(57)【要約】光マイクロメカニカルデバイスを処理するためのツーリングシステムに関する。好ましくは光マイクロメカニカルデバイスが開放される前に、ツーリングフィクスチャ（５６）は、ＭＥＭＳダイ（２４）に取付けられる。ツーリングフィクスチャは、犠牲材料の除去を妨げず、ＭＥＭＳダイの処理を容易にし、最終的にはパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイスの一体部分となる。ツーリングフィクスチャは、ヒートシンク、コンプライアント熱伝導性材料および／またはツーリングポストであってもよい。
2004538504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光マイクロメカニカルデバイス用のパッケージであって、
基板の第１面に１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを有し、該第１面がダイ基準面を有するダイと、
前記ダイの第２面に取付けられるツーリングフィクスチャと、
開口部および前記ダイ基準面を受容するようになっている該開口部の近傍のパッケージフレーム基準面を有し、前記光マイクロメカニカルデバイスが該開口部に配置されるようになっているパッケージフレームと、
前記開口部に隣接して終端する１つ以上の光相互接続部位置合せ機構と、
前記光相互接続部位置合せ機構に配置され、１つ以上の前記光マイクロメカニカルデバイスと光学的に連結される１つ以上の光相互接続部の末端と、
を具備する光マイクロメカニカルデバイス用のパッケージ。
【請求項２】
前記ツーリングフィクスチャがヒートシンクを含む、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記ツーリングフィクスチャがコンプライアント熱伝導性材料を含む、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記ツーリングフィクスチャがツーリングポストを含む、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記ダイおよび前記ツーリングフィクスチャを前記パッケージフレームに封着するカバーを具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項６】
前記ツーリングフィクスチャが前記カバーと係合する、請求項５に記載のパッケージ。
【請求項７】
前記ダイおよび前記ツーリングフィクスチャを前記パッケージフレームに封着する封止材を具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項８】
前記ダイ基準面と前記パッケージフレーム基準面との間に介在する１つ以上のコンタクトパッドを具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項９】
前記コンタクトパッドが１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを外部電気接点と電気的に連結する、請求項８に記載のパッケージ。
【請求項１０】
前記コンタクトパッドが１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスをフレキシブル回路部材と電気的に連結する、請求項８に記載のパッケージ。
【請求項１１】
前記コンタクトパッドが１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを、前記パッケージフレーム基準面に位置するコンタクトパッドと電気的に連結する請求項８に記載のパッケージ。
【請求項１２】
光マイクロメカニカルデバイスをパッケージングする方法であって、
基板の第１面に１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを有し、該第１面がダイ基準面を有するダイを用意することと、
前記基板の第２面にツーリングフィクスチャを取付けることと、
開口部および前記ダイ基準面を受容するようになっている該開口部の近傍のパッケージフレーム基準面を有し、前記光マイクロメカニカルデバイスが該開口部に配置されるようになっているパッケージフレームを用意することと、
前記パッケージフレーム上の１つ以上の光相互接続部位置合せ機構であって、前記ダイ基準面が前記パッケージフレーム基準面と係合するときに、前記ダイ上の対応する光マイクロメカニカルデバイスと位置合せされるように位置決めされる、前記パッケージフレーム上の光相互接続部位置合せ機構を用意することと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記パッケージフレーム上の前記光相互接続部位置合せ機構に１つ以上の光相互接続部を配置するステップと、
前記ダイ基準面を前記パッケージフレーム基準面に係合させて前記光相互接続部を捕捉するステップと、
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パッケージフレーム上の前記光相互接続部位置合せ機構と前記ダイ上の対応する光相互接続部位置合せ機構との間に、１つ以上の光相互接続部を捕捉するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ツーリングフィクスチャを取付けるステップが、前記光マイクロメカニカルデバイスが前記基板から開放される前に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記ツーリングフィクスチャを取付ける工程が、１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを有するダイを用意するステップの前に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記ツーリングフィクスチャがヒートシンクを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ツーリングフィクスチャがツーリングポストを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記ツーリングフィクスチャがコンプライアント熱伝導性材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
封止材を用いて前記ダイおよび前記ツーリングフィクスチャを前記パッケージフレームに封着することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
カバーを用いて前記ダイおよび前記ツーリングフィクスチャを前記パッケージフレームに封着することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記ツーリングフィクスチャを前記カバーに係合させるステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光マイクロメカニカルデバイスを処理するためのツーリングシステムに関し、詳細には、パッケージングされた光マイクロメカニカルデバイスの一体部分になるツーリングフィクスチャに関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑なマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスおよび光エレクトロメカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）デバイスの作製は、マイクロメカニカルデバイス技術において著しい進歩を示している。現在、たとえば、ヒンジ、シャッタ、レンズ、ミラー、スイッチ、偏光デバイス、およびアクチュエータなどのさまざまなマクロスケールデバイスのマイクロメートルサイズの類似物が作製されている。たとえば、ノースカロライナ州リサーチ・トライアングル・パークに所在するクロノス・インテグレイティッド・マイクロシステムズ（Ｃｒｏｎｏｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉａｎｇｌｅ  Ｐａｒｋ，ＮＣ））から入手可能なマルチユーザ向けＭＥＭＳプロセシング（ＭＵＭＰ）を用いて、これらのデバイスを作製することができる。
【０００３】
ＭＥＭＳまたはＭＯＥＭＳデバイスを形成する一つの方法は、基板上の適切な位置にデバイスをパターン形成することを伴う。パターン形成するとき、デバイスは、基板の上で平坦に置かれる。たとえば、ヒンジ構造物または反射体デバイスのヒンジ板はいずれも、ＭＵＭＰプロセスを用いて基板面と略同一平面に形成される。ＭＥＭＳデバイスおよびＭＯＥＭＳデバイスの用途としては、たとえば、データ記憶装置、レーザスキャナ、プリンタヘッド、磁気ヘッド、顕微分光装置、加速度計、走査プローブ顕微鏡、近接場光学顕微鏡、光学スキャナ、光変調器、マイクロレンズ、光学スイッチ、マイクロロボットが挙げられる。
【０００４】
ＭＥＭＳデバイスのパッケージングは、微小構造物の物理的に能動的な性質のための生じる独特の問題を起こす。安定した環境を維持し、塵粒、腐食性および／または付着する可能性がある蒸気などの侵入を防止するために、マイクロメカニカル構造物は、密封されたパッケージに封入されなければならない。密封されたパッケージはまた、処理または動作中の物理的な損傷の危険性を最小限に抑える。エポキシ樹脂注封および熱可塑性射出成形などの従来の集積回路カプセル化の方法は、集積回路に関して有用であるが、可動部分がなく、マイクロメカニカル構造物と共に直接用いることができない。封入剤は、マイクロメカニカル構造物の能動部分に接触してはならない。さらに、射出成形などの一般的なカプセル化の技術は、１０００ｐｓｉの圧力を必要とすることが多く、微小構造物を破損しやすい。
【０００５】
マイクロメカニカル構造物の１つの用途は、光学スイッチ、波長固有の等化器、偏光モード分散補償器などの光信号の処理を伴う。しかし、これらの用途は、パッケージングされたマイクロメカニカル構造物と光ファイバの連結を必要とする。さまざまな技術は、米国特許第６，１４６，９１７号明細書（張ら）、ＥＰ０８５２３３７およびＥＰ１０５７７７９に開示されているようなＭＥＭＳデバイスをパッケージングするために公知である。しかし、これらのパッケージング技術はいずれも、光ファイバをＭＥＭＳデバイスに連結することについては教示していない。
【０００６】
本発明は、光マイクロメカニカルデバイスを処理するためのツーリングシステムに関する。ツーリングフィクスチャは、好ましくは光マイクロメカニカルデバイスが開放される前にＭＥＭＳダイに取付けられる。ツーリングフィクスチャは、犠牲材料の除去を妨げず、ＭＥＭＳダイの処理を容易にし、最終的にはパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイスの一体部分となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態において、光マイクロメカニカルデバイス用のパッケージは、基板の第１の面に１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを有するダイを具備している。第１の面は、ダイ基準面を含む。ツーリングフィクスチャは、ダイの第２の面に取付けられる。パッケージフレームは、開口部と、光マイクロメカニカルデバイスが開口部に位置するようにダイ基準面を収容するように構成された開口部の付近のパッケージフレーム基準面と、を具備している。１つ以上の光相互接続位置合せ機構は、開口部に隣接して終端する。１つ以上の光相互接続部の末端は、光相互接続位置合せ機構に位置し、１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスと光学的に結合される。
【０００８】
ツーリングフィクスチャは、ヒートシンク、コンプライアント熱伝導性材料および／またはツーリングポストであってもよい。カバーは、ツーリングフィクスチャをパッケージフレームに密閉する。一実施形態において、ツーリングフィクスチャは、カバーと係合する。別の実施形態において、封止材料は、ダイおよびツーリングフィクスチャをパッケージフレームに密閉する。
【０００９】
１つ以上のコンタクトパッドが、ダイ基準面とパッケージフレーム基準面との間に介在させることができる。コンタクトパッドは、１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを外部電気接点と電気的に連結する。あるいは、コンタクトパッドは、１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスをフレキシブル回路部材と電気的に連結する。コンタクトパッドはまた、１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスをパッケージフレーム基準面に位置するコンタクトパッドと電気的に連結することができる。
【００１０】
本発明はまた、光マイクロメカニカルデバイスをパッケージングする方法に関する。方法は、基板の第１の面に１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを含むダイを作製する工程を含む。第１の面は、ダイ基準面を具備している。ツーリングフィクスチャは、基板の第２の面に取付けられる。パッケージフレームは、開口部と、光マイクロメカニカルデバイスが開口部に位置するようにダイ基準面を収容するように構成された開口部の付近のパッケージフレーム基準面と、を具備しているように作製される。１つ以上の光相互接続位置合せ機構は、パッケージフレームに作製される。ダイ基準面がパッケージフレーム基準面と係合するとき、パッケージフレーム上の光相互接続位置合せ機構は、ダイ上の対応する光マイクロメカニカルデバイスと位置合せするように位置決めされる。ツーリングフィクスチャは、ヒートシンク、コンプライアント熱伝導性材料および／またはツーリングポストであってもよい。
【００１１】
本方法は、パッケージフレーム上の光相互接続位置合せ機構における１つ以上の光相互接続部に位置決めする工程と、ダイ基準面をパッケージフレーム基準面と係合して、光相互接続部を捕捉する工程と、を含む。１つ以上の光相互接続部は、パッケージフレーム上の光相互接続位置合せ機構とダイ上の対応する光相互接続位置合せ機構との間に捕捉される。一実施形態において、ダイは、封止材料を用いてパッケージフレームに密閉される。別の実施形態において、フレキシブル回路は、ダイに電気的に連結される。
【００１２】
一実施形態において、ツーリングフィクスチャを取付ける工程は、光マイクロメカニカルデバイスが基板から開放される前に行われる。別の実施形態において、ツーリングフィクスチャを取付ける工程は、光マイクロメカニカルデバイスを具備しているダイを作製する工程の前に行われる。
【００１３】
封止材料を用いて、ダイおよびツーリングフィクスチャをパッケージフレームに密閉することができる。別の実施形態において、ダイおよびツーリングフィクスチャは、バーを用いて密閉される。任意に、ツーリングフィクスチャは、カバーと係合することができる。
【００１４】
本発明はまた、本発明による少なくとも１つのパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイスを具備する光通信システムに関する。
【００１５】
本発明のさらなる特徴は、添付図面と併せて読めば、具体的な実施形態の以下の詳細な説明から明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
マイクロメカニカルデバイスを作製するためのさまざまな技術は市販されており、たとえば、ノースカロライナ州リサーチ・トライアングル・パークに所在するクロノス・インテグレイティッド・マイクロシステムズから入手可能なマルチユーザ向けＭＥＭＳプロセス（ＭＵＭＰ）などが挙げられる。組立手順に関する１つの詳細は、クロノス・インテグレイティッド・マイクロシステムズから市販されている「ＭＵＭＰｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ（ＭＵＭＰ設計ハンドブック）」改訂６．０版（２００１）に記載されている。本願明細書で用いられるように、「マイクロメカニカルデバイス」なる語は、基板の面に構成されるマイクロメートルサイズのメカニカルデバイス、オプトメカニカルデバイス、エレクトロメカニカルデバイスまたはオプトエレクトロメカニカルデバイスを指す。
【００１７】
ポリシリコン表面マイクロマシニングは、マイクロエレクトロメカニカルデバイスまたはマイクロメカニカルデバイスを製造するために、集積回路（ＩＣ）業界では既知の平面作製プロセス工程に適合されている。ポリシリコン表面マイクロマシニング用の標準的な構成ブロック工程は、低応力多結晶シリコン（ポリシリコンとも言う）および犠牲材料（たとえば、二酸化ケイ素またはケイ酸塩ガラス）の交互の層の蒸着およびフォトリソグラフィックパターン形成である。所定の位置の犠牲層にエッチングされたバイアは、基板と、ポリシリコン層の間の機械的および電気的相互接続部と、に対する固定点を提供する。デバイスの機能要素は、一連の蒸着およびパターン形成プロセス工程を用いて層ごとに構築される。デバイス構造が完成すると、ポリシリコン層を実質的に侵蝕しないフッ化水素（ＨＦ）などの選択的腐蝕剤を用いて犠牲材料を除去することによって、移動のために開放することができる（本願明細書では「開放する」と言う）。単一基板が複数のマイクロエレクトロメカニカルデバイスまたはマイクロメカニカルデバイスを含む場合には、基板またはウェーハは一般に、解放前に個別の部分に切断される。
【００１８】
結果として、電気的相互接続部および／または電圧基準面を提供するポリシリコンの第１の層と、簡素な片持ち梁から光マイクロメカニカルデバイスまでの範囲にある機能要素を形成するために用いることができる機械的なポリシリコンの追加層と、を一般に含む構成システムが構成される。本願明細書で用いられるように、「光マイクロメカニカルデバイス」は、光学スイッチ、近接場光学顕微鏡、光学スキャナ、光変調器、マイクロレンズ、波長固有の等化器、偏光モード分散補償器などを無制限に含む光信号を操作するためのマイクロメカニカルデバイスを指す。光マイクロメカニカルデバイスの例は、２００１年１月２９日に出願された「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｂａｓｅｄ  Ｏｎ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏ−Ｍｉｒｒｏｒ（回転式垂直マイクロミラーに基づく光学スイッチ）」という名称の米国特許出願第０９／７７１，７５７号明細書、２００１年１月２９日に出願された「ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ（ＭＥＭＳ式偏光モード分散補償器）」という名称の米国特許出願第０９／７７１，７６５号明細書および２０００年１０月３１日に出願された「ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ（ＭＥＭＳ式波長等化器）」という名称の米国特許出願第０９／７０２，５９１号明細書に示されている。
【００１９】
図１は、本発明による光マイクロメカニカルデバイスをパッケージングするためのパッケージフレーム２０の平面図である。パッケージフレーム２０は、フリップチップ構成において、１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを含むダイ２４を収容するための開口部２２を具備している。開口部２２は、実質的に任意の形状であってもよい。フリップチップボンディングは、パッケージフレーム基準面２８に面するようにダイ２４を接合することを必要とする。ダイ２４は、ダイ２４とパッケージフレーム２０の境界を示すために、点線で示されている。本願明細書で用いられるように、「ダイ」なる語は、１つ以上の光マイクロメカニカルデバイスを含む基板を指す。
【００２０】
一実施形態において、パッケージフレーム２０の上面２６は、パッケージフレーム基準面２８で終端するコンタクトパッド３２に電気的に連結される複数のトレース３０を具備している。上面２６全体が平坦化される実施形態において、パッケージフレーム基準面２８は、上面２６全体であってもよい。コンタクトパッド３２は、ダイ２４上の対応するコンタクトパッドと電気的に連結する。本フリップチップ構成により、ダイ２４の上面にわたってコンタクトパッドを配置することができ、密度および入力／出力接続部の著しい増大が生じる。図１の実施形態において、上面２６は、光ファイバなどの光相互接続部を開口部２２およびダイ２４と位置合せをするように適合されたＶ字溝などの一連の光相互接続位置合せ機構２９を具備している。光ファイバは、裸の光ファイバ、レンズ（ＧＲＩＮレンズなど）を取付けた光ファイバ、レンズを有するフェルールによって包囲された光ファイバまたはレンズを備えていないフェルールによって包囲された光ファイバまたはそれらの組合せであってもよい。
【００２１】
パッケージフレーム２０は、セラミックス、金属およびプラスチックをはじめとするさまざまな材料から構成されることができる。容易な整形のほか、電気絶縁および気密封止などの信頼性および魅力的な材料特性から、電子パッケージングにおいてセラミックスが主力となっている。セラミックスは、マルチチップモジュールおよびボールグリッドアレイなどの高度な電子パッケージにおいて広く使用されている。セラミックスは、マイクロメカニカルデバイスをパッケージングするために望ましい電気特性、熱特性および機械特性の組合せを提供する。セラミックパッケージングのための熱膨張係数（ＣＴＥ）は、マイクロメカニカルデバイスを含むダイのＣＴＥに厳密に適合するように設計されることができる。
【００２２】
金属パッケージは、頑丈で作製および組立のしやすさから、実用的である。金属パッケージは、集積回路業界で採用されている理由と同様の理由で、光マイクロメカニカルデバイスパッケジングにとっても魅力的である。金属パッケージは、大部分の光マイクロメカニカルデバイス用途のピンカウント要件を満たし、短いターンアラウンド時間で小さな体積にプロトタイプを作製することができる。金属パッケージングはまた、気密封止も提供する。
【００２３】
成形プラスチックパッケージは、一般に金属またはセラミックのような気密性ではない。プラスチックパッケージは、比較的廉価であり、製造しやすさから魅力的である。
【００２４】
図２および図３は、図１に示されたパッケージフレーム２０を用いたパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス４０の側断面図である。ダイ２４上のダイ基準面４２が、パッケージフレーム２０上のパッケージフレーム基準面２８に接合される。図２の実施形態において、ダイ基準面４２およびパッケージフレーム基準面２８の境界は、光ファイバ７２および関連レンズ７０を含むフェルール７６を光マイクロメカニカルデバイス４３と位置合せをするために用いられる光境界基準面４４を含む（図３参照）。光マイクロメカニカルデバイス４３は、レンズ７０を分かりにくくならないようにするために、点線で示されている。レンズ７０および他の特徴部が見えるように、光マイクロメカニカルデバイス４３の一部のみが示されている。本願明細書で用いられるように、「ダイ基準面」なる語は、光マイクロメカニカルデバイスが構成されるダイの上面を指す。「光境界基準面」なる語は、ダイ基準面、パッケージフレーム基準面またはそれらの間に位置する何らかの基準面などのマイクロメカニカルデバイスに隣接する基準面を指す。光マイクロメカニカルデバイス４３に隣接して光境界基準面を配置することによって、構成許容差を最小限に抑える。
【００２５】
図２および図３に示された実施形態において、Ｖ字溝５０がパッケージフレーム２０の上面２６に形成される。Ｖ字溝５０の深さは、マイクロメカニカルデバイス４３とファイバ７２、フェルール７６およびレンズ７０の垂直位置合せを提供するように正確に形成される。一実施形態において、Ｖ字溝により、レンズ７０は光境界基準面４４と接線関係を形成することができる。例示の実施形態において、レンズ７０の群は、互いに垂直に配置されるが、依然として光境界基準面４４に対して接線をなす。Ｖ字溝は、エッチングなどの機械的または化学適材料除去技術を用いて、形成されてもよい。
【００２６】
ダイ２４およびＶ字溝５０は、フェルール７６のレンズ７０を捕捉し、光境界基準面４４および光マイクロメカニカルデバイス４３と正確に位置合せする。図２および図３の実施形態は、光マイクロメカニカルデバイス４３上の活性光学面が、レンズ７０の径の大体２分の１に対応する量だけダイ基準面４２の上に延在する場合に特に適している。そのような構成では、レンズ７０は、マイクロメカニカルデバイス４３に対して中心に位置する。
【００２７】
本発明のパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス４０の一実施形態において、電気相互接続部は、フレックス回路６０によって設けられる。フレックス回路６０は、ダイ２４をパッケージフレーム２０に電気的に接続する。別の実施形態において、フレックス回路６０は、パッケージフレーム２０の縁まで上面２６に沿って延在する。フレックス回路６０をダイ２４に電気的に連結するために、ハンダリフロー、導電性接着剤、テープ自動ボンディング、熱圧着などのさまざまな技術を用いることができる。
【００２８】
例示の実施形態において、フレックス回路６０および光マイクロメカニカルデバイス４３をプリント回路基板または他の電気デバイスに電気的に連結するために、外部電気接点７４は、任意にパッケージフレーム２０の周縁に設けられる。ダイ２４に電流を供給するために、ボールグリッドアレイー（ＢＧＡ）、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）、プラスチックリード付きチップキャリア（ＰＬＣＣ）、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、エッジカード、小型化集積回路（ＳＯＩＣ）、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）、クワドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、リードレスチップキャリア（ＬＣＣ）、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）など広範囲の電気設定構成を用いることができる。
【００２９】
ダイ２４の裏面５５は、ヒートシンクおよび／またはツーリングポストなどのツーリングフィクスチャ５６を具備している。図２および図３の実施形態において、ヒートシンクおよびツーリングポストの機能が単一構造物に組込まれる。ツーリングフィクスチャ５６は、材料の１個部品または個別の構成要素から形成されることができる。一実施形態において、個別のダイ２４がウェーハから切断される前に、裏面５５は、ツーリングフィクスチャ５６に取付けられる。光マイクロメカニカルデバイス４３がダイ２４から開放される前に、ツーリングフィクスチャ５６が取付けられることが好ましい。さまざまな接着剤を用いて、ツーリングフィクスチャ５６をダイ２４に取付けることができる。
【００３０】
ツーリングフィクスチャ５６は、光マイクロメカニカルデバイス４３に損傷を与えることなくダイ２４を処理するために、利用者および自動作製設備にとって好都合な処理を提供する。一旦、ツーリングフィクスチャ５６が取付けられると、前面またはダイ基準面４２は、妨げられることなく、ＨＦエッチングおよびパッケージフレーム２０との係合に利用可能である。一旦、パッケージフレーム２０に取付けられると、ツーリングフィクスチャ５６は、パッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス４０の一体部分となる。
【００３１】
上部フレーム部材４８およびカバー４９は、ダイをパッケージフレーム２０に密閉する。上部フレーム部材４８およびカバー４９は、単一の構成要素または複数の構成要素として形成されてもよい。ツーリングフィクスチャ５６は、パッケージングの段階で、ダイ２４の処理を容易にする。コンプライアント熱伝導性材料５２はツーリングフィクスチャ５６とカバー４９との間に位置して、パッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス４０から熱を伝導することが好ましい。封止材料６２は任意に、ダイ２４および／またはツーリングフィクスチャ５６の上に配置され、環境汚染から開口部２２をさらに密閉することができる。下部カバー５４は、ダイ２４に対向する開口部２２を密閉する。開口部２２は任意に、真空であってもよく、窒素またはアルゴンなどの気体によって充填されてもよい。
【００３２】
真の気密封止されたパッケージは、金属または非有機材料から構成されるものと仮定される。パッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス４０の一部の用途では、気密封止は必要ではない。たとえば、全体的なエンクロージャが、パッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス４０に必要な保護を提供してもよい。このような実施形態において、封止材料６２のみが用いられ、上部フレーム部材４８およびカバー４９は省略される。封止材料６２は、エポキシ、シリカファイバを有するエポキシ、エポキシクレゾールノボラックポリマーなどの光マイクロメカニカルデバイス４３の凝縮を最小限に抑えるために、硬化エラストマー上でガス発生が少ないことが好ましい。
【００３３】
図２および図３の実施形態は、パッケージフレーム基準面２８に直接接合されるダイ２４を示す。図４は別の実施形態を示しており、ダイ２４上のダイ基準面４２および／またはパッケージフレーム基準面２８が１つ以上のコンタクトパッド８０、８２を具備している。コンタクトパッド８０、８２は、ダイ２４をパッケージフレーム基準面２８に正確に位置合せしてマウントするために簡単に使用することができる。別の実施形態において、コンタクトパッド８０、８２は、ダイ基準面４２上のプティカルマイクロメカニカルデバイス４３とパッケージフレーム２０上のコンタクトパッド３２（図１参照）との間に電気相互接続を提供する。コンタクトパッド８０、８２は、ハンダ、導電性接着剤またはさまざまな他の導電材料から構成されてもよい。本願明細書で用いられるように、「コンタクトパッド」なる語は、ダイとパッケージフレームとの間の機械的および／または電気的境界を指す。
【００３４】
図４の実施形態は、２つのコンタクトパッド８０、８２を示しているが、単独のボンディングパッドがダイ基準面４２またはパッケージフレーム基準面２８のいずれかの上に位置してもよい。図４の実施形態において、光境界基準面８４は、ダイ基準面４２と同一平面にあることが好ましい。別の実施形態において、光境界基準面８４は、ダイ基準面４２とパッケージフレーム基準面２８との間の任意の場所に位置していてもよい。たとえば、光境界基準面は、コンタクトパッド８０、８２の間の境界に位置していてもよい。光境界基準面８４は、光マイクロメカニカルデバイス４３に隣接することが好ましい。図４の実施形態において、ヒートシンクおよびツーリングポストの機能は、単一構造物８５に組込まれる。図４はツーリングフィクスチャ８５を矩形ブロックとして示しているが、形状は用途、パッケージフレームの性質、光マイクロメカニカルデバイスのタイプ、使用されるカバーのタイプおよび他の要因に応じて変化することができる。
【００３５】
図５は、１つ以上の接合位置合せポスト８８および隣接キャビティ９０を有する別のパッケージフレーム８６を示している。一実施形態において、キャビティ９０は、フレックス回路９２をダイ基準面４２上のコンタクトパッドに電気的に連結するために使用される。図５の実施形態において、ダイ基準面４２およびパッケージフレーム基準面２８は、同一平面にあり、光境界基準面９８を含むことが好ましい。別の実施形態において、キャビティ９０は、ダイ２４を位置合せポスト８８に保持するために用いられる接着剤９４で満たされてもよい。キャビティ９０に接着剤９４を配置することによって、ダイ基準面４２と位置合せポスト８８の上部９６との間を直接物理的に接触させることができ、それによって位置ずれを最小限に抑える。
【００３６】
図５の実施形態において、コンプライアント熱伝導性材料９１は任意に、ツーリングポスト９３を包囲する。材料９１は、ヒートシンクとして作用することができ、および／またはダイ２４を衝撃荷重から保護することができる。ツーリングポスト９３は任意に、ダイ２４をパッケージフレーム８６にさらに固定するために、カバー９５の内面と接触または係合する。
【００３７】
温度管理および応力分離に強く影響するため、ダイ取付けには熟慮しなければならない。接合は、時間が経っても亀裂が入ったりクリープを生じたりしてはならない。ダイ取付け工程は一般に、介在接合層として金属合金または有機または無機の接着剤を用いる。金属合金は一般に、共晶ハンダまたは非共晶ハンダをはじめとするすべての形態のハンダを含む。有機接着剤としては、エポキシ、シリコンおよびポリイミドが挙げられる。ハンダ合金の選択は、適切な溶融温度特性および機械特性を有するかどうかによる。ハンダは、ダイをパッケージに固く取付け、名目上、有機接着剤に比べた場合、応力分離がほとんどないか、または全くない。しかし、接合はきわめて頑丈であり、大きい垂直引張力を形成する。パッケージフレームがダイと電気的に連結するために配置されたパッケージフレーム基準面のコンタクトパッドを含むとき、金属ハンダは一般に、不適切である。ダイとパッケージフレームとの間の熱膨張係数の大きな不一致が一般に、望ましくない応力を生じ、接合における亀裂の原因となりうる。
【００３８】
図６は、より複雑な形状の開口部１０２を有する別のパッケージフレーム１００の平面図である。ダイ１０４は、ダイ１０４とパッケージフレーム基準面１０６との境界を示すように概略的に示されている。Ｖ字溝１０８は、４つの側面すべてから開口部１０２へ指向される。開口部１０２の部分またはアーム１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄは、ダイ１０４の縁に達する前に光ファイバおよび対応するレンズを終端することができる（図７および図８参照）。以下に説明するように、Ｖ字溝１０８の深さを制御することによって、光マイクロメカニカルデバイスの高さを補償するために、光ファイバにおけるレンズの高さは、ダイ基準面に比して調整されることができる。
【００３９】
図７は、光境界基準面１２４に沿ってパッケージフレーム基準面１０６に接合されるダイマウンティング面１２２を有するパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス１２０の側断面図である。Ｖ字溝１０８は、レンズ１２６と、光ファイバ１４６を収容するフェルール１４４と、が光境界基準面１２４の上および下の両方に延在するような深さを有する。Ｖ字溝が一定の深さであってもよいように、フェルール１４４の外径はレンズ１２６の外径に適合することが好ましい。光境界基準面１２４に対するレンズ１２６の位置を調整するために、溝１０８の深さを用いることができる。すなわち、レンズ１２６は、ダイ基準面１２２に関係なく光境界基準面１２４に対して位置決めされることができる。Ｖ字溝１０８の深さを変更することによって、さまざまなダイ１０４に関して図６のパッケージフレーム１００を用いることができると同時に、レンズ１２６を光マイクロメカニカルデバイスと依然として位置合せすることができる（図３参照）。図７の実施形態はまた、図４のコンタクトパッド８０、８２と共に用いてもよい。
【００４０】
パッケージフレーム１００は、開口部１０２にわたって延在している下部カバー１３０を具備することが好ましい。図７に示された実施形態において、上部カバー１３２は、ハンダ、ブレージング、接着剤などのさまざまな技術を用いて、パッケージフレーム１００に接合される個別の構成要素である。フレックス回路１３６を用いてダイ１０４に対して電気接続が形成される。図７に示された実施形態において、フレックス回路１３６は、ダイ１０４の背面１３８に沿って延在する。ダイ１０４に形成されるバイア１４０は、フレックス回路１３６をダイ基準面１２２上の光マイクロメカニカルデバイス（図３参照）と電気的に連結する。フレックス回路１３６を他の電気構成要素に連結するために、ピングリッドアレイ１４２またはさまざまな他のコネクタを用いることができる。本願明細書に開示された任意の電気相互接続技術は、図７の実施形態と共に用いることができる。
【００４１】
図８は、図６のパッケージフレーム１００を用いた別のパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス１５０の側断面図である。ダイ１５２は、その周縁の少なくとも一部にわたって肩１５４を有するように形成される。電気トレースは、ダイ１５２の前面１５６に沿って肩１５４を延在する。フレックス回路１５８は、ダイ１５２の肩１５４上のコンタクトパッドと電気的に連結する。ダイ基準面１６０は、パッケージフレーム基準面１０６と連結して、上述のように光境界基準面１６２を形成する。ツーリングフィクスチャ１６４および封止材料１６６は、任意に、パッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス１５０に関して設けられる。封止材料１６６は任意に、熱伝導性であってもよい。
【００４２】
図９および図１０は、本発明によるパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス２００の平面図および側断面図である。ダイ基準面２０２は、（図４のコンタクトパッドを備えているか、または備えていない）パッケージフレーム基準面２０４に接合され、光境界基準面２０６を形成する。Ｖ字溝２０８は、光マイクロメカニカルデバイス２２４の中心線に垂直かつ水平の中心にレンズ２３０を配置するために、ＭＥＭＳダイ２１０に形成される。ダイ２１０におけるＶ字溝２０８は、ＭＵＭＰ処理を用いて機械加工または形成されてもよい。
【００４３】
パッケージフレーム２１６は、ダイ２１０のＶ字溝に水平方向に適合するＶ字溝２１２を含む。垂直方向では、Ｖ字溝２０８、２１２は、レンズ２３０の中心性をファイバフェルール２３２の中心線と位置合せをするように設計される。光マイクロメカニカルデバイス２２４にとって光境界基準面２０６に対する特定のレンズ２３０の位置を最適化することができるように、溝２０８，２１２の深さを調整することができる。
【００４４】
パッケージフレーム２１６に１つのサイズのＶ字溝２１２を形成することができるように、ファイバフェルール２３２の外径は、レンズ２３０の外径に適合することが好ましい。２組のＶ字溝２０８、２１２の組合せは、レンズ２３０および／またはフェルール２３２を用いて、３つの直交軸のすべてにおける基準点として、ダイ２１０をパッケージフレーム２１６に位置合せを行う。同時に、ダイ基準面２０２がパッケージフレーム基準面２０４と係合されるとき、レンズ２３０は、ダイ２１０上のプティカルマイクロメカニカルデバイス２２４に捕捉され、自動的に位置合せされる。
【００４５】
図９および図１０の実施形態は任意に、ツーリングポスト２２２を有するヒートシンク２２０を具備している。ヒートシンク２２０は任意に、ダイ２１６の周縁部を超えて延在する延長タブ２３８を具備する。延長タブ２３８は、さまざまな形状のいずれであってもよい。ダイ２１０を保護するために、上部フレーム部材２３４およびカバー２３６がパッケージフレーム２１６に取付けられる。熱伝導性封止材料は任意に、ヒートシンク２２０とカバー２３６との間に設けられてもよい。
【００４６】
図１１〜図１３は、本発明による別のパッケージングされた光マイクロメカニカルデバイス３００を示している。対応するレンズ３０６を有する光ファイ３０４を収容する１対のフェルール３０２が、ダイ３０８のそれぞれの側面に位置決めされる。レンズ３０６は、ダイ３０８の縁の前に終端する。８個のレンズ３０６および関連する光ファイバ３０４は例示のために過ぎず、ファイバの数は用途に応じて変更することができる。
【００４７】
光マイクロメカニカルデバイス３１０は、ダイ３０８の角のみがパッケージフレーム３１４に接触するような断面形状の開口部３１２に位置決めされる（たとえば、図６参照）。ダイ基準面３２０は、光境界基準面３３０を含む。開口部３１２の部分３１６Ａ、３１６Ｂ、３１６Ｃ、３１６Ｄに作成される間隙により、フレキシブル回路３１８をダイ基準面３２０上のコンタクトパッドと電気的に連結させ（図１３参照）、パッケージフレーム３１４の上面３２２に沿って延在させることができる（図１１参照）。明確にするため、上部パッケージフレーム３２４、カバー３２６およびツーリングフィクスチャ３２８のみが図１２に示されている。上部パッケージフレーム３２４およびカバー３２６は、材料の１個部品から形成されてもよく、または個別の構成要素であってもよい。熱伝導性弾性材料は任意に、ツーリングフィクスチャ３２８とダイ３０８との間、および／またはツーリングフィクスチャ３２８とカバー３２６との間に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるパッケージフレームの平面図である。
【図２】本発明による図１のパッケージフレームを用いたパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの側断面図である。
【図３】異なる位置で切り取った図２のパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの側断面図である。
【図４】本発明による取付けパッドまたはコンタクトパッドを有するパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの側断面図である。
【図５】本発明による位置合せポストを有するパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの側断面図である。
【図６】本発明による別のパッケージフレームの平面図である。
【図７】図６のパッケージフレームにパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの側断面図である。
【図８】図６のパッケージフレームにパッケージングされた別のマイクロメカニカルデバイスである。
【図９】パッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの平面図である。
【図１０】図９のパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの断面図である。
【図１１】本発明によるパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの平面図である。
【図１２】図１１のパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの側断面図である。
【図１３】図１１のパッケージングされたマイクロメカニカルデバイスの下面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004538504.tif 000027
2004538504.tif 000028