(57)【要約】【課題】製造時のＭＥＭＳ部品の位置決め精度を改善するための方法を提供する。【解決手段】製造時のＭＥＭＳ部品の位置決め精度を改善するための方法を開示する。本発明によれば、ＭＥＭＳ部品の少なくとも一つは、球体またはベアリングを中心に置き、好ましくは温度散逸材料で一時的に固定する空洞を備える。ＭＥＭＳ部品が球体またはベアリングと接触しているとき、温度散逸材料を蒸発させ、異なる方向に動く二つの対向するＭＥＭＳ部品に対して非常に低い摩擦を提供し、非常に正確な位置決めを可能にする。第一の実施態様では、各ＭＥＭＳ部品は、部品を自己位置決めさせるためにハンダ付け合金とともに用いられるパッドを備える。第二の実施態様では、各部品は少なくとも一つの空洞を備え、上部の空洞は円錐形状を有し、下部の空洞は平らな床を有し、安定な状態に到達するとき、すなわち、球体が上部空洞の円錐体中心に置かれるとき、位置決めを実現する。【選択図】図６
2008505770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスの少なくとも二つの部品（１１０’、１４０’）の位置決め精度を改善するための方法であって、前記少なくとも二つの部品は少なくとも一つの回転要素（２０５）を介して接触し、前記方法は、
前記少なくとも二つの部品（１１０’、１４０’）を位置決めする工程と、
前記少なくとも二つの部品を一緒に固定する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも二つの部品を位置決めする前に、前記少なくとも一つの回転要素（２０５）を解放する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも二つの部品を位置決めする前に、熱によって散逸する材料（３００）を用いて、前記回転要素（２０５）を前記少なくとも二つの部品（１１０’、１４０’）の一方の上に固定する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱によって散逸する材料はグリセロールを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記回転要素（２０５）は、球体またはベアリングのどちらかである、請求項１から４の任意の一つに記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも二つの部品（１１０’、１４０’）の少なくとも一つは空洞（２００）を備え、前記少なくとも二つの部品を位置決めする前に、前記回転要素を前記空洞の中心に置く、請求項１から５の任意の一つに記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも二つの部品のうち上になる方は、前記回転要素と重なり合うようになっている円錐形の空洞（１１１０）を備える、請求項１から６の任意の一つに記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７の任意の一つに記載の方法であって、前記少なくとも二つの部品のそれぞれは少なくとも一つのパッド（５０５、５１０）を備え、前記第一の部品と第二の部品とを位置決めすると、前記少なくとも二つの部品の第一の部品の前記少なくとも一つのパッドは、前記少なくとも二つの部品の第二の部品の前記少なくとも一つのパッドに対して位置決めされ、少なくとも一つのパッドの対を形成し、前記少なくとも一つのパッドの対の前記パッドのサイズは好ましくは異なり、前記方法は、
前記少なくとも二つの部品の第一の部品の前記少なくとも一つのパッドの上にハンダ付け材料を付着させる工程と、
前記第二の部品を前記第一の部品に大まかに位置決めする工程と、
前記第二の部品を前記第一の部品の上に置く工程と、
をさらに含む方法。
【請求項９】
前記工程は、前記ハンダ付け材料を液体状態にする工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ハンダ付け材料はハンダ付け合金で作られる、請求項８または請求項９のどちらかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、マイクロ・エレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）の製造技法に関する。より詳しくは、本発明は、製造時のＭＥＭＳの部品の位置決め精度を改善するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の集積回路（ＩＣ）方法論を用いて電気デバイスまたは回路とともに製造されるミクロン・サイズの機械構造物を、マイクロ・エレクトロメカニカル・システムすなわちＭＥＭＳと呼ぶ。投射装置、ディスプレイ、センサおよびデータ記憶デバイスなどの用途のＭＥＭＳデバイスの開発は、最近多大の興味を集めている。例えば、データ記憶デバイスに関するＩＢＭのプロジェクトの一つは、現在利用できる最高密度の磁気記憶装置より２０倍高い、平方インチあたり１兆ビットのデータ密度を実証した。このデバイスは、何千ものナノメートルの尖ったチップを用いてプラスチック薄膜に個別ビットを表す圧痕を穿孔する。その結果、用いられる技術は、１１０年を超える昔に開発されたデータ処理「パンチカード」のナノテク版に似ているが、リライタブル（何度でも繰り返し用いることができることを意味する）であり、標準パンチカードではたった一つのパンチ孔が占めていた空間に３０億ビットを超えるデータを記憶できるという二つの決定的な違いがある。
【０００３】
このデバイスの心臓部は、厚さ０．５マイクロメートル、長さ７０マイクロメートルのｖ字形のシリコン・カンチレバーの二次元アレイである。各カンチレバーの末端には、長さ２マイクロメートルにも満たない下向きのチップがある。現在の実験装置は、シリコン表面マイクロ・マシニングによって作られる１０２４（３２×３２）個のカンチレバーの３ｍｍかける３ｍｍのアレイを備える。洗練された設計によって、チップ・アレイは記憶媒体と同じ高さに保持され、振動および外部衝撃を緩衝する。ＤＲＡＭチップ中で用いられるものに類似の時間マルチプレックス化エレクトロニクスを用いて、並列動作用に各チップを個別アドレス化する。電磁アクチュエーションによって、アレイの下にある記憶媒体をｘ方向とｙ方向との両方に精密に移動させ、一辺が１００マイクロメートルの専用の記憶場内で各チップが読み書きできるようにする。受け持つ距離が短いので、電力消費を確実に低くすることができる。
【０００４】
図１は、そのようなデバイス（１００）の部分断面図である。図に示したように、各カンチレバー１１５は、ＣＭＯＳデバイス１１０を搭載する基板１０５の上に制御構造物１２０とともに取り付けられ、記憶スキャナ・テーブル１３０の表面の上のビットを読み、または書く（Ｒ／Ｗ）ようになっている下向きのチップ１２５を備える。電磁アクチュエータ１３５の働きによって、記憶スキャナ・テーブル１３０は、矢印で示される少なくとも一次元内で移動することができる。記憶スキャナ・テーブル１３０、アクチュエータ１３５および支持構造物１４０を備える部品は、あらかじめ定められた間隔でＣＭＯＳデバイス１１０上に精密に位置決めしなければならない。ＣＭＯＳデバイス１１０は、Ｒ／Ｗ動作など、要求される機能を制御するために必要なエレクトロニクスをすべて有する。この実体化例で、ＸおよびＹ軸の位置決め機能目標は、±１０μｍ（マイクロメートル）のオーダーであり、一方、記憶スキャナ・テーブル１５０と、Ｒ／Ｗカンチレバー用の支持板としても機能するＣＭＯＳデバイス１１０との間の機能ギャップは、６μｍの最大距離を有し、許容誤差はサブミクロンである。
【０００５】
要求される部品位置決め精度に見合う電気的特徴と機械的特徴とを組み合わせると、デバイスコストに直接影響する専用製造ツールの使用につながる。消費者市場向けのこの種の製品の大量生産では、そのような投資は、スループット（製造能力）の要請と精密位置決めの要請とは両立しないという当然の帰結によって非常に高価なものになると考えられる。従って、専用の複雑な製造ツールを必要とすることなく、製造時にＭＥＭＳの部品を効率的に位置決めするための方法およびシステムが求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本明細書中上記で説明した先行技術の欠点を解消することは、本発明の広義の目的である。
【０００７】
ＭＥＭＳ部品を位置決めするときに、部品の間の摩擦を減らすための方法を提供することは、本発明の別の目的である。
【０００８】
ＭＥＭＳ部品の間の距離を制御しながら、製造時のこれらの部品の自己位置決め精度を改善するための方法を提供することは、本発明のさらに別の目的である。
【０００９】
ＭＥＭＳ部品の間の距離を制御しながら、回転位置決め誤差に従って製造時のこれらの部品の自己位置決め精度を改善するための方法を提供することは、本発明のさらにまた別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的およびその他の関連する目的の達成は、電子デバイスの少なくとも二つの部品の位置決め精度を改善するための方法であって、前記少なくとも二つの部品は少なくとも一つの回転要素を介して接触し、前記方法は、
前記少なくとも二つの部品を位置決めする工程と、
前記少なくとも二つの部品を一緒に固定する工程と、
を含む方法によって実現される。
【００１１】
図面および詳細な説明を検討すれば、さらに別の本発明の利点が当業者には明らかになる。すべての別の利点は、本明細書に組み込まれるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明によれば、ＭＥＭＳの部品の間の最終的な電気的接続または機械的結合あるいはその両方を形成することもできるハンダ・リフロー・プロセス、重力効果を利用するプロセス、あるいは両プロセスの組み合わせによって、マイクロ・エレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）の二つ以上の部品を非常に高い精度の位置決めで積層することを可能にする設計戦略が提供される。さらに、本発明は、回転位置決め誤差の自己制御補正と、自己強制Ｚ制御高さまたは機能分離とを提供する。
【００１３】
例を示すために、データ記憶デバイスに関する図１を参照して上記で示した例にもとづいて本発明を説明する。そのようなデータ記憶デバイスは、スキャナ・テーブル１３０および関連電磁制御装置を有するＭＥＭＳと、読み書き（Ｒ／Ｗ）機能性能を制御するために必要なすべてのエレクトロニクスを有し、Ｒ／Ｗチップである非常に多数の個別構造物を保持するＣＭＯＳデバイスと、で作られる。
【００１４】
上記で述べたように、部品積層について精密な機能の要請がある。Ｘ軸およびＹ軸方向の位置決め機能目標は、±１０μｍ（マイクロメートル）のオーダーであり、一方、スキャナ・テーブル１３０と、Ｒ／Ｗカンチレバー用の支持板としても働くＣＭＯＳデバイスとの間の機能ギャップは、６μｍの最大距離を有し、許容誤差はサブミクロンである。
【００１５】
本発明によれば、位置決めシステムは、ＭＥＭＳの可動部品の間の摩擦を減らすために、回転する球体またはベアリングの使用を利用する。好ましくは、球体またはベアリングは、積層要素の一つの上に存在する空洞またはすき間の中に置かれる。そのような空洞は、例えば、ＭＥＭＳ部品の表面の上にエッチングすることができる。主軸の周りに回転する円筒形ベアリングは直交する方向への部品の移動しか提供しないが、一方、中心の周りに回転する球体はｘ方向とｙ方向との部品の移動を提供することに注意すべきである。ＭＥＭＳ部品の間の距離の正確な制御を提供するために、球体およびベアリングをスペーサとして用いる点にも注意すべきである。
【００１６】
図２は、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含み、上記で述べた球体とベアリングとの例を示す。図２の（ａ）は、図１で示した部品と類似の二つのＭＥＭＳ部品、例えばＣＭＯＳデバイス１１０’と、記憶スキャナ・テーブルを支える構造物１４０’との部分断面図である。ＣＭＯＳデバイス１１０’は、ＣＭＯＳデバイス１１０’と、記憶スキャナ・テーブルを支える構造物１４０’とを低い摩擦係数で位置決めすることができるように、球体２０５が回転することができる空洞２００を備える。好ましくは、システムは、位置決めするＭＥＭＳ部品の間に三つの境界点を作るように、一列上にない三つの球体（あるいは、二つの球体と一つのベアリング、一つの球体と二つのベアリング、または三つのベアリング）を備える。図２の（ｂ）は、位置決めするＭＥＭＳ部品の間の境界点によって形成される平面に垂直な軸を有する円筒からなる空洞２００の好ましい形状を示す。図２の（ｃ）は、ベアリング２１０の使用と、対応する空洞２１５の好ましい形状との例を示す。図に示したように、対応する空洞２１５の好ましい形状は直方体である。
【００１７】
回転球体またはベアリングは、炭化タングステンで作ってもよく、互いに対して相対運動する可動部品に低い摩擦係数を提供する。球体またはベアリングを収容する空洞は、主に、ＭＥＭＳの積層部品の位置決め許容誤差プラスすべての必要な製造許容誤差を包含するようなサイズで作られる。例えば、球体は７μｍの直径を有し、空洞は１μｍの深さを有するとよい。
【００１８】
さらに好ましくは、ＭＥＭＳ部品の位置を決める前に、球体またはベアリングを保持させ、空洞中の中心に置く。図３に例を示すように、温度散逸材料３００によって回転要素を定位置に保つ。温度散逸材料は、別の機構がＭＥＭＳ部品の相対位置決めを支配すると考えられるとき、回転要素を解放する。好ましくは、温度散逸材料は、水とグリセロールとを含むゲルを含む。このゲルは、ハンダ付けリフロー・プロフィルの前端部分の温度上昇時に、約８０℃と１３０℃との間で完全に散逸し、通常、少なくとも１４０秒間持続しなければならない。このゲルは蒸発し、積層ＭＥＭＳの二つの部品が動き始めるとき球体が回転するのを妨げる残渣を残さない。ゲルは、１０ｇのグリセロールと６ｇの水とを混合し、体積減少および水の放出によってゲルが形成されるまで真空チャンバ中で４５℃より高い温度で撹拌することによって、得ることができる。真空混合は、低温で水蒸発速度を増加させ、混合操作中のゲル形成物中への空気の泡の捕捉を回避する。ゲルは、ゲルのドットを空洞中に配置する一種のシャワー・ヘッドによって分注してもよい。このシャワー・ヘッドは、例えば針を通してゲルを注入することによってゲルを能動的に分注してもよく、あるいは受動的にゲルを移してもよい。別の解決法は、空洞の中に置く前に球体またはベアリングをゲル中に浸漬することを含む。
【００１９】
位置決めを実行すると、ハンダ付けなどの積層ＭＥＭＳの固定機構が摩擦によって球体またはベアリングを定位置に保持する。
【００２０】
上記で述べたように、低コスト工業プロセスを用いるＭＥＭＳ部品の自己位置決めは、特定のハンダ付けプロセス、回転要素空洞の床の特定の形状、またはこれらの両方の組み合わせによって実現することができる。
【００２１】
金属パッドの特定の設計を実体化し、標準共晶スズ／鉛（６３Ｓｎ／３７Ｐｂ）、６０Ｓｎ／４０Ｐｂまたは５Ｓｎ／９５Ｐｂ、１０Ｓｎ／９０Ｐｂ、３Ｓｎ／９７Ｐｂなどの非共晶Ｓｎ／Ｐｂ二元合金、スズ／銀／銅三元合金などのその他の「鉛フリー」合金、インジウムまたは銀系であってもよい他の合金、あるいはスズまたはその他の金属合金など、選ばれたハンダ付け合金を利用することによって、融解した合金析出物の表面張力物理特性を利用することができる。ハンダ合金は、製品製造システム全体に必要なハンダ階層と、さまざまなＭＥＭＳ構成部品が耐えることができる最大許容温度上昇とにもとづいて選択するとよい。図４に例を示すように、金属パッドと液相の合金との間の濡れ現象がＭＥＭＳの二つの部品の間のＸ軸およびＹ軸方向の自己中心位置決め動作を推進する。図４は、リフロー・プロセスの始め（図４の（ａ））と終り（図４の（ｂ））とのＭＥＭＳの二つの部品（４００、４０５）を示し、各部品は、合金（４２０）と接触するパッド（４１０、４１５）を備える。
【００２２】
同じ設計で必要なとき、融解ハンダ中のこれらの張力効果を用いて、さまざまな構成要素の周りに回転するモーメントを作り出すことによって、回転自己位置決め（θ軸）のための複雑な力のシステムを作り出してもよい。さらに、パッドの相対サイズと合金の量とを調節することによって、回転要素に加えられる圧力を制御してもよい。
【００２３】
図５は、本発明の一実施態様を実体化するデバイス５００の例を示す。デバイス５００は、ハンダ付け合金５１５でつながる二つの金属パッド５０５と５１０とを備える。上記で述べたように、ＭＥＭＳ部品の間、例えばＣＭＯＳデバイス１１０’と、記憶スキャナ・テーブル１３０’、電磁アクチュエータ１３５’および構造物１４０’を備える部品との間の距離は、回転要素５２０の直径と、対応する空洞５２５の深さとによって定まる。
【００２４】
図５に示したデバイスによれば、単一のリフロー工程で、Ｘ、Ｙおよびθ位置決めを回転要素に対するＺ方向の落ち込みとともに実行することができる。
【００２５】
図６は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を含み、ＭＥＭＳ部品の位置決めの主工程の例を示す。図６の（ａ）に示すように、記憶スキャナ・テーブルを支持する構造物１４０’はパッド５１０を備え、ＣＭＯＳデバイス１１０’はパッド５０５と、水およびグリセロールを含むゲルなどの温度散逸材料３００によって球体を保持し、中心に配置する空洞５２５とを備える。予め定められたハンダ付け材料５１５の量をパッド５０５の上に堆積する。ＣＭＯＳデバイス１１０’と、記憶スキャナ・テーブルを支持する構造物１４０’とを位置決めすると、パッド５０５と５１０とも位置決めする。
【００２６】
上記で説明したように、温度散逸材料３００はハンダ付けリフロー・プロセスの第一の工程の間に散逸し始め、温度がハンダ付け材料５１５の融点に到達する間、完全に散逸するまで散逸し続ける。ハンダ付け材料は状態を変え、液体状態になり、図６の（ｂ）に表すように、パッド５１０を濡らし始める。図６の（ｃ）に示すように、ＭＥＭＳ部品の一方は他方の上に落ち込み、球体５２０に当たる。球体５２０は解放されていて、図４を参照して説明したように自己位置決めするＭＥＭＳ部品の動きを受け入れることができる。自己位置決めプロセスの終りに、パッド５０５と５１０とを位置決めし、温度を低下させ、図６の（ｄ）に表すようにＭＥＭＳ部品を一緒に固定する。
【００２７】
各パッド設計は、位置と、積層されたＭＥＭＳ部品の自己位置決めを推進する力を生み出す位置の寄与とによって定められる。好ましくは、位置決めする各ＭＥＭＳ部品は少なくとも三つのパッドを備え、部品を正確に位置決めするとき、部品の各パッドの少なくとも一部を他の部品の一つのパッドに正確に位置決めする。好ましい実施態様では、三角形を形成する、すなわち平面を定義する三つのパッドがあり、うち二つは長い長方形のパッドであって長辺に直交する方向に強い引っ張り力を有することを実証した。これらの長方形パッドは、約９０°の角度に配置され、ＸおよびＹのマクロの位置合わせに堅実な寄与をする役をはたしているが、金属パッド、次いでＭＥＭＳ部品の正確なミクロの位置合わせ（サブミクロン・レベル）を実現する役も果している。パッドを長方形にし、二つの辺の間のアスペクト比を高くすると、Ｚ制御プロセスの落ち込む特徴の要請を満たすことができる。
【００２８】
第三のパッドは、同じＸおよびＹ回復作用（力）を維持しなければならないが、基本的に中心に置かれていれば、回復作用は低いレベルでよい。しかし、位置決め誤差がマクロのレベル（数十ミクロン）であれば、自己中心位置決め力に強力に寄与する場合がある。後の場合のパッド設計の他の主な機能は、回転作用点として働き、他の二つの長方形パッドが推進する作用力に伴うシステムのわずかな回転を可能にすることである。
【００２９】
第三のパッドの設計特性の定義から、「ドーナツ」に似たプロフィルを有するパッドが生まれた。このパッドでは、発生する力は、パッド自体が長い長方形パッドであるかのようにパッドの方向に作用し、二つの異なる辺の間の比は高く、残りの二つのパッドに非常に似ている。
【００３０】
融解した合金は、組み合わされるパッドを濡らし、位置決めする力を作り出し、ぬれ性表面（パッド）の正確な重なり合いが存在するときしか到達することができない完全な低表面エネルギー３Ｄ構造を推進する。
【００３１】
図７は、本発明を実体化するデバイスの部分図の例を示し、各パッド設計にもとづく支配的な力のベクトル（矢印）を示す。例を示すように、ＭＥＭＳ部品７００は、別のＭＥＭＳ部品７０５の対応するパッドに位置決めされ、ハンダ・リフロー・プロセス時に、部品７００と７０５との位置決めを可能にするパッド７１０、７１５および７２０を備える。
【００３２】
図８は、二つのＭＥＭＳ部品の対応するパッド、すなわちパッドの一対、ならびにそれらの位置決めを可能にする支配的な力を示す。この図面から理解することができるように、両方のパッドは、主位置決め方向を決定するように、ほぼ同じ幅ｌおよび異なる長さを有する必要がある。補正することができる大きな方の位置決め誤差距離は、パッド幅の半分、すなわちｌ／２にほぼ等しい。
【００３３】
図９は、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含み、回転作用点として用いられる上記で考察した第三のパッドの対のパッド設計の例を図示する。好ましくは、両方のパッドの環状リングの内部半径Ｒ１およびＲ２は等しく、Ｒ１＝Ｒ２であるが、一方、パッドの一方の外部半径は、第二のパッドの外部半径より大きく、例えば、Ｒ３＞Ｒ４である。補正することができる大きな方の位置決め誤差距離は、両方のパッドの間の外部半径の差の半分、すなわち（Ｒ３−Ｒ４）／２にほぼ等しい。
【００３４】
従って、一方の対が９０°にほぼ等しい角度で他方から回転している二つの類似の長方形パッドの対と、上記で考察した環状のパッドの対とを用いると、ＸおよびＹの位置決めならびに回転調節が可能になる。
【００３５】
ＭＥＭＳ部品を自己位置決めさせ、ＭＥＭＳ部品をハンダ付けするために対応するパッドの間で用いられるハンダ付け材料の量は、正確に前もって決めなければならない。ハンダ量は、パッド間の接触と、ＭＥＭＳ部品を位置決めするための効率的な張力効果とを保証するのに十分大きくなければならないが、球体が両方のＭＥＭＳ部品と接触することを確実にするために、大きすぎてもならない。
【００３６】
利用可能な濡れ性表面と利用可能なハンダ付け合金の体積との結果として得られる対の組み合わせは、ハンダ体積の分配を推進し、最小の表面エネルギーを有する３Ｄ構造物を実現する。
【００３７】
ハンダ付け材料の必要量は、特定の高さおよびパッド表面のために平衡時に必要な体積の過小評価によって得られる。こうすると合金を過剰消費し、球体の存在によって決定されるものよりギャップを小さくする傾向のある落ち込み動作が起こる結果となる。
【００３８】
図１０と以下の表とは、可能な／利用できるハンダ合金体積にもとづく種々のパッド寸法設定の例を示す。そのような少量のハンダ付け合金を堆積するプロセスは、もちろん、種々のコストおよび目標体積に対する種々の許容誤差を有する。これらの表を用いて、一定のハンダ析出物の工程にもとづき、種々の表面積に対する目標体積を設計した。
【００３９】
図１０の（ａ）は、ハンダ（１００５）析出後の長方形パッド（１０００）構成の例を示し、図１０の（ｂ）は、自動位置決め動作およびハンダ（１００５’）消費後の長方形パッド（１０００、１０１０）構成を示す。次に、平行面を有するピラミッド形の台への良好な近似によって幾何構成を計算する。
【００４０】
ｂは、幅と長さとがともに１００μｍに等しく、合金を上に堆積するパッド（１０００）の面積であり、
Ｂは、幅が１００μｍに等しい受け側パッド（１０１０）の面積であり、
ｈは、結合する前の合金析出物の高さであり、その値は、非常に小さな体積用のハンダ堆積プロセス能力の変数である。ｈの値は、パッド幾何構造の全体的な大きさを定める元となる独立変数であってもよく、
Ｈは、パッド（１０００、１０１０）の間の合金の目標高さであり、
Ｖは、合金体積である、
と仮定すると、
【数１】
2008505770.tif 000003
となり、受け側パッド（１０１０）の長さは、
【表１】
2008505770.tif 000004
となる。
【００４１】
同様に、図１０の（ｃ）は、ハンダ（１０２０）析出後の環状パッド（１０１５）構成の例を示し、図１０の（ｄ）は、自動位置合せ動作およびハンダ（１０２０’）消費後の環状パッド（１０１５、１０２５）構成を示す。次に、平行な面と、中心にある体積
【数２】
2008505770.tif 000005
の円筒形空洞とを有する円錐形台への良好な近似とによって幾何構成を計算する。
【００４２】
Ｒ１とＲ２とは、環状パッド（１０１５、１０２５）の両方の中央の空の円形区域の半径であり、Ｒ１とＲ２とはともに５０μｍに等しく、
Ｒ４は、合金を上に堆積するパッド（１０１５）の外部半径であり、１５０μｍに等しく、
Ｒ３は、受け側パッド（１０２５）の外部半径であり、
ｈは、結合前の合金堆積物の高さであり、その値は、非常に小さな体積を堆積するためのハンダ析出プロセスの能力の変数である。ｈの値は、パッド幾何構造の全体的なサイズ設定を推進する独立変数であってもよく、
Ｈは、パッド（１０１５、１０２５）の間の合金の目標高さであり、
Ｖは、合金体積である
と仮定すると、
【数３】
2008505770.tif 000006
となり、受け側パッド（１０２５）の外部半径Ｒ３は、
【表２】
2008505770.tif 000007
となる。
【００４３】
別の実施態様では、自己位置決めプロセスは重力効果を用いる。この実施態様によれば、ＭＥＭＳ部品の二つの対となる面の上に二つの相補的なエッチングされた空洞がある。図１１の（ａ）はＭＥＭＳ部品１１０”と１４０”との部分断面図を表し、図１１の（ｂ）は対応する部分透視図を表す図１１に示すように、ＣＭＯＳデバイス１１０”中に形成された空洞１１０５は、つぶれた円錐体のように見え、構造１４０”中に形成された空洞１１１０は円錐体である。空洞１１０５は、球体１１００を中心に置き、上記で述べたようにゲルなどの温度散逸材料とともに保持し、温度散逸材料が蒸発すると球体が自由に回転することができる平らな床を備える。空洞１１１０の形状が円錐形であるため、球体は重力効果によって円錐体中心と自己位置決めして安定な状態に到達することが可能になる。球体が空洞１１１０の円錐体中心と位置決めされると、ＭＥＭＳ部品が位置決めされるように、空洞を形成する。空洞１１０５の中心と１１１０の中心との間の距離Ａは、上部ＭＥＭＳ部品の位置決め誤差に対応し、一方、つぶれた円錐体の小さい方の面の半径と等しい距離Ｂは、自己位置決め機構によって回復することができる最大距離である。
【００４４】
図１２は、Ｚ力を加えて重力効果を増加させるための装置の例を示す。ハンダ結合部またはハンダ結合部の部分集合の上で十分に中心位置決めするように、上部ＭＥＭＳ部品１２０５の上に、小さな軽量の磁気「重り」１２００を置く。各磁気重りの下で十分に中心位置決めするように、結合される部品の下に、切り替え可能な電流（従って切り替え可能な電場）を有する磁気ソレノイド１２１０を配置する。これらのソレノイドおよび重りが十分に有効な電場を有するなら（および、ソレノイドからの電場を変形させる他の強磁性構造物が存在しないなら）、各磁気重りに加えられる力は、所定の許容誤差の範囲内で純粋に垂直である（面内成分を有しない）。
【００４５】
ソレノイド中の磁場が切り替えられてオンになると、磁気重りは上部ＭＥＭＳ部品１２０５に対して垂直力を発生し、部品を球体１２１５に押し付け、空洞の形状によるＭＥＭＳ部品の位置決めを可能にする。力の量は、磁気重りのサイズおよび透磁率、ならびにソレノイドの設計およびソレノイドに加えられる電流によって定められる。
【００４６】
磁気重りは、リフロー・プロセスの開始の前に、ロボット技術または他の手段によって配置される。適切な位置の磁性内包物を有する単一の軽量構造物によって、磁気構成部品の配置を簡単にすることができる。ほとんどの場合に、磁気重りを適切な位置に保持するには重力で十分なはずである。冷却後、結合されたスタックから磁気重りを持ち上げて取り除くことができる。
【００４７】
上部ＭＥＭＳ部品の上に溝または他の位置決め構成要素を設けることによって、磁性重りの配置を助けることもできる。上部ＭＥＭＳ部品中に円錐形、円筒形または正方形の凹みを設けると、磁気重りとして鋼球（低コストで広く利用可能であり、寸法は正確に制御されている）を用いてもよい。
【００４８】
ＭＥＭＳ部品を位置決めした後、ハンダ付けプロセスを利用して部品を一緒に固定することができる。
【００４９】
説明した例は、ＭＥＭＳ部品を位置決めする前に回転球体／ベアリングを保持するためにグリセロール系ゲルの使用を利用しているが、他の材料を用いてもよいと理解しなければならない。他の利用方法では、熱サイクルの間に完全に散逸しないが、可動部品の結合を実現する間、球体の運動に障害とならないところまで単に液化し、次に部品が冷えると再び固まる材料を用いて回転球体／ベアリングを保持してもよい。これらの材料は、天然または合成ワックス、あるいはロジン、例えばパラフィンまたは松ヤニ（松の木の樹脂）を含む。同様に、熱散逸材料組成物は、ハイドロコロイド、例えばアラビアゴム、ガムカラヤゴム、ガム寒天、グアムガムの使用を含んでもよい。
【００５０】
もちろん、局所的および特定の要件を満たすために、当業者は上記で説明した解決法に多くの変更および変化を施すことができるが、それらはすべて添付の請求項によって定義される本発明の保護の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を効率的に実体化することができるデバイスの部分断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、位置決め精度を改善して位置決めされるＭＥＭＳ部品の間の摩擦を減らすための本発明の機構の例を示す。
【図３】図２の球体またはベアリングがどのように一時的にブロックされるかを示す。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図２の摩擦減少機構とともに用いることができるハンダ・リフロー位置決めプロセスの概念の例を示す。
【図５】本発明を実体化する図１のデバイスの部品断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、ＭＥＭＳ部品の自己位置決めのための第一の実施態様の主な工程の例を示す。
【図７】本発明を実体化するデバイスの部分平面図の例を示し、第一の実施態様による各パッド設計にもとづく支配的な力のベクトルを示す。
【図８】第一の実施態様によってＭＥＭＳ部品を位置決めするために用いられるパッドの形状を示す。
【図９】第一の実施態様によってＭＥＭＳ部品を位置決めするために用いられるパッドの形状を示す。
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、パッドサイズおよび合金体積の制御の例を示す。
【図１１】重力効果を用いる自己位置決めＭＥＭＳ部品の第二の実施態様を表す。
【図１２】Ｚ力を加えて重力効果を増加させるための装置の例を示す。
【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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【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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【国際調査報告】
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