JP2005250450A - マイクロミラーパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】熱的な変形がより少ないマイクロマシン半導体パッケージ構造を提供することにある。
【解決手段】マイクロミラーパッケージ１００において、第１の接着剤には第１のスペーサ１１６が内部に埋め込まれ、カバー基板と半導体チップ１１２との間に配置されて前記カバー基板と前記半導体チップ１１２とを離間させており、且つ前記カバー基板を前記半導体チップ１１２に取り付けている。第２の接着剤には第２のスペーサ１５２が内部に埋め込まれ、前記半導体チップ１１２と前記底部基板１５０との間に配置されて前記半導体チップ１１２を前記底部基板１５０に取り付けており、且つそれらを離間させている。前記ワイヤ１３０は前記半導体チップ１１２と前記基板１２０とを電気的に接続するために用いられている。前記蓋１２６は前記環状壁１２２の上部に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体パッケージとその製造方法とに関する。さらに詳細には、本発明は、密封された中空チャンバを有するマイクロマシンパッケージに関する。

近年においては、マイクロマシンセンシング素子やマイクロミラー等のマイクロマシンは幅広く研究されている。該マイクロマシンは、カンティレバー、コンデンサ素子、ヨークおよびヒンジを備えた小型の可動構造あるいは振動構造を有する。一般的に、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）等の半導体デバイスは、制御素子としてマイクロマシンの内部の該振動構造の動作を引き起こす役割を果たす場合がある。マイクロマシンによって行われる作動は該小型振動構造の動作に依存していることから、マイクロマシンを封入しているパッケージは、どのような場合であっても小型振動構造のいかなる部分にも触れてはならないということが重要である。

マイクロマシンのためのいくつかのパッケージ構造が、例えば特許文献１に開示されており、該特許文献を参照して本明細書に含める。図１は、従来のマイクロミラーパッケージの概略横断面図である。図１に示すように、該マイクロミラーパッケージ１０は、振動構造１５を有するマイクロミラーチップ１４と相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）チップ１２等の半導体チップとを備える。また、マイクロミラーパッケージ１０は、該振動構造１５に対応可能な作動素子あるいは電極１３を備える。マイクロミラーチップ１４は、ＣＭＯＳチップ１２の上に設けられているが、スペーサ１６によって該ＣＭＯＳチップ１２から均一に離間されて、密封された中空チャンバ３０を形成している。したがって、振動構造１５は中空チャンバ３０内を自由に動き、且つ電極１３と対応する。ＣＭＯＳチップ１２は、接着層３２を介してセラミック基板２０に固定されている。該ＣＭＯＳチップ１２は、複数のボンディングワイヤ３６を介して該セラミック基板２０に電気的に接続されている。セラミック基板２０は、ＣＭＯＳチップ１２を取り囲む環状壁２２を有する。該環状壁２２の上部には透明蓋２６が封止要素２４を介して固定されている。さらにマイクロミラーチップ１４は、アースワイヤ３４を介して基板２０に接続されてもよい。
米国特許第６、４１５、５０５

上記の構造において、ＣＭＯＳチップ１２はシリコンを用いて形成し、マイクロミラーチップ１４は、コーニング株式会社のブランドである商標イーグル２００等の透明ガラスを用いて形成する。一般的にガラスの熱膨張係数（ＣＴＥ）は約４ｐｐｍ／℃とシリコンのＣＴＥに非常に近く、これにより熱的な不整合が最小限となっている。しかしながら基板２０のＣＴＥは約１２−１４ｐｐｍ／℃であり、該基板２０とＣＭＯＳチップ１２との間には著しいＣＴＥの差が存在している。もしもマイクロミラーパッケージ１０が製造工程中あるいは通常動作中に何らかの温度変化や温度サイクルに直面した場合、ＣＭＯＳチップ１２は熱応力を受けることとなり、容易に反りあるいは疲労破壊されてしまう可能性がある。とりわけマイクロミラーパッケージ１０がプロジェクタ内に設けられた光学素子である場合、ＣＭＯＳチップにわずかな変形が生じても画質を実質的に劣化させる可能性がある。そのため、熱に関連した変形を最小限にすることが可能な半導体マイクロマシンパッケージ構造を提供することが不可欠である。

したがって本発明の少なくとも一つの目的は、熱的な変形がより少ないマイクロマシン半導体パッケージ構造を提供することにある。

上記及び他の優れた効果を達成するため、且つ本発明の目的によれば、本明細書中で具現化され概略を記述するように、本発明はマイクロミラーパッケージ構造を提供するものである。該マイクロミラーパッケージは、基板と、底部基板と、カバー基板と、半導体チップと、第１の接着剤と、第２の接着剤と、複数のワイヤと、蓋とを備える。前記基板は環状壁を有する。前記底部基板は、前記基板の上であって前記環状壁の内部に設けられている。前記第１の接着剤には第１のスペーサが内部に埋め込まれ、前記第１の接着剤と前記第１のスペーサとは、前記カバー基板と前記半導体チップとの間に配置されて前記カバー基板と前記半導体チップとを離間させており、且つ前記カバー基板を前記半導体チップに取り付けている。前記第２の接着剤には第２のスペーサが内部に埋め込まれ、前記第２の接着剤と前記第２のスペーサとは、前記半導体チップと前記底部基板との間に配置されて前記半導体チップを前記底部基板に取り付けており、且つそれらを離間させている。前記ワイヤは前記半導体チップと前記基板とを電気的に接続するために用いられている。前記蓋は前記環状壁の上部に設けられている。

このように、本発明のマイクロミラー半導体パッケージは底部基板と、マイクロミラーチップおよび該底部基板の間に挟持されたＣＭＯＳチップとを有する。該ＣＭＯＳチップはマイクロミラーチップと底部基板とによって拘束されているため、ＣＭＯＳチップにおける反りの度合いが最小限となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、本発明を例示する添付図面を参照して詳細に説明する。同一或いは類似する部分を参照する際、図面及び本実施の形態においては可能な限り同一の参照番号を用いる。添付図面は、本発明の一層の理解を可能とするために含めたものであり、同図面は、本明細書に組み込まれると同時に、本明細書の一部を構成している。そして図面は本発明の実施態様を図示し、発明の詳細な説明と合まって、この発明の原理を説明する役割を果す。前述の一般的記載と以下の詳細な説明とは、共に例示的なものであり、特許請求の範囲で請求された発明にさらに説明を加えることを意図していると理解すべきである。

図２は、本発明の好適な一実施例に係るマイクロミラーパッケージの概略横断面図である。図２に示すように、マイクロミラーパッケージ１００は、上に振動マイクロミラー構造１１５を有するガラス基板等のマイクロミラーチップ１１４と、該振動マイクロミラー構造１１５に対応させた作動素子あるいは電極１１３を有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）チップ等の半導体チップ１１２とを備える。第１のスペーサ１１６とそれに組み合わせた接着性物質（または接着剤）１１８とがマイクロミラーチップ１１４とＣＭＯＳチップ１１２との間に配置されて、該マイクロミラーチップ１１４とＣＭＯＳチップ１１２とを一緒に結合しているとともにそれらを均一に離間させて中空チャンバ１３０を形成している。該中空チャンバ１３０は好ましくは密封チャンバである。このような配置により、振動マイクロミラー構造１１５は電極１１３と相互作用し、且つ中空チャンバ１３０の内部を自由に動くことができるようになっている。該振動マイクロミラー構造１１５の動作は電極１１３によって影響を受ける。

ＣＭＯＳチップ１１２と底部基板１５０との間には第２のスペーサ１５２とそれに組み合わせた別の接着性物質１５４とが配置されていて、該ＣＭＯＳチップ１１２を底部基板１５０に取り付けているとともにそれらを均一に離間させている。該底部基板１５０は、他の接着性物質１５６を介してセラミック基板等の基板１２０に取り付けられている。ＣＭＯＳチップ１１２は複数のワイヤ１３６を介して該セラミック基板１２０に電気的に接続されている。セラミック基板１２０は、ＣＭＯＳチップ１１２を取り囲む環状壁１２２と、マイクロミラーチップ１１４と、底部基板１５０とを有する。さらに、該環状壁１２２の上部には透明蓋１２６が封止要素１２４を介して固定されている。実際には該透明蓋１２６は、マイクロミラーチップ１１４上に光を集光可能なレンズとすることができる。マイクロミラーチップ１１４は、接地ワイヤ（または接地線）１３４を介して基板１２０に接続することが可能である。また、外部のプリント基板と電気的に接続するための複数のはんだボール（図示せず）をセラミック基板１２０の上に配置することも可能である。

ＣＭＯＳチップ１１２はシリコンを用いて形成することができる。マイクロミラーチップ１１４と底部基板１５０とは同一の材料を用いて形成することができる。マイクロミラーチップ１１４と底部基板１５０との間にＣＭＯＳチップ１１２が挟持されることで、ＣＭＯＳチップ１１２に反りが発生しても、該マイクロミラーチップ１１４と底部基板１５０とにより規制されているので反りは低減されるようになっている。

本発明の一実施例によれば、マイクロミラーチップ１１４と底部基板１５０とは、およそ４ｐｐｍ／℃とシリコンに匹敵する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する、コーニング株式会社から入手可能な商標イーグル２００ガラスのガラス等の透明な材料を用いて形成することができる。第１および第２のスペーサ１１６と１５２とは、ホウケイ酸ガラスを用いて形成することができる。中空チャンバ１３０の高さは第１のスペーサ１１６のサイズに左右される。通常、スペーサ１１６は平均およそ２００μｍの直径を有する。他方、異なるボンド線の幅を形成すべく第２のスペーサ１５２のサイズを変更することが可能であり、これによりマイクロミラーパッケージ１００に対する最適な熱放散効果が確保される。

さらに、接着性物質（または接着剤）１１８、１５４および１５６は、マイクロミラーパッケージ１００内のチップと基板との間で熱的な不整合とする可能性を和らげることが可能な低強度エポキシ材料とすることができ、これによって反りが最小限になる。また、該接着剤１１８、１５４および１５６のエポキシ材料は、サブミクロンの粒子の発生を防止すべく低アウトガスの材料とすることができる。

図３は、本発明の他の好適な実施例に係るマイクロミラーパッケージの概略横断面図である。図３に示すように、マイクロミラーパッケージ２００は図２のパッケージ１００と同様である。したがって、図２のものに相当する構成要素は詳細には説明しない。該マイクロミラーパッケージ２００は、半導体チップ２１２とカバー基板２１４とを備える。半導体チップ２１２は振動マイクロチップ構造２１５および該振動マイクロチップ構造２１５と相互作用する電極２１３を有する。カバー基板２１４は、例えば透明な基板またはガラス基板とすることができ、接着剤２１８を介して半導体チップ２１２の上に設けられ、第１のスペーサ２１６で結合されて中空チャンバ２３０を形成している。該中空チャンバ２３０は好ましくは密封チャンバである。このような配置により、振動マイクロチップ構造２１５は電極２１３と相互作用し、且つ中空チャンバ２３０の内部を自由に動くことができるようになっている。マイクロミラーパッケージ２００内には、接地ワイヤあるいは接地線２３４がカバー基板２１４と基板２２０との間に設けられている。

当業者であれば、本発明の範囲または精神から逸脱することなく本発明の構成に対して様々な改良や変更が可能であることは容易に分かることであろう。上記の観点から、本発明はこの発明の改良や変更を包含することを意図しており、そのような改良や変更は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲内に含まれる。

従来のマイクロミラーパッケージの概略横断面図である。 本発明の好適な一実施例に係るマイクロミラーパッケージの概略横断面図である。 本発明の他の好適な実施例に係るマイクロミラーパッケージの概略横断面図である。

符号の説明

１００ マイクロミラーパッケージ
１１２ 半導体チップ
１１３ 作動素子あるいは電極
１１４ マイクロミラーチップ
１１５ 振動マイクロミラー構造
１１６ 第１のスペーサ
１１８ 接着剤
１２０ 基板
１２２ 環状壁
１２６ 透明蓋
１３０ 中空チャンバ
１３６ ワイヤ
１５０ 底部基板
１５２ 第２のスペーサ
１５４、１５６ 接着性物質
２００ マイクロミラーパッケージ
２１２ 半導体チップ
２１３ 電極
２１４ 基板
２１５ 振動マイクロチップ構造
２１６ 第１のスペーサ
２３０ 中空チャンバ
２３４ 接地ワイヤ

Claims (14)

1. 環状壁を有する基板と、
   前記基板の上であって前記環状壁の内部に設けられた底部基板と、
   カバー基板と、
   半導体チップと、
   第１の接着剤と、
   第２の接着剤と、
   前記半導体チップと前記基板とを電気的に接続するための複数のワイヤと、
   前記環状壁の上部に設けられた蓋とを備え、
   前記第１の接着剤には第１のスペーサが内部に埋め込まれ、前記第１の接着剤と前記第１のスペーサとは、前記カバー基板と前記半導体チップとの間に配置されて前記カバー基板を前記半導体チップに取り付けているとともに前記カバー基板と前記半導体チップとを離間させており、
   前記第２の接着剤には第２のスペーサが内部に埋め込まれ、前記第２の接着剤と前記第２のスペーサとは、前記半導体チップと前記底部基板との間に配置されて前記半導体チップを前記底部基板に取り付けているとともに前記半導体チップと前記底部基板とを離間させているマイクロミラーパッケージ構造。
2. 前記カバー基板は、振動マイクロミラー構造を有するマイクロミラーチップを備えている請求項１のパッケージ構造。
3. 前記半導体チップは、相補型金属酸化膜半導体チップである請求項１または２のパッケージ構造。
4. 前記半導体チップは振動マイクロミラー構造と電極とを備え、前記振動マイクロミラー構造は前記電極と相互に作用し合う請求項１のパッケージ構造。
5. 前記カバー基板は透明な基板からなる請求項４のパッケージ構造。
6. 前記半導体チップは、前記振動マイクロミラー構造と相互に作用し合う電極を有する請求項２のパッケージ構造。
7. 前記第２のスペーサのサイズは約２００μｍである請求項１乃至６のいずれかのパッケージ構造。
8. 前記底部基板と前記カバー基板とは同一の材料を用いて形成されている請求項１乃至７のいずれかのパッケージ構造。
9. 前記底部基板と前記カバー基板とはガラスを用いて形成されている請求項１乃至８のいずれかのパッケージ構造。
10. 前記底部基板と前記カバー基板とは、約４ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料を用いて形成されている請求項１乃至９のいずれかのパッケージ構造。
11. 前記蓋は透明な材料を用いて形成されている請求項１乃至１０のいずれかのパッケージ構造。
12. 前記カバー基板と前記半導体チップとを一緒に結合して密封されたチャンバを形成している請求項１乃至１１のいずれかのパッケージ構造。
13. 前記カバー基板と前記基板との間に設けられた接地線をさらに備える請求項１のパッケージ構造。
14. 前記マイクロミラーチップと前記基板との間に設けられた接地線をさらに備える請求項２のパッケージ構造。
    

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