(57)【要約】  ＭＥＭＳデバイスなどのデバイスをパッケージングする方法が開示される。本発明の例示的実施形態に従ってデバイスをパッケージングする例示的方法は、中または上に設けられたデバイスを有する基板を供給するステップと、基板にキャップを取り付け、キャップの付いた基板の内部空所内にデバイスを封止するステップと、キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出するステップと、真空チャンバ内でキャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形するステップとを含むことができる。キャップを通して配置されたいくつかの小さいサイズの開口を利用して、パッケージをキャップの付いた基板のまわり射出成形する前に、デバイスが真空チャンバ内にあるときデバイスの内部空所内に制御された真空圧力を生成することができる。実施形態によっては、キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前に、排出された内部空所に不活性ガスを注入して慣性センサ用の分圧を生成することができる。
2008524008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それの中または上に設けられた慣性センサを有する基板を供給するステップと、
前記基板にキャップを取り付け、前記キャップおよび前記基板によって少なくとも部分的に形成された内部空所内に前記慣性センサを封止するステップと、
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に制御された真空圧力を形成するために前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出するステップと、
前記真空チャンバ内で前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形するステップと
を含むＭＥＭＳデバイスをパッケージングする方法。
【請求項２】
前記キャップを通るいくつかの開口を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、その中に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップが、前記キャップの付いた基板に負の真空圧力をかけ、前記内部空所から前記開口を通してガスおよび／または汚染物質を引き出すステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記キャップを前記基板に取り付ける前記ステップの前にゲッタ材を前記キャップ上に堆積させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キャップの付いた基板を前記真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップの後、前記ゲッタを焼成するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
１つまたは複数の導電性リードを含むリードフレームを供給するステップと、
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付け、前記慣性センサを前記１つまたは複数の導電性リードに電気的に接続するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップが、前記キャップの付いた基板を前記真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップの前に行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップがいくつかのワイヤ接合を使用して遂行される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップが熱圧着技法を使用して遂行される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
不活性ガスを前記内部空所に注入し、その中に分圧を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
不活性ガスを前記内部空所に注入し、その中に分圧を形成する前記ステップが、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップの後に行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前記ステップが金属射出成形プロセスを使用して遂行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前記ステップがセラミック射出成形プロセスを使用して遂行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前記ステップがプラスチック射出成形プロセスを使用して遂行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記慣性センサがＭＥＭＳジャイロスコープである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記慣性センサがＭＥＭＳ加速度計である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
それの中または上に設けられたデバイスを有する基板を供給するステップと、
いくつかの開口を有するキャップを供給するステップと、
前記キャップを前記基板に取り付け、前記キャップおよび前記基板によって少なくとも部分的に形成された内部空所内に前記デバイスを封止するステップと、
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に制御された真空圧力を形成するために前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を前記開口を通して引き出すステップと、
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形するステップと
を含むデバイスをパッケージングする方法。
【請求項１８】
前記キャップを前記基板に取り付ける前記ステップの前にゲッタ材を前記キャップ上に堆積させるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャップの付いた基板を前記真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップの後、前記ゲッタを焼成するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
１つまたは複数の導電性リードを含むリードフレームを供給するステップと、
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付け、前記デバイスを前記１つまたは複数の導電性リードに電気的に接続するステップと
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップが、前記キャップの付いた基板を前記真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップの前に行われる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップがいくつかのワイヤ接合を使用して遂行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップが熱圧着技法を使用して遂行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
不活性ガスを前記内部空所に注入し、その中に分圧を形成するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
不活性ガスを前記内部空所に注入し、その中に分圧を形成する前記ステップが、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を前記開口を通して引き出す前記ステップの後に行われる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前記ステップが金属射出成形プロセスを使用して遂行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前記ステップがセラミック射出成形プロセスを使用して遂行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前記ステップがプラスチック射出成形プロセスを使用して遂行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記デバイスが慣性センサである、請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記慣性センサがＭＥＭＳ加速度計またはＭＥＭＳジャイロスコープである、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
それの中または上に設けられたデバイスを有する基板を供給するステップと、
前記基板にキャップを取り付け、前記キャップおよび前記基板によって少なくとも部分的に形成された内部空所内に前記デバイスを封止するステップと、
１つまたは複数の導電性リードを含むリードフレームを供給するステップと、
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付け、前記デバイスを前記リードフレームの前記１つまたは複数の導電性リードに電気的に接続するステップと、
前記キャップの付いた基板および前記リードフレームを真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に制御された真空圧力を形成するために前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出するステップと、
前記キャップの付いた基板および前記リードフレームの少なくとも一部のまわりにパッケージを射出成形するステップと
を含むデバイスをパッケージングする方法。
【請求項３２】
それの中または上に設けられたデバイスを有する基板を供給するステップと、
いくつかのミクロンサイズの開口を有するキャップを供給するステップと、
前記キャップを前記基板に取り付け、前記キャップおよび前記基板によって少なくとも部分的に形成される内部空所内に前記慣性センサを封止するステップと、
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に制御された真空圧力を形成するために前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を前記開口を通して引き出すステップと、
前記内部空所内に分圧を形成するために不活性ガスを前記ミクロンサイズの開口を通して前記内部空所に注入するステップと、
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形するステップと
を含むデバイスをパッケージングする方法。
【請求項３３】
それの中または上に設けられたデバイスを有する基板を供給するステップと、
前記基板にキャップを取り付け、前記キャップの付いた基板によって少なくとも部分的に形成された内部空所内に前記デバイスを封止するステップと、
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に制御された真空圧力を形成するために前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出するステップと、
前記キャップの付いた基板のまわりに金属またはセラミックのパッケージを射出成形するステップと
を含むデバイスをパッケージングする方法。
【請求項３４】
それの中または上に設けられた慣性センサを有する基板を供給するステップと、
前記基板にキャップを取り付け、前記キャップおよび前記基板によって少なくとも部分的に形成された内部空所内に前記慣性センサを封止するステップと、
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に制御された真空圧力を形成するために前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出するステップと、
前記真空チャンバ内の真空圧力を維持しながら前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形するステップと
を含むＭＥＭＳデバイスをパッケージングする方法。
【請求項３５】
基板と、キャップと、前記基板および前記キャップによって少なくとも部分的に画定された真空封止内部空所とを含むＭＥＭＳアセンブリと、
前記ＭＥＭＳアセンブリの前記内部空所内に配置された慣性センサと、
前記ＭＥＭＳアセンブリのまわりに配置されたパッケージと
を備えるＭＥＭＳデバイス。
【請求項３６】
前記キャップが外側面、内側面、およびそれを通る厚さを含む、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３７】
前記キャップの前記厚さを通して配置されたいくつかのミクロンサイズの開口をさらに含む、請求項３６に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３８】
前記キャップの前記内側面がゲッタを含む、請求項３６に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３９】
前記ＭＥＭＳアセンブリがリードフレームをさらに含む、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４０】
前記内部空所が気密封止される、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４１】
前記パッケージが前記ＭＥＭＳアセンブリのまわりに射出成形される、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４２】
前記パッケージが金属パッケージである、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４３】
前記パッケージがセラミックパッケージである、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４４】
前記パッケージがプラスチックパッケージである、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４５】
前記慣性センサがＭＥＭＳジャイロスコープである、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４６】
前記慣性センサがＭＥＭＳ加速度計である、請求項３５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体製造ならびに微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）および他のデバイスの分野に関する。より詳細には、本発明はそのようなＭＥＭＳまたは他のデバイスのパッケージングに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは半導体製作技法を使用して基板の表面に微視的な機械的構造を生成する。ＭＥＭＳジャイロスコープおよび加速度計の製造では、例えば、そのような製作技法を利用して、入力または「レート」軸を中心としたデバイスの移動に応じて変位および／または加速度を感知するのに使用することができる基板上のいくつかの可動構造が生成される。航行システムおよび通信システムでは、そのような可動構造を使用して、空間を通って移動する物体の直線運動および回転運動におけるわずかな変化を測定および／または検出することができる。自動車システムなどの他の用途では、例えば、そのような可動構造を車両運動制御（ＶＤＣ）システムおよびアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）で使用して車両およびタイヤの動きの変化を感知することができる。
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスのパッケージングは製作プロセスにおいて依然として重大な障害である。一般に、ＭＥＭＳデバイスは、デバイスの可動構造を形成するために基板表面の一部を最初に除去し、次に処理された基板を内部空所内に構造を気密封止するキャップに接合することによって製作される。設計によっては、例えば、可動構造はエッチングおよび／または研削プロセスを使用して基板の表面に形成し、続いて熱圧着または熱電気（例えば、陽極）接合などの適切な接合プロセスを使用してキャップに取り付けることができる。基板が処理され、キャップが取り付けられた後、別個のパッケージング構造が製作され、中身を保護するためにアセンブリのまわりに固定される。技法によっては、所望であれば、リードフレームを基板に結合してＭＥＭＳデバイスを他の外部構成要素に電気的に接続する手段が提供される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サイズおよび構成物のために、多くのＭＥＭＳデバイスの機械的構造は、高Ｇの用途において、およびキャップの付いた基板の内部空所内に閉じ込められることがある粒子、水分、または他のそのような汚染物質から極めて損傷を受けやすい。場合によっては、製作プロセス中に内部空所内の圧力を正確に調整する際の難しさがデバイスの振動特性に影響し、運動の微妙な変化を検出する際の効率を低下させることがある。基板およびパッケージを別々に形成し、次に最終構造を形成するために２つの部材を一緒に接続するプロセスはしばしば高価であり、時間を消費し、製作中に行われる追加のステップを必要とすることがある。さらに、そのような技法はデバイス性能の低下を引き起こすことがある内部空所内に導入された汚染物質の問題を解決しない。したがって、大量処理量および低価格も可能にしながら優れた真空性能および高Ｇの環境に対する保護の両方を与えるＭＥＭＳデバイス用の丈夫なパッケージング解決策が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はＭＥＭＳデバイスのパッケージングに関する。ＭＥＭＳデバイスをパッケージングする例示的方法は、基板の上または中に慣性センサまたは他の適切なＭＥＭＳデバイスを有する基板を供給するステップと、キャップを基板に取り付け、キャップの付いた基板の内部空所内にＭＥＭＳデバイスを封止するステップと、キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、内部空所内に含まれるガスおよび／または他の汚染物質を排出するステップと、キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形するステップとを含むことができる。ある実施形態では、所望であれば、射出成形されたパッケージ内に含まれるＭＥＭＳデバイスを他の外部構成要素に電気的に接続するためにリードフレームを設けることができる。リードフレームは、所望のとおりに、ワイヤ接合、はんだ付け、または熱圧着などの適切な接合技法を使用してキャップの付いた基板に取り付けることができる。
【０００６】
キャップを通して形成されたいくつかの小さいサイズの開口を利用してキャップの付いた基板の内部空所内の真空圧力の制御が行われる。射出成形中に微粒子、射出成形材料、および／または他の物質が内部空所に入らないように開口は十分に小さいサイズにすることができる。製作中、小さいサイズの開口により、内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出することができ、制御された真空圧力をＭＥＭＳデバイスの近傍の内部空所内に生成することができる。実施形態によっては、所望であれば、小さいサイズの開口をさらに使用してＭＥＭＳデバイスの近傍の基準分圧を形成するため内部空所に不活性ガスを注入することができる。あるいは、他の実施形態では、真空圧力および／または不活性ガスはキャップが基板に付けられるとき内部空所内に生成され、ミクロンサイズの開口の必要性をなくすことができる。
【０００７】
射出成形プロセスを真空圧力下で行い、内部空所内にＭＥＭＳデバイスを気密封止するパッケージを生成することができる。実施形態によっては、プラスチック射出成形プロセスを利用して、キャップの付いた基板および／またはリードフレームのまわりにプラスチックパッケージを形成することができる。他の実施形態では、金属射出成形（ＭＩＭ）またはセラミック射出成形（ＣＩＭ）プロセスを利用して、キャップの付いた基板およびリードフレームのまわりに金属またはセラミックのパッケージを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明は図面を参照しながら読まれるべきであり、異なる図の同様の要素は同様に番号付けされる。必ずしも縮尺になっていない図は選択された実施形態を示しており、本発明の範囲を制限することは意図されていない。構造、寸法、および材料の例が様々な要素について示されるが、当業者は提供された例の多くが利用することのできる適切な代替を有することを認識されよう。ＭＥＭＳ慣性センサの製作が詳細に説明されるが、本明細書で説明される製作ステップおよび構造は、所望のとおりに、静電アクチュエータ、光学レンズ、ＲＦスイッチ、リレースイッチ、および／または他の適切なデバイス（ＭＥＭＳまたはそうではない）などの他のタイプのＭＥＭＳデバイスのパッケージングに利用することができる。
【０００９】
次に図１Ａ〜図１Ｆを参照して、本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスをパッケージにする例示的方法が今や説明される。参照番号１０によって全般的に表される方法は、図１Ａにおいて、ＭＥＭＳデバイス１４がその上に形成された基板１２を供給するステップで始まることができる。基板１２は、例えば、ＭＥＭＳデバイス１４の様々な構成要素を形成するためにエッチングする、かつ／または他の方法で処理することができる石英、シリコン、ひ化ガリウム、ゲルマニウム、ガラス、または他の適切な基板材料の薄いウェ−ハを含むことができる。例示的一実施形態では、例えば、基板１２を処理してジャイロスコープなどの微小機械化ＭＥＭＳ慣性センサを形成することができ、それは振動プルーフマスまたは他のそのような構造に作用したコリオリの力を測定することによって物体の慣性運動を検出および測定するのに使用することができる基板上に自由に配置されたいくつかの構造を含むことができる。しかし、他のタイプのＭＥＭＳまたは他のデバイス（例えば、加速度計、静電アクチュエータ、光学レンズ、ＲＦスイッチ、リレースイッチなど）を所望のとおりに基板１２上にまたはその中に形成することができることを理解されたい。
【００１０】
処理された基板１２は第１の側１６、第２の側１８、および第１の側１６と第２の側１８との間に延びる厚さ２０を有することができる。慣性センサ１４の様々な移動構成要素２４は、基板１２の第１の側１６内にエッチングされた窪んだ空所２２上に自由につるすことができる。次に、基板１２の第１の側１６から上方へ延びるいくつかのメサ２６は、ＭＥＭＳデバイス１４の様々な固定構成要素２８を支持するように構成することができる。ＭＥＭＳデバイス１４がジャイロスコープまたは加速度計を含む実施形態では、例えば、そのようなメサ２６を利用してＭＥＭＳデバイス１４の移動構成要素２４を駆動し、入力軸を中心としたＭＥＭＳデバイス１４の慣性移動からもたらされる櫛形フィンガの変位を感知する様々な固定櫛形フィンガを支持することができる。メサ２６は、図２について以下で説明されるように、ＭＥＭＳデバイス１４の移動構成要素２４を基板１２に接続するために利用できるいくつかのサスペンションスプリングを支持するように構成することができる。
【００１１】
基板１２の第１の表面１６上に形成された導電性トレース３０のパターンは、所望であれば、ＭＥＭＳデバイス１４を他の外部構成要素に電気的に接続するために設けることができる。ある実施形態では、導電性トレース３０は基板１２の第１の表面１６上に金、白金、または他の適切な金属のパターン化された層を堆積させることによって形成することができるが、所望であれば他の技法を使用することもできる。所望であれば、実施形態によっては、金属層３２はＭＥＭＳデバイス１４の移動構成要素２４に隣接する、またはその下の基板１２の第１の側１６に堆積させ、基板１２の方への移動構成要素２４の移動を感知するのに利用できる下部感知板を形成することができる。
【００１２】
図１Ｂは、キャップ３４を基板１２の第１の表面１６に取り付ける例示的ステップ示す概略図である。図１Ｂに示されるように、キャップ３４は外側面３６および内側面３８を有し、封止リング４０または他の適切な取付け手段を使用して基板１２の第１の側１６に取り付けることができる。基板１２と同様に、キャップ３４は、キャップ３４の方への移動構成要素２４の上向き変位を感知するための金属層４４を備えた窪んだ空所４２を含むことができる。一緒にして結合された時、キャップ３４および基板１２の両方は、化学的および微粒子の汚染、熱応力、および／または例えば高Ｇの環境でＭＥＭＳデバイス１４の動作によって引き起こされる機械的応力からＭＥＭＳデバイス１４を保護するために利用することができる構造の内部空所４６を形成する。
【００１３】
キャップ３４は、ガラス、シリコン、または他の適切な材料のウェーハから形成することができ、熱圧着、はんだ付け、熱電気（例えば、陽極）接合などの当技術分野で標準的な技法を使用して基板１２に接合することができる。例示的熱圧着技法では、例えば、熱および圧力を同時に基板１２およびキャップ３４に加えてそれらを互いに拡散させることができる。当技術分野で使用され、多くのフリップチップデバイスの製作において一般的である適切なビジョンシステムを用いて、２つの部材１２、３４の位置合わせを遂行することができる。位置合わせしまとめて一緒にした後、基板１２およびキャップ３４は圧力チャンバに挿入され、高温に加熱され、キャップ３４材料は基板１２材料に熱的に融合されるようになる。製作中に、キャップ３４の基板１２への接合は、内部空所４６内に制御した雰囲気を取り込みながら構造を封止する役割を果たす。
【００１４】
図１Ｂでさらに分かるように、処理中に一般的な雰囲気ガスおよび充填材蒸気の脱ガスに起因することがある汚染物質、および／またはそのような材料の内部空所４６内への拡散または微量リークによる汚染物質を化学的に吸着することによって内部空所４６内の真空を維持するのに役立つように、キャップ３４の内側面３８にゲッタのパターンを適用することができる。図１Ｂに示されるように、ゲッタのパターンは、例えば、キャップ３４の内側面３８上に形成されたいくつかのゲッタドット４８を含むことができる。ゲッタドット４８は、吸着用の高い活性表面積を与えるのに適切な形状およびサイズをいくつでも想定することができる。適切な吸着材料の例は、限定はしないが、アルミニウム、バリウム、マグネシウム、タンタル、チタン、トリウム、バナジウム、またはそれの組成物または合金を含み、これらの材料またはＺｒ−Ａｌ−ＦｅもしくはＺｒ−Ｖ−Ｆｅなどの他の材料の１つまたは複数を含むことができる。ゲッタドット４８は、内部空所４６内の１つまたは複数の場所に小さなカプセル化ドットを堆積させ、続いて後のステップで十分な熱を加えること、十分な電流もしくは電圧を加えること、および／または任意の他の適切なゲッタ焼成技法を使用することによりドットを焼成することによって形成することができる。図１Ｂの例示的実施形態では、ゲッタドット４８は、下にあるＭＥＭＳデバイス１４に隣接するキャップ３４の窪んだ部分の内側面３８に配置されたように示されている。しかし、ゲッタドット４８は、所望であれば、封止リング４０の内部部分に沿っておよび／または基板１２の第１の側１６上などの内部空所４６内の他の場所に配置することもできることを理解されたい。
【００１５】
いくつかの例示的実施形態では、キャップ３４は、キャップ３４の外側表面３６から厚さを通ってそれの内側表面３８まで延びるいくつかの開口５０を含むことができる。開口５０は、パターンまたはアレイでキャップ３４上に配置することができ、レーザドリル、エッチング、または他の適切な技法を使用して形成することができる。キャップ３４がＭＥＭＳデバイス１４の上部感知板の役割もする実施形態では、開口５０は上部金属層４４から離れた場所のキャップ３４の周辺の方に配置することができる。開口５０を十分に小さいサイズにして、微粒子、射出成形材料、および／または他の物質がキャップの付いた基板１２の内部空所４６に入らないようにすることができる。ある実施形態では、例えば、開口５０はミクロンサイズにされ、キャップの付いた基板１２の外にある不純物がパッケージングの前に内部空所４６に入らないようにわずか数ミクロンの程度の直径を有することがある。
【００１６】
図１Ｃは、図１Ｂのキャップの付いた基板１２をリードフレーム５２に取り付ける例示的ステップを示す概略図である。図１Ｃ示されるように、リードフレーム５２の接合側５４は、接着接合、熱圧着、ＲＦ溶接、はんだ接合、超音波溶接、熱電気（例えば、陽極）接合などの適切な接合技法を使用して基板１２の第１の側１６に取り付けることができる。リードフレーム５２は、基板１２に結合された導電性トレース３０と位置合わせするように構成されたいくつかの導電性トレース５６を含むことができる。
【００１７】
図１Ｄは、キャップの付いた基板１２およびリードフレーム５２を真空チャンバに挿入し、内部空所４６内に制御された真空圧力を形成する例示的ステップを示す概略図である。図１Ｄの外向き矢印５８によって示されるように、負圧が真空チャンバ内に引き起こされ、内部空所４６内のどのようなガスおよび／または他の汚染物質でも強制的に開口５０を通して外側に引き出され、それによって内部空所４６内に制御された真空圧力を生成することができる。内部空所４６内のあらゆる汚染物質をそのように排出するのは、キャップの付いた基板１２およびリードフレーム５２をいくつかの真空ポートを含むツーリング内に置くことによって遂行することができる。吸引を行う真空ポンプまたは他の手段は内部空所４６内に真空圧力またはほぼ真空圧力を生成するように構成することができる。製作中に内部空所４６内に生成された真空圧力はＭＥＭＳデバイス１４の性能に影響することがある不純物の多くを低減し、場合によっては、ＭＥＭＳデバイス１４が圧力センサなどを含む実施形態ではＭＥＭＳデバイス１４用の真空基準圧力として使用することができる。
【００１８】
内部空所４６内でゲッタを使用する実施形態では、ゲッタを焼成し、それを内部空所４６内で活性化させるために加熱源を真空チャンバ内に設けることができる。ある実施形態では、例えば、ゲッタの焼成はＲＦ誘導加熱またはレーザ加熱によって遂行することができるが、所望であれば他の技法も使用することができる。温度、時間、および加熱の方法などのゲッタの活性化パラメータは、ゲッタのサイズ、使用されたゲッタ材料のタイプ、ならびに他の要因に応じて変更することができる。所望であれば、ゲッタ焼成プロセスの温度は、過度の脱ガスが起こらないように熱電対または他の適切なモニター手段を使用してモニターすることができる。加熱された後、依然として真空チャンバ内の真空圧力下にある間に、活性化されたゲッタを試験温度まで冷却させることができる。
【００１９】
ある実施形態では、基準分圧をあるタイプの慣性センサデバイスに与えるために内部空所４６内に基準ガスを注入または充填することが望ましいことがある。ＭＥＭＳデバイス１４が加速度計である実施形態では、例えば、加速度計の性能特性を改善するのに使用することができる基準分圧を加速度計に与えるために内部空所４６に窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを注入することが望ましいことがある。図１Ｅの内向き矢印６０によって示されるように、基準ガスを内部空所４６に注入するそのようなプロセスは、キャップの付いた基板１２およびリードフレーム５２のまわりに十分な正圧（例えば、＞１気圧）を加え、次に圧力チャンバを所望のガスで充填し、そのガスが開口５０を通って内部空所４６にしみ込むようにすることによって遂行することができる。１気圧またはそれを上回る圧力は一般に不活性ガスを内部空所４６内に充填するのに十分であるが、場合によってはこの範囲より低い圧力を使用することができることを理解されたい。
【００２０】
図１Ｆは、キャップの付いた基板１２およびリードフレーム５２の部分のまわりにパッケージを射出成形する例示的ステップを示す概略図である。図１Ｆ示されるように、所望の真空または分圧が内部空所４６内に与えられた後、射出成形プロセスを真空圧力下で行ってキャップの付いた基板１２の外側およびリードフレーム５２の部分のまわりにパッケージ６２を形成することができる。キャップの付いた基板１２およびリードフレーム５３の部分のまわりにパッケージ６２を真空圧力下で射出成形するプロセスは内部空所４６内にＭＥＭＳデバイス１４を気密封止するように作用し、その後ガスおよび／または他の汚染物質がＭＥＭＳデバイス１４の動作を妨げないようにできる。パッケージ６２は、さらに、高温、高Ｇの環境、または他のそのような環境でのデバイスの動作に起因することがある熱応力および機械的応力の影響を打ち消すように作用することができる。パッケージを別個の部品として生成する代わりにキャップの付いた基板１２およびリードフレーム５２のまわりにパッケージ６２を形成することによって、一般にパッケージを別個の部品として形成することに起因する追加のパッケージングのステップを行う必要をなくしながら不可欠な真空圧力を内部空所４６内に生成することができる。
【００２１】
パッケージ６２は、注入圧縮成形または薄肉射出成形などの当技術分野で一般に使用される従来のプラスチック射出成形技法を使用して成形することができる。あるいは、他の実施形態では、金属射出成形（ＭＩＭ）、セラミック射出成形（ＣＩＭ）、またはそれの組合せなどのプロセスを使用して、金属またはセラミック組成を有するパッケージ６２を形成することができる。そのようなＭＩＭとＣＩＭの技法は、一般にいくつかのプラスチック射出成形技法に固有の多孔性の問題に苦慮せず、したがってパッケージの全体サイズを低減しながらより高い精度を提供することができる。
【００２２】
本発明の例示的実施形態による例示的ＭＩＭプロセスでは、成形プロセスに向けて供給材料を生成するために微細金属粉がプラスチックまたは水ベースバインダと混合される。金属粉の混合は、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）、鍛造、圧延、押出し、射出成形、および／または常圧圧縮などの適切なプロセスを使用して行うことができる。使用されたバインダの決定特性は、一般にコスト、許容差要件、ならびにパッケージの形状および／またはサイズなどの要因に依存することになる。使用することができる例示的バインダは、限定はしないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびアチレン酢酸ビニル重合体などのポリオレフィンと、ポリメチル（メタ）クリレートおよびポリブチル（メタ）アクリレートなどのアクリル樹脂と、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、パリレン、およびそれらの共重合体などのスチレン樹脂とを含むことができる。実施形態によっては、所望であれば、可塑剤をさらにバインダに加えることができる。
【００２３】
供給材料は生成された後、それをキャップの付いた基板１２およびリードフレーム５２を支持するツーリングに注入して、パッケージ６２の「グリーン体」を形成することができる。形成された後、グリーン体は脱バインディングのステップが行われ、本体は真空下の非酸化雰囲気または一般に約１３．３Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）から１．３３×１０−４Ｐａ（１×１０―６Ｔｏｒｒ）の範囲の窒素もしくはアルゴンガスの不活性雰囲気の減圧での非酸化雰囲気で熱処理される。
【００２４】
成形が行われた後、パッケージは高温（例えば３１６℃（６００°Ｆ）から１２０４℃（２２００°Ｆ））で脱バインドおよび焼結を行い、微細粉末化粒子をパッケージの最終形状に溶かすことができる。適切な脱バインディング技法は、例えば、触媒、熱、および／または溶剤脱バインディングを含むことができる。次に、融点未満であるが、個々の粒子の接合または溶融を可能にするのに十分に高い温度までパッケージング材料が加熱される焼結プロセスを焼結炉などで行うことができる。次に、パッケージの最終形状が成形プロセス中に適用される真空圧力下で固化される。
【００２５】
セラミック射出成形（ＣＩＭ）プロセスでは、同様の１組のステップを行い、キャップの付いた基板１２およびリードフレーム５２のまわりにセラミック組成を有するパッケージを生成することができる。しかし、ＣＩＭプロセスでは、使用されたセラミック材料に応じて焼結プロセスは一般に高温（例えば、１３００℃から１７００℃またはそれ以上）で行われ、それによってパッケージにより高い凝集および密度が与えられる。ＭＩＭプロセスと同様に、そのようなステップは、一般に、使用された供給材料の材料特性に基づいて最終パッケージの収縮を制御することになる。
【００２６】
次に、図２に移って、本発明の例示的実施形態による例示的ＭＥＭＳ慣性センサアセンブリ６４が今や説明される。図２に示されるように、ＭＥＭＳアセンブリ６４は上に形成された慣性センサデバイス６８を有するＭＥＭＳ基板６６、および慣性センサデバイス６８を封止するのに利用できるキャップ７０を含むことができる。図２の例示的実施形態では、慣性センサ６８は、入力または「レート」軸７２を中心として移動する物体の慣性運動を検出および測定するように構成された微小機械化ジャイロスコープを含む。センサ６８は、サスペンションシステム７４、センサ６８のＸ軸８０に沿って前後に移動するように構成された振動プルーフマス７８を含む駆動システム７６、および慣性センサ６８のＹ軸８４に沿ったプルーフマス７８の振れを検出し、かつ駆動システム７６および／または感知システム８２内の直交誤差を打ち消すための静電力を加えるのに使用される感知システム８２を含むことができる。
【００２７】
サスペンションシステム７４は、基板６６の上部表面８６と実質的に平行な平面でプルーフマス７８が振動できるような方法でプルーフマス７８を支持するように構成することができる。一般に、サスペンションシステム７４は、上部表面８６上に固定したままである感知システム８２を基準としてプルーフマス７８が自由に移動できるように上部表面８６上のある距離にプルーフマス７８を支持する。サスペンションシステム７４および振動プルーフマス７８を含む様々な構造の形成は、例えば、基板６６上の所望の構成要素に対応する場所に所定の寸法を有する上部表面８６内の空所をエッチングまたは研削することによって達成することができる。動作中、感知システム８２の対応する１組の固定電極フィンガ９０に交互に入り込んだ１組の静電気感知櫛形フィンガ８８は、構造がＺ軸７２を中心として回転するときプルーフマス７８に及ぼされるコリオリの力の結果としてのＹ軸８４に沿ったプルーフマス７８のわずかな移動を感知するように構成することができる。
【００２８】
自由にすべての方向に移動するサスペンションシステム８２および駆動システム７６の能力に影響することなく慣性センサ６８を封入するかまたは部分的に封入するように、キャップ７０は基板６６に取り付けるのに必要な大きさにすることができる。キャップ７０は、外側面９２、内側面９４（隠れている）、および基板６６のいくつかの外周壁９８に位置合わせし固定することができるいくつかの側壁９６を有するキャップウェーハを含むことができる。別の実施形態では、キャップ７０は、所望であれば、図１について前述したものと同様の封止リングを使用して基板６６に固定することができる。
【００２９】
図２でさらに分かるように、キャップ７０は、外側面９２からキャップ７０の厚さを通ってそれの内側面９４まで延びるいくつかの開口１００を含むことができる。開口１００はパターンまたはアレイでキャップ７０上に配置することができ、レーザドリル、エッチング、または他の適切な技法を使用して形成することができる。開口１００を十分に小さいサイズにして、製作プロセス中に微粒子、射出成形材料、および／または他の物質がキャップの付いた基板６６の内部に入らないようにすることができる。図１Ｂ〜図１Ｆについて前述した開口５０と同様に、開口１００を利用して慣性センサ６８の近傍の制御された真空圧力および／または分圧を生成することができる。ある実施形態では、開口５０はキャップ７０の外側周囲だけに配置され、上部感知板または他のそのような構造を慣性センサ６８に隣接するキャップ７０の内側面９４上に形成することができる。
【００３０】
次に、図３Ａ〜図３Ｆを参照して、図２に示したものと同様のＭＥＭＳ慣性センサをパッケージングする例示的方法が今や説明される。全般的に参照番号１０２によって表わされる方法は、図３Ａにおいて、その上に形成された慣性センサ１０６を有する基板１０４を供給するステップで開始することができる。図３Ａに示されるように、処理された基板１０４は第１の側１０８、第２の側１１０、および第１の側１０８と第２の側１１０との間に延びる厚さ１１２を有することができる。次に、慣性センサ１０６は、基板１０４の第１の側１０８から上方へ延びることができ、かつ／または基板１０４の第１の側１０８にエッチングされた窪んだ空所内にはめ込むことができる。図１Ａ〜図１Ｆの例示的方法と同様に、所望であれば、基板１０４の第１の側１０８に形成された導電性トレース１１４のパターンを使用して慣性センサ１０６を他の外部構成要素に電気的に接続することができる。
【００３１】
図３Ｂは、キャップ１１６を基板１０４の第１の側１０８に取り付ける例示的ステップを示す概略図である。他の実施形態と同様に、キャップ１１６は、例えば、ダストキャップおよび／または慣性センサ１０６の上部感知板を含むことができ、基板１０４およびキャップ１１６によって形成された内部空所１１８内に慣性センサ１０６を封入するかまたは部分的に封入するために利用することができる。キャップ１１６は、外側面１２０、内側面１２２、および基板１０４の第１の側１０８に取り付けることができるいくつかの側壁１２４を有することができる。キャップ１１６の取付けは、図１Ｂについて前述したものと同様に、熱電気（例えば、陽極）接合または熱圧着などの適切なプロセスを使用して遂行することができる。
【００３２】
キャップ１１６は、外側面１２０からキャップ１１６の厚さを通ってそれの内側面１２２まで延びるいくつかのミクロンサイズの開口１２６をさらに含むことができる。前述のように、開口１２６を十分に小さいサイズにして、製作中に微粒子、射出成形材料、および／または他の物質がキャップの付いた基板１０４の内部空所１１８に入らないようにすることができる。所望であれば、ゲッタドット１２８のパターンをキャップ１１６および／または基板１０４の選択された部分に適用して内部空所１１８内に含まれた汚染物質を化学的に吸着することができる。
【００３３】
図３Ｃは、図３Ｂのキャップの付いた基板１０４をリードフレーム１３０に取り付ける例示的ステップを示す概略図である。図３Ｃ示されるように、いくつかのワイヤ接合１３２はリードフレーム１３０上に形成された導電性トレース１３６に第１の端部１３４で接続し、導電性トレース１１４上に形成された接触パッド１４０にそれの第２の端部１３８で接続することができる。ある実施形態では、ワイヤ接合１３２は、適切なはんだ付けプロセスおよび金または白金などのはんだ材料を使用して導電性トレース１３６および接触パッド１４０に接合することができる。図３Ｃの例示的リードフレーム１３０はいくつかのワイヤ接合１３２を使用してキャップの付いた基板１０４に取り付けられるように示されているが、他の取付け技法を使用することができることを理解されたい。ある別の実施形態では、例えば、リードフレーム１３０は、接着接合、熱圧着、ＲＦ溶接、はんだ接合、超音波溶接、熱電気（例えば、陽極）接合などの適切な接合プロセスを使用してキャップの付いた基板１０４に取り付けることができる。
【００３４】
図３Ｄ〜図３Ｆは、キャップの付いた基板１０４およびリードフレーム１３０を真空チャンバに挿入し、構造のまわりにパッケージを射出成形する例示的ステップを示す概略図である。図３Ｄの外向き矢印１４２によって示されるように、例えば、負圧が真空チャンバ内に引き起こされ、内部空所１１８内のどのようなガスおよび／または他の汚染物質でも強制的に開口１２６を通して外側に引き出され、それによって内部空所１１８内に制御された真空圧力を生成することができる。キャップ１１６の内部表面上に堆積されたどのようなゲッタでもこのステップで焼成することができ、所望であれば活性化されたゲッタが内部空所１１８内に設けられる。
【００３５】
図３Ｅに示された次のステップでは、内向き矢印１４４を参照して全般的に示されるように、真空チャンバは正圧を受け、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスで充填され、圧力チャンバ内のガスを開口１２６を通して内部空所１１８にしみ込ませることができる。次に、図１Ｆについて前述したものと同様に、図３Ｆ示された次の射出成形のステップが行われて、キャップの付いた基板１０４およびリードフレーム１３０のまわりにパッケージ１４６を生成することができる。ある実施形態では、例えば、注入圧縮成形または薄肉射出成形などのプラスチック射出成形プロセスを利用してプラスチック組成を有するパッケージ１４６を形成することができる。他の実施形態では、ＭＩＭまたはＣＩＭプロセスを利用してそれぞれ金属またはセラミック組成を有するパッケージ１４６を形成することができる。
【００３６】
このように本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本明細書に添付した特許請求の範囲に入る他の実施形態を行い使用することができることを当業者は容易に理解するであろう。本明細書によって含まれる本発明の多数の利点が先の説明で述べられた。本開示は多くの点で単なる例示であることを理解されたい。変更を細部にわたって、特に本発明の範囲を超えることなしに部品の形状、サイズ、および構成に関して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図１Ｂ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図１Ｃ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図１Ｄ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図１Ｅ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図１Ｆ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳデバイスをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による例示的ＭＥＭＳ慣性センサアセンブリを示すアセンブリ図である。
【図３Ａ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳ慣性センサをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳ慣性センサをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図３Ｃ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳ慣性センサをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図３Ｄ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳ慣性センサをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図３Ｅ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳ慣性センサをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図３Ｆ】本発明の例示的実施形態に従ってＭＥＭＳ慣性センサをパッケージングする例示的方法を示す概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
2008524008.tif 000009
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2008524008.tif 000011
【図３Ｃ】
2008524008.tif 000012
【図３Ｄ】
2008524008.tif 000013
【図３Ｅ】
2008524008.tif 000014
【図３Ｆ】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月5日(2007.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の中またはその上に設けられた慣性センサを有する基板を供給するステップと、
キャップを通して形成されたいくつかの開口を有するキャップを供給するステップと、
前記キャップを前記基板に取り付け、前記キャップおよび前記基板によって少なくとも部分的に形成された内部空所内に前記慣性センサを封止するステップであって、前記キャップ開口が前記内部空所への通路を与えるステップと、
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に減少された圧力の基準空所または真空で満たされた基準空所を形成するために内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を前記キャップ開口を通して排出するステップと、
前記真空チャンバ内で減少されたまたは真空の圧力下にある間に前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形するステップと
を含むＭＥＭＳデバイスをパッケージングする方法。
【請求項２】
前記キャップの付いた基板を真空チャンバに挿入し、その中に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップが、前記キャップの付いた基板に負の真空圧力をかけ、前記内部空所から前記キャップ開口を通してガスおよび／または汚染物質を引き出すステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記キャップを前記基板に取り付ける前記ステップの前にゲッタ材を前記キャップ上に堆積させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キャップの付いた基板を前記真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップの後、前記ゲッタを焼成するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
１つまたは複数の導電性リードを含むリードフレームを供給するステップと、
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付け、前記慣性センサを前記１つまたは複数の導電性リードに電気的に接続するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップが、前記キャップの付いた基板を前記真空チャンバに挿入し、前記内部空所内に含まれるガスおよび／または汚染物質を排出する前記ステップの前に行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップがいくつかのワイヤ接合を使用して遂行される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記キャップの付いた基板を前記リードフレームに取り付ける前記ステップが熱圧着技法を使用して遂行される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
不活性ガスを前記内部空所に注入し、その中に分圧を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記キャップの付いた基板のまわりにパッケージを射出成形する前記ステップが金属射出成形プロセス、セラミック射出成形プロセス、およびプラスチック射出成形プロセスのうちの１つを使用して遂行される、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
2008524008.tif 000016
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2008524008.tif 000018