(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳデバイスであって、  複数のばね部材を用いて１つの担体上に弾性的に取り付けられた１つのセンサ構成体を備え、  前記ばね部材は金属製であり、そして直線的な、曲げられた、または折り曲げられた延伸構造を備え、  さらに、前記担体上の１つの第１のアンカーポイントに結合されている、前記延伸構造の１つの第１の端部と、  前記センサ構成体上の１つの第２のアンカーポイントに結合されている前記延伸構造の１つの第２の端部と、  前記担体上に位置する第１の表面と前記センサ構成体上に位置する第２の表面との間に配設された、１つの空隙と、  を備え、  前記第１の表面及び前記第２の表面に垂直な方向の空隙の高さは、前記第１のアンカーポイントと前記第２のアンカーポイントとの間の前記第１の表面及び前記第２の表面に垂直な方向の距離よりも小さくなっており、 ダンピングパターンは、１つの層として前記センサ構成体と前記担体との間に、前記第１および第２の表面の内の１つの上に取り付けられており、  前記層は複数の凹部を備え、  前記凹部は少なくとも、複数の前記ばね部材を収容するような大きさとなっている、  ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記空隙の高さは、当該空隙にある空気によるスクイーズフィルムダンピングにより、１つの最小値以上のダンピングが可能となるように、充分小さくなっていることを特徴とする、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記ダンピングパターンが、前記担体上に位置する前記第１の表面および前記センサ構成体に位置する前記第２の表面から選択された少なくとも１つの表面に取り付けられており、
前記第１の表面は前記第１のアンカーポイントを備え、前記第２の表面は前記第２のアンカーポイントを備える、
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記ダンピングパターンは、金属，ポリマー，セラミック，インク，または制御されて堆積可能な他の層を含み、
前記ダンピングパターンは、所望のパターンで１つの領域にとりつけることができ、あるいは前記層の堆積の後で、パターニングすることができる、
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記ダンピングパターンは、当該ダンピングパターンの一部を切り欠いた開口からなる１つのエアチャネルを備え、前記エアチャネルは、前記ダンピングパターンによってさらなるダンピングをもたらす、ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記凹部は前記ダンピングパターンの内部に設けられ、エアチャネルは、前記凹部から前記ダンピングパターンの横方向縁部に亘って延伸しており、そして前記ダンピングパターンの外側縁部で開口していることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
複数の前記ばね部材および前記ダンピングパターンは、同じ材料から成ることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
複数のエアチャネルは、それぞれ１つのばね部材を収容するように幅広となっていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスを製造するための方法であって、
前記第１の表面上に前記第１のアンカーポイントに接続された第１の電気接続部を有する前記担体を準備するステップと、
前記第２の表面上に前記第２のアンカーポイントに接続された第２の電気接続部を有する前記センサ構成体を準備するステップと、
前記第１の表面および前記第２の表面の内の１つの上にダンピング層を取り付け、複数の凹部が形成されるようにパターニングすることによって前記ダンピングパターンを形成するステップと、
前記第１の表面の前記第１の電気接続部上にばね部材を形成するステップであって、当該ばね部材の自由端が、当該自由端と前記第１の表面との間の間隙を形成するステップと、
前記センサ構成体を、前記第２の電気接続部を介して前記担体の複数の前記自由端に、複数のバンプを用いて結合するステップであって、複数の前記ばね部材が、前記複数の凹部に少なくとも部分的に収容されるようにするステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記ダンピング層を取り付け、パターニングすることは、パターニングされた金属のダンピング層を電解メッキ形成することを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ダンピング層を取り付け、パターニングすることは、前記第１の表面および前記第２の表面の内の１つの上へダンピング層を印刷することを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスを製造するための方法であって、
前記第１の表面上に前記第１のアンカーポイントに接続された第１の電気接続部を有する担体を準備するステップと、
前記第２の表面上に前記第２のアンカーポイントに接続された第２の電気接続部を有するセンサ構成体を準備するステップと、
パターニングされたダンピング層を１つの除去方法によって形成するステップと、
を備え、
前記除去方法は、前記担体の前記第１の表面をパターニングすることを含み、
更に、ポリマー層が前記第１の表面または前記第２の表面の全面に取り付けられ、
前記ポリマー層が、
ａ．フォトリソグラフィーおよび現像によって、または
ｂ．前記ポリマー層からの部分的なレーザアブレーションによって、または
ｃ．前記担体の前記第１の表面に前記ポリマー層を取り付ける前に、フォトリソグラフィー、エッチング、またはレーザアブレーションによって、パターニングされる、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性的に取り付けられた、ダンピング部を有するセンサ構成体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳセンサは微細構造デバイスであり、一般的にこのデバイスのセンサ機能を担う可動な部分を備える。したがって、この可動部分は、検知される信号を妨害する、あるいはこのデバイスに他の悪い影響を与える振動または他の機械的衝撃に対して交差感受性がある。このような望ましくない影響は、このＭＥＭＳセンサの堅固なパッケージングによるものであり、衝撃または他の振動によってもたらされるものである。
【０００３】
機械的な衝撃によるＭＥＭＳセンサの損傷またはＭＥＭＳセンサの正常でない読み出しを避けるために、上記のＭＥＭＳチップまたはＭＥＭＳチップを備えるセンサ構成体は、柔らかい接着剤を介して、またはばね部材（複数）を介して弾性的に取り付けることができる。これらのばね部材は、さらにこのＭＥＭＳチップを電気的に接続するように機能し得るが、接着することは、電気的な接続のために、ボンディングワイヤを必要とする。柔らかいシリコーンベースの接着剤は、ダンピング系に対し、ある程度のコンプライアンスを与えるが、ボンディングワイヤは、おもりが動いて外部の振動を補償することができる最大振幅を依然として制限する。しかしながらＭＥＭＳベースのデバイスに必要な接着剤は少量であるので、このような接着剤のダンピング特性も、極めて制限されており、調整が難しく、またその適用も極めて難しい。
【０００４】
いくつかのＭＥＭＳデバイスは、フリップチップボンディングによってパッケージングされ、そしてこれによって堅固にこのパッケージまたは担体に結合される。２，３のＭＥＭＳセンサ素子はバネ部材上にフリップチップボンディングされる。このパッケージまたは担体への結合は柔軟性があるので、これにより上記のおもり／ばね部材構成体は、外部の振動を補償することを可能にする。しかしながら欠点はこの構成体が僅かにのみダンピングされることであり、共振がこのＭＥＭＳセンサを飽和状態にし得ることである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、外部からの衝撃の補償が改善されるＭＥＭＳデバイスを提供することであり、そして振動共振を防ぐようにこのＭＥＭＳデバイスがダンピングされることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題および他の課題は、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスによって解決される。有利な実施形態が、さらなる請求項に記載されている。
【０００７】
本発明によるＭＥＭＳデバイスは、衝撃等の機械的影響を吸収するばね部材（複数）を介して１つの担体に取り付けられる１つのセンサ構成体を備える。これ以降「センサ構成体」なる用語は、ＭＥＭＳチップのみを意味するとして理解されるか、または代替としてＭＥＭＳチップとさらなるチップからなる積層体も意味するとして理解される。このさらなるチップは、このＭＥＭＳデバイスの一部であるＡＳＩＣであってよい。上記の２つのチップは、互いに固定され、電気的に接続されて、これらが１つの単一のチップのように取り扱われることが可能である。弾性的に固定されたＭＥＭＳデバイスの機械構成体の共振は、互いに対向する２つの表面の間の空隙を低減することによって制御される。これらの表面の１つは、上記の担体の上面であり、他の面は上記のセンサ構成体の底面である。上記のばね部材（複数）の第１の端部（複数）を上記の担体の第１の表面上の第１のアンカーポイント（複数）に固定し、これらのばね部材の第２の端部（複数）を上記のセンサ構成体の第２の表面上の第２のアンカーポイント（複数）に固定することによって、上記の空隙は低減され、ここでこれらのばね部材の第１または第２の端部（複数）は、それぞれこれらのアンカーポイントが上記の担体の最上面より低い表面上に、または上記のセンサ構成体の底面の上方に配置されている。換言すれば、これらのばね部材の第１または第２のアンカーポイントは、上記の最上面または底面の一種の凹部に取り付けられている。したがって、上記の底面と上面との間の距離に相当する上記の空隙の高さは、上記の第１のアンカーポイントと第２のアンカーポイントとの間の距離よりも小さくなっている。
【０００８】
充分に小さな高さの空隙を選択することによって、スクイーズフィルムダンピングが実現される。ダンピングは、この空隙における空気スクイーズフィルムによって起こり、この際この空気フィルムがこの空隙から、あるいはこの空隙の内側から流出する。好適には、最大のダンピングが、この空隙を狙いを定めて最適化することによって達成される。ダンピングは、１つの最小値以上に設定されなければならない。しかしながらこの最小の空隙は、上記のおもりが外部振動を補償するために充分に動くことができるように、依然としてばね部材の圧縮のための所定の振幅が必要であるということを考慮しなければならない。
【０００９】
上記の空隙を低減するための好ましい方法は、上記の担体上に位置する第１の表面および上記のセンサ構成体上に位置する第２の表面から選択された少なくとも１つの表面にダンピングパターンを取り付けることであり、ここでこの第１の表面は上記の第１のアンカーポイントを備え、この第２の表面は上記の第２のアンカーポイントを備えている。したがって、ダンピングパターンが全く存在しない場合の上記のアンカーポイント間の距離である上記の空隙の高さは、このダンピングパターンの高さの分低減されている。
【００１０】
正確なこのダンピング層の形成およびこの層の厚さの管理によって、この空隙の高さに依存するスクイーズフィルムダンピングの量を設定することができる。
【００１１】
上記のばね部材（複数）の伸長および圧縮を可能とするため、これらのばね部材は、上記のダンピングパターンの凹部に配設されている。この凹部の手段はこれらのばね部材の横方向の動きを充分許容し、このばねの動きを直接妨げないように設定されている。
【００１２】
好ましくは、上記のばね部材（複数）は、はんだバンプ、スタッドバンプ、および接着剤から選択されたそれぞれの接続部材を介して上記のセンサ構成体へ接続されている。これらのばね部材の全高は、上記のダンピング層あるいは上記のダンピングパターンの高さよりも高くなっている。
【００１３】
上記のばね部材（複数）は、板ばねであってよく、この板バネはその一端で上記の担体の第１の表面上の電気接続部に固定されている。他端はこの第１の表面から離間した自由端となっている。この自由端に対して、上記のセンサ構成体がその底部にある第２の表面上の第２の電気接続部で取り付けられている。ばね部材の折り曲げ部の付いた、あるいは曲がった延伸は、このばね部材、センサ構成体、および担体の様々な熱膨張を補償するための溜めを提供し、その端部にあまりに大きな力をもたらさない。
【００１４】
上記のばね部材は、代替として２つ以上の折り曲げ部を有して曲げられて形成されてよい。これらのばね部材は、らせん状に曲げられて形成されてよい。
【００１５】
有利には、上記のばね部材は薄い金属パターンであり、この金属パターンは、厚膜の導体線の寸法を有するものであってよい。充分な機械的強度を保証するために、これらのばね部材の数は、電気的に必要な接続の数を越えて、充分に大きな数が選択されてよい。こうして上記のＭＥＭＳデバイスは、複数のばね部材を備えてよく、これらのばね部材は、より少ない数の電気的接続をもたらすように、電気的に並列に回路接続されていてよい。
【００１６】
上記のセンサ構成体の全表面に渡ってアンカーポイントを規則正しく分布することは、上記のＭＥＭＳデバイスを様々な方向から影響を及ぼす力を補償することを可能とする。
【００１７】
上記の担体上の第１の電気接続部（複数）は、平坦なメタライジング部として形成されていてよい。しかしながら、貫通接続部（複数）を利用することも可能であり、これらの貫通接続部は、それぞれの開口部を上記の担体の第１の表面に有する。上記のばね部材（複数）は、はんだまたはバンプによって上記の担体に固着することができる。
【００１８】
代替として、上記のばね部材（複数）は、リソグラフィーおよび金属の電気メッキを用いる追加のプロセスによって、上記の担体上に直接形成することができる。この金属は、典型的にはＰＶＤプロセスによって堆積された下地層上に成長される。
【００１９】
特に、このようなばね部材用には、複雑な製造ステップ（複数）を必要とする。これは上記の担体の上面と、後の上記の自由端の位置との間に犠牲材料を配設することが必要であるからである。上記のばね部材の金属をこの犠牲材料上に堆積した後、このばね部材の自由端が全方向に動くことができるように、対応する犠牲材料が除去されなければならない。
【００２０】
以上より、ポリマーが犠牲材料として最適であることが見出された。
【００２１】
上記のバネ部材に含まれる典型的な材料は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ，または類似のものである。さらにこのバネ部材はＣｕ，Ｎｉ，またはＡｌから成っていてよい。典型的な寸法は、厚さが５〜１００μｍ、幅が１０〜１００μｍ、そして長さが１００〜２０００μｍである。典型的には３〜３０のばね部材にはんだ付けされている上記のセンサ構成体を備える構成体に対するばね定数は、ｚ軸方向で１０Ｎ／ｍ〜１０ｋＮ／ｍである。さらに多くのばね部材が存在する場合もこれが適用される。ｘ軸およびｙ軸方向におけるばね定数は、同様な値であってよいが、ただし特定のアプリケーションに依存して、大きな非等方性の特性を有すること、すなわちｘ軸方向およびｙ軸方向のばね定数を２〜５０倍大きく設定することが有利となり得る。
【００２２】
上記のダンピングパターンの材料は、任意に選択されてよい。これはこの材料がスクイーズフィルムダンピングに殆ど影響しないからである。したがって、この材料は金属，ポリマー，セラミック，インク，または制御されて堆積可能な他の層を含んでよい。
【００２３】
上記のダンピングパターン用の層を表面全体に取り付け、そしてこの層の堆積の後に少なくともこの層をパターニングするステップを実行することも可能である。代替として、上記のダンピングパターンは、パターニングされて取り付けることが可能であり、したがってこのダンピングパターンは、所望のパターンで１つの領域に取り付けることができる。
【００２４】
上記のダンピングパターンは、光感受性の層の単純な積層処理、およびこれに続いて、適切な露光を用いた画像毎の処理、およびこれに続くより溶解性を有する、すなわちこの処理後に除去されやすい部分の除去を行うことによって、取り付けることができる。残ったパターンがダンピングパターンとして使用することができる。しかしながら残ったパターンを、別の材料から上記のダンピングパターンを形成するためのマスクとして使用することもできる。パターニングされた光感受性の層の凹部に金属パターンを成長させることが可能である。銅およびニッケルは電解メッキまたは無電解メッキ用に好ましい材料である。
【００２５】
ポリマーを取り付けて、部分的なレーザアブレーションを用いてパターニングすることは、上記のダンピングパターンのもう１つの可能な製造プロセスである。
【００２６】
スクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、または３Ｄ印刷等のどのような種類の印刷も可能である。
【００２７】
金属膜を積層またはメッキすることができる。湿式エッチングをこの金属膜のパターニングに使用することができる。
【００２８】
１つの実施形態によれば、上記のダンピングパターンは、このダンピングパターンによってさらなるダンピングをもたらすための１つ以上のエアチャネルを備える。エアチャネルの内部では、さらなる摩擦が起き、上記の構成体からエネルギーを吸収する。
【００２９】
エアチャネルは、横方向に延伸しており、そして上記のダンピングパターンの外側縁部に１つの開口部を有する。このエアチャネルは直線状に延伸してよい。しかしながら曲げられるかあるいは折り曲げ部が付いていると、空気がこのエアチャネルを擦り抜ける時に、より多くのエネルギーを吸収することができる。好ましくは、各々のエアチャネルは、１つの凹部と連通しており、そして上記のばね部材を収容するように幅広になっている。
【００３０】
１つの実施形態においては、上記のばね部材（複数）および上記のダンピングパターンは、同じ材料から成る。こうして同じ製造ステップを、上記のダンピングパターンの形成および上記のばね部材の形成に使用することができるであろう。
【００３１】
上記の担体内部には、少なくとも１つの埋設されたメタライジング部が設けられ、パターニングされて１つの回路接続層を形成している。貫通接続部（複数）は、上記の第１の表面上の第１の電気接続部（複数）またはビア（複数）への接続、および上記の担体の底面上の端子接続部（複数）への接続を行っている。したがって、この担体基板は、２つの誘電体層の間に１つのメタライジング層を備える多層基板であり得る。
【００３２】
上記のメタライジング層においては、信号の導電体または抵抗素子のような回路素子、コンデンサ素子、またはインダクタンス素子または位相シフタまたは類似の回路素子がパターニングされてよい。
【００３３】
これに対応して、本発明によるＭＥＭＳデバイスは、上記の多層基板の中に埋設された、これらのような１つの追加の回路素子を備えてよい。さらにこの追加の回路素子は、上記のＭＥＭＳデバイスの一部である１つのＡＳＩＣと協働することができる１つの能動回路素子であり、上記の担体の最上部に取り付けられている。
【００３４】
インダクタンス素子（複数）は、同じメタライジング層内のコイル形状の導電体片（複数）によって実現することができる。コンデンサ素子（複数）は、上下に重なって積層された異なるメタライジング層に存在する電極（複数）を備えてよい。
【００３５】
異なるメタライジング層における様々な回路素子、および／または上記の担体の最上面上の第１の電気接続部、および上記の担体の底面で上記のＭＥＭＳデバイスに外部接続するための第３の電気接続部を電気的に接続するために、ビアが用いられてよい。
【００３６】
１つの実施形態においては、１つの単一のＭＥＭＳチップの代わりに、２つのチップから成る１つの積層体が、上記のばね部材に取り付けられていてよい。これはＭＥＭＳ−ｏｎ−ＡＳＩＣまたはＡＳＩＣ−ｏｎ−ＭＥＭＳ構成であってよい。これら２つのチップ間の直接接続が用いられてよく、たとえばボンディングワイヤが用いられてもよい。このＭＥＭＳデバイスにおいて上記の担体に対向する下側のチップは、上側のチップを直接上記のばねに接続することを可能とするビア（複数）を有してよく、こうしてこれらのビアによってこの担体へ接続することを可能とする。
【００３７】
本発明が提案する上記のＭＥＭＳデバイスを製造するための方法は、以下のステップａ）〜ｅ）を備える。
ａ）第１の表面を有し、そしてこの第１の表面上に第１の電気接続部を有する担体を準備するステップ。
ｂ）第２の表面を有し、そしてこの第２の表面上に第２の電気接続部を有するセンサ構成体を準備するステップ。
ｃ）第１および第２の表面の内の１つの上に上記のダンピング層を取り付け、パターニングすることによってダンピングパターンを形成するステップ。
ｄ）上記の第１の表面の上記の第１の電気接続部上にばね部材を形成するステップであって、このばね部材の自由端が、この自由端とこの第１の表面との間の間隙を形成するステップ。
ｅ）上記のＭＥＭＳチップを上記の第２の電気接続部を介して上記のばね部材（複数）の自由端に、バンプ（複数）を用いて結合するステップであって、これらのばね部材が、上記の凹部に部分的に、または安静状態では完全に収容されるようにするステップ。
【００３８】
ステップｃ）における上記のダンピング層の取り付けおよびパターニングは、パターニングされた金属のダンピング層を電解メッキ形成することを含んでよい。
【００３９】
代替として、上記のダンピング層の取り付けおよびパターニングは、上記の表面へのダンピング層を印刷することを含んでよい。
【００４０】
上記のダンピングパターンを製造するため、そして上記のばね部材を製造するために、同様または同じステップを使用することが好ましい。たとえば金属のばね部材および金属のダンピングパターンは、同じプロセスを使用することができる。代替として、金属のダンピングパターンを成長させるためのポリマーマスクを同時に、上記のばね部材の自由端を生成するための犠牲層として使用することができる。
【００４１】
製造ばらつきを低減するために、上記のダンピングパターンの形成に続いて、このダンピングパターンの高さを設定するためのトリミング処理が行われてよく、こうして上記の空隙の高さは１つの値に正確に設定される。トリミングの目的のために精密研磨が使用されてよい。
【００４２】
さらに、プリフォームＭＩＤ部品（ＭＩＤ＝molded interconnect device）を使用することが可能である。このようなＭＩＤ部品は、典型的には、射出成型され、３Ｄパターニングされたポリマー部品であってよく、３Ｄ導電体（複数）を有し，その表面にはんだパッド（複数），および端子（複数）を有している。
上記のＭＥＭＳデバイスの製造のための１つの代替の方法によれば、この方法のステップは以下のように行われる。
Ａ）第１の表面を有し、そしてこの第１の表面上に第１の電気接続部を有する担体を準備するステップ。
Ｂ）第２の表面を有し、そしてこの第２の表面上に第２の電気接続部を有するセンサ構成体を準備するステップ。
Ｃ）パターニングされたダンピング層を１つの除去方法によって形成するステップ。
【００４３】
この除去方法は、上記のダンピングパターン用の材料の取り付けの代わりに、上記の担体の第１の表面または上記のセンサ構成体の第２の表面のパターニングを含んでよい。ここで担体またセンサ構成体の表面に凹部およびエアチャネルを彫り込むために、フライス加工、スタンピング加工、エッチング、レーザアブレーションが用いられてよい。
【００４４】
上記の除去方法は、代替として、上記の第１および第２の表面の全表面へのポリマー層の取り付け、およびフォトリソグラフィーおよびこれに続く現像によるこのポリマー層のパターニング、あるいはこの全体に取り付けられたポリマー層の材料の部分的なレーザアブレーションによるこのポリマー層のパターニングを含んでよく、ポリマーフィルムを上記の担体の第１の表面に取り付ける前にこのポリマーフィルムにエッチングまたはレーザアブレーションを行うことを含んでよい。
【００４５】
以下では添付した図を参照して本発明をさらに詳細に説明する。これらの図は単に概略を示すものであり、正確な寸法で描かれたものではない。同じ個々の部分または同様に機能する個々の部分は、同じ参照記号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】上記のセンサ系がばね部材を介して１つの担体に弾性的に取り付けられた、公知のＭＥＭＳデバイスの断面を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの１つの断面を示し、ここではセンサ構成体と担体との間の空隙が、このセンサ構成体上のダンピングパターンによって低減されている。
【図３】本発明の第２の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの１つの断面を示し、ここではセンサ構成体と担体との間の空隙が、この担体上のダンピングパターンによって低減されている。
【図４】上記のダンピングパターンの凹部に収容されたばね部材を有する、１つの実施形態によるＭＥＭＳデバイスの上面から見た部分的な断面を示す。
【図５】別の外形を有し、１つのエアチャネルを備えるダンピングパターンを示す。
【図６】第２の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの別の断面を示す。
【図７】第１の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの別の断面を示す。
【図８】上記の空隙の様々な高さに対する外部振動の減衰の周波数応答を示す。
【００４７】
図１は、１つのＭＥＭＳデバイスの断面を示す。このデバイスは、１つのセンサ構成体ＭＣを備え、このセンサ構成体は圧力センサまたがマイクロフォンのようなセンサであってよい。このセンサ構成体ＭＣは、ばね部材（複数）ＳＥを介して１つの担体Ｃに弾性的に取り付けられている。これらのばね部材ＳＥは、上記の担体上の嵩上げ部ＳＯおよびこの嵩上げ部から横方向に延伸する自由端を備えてよい。このセンサ構成体ＭＣは、バンプ（複数）ＢＵを用いてこの自由端に固着されている。このばね部材ＳＥ，嵩上げ部ＳＯ，およびバンプＢＵを介して、センサ構成体ＭＣの底面上の第２の電気接続部Ｐ２と、担体Ｃ上の第１の電気接続部Ｐ１との間の電気的接続が達成される。
【００４８】
担体Ｃは、多層プリント回路基板であってよく、この多層プリント回路基板は、第１の電気接続部Ｐ１をこの担体の底面上の上記のＭＥＭＳデバイスの外部接続部Ｐ３へ接続している、少なくとも１つの配線層および他の内部配線を有してよい。
【００４９】
蓋ＬＤは、接着剤またははんだを介して、担体Ｃの最上面に固着されている。蓋ＬＤと担体Ｃとの間には、少なくとも上記のセンサ構成体を収容する容積が含まれている。この容積は、上記のＭＥＭＳデバイスの機能に必要であり得、そして外部環境からの化学的および機械的影響に対する保護をもたらし得る。１つの開口部（不図示）が１つの外部環境変数を検知するための連通を可能とすることができる。分り易くするため、ＭＥＭＳチップを備えるセンサ構成体ＭＣのみが示されている。しかしながらこのＭＥＭＳデバイス以外の部品、たとえばＡＳＩＣのような部品もこの蓋ＬＤの下に収容されてよい。
【００５０】
ＡＳＩＣは、上記のＭＥＭＳチップと積層され、この積層体の上側または下側の部分を形成していてよい。簡単のため以下の説明では、たとえＭＥＭＳチップと別の部品から成る積層体が存在し、またこの積層体を意味する場合であっても、単にセンサ構成体と呼ぶものとする。このような積層体は、上記のＭＥＭＳチップおよび同様にさらなる部品を接続するための第２の電気接続部を有する底面を備えてよい。この第２の電気接続部が、上記のＡＳＩＣの端子のみを備え、一方上記のＭＥＭＳチップが、このＡＳＩＣの最上面に配設されたさらなる電気接続部に接続されることも可能である。
【００５１】
しかしながら外部の衝撃は、ダンピングされていない弾性的なばね部材のために、上記の構成全体の共振を生じる可能性があり得る。この共振は、上記のＭＥＭＳチップを飽和させ、そしてその検知機能を阻害する。
【００５２】
図２は、本発明の第１の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの１つの断面を示す。図１を参照して既に説明した上記の特徴に加えて、上記のセンサ構成体ＭＣの底面上の第２の表面にダンピングパターンＤＳが取り付けられている。このダンピングパターンＤＳは、ばね部材（複数）ＳＥを収容する凹部（複数）を備える。以上により上記のセンサ構成体の底面ＢＳと上記の担体の最上面ＴＳとの間の空隙が低減される。これらのばね部材ＳＥは、このダンピングパターンＤＳの「下側」に、上記のセンサ構成体の第２の表面Ｓ２上の１つのアンカーポイントに取り付けられるので、担体に対するセンサ構成体の最大の相対的移動は、担体Ｃの最上面ＴＳと、ダンピング層を有するセンサ構成体の底面ＢＳとの間の空隙ＡＧによって制限される。この空隙ＡＧは、図１に示すデバイスと比較して低減される。この空隙ＡＧの高さは、スクイーズフィルムダンピングが起こるように十分に小さな値に設定されている。好ましくは、この空隙ＡＧの最小の高さを必要とする、最大のダンピングが望ましい。しかしながら、この空隙の高さが、必要とされるばねの返りに対応するように、ばね部材の応力を解放する動きとの妥協がなされなければならない。離間部材ＳＴは、任意であって必ずしも必要ではない。これはダンピングパターンが同様に機能し得るからである。分り易くするために、上記のＭＥＭＳデバイスの他の特徴は示されていない。
【００５３】
本発明によるＭＥＭＳデバイスの典型的な寸法は以下のようになっている。
0006624407.tif 000002
【００５４】
図３は、本発明の第２の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの１つの断面を示す。図２に示す第１の実施形態と異なり、ダンピングパターンＤＳは、担体Ｃの最上部の第１の表面に取り付けられている。こうして低減された空隙ＡＧが、ダンピングパターンＤＳ上の最上面ＴＳと、センサ構成体ＭＣの底面ＢＳとの間に形成されており、この底面はこの実施形態においては上記の第２の表面Ｓ２と同一である。この空隙ＡＤで同じスクイーズフィルムダンピングが起こるので、この実施形態によって同じ効果が達成される。
【００５５】
図４は、第１および第２の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを上面から見た１つの断面を示す。この図は、ダンピングパターンＤＳ内の凹部ＲＥの１つの可能な形状を表している。少なくともこの凹部は、上記のばね部材を収容し、嵩上げ部ＳＯおよびバンプＢＵを含むこのばね部材の動きを妨害しないことを保証するようになっていなければならない。この凹部は小さな距離を置いてこのばね部材の形状に合うように、この凹部を出来る限り小さく、ただし必要な程度に出来る限り大きくすることが好ましい。より容易に製造するために、長方形のような単純な幾何形状が好ましい。しかしながら原理的にどのような任意の横方向の形状でも可能である。この凹部の垂直な側壁が好ましいので、図４は、ダンピングパターンの全高に渡って断面がほぼ一定であることを示している。この凹部を形成するステップが、傾いた側壁を生成しても、これがダンピング効果に悪い影響を与えることはなく、したがって垂直な側壁からのずれは許容され、また可能である。
【００５６】
図４の実施形態においては、１つのエアチャネルＡＣが示されており、このエアチャネルは上記のダンピングパターンの横方向縁部で開口している。このエアチャネルは、上記の凹部ＲＥを包含してよく、そして上記のばね部材の圧縮または伸長により、空隙ＡＧが増大または低減された場合に、この凹部内に空気を循環させるように機能する。他のエアチャネル（複数）は、たとえば図５に示すように、たとえばこのダンピングパターンの反対側の外側の縁部で開口していてよい。さらに、エアチャネル（複数）は、凹部とは関係なく形成されてよく、ばね部材を収容しなくともよい。
【００５７】
さらに凹部ＲＥおよびばね部材ＳＥの数は、センサ構成体ＭＣの独立した電気端子の数に合わせて選択されてよい。しかしながらより多い数のばね部材を使用することが有利であり、そして最も好ましくは、出来る限り多くのばね部材を使用することであり、これはこのセンサ構成体の制限された底面上に問題なく配設することができる、できるかぎり多い数であることを意味している。
【００５８】
図５は、１つのダンピングパターンＤＳにおける凹部（複数）ＲＥの別の例示的な形状を示し、このダンピングパターンは、担体Ｃの第１の表面Ｓ１またはセンサ構成体ＭＣの底面上の第２の表面に取り付けられていてよい。この形状は、図４に示すばね部材の形状に合わせている。このダンピングパターンＤＳの外側境界は、上記の第２の表面Ｓ２のそれぞれの縁部に対応していてよい。しかしながらこのダンピングパターンは、代替として、上記のセンサ系ＭＣの外側縁部を越えてよく、より大きな横方向の拡がりを有してよい。より小さな大きさも可能である。ダンピングパターンと担体の外側縁部との間には、周方向の余白領域が確保され、この余白領域に上記の蓋が設置される。
【００５９】
図６は、図３の第２の実施形態によるＭＥＭＳデバイスの側面から見た１つの断面を示す。この図には凹部ならびにばね部材も、長手方向の延伸に対して垂直な方向で切断されて示されている。この図においては、ばね部材は、互いに平行に配設されており、そして対向する、上記の第２の表面または上記の第１の表面の縁部の近くに交互に取り付けられている。点線は、この断面からみて奥にある構造を表しており、実線はこの断面が通る構造を示している。
【００６０】
図７は図６と同様なＭＥＭＳデバイスの側面から見た１つの断面を示しているが、図６とは異なり、上記のダンピングパターンが上記のセンサ構成体の底面の第２の表面に取り付けられている。この場合このダンピングパターンの横方向の拡がりは、このセンサ構成体の縁部で制限されている。
【００６１】
図８は、外部振動の減衰の周波数応答を示す。異なる曲線は、上記の空隙の異なる高さに対する共振特性に相当している。これらの曲線は、周波数の大部分の範囲で一致しているが、上記の弾性的なばね部材による上記のＭＥＭＳデバイスの機械的共振周波数の付近で分離している。上記の空隙の大きくなる方向が矢印で示されている。これは、最も小さな高さの空隙が最も小さな共鳴をもたらす、すなわち最も大きなダンピングをもたらすことを意味している。これはスクイーズフィルムダンピングを用いた他の系から予想されていたことと対応している。
【００６２】
本発明は限られた数の実施形態を参照して説明されているが、これらの特定の実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲内の個々の特徴の変形も本発明の一部と見做される。さらに他の特徴と組み合わせることによって得られる新たな個々の特徴の組合せも本発明により開示されるものに過ぎない。
【符号の説明】
【００６３】
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【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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