(57)【要約】基板の第１の面に１つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスを有するダイを含むオプティカルマイクロメカニカルデバイス用のパッケージに関する。第１の面は、ダイ基準面を含む。１つ以上の光相互接続部位置合せ機構は、ダイの第１の面に形成される。光相互接続部位置合せ機構は、ダイ上の１つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスと光相互接続部を光学的に結合するように位置決めされる。開口部と、開口部に近いパッケージフレーム基準面と、を含むパッケージフレームは、オプティカルマイクロメカニカルデバイスが開口部に配置されるようにダイ基準面を収容するように構成される。１つ以上の光相互接続部位置合せ機構が、パッケージフレームに形成される。パッケージフレームにおける光相互接続部位置合せ機構は、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に、ダイ上の対応する光相互接続部位置合せ機構と位置合せをするように位置決めされる。
2004536349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプティカル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つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスを有するダイであって、該第１面がダイ基準面を有するダイと、
前記ダイの前記第１面に形成される１つ以上の光相互接続部位置合せ機構であって、光相互接続部を前記ダイ上の１つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスと光学的に結合するように位置決めされる光相互接続部位置合せ機構と、
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、前記オプティカル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、
パッケージフレームに形成される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に係合するときに、前記ダイ上の対応する光相互接続部位置合せ機構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と、
を具備するオプティカル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前記対応する光相互接続部位置合せ機構との間に捕捉される１つ以上の光相互接続部の末端を具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記光相互接続部が、光ファイバ、光学レンズまたはそれらの組合せのうちの１つを含む、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項４】
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が、前記開口部に隣接して終端する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記光相互接続部位置合せ機構が、Ｖ字溝を含む、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項６】
前記ダイ基準面が、光学インターフェイス基準平面を含む、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項７】
前記パッケージフレーム基準面が、光学インターフェイス基準平面を含む、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つ以上のオプティカル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つ以上のオプティカル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つ以上のオプティカル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上に配置され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】
前記開口部が、矩形の形状を有する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１３】
前記開口部が、複雑な形状を有する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１４】
前記ダイの裏面上にツーリングフィクスチャを具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１５】
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１４に記載のパッケージ。
【請求項１６】
前記ダイの裏面上にツーリングポストを具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１７】
前記ダイを前記パッケージフレームに封着する封入材を具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１８】
前記ダイ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１９】
前記開口部が、カバーを有する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項２０】
前記ダイに電気的に連結されるフレキシブル回路を具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項２１】
前記パッケージフレーム上の電気トレースを具備し、該電気トレースが前記パッケージフレーム基準面のコンタクトパッドに電気的に連結される、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項２２】
前記ダイの裏面に沿って延在するフレキシブル回路と、
前記ダイを通って延在し、前記オプティカルマイクロメカニカルデバイスを前記フレキシブル回路に電気的に結合する１つ以上のバイアとを具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項２３】
前記オプティカルマイクロメカニカルデバイスに隣接する肩領域と、
前記オプティカルマイクロメカニカルデバイスから前記肩領域まで延在する電気トレースと、
前記肩領域と前記光学インターフェイス基準平面との間に配置されるフレキシブル回路であって、前記トレースに電気的に連結されるフレキシブル回路と、を具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項２４】
前記パッケージフレームが、
前記ダイ基準面と係合するように位置する１つ以上の位置合せポストと、
前記開口部に対向する側で前記位置合せポストに隣接するキャビティとを有する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項２５】
前記ダイ基準面上のコンタクトパッドと電気的に連結して前記キャビティを通って延在するフレキシブル回路を具備する、請求項２４に記載のパッケージ。
【請求項２６】
前記ダイを前記位置合せポストに保持するのに十分に前記キャビティに配置される接着剤を具備する、請求項２４に記載のパッケージ。
【請求項２７】
少なくとも１つのパッケージ化されたオプティカルマイクロメカニカルデバイスを有する光通信システムを具備する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項２８】
オプティカルマイクロメカニカルデバイスをパッケージ化する方法であって、
前記ダイのダイ基準面に、光相互接続部を前記ダイ上の１つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスと光学的に結合するように位置決めされる１つ以上の光相互接続部位置合せ機構を用意することと、
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、前記オプティカル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、
パッケージフレームに、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相互接続部位置合せ機構と位置合せされるように位置決めされる１つ以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２９】
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位置決めするステップと、
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さらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
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前記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さらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記ダイの前記第１面に１つ以上の光相互接続部位置合せ機構を用意する前記ステップが、Ｖ字溝を形成することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記開口部に隣接して終端するパッケージフレームに１つ以上の光相互接続部位置合せ機構を用意する前記ステップが、Ｖ字溝を形成することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記ダイの裏面上にツーリングフィクスチャを取付けるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記ツーリングフィクスチャが、ツーリングポストおよびヒートシンクを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
封入材を用いて前記ダイを前記パッケージフレームに封着するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
フレキシブル回路を前記ダイに電気的に連結するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記オプティカルマイクロメカニカルデバイスに電気的に連結されて前記ダイを通る１つ以上のバイアを用意するステップと、
フレキシブル回路を前記１つ以上のバイアに電気的に連結するステップとをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバおよび／またはレンズを捕捉し、オプティカルマイクロメカニカルデバイスと位置合せするために、パッケージフレームおよびダイの両方において対応する位置合せ機構に関する。
【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）デバイスおよびオプティカル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、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デバイスを作製する１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、基板の上に平坦に置かれる。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デバイスまたは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化は、微小構造物の物理的に能動的な性質のために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、パッケージ化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（Ｚｈａｎｇら）、ＥＰ０８５２３３７号およびＥＰ１０５７７７９号に開示されているようなＭＥＭＳデバイスをパッケージ化するために公知である。しかし、これらのパッケージ化技術はいずれも、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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、パッケージおよびオプティカルマイクロメカニカルデバイスを含むダイの両方における位置合せ機構に関する。位置合せ機構は、光ファイバまたは光学レンズなどの光学インターフェイスを収容して捕捉するように構成されている。パッケージフレームは、Ｖ字溝などの位置合せ機構を含み、ダイ上において対応する位置合せ機構と水平方向に関して適合するようにする。垂直方向に関して、Ｖ字溝は、光ファイバおよび／またはレンズの中心線をオプティカルマイクロメカニカルデバイスの活性面に位置合せするように設計されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態において、オプティカル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つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスを有するダイを含んでいる。第１の面は、ダイ基準面を含む。１つ以上の光相互接続部位置合せ機構は、ダイの第１の面に形成される。光相互接続部位置合せ機構は、ダイ上の１つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスと光相互接続部を光学的に結合するように位置決めされている。開口部と、開口部に近いパッケージフレーム基準面と、を含むパッケージフレームは、オプティカルマイクロメカニカルデバイスが開口部に配置されるようにダイ基準面を収容するように構成されている。１つ以上の光相互接続部位置合せ機構が、パッケージフレームに形成される。パッケージフレームにおける光相互接続部位置合せ機構は、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に、ダイ上の対応する光相互接続部位置合せ機構と位置合せをするように位置決めされる。
【０００８】
一実施形態において、１つ以上の光相互接続部の末端は、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に、パッケージフレーム上の光相互接続部位置合せ機構と対応する光相互接続部位置合せ機構との間に捕捉される。
【０００９】
光相互接続部は、光ファイバ、光学レンズまたはそれらの組合せのうちの１つを含む。光相互接続部位置合せ機構は、一般にＶ字溝である。ダイ基準面および／またはパッケージフレーム基準面は、光学インターフェイス基準平面であってもよい。
【００１０】
１つ以上のコンタクトパッドは一般に、ダイ基準面とパッケージフレーム基準面との間に介在する。コンタクトパッドは、１つ以上のオプティカル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。コンタクトパッドはまた、１つ以上のオプティカル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ことができる。一実施形態において、コンタクトパッドは、１つ以上のオプティカル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配置されるコンタクトパッドと電気的に連結する。別の実施形態において、フレキシブル回路は、ダイの裏面にわたって延在する。１つ以上のバイアがダイを通って延在し、オプティカルマイクロメカニカルデバイスをフレキシブル回路に電気的に連結する。
【００１１】
一実施形態において、ダイは、オプティカルマイクロメカニカルデバイスに隣接する肩領域を有する。電気トレースは、オプティカルマイクロメカニカルデバイスから肩領域まで延在する。トレースに連結されたフレキシブル回路は、肩領域と光学インターフェイス基準平面との間に配置されている。
【００１２】
別の実施形態において、パッケージフレームは、ダイ基準面と係合するために、１つ以上の位置合せポスト位置を含む。開口部に対向する側において、キャビティが位置合せポストに隣接するように設けられる。フレキシブル回路は、ダイ基準面上のコンタクトパッドと電気的に連結するために、キャビティを通って延在することができる。ダイを位置合せポストに保持するために、接着剤をキャビティ内に配置することができる。
【００１３】
開口部は、矩形の形状または任意の他の形状であってもよい。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は、ダイの裏面上に配置されることが好ましい。あるいは、ツーリングポストが、ダイの裏面上に配置される。ダイをパッケージフレームに密閉するために、封入材料を用いることができる。カバーは、ダイをパッケージフレームに密閉する。
【００１４】
本発明はまた、本発明による少なくとも１つのパッケージ化されたオプティカルマイクロメカニカルデバイスを含む光通信システムに関する。
【００１５】
本発明はまた、オプティカルマイクロメカニカルデバイスをパッケージ化する方法に関する。１つ以上の光相互接続部位置合せ機構が、ダイのダイ基準面上に作製される。光相互接続部位置合せ機構は、ダイ上において光相互接続部を１つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスを光学的に結合するように位置決めされる。パッケージフレームは、開口部と、オプティカルマイクロメカニカルデバイスが開口部に配置されるようにダイ基準面を収容するように構成される開口部に近いパッケージフレーム基準面と、を含むように作製される。１つ以上の光相互接続部位置合せ機構が、パッケージフレームに作製される。パッケージフレームにおける光相互接続部位置合せ機構は、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に、ダイ上の対応する光相互接続部位置合せ機構と位置合せをするように位置決めされる。
【００１６】
方法は、パッケージフレーム上に光相互接続部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ステップと、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ステップと、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部位置合せ機構とダイ上の対応する光相互接続部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、封入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。
【００１７】
本発明のさらなる特徴は、添付図面と併せて読めば、特定の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】
【００１８】
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（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（Ｃｒｏｎｏｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ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とき、「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。
【００１９】
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作製するために、集積回路（ＩＣ）業界では既知の平面作製工程ステップに適合されている。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工程ステップ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。
【００２０】
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オプティカル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作製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。本願明細書で用いるとき、「オプティカル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。オプティカル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、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号に示されている。
【００２１】
図１は、本発明によるオプティカルマイクロメカニカルデバイスをパッケージ化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つ以上のオプティカル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を含んでいる。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のインターフェイスを示すために、点線で示されている。本願明細書で用いるとき、「ダイ」なる語は、１つ以上のオプティカルマイクロメカニカルデバイスを含む基板を指す。
【００２２】
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を含んでいる。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を生じる。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構成されるＶ字溝などの一連の光相互接続部位置合せ機構２９を含んでいる。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含んで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。
【００２３】
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。成形しやすさのほか、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、電子パッケージ化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用いられている。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化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。
【００２４】
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、オプティカル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、大部分のオプティカル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。
【００２５】
成形プラスチックパッケージには、一般に金属またはセラミックのような気密性はない。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。
【００２６】
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化されたオプティカル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のインターフェイスは、光ファイバ７２および関連レンズ７０を含むフェルール７６をオプティカル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学インターフェイス基準平面４４を含む（図３参照）。オプティカル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、オプティカル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。本願明細書で用いるとき、「ダイ基準面」なる語は、オプティカル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。「光学インターフェイス基準平面」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配置され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。オプティカルマイクロメカニカルデバイス４３に隣接して光学インターフェイス基準平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。
【００２７】
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は光学インターフェイス基準平面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、依然として光学インターフェイス基準平面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的材料除去技術を用いて、形成されてもよい。
【００２８】
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、光学インターフェイス基準平面４４およびオプティカル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、オプティカル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の径のほぼ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と中心を合わせる。
【００２９】
本発明のパッケージ化されたオプティカル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によって形成される。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。
【００３０】
例示の実施形態において、フレックス回路６０およびオプティカル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の周縁に形成される。ダイ２４に電流を供給するために、ボールグリッドアレイ（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）など広範囲の電気接点構成を用いることができる。
【００３１】
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を含んでいる。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作製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。オプティカル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。
【００３２】
ツーリングフィクスチャ５６は、オプティカル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、パッケージ化されたオプティカルマイクロメカニカルデバイス４０の一体部分となる。
【００３３】
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、パッケージ化工程中、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との間に配置されて、パッケージ化されたオプティカル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。封入材料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満たされてもよい。
【００３４】
確実に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。パッケージ化されたオプティカル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、パッケージ化されたオプティカル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、封入材料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。封入材料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オプティカル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。
【００３５】
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を示している。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を含んでいる。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取付けるために簡単に用いられることができる。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上のオ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形成する。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。本願明細書で用いるとき、「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／または電気的インターフェイスを指す。
【００３６】
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のいずれかの上に配置されてもよい。図４の実施形態において、光学インターフェイス基準平面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、光学インターフェイス基準平面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配置されていてもよい。たとえば、光学インターフェイス基準平面は、コンタクトパッド８０、８２の間のインターフェイスに配置されていてもよい。光学インターフェイス基準平面８４は、オプティカル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、オプティカルマイクロメカニカルデバイスのタイプ、用いられるカバーのタイプおよび他の要因に応じて変更することができる。
【００３７】
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用いられる。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、光学インターフェイス基準平面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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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とのインターフェイス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、オプティカル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をダイ基準面に比して調整することができる。
【００４１】
図７は、光学インターフェイス基準平面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化されたオプティカル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、が光学インターフェイス基準平面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。光学インターフェイス基準平面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に関係なく光学インターフェイス基準平面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をオプティカル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。
【００４２】
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を含むことが好ましい。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上のオプティカル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。
【００４３】
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化されたオプティカル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、上述のように光学インターフェイス基準平面１６２を形成する。ツーリングフィクスチャ１６４および封入材料１６６は、任意に、パッケージ化されたオプティカルマイクロメカニカルデバイス１５０に関して設けられる。封入材料１６６は任意に、熱伝導性であってもよい。
【００４４】
図９および図１０は、本発明によるパッケージ化されたオプティカル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含んでいるか、または含んでいない）パッケージフレーム基準面２０４に接合され、光学インターフェイス基準平面２０６を形成する。Ｖ字溝２０８は、オプティカル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。
【００４５】
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の中心線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。オプティカルマイクロメカニカルデバイス２２４にとって光学インターフェイス基準平面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。
【００４６】
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。
【００４７】
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を含んでいる。ヒートシンク２２０は任意に、ダイ２１６の周縁部を越えて延在する延長タブ２３８を含む。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。熱伝導性封入材料は任意に、ヒートシンク２２０とカバー２３６との間に設けられてもよい。
【００４８】
図１１〜図１３は、本発明による別のパッケージ化されたオプティカル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。
【００４９】
オプティカル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、光学インターフェイス基準平面３３０を含む。開口部３１２の部分３１６Ａ、３１６Ｂ、３１６Ｃ、３１６Ｄに形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）。明瞭に示すために、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との間に形成される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【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てパッケージ化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のパッケージ化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化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化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化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化された別のマイクロメカニカルデバイスである。
【図９】パッケージ化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のパッケージ化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化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のパッケージ化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のパッケージ化されたマイクロメカニカルデバイスの底面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004536349.tif 000029
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004536349.tif 000030
2004536349.tif 000031
【国際調査報告】
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2004536349.tif 000033
2004536349.tif 000034