(57)【要約】【課題】基板の接合時に高精度のギャップ高さを実現し、高信頼性の電子部品パッケージを提供する。【解決手段】静電容量の測定用電極１４，１６は、枠部１９の傾斜面２１ａと接合部１５によりカバー基板１２と装置基板１１の当接で形成されたギャップ高さの空隙を介し、相対して形成されることで静電容量の測定が可能となる。装置基板１１の接合部１５とカバー基板１２の傾斜面２１ａに形成の斜面接合部１７は相対部位に形成され、装置基板１１のギャップ高さ規制面と平行面２１ｂとが当接し、かつ接合部１５が接合時の荷重で変形して傾斜部を形成し、装置基板１１とカバー基板１２が接合される。これにより、ギャップ高さが正確に規制でき、さらに、装置基板とカバー基板のギャップの応力変動が抑制されて、高品質、高信頼性の電子部品パッケージを実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置を有する装置基板とカバー基板とを接合し、基板間中央に空間を有する電子部品パッケージにおいて、
前記装置基板あるいはカバー基板のどちらか一方に、他方のギャップ高さ規制面に対して傾斜した面と平行な面とを有する枠部と、前記枠部の傾斜した面と当接して接合時に傾斜部を形成する接合部とを備えことを特徴とする電子部品パッケージ。
【請求項２】
前記装置基板およびカバー基板が矩形形状であり、基板間を接合するため対向配置した枠部と接合部が、前記矩形形状の対向する２辺の一部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品パッケージ。
【請求項３】
前記枠部の平行な面が、基板間の接合時にギャップ高さ規制面と当接することを特徴とする請求項１または２記載の電子部品パッケージ。
【請求項４】
前記枠部の平行な面が、接合部に当接する前記枠部の傾斜した面より基板の外周側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
【請求項５】
前記枠部の平行な面と接合部に当接する傾斜した面との間に空隙を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
【請求項６】
前記枠部と接合部とにより基板間の接合に用いる接合材料が金属もしくは樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接続およびシールされた電子部品パッケージの構造によるものであり、特に、カバー基板と装置基板のギャップ高さにより装置特性を得る電子部品パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧力センサ、角速度センサ、加速度センサに代表される静電容量型センサにおいては、装置基板とカバー基板との空隙間距離を制御することが重要である。
【０００３】
静電容量型センサの容量は（数１）
【０００４】
【数１】
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ここで、Ｃは容量、Ａは電極面積、εは誘電率、Ｘは電極間隔
で表され、電極間隔Ｘが小さいほど容量Ｃが大きい。
【０００５】
また、感度は（数２）
【０００６】
【数２】
2009277746.tif 000004
であり、電極間隔Ｘが小さいほど感度がよいことがわかる。ギャップ高さは、通常約０．１μｍ〜数１０μｍが好ましく、高容量化、高感度化のために約０．１μｍ〜数１０μｍがさらに好ましい。しかしながら、高容量化、高感度化のためにギャップ高さを約０．１μｍ〜数μｍにすると、わずかなギャップ高さの変動が容量の変動、ばらつきを引き起こすために、ギャップ高さを非常に厳密に管理する必要がある。
【０００７】
静電容量式圧力センサの小型・高性能化に対して電極間距離ギャップを小さくすることは有効であるが、特許文献１に記載の図１１のような電極３，４を形成した基板１とダイアフラム２との間のギャップを微小なビーズ６を含む封着ガラス５でダイアフラム２を基板１に封着固定したものは、高温で封着ガラス５を軟化させて基板１とダイアフラム２とを封着固定させるとともに、封着ガラス５中の微小なビーズ６によって基板１とダイアフラム２間の数１０μｍ以下のギャップをコントロールしている。
【特許文献１】特開昭５７−９７４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような構造では、ガラスを封着する温度ではガラスの粘度が大きいためにガラスが十分拡がらず、微視的には基板１、封着ガラス５、微小なビーズ６、封着ガラス５、ダイアフラム２のように、基板１と微小なビーズ６との間、および微小なビーズ６とダイアフラム２との間に、封着ガラス５がわずかに存在する。したがって、微小なビーズ６のみでギャップを形成することができないので、ギャップの寸法精度が悪く静電容量がばらつくという問題点がある。
【０００９】
また、使用環境で発生する応力によってギャップが変動するため、特性が安定しないという問題点も存在する。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、基板接合時に高精度のギャップ高さを実現し、高信頼性の電子部品パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した電子部品パッケージは、電子装置を有する装置基板とカバー基板とを接合し、基板間中央に空間を有する電子部品パッケージにおいて、装置基板あるいはカバー基板のどちらか一方に、他方のギャップ高さ規制面に対して傾斜した面と平行な面とを有する枠部と、枠部の傾斜した面と当接して接合時に傾斜部を形成する接合部とを備えことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２〜６に記載した発明は、請求項１の電子部品パッケージにおいて、装置基板およびカバー基板が矩形形状であり、基板間を接合するため対向配置した枠部と接合部が、矩形形状の対向する２辺の一部に形成されていること、枠部の平行な面が、基板間の接合時にギャップ高さ規制面と当接すること、枠部の平行な面が、接合部に当接する枠部の傾斜した面より基板の外周側に配置されていること、枠部の平行な面と接合部に当接する傾斜した面との間に空隙を有すること、枠部と接合部とにより基板間の接合に用いる接合材料が金属もしくは樹脂であることを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、接合時において接合部に傾斜部を形成する引張りの力を加えることで、電子部品パッケージの使用環境での応力に対する耐性を向上させ、また、ギャップ高さを基板加工において形成された枠部の平行面によって制御することで、基板間の接合に影響されることなくギャップ寸法精度を高精度に管理することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置基板とカバー基板のギャップの応力変動が抑制され、高品質、高信頼性の電子部品パッケージを実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における電子部品パッケージの構造を示す断面図である。図１において、装置基板１１には電子装置１３と静電容量の測定用電極１４と接合部１５が形成されており、カバー基板１２には静電容量の測定用電極１６と斜面接合部１７、および枠部１９として傾斜面２１ａと平行面２１ｂが形成されている。
【００１７】
静電容量の測定用電極１４，１６は、枠部１９の傾斜面２１ａと接合部１５によりカバー基板１２と装置基板１１とが当接することによって形成されたギャップ高さの空隙を介し、相対して形成されることで静電容量の測定が可能となる。装置基板１１の接合部１５とカバー基板１２の傾斜面２１ａに形成された斜面接合部１７は相対する部位に形成されており、装置基板１１のギャップ高さ規制面と平行面２１ｂとが当接し、かつ接合部１５が接合時の荷重により変形することで傾斜部が形成され、装置基板１１とカバー基板１２が接合されている。また、接合部１５は枠部１９の平行面２１ｂより内側に形成され、接合位置精度から１μｍ以上内側に形成されることが望ましい。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｄ），図３（ａ）〜（ｃ）は本実施形態１における装置基板１１とカバー基板１２の形成プロセスを示す模式図であり、これらの図面を参照しながら、電子部品パッケージの接合部に関するプロセスを説明する。ただし、電子装置の特性に関する回路形成方法や加工方法、回路構造、加工構造については本発明では問わない。
【００１９】
図２（ａ）は初期状態の装置基板１１である。なお、図では１つのパッケージに関する形成プロセスのみを説明するが、一般にはウエハにて形成し、多数の電子装置が隣接した状態で形成される。
【００２０】
図２（ｂ）において装置基板１１の電子装置部分に静電容量の測定用電極１４を形成すると同時に、接合部下地層１８を形成する。静電容量の測定用電極１４と接合部下地層１８はプロセス上同一材料であることが望ましく、一般的にはＴｉ（チタン）：１００ｎｍ、Ａｕ（金）：３００ｎｍ程度の成膜が行われるが、膜厚、材料について特に制約はなく、導電性、装置基板との密着性を考慮し決定される。また、静電容量の測定用電極１４と接合部下地層１８に異なる材料を用いてもかまわない。
【００２１】
図２（ｃ）において、電子装置１３の感度を上げるための梁２０を形成する。その後、図２（ｄ）において接合部下地層１８上に接合部１５を形成する。接合部１５としては、材料の安定性、接合時の変形しやすさを考慮して、Ａｕメッキを用いる。Ａｕメッキの線幅は１μｍ〜数１０μｍが望ましいが、特に５μｍ〜２０μｍ程度が望ましい。
【００２２】
また、Ａｕメッキの高さはギャップ高さを考慮し、０．１μｍ〜数１０μｍ程度が望ましいが、特に１μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。接合部１５は基板の対向する２辺に存在することが望ましく、４辺に存在することが最も望ましい。なお、接合材料については、金属、樹脂のどちらの場合においても、同様の効果が期待できる。また、装置基板１１の材質や加工構造については、電子装置の特性によって決まり、本発明では不問とする。
【００２３】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）を用いてカバー基板１２の形成プロセスを説明する。図３（ａ）は初期状態のカバー基板１２である。なお、図では１つのパッケージに関する形成プロセスのみを説明するが、一般にはウエハにて形成し、多数のカバーが形成される。
【００２４】
図３（ｂ）においてカバー基板１２には、接合時に空間を形成するための凹形状加工が施され、傾斜面２１ａと平行面２１ｂの枠部１９が形成される。カバー基板１２の材料としては一般にシリコンやガラスが用いられる。例えば、カバー基板１２の材料としてシリコンを用いた場合には、シリコンの異方性を利用したウェットエッチングにより、カバー基板１２の表面から５４．７°の角度の傾斜面２１ａが形成され、カバー基板１２の表面から加工底面までの高さがギャップ高さとなる。ギャップ高さ精度を得るためにはウェットエッチングよりドライエッチングが有利であるが、本発明では加工プロセスは問わない。
【００２５】
図３（ｃ）において、カバー基板１２の静電容量の測定用電極１６と凹形状加工した傾斜面２１ａに斜面接合部１７を形成する。静電容量の測定用電極１６と斜面接合部１７はプロセス上同一材料であることが望ましく、一般的にはＴｉ：１００ｎｍ、Ａｕ：３００ｎｍ程度の成膜が行われるが、膜厚、材料について特に制約はなく、導電性、カバー基板１２との密着性を考慮し決定される。また、静電容量の測定用電極１６と斜面接合部１７に異なる材料を用いてもかまわない。
【００２６】
図４（ａ）〜（ｅ）は装置基板１１とカバー基板１２の接合プロセスを表した模式図である。本発明において、接合プロセスについての制約はないが、一般に熱エネルギーを活用した加熱加圧接合や超音波エネルギーを活用した超音波接合、表面改質技術を活用した表面改質接合などにより接合される。図４（ａ）〜（ｅ）では表面改質技術を活用した表面改質接合の一例について説明する。
【００２７】
図４（ａ）において、プラズマ表面改質装置のチャンバー２５内の下部電極２６上に接合面を上面にして装置基板１１とカバー基板１２をセットし、図４（ｂ）のようにプラズマにより装置基板１１とカバー基板１２の表面を洗浄、改質を行う。表面改質条件としてはＡｕ表面を約１０ｎｍエッチングすることにより良好な接合が得られることがわかっている。
【００２８】
図４（ｃ）において、接合装置の接合ステージ２７と、接合ヘッド２８にそれぞれ装置基板１１、カバー基板１２をセットした状態を示す。図４（ｄ）のように接合ヘッド２８が下降し、装置基板１１の接合部１５とカバー基板１２の斜面接合部１７の改質面が当接することで接合し、さらに加圧を進めることによって、接合部１５が塑性変形しながら接合が進み、装置基板１１のギャップ高さ規制面とカバー基板１２の枠部１９の平行面２１ｂが当接することによって所定のギャップ高さが得られる。
【００２９】
その結果、装置基板１１とカバー基板１２の静電容量の測定用電極１４，１６の間にギャップが形成される。このように静電容量の測定用電極１４，１６の間のギャップ精度を決定する因子に、接合部１５の高さばらつきが含まれないため、高精度のギャップ制御が可能である。
【００３０】
図４（ｅ）は接合時のカバー基板１２に生じる内部応力の向きを図示しており、斜面接合部１７に接合することによって、カバー基板１２には外向きの力が発生し、対向する２辺もしくは４辺に接合部１５が存在することによって、カバー基板１２の内部応力が拮抗し、結果として使用環境下で発生する応力への耐性が向上する。
【００３１】
カバー基板１２の剛性が装置基板１１よりも低く、カバー基板１２の方が変形しやすい場合において、特に有効である。また、接合時には接合部１５のＡｕメッキには圧縮方向だけでなく、せん断方向にも力が加わることで、Ａｕメッキの清浄面が露出し接合されるため、良好な接合を得ることができる。また、ギャップを高精度に制御する必要があるため、接合部１５が枠部１９の平行面２１ｂに入り込み、ギャップに影響することが懸念されることから、接合部１５と枠部１９の平行面２１ｂ間には０．１μｍ以上の空隙が存在し、特に０．１μｍ〜数１０μｍが望ましい。
【００３２】
本実施形態１においては１つの電子部品パッケージの形成プロセスについて説明したが、ウエハ形状にて装置基板１１、カバー基板１２を形成し、接合することによって複数の電子部品パッケージを同一プロセスで形成することも可能であり、各電子部品パッケージに対しては同様の効果を得ることができる。
【００３３】
図５は本実施形態１における電子部品パッケージの概略図を示す。本実施形態１において、接合部は直線ライン形状としているが、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数ライン形状、破線形状、円形状などの場合においても同様の効果を得ることができる。図５，図６（ａ）〜（ｃ）では静電容量の測定用電極１４，１６を１パターンにて構成しているが、求める特性によりパターン数、デザイン等は異なり、本発明では不問とする。
【００３４】
なお、本実施形態１では装置基板１１に接合部１５を形成し、カバー基板１２に斜面接合部１７を形成したが、装置基板１１に斜面接合部を形成し、カバー基板１２に接合部を形成しても同様の効果を得ることができる。また、図７のように装置基板、カバー基板のどちらか一方に形成された斜面接合部１７に接合部１５を形成し、接合した場合においては、接合時に接合部１５にかかるせん断方向の力は期待されないが、ギャップ精度、応力に対する高信頼性に関しては同様の効果を得ることができる。この場合、接合部１５は枠部１９の平行面２１ｂよりも高く形成することが必要で、望ましくは０．１μｍ〜５μｍ程度高く形成し、接合時の荷重により接合部を塑性変形させてギャップを形成する。
【００３５】
また、装置基板１１が振動することにより装置特性を得る場合には、図８のように保護基板２２を装置基板１１の下面に接合し３層構造にしてもよい。この場合に、保護基板２２と装置基板１１のギャップは装置特性には影響しないため０．１μｍ〜数１００μｍ、望ましくは数μｍ〜数１０μｍのギャップが形成されれば、特に接合プロセス、構造は問わず、金属接合、樹脂接着などでも同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、本実施形態１ではギャップ高さ規制面を装置基板１１の表面としたが、静電容量の測定用電極１４の高さと一致させる等の目的で装置基板１１上にした成膜の面上をギャップ高さ規制面とし、この成膜面とカバー基板１２の枠部１９の平行面２１ｂが当接することによってギャップを形成しても同様の効果を得られる。
【００３７】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施形態２における電子部品パッケージの構造を示す断面図である。図９において、装置基板１１には静電容量の測定用電極１４と接合部１５が形成されており、カバー基板１２には静電容量の測定用電極１６と斜面接合部１７、および枠部１９（傾斜面２１ａ、平行面２１ｂ）が形成されている。
【００３８】
静電容量の測定用電極１４，１６は枠部１９の平行面２１ｂによって形成されたギャップ高さの空隙を介して、相対して形成されることで、静電容量の測定が可能となる。装置基板１１の接合部１５とカバー基板１２の斜面接合部１７は相対する部位に形成されており、接合部１５が接合時の荷重により変形することで装置基板１１とカバー基板１２が接合されている。また、静電容量の測定用電極１４，１６からの取出電極となる貫通電極２３が形成されることによりカバー基板１２が弾性変形しやすくなるので、使用環境下で発生する応力を緩和することができ、高信頼性の電子部品パッケージを実現できる。
【００３９】
また、図９においては貫通電極２３を装置基板１１、カバー基板１２の両方に形成したが、装置基板１１とカバー基板１２のどちらか一方にのみ形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、電子装置１３が振動することにより装置特性を得る場合には、図１０のように保護基板２２を装置基板１１の下面に接合し３層構造にしてもよい。この場合に、保護基板２２と装置基板１１のギャップは装置特性には影響しないため０．１μｍ〜数１００μｍ、望ましくは数μｍ〜数１００μｍのギャップが形成されれば、特に接合プロセス、構造は問わず、金属接合、樹脂接着などでも同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、装置基板１１に貫通孔を設けて、装置基板１１の裏面に取り出し端子となる貫通電極２３を設け、さらに保護基板２２にも貫通孔を設けて取り出し端子として貫通電極２３を形成した場合においても、同様の効果を得ることができ、さらに接合部１５と斜面接合部１７が基板全周囲に渡り接合することによって、パッケージ内部を密閉構造にすることができるため、より高精度の特性を得ることができる。このとき接合部１５は全周囲で形成されていれば、形状は問わず、矩形、円形、複数ライン等のいずれでもよい。
【００４２】
なお、各実施形態において、装置基板１１とカバー基板１２のどちらか一方に傾斜面２１ａを設置したが、両方に傾斜面２１ａを設置した場合においても同様の効果を得ることができ、特に装置基板１１、カバー基板１２の両方に引張り力が発生することによりギャップ変動が低減される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、装置基板とカバー基板のギャップの応力変動が抑制され、高品質、高信頼性の電子部品パッケージを実現でき、電気接続およびシールされた電子部品パッケージの構造に係り、特に、カバー基板と装置基板のギャップ高さにより装置特性を得る電子部品パッケージとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態１における電子部品パッケージの構造を示す断面図
【図２】本実施形態１における装置基板の形成プロセス（ａ）〜（ｄ）を示す模式図
【図３】本実施形態１におけるカバー基板の形成プロセス（ａ）〜（ｃ）を示す模式図
【図４】本実施形態１における装置基板とカバー基板の接合プロセス（ａ）〜（ｅ）を表した模式図
【図５】本実施形態１における電子部品パッケージの概略を示す図
【図６】本実施形態１における電子部品パッケージ（ａ）複数ライン形状、（ｂ）破線形状、（ｃ）円形状の概略を示す図
【図７】本実施形態１におけるカバー基板に接合部を設けた構造を示す図
【図８】本実施形態１における振動で装置特性を得るため電子部品パッケージに保護基板を設けた構造を示す図
【図９】本発明の実施形態２における電子部品パッケージの構造を示す断面図
【図１０】本実施形態２における振動で装置特性を得るため電子部品パッケージに保護基板を設けた構造を示す図
【図１１】従来の電子部品パッケージの構造を示す断面図
【符号の説明】
【００４５】
１  基板
２  ダイアフラム
３，４  電極
５  封着ガラス
６  ビーズ
１１  装置基板
１２  カバー基板
１３  電子装置
１４，１６  測定用電極
１５  接合部
１７  斜面接合部
１８  接合部下地層
１９  枠部
２０  梁
２１ａ  傾斜面
２１ｂ  平行面
２２  保護基板
２３  貫通電極
２５  チャンバー
２６  下部電極
２７  接合ステージ
２８  接合ヘッド
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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