(57)【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（２２）と、
前記ＭＥＭＳデバイス（２２）を支持するように構成され、第１の側及び第１の熱膨張率を有するダイ（２４）と、
前記ダイ（２４）に取り付けられ、第１の側及び第２の熱膨張率を有するカバープレート（２６）と、
前記カバープレート（２６）に取り付けられ、第３の熱膨張率を有するパッケージ（２８）と、
前記ダイを前記パッケージに電気的に接続するように構成された導電性の接続デバイス（３４、３６、３０、３２）とを備え、
前記導電性の接続デバイスは、
前記ダイ（２４）と前記カバープレート（２６）との間に設けられる第１の金のバンプ（３０）と、
前記カバープレート（２６）と前記パッケージ（２８）との間に設けられる第２の金のバンプ（３２）と、
前記第１の金のバンプ（３０）を前記ダイ（２４）に接続する第１のトレース（３４）と、
前記ダイ（２４）に面する前記カバープレート（２６）の面に接続する第２のトレース（３６）であって、前記第１の金のバンプ（３０）と第２の金のバンプ（３２）とに電気的に接続された第２のトレース（３６）とを備え、
前記第３の熱膨張率が前記第２の熱膨張率よりも高く、前記第２の熱膨張率が前記第１の熱膨張率以上の値である、デバイス。
【請求項２】
前記カバープレート（２６）が更に、
第４の熱膨張率を有する第１の材料と、
第５の熱膨張率を有する第２の材料とを含み、
前記第４の熱膨張率が前記第５の熱膨張率よりも低く、前記ダイ（２４）が前記第１の材料に取り付けられ、前記パッケージ（２８）が前記第２の材料に取り付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
微小電気機械システム（microelectromechanical system;ＭＥＭＳ）デバイス、又はコンピュータチップは、ダイ（die;台胴）に装着されることが多い。ダイ装着に起因する応力は、ＭＥＭＳデバイスの性能に影響を与え得る。パッケージとダイの熱膨張率（CTE）が異なることにより、応力は温度に伴って変化する。ケイ素、又はホウケイ酸ガラスで作られたダイの熱膨張率は、通常、パッケージの熱膨張率よりも低いので、温度が変化すると、パッケージはダイに応力を与える。したがって、図１Ａ及び１Ｂに示すように、パッケージ１２よりも低い熱膨張率を有するダイ１０は、ダイ１０をパッケージ１２に取り付けるときに加熱される。組立体１４が冷却すると、パッケージはダイよりも多く収縮し、取付点１６に応力を生じる。この応力はＭＥＭＳデバイス９の性能に影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
[0002]衝撃によってワイヤボンド（wire bond;ワイヤ接合）が形状を変えるとき応力も変わり、それによって安定した出力のために安定した形状を必要とする容量センサに問題が生じる。更に、パッケージレベルでワイヤボンドすると、各部品は別々に取り扱われなければならないので、組立体が損傷する機会が増大するとともに、部品がより高価になる。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]本発明は、ワイヤボンド作業を解消するとともに、ダイ装着に伴う応力を低減するシステムと方法を提供する。１つの例示的実施形態において、ダイの使用目的に応じたトレース及びパッドを有するダイが作成される。ＭＥＭＳデバイスはダイに装着される。次にダイはダイと同じ材料の基板に装着される。次に基板はパッケージに装着される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
[0005]本発明の好適な、及び代替の実施形態について、下記の図面を参照して以下に詳細に説明する。[0013]図２Ａから２Ｃを参照して、本発明の実施形態によるデバイス２０を説明する。ＭＥＭＳデバイス２２は、加速度計、ジャイロスコープ、又は他の任意の適当なＭＥＭＳデバイスでよく、ＭＥＭＳの製造の間に長方形ブロックのダイ２４に装着される。ダイ２４は、金のバンプ３０（これは直径約０．００２５４ｃｍ（０．００１インチ）から０．０１２７ｃｍ（０．００５インチ）であり得る）を介して長方形ブロックのカバープレート２６に装着されることが可能であり、またダイ２４はカバープレート２６にフリップチップ装着されることも可能である。金のバンプ３０は、使用中にダイ２４が外れることを防ぐ上で必要な構造強度をすべて提供する。ＭＥＭＳデバイス２２はフリップチップ装着作業の間、エッチングされたフィーチャ又はプロセス制御を使用して接触しないように保護され得る。
【０００５】
カバープレート２６は、ＭＥＭＳデバイス２２、ダイ２４、及びカバープレート２６を受け容れる寸法と形状とを有し、段差部２５を有する凹所２３（又はワイヤボンドシェルフ）を含む、長方形ブロックのパッケージ２８に装着される。カバープレート２６は、金のバンプ３２を介してパッケージ２８の段差部２５に装着され、またカバープレート２６はパッケージ２８にフリップチップ装着されてよい。パッケージ２８は、リードレスセラミックチップキャリア（ＬＣＣＣ）であってもよい。ＭＥＭＳデバイス２２から金のバンプ３０への導電性のトレース３４、及び金のバンプ３０から金のバンプ３２への導電性のトレース３６によって、ＭＥＭＳデバイス２２とパッケージ２８との間が接続され、それによってＭＥＭＳデバイス２２は、デバイス２２の使用目的により必要に応じて、パッケージ外部のデバイス又はシステム（図示せず）と電気的に接続することが可能となる。
【０００６】
[0014]ダイ２４は予め選択された熱膨張率を有し、パッケージ２８はダイ２４の熱膨張率よりも高い予め選択された熱膨張率を有する。カバープレート２６は、ダイ２４と同じ熱膨張率を有するダイ２４と同じ材料で製作されることが好ましい。あるいは、カバープレート２６の熱膨張率がダイ２４の熱膨張率よりも高く、パッケージ２８の熱膨張率よりも低い中間の熱膨張率であるならば、カバープレート２６はダイ２４とは異なる材料で作られ、カバープレート２６の熱膨張率はパッケージ２８よりもダイ２４の熱膨張率に近いことが好ましい。
【０００７】
[0015]図３は、本発明の別の実施形態の一部分を示す。カバープレート２６は第１及び第２の材料２７、２９の複合材料を含む。ダイ２４は第１の熱膨張率を有する。第２の材料２９は、ダイ２４の熱膨張率よりも大きく、第１の材料２７の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する。第１の材料２７は、パッケージ２８の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する。パッケージ２は、第１の材料２７に取り付けられ、ダイは第２の材料２９に取り付けられる。
【０００８】
[0016]図４は、本発明の実施形態を製造する方法４０のプロセスフロー図である。ブロック４２で、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳデバイスの熱膨張率以上の熱膨張率を有するダイに装着される。ブロック４４で、ダイは、ダイの熱膨張率より大きくパッケージの熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有するカバープレートに装着される。最後にブロック４６で、ダイはパッケージに装着される。
【０００９】
[0017]導電性のトレース３４、３６は、ＭＥＭＳデバイスをパッケージに電気的に接続することに注意すべきである。トレースは、パッケージ及びカバープレートにプリントされているので、ワイヤボンドよりも衝撃に対して機械的に安定である。
【００１０】
[0018]上述のように、好ましい実施形態を例示し、説明してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、多くの変更を実施することが可能である。例えば、開示した実施形態では金のバンプを使用するが、半田ボール、導電性ポリマー、又は方向性のある導電体も、その代わりに使用し得る。したがって、本発明の範囲は好ましい実施形態の開示に限定されない。代わりに、本発明は添付する特許請求の範囲に基づいて全て決められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】従来技術によりダイをパッケージに取り付けるために十分な温度のパッケージに装着されたダイの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのパッケージを装着したダイの冷却後の断面図である。
【図２Ａ】本発明によるパッケージを装着したダイの斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａのパッケージを装着したダイの分解斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ａのパッケージを装着したダイのＡＡ’平面に沿った断面図である。
【図３】本発明によるカバープレートの代替の実施形態である。
【図４】本発明による方法のフロー図である。
【符号の説明】
【００１２】
９：微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、１０：ダイ、１２：パッケージ、１４：組立体、１６：取付点、２０：デバイス、２２：ＭＥＭＳデバイス、２３：凹所、２４：ダイ、２５：段差部、２６：カバープレート、２７：第１の材料、２８：パッケージ、２９：第２の材料、３０：バンプ、３２：バンプ、３４：トレース、３６：トレース、４０：方法。
【図１Ａ】
0005143640.tif 000002
【図１Ｂ】
0005143640.tif 000003
【図２Ａ】
0005143640.tif 000004
【図２Ｂ】
0005143640.tif 000005
【図２Ｃ】
0005143640.tif 000006
【図３】
0005143640.tif 000007
【図４】
0005143640.tif 000008