(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a．多孔性PTFEマトリックスを含む複数の通気領域と、
b．複数の穴を有する基板材料を含む非多孔性マトリックス材料
を備える通気アレイであって、前記基板材料が前記多孔性PTFEマトリックスの空孔を満たすことで非多孔性領域を形成し、その非多孔性領域が前記複数の通気領域を互いに接続しており、かつ前記基板材料が、熱硬化性樹脂を含浸させた延伸PTFEを含む通気アレイ。
【請求項２】
前記多孔性PTFEマトリックスが疎油性である、請求項1に記載の通気アレイ。
【請求項３】
前記基板材料が誘電性材料である、請求項1に記載の通気アレイ。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂がエポキシである、請求項1に記載の通気アレイ。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂がポリイミドである、請求項1に記載の通気アレイ。
【請求項６】
200ミクロン未満の厚さを持つ、請求項1に記載の通気アレイ。
【請求項７】
付着層をさらに備える、請求項1に記載の通気アレイ。
【請求項８】
内部空間と周囲空間を規定するとともに、その内部空間と周囲空間の間に開口部を有する容器用として前記開口部の上方に配置できる通気装置を製造する方法であって、
a．多孔性PTFEマトリックスを用意し、
b．複数の孔を有する基板材料を用意し、
c．前記多孔性PTFEマトリックスと前記基板材料を組み合わせ、その基板材料が隣接する多孔性PTFEマトリックスを満たすようにすることで、多孔性PTFEの領域と、満たされたPTFEマトリックスの領域とを有する複合体を製造し、
d．前記複合体を、それぞれが少なくとも1つの多孔性PTFEマトリックスの領域を含む複数の通気装置に分離する操作を含み、かつ
前記基板材料が、熱硬化性樹脂を含浸させた延伸PTFEを含む方法。
【請求項９】
通気されるMEMSパッケージを製造する方法であって、
a．内部空間と周囲空間を規定するとともに、その内部空間と周囲空間の間に開口部を有する容器を有するMEMSパッケージを用意し、
b．多孔性PTFEマトリックスを用意し、
c．複数の孔を有する基板材料を用意し、
d．前記多孔性PTFEマトリックスと前記基板材料を組み合わせ、その基板材料が隣接する多孔性PTFEマトリックスを満たすようにすることで、多孔性PTFEの領域と、満たされたPTFEマトリックスの領域とを有する複合体を製造し、
e．前記複合体を、それぞれが少なくとも1つの多孔性PTFEマトリックスの領域を含む複数の通気装置に分離し、
f．1つの通気装置を前記MEMSパッケージの開口部の上方に取り付ける操作を含み、かつ
前記基板材料が、熱硬化性樹脂を含浸させた延伸PTFEを含む方法。
【請求項１０】
通気アレイを製造する方法であって、
a．多孔性PTFEマトリックスを用意し、
b．複数の孔を有する基板材料を用意し、
c．前記多孔性PTFEマトリックスと前記基板材料を組み合わせ、その基板材料が隣接する多孔性PTFEマトリックスを満たすようにすることで、多孔性PTFEの領域と、満たされたPTFEマトリックスの領域とを有する複合体を製造する操作を含み、かつ
前記基板材料が、熱硬化性樹脂を含浸させた延伸PTFEを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願
本出願は、2012年3月13日に出願された「通気アレイとその製造方法」という名称のアメリカ合衆国仮特許出願第61/610,254号の優先権を主張する。なおこの出願は、参考としてその全体がこの明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
機械的要素、センサー、アクチュエータなどとエレクトロニクス部品をマイクロファブリケーション技術によって共通のシリコン基板上に集積することは、MEMSとして知られている。マイクロ電子機械システムのセンサーは、マイクロフォン、消費者用圧力センサーの用途、タイヤ圧力・モニタ・システム、ガス流センサー、加速度計、ジャイロスコープで使用することができる。
【０００３】
アメリカ合衆国特許第7,434,305号には、音響トランスデューサと音響ポートを有するシリコン・コンデンサ・マイクロフォンMEMSパッケージが記載されている。音響ポートはさらに、トランスデューサを外部要素（例えば太陽光、および／または水分、および／または油、および／または汚れ、および／または塵）から保護するための焼結金属やPTFEのような環境障壁を備えている。
【０００４】
障壁は、一般に、接着層を用い、導電性材料または非導電性材料からなる層の間に封止される。開示されているコンデンサ・マイクロフォンは、リフローはんだ付けを利用して回路板に取り付けることができる。リフローはんだ付けは、比較的高温で実施される。したがってそのような接着層の温度耐性が極めて重要である。リフローはんだ付け条件での高温に、障壁そのものの機械的強度が小さいことが組み合わさるため、このようなやり方で環境障壁をMEMSパッケージに組み込むことは極めて難しかった。
【０００５】
MEMSパッケージで要求される薄い形態での環境保護と圧力均等化が相変わらず必要とされている。さらに、小さな通気装置を効率的に製造する必要がある。この明細書に開示されている通気アレイは、このような必要性を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施態様として、MEMSパッケージに取り付けられた通気装置を示す。
【図２】通気アレイを示す。
【図３】通気装置を示す。
【図４】通気アレイの断面図である。
【図５】通気されるMEMSパッケージの別の実施態様を示す。
【図６】通気アレイの断面SEM写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
一実施態様では、本発明は、容器のための通気装置を製造する方法に関する。特に、MEMSパッケージに適した通気装置は、本発明の方法で製造することができる。図1は、内部空間（20）と、その内部空間を周囲空間（24）から隔てる開口部（22）とを有する容器（18）を示している。容器の非限定的な例として、圧力センサー、エレクトロニクス用エンクロージャ、ガス・センサー、マイクロフォン、補聴器などが挙げられる。
【０００８】
図2は、通気アレイを示している。このアレイは、単一のプロセスで製造される複数の通気装置を備えている。通気装置は、設置前に切断して分離してもよいし、分離前にMEMSパッケージのアレイの上に設置してもよい。
【０００９】
図3に示したような通気装置（26）は、容器の開口部（22）の上方に配置することができる。この通気装置は、容器の内部空間を周囲空間の汚染物質（例えば塵、水分や、他の液体）から保護する一方で、圧力均等化または水分伝達のためにガスが流れることを可能にする機能を有する。この通気装置（26）は、図2に示したようないくつかの通気装置を備える通気アレイ（28）の形で提供してもよい。通気アレイは、多孔性ポリマー・マトリックス材料（30）と、複数の穴（34）を有する基板材料（32）を組み合わせて構成することができる。
【００１０】
多孔性ポリマー・マトリックス材料は、液体不透過性かつガス透過性の材料である。多孔性ポリマー・マトリックス材料として、フルオロポリマー（例えばPTFE、PVDF、PFA、FEP）と、そのコポリマーが可能である。これら多孔性ポリマー・マトリックス材料は、単一の層として提供すること、または空孔度および／またはポリマー材料が異なる複数の層を含む多層構造として提供することができる。その層は、対称な層でも非対称な層でもよい。ゴアのアメリカ合衆国特許第3,953,566号の教示内容に従って製造した延伸PTFE膜が、多孔性材料として特に有用である。このPTFE膜は、一軸性または二軸性に延伸させることができる。この多孔性材料は、先行技術で周知の被覆と方法を利用してポリマー被覆を適用することによって疎油性にできる。
【００１１】
PTFEのコポリマーも有用である可能性がある。この明細書では、当業者であればわかるように、PTFEに、PTFEのコポリマーと延伸コポリマーが含まれる。
【００１２】
基板材料として、熱および／または圧力のもとで2セットの材料を組み合わせるときに多孔性ポリマー・マトリックスの空孔に流入してその空孔を満たすことのできる任意のポリマー材料が可能である。基板として、例えば熱可塑性樹脂が可能である。基板材料として、少なくとも一部がPTFEからなり、充填剤ありの、またはなしの高温有機誘電性基板材料（例えばポリイミドやエポキシ樹脂など）からなる任意の誘電性材料が可能である。
【００１３】
Speedboard（登録商標）材料が、特に有用な基板である。GORE（登録商標）SPEEDBOARD（登録商標）Cプレプレグ材料は、熱硬化性樹脂を含浸させた延伸PTFEのシートである。延伸PTFE内部の空気スペースは樹脂で置換され、延伸PTFE膜は、樹脂の担体または送達システムになる。従来からあるガラス系プレプレグと同様、樹脂がラミネーション・プロセスの間に流れ、充填し、結合する。
【００１４】
基板材料は、一部が硬化した材料と完全に硬化した材料も含むことができる。基板材料は、ステージB FR4/BTとタクプレグ - タコニックを含むことができる。基板の厚さの範囲として、15ミクロン〜200ミクロンが可能である。基板の厚さは、30ミクロン〜80ミクロンが好ましい。
【００１５】
基板のシートに例えばレーザー穿孔、ダイ-パンチング、機械式ドリルによって穴が開けられる。穴のサイズ、形、位置は、通気装置の開口部（22）のサイズと形によって異なる。一般に、穴のサイズは0.3mm〜1.5mmの範囲である。穴の形は本質的ではなく、円、楕円、正方形、長方形などの任意の形にすることができる。
【００１６】
図4に示してあるように、通気アレイ（40）は、多孔性ポリマー・マトリックス材料（42）と、穴が開いた基板（44）を、ラミネーション技術またはカレンダー技術で組み合わせることによって作られる。このような技術には、熱と圧力の一方または両方が含まれる可能性がある。穴（38）によってガス圧のための通気部ができ上がり、音波の伝達が可能になる。基板材料とマトリックス材料を組み合わせて複合体を形成する。いくつかの領域で基板材料が流れて多孔性ポリマー材料の空孔に流入し、その空孔を満たす。そのため得られる複合体は、多孔性ポリマー材料（43）の領域と、その多孔性ポリマー材料が実質的に基板材料で満たされた非多孔性領域（46）を含んでいる。
【００１７】
図2に示してあるように、通気アレイ（28）は、複数の通気装置（26）を備えることができる。各通気装置は、ポリマー材料からなる少なくとも1つの多孔性領域を含んでいる。アレイごとの通気装置の数は、通気組立体のサイズに依存する。通気装置は、切断によってアレイから分離し、公知の手段（例えば接着剤、熱溶接）を利用して、または基板を容器に流して硬化させることによって、容器に取り付けることができる。
【００１８】
1つの特徴では、金属製の蓋や、熱可塑性樹脂またはエポキシ樹脂のシートといった付着物を通気アレイに設けて通気装置をパッケージに取り付けやすくすることができる。別の特徴では、付着物を有する個々の通気装置を公知の方法で通気アレイから切断した後、その装置を用いて容器の開口部を覆うことができる。
【００１９】
本発明の別の特徴は、通気されるMEMSパッケージを製造する方法に関する。図5は、トランスデューサ・ユニット（52）と増幅器（54）を備えるMEMSコンデンサ・マイクロフォン・パッケージ（50）の一例を示している。このパッケージは、音波をトランスデューサに伝えることを可能にする音響ポートまたは音響開口部（56）を有する。別の用途のための別のMEMSパッケージ（例えばMEMSスピーカ）も同様の構成であり、本発明の製造方法で製造される。開口部を通気装置（26）によって覆うことで、音波またはガスの通過は可能だが、液体汚染物質、塵、水分はパッケージの中に入らないようにすることができる。そうすることで、パッケージ内部の要素が保護される。
【００２０】
実施例：通気アレイの製造方法
【００２１】
プレプレグ材料（GORE（登録商標）SPEEDBOARD（登録商標）C）を基板として使用した。CO2レーザーを用いて基板（12.7cm×15.2cm）に直径0.8mmの丸い穴を開けた。基板には、互いに3.25mm離れた穴が合計で1755個あった。延伸PTFE膜を多孔性ポリマー・マトリックス材料として用いた。この膜の特性は、厚さ約35ミクロン、空孔サイズの平均値0.5ミクロン、ガーレー数約10秒である。この延伸PTFE膜は、フルオロアクリレートポリマーを溶媒系に溶かした溶液で覆い、その後乾燥させて溶媒を除去することによって疎油性にした。
【００２２】
手動式カーバー・プレスを使用し、穴の開いた基板を200°Fの温度、1600psiの圧力で約4分45秒間にわたって疎油性延伸PTFE膜に押し付けることによって複合体を作った。疎油性膜（30）の厚さを貫通する穴の開いた基板材料（32）を、図6に示した複合体の断面SEM写真に見ることができる。したがって得られた複合体は、（a）基板材料が膜全体に浸透している非多孔性領域（60）と、（b）基板材料の穴に対応する疎油性膜だけからなる空気透過性多孔性領域（62）を持っていた。本発明の実施態様の一部を以下の項目［１］−［１０］に記載する。
［１］
a．多孔性PTFEマトリックスを含む複数の通気領域と、
b．複数の穴を有する基板材料を含む非多孔性マトリックス材料を備えていて、前記基板材料が多孔性PTFEマトリックスの空孔を満たすことで非多孔性領域を形成し、その非多孔性領域が前記複数の通気領域を互いに接続している通気アレイ。
［２］
前記多孔性PTFEマトリックスが疎油性である、項目1に記載の通気アレイ。
［３］
前記基板材料が誘電性材料である、項目1に記載の通気アレイ。
［４］
前記基板材料がエポキシである、項目1に記載の通気アレイ。
［５］
前記基板材料がポリイミドである、項目1に記載の通気アレイ。
［６］
200ミクロン未満の厚さを持つ、項目1に記載の通気アレイ。
［７］
付着層をさらに備える、項目1に記載の通気アレイ。
［８］
内部空間と周囲空間を規定するとともに、その内部空間と周囲空間の間に開口部を有する容器用として前記開口部の上方に配置できる通気装置を製造する方法であって、
a．多孔性PTFEマトリックスを用意し、
b．複数の孔を有する基板材料を用意し、
c．前記多孔性PTFEマトリックスと前記基板材料を組み合わせ、その基板材料が隣接する多孔性PTFEマトリックスを満たすようにすることで、多孔性PTFEの領域と、満たされたPTFEマトリックスの領域とを有する複合体を製造し、
d．前記複合体を、それぞれが少なくとも1つの多孔性PTFEマトリックスの領域を含む複数の通気装置に分離する操作を含む方法。
［９］
通気されるMEMSパッケージを製造する方法であって、
a．内部空間と周囲空間を規定するとともに、その内部空間と周囲空間の間に開口部を有する容器を有するMEMSパッケージを用意し、
b．多孔性PTFEマトリックスを用意し、
c．複数の孔を有する基板材料を用意し、
d．前記多孔性PTFEマトリックスと前記基板材料を組み合わせ、その基板材料が隣接する多孔性PTFEマトリックスを満たすようにすることで、多孔性PTFEの領域と、満たされたPTFEマトリックスの領域とを有する複合体を製造し、
e．前記複合体を、それぞれが少なくとも1つの多孔性PTFEマトリックスの領域を含む複数の通気装置に分離し、
f．1つの通気装置を前記MEMSパッケージの開口部の上方に取り付ける操作を含む方法。
［１０］
通気アレイを製造する方法であって、
a．多孔性PTFEマトリックスを用意し、
b．複数の孔を有する基板材料を用意し、
c．前記多孔性PTFEマトリックスと前記基板材料を組み合わせ、その基板材料が隣接する多孔性PTFEマトリックスを満たすようにすることで、多孔性PTFEの領域と、満たされたPTFEマトリックスの領域とを有する複合体を製造する操作を含む方法。
【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６】
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