JP2005224925A - マイクロパッケージ、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、パッケージ化の制約が少なく、マイクロメカニカルデバイスの作製時においてもパッケージングが可能であるマイクロパッケージ、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 マイクロパッケージ１０を、マイクロメカニカルデバイス１２が形成されたデバイス基板１４に、マイクロメカニカルデバイス１２を覆うように、シリコン材料からなるカバー基板１６をデバイス基板１４に樹脂層１８を介して接合されせた構成とする。そして、例えば、このマイクロパッケージ１０を実装基板２０に実装し、配線２２により、実装基板２０の配線（図示せず）とマイクロメカニカルデバイス１２とが電気的に接続させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロギア、マイクロセンサ、マイクロミラー、マイクロモータ、マイクロジャイロなどのマイクロメカニカルデバイスをパッケージしたマイクロパッケージ、及びその製造方法に関する。

近年、例えば、ギア、センサ、ミラー、モータ、ジャイロなどを、極力小型化・堅牢化することが求められているため、例えば、シリコンウェハをＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により加工して作製するマイクロメカニカルデバイスが提案されている。

マイクロメカニカルデバイス は構造が小型であり、集積回路の製造のために開発されてきた光学的リソグラフィ、ドーピング、金属スパッタリング、酸化物堆積、及びプラズマエッチング等の技術を用いてシリコンウエハ上へ作製されるのが一般的である。そして、作製されたマイクロメカニカルデバイスは、アセンブリ（実装）時にダメージを受けてしまうことが多いので、通常、パッケージングされてアセンブリされる。

このようなマイクロメカニカルデバイスのパッケージ構造としては、例えば、特開２００２−０４３４４９に、３枚のＳｉ基板を利用してパッケージングすることが提案されている。

特開２００２−０４３４４９

しかしながら、上記提案では、３枚のＳｉ基板を利用しているため、構造が複雑である上に、パッケージ化し難いといった問題がある。また、パッケージ化は、マイクロメカニカルデバイスを完成させた後に行わなければならないといった制約があるため、例えば、シリコンウエハのダイシング（個片化）などの製造工程中に、マイクロメカニカルデバイスにダメージが与えられれてしまうといった問題も生じる。

従って、本発明の目的は、簡易な構成で、パッケージ化の制約が少なく、マイクロメカニカルデバイスの作製時においてもパッケージングが可能であるマイクロパッケージ、及びその製造方法を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明のマイクロパッケージは、
マイクロメカニカルデバイスが設けられたデバイス基板と、
前記マイクロメカニカルデバイスを覆うように前記デバイス基板と直接接合されると共に、シリコン材料で構成されたカバー基板と、
を備えることを特徴としている。

上記構成では、シリコン材料で構成されたカバー基板がデバイス基板とマイクロメカニカルデバイスを覆って接合されているので、簡易な構成でマイクロメカニカルデバイスがカバー基板により保護される。このため、パッケージ化の制約が少なく、マイクロメカニカルデバイスの作製時においても、カバー基板をデバイス基板と接合することが可能あり、例えば、ダイシングの際に生じるマイクロメカニカルデバイスへのダメージを防止することができる。また、デバイス基板は、シリコンで構成されているので、カバー基板と接合しても熱膨張差に起因するズレが生じにくい。

本発明のマイクロパッケージにおいては、前記カバー基板は、シリコン単結晶基板にエッチング処理を施した三次元構造体、エッチング処理が施されていない未エッチング処理のシリコン単結晶基板、或いはガラス基板で構成することができる。

上記構成では、例えば、カバー基板が三次元構造体の場合、エッチング処理により例えば中空構造とし、その中空部にマイクロメカニカルデバイスを位置させてカバーすることができる。また、カバー基板が未エッチング処理のシリコン単結晶基板や、ガラス基板の場合でも、例えば、デバイス基板とカバー基板との接合部を樹脂層で構成し、当該樹脂層をマイクロメカニカルデバイスの高さよりも厚膜にすることでマイクロメカニカルデバイスの配置空間を確保しつつカバーすることができる。

本発明のマイクロパッケージおいて、前記デバイス基板と、前記カバー基板とは、樹脂層を介して静電接合されていることが好適である。

上記構成では、樹脂層を介して静電接合によりデバイス基板とカバー基板とを接合することで、マイクロメカニカルデバイスにダメージを与えることなく強固に接合される。

本発明のマイクロパッケージにおいて、前記静電接合は、非電圧印加で行われることが好適である。

上記構成では、デバイス基板及びカバー基板との間に電圧を印加することなく、静電接合を行うことで、マイクロメカニカルデバイスに電気的なダメージを与えることなく強固に接合可能である。

本発明のマイクロパッケージおいて、前記静電接合は、基板レベルで行われることが好適である。

上記構成では、デバイス基板とカバー基板を基板レベル（即ちウエハレベル）で接合することで、複数のデバイスチップを同時にカバー基板を設けられる。その結果、デバイスの作製が容易になるので生産性が向上する。

一方、本発明のマイクロパッケージの製造方法は、
デバイス基板上に複数のマイクロメカニカルデバイスを形成する工程と、
前記複数のマイクロメカニカルデバイスを各々覆うように、シリコン材料で構成されたカバー基板を前記デバイス基板と直接接合する工程と、
前記デバイス基板と、前記カバー基板との接合後に、前記各マイクロメカニカルデバイス毎に前記デバイス基板を個片化する工程と、
を有することを特徴としている。

上記構成により、上述のように、カバー基板をデバイス基板と簡易に接合して、マイクロメカニカルデバイスを保護した後、ダイシングの際に生じるマイクロメカニカルデバイスへのダメージを防止することができる。

本発明のマイクロパッケージ、及びその製造方法によれば、簡易な構成で、パッケージ化の制約が少なく、マイクロメカニカルデバイスの作製時においてもパッケージングが可能である、といった効果を奏する。

以下、本発明について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面通して同じ符合を付与して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るマイクロパッケージを示す概略構成図である。

本実施形態に係るマイクロパッケージ１０は、マイクロメカニカルデバイス１２が形成されたデバイス基板１４に、マイクロメカニカルデバイス１２を覆うように、カバー基板１６とデバイス基板１４とが樹脂層１８を介して直接接合されている。そして、このマイクロパッケージ１０が実装基板２０に実装され、配線２２により、実装基板２０の配線（図示せず）とマイクロメカニカルデバイス１２の電極パッド（図示せず）とが電気的に接続されている。

カバー基板１６は、シリコン単結晶基板にウエットエッチング或いはドライエッチングなどの公知の半導体プロセスのエッチング処理を施して、例えば、板状部１６ａと、板状部１６ａの縁周部から板状部１６ａの厚み方向に突出した突出部１６ｂと、からなる中空構造の三次元構造体で構成されている。このカバー基板１６は、突出部１６ｂにおいて樹脂層１８を介してデバイス基板１４と接合されている。このため、カバー基板１６における突出部１６ｂの高さは、マイクロメカニカルデバイス１２の配置空間を確保させるため、当該マイクロメカニカルデバイスの高さよりも高く設定されている。

マイクロメカニカルデバイス１２は、マイクロギア、マイクロセンサ、マイクロミラー、マイクロモータ、マイクロジャイロなど、デバイス基板１４としてのシリコン基板（シリコンウエハ）をＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により加工して作製されるものである。

デバイス基板１４は、上述のようにマイクロメカニカルデバイス１２を加工形成するために、シリコン単結晶基板から構成される。一方、実装基板２０は、各素子が実装されると共にこれらの各素子を電気的に連結するための配線層が設けられたマザーボードなどで構成される。

樹脂層１８は、デバイス基板１４とカバー基板１６とを静電接合させるための接合部としての機能を果たす。

樹脂層１８の構成材料としては、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂（例えばＳＵ−８：ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂などの熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂などが挙げられるが、効果的にデバイス基板１４とカバー基板１６とを強固に接合できる観点から、ポリイミド樹脂が好ましい。

なお、本実施形態では、カバー基板１６として、シリコン単結晶基板をエッチング処理を施した三次元構造体を用いた形態を説明したが、これに限られず、例えば、図２に示すように、カバー基板として、エッチング処理を施さない板状のシリコン単結晶基板や、ガラス基板を用いる形態でもよい。この形態の場合、カバー基板１６とデバイス基板１４とを接合部を構成する樹脂層１８の厚みを、マイクロメカニカルデバイス１２の高さよりも高くして、マイクロメカニカルデバイス１２の配置空間を確保する。

以下、本実施形態に係るマイクロパッケージの製造方法について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るマイクロパッケージの製造方法について説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、公知のＭＥＭＳに従って、複数のマイクロメカニカルデバイス１２が形成されたシリコンウエハ２４（デバイス基板１４）を準備し、カバー基板１６との接合部に、樹脂層１８を形成する。

次に、図３（Ｂ）に示すように、各マイクロメカニカルデバイス１２毎に、当該デバイスを覆うようにカバー基板１６をシリコンウエハ２４上に樹脂層１８を介して配置する。

次に、図３（Ｃ）に示すように、シリコンウエハ２４とカバー基板１６とを、樹脂層を介して基板レベルで静電接合（陽極接合）を行う。この静電接合は、特開２００１−１２９７９９に記載の基板の接合方法に従って順次行われる。この基板の接合方法に従えば、低温でマイクロメカニカルデバイス１２に熱的ダメージを与えることなく、シリコンウエハ２４（デバイス基板１４）とカバー基板１６とを樹脂層１８により強固に接合させることができる。また、この静電接合は、電圧を印加しないで行われてもよく、例えば、圧力と熱だけを与えることによって接合が可能である。この非電圧印加の静電接合で接合を行うことで、マイクロメカニカルデバイス１２に電気的なダメージを与えることなく、シリコンウエハ２４（デバイス基板１４）とカバー基板１６とを樹脂層１８により強固に接合させることができる。

そして、図３（Ｄ）に示すように、シリコンウエハ２４を、マイクロメカニカルデバイス１２毎にダイシングして個片化する。図中、２６はダイシングラインを示す。

このようにして、マイクロパッケージ１０が得られる。最後に、図示しないが、得られたマイクロパッケージ１０を実装基板２０に実装して、配線接続を行う。

以上、説明した本実施形態に係るマイクロパッケージは、マイクロメカニカルデバイスを覆って、カバー基板がデバイス基板と樹脂層１８を介して直接接合されているので、簡易な構成でマイクロメカニカルデバイス１２がカバー基板１６により保護されている。このため、パッケージ化の制約が少なく、マイクロメカニカルデバイス１２の作製時においても、カバー基板１６をデバイス基板１４と接合することが可能ある。

特に、本実施形態では、複数のマイクロメカニカルデバイス１２が形成された個片化前のシリコンウエハ２４の段階で、カバー基板１６を設けているので、ダイシングの際に生じるマイクロメカニカルデバイスへのダメージを防止することができる。無論、実装基板２０への実装の際に生じるマイクロメカニカルデバイスへのダメージを防止することができる。

また、カバー基板１６はシリコン材料で構成されているため、同様にシリコン材料で構成されたデバイス基板１４は、接合後に熱膨張差に起因するズレが生じ難くなっている。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

本発明の実施形態に係るマイクロパッケージを示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るマイクロパッケージの他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るマイクロパッケージの製造方法を示す工程緒図である。

符号の説明

１０ マイクロパッケージ
１２ マイクロメカニカルデバイス
１４ デバイス基板
１４ 樹脂層
１６ カバー基板
１８ 樹脂層
２０ 実装基板

Claims (8)

1. マイクロメカニカルデバイスが設けられたデバイス基板と、
   前記マイクロメカニカルデバイスを覆うように前記デバイス基板と直接接合されると共に、シリコン材料で構成されたカバー基板と、
   を備えることを特徴とするマイクロパッケージ。
2. 前記カバー基板は、シリコン単結晶基板にエッチング処理を施した三次元構造体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロパッケージ。
3. 前記カバー基板は、未エッチング処理のシリコン単結晶基板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロパッケージ。
4. 前記カバー基板は、ガラス基板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロパッケージ。
5. 前記デバイス基板と、前記カバー基板とは、樹脂層を介して静電接合されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロパッケージ。
6. 前記静電接合は、基板レベルで行われることを特徴とする請求項５に記載のマイクロパッケージ。
7. 前記静電接合は、非電圧印加で行われることを特徴とする請求項５に記載のマイクロパッケージ。
8. デバイス基板上に複数のマイクロメカニカルデバイスを形成する工程と、
   前記複数のマイクロメカニカルデバイスを各々覆うように、シリコン材料で構成されたカバー基板を前記デバイス基板と直接接合する工程と、
   前記デバイス基板と、前記カバー基板との接合後に、前記各マイクロメカニカルデバイス毎に前記デバイス基板を個片化する工程と、
   を有することを特徴とするマイクロパッケージの製造方法。

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