(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ面を含むチップと、
前記アクティブ面の上に配置されたＭＥＭＳデバイスと、
前記チップの上を覆い、前記ＭＥＭＳデバイスを入れる凹部を含む蓋と、
前記チップと前記蓋の間に配置されて、前記凹部を密封し、前記ＭＥＭＳデバイスの高さよりも小さい厚さを有するシーラントと、
前記チップ、前記シーラントおよび前記蓋の周囲にコーティングされた第１防湿層と
を含むＭＥＭＳ実装構造。
【請求項２】
空洞を有し、前記空洞の中に前記チップ、前記ＭＥＭＳデバイス、前記蓋、前記シーラントおよび前記第１防湿層が配置された第１基板と、
前記第１基板の上に配置され、前記空洞を覆う第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間の境界域で密封された第２防湿層と
をさらに含む請求項１に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項３】
前記空洞の中に配置され、前記第１防湿層の周囲で密封された成形コンパウンドをさらに含む請求項２に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項４】
前記第１防湿層の上に形成された前記成形コンパウンドの投影領域が、前記第１防湿層の上に形成された前記シーラントの投影領域を覆う請求項３に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項５】
前記空洞の中に配置された吸湿素子をさらに含む請求項２から４の何れか１項に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項６】
前記第２基板が、前記シーラントを覆うエリアを有する請求項２から５の何れか１項に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳ実装構造がミラーを有し、
前記凹部が、前記アクティブ面と向かい合う上面を有し、
前記上面と前記アクティブ面の間の距離が、前記ミラーの傾斜時の高さよりも大きい請求項１から６の何れか１項に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項８】
前記シーラントの厚さが、約１μｍ〜１０μｍである請求項１から７の何れか１項に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項９】
前記ＭＥＭＳデバイスが、ミラー、スイッチ、コンデンサ、加速度計、センサまたはアクチュエータを含む請求項１から８の何れか１項に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【請求項１０】
前記シーラントの材料が、エポキシ樹脂を含む請求項１から９の何れか１項に記載のＭＥＭＳ実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ実装構造に関するものであり、特に、微小電気機械システム（micro electro mechanical system, MEMS）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（micro electro mechanical system, MEMS）は、超小型実装構造で製造された微小電気機械デバイスであり、製造技術は、集積回路（integrated circuit, IC）の技術に非常によく似ている。しかしながら、ＭＥＭＳデバイスと周辺環境間の力学的、光学的または磁力の相互作用は、従来のＩＣよりも多い。
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスは、マイクロサイズの電子機械部品（例えば、スイッチ、ミラー、コンデンサ、加速度計、センサ、静電容量センサ、アクチュエータ等）を含むことができ、ＭＥＭＳデバイスは、シングルブロックの方法でＩＣと一体化することによって、ソリッドステート装置全体の挿入損失（insertion loss）または電界分離効果（electrical isolation effect）を大きく変えることができる。しかしながら、実装構造全体のマクロの世界において、ＭＥＭＳデバイスは非常に壊れやすく、いつでもわずかな静電気や表面張力による影響を受け、欠陥が生じる可能性がある。そのため、ＭＥＭＳデバイスの汚染や損傷を防止するため、通常、ＭＥＭＳ装置は、チップと蓋の間の空間に密封される。
【０００４】
図１は、従来のＭＥＭＳ実装構造の概略図である。図１を参照すると、従来のＭＥＭＳ実装構造１０は、カバープレート１２と、チップ１４と、シーラント（sealant）１６と、ＭＥＭＳデバイス１８とを含む。カバープレート１２は、シーラント１６でチップに固定され、ＭＥＭＳデバイス１８は、チップ１４とカバープレート１２の間の空間に密封される。
【０００５】
しかしながら、従来のＭＥＭＳ実装構造１０は、チップ１４とカバープレート１２の間の空間をシーラント１６で密封しているが、湿度の高い環境で一定の期間使用すると、シーラント１６に亀裂が生じて、カバープレート１２とチップ１４の間に大きな隙間ができやすく、それによって、チップ１４とカバープレート１２の間の空間に水分が浸透し、ＭＥＭＳデバイス１８の通常操作に影響を与える可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、より優れた耐湿特性を提供するＭＥＭＳ実装構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、チップと、ＭＥＭＳデバイスと、蓋と、シーラントと、第１防湿層（moisture barrier）とを含むＭＥＭＳ実装構造を提供する。チップは、アクティブ面を含む。ＭＥＭＳデバイスは、アクティブ面の上に配置される。蓋は、チップの上を覆い、ＭＥＭＳデバイスを入れる凹部を含む。シーラントは、チップと蓋の間に配置され、凹部を密封する。シーラントの厚さは、ＭＥＭＳデバイスの高さよりも小さい。第１防湿層は、チップ、シーラントおよび蓋の周囲にコーティングされる。
【０００８】
本発明の１つの実施形態中、ＭＥＭＳ実装構造は、さらに、第１基板と、第２基板と、第２防湿層とを含む。第１基板は、空洞（cavity）を有し、空洞の中に、チップ、ＭＥＭＳデバイス、蓋、シーラントおよび第１防湿層が配置される。第２基板は、第１基板の上に配置され、空洞を覆う。第２防湿層は、第１基板と第２基板の間の境界域で密封される。
【０００９】
本発明の１つの実施形態中、ＭＥＭＳ実装構造は、さらに、成形コンパウンド(molding compound)を含み、空洞の中に配置され、第１防湿層の周囲で密封される。
【００１０】
本発明の１つの実施形態中、第１防湿層の上に形成された成形コンパウンドの投影領域は、第１防湿層の上に形成されたシーラントの投影領域を覆う。
【００１１】
本発明の１つの実施形態中、ＭＥＭＳ実装構造は、さらに、空洞の中に配置された吸湿素子を含む。
【００１２】
本発明の１つの実施形態中、第２基板は、シーラントを覆うエリアを有する。
【００１３】
本発明の１つの実施形態中、ＭＥＭＳ実装構造がミラーを有し、凹部は、アクティブ面と向かい合う上面を有し、上面とアクティブ面の間の距離は、ミラーの傾斜時の高さよりも大きい。
【００１４】
本発明の１つの実施形態中、シーラントの厚さは、約１μｍ〜１０μｍである。
【００１５】
本発明の１つの実施形態中、ＭＥＭＳデバイスは、ミラーと、スイッチと、コンデンサと、加速度計と、センサと、アクチュエータ（actuator）とを含む。
【００１６】
本発明の１つの実施形態中、シーラントの材料は、エポキシ樹脂である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＭＥＭＳ実装構造は、凹部を有する蓋を適用してＭＥＭＳデバイスを収容することにより、チップと蓋の間の周辺ギャップの高さを減らし、周辺ギャップの間に配置されたシーラントが凹部を密閉するため、本発明のＭＥＭＳ実装構造は、より優れた耐湿特性を提供する。また、チップ、蓋およびシーラントの周囲にコーティングされた第１防湿層は、二重保護を提供し、水分が凹部に浸透するのを防ぐ。また、第２防湿層は、第３保護を提供し、第１基板と第２基板によって取り囲まれた空洞内のチップ、ＭＥＭＳデバイス、蓋、シーラントおよび第１防湿層を密封する。さらに、空洞内に配置された成形コンパウンドは、第１防湿層の周囲に接着され、第４保護を提供する。さらに、空洞内に配置された吸湿素子は、第５保護を提供し、空洞内の水分を吸収する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図１】従来のＭＥＭＳ実装構造の概略図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係るＭＥＭＳ実装構造の概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳ実装構造の概略図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態に係るＭＥＭＳ実装構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
【００２０】
図２は、本発明の１つの実施形態に係るＭＥＭＳ実装構造の概略図である。図２を参照すると、本実施形態のＭＥＭＳ実装構造１００は、チップ１１０と、少なくとも１つのＭＥＭＳデバイス１２０と、蓋１３０と、シーラント１４０と、第１防湿層１５０とを含む。チップ１１０は、アクティブ面１１２を含む。チップ１１０は、例えば、電荷結合素子（charge couple device, CCD）または相補型金属酸化物半導体（complementary metal-oxide semiconductor, CMOS）等の光学センサチップであり、アクティブ面１１２は、例えば、感光性領域である。しかし、チップ１１０とアクティブ面１１２の種類は、これらに限定されない。
【００２１】
ＭＥＭＳデバイス１２０は、アクティブ面１１２の上に配置される。本実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１２０は、ミラーであるが、ＭＥＭＳデバイス１２０は、スイッチ、コンデンサ、加速度計、センサまたはアクチュエータであってもよく、ＭＥＭＳデバイス１２０の種類はこれらに限定されない。
【００２２】
蓋１３０は透明であるため、外部の光は（図示せず）は、蓋１３０を通過して、ＭＥＭＳデバイス１２０およびチップ１１０のアクティブ面１１２に到達することができる。図２に示すように、蓋１３０は、チップ１１０の上を覆い、ＭＥＭＳデバイス１２０を入れる凹部１３２を含む。凹部１３２は、アクティブ面１１２と向かい合う上面１３２ａを有する。本実施形態において、上面１３２ａとアクティブ面１１２の間の距離Ｄは、ミラー傾斜時の高さよりも大きく、例えば、１０μｍであり、チップ１１０と蓋１３０の間の周辺ギャップの高さＨは、約１μｍ〜１０μｍである。つまり、チップ１１０と蓋１３０の間の周辺ギャップの高さＨは、上面１３２ａとアクティブ面１１２の間の距離Ｄよりも小さい。
【００２３】
シーラント１４０は、チップ１１０と蓋１３０の間の周辺ギャップに配置され、凹部１３２を密封する。図２に示すように、シーラント１４０の厚さは、ＭＥＭＳデバイス１２０の高さよりも小さい。シーラント１４０の厚さは、チップ１１０と蓋１３０の間の周辺ギャップの高さＨによって制限される。そのため、シーラント１４０の厚さは、チップ１１０と蓋１３０の間の周辺ギャップの高さＨによって約１μｍ〜１０μｍの間で変化する。
【００２４】
注意すべきこととして、シーラント１４０は、有機高分子化合物、例えば、エポキシ樹脂である。有機化合物の分子構造は、多くの親水基を有するため、外部の汚染や水分を阻止する能力を有するが、分子構造は、親水基と水分の反応を完全に阻止することはできない。そのため、本実施形態では、チップ１１０、シーラント１４０および蓋１３０の周囲に第１防水層１５０をコーティングすることにより、シーラント１４０の親水基と水分の反応を効果的に阻止して、凹部１３２の不浸透性をさらに高めることができる。こうすることにより、ＭＥＭＳデバイス１２０は、ＭＥＭＳ実装構造１１０内で正常に動作することができる。
【００２５】
本実施形態において、第１防水層１５０は、化学蒸着（chemical vapor deposition, CVD）または物理蒸着（physical vapor deposition, PVD）の技術により形成することができるが、第１防湿層１５０の形成方法は、これらに限定されない。また、第１防湿層１５０の材料は、比較的高密度の無機絶縁材料、例えば、親水基を含まないシリカ、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、その他の窒化物、酸化物および酸窒化物であるため、第１防湿層１５０の耐湿性は、シーラント１４０の耐湿性よりも強い。つまり、無機絶縁材料は、親水基を有さず、水分と反応しないため、水分を効果的に遮断することができる。そのため、第１防湿層１５０は、二重保護を提供して、水分の透過の可能性を低減することができる。
【００２６】
従来のＭＥＭＳ実装構造１０と比較して、本実施形態のＭＥＭＳ実装構造１００は、チップ１１０と蓋１３０の間の周辺ギャップが小さく、シーラント１４０がチップ１１０と蓋１３０の間の小さな周辺ギャップを密封し、チップ１１０、蓋１３０およびシーラント１４０の周囲に第１防湿層１５０がコーティングされる。そのため、本実施形態のＭＥＭＳ実装構造１００は、より優れた耐湿特性を提供することができる。
【００２７】
図３は、本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳ実装構造の概略図である。図３を参照すると、本実施形態のＭＥＭＳ実装構造２００と上述した実施形態のＭＥＭＳ実装構造１００の間の相違点は、本実施形態のＭＥＭＳ実装構造２００が、さらに、第１基板２６０と、第２基板２７０と、第２防湿層２８０とを含むことである。詳しく説明すると、第１基板２６０は、空洞２６２を有する。チップ２１０、ＭＥＭＳデバイス２２０、蓋２３０、シーラント２４０および第１防湿層２５０は、空洞２６２の中に配置される。第２基板２７０は、第１基板２６０の上に配置され、空洞２６２を覆い、第２防湿層２８０は、第１基板２６０と第２基板２７０の間の境界域で密封される。
【００２８】
そのため、ＭＥＭＳ実装構造２００において、第１基板２６０、第２基板２７０および第２防湿層２８０は、第３保護を提供し、水分が凹部２３２に浸透してＭＥＭＳデバイス２２０が故障するのを防ぐことができる。
【００２９】
また、本実施形態において、第２基板２７０は透明であるため、外部の光（図示せず）を通過させることができる。第２基板２７０は、シーラント２４０を覆うエリア２７２を有し、エリア２７２は、本実施形態において、黒いエリアである。つまり、チップ２１０の上に形成されたエリア２７２の投影領域は、チップ２１０の上に形成されたシーラント２４０の投影領域を覆う。そのため、エリア２７２は、外部の光がシーラント２４０に放射するのを防ぎ、シーラント２４０の劣化の可能性を低減することができる。
【００３０】
図４は、本発明のさらに別の実施形態に係るＭＥＭＳ実装構造の概略図である。図４を参照すると、本実施形態のＭＥＭＳ実装構造３００と上述した実施形態のＭＥＭＳ実装構造２００の間の相違点は、本実施形態のＭＥＭＳ実装構造３００が、さらに、成形コンパウンド(molding compound)３９０と、吸湿素子３９５とを含むことである。成形コンパウンド３９０は、空洞３６２の中に配置され、第１防湿層３５０の周囲に接着される。図４に示すように、第１防湿層３５０の上に形成された成形コンパウンド３９０の投影領域は、第１防湿層３５０の上に形成されたシーラント３４０の投影領域を覆う。つまり、成形コンパウンド３９０は、第４保護を提供し、シーラント３４０と第１防湿層３５０の物理構造を強化して、シーラント３４０と第１防湿層３５０の亀裂の可能性を低減することができる。
【００３１】
また、吸湿素子３９５は、第１基板３６０と第２基板３７０によって取り囲まれた空洞３６２の中に配置され、第５保護を提供する。空洞３６２に浸透した水分は、凹部３３２に進入する前に吸湿素子３９５によって吸収されるため、ＭＥＭＳデバイス３２０の正常動作を維持することができる。
【００３２】
以上のように、本発明のＭＥＭＳ実装構造は、凹部を有する蓋を適用してＭＥＭＳデバイスを収容することによって、チップと蓋の間の周辺ギャップの高さを減らし、周辺ギャップの間に配置されたシーラントが凹部を密封するため、本発明のＭＥＭＳ実装構造は、より優れた耐湿特性を提供する。また、チップ、蓋およびシーラントの周囲にコーティングされた第１防湿層は、二重保護を提供して、水分が凹部に浸透するのを防ぐ。また、第２防湿層は、第３保護を提供し、第１基板と第２基板によって取り囲まれた空洞内のチップ、ＭＥＭＳデバイス、蓋、シーラントおよび第１防湿層を密封する。さらに、空洞内に配置された成形コンパウンドは、第１防湿層の周囲に接着され、第４保護を提供する。さらに、空洞内に配置された吸湿素子は、第５保護を提供して、空洞内の水分を吸収する。
【００３３】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ミクロンスケールの検出、処理、起動(actuating)を行うデバイスとして適用することのできるＭＥＭＳ実装構造に関する。
【符号の説明】
【００３５】
Ｄ  距離
Ｈ  高さ
１０  従来のＭＥＭＳ実装構造
１２  カバープレート
１４  チップ
１６  シーラント
１８  ＭＥＭＳデバイス
１００、２００、３００  ＭＥＭＳ実装構造
１１０、２１０  チップ
１１２  アクティブ面
１２０、２２０、３２０  ＭＥＭＳデバイス
１３０、２３０  蓋
１３２、２３２、３３２  凹部
１３２ａ  上面
１４０、２４０、３４０  シーラント
１５０、２５０、３５０  第１防湿層(first moisture barrier)
２６０、３６０  第１基板
２６２、３６２  空洞(cavity)
２７０、３７０  第２基板
２７２  エリア
２８０  第２防湿層
３９０  成形コンパウンド
３９５  吸湿素子
【図１】
0005885145.tif 000002
【図２】
0005885145.tif 000003
【図３】
0005885145.tif 000004
【図４】
0005885145.tif 000005