(57)【要約】      （修正有）【課題】部材、特に、電気又は電子部材の被覆方法を提供すること。【解決手段】内部が真空状態又は調節雰囲気であるチャンバを使用し、金属又は合金からなる連続した封着シーム８を、少なくとも一つの部材３を有する基板１上に予め形成した濡れ性の高い表面５の上に配置し、部材の周囲に伸ばし、パッケージ又はカバー２を封着シーム８上に配置し、最後に、封着シーム８を構成する材料の融点に達するまでチャンバ内の温度を上げ、カバー又はパッケージ２を基板１上に降下させ、カバー又はパッケージを前記基板上に漏洩無く気密に封着することにより、内部の空洞９を外部から漏れなく遮断することを含み、基板１上の部材３の周囲に配置され、その上に封着シーム８が配置される濡れ性の表面５は、それが属する平面において、封着シームが伸びる主方向と平行でない一つの方向に変化することを特徴とする。【選択図】図４
2007067400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材３、特に電気又は電子部材の被覆方法であって、
−  先ず、内部が真空状態又は調節雰囲気であるチャンバを使用すること、
−  次に、有利には融点の低い金属又は合金からなる連続した封着シーム８を、少なくとも一つの部材３を有する基板１上に予め形成した濡れ性の高い表面５の上に配置し、部材の周囲に伸ばすこと、
−  適切な大きさのパッケージ又はカバー２を封着シーム８上に配置すること、及び
−  最後に、封着シーム８を構成する材料の融点に達するまで前記チャンバ内の温度を上げ、第１にカバー又はパッケージ２を基板１上に降下させ、その結果として二次的に、カバー又はパッケージを前記基板上に漏洩無く気密に封着することにより、このように画定された内部の空洞９を外部から漏れなく遮断すること
を含み、
基板１上の部材３の周囲に配置され、その上に封着シーム８が配置される濡れ性の表面５が、それが属する平面において、封着シーム８の主方向と平行でない一つの方向に変化することを特徴とする、方法。
【請求項２】
濡れ性の領域又は表面５の変化が、封着シーム８の主方向と垂直方向であることを特徴とする、請求項１に記載の部材３の被覆方法。
【請求項３】
濡れ性の領域又は表面５の変化が周期的であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の部材３の被覆方法。
【請求項４】
濡れ性の領域又は表面５が、同じ形状の繰返しパターンの連続であることを特徴とする、請求項３に記載の部材３の被覆方法。
【請求項５】
濡れ性の領域又は表面５が長方形１０、１１の連続から構成され、そのうちの連続する二つの長方形の幅が、所定の二つの値の間で離散的に変化することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の部材３の被覆方法。
【請求項６】
濡れ性の領域又は表面５が円盤の連続から構成され、そのうちの連続する二つの円盤の直径が、所定の二つの値で離散的に変化することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の部材３の被覆方法。
【請求項７】
濡れ性の領域又は表面５が正方形又は菱形の連続から構成され、その対角線の一方の方向が封着シーム８が伸びる方向と一致し、他方の対角線が所定の二つの値の間で離散的に変化することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の部材３の被覆方法。
【請求項８】
小さい方の幅をＬとした場合、大きい方のパターンの最大幅は少なくともＫ＊Ｌであり、Ｋは１．１を越える常数であることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の部材３の被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロニクスの分野、特にカプセル化技術に関するものであり、部材、特に電気又は電子部材を漏れの無い密封状態に被覆する技術に関する。
本被覆技術は、超小形部材の分野、特に従来の半導体チップ、並びにマイクロセンサ及びマイクロアクチュエーター、例えばマイクロ電子−電気変換システム（ＭＥＭＳ）にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明で問題にする超小形部材は、従来的には適切な特性を有する基板、例えば電子部材用の半導体基板（単結晶シリコン、サファイア等）の上に構築される。
これらの基板は、超小形部材から基板の周囲に放射状に伸びる導体を有しており、これらの導体により、特に、前記部材に組み込まれた機能を生成又は制御する信号を処理又は分析することができ、更に、必要に応じてこれらの部材の電源を提供することができる。
【０００３】
場合によっては、これらの部材はパッケージ、保護用カバー、又はこれらと同等な構造物の内部に封入され、よって衝撃、腐食、浮遊電磁放射等から保護される。
また、このようなカバー又はパッケージは、前記部材によって検知される放射線を透過させる窓部を備えるか、或いは前記放射線を部材内部に集中させるための、一又は複数のレンズを有する場合がある。
【０００４】
これらの超小形部材の一部は、適切に稼動するために、真空状態又は調節雰囲気下（圧力、不活性ガス等）で動作する必要があるか、或いは周囲雰囲気から遮断される必要がある。このため、上記パッケージ又はカバーを使用して、前記部材の上方に、調節雰囲気又は部分的真空状態を閉じ込める空洞を画定する。
このように超小形部材を被覆するという特定の目的において、製造段階で様々な技術的問題が発生する。
【０００５】
先ず、画定された空間内に閉じ込める雰囲気の性質に関係なく、前記部材を外部の影響から確実に効果的に遮断するため、カバー又はパッケージと部材との接合部を気密に封着する際の品質という重要な問題が存在する。
更に、前記空間に閉じ込められた雰囲気の性質を制御する必要性が存在する。従って、封着の前、一般的にはカバーを部材に固定する前に、空間の内部に雰囲気を生成しなければならない。
【０００６】
上記のような電気又は電子部材の被覆のために、様々な技術が用いられてきた。
これらの技術はウエハ重畳法を含む。ウエハとは、半導体基板を説明する際に使用される専門用語である。この方法では、電気又は電子部材を含むウエハに、封入される空間を画定できる一又は複数の空洞が作成された別のウエハを重ねることができる。
固定は、はんだ付け、特に陽極はんだを用いて、溶融又は焼結ガラス接着によって行われる。使用する原理は遮蔽性に関しては満足すべきものであるが、接合技術の面では複数の困難な問題を有している。実際、接続ワイヤをはんだ付けする際に接着パッドに接近することは煩雑で、従って使用できるトポロジーが限定される。更に、高温のはんだ付けが一般に求められるので、上記のように明確に画定された空間の内部に配置可能な電子部材の数は限定される。
【０００７】
別の方法では、薄膜フィルム層によりカバーを形成する。能動部材のための空洞をウエハ上に形成し、次いで薄膜フィルム封着技術を用いることにより閉じる。例えば、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）により層を成長させるか、又は単に空間を覆う。
カバーの大きさを、能動部材の大きさまで縮小することができる。この技術の使用は複雑であるが、極端に小さい能動部材を備える多くのウエハを同時に封着できるという利点がある。
【０００８】
最後に、別の技術では、チップカバーを用いて、つまり各能動部材に一つのカバーを付けることにより、又は一つのウエハ上の複数の能動部材を覆うことのできる大きなチップを用いて、カバー又はパッケージをウエハ上にはんだ付けする。
この技術は、常套的に複数の段階に分けて実施される。先ず、調節雰囲気を維持することができるチャンバ、又は真空チャンバの内部に位置する部材上にカバーを配置し、次に、本技術分野の当業者に公知の技術を用いて、特に、例えばインジウム又は錫−鉛合金からなるはんだ付けされた結合部を用いて、カバーを部材上に封着する。
【０００９】
この種の操作を大量に行う必要がある場合、又は多部材基板が使用される場合、これら全ての操作は、前述のように、確実に調節雰囲気又は真空状態に維持したチャンバ内で行なわなければならないので、これらの操作を必要とする設備が極めて煩雑なものとなることは容易に想像できる。更に、複数のカバーを装着する場合、Ｎ個のカバーを装着するのに掛かる総処理時間は：
Ｎｘ（調節雰囲気又は真空状態を実現するために要する時間＋部材上にカバーを配置する時間＋はんだ付け時間）
であり、非常に時間が掛かることになる。
従って、この作業に掛かるコストも増大する。
【００１０】
この処理時間を最適化するための解決策が、特許文献１に提案されており、本文献は、電気部材の被覆の使用を実施形態の一つに図解している。開示されているこの特定の実施形態を、図１ないし３に示す。
例えばシリコン製のウエハ１に電子部材を搭載するために、従来技術が使用されている。ウエハ１の上面４上に、電子部材３の周囲を取り囲むように、インジウム又は錫―鉛合金からなるはんだシームを受け入れるための濡れ性の表面又は領域５が存在する。
【００１１】
本特許文献はまた、有利には、はんだシーム８を構成している材料と同一の熱溶融性材料からなるバンプ７から構成されるくさびに言及している。このバンプ７の上には、ウエハ１とはんだシーム８と共に、所望の調節雰囲気又は真空状態を収容する空洞９を画定することができるカバー２が接触する。
所望の雰囲気を前記空洞９の内部に作るため、カバー２を支えるくさびを構成するバンプ７ははんだシームの外側に位置しており、このアセンブリは、内部に所望の調節雰囲気又は真空状態を有するチャンバ内に配置される。バンプ７とはんだシーム８を構成する材料が溶融するまで温度を十分に上昇させるだけで、カバー２は前記はんだシームと接触するまで降下し、このように画定された空間を漏洩なく閉じる。
【００１２】
実際は、バンプ７も濡れ性表面６の上に配置される。同じように、接着性、特にその密封性を向上させるため、カバー２の下部表面も、濡れ性表面５’及び６’を有している。
従って、このような技術を用いることにより、Ｎ箇のカバーを装着する操作、つまり、Ｎ箇の能動部材を被覆するためにカバーを装着する処理の所要時間が：
Ｎｘ（カバーを配置する時間）＋１ｘ（雰囲気を得る時間）＋１ｘ（はんだ付け時間）
となるので、前述の処理と比較して大幅に時間を節減できる。
【００１３】
従って、節減される時間Δｔは：
Δｔ＝（Ｎ−１）ｘ（雰囲気を得る時間＋はんだ付け時間）
となる。
このように、被覆に要する時間が短縮されることは、調節雰囲気又は真空状態の準備にはカバーの取り付けより遥に時間を有するため、極めて意義のあることである。
【００１４】
本特許文献に提案されている解決策は、理論的には極めて魅力であるが、実際の経験によれば、漏洩の無い又は均一なはんだシームを、再溶融による完全封鎖に先立って形成することは殆んど不可能である。
実際は、可融性材料、特に合金からなるシームは、下地バンプ金属化法（ＵＢＭ）を用いて基板上に製造された下地の濡れ性表面又は領域を構成するテープに均一に装着できないことが証明されている。事実、外縁を画定する表面積を最小にしようとするよく知られた表面張力現象により、テープ上の特定の領域にはんだの塊が形成されたり、はんだの無い部分が残ったりする。
【００１５】
実際は、はんだシームを構成する合金の融点において存在するはんだの総量は、所望の線形のシームの最小外部表面積ではなく、バンプの最小外部表面積に等しい。
【特許文献１】仏国特許第２７８０２００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、このような問題点を克服し、はんだシームにある程度の連続性を付与することにより、被覆パッケージによって画定される空洞に望まれる非漏洩性を改善することが可能な技術的解決策を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、部材、特に電気又は電子部材を被覆する方法は：
−  先ず、内部が真空状態又は調節雰囲気であるチャンバを使用すること、
−  次に、有利には融点の低い金属又は合金からなる連続した封着シームを、少なくとも一つの部材を有する基板上に予め形成した濡れ性の高い表面５の上に配置し、活性部材の周囲に伸ばすこと、
−  適切な大きさのパッケージ又はカバーを封着シーム上に配置すること、及び
−  最後に、封着シームを構成する材料の融点に達するまで前記チャンバ内の温度を上げ、第１にカバー又はパッケージを基板上に降下させ、その結果として二次的に、カバー又はパッケージを前記基板上に漏洩無く気密に封着することにより、このように画定された内部の空洞９を外部から漏れなく遮断すること
を含む。
本発明によれば、基板の部材の周囲に配置され、その上に封着シームが配置される濡れ性の表面は、それが属する平面において、封着シームが伸びる主方向と平行でない一つの方向に変化することを特徴とする。
【００１８】
即ち、先行技術とは異なり、本発明では、均一な濡れ性表面又は領域を基板の上面に装着することをしない。つまり、濡れ性表面又は領域の幅は一定であるが、その幅内に一定数の変化を付ける。
これにより、このような濡れ性表面を選択すると、シームの溶解時にシームの連続性に影響を与える表面張力現象が減少し、よって前記シームに必要とされる連続性を与えることが可能となり、この結果、基板とそのカバーで構成されたアセンブリに所望の非漏洩性と密閉性が付与される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の有益な態様の一つによれば、当該形状の変化は周期性を有する。即ち、濡れ性表面は、その全長に亘って、或いは主方向に沿って、同じ形状のパターンを繰返す。
本発明の別の態様において、濡れ性表面は長方形の連続から構成され、そのうち連続する二つの長方形の幅は、二つの所定の値の間で離散的に変化する。
【００２０】
別の変形例では、濡れ性表面は円盤の連続から構成され、そのうち連続する二つの円盤の直径は、二つの所定の値の間で離散的に変化する。別の変形例においては、濡れ性表面は正方形又は菱形の連続から構成され、その対角線の一方はシームが伸長する方向を向いており、正方形又は菱形の連続の他方の対角線は二つの所定の値の間で離散的に変化する。
本発明の特殊な態様において、Ｌを構造の幅、即ち濡れ性表面の公称幅に相当する二つのパターンの中間のパターン幅とすると、前記主パターンの幅は、少なくとも値Ｋ＊Ｌである。ここで常数Ｋは、希望する結果を得るために厳密に１．１を超える定数でなければならない。
【００２１】
本発明を実施する方法及びその結果得られる利点の理解のため、添付図面を参照して例示を目的として提示される以下の実施形態について更に説明する。
既に、本明細書の冒頭において述べたように、被覆する部材３は、ＭＥＭＳ、光学部材、特に放射線を検知するためのマイクロセンサ（例えば、ボロメータ）だけでなく、加速度計、アクチュエーター、マイクロアクチュエーター等も含む。これら能動部材３は、通常、例えばシリコン製の基板１か、又は一般的に超小形部材の組み立て用に使用される従来型の材料からなる基板１に搭載される。
【００２２】
従来、部材を駆動するために必要な電気信号は、前記基板上の部材の周囲に配置された導体を経由して部材に供給されている。このような導体は、前記部材で発生した信号を転送するため、或いは、部材がアクチュエーターから構成される場合、部材を制御する信号を逆に転送するために使用される。
本発明の一般的な範囲を超えることなく、部材は、外部の影響から保護されなければならないか、又は正規に動作するためには、調節雰囲気、例えば特定の圧力、場合によっては不活性ガス又は特定のガスを必要とするか、或いは、冷却された部材の場合、真空状態での動作を必要とする場合がある。
【００２３】
このため、外部環境から遮断された空洞９を画定するため、カバー又はパッケージ２は基板１上に気密に封着され、能動部材３はこの空洞の内部に配置される。このパッケージ又はカバーは、既存の金属―金属はんだ付け技術を用いて、はんだ付け又は封入シーム８により封着される。前記シームは、インジウム、錫−鉛合金、又は任意のはんだ合金、特に低温はんだ合金からなる。
このために、基板１上の前記部材３の周囲には、濡れ性領域又は表面５が配置される。この濡れ性表面の設計は、パッケージ又はカバーを画定する側壁の設計に対応させる。
このような濡れ性表面は、例えば、マイクロエレクトロニクス分野において周知のフォトリソグラフィック積層法、又はその他いずれかの薄膜金属フィルム積層法により、チタン／ニッケル／金の３層を積層することによって製造することが出来る。
【実施例】
【００２４】
図４に示す本発明の基本的な一態様によれば、このような濡れ性領域又は表面の幅は均一ではなく、所定の数の変化を有し、不連続性である。
よって、本実施例では、この濡れ性領域又は表面は、交互に連続した、幅Ｋ＊Ｌを有する幅の広い長方形１０と、幅Ｌを有する幅の狭い長方形１１からなる。Ｋは、１．１より大きい定数である。加えて、前記パターンは、はんだ又は封着シームの連続性を確保するため、部分的に重畳している。
【００２５】
基板上にパッケージ又はカバーを封着する工程は、このようにして画定された濡れ性の領域上に封着シームを配置した後で、当該基板とパッケージを中に配置したチャンバの温度を、前記シームを構成する合金又は金属の融点を超えるまで上昇させることよって行われる。これにより、濡れ性領域又は表面の全長、即ちパッケージの全周囲に、規則的かつ均等なシームが形成される。
濡れ性表面へのはんだ又は封着シームの適用は、既知の方法、即ち蒸着法、スクリーン印刷法、電気分解法のいずれかを用いて行うことが出来る。
【００２６】
しかしながら、一変形例では、金属印刷法と呼ばれる技術を用いて濡れ性表面にはんだシームを堆積することができる。この技術により、特にフォトマスク（フォトリソグラフィ）の段階を省略しながら、全ての固体はんだ堆積法を使用できるので、はんだの堆積に関するコストを削減することができる。
前記はんだシームを成形する操作は、インデックス成形法又は一体成形法のいずれかを用いて行う事ができる。どちらの方式も本特許出願と同日に出願された特許出願明細書に記載されている。
【００２７】
本発明の一変形例によれば、濡れ性表面は、図８ｂに概略的に示すように、長方形の連続ではなく、部分的に重畳した菱形又は正方形の連続である。これらのパターンの対角線の一方は、はんだシームの主方向に一致している。
この形状において、小さい方の正方形又は菱形１１の他方の対角線の値をＬとすると、大きい方の正方形又は菱形１０の同じ方向の対角線の長さは、少なくともＫ＊Ｌの値に等しく、定数Ｋは少なくとも１．１よりも大きい。
【００２８】
本発明のもう一つの変形例を図８ｃに示す。この変形例の濡れ性表面は、部分的に重畳した円盤の連続から構成され、これらの円盤の直径は、連続する円盤の間で、値Ｌと、Ｋ＊Ｌ以上の値の間で変化する。ここで、常数Ｋは、１．１より大きい。
図８ｄに示す本発明の別の変形例においては、濡れ性表面の幅は、二つの極値ＬとＫ＊Ｌの間で、離散的ではなく、連続的に変化する。
【００２９】
いずれの場合も、前述したように、常数Ｋは常に値１．１よりも大きい。事実、常数Ｋがこの値を下回ると、表面張力現象が再溶融中に再現し、はんだシームが非連続になる恐れがある。
常数Ｋの値が１．６〜２である場合、いずれの場合も想定通りの極めて良好な結果が得られることが経験的に証明されている。
【００３０】
本発明の技術により、共用カバーの使用、即ち単一のカバーを使用して複数の部材、特に能動部材を覆うことが可能になる。
本技術の拡大について、前述した上掲の特許文献１に記載している。要約すると、カバーを集合的に装着する本方法は、
−  全てのカバーを被覆箇所、即ち種々の能動部材の上に同時に配置すること、
−  上方にカバーが配置されるシートを、カバーの装着を行うチャンバ内に移動すること、
−  可能ならば、ゲッタがある場合その活性化又はガス抜きに必要な時間に亘り、はんだシームの融点よりも低い温度まで前記チャンバを加熱すること、
−  特にボロメータ及び特定のＭＥＭＳセンサを用いる場合、空隙９に封入したいガス又は複数のガスをチャンバ内に供給するか、或いはチャンバ内部を真空状態にすること、及び
−  はんだシームを構成する金属又は合金の融点を超えるまで温度を上昇させ、使用するはんだエレメントの設計により、全てのカバーを降下させて、複数の空洞を同時に形成すること
を含む。
【００３１】
このように本技術を有効に利用して、高密度で結合された光学的デバイス又はＭＥＭＳデバイスを、パッケージの表面にも構築することができる（図９ａ及び図９ｂ参照）。本図から明らかなように、前記パッケージ２は、導電性バンプ又はマイクロバンプ１３の上方に鉛直方向に形成された貫通開口部１２を有し、これらのバンプ自体は、基板の上面４上に形成された導体１６に接しており、且つ能動部材３に接続されている。
これらの貫通開口部１２の内表面は金属皮膜され、この金属皮膜部が、パッケージ又はカバー２の内表面から僅かに突出していることにより、その下方に位置するバンプ又はマイクロバンプ１３との電気的接触が最適化され、よって付随的に導電性が確保される。参照符合１４は、カバー又はパッケージ２の上面上の導体を示す。これらの導体は、このようにして形成された貫通メッキ１２によって電気的に連続している。
【００３２】
本発明の方法はまた、カバー又はパッケージ２と、その下方の能動部材３との自動位置合わせを容易にすることができる。
図１０は、このような自動位置合わせの例を示す。光学デバイス１５は、濡れ性表面６’と整列しており、この濡れ性表面６’は、組立ての過程で、濡れ性表面６と自動的に整列する。濡れ性表面６自体が部材３と整列しているので、それにより部材１５と部材３とは、一直線上に並ぶことになる。
【００３３】
前述した表面張力により、各濡れ性表面の位置のずれ又は垂直方向のゆがみは、このような自動配列を促進する力を生む。加えて、このような表面張力は、各濡れ性表面の配置における誤差を許容する。
従って、このような位置の自動調整機能は、カバー又はパッケージ内部における、光学機能を行うデバイスの集積化、例えば部材３によって検知される放射線の焦点を合わせるデバイスの集積化を容易にする。
【００３４】
従って、本発明による方法の有意な利点は、特に能動部材の被覆に要する時間を節減できるという点で顕著であり、組み立てコストが有意に減少する結果、コスト競合力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】先行技術による、温度を上昇させる前の基板とカバーの概略断面図である。
【図２】先行技術による、基板の概略上面図である。
【図３】先行技術による、温度を上昇させた後の基板とカバーの概略断面図である。
【図４】本発明の第一の実施形態による濡れ性表面の概略上面図である。
【図５】図４のパターンの一つの拡大図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。
【図８】ａ〜ｄは、本発明による濡れ性表面の様々なパターンの概略図である。
【図９】ａ及びｂは、ＭＥＭＳ又は光学部材の構築に使用される本発明の特定の応用例の概略断面図である。
【図１０】カバーとカバーの結合部材との同時自動位置合わせを行う本発明の一応用例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    基板（ウエハ）
２    カバー又はパッケージ
３    部材（部材）
４    ウエハの上面
５    濡れ性領域又は表面（基板側）
５‘  濡れ性領域又は表面（カバー又はパッケージ側）
６    濡れ性領域又は表面（基板側）
６‘  濡れ性領域又は表面（カバー又はパッケージ側）
７    バンプ
８    はんだシーム又は封着シーム
９    空洞
１０  濡れ性領域又は表面の形状１
１１  濡れ性領域又は表面の形状２
１２  貫通開口部（メッキ部）
１３  バンプ又はマイクロバンプ
１４  導体１
１５  部材（光学デバイス）
１６  導体２
【図１】
2007067400.tif 000003
【図２】
2007067400.tif 000004
【図３】
2007067400.tif 000005
【図４】
2007067400.tif 000006
【図５】
2007067400.tif 000007
【図６】
2007067400.tif 000008
【図７】
2007067400.tif 000009
【図８】
2007067400.tif 000010
【図９】
2007067400.tif 000011
【図１０】
2007067400.tif 000012
【外国語明細書】
2007067400000001.pdf
2007067400000002.pdf
2007067400000003.pdf
2007067400000004.pdf