に導出されて前記第２導体に接続されるとともに、前記第２導体に接続される部位が、平面視して前記封止体に重なる第１配線導体と
を備えることを特徴とする微小構造体装置。
【請求項６】
第１面に微小構造体と該微小構造体に電気的に接続される電極とが形成された第１基板を準備する工程と、
内部に第１配線導体が形成された第２基板であって、該第１配線導体の一部が前記第２基板の第２面に導出される第２基板を製造する工程と、
前記第２面に、第１導体と、該第１導体および前記第１配線導体の前記一部にそれぞれ電気的に接続される第２導体とを形成する工程と、
前記電極と前記第１導体とを電気的に接続する工程と、
前記第１面における所定の第１領域と、前記第２面における前記第１配線導体の前記一部と前記第２導体との接合部位を含む第２領域とを接合して、前記微小構造体を気密封止する工程と
を有することを特徴とする微小構造体装置の製造方法。
【請求項７】
第１面を有する第１基板と、該第１面に形成される微小構造体と、該第１面に形成され、該微小構造体に電気的に接続される電極とを有する電子部品の前記微小構造体を気密封止するための封止用基板であって、
前記第１面に接合される第２面を備えた第２基板と、
前記第２面上に形成され、前記電極に電気的に接続される第１導体と、
前記第２面上に形成され、前記第１導体に電気的に接続される第２導体と、
前記第２基板の内部に形成されるとともに、一部が前記第２面に導出されて前記第２導体に接続された第１配線導体と、
前記第２面上に配置されるとともに、少なくとも一部が前記第２導体と前記第１配線導体との接続部位に重なるように配置された、前記微小構造体を封止するための枠状封止体と
を備えることを特徴とする封止用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小構造体を封止することによって形成される微小構造体装置およびその製造方法ならびに微小構造体を封止するための封止用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンウェーハ等の半導体基板の主面に、半導体集積回路素子等の微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を形成した電子装置が注目され、実用化に向けて開発が進められている。
このような微小電子機械機構としては、加速度計、圧力センサ、もしくはアクチュエータ等のセンサ、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、光デバイス、またはマイクロポンプ等を組み込んだマイクロ化学システム等、非常に広い分野にわたるものが試作および開発されている。
この微小電子機械機構を封止する技術として、たとえば、ウェハレベルパッケージが提案されている（たとえば、特開２００４−２０９５８５号公報参照）。このウェハレベルパッケージでは、一方の主面に微小電子機械機構および電極が形成されている基板とその微小電子機械機構を覆って基板に接合される蓋体とを接合して、微小電子機械機構を封止するとともに、上記電極と蓋体に形成された配線パターンとを電気的に接続する。このパッケージング技術によれば、微小電子機械機構を封止することができると同時に、微小電子機械機構を備えた電子装置を高効率かつ低コストで製造することができる。
しかしながら、今後電子装置のより小型化および半導体基板のより大型化の要求が強くなってくると、電子部品の気密封止および電気的な接続がより困難となることが予測される。特に電気的な接続について言えば、封止用基板に加熱または加圧などの処理を行って配線パターンを形成する場合に、配線パターンの位置がばらつくことがあるため、封止用基板を半導体基板へ実装する際に、封止用基板に形成されている配線パターンと半導体基板の主面に形成されている電極との位置が合わず、配線パターンと電極との間に電気的な接続がとれない可能性がある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、上記諸問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、微小構造体装置の小型化が可能であり、この微小構造体との電気的接続を容易に行うことができる封止用基板、それを用いた微小構造体装置およびその製造方法を提供することである。
本発明による第１の微小構造体装置は、第１面を有する第１基板と、前記第１面に形成される微小構造体と、前記第１面に形成され、該微小構造体に電気的に接続される電極と、第２面を有する第２基板と、前記第１面と前記第２面との間で前記微小構造体を取り囲んで気密封止する電気絶縁性の封止体と、前記第２面上に配置された第１導体と、前記第２面上に配置され、前記第１導体に電気的に接続される第２導体と、前記第１導体と前記電極とを電気的に接続する第１接続導体と、前記第２基板の内部に形成され、一部が前記第２面に導出されて前記第２導体に接続されるとともに、前記第２導体に接続される部位が、平面視して前記封止体に重なる第１配線導体とを備える。
本発明による第２の微小構造体装置は、第１面を有する第１基板と、前記第１面に形成される微小構造体と、前記第１面に形成され、該微小構造体に電気的に接続される第１電極と、前記第１面に形成され、前記第１電極に電気的に接続される第３導体と、第２面を有する第２基板と、前記第１面と前記第２面との間で前記微小構造体を取り囲んで気密封止する電気絶縁性の封止体と、前記封止体の内部に配置されるとともに、前記第３導体に電気的に接続される第２接続導体と、
前記第２面上に配置され、前記第２接続導体に電気的に接続される第２導体と、
前記第２基板の内部に形成され、一部が前記第２面に導出されて前記第２導体に接続されるとともに、前記第２導体に接続される部位が、平面視して前記封止体に重なる第１配線導体とを備える。
本発明による微小構造体装置の製造方法は、第１面に微小構造体と該微小構造体に電気的に接続される電極とが形成された第１基板を準備する工程と、内部に第１配線導体が形成された第２基板であって、該第１配線導体の一部が前記第２基板の第２面に導出される第２基板を製造する工程と、前記第２面に、第１導体と、該第１導体および前記第１配線導体の前記一部にそれぞれ電気的に接続される第２導体とを形成する工程と、前記電極と前記第１導体とを電気的に接続する工程と、前記第１面における所定の第１領域と、前記第２面における前記第１配線導体の前記一部と前記第２導体との接合部位を含む第２領域とを接合して、前記微小構造体を気密封止する工程とを有する。
本発明による封止用基板は、第１面を有する第１基板と、該第１面に形成される微小構造体と、該第１面に形成され、該微小構造体に電気的に接続される電極とを有する電子部品の前記微小構造体を気密封止するための封止用基板であって、前記第１面に接合される第２面を備えた第２基板と、前記第２面上に形成され、前記第１導体に電気的に接続される第２導体と、前記第２基板の内部に形成されるとともに、一部が前記第２面に導出されて前記第２導体に接続された第１配線導体と、前記第２面上に配置されるとともに、少なくとも一部が前記第２導体と前記第１配線導体との接続部位に重なるように配置された、前記微小構造体を封止するための枠状封止体とを備える。
本発明の微小構造体装置によれば、小型化が可能であり、この微小構造体との電気的接続を容易に行うことができる。
本発明の微小構造体装置の製造方法によれば、小型化が可能であり、この微小構造体との電気的接続を容易に行うことができる微小構造体装置を製造することができる。
本発明の封止用基板によれば、微小構造体装置の小型化が可能であり、この微小構造体との電気的接続を容易に行うことができる封止用基板を提供することができる。
【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１Ａは、本発明の第１の実施形態による微小構造体装置の構成例を示す断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示された微小構造体装置の平面図である。
図２Ａは、本発明の第２の実施形態による微小構造体装置の構成例を示す断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示された微小構造体装置の平面図である。
図３Ａは、本発明の第３の実施形態による微小構造体装置の構成例を示す断面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示された微小構造体装置の平面図である。
図４Ａは、本発明の第４の実施形態による微小構造体装置の構成例を示す断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示された微小構造体装置の平面図である。
図５Ａは、第４の実施形態による微小構造体装置の変形例を示す断面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示された微小構造体装置の平面図である。
図６は、本発明の第５の実施形態による微小構造体装置の構成例を示す平面図である。
図７は、本発明の複数形態の微小構造体装置の構成例を示す断面図である。
図８Ａ〜図８Ｅは、本発明による微小構造体装置の製造方法の一例を工程順に示した図である。
【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。なお、以下では、全ての図面を通して、同一の構成には同一の参照符号を付し、同一の構成についてはその説明を省略することがある。
本発明の封止用基板およびそれを用いた微小構造体装置ならびにその製造方法について以下に詳細に説明する。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による微小構造体装置１の構成例を示す断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示された微小構造体装置１の平面図である。なお、図１Ａは、図１Ｂにおける切断面線ＩＡ−ＩＡから見た断面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、電子装置として機能する微小構造体装置１は、電子部品２と封止用基板３とを備える。電子部品２は、半導体基板として機能する第１基板４と、該第１基板４の一方主面（図１では、第１基板４の下面。以下、「第１面」という。）４ａに形成される微小構造体である微小電子機械機構５と、該微小電子機械機構５に電気的に接続される電極６とを有する。一方、封止用基板３は、絶縁基板として機能する第２基板７と、第１配線導体８と、第２基板７の一方主面（図１では、第２基板７の上面。以下、「第２面」という。）７ａ上に形成された第１導体９と、第２基板７の第２面７ａ上に形成された第２導体１０とを有する。第１導体９は、接続パッドとして機能する。第２導体１０は表面導体として機能する。第１基板４の第１面４ａと、第２基板７の第２面７ａとは、相互に対向するように配置されており、第２基板７の第２面７ａは、第１基板４の第１面４ａに、封止体１１を介して接合されている。封止体１１は第１基板４と第２基板７とを接合する接合材として機能する。第１導体９と電子部品２の電極６は、第１接続導体１２によって電気的に接続されている。第１接続導体１２は接続端子として機能する。ここで、封止体１１は、第１面４ａおよび第２面７ａの外周部に設けられ、微小電子機械機構５を気密封止するように、微小電子機械機構５を取り囲んで配置されている。すなわち、微小電子機械機構５は、第１基板４、第２基板７および封止体１１によって取り囲まれる内部空間１４内に気密封止される。また、第１導体９は、第２基板７の第２面７ａにおいて、第１基板４の第１面４ａと第２基板７の第２面７ａとの接合部位、すなわち封止体１１の内側に配置されている。
第１配線導体８は、第２基板７の内部に形成され、その一端が、第２基板７の第２面７ａに導出されており、他端が、第２基板７の他方主面７ｂ、すなわち第２面７ａとは反対側の主面（以下、「第３面」という。）７ｂに導出されている。第２基板７の第２面７ａに導出された第１配線導体８の上記一端は、第２基板７の第２面７ａと第１基板４の第１面４ａとの接合部位に導出されるとともに、第２導体１０に接続される。換言すれば、第１配線導体８は、第２導体１０に接続される部位が、平面視して封止体１１に重なるように配置される。その第２導体１０は第１導体９に接続される。すなわち、第１配線導体８の上記一端は、第２導体１０を介して第１導体９に接続されている。ここで、第２導体１０は、第１配線導体８の上記一端に接続されたパッド領域１０ａと、該パッド領域１０ａと第１導体９とを接続する導体領域１０ｂとから成る。また、第２基板７の第３面７ｂに導出された第１配線導体８の他端は、たとえば半田バンプ等の外部端子１３との接続に用いられる。なお、第１配線導体８の他端は、第２基板７の側面に導出されてもよい。
この封止用基板３を用いて、電子部品２を封止することにより、微小電子機械機構５が外部接続可能な状態で封止されてなる微小構造体装置１が形成される。
第２基板７は、微小電子機械機構５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８、第１導体９、第２導体１０、封止体１１および第１接続導体１２を形成するための基体として機能する。
この第２基板７は、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、またはガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料より形成される。
第２基板７は、たとえば、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等の原料粉末をシート状に成形して成るグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される。
なお、第２基板７は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途または気密封止する微小電子機械機構５の特性等に応じて適したものを選択することが好ましい。
たとえば、第２基板７は、後述するように、封止体１１を介して第１基板４と機械的に接合されるので、第１基板４との接合の信頼性、つまり微小電子機械機構５の封止の気密性を高くするために、ムライト質焼結体、または、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第１基板４に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等の、第１基板４との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。このような材料で形成すると、温度変動時の熱膨張差による、第１基板４と第２基板７との接合部への応力負荷が小さくなることから、接合部の信頼性が向上する。
また、第２基板７は、第１配線導体８および第２導体１０により伝送される電気信号の遅延を抑制するような場合には、ポリイミドもしくはガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスもしくはガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材、または、酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系もしくは酸化リチウム系等のガラスセラミックス焼結体等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、第２基板７は、封止する微小電子機械機構５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等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。
また、第２基板７の第２面７ａに、電子部品２の微小電子機械機構５を内側に収めるような凹部（図示せず）を形成しておいてもよい。凹部内に微小電子機械機構５の一部を収めるようにしておくと、微小電子機械機構５を取り囲むための封止体１１の高さを低く抑えることができ、微小構造体装置１の低背化に有利なものとなる。
さらに、第２基板７の第３面７ｂに、チップコンデンサまたはチップインダクタ等の電子素子を実装する凹部（図示せず）を形成しておいてもよい。この凹部に電子素子を実装することにより、電子素子は、第２基板７の第３面７ｂ側に収容、かつ実装されるので、微小電子機械機構５の近傍に電子素子を実装するスペースを確保する必要はなく、実装面積を小さく抑えることができ、小型の封止用基板を提供することができる。
第１配線導体８、第１導体９および第２導体１０は、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、もしくはマンガン等の金属材料により形成される。
この形成の手法としては、メタライズ、めっき、蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手法を用いることができる。たとえば、第１配線導体８等がタングステンのメタライズ層から成る場合であれば、タングステンのペーストを第２基板７となるグリーンシートに塗布してこれを積層し焼成することにより形成される。上記ペーストを塗布する方法としては、印刷用のマスクの開口部からペーストを塗布するスクリーン印刷法、およびインクジェットもしくはディスペンサーなどのペーストを直接描画する方法等のいずれの方法も適用することができる。
第１接続導体１２は、金等の金属、錫−銀系もしくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、導電性有機樹脂、またはシーム溶接もしくは電子ビーム溶接等の溶接法による接合を可能とするような金属材料等により形成されている。
この第１接続導体１２を電子部品２の電極６に接合することにより、電子部品２の電極６が、第１接続導体１２、第１導体９、第２導体１０および第１配線導体８を介して、外部の電気回路に接続可能となる。
すなわち、第２基板７の第３面７ｂまたは側面に導出された第１配線導体８の他端を錫−鉛半田等から成る外部端子１３を介して外部の電気回路に接合することにより、電子部品２の電極６が外部の電気回路に電気的に接続される。
封止体１１は、電子部品２の微小電子機械機構５をその内側に気密封止するための側壁として機能する。この封止体１１を第１基板４の第１面４ａに接合させることにより、封止体１１の内側に微小電子機械機構５が気密封止される。
封止体１１は、たとえば、酸化アルミニウム質焼結体もしくはガラスセラミックス焼結体等の無機系材料、またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）もしくはガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂系材料等の絶縁材により形成される。なお、封止用基板３と第１基板４との熱膨張係数の差により発生する応力を緩和するように、封止体１１として適当な材料を選択することができる。
また、封止体１１を電子部品２の第１基板４の第１面４ａに接合する方法としては、リフロー等による溶融法、ならびにシーム溶接および電子ビーム溶接等の溶接法等のいずれの方法も用いることができる。
そして、第１基板４の第１面４ａに微小電子機械機構５およびこれに電気的に接続された電極６が形成されて成る電子部品２について、電極６を第１接続導体１２に接合し、第１基板４の第１面４ａを封止体１１に接合させることによって、封止体１１の内側に電子部品２の微小電子機械機構５が気密封止された微小構造体装置が形成される。
この場合、第１接続導体１２と電極６との接合、および封止体１１と第１基板４の第１面４ａとの接合を一つの工程でより確実かつ容易に行なうことを可能とするために、第１接続導体１２の高さと封止体１１の高さとを同じ高さにしてもよい。
なお、図１に示された構成例では、第１導体９を、第１基板４の第１面４ａと第２基板７の第２面７ａとの接合部位、すなわち封止体１１の内側に配置したが、第１基板４の第１面４ａと第２基板７の第２面７ａとの接合部位の外側に配置してもよい。
第１導体９を、第１基板４の第１面４ａと第２基板７の第２面７ａとの接合部位の内側に配置すると、第１導体９、第１接続導体１２、および電極６が気密封止された状態となり、空気中の不純物による接続部の劣化を抑制することができるため、より接続信頼性の高いものとなる。
一方、第１導体９を、第１基板４の第１面４ａと第２基板７の第２面７ａとの接合部位の外側に配置すると、第１導体９と微小電子機械機構５との距離を離すことができ、第１導体９および第１接続導体１２と微小電子機械機構５との間の電磁気的干渉をより抑制することができる。そのため、電磁気的干渉および高周波ノイズの影響が抑制された、微小電子機械機構５の電気的、機械的な作動、および気密封止の信頼性に優れた微小構造体装置を提供することができる。また、端子数が多い場合でも、パッド領域１０ａを大きくとることができ、さらなる小型化が可能となる。
なお、第１配線導体８の端部でなくとも、その一部が第１導体９または外部端子１３に接続されていればよい。その場合には、第１配線導体８と第２導体１０との接続部位が、平面視して、封止体１１に重なっていればよい。
図２Ａは、本発明の第２の実施形態による微小構造体装置１Ａの構成例を示す断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示された微小構造体装置１Ａの平面図である。なお、図２Ａは、図２Ｂにおける切断面線ＩＩＡ−ＩＩＡから見た断面図である。本実施形態の微小構造体装置１Ａは、上述の実施形態の微小構造体装置１の構成に類似し、第１基板４が第３導体１５と第２配線導体１６とをさらに備えている。
第１基板４は、第３導体１５と、第２配線導体１６とをさらに備える。第1基板４の第１面４ａには、微小電子機械機構５に電気的に接続される電極６が複数形成されている。第３導体１５は、第１基板４の第１面４ａに形成され、対応する電極６に電気的に接続される。第２配線導体１６は、第１基板４の内部に形成され、その一端が第１基板４の第１面４ａに導出されて第３導体１５に接続され、他端が第１基板４の他方主面４ｂ、すなわち第１面４ａとは反対側の主面（以下、「第４面」という。）４ｂに導出される。なお、第２配線導体１６の他端は、第１基板４の第１面４ａとは異なる別の表面、たとえば第１基板４の側面に導出されてもよい。第３導体１５は、第２配線導体１６の上記一端に接続されたパッド領域１５ａと、該パッド領域１５ａと第３導体１５とを接続する導体領域１５ｂとから成る。ここで、複数の電極６は、第１接続導体１２に接続される電極（「第１電極」ともいう。）と第３導体１５に接続される電極（「第２電極」ともいう。）とを有する。微小電子機械機構５と外部回路の電気的接続は、第１接続導体１２、第１導体９、第２導体１０、第１配線導体８および外部端子１３を介して行われるとともに、第３導体１５、第２配線導体１６および第２配線導体１６の他端に接続されたボンディングワイヤ１７を介して行われる。
このように構成することによって、第１基板４の第1面４ａに形成された電極６の数が多い場合でも、その複数の電極６の一部は、第１面４ａに形成された第３導体１５等を介して外部の電気回路と電気的接続が可能になるため、微小構造体装置をさらに大型化する必要がなくなる。また、パッド領域１５ａを第1基板４の第１面４ａの外周部に設ければ、隣接する第２配線導体１６間の距離を大きくすることができ、第３導体１５の領域のサイズを比較的大きくすることができる。よって、第１基板４に第２配線導体１６を形成する際に、第２配線導体１６の位置にばらつきが生じた場合でも、第３導体１５によってそのばらつきを吸収することができる。
図３Ａは、本発明の第３の実施形態による微小構造体装置１Ｂの構成例を示す断面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示された微小構造体装置１Ｂの平面図である。なお、図３Ａは、図３Ｂにおける切断面線ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡから見た断面図である。本実施形態の微小構造体装置１Ｂは、上述の実施形態の微小構造体装置１，１Ａの構成に類似し、第１接続導体１２が封止体１１に接している。
このように構成することによって、封止用基板３と第１基板４との熱膨張係数の差、または微小構造体装置１Ｂのハンドリング等により、第１接続導体１２に応力がかかった場合でも、封止体１１と接していることにより、第１接続導体１２にかかる応力を緩和できることから、第１接続導体１２と、第１導体９および電極６との接合信頼性が高くなり、微小構造体装置を小型化しても、微小構造体１４と封止用基板３とを電気的に接続することが可能になる。
図４Ａは、本発明の第４の実施形態による微小構造体装置１Ｃの構成例を示す断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示された微小構造体装置１Ｃの平面図である。なお、図４Ａは、図４Ｂにおける切断面線ＩＶＡ−ＩＶＡから見た断面図である。本実施形態の微小構造体装置１Ｃでは、第１の基板４の第１面４ａ上に、電極６に接続される第３導体１５が形成され、封止体１１の内部に第３導体１５に接続される第２接続導体１８が配置されている。また、第２基板７の第２面７ｂ上には、第２導体１０が形成され、第２導体１０に接続される第1配線導体８が第２基板７の内部にそれぞれ形成されている。ここで、第３導体１５は、第２接続導体１８および第２導体１０を介して、第１配線導体８に接続される。
このような構成は、たとえば封止体１１をリフロー炉内で熱処理して形成する場合に、予め封止体１１に第２接続導体１８を形成する穴部を形成し、第２配線導体１８を構成する導電性材料をその穴部に充填し、同時に熱処理することにより形成することができる。また、上記熱処理により封止体１１を形成した後、穴部を形成して、その穴部に導電性材料を充填し、もう一度熱処理を行ってもよい。
このように構成することによって、第１基板４の第１面４ａに形成された電極６は、第３導体１５、第２接続導体１８、第２導体１０、および第１配線導体８を介して外部の電気回路と電気的接続が可能になる。そして、その際に、第２接続導体１８同士の接触を気にすることなく、第２接続導体１８の間の距離、パッド領域１０ｂの間の距離、およびパッド領域１５ｂの間の距離を短くすることができる。これにより、電極６が多数ある場合でも、電極６と外部回路との電気的接続を行うことができる。
なお、図５Ａおよび図５Ｂに示される変形例ように、複数の電極６の一部を、第１接続導体１２、第１導体９、第２導体１０、および第１配線導体８を介して、外部回路に接続し、その他の電極６を、第３導体１５、第２接続導体１８、第２導体１０、および第１配線導体８を介して、外部回路に接続してもよい。ここで、図５Ａは、図５Ｂにおける切断面線ＶＡ−ＶＡから見た断面図である。
また、本発明の第５の実施形態において、図６に示す微小構造体装置１Ｅのように、第１基板４側の電極６の位置に従って、第２導体１０の配線パターンのみを変えることによって、第２基板７の共通化が可能となり、生産性が向上する。
また、上述の実施形態による微小構造体装置を１つの基板から複数個得ることができる複数形態としておいてもよい。図７は、図１Ａおよび図１Ｂに示された微小構造体装置１を構成する領域を複数有した、いわゆる複数形態の微小構造体装置の構成例を示す断面図である。なお、図７において、図１Ａおよび図１Ｂに示される構成と同じ構成には同じ符号を付してある。
このような複数形態にしておくと、通常は、第１基板４の第１面４ａに、微小電子機械機構５およびこれに電気的に接続された電極６が複数個配列形成された、複数形態で製作される電子部品を、複数個、同時に気密封止することができ、生産性を優れたものとすることができる。
また、このように、第１基板４の第１面に、微小電子機械機構５およびこれに電気的に接続された電極６が複数個配列形成された、複数形態で製作される電子部品を一括して封止しておくと、複数形態の電子部品基板および複数形態の電子部品封止用基板にダイシング加工等の切断加工を施して、個々の微小構造体装置１に分割する際に、切断に伴って発生する切削粉等が微小電子機械機構５に付着することを低減できる。
次に、本実施形態による封止用基板３を用いた微小構造体装置１の製造方法について、図８Ａ〜図８Ｅを用いて説明する。
図８Ａ〜図８Ｅは、本実施形態による封止用基板３を用いた微小構造体装置１の製造方法の一例をそれぞれ工程順に示した図であり、図８Ａ〜図８Ｅにおいて、図７に示される構成と同じ構成には同じ符号を付してある。
まず、図８Ａに示すように、第１基板４の第１面４ａに、微小電子機械機構５およびこれに電気的に接続された電極６が形成されて成る電子部品領域３０を複数個、縦横に配列形成した複数形態の電子部品基板３１を準備する。
第１基板４は、たとえば単結晶もしくは多結晶等のシリコン基板から成る。
この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等の微細配線加工技術を応用して、微小な振動体等の微小電子機械機構５および円形状パターン等の導体から成る電極６が形成された電子部品領域３０を複数個配列形成することにより複数形態の電子部品基板３１が形成される。
なお、この例においては、微小電子機械機構５と電極６とは、それぞれ第１基板４の第１面４ａに形成された微細配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
次に、図８Ｂに示すように、第２面７ａを有する第２基板７と、この第２基板７の内部に形成され、一端が第２面７ａに導出され、他端が第３面７ｂまたは側面に導出される第１配線導体８とから成る電子部品封止領域３２を複数個、電子部品基板３１の電子部品領域３０に対応させて配列形成した複数形態の電子部品封止用基板３３を準備する。
第２面７ａから第３面７ｂまたは側面に導出された第１配線導体８が形成された第２基板７は、たとえば、第２基板７が酸化アルミニウム質焼結体から成り、第１配線導体８がタングステンから成る場合であれば、以下のようにして形成することができる。すなわち酸化アルミニウム、酸化珪素、および酸化カルシウム等の原料粉末を、有機樹脂および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またはリップコータ法等により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にあらかじめ形成しておいた貫通孔内に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布および充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成する。
なお、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等の開口部を形成しておき、これを複数層積層するようにして、焼成後の第２基板７の第２面７ａに、電子部品領域３０の配列に対応する凹部が配列形成されるようにしておいてもよい。
このように凹部を形成しておくと、この凹部の内側に微小電子機械機構５を収めることができるので、微小電子機械機構５を取り囲むための封止体１１の高さを低く抑えることができ、電子装置の低背化に有利なものとなる。
次に、図８Ｃに示すように、各電子部品領域３０に、第１導体９と、第２導体１０と、第１導体９を取り囲むようにして接合された封止体１１と、第１導体９上に形成された第１接続導体１２とを形成する。第１導体９および第２導体１０は、通常、第１配線導体８と同様の材料から成る。たとえば、第２導体１０は、タングステン等の金属ペーストを、対応する第１配線導体８と接続されるようにして、第２基板７の表面にスクリーン印刷法等により印刷し、それを焼成することにより形成される。同様に、第１導体９は、第１配線導体８および第２導体１０と同じ材料のペーストを、対応する第２導体１０に接続されるようにして、第２基板７の表面にスクリーン印刷法等により印刷し、それを焼成することにより形成される。なお、第１導体９および第２導体１０を形成する際のペーストの印刷および焼成は、それぞれ同時に行われてよい。
また、封止体１１は、たとえば、ガラス粉末等の無機材料であれば、無機材料に樹脂および溶剤を混合しペーストにしたものを、スクリーン印刷法等により、枠状に塗布し、熱処理を施すことにより製作される。
封止体１１と第２導体１０とは、上記の場合、たとえばリフロー炉等により封止体１１に含まれる無機材料が溶融する温度にて熱処理を施すことにより接合することができる。
ここで、この封止体１１と同じ高さとなるようにして、第１接続導体１２が第１導体９上に形成されていれば、封止体１１を第１基板４の第１面４ａに接合するときに、第１基板４の第１面４ａに形成されている電極６を第１接続導体１２により、より容易に接続することができる。
第１接続導体１２は、たとえば、錫−銀系等の半田から成る場合であれば、この半田をボール状にしたものを第１導体９上に位置決めして加熱し、溶融させて、第１導体９に接合させることにより形成される。
第１接続導体１２の高さを封止体１１の高さと同じとする方法としては、たとえば、第１接続導体１２となる錫−銀半田を溶融させて第１導体９上に取着形成する際に、その上面を封止体１１と同じ高さとなるようにしてセラミックス製の治具等で押さえておく等の方法を用いることができる。
次に、図８Ｄに示すように、電子部品基板３１を電子部品封止用基板３３に対し各電子部品領域３０と各電子部品封止領域３２とを対応させて重ね合わせ、電極６を第１接続導体１２に接合するとともに、微小電子機械機構５の周囲の第１基板４の第１面４ａを封止体１１に接合して、微小電子機械機構５を封止体１１の内側に気密封止する。すなわち、微小電子機械機構５は、第１基板４、第２基板７および封止体１１によって取り囲まれる内部空間１４内に気密封止される。
ここで、電極６と第１接続導体１２との接合は、たとえば、第１接続導体１２が錫−銀系半田から成る場合であれば、電極６上に第１接続導体１２を位置合わせして載せ、これらを約２５０℃〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。
また、微小電子機械機構５の周囲の第１基板４の第１面４ａと封止体１１との接合は、上述の電極６と第１接続導体１２との接合と同時にリフロー炉中で熱処理することにより行なうことができる。
この場合、第１接続導体１２の高さを封止体１１の高さと同じとしていると、電極６と第１接続導体１２との接合と、封止体１１の主面と第１基板４の第１面４ａとの接合をより容易に、同時に行なうことができる。
このように、本実施形態による微小構造体装置の製造方法によれば、電子部品領域３０の電極６の外部導出のための接合と、微小電子機械機構５の気密封止のための接合とを同時に行なうことができるため、数時間程度を要する半田（ろう）付け等の接合の工程を、従来の製造方法に比べて、少なくとも１工程減らすことができるので、微小構造体装置の生産性を高めることができる。
そして、図８Ｅに示すように、互いに接合された複数形態の電子部品基板３１および電子部品封止用基板３３を電子部品領域３０毎に分割して、封止用基板３に電子部品２が接合されて成る個々の微小構造体装置１を得る。
互いに接合された、複数形態の電子部品基板３１および複数形態の電子部品封止用基板３３の接合体の切断は、この接合体に対して、ダイシング加工等の切断加工を施すことにより行なうことができる。
本実施形態による微小構造体装置の製造方法においては、このダイシング加工等の切断加工の際に、各微小電子機械機構５は封止体１１の内側でこの封止体１１と第１基板４と第２基板７とにより気密封止されているので、第１基板４および第２基板７等の切断に伴って発生するシリコンおよびセラミックス等の切削粉等が微小電子機械機構５に付着することを抑制できる。
このように、本実施形態による微小構造体装置の製造方法によれば、第１基板４の第１面４ａに複数個を縦横に配列形成した電子部品領域３０を切断する際に、その微小電子機械機構５をガラス板等で覆って保護するような工程を別途追加する必要はなく、この、保護のためだけという工程を削除することができるので、微小構造体装置の生産性を高いものとすることができる。
また、このようにして製造された微小構造体装置は、すでに気密封止されているとともに、その電極６が、第１配線導体８、第１導体９、第２導体１０を介して外部に導出された状態であるので、これを別途パッケージ内に実装するような工程を追加する必要はなく、第１配線導体８の導出された部分を外部の電気回路に半田ボール等の外部端子１３を介して接続するだけで、外部電気回路基板に実装して使用することができる。
また、この場合、第１配線導体８は、第２基板７の第３面７ｂまたは側面に導出されているので、外部電気回路に表面実装の形態で接続することができ、高密度に実装することが可能になり、外部電気回路の基板を効果的に小型化することができる。また、第１配線導体８の導出された端部に金属バンプ等の端子を取着するだけで、表面実装等により微小電子機械機構５を外部電気回路基板に実装することができることから、実装の工程を短く、かつ容易なものとすることができる電子装置となる。
本実施形態による封止用基板３によれば、第１配線導体８の一端が、第１基板４と第２基板７との接合部位に導出し、その第１配線導体８の一端が第２導体１０を介して第１導体９に接続されていることから、第１配線導体８となる導体ペーストとセラミックグリーンシートとを同時焼成した際に第１配線導体８の位置にばらつきがあった場合でも、第２導体１０によってそのばらつきを吸収することができる。すなわち、第１配線導体８の位置にばらつきが生じた場合でも、第１導体９の大きさは第１配線導体８の位置のばらつきに関係なく任意に設定することが可能であるため、第１基板４と第２基板７とを接合する際に、第１導体９同士が結合して電気的な絶縁不良が発生するといったことを低減することができる。ここで、第１配線導体８の一端を、第１基板４と第２基板７との接合部位に、すなわち平面視して封止体１１に重なる位置に導出した場合、接合部位の内側に位置された第１導体９に接続するように導出した場合と比較して、隣接する第１配線導体８間の距離を大きくすることができる。すなわち、第１配線導体８の一端上に形成される第２導体１０の領域のサイズを比較的大きくすることができる。これによって、第２導体１０によって第１配線導体８の位置のばらつきを吸収することができる。さらに、本実施形態による封止用基板３では、第２基板がセラミック材料からなる場合、第１導体９および第２導体１０を焼成後の第２基板７に形成するため、焼成時の第２基板の収縮によって、第１導体９および第２導体１０の位置がずれることを抑制し、第１導体９および第２導体１０を所定の位置に精度よく形成することができる。従って、微小構造体装置１の小型化が可能であり、この微小電子機械機構との電気的接続を容易に行うことができる封止用基板３を実現することができる。
また、第２導体１０は、第１配線導体８の前記一端に接続されたパッド領域１０ａと、該パッド領域１０ａと前記第１導体９とを接続する導体領域１０ｂとから成ることから、パッド領域１０ａと導体領域１０ｂとを任意の形状、長さ、大きさにそれぞれ設定することが可能であり、また導体領域１０ｂ同士の接合、分岐などの回路形成においても自由度が上がり、高周波特性などの電気特性がより良い封止用基板３を提供することができる。
また、本実施形態による封止用基板によれば、第１配線導体８の他端は、第２基板７の第３面７ｂまたは側面に導出されることから、この導出された他端に外部接続用の金属バンプなどを取着させること等により、容易に表面実装が可能となる。
この場合、たとえばセラミック多層配線基板等の絶縁基板を用いて形成したものとすることにより、第１配線導体８を、第１導体９および枠部材が形成および接合されている第２面７ａから第３面７ｂまたは側面にかけて、第２基板７の内部および表面の少なくとも一方に自由に形成して導出させることができる。
なお、この導出された部分の外部電気回路への電気的な接続は、外部端子１３として半田ボールを介して行なうものに限らず、リード端子または導電性接着剤等を介して行なってもよい。
なお、本発明は上述の実施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。
また、上述の説明では、微小構造体の例としてＭＥＭＳを挙げたが、ＳＡＷデバイス等を構成する配線パターンであってもよい。基板の表面に形成された封止すべき構造体であれば、能動素子、および受動素子のいずれであってもよく、配線導体のみであってもよい。
たとえば、上述の実施形態では１つの電子装置内に１つの微小電子機械機構を気密封止したが、１つの電子装置内に複数の微小電子機械機構を気密封止してもよい。
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および変更は全て本発明の範囲内のものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【国際調査報告】
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2008066087.tif 000021
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