(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで信頼性の高いＭＥＭＳデバイス用パッケージング方法を提供する。【解決手段】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスをパッケージングする方法において、第１面１０４及び反対側の第２面１０６を有するインターポーザボードであって、第２面に複数の電気接点１０８を含むインターポーザボード１０２が準備される。インターポーザボードの第１面に複数のシム層１１２が接着され、シム層の各々の一つに複数のＭＥＭＳダイ１２０がそれぞれ分離して接着される。ワイヤボンディングによりＭＥＭＳダイの各々がインターポーザボードに電気的に接続される。パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを製造するために複数のカバー１３０がＭＥＭＳダイの各々を覆ってインターポーザボードの第１面に取り付けられる。ＭＥＭＳダイの各々は、カバーのそれぞれの一つによって画定される密封キャビティ内に存在し、熱応力から実質的に隔離される。【選択図】図１Ａ
2015003381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスをパッケージングする方法であって、
第１面及び反対側の第２面を有するインターポーザボードであって、前記第２面に複数の電気接点を含むインターポーザボードを準備することと、
前記インターポーザボードの前記第１面に複数のシム層を接着することと、
前記シム層の各々の一つに複数のＭＥＭＳダイをそれぞれ分離して接着することと、
ワイヤボンディングにより前記ＭＥＭＳダイの各々を前記インターポーザボードに電気的に接続することと、
パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを製造するために複数のカバーを前記ＭＥＭＳダイの各々を覆って前記インターポーザボードの前記第１面に取り付けることと、を含み、
前記ＭＥＭＳダイの各々は、前記カバーのそれぞれの一つによって画定される密封キャビティ内に存在し、熱応力から実質的に隔離される、ＭＥＭＳデバイスをパッケージングする方法。
【請求項２】
パッケージングされた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスであって、
第１面及び反対側の第２面を有するインターポーザ層と、
前記インターポーザ層の前記第１面上の第１エポキシ層と、
前記インターポーザ層の前記第１面に前記第１エポキシ層で取り付けられるシム層と、
前記シム層上の第２エポキシ層と、
前記シム層に前記第２エポキシ層で取り付けられるＭＥＭＳダイであって、前記インターポーザ層に電気的に接続されるＭＥＭＳダイと、を有し、
前記第１エポキシ層、前記シム層、及び前記第２エポキシ層は、前記ＭＥＭＳダイを熱応力から実質的に隔離する、パッケージングされたＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサアセンブリであって、
第１面及び反対側の第２面を有する回路カードと、
前記回路カードの前記第１面と前記第２面との間に延在する複数のビアと、
前記回路カードの前記第１面に設けられ、且つ電気的に接触する少なくとも一つのＭＥＭＳデバイスと、を有し、
前記ＭＥＭＳデバイスは、
第１面及び反対側の第２面を有するコンバージョンボードと、
前記コンバージョンボードの前記第１面に取り付けられるシム層と、
前記シム層に取り付けられ且つ前記コンバージョンボードに電気的に接続されるＭＥＭＳダイと、
前記ＭＥＭＳダイを覆って前記コンバージョンボードの前記第１面に取り付けられるカバーと、を有し、
少なくとも一つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が、前記ＭＥＭＳデバイスとは反対側の前記回路カードの前記第２面に設けられ、且つ電気的に接触し、前記ＡＳＩＣは前記ビアを通じて前記ＭＥＭＳデバイスと電気的に連通する、ＭＥＭＳセンサアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイス用パッケージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、ジャイロスコープや加速度計等の様々なセンサを含み、慣性航法システムに実装され得る。これらのセンサは、典型的には、製造及び作動の間の様々な環境の影響から保護する必要がある微細構造検知部品を有する。例えば、回転運動を測定するように設計されたＭＥＭＳセンサダイは、回転運動の測定を悪化させる外部応力のような様々な誤差源に曝される。様々なパッケージングスキームが、ＭＥＭＳデバイス内の検知部品をパッケージするために開発されているが、これらのパッケージングスキームは典型的に費用がかかり、また常に信頼性があるわけではない。
【発明の概要】
【０００３】
[0002]微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスをパッケージングする方法において、第１面及び反対の第２面を有するインターポーザボードであって、第２面に複数の電気接点を含むインターポーザボードが準備される。インターポーザボードの第１面に複数のシム層が接着され、シム層の各々の一つに複数のＭＥＭＳダイがそれぞれ分離して接着される。ワイヤボンディングによりＭＥＭＳダイの各々がインターポーザボードに電気的に接続される。パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを製造するために複数のカバーがＭＥＭＳダイの各々を覆ってインターポーザボードの第１面に取り付けられる。ＭＥＭＳダイの各々は、カバーのそれぞれの一つによって画定される密封キャビティ内に存在し、熱応力から実質的に分離される。
【０００４】
[0003]図面は例示の実施形態のみを示し、したがって発明の範囲を制限するものと考えられるべきではないことが理解される。例示の実施形態は、追加の特異性をもって説明され、以下の添付図面の使用を通じて詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】[0004]図１Ａは、一実施形態によるパッケージングされたＭＥＭＳデバイスの側断面図である。
【図１Ｂ】[0005]図１Ｂは、カバーの無い図１ＡのパッケージングされたＭＥＭＳデバイスの分解斜視図である。
【図２】[0006]図２は、一実施形態によるＭＥＭＳセンサアセンブリの断面図である。
【図３Ａ】[0007]図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態による慣性計測装置に設けられ得るＭＥＭＳセンサアセンブリの両側の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態による慣性計測装置に設けられ得るＭＥＭＳセンサアセンブリの両側の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[0008]以下の詳細に説明において、当業者が発明を実施できる程度に十分に詳細に実施形態が記載される。他の実施形態が本発明の範囲から逸脱しないように利用され得ることが理解される。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味にとられるものではない。
【０００７】
[0009]微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのパッケージング技術がここに説明される。本アプローチは、環境温度の影響によるモデル化できない誤差を最小限にする分離構造と組み合わせた基本的な集積回路（ＩＣ）パッケージング技術を採用することができる。本アプローチは、基本的なＩＣ高体積製造技術と共に使用され得、一方で容易に利用可能な材料の使用のために低コストである。
【０００８】
[0010]本方法によりパッケージングされたＭＥＭＳデバイスは、例えば慣性計測装置（ＩＭＵ）のような様々なセンサシステムに実装され得る。パッケージング技術は、ＭＥＭＳセンサを採用するＩＭＵ製品の厳しいサイズ、コスト、性能の問題に対処する。
【０００９】
[0011]概して、本方法は、多くのインターポーザベースを製造することを含み、例えばコンバージョンボードを形成するために、１００以上の群で製造され得る。一以上の分離シムがその後インターポーザベースの各々に接着され、一つのシムが一つのダイの取り付け点に接着される。ＭＥＭＳダイは、続いてシムの各々に接着される。ＭＥＭＳダイをインターポーザベースに電気的に接続するために、ワイヤボンディングが使用され得る。後続する取扱いの間のダメージからＭＥＭＳダイを保護するために、蓋又はカバーが各ＭＥＭＳダイを覆ってインターポーザベースにその後取り付けられる。パッケージングされたＭＥＭＳダイは、その後基本的なダイシングプロセスを使用して個々のパーツに切り分けられる。
【００１０】
[0012]本アプローチが、以下図面に関連してさらに詳細に説明される。
[0013]図１Ａ及び図１Ｂは、一実施形態によるパッケージングされたＭＥＭＳデバイス１００を示す。ＭＥＭＳデバイス１００は、第１面１０４及び反対の第２面１０６を備えたインターポーザ層１０２を含む。ソルダーボール等の複数の電気接点１０８が第２面１０６に取り付けられる。インターポーザ層１０２は、接点１０８間の複数の内部相互接続と、第１面１０４に配置された対応する接着パッド１１０とを含む（図１Ｂ）。一実施形態では、インターポーザ層１０２は、グラスファイバー又はポリイミド積層板のような様々な材料から構成されるコンバージョンボード又はプリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る。
【００１１】
[0014]シム層１１２がインターポーザ層１０２の第１面１０４に取り付けられる。シム層１１２は、第１エポキシ層１１４で第１面１０４に接着される。ＭＥＭＳダイ１２０は、第２エポキシ層１１６でシム層１１２に接着される。ＭＥＭＳダイ１２０をインターポーザ層１０２により引き起こされる熱応力から実質的に分離するために、シム層１１２、第１エポキシ層１１４、及び第２エポキシ層１１６は結合する。
【００１２】
[0015]例示の一実施形態では、第１及び第２エポキシ層１１４，１１６は約３０ミクロン以上約５０ミクロン以下の厚みを有し、硬化したときは少なくとも約１，０００，０００ｐｓｉ（約６８９６５５２ｋＰａ）のヤング係数を有する。
【００１３】
[0016]一実施形態では、シム層１１２は、ＭＥＭＳダイ１２０を形成するのに使用される材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材料で構成される。例えば、ＭＥＭＳダイが第１の値の熱膨張係数を有する材料で構成される場合は、シム層は、第１の値の少なくとも約９０％の第２の値の熱膨張係数を有する材料で構成することができる。シム層を形成するのに使用され得る適切な材料は、例えば、シリコン、ガラス、アルミナ、又はサファイアを含む。
【００１４】
[0017]ＭＥＭＳダイ１２０は、ワイヤボンディングプロセスで接着パッド１１０に取り付けられた複数の接着ワイヤ１２２を通じてインターポーザ層１０２と電気的に接続され得る。ＭＥＭＳダイ１２０はジャイロスコープ、加速度計、又は他のＭＥＭＳセンサデバイスを含み得る。
【００１５】
[0018]図１Ａに示されるように、カバー１３０がＭＥＭＳダイ１２０を覆って上面１１４に密に取り付けられる。カバー１３０は、パッケージングが完了した後の最終洗浄の間にＭＥＭＳダイ１２０を水から保護するための防水シールを提供する。カバー１３０は、同様に慣性センサシステム等に実装する間のＭＥＭＳデバイス１００の取り扱いを容易にし、作動時の環境からの保護を提供する。
【００１６】
[0019]図１Ｂは一つのＭＥＭＳデバイスを示しているが、この同じ構成がインターポーザボード上に複数のＭＥＭＳデバイスを形成するのに使用され得る。例えば、複数のシム層がインターポーザボードに接着され得、複数のＭＥＭＳダイがそれぞれ続いてシム層のそれぞれの一つに分離して接着される。複数のカバーが続いて、複数のパッケージングされたＭＥＭＳデバイスを製造するためにＭＥＭＳダイの各々を覆ってインターポーザボードに取り付けられ、お互いそれぞれ個々のＭＥＭＳデバイスに分離され得る。
【００１７】
[0020]図２はＭＥＭＳセンサアセンブリ２００の部分断面図であり、ＭＥＭＳデバイス１００（図１Ａ）のようなパッケージングされたＭＥＭＳデバイスを実装する。ＭＥＭＳセンサアセンブリは、第１面２０４及び反対の第２面２０６を有する回路カード２０２を含む。複数のビア２０８が第１面２０４と第２面２０６との間に延在する。
【００１８】
[0021]ＭＥＭＳデバイス１００は、回路カード２０２の第１面２０４上に設けられる。ＭＥＭＳデバイス１００が回路カード２１０に電気的に結合されるように、ソルダーボール等の接点１０８が第１面２０４上の接着パッドに取り付けられる。
【００１９】
[0022]特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２１０は、ＭＥＭＳデバイス１００と反対側の回路カード２０２の第２面２０６に直接設けられる。ＡＳＩＣ２１０は、ＡＳＩＣ２１０が回路カード２１０に電気的に結合するように第２面２０６上の接着パッドに取り付けられたソルダーボール等の複数の電気接点２１２を有する。
【００２０】
[0023]ＭＥＭＳデバイス１００は、ビア２０８を通じてＡＳＩＣ２１０と電気的に連通する。ＡＳＩＣ２１０は、一般的に、検知、信号処理、及びＭＥＭＳダイ１２０の制御のための作動電気回路を含むＩＣダイ２１４を含む。
【００２１】
[0024]図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態による慣性計測装置に設けられ得るＭＥＭＳセンサアセンブリ３００の両側の斜視図である。図３Ａに示されるように、ＭＥＭＳセンサアセンブリ３００は、ＭＥＭＳジャイロスコープやＭＥＭＳ加速度計等の、３つのパッケージングされたＭＥＭＳ慣性センサデバイス３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃを含み、これらは回路カード３２０のその第１面側３２２に取り付けられる。
【００２２】
[0025]ＭＥＭＳ慣性センサデバイス３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃは類似の部品を含み、ＭＥＭＳデバイス１００について上述した方法と同様の方法でパッケージングされる。カバー３１２は、ＭＥＭＳ慣性センサデバイス３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃの各々で部分的に切り取られて示されており、ＭＥＭＳダイ３１４、シム層３１６、及びインターポーザ層３１８を含む内在する内側部品を公開している。
【００２３】
[0026]図３Ｂは、ＭＥＭＳセンサアセンブリ３００の反対側を示し、ＭＥＭＳセンサアセンブリ３００においては３つのＡＳＩＣ３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃが、図３Ａに示される対応するＭＥＭＳ慣性センサデバイス３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃの直接の反対側の回路カード３２０の第２面３３２に設けられる。ＭＥＭＳ慣性センサデバイス３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃの各々は、回路カード３２０のビアを通じて対応するＡＳＩＣ３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃと電気的に連通する。
【００２４】
[0027]ＡＳＩＣ３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃはＡＳＩＣ２１０（図２）で説明した部品と同様の部品を含む。カバー３３２は、ＡＳＩＣ３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃの各々で部分的に切り取られて示されており、対応するＭＥＭＳ慣性センサデバイスのための作動電気回路を含むＩＣダイ３３４を含む内在する内側部品を公開している。
【００２５】
実施例
[0028]実施例１は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスをパッケージングする方法であって、第１面及び反対側の第２面を有するインターポーザボードであって、前記第２面に複数の電気接点を含むインターポーザボードを準備することと、前記インターポーザボードの前記第１面に複数のシム層を接着することと、前記シム層の各々の一つに複数のＭＥＭＳダイをそれぞれ分離して接着することと、ワイヤボンディングにより前記ＭＥＭＳダイの各々を前記インターポーザボードに電気的に接続することと、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを製造するために複数のカバーを前記ＭＥＭＳダイの各々を覆って前記インターポーザボードの前記第１面に取り付けることと、を有する方法を含む。前記ＭＥＭＳダイの各々は、前記カバーのそれぞれの一つによって画定される密封キャビティ内に存在し、熱応力から実質的に隔離される。
【００２６】
[0029]実施例２は、実施例１の方法において、前記ＭＥＭＳダイが第１の値の熱膨張係数を備える材料から形成され、前記シム層が前記第１の値の少なくとも約９０％である第２の値の熱膨張係数を備える材料から形成される、方法を含む。
【００２７】
[0030]実施例３は、実施例１又は２の方法において、前記シム層がシリコン、ガラス、アルミナ、又はサファイアを有する材料で形成される、方法を含む。
[0031]実施例４は、実施例１ないし３のいずれかの方法において、前記ＭＥＭＳダイが慣性センサダイを含む、方法を含む。
【００２８】
[0032]実施例５は、実施例１ないし４のいずれかの方法において、前記ＭＥＭＳダイがジャイロスコープ又は加速度計を含む、方法を含む。
[0033]実施例６は、実施例１ないし５のいずれかの方法において、前記シム層及びＭＥＭＳダイが硬化時に少なくとも約１，０００，０００ｐｓｉ（約６８９６５５２ｋＰａ）のヤング係数を有するエポキシ材料で各々接着される、方法を含む。
【００２９】
[0034]実施例７は、実施例１ないし６のいずれかの方法において、さらに、パッケージングされた前記ＭＥＭＳデバイスを互いに分離して個々のＭＥＭＳデバイスにすることと、前記個々のＭＥＭＳデバイスの一以上を回路カードに接続することと、を有する方法を含む。
【００３０】
[0035]実施例８は、パッケージングされた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスであって、第１面及び反対側の第２面を有するインターポーザ層と、前記インターポーザ層の前記第１面上の第１エポキシ層と、前記インターポーザ層の前記第１面に前記第１エポキシ層で取り付けられるシム層と、前記シム層上の第２エポキシ層と、前記シム層に前記第２エポキシ層で取り付けられるＭＥＭＳダイであって、前記インターポーザ層に電気的に接続されるＭＥＭＳダイと、を有するパッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。前記第１エポキシ層、前記シム層、及び前記第２エポキシ層は、前記ＭＥＭＳダイを熱応力から実質的に隔離する。
【００３１】
[0036]実施例９は、実施例８のパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、前記ＭＥＭＳダイが第１の値の熱膨張係数を備える材料を含み、前記シム層が前記第１の値の少なくとも約９０％である第２の値の熱膨張係数を備える材料を含む、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３２】
[0037]実施例１０は、実施例８又は９のパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、前記シム層がシリコン、ガラス、アルミナ、又はサファイアを含む、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３３】
[0038]実施例１１は、実施例８ないし１０のいずれかのパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第１及び第２エポキシ層は少なくとも約１，０００，０００ｐｓｉ（約６８９６５５２ｋＰａ）のヤング係数を有する、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３４】
[0039]実施例１２は、実施例８ないし１１のいずれかのパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、前記ＭＥＭＳダイは慣性センサダイを含む、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３５】
[0040]実施例１３は、実施例８ないし１２のいずれかのパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、前記ＭＥＭＳダイはジャイロスコープ又は加速度計を含む、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３６】
[0041]実施例１４は、実施例８ないし１３のいずれかのパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、さらに、前記ＭＥＭＳダイを覆って前記インターポーザ層の前記第１面に取り付けられるカバーを含み、前記ＭＥＭＳダイは前記カバーによって画定される密閉キャビティ内に存在する、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３７】
[0042]実施例１５は、実施例８ないし１４のいずれかのパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、前記インターポーザ層は、コンバージョンボード又はプリント回路基板を含む、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３８】
[0043]実施例１６は、実施例８ないし１５のいずれかのパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、さらに、前記インターポーザ層の前記第２面に複数の電気接点を有する、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００３９】
[0044]実施例１７は、実施例１６のパッケージングされたＭＥＭＳデバイスにおいて、前記電気接点は、回路カードと電気的に接続される、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスを含む。
【００４０】
[0045]実施例１８は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサアセンブリであって、第１面及び反対側の第２面を有する回路カードと、前記回路カードの前記第１面と前記第２面との間に延在する複数のビアと、前記回路カードの前記第１面に設けられ、且つ電気的に接触する少なくとも一つのＭＥＭＳデバイスと、を有するＭＥＭＳセンサアセンブリを含む。前記ＭＥＭＳデバイスは、第１面及び反対側の第２面を有するコンバージョンボードと、前記コンバージョンボードの前記第１面に取り付けられるシム層と、前記シム層に取り付けられ且つ前記コンバージョンボードに電気的に接続されるＭＥＭＳダイと、前記ＭＥＭＳダイを覆って前記コンバージョンボードの前記第１面に取り付けられるカバーと、を有する。少なくとも一つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が、前記ＭＥＭＳデバイスとは反対側の前記回路カードの前記第２面に設けられ、且つ電気的に接触する。前記ＡＳＩＣは前記ビアを通じて前記ＭＥＭＳデバイスと電気的に連通する。
【００４１】
[0046]実施例１９は、実施例１８のＭＥＭＳセンサアセンブリにおいて、前記ＭＥＭＳダイはジャイロスコープ又は加速度計を有する、ＭＥＭＳセンサアセンブリを含む。
[0047]実施例２０は、実施例１９のＭＥＭＳセンサアセンブリにおいて、前記少なくとも一つのＭＥＭＳデバイス及びＡＳＩＣは、慣性計測装置の部分として実装される、ＭＥＭＳセンサアセンブリを含む。
【００４２】
[0048]本発明は、その本質的な特性から逸脱しない他の構成に具体化され得る。記載された実施形態は、全ての点において単なる実例であって限定的ではないものとして考えられるべきである。したがって、この発明は特許請求の範囲及びその均等物にのみ制限されることが意図される。
【図１Ａ】
2015003381.tif 000003
【図１Ｂ】
2015003381.tif 000004
【図２】
2015003381.tif 000005
【図３Ａ】
2015003381.tif 000006
【図３Ｂ】
2015003381.tif 000007
【外国語明細書】
2015003381000001.pdf