JP2005341162A - デバイス装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＭＳデバイスや圧電デバイスや弾性表面波デバイスを個別に良好に封止して保護して良好に動作させることができ、かつ生産性に優れるデバイス装置を提供すること。
【解決手段】 基板１上に機械的駆動部２が配置されてなるデバイスの機械的駆動部２と、基板１上に形成され機械的駆動部２に接続された配線導体４とを、基板１上に形成された樹脂材料から成る封止部材３の空間５内に封止しており、封止部材３に、上面から空間５内に貫通して配線導体４に接続された金属材料から成る貫通導体５が形成されているデバイス装置である。機械的駆動部２と外部との電気的な接続は配線導体４および貫通導体７を介して封止部材３の上面側で行なうことができ、機械的駆動部２を長期にわたって良好に安定して気密に封止することができるため、気密封止の信頼性に優れ、生産性に優れたデバイス装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロメカニカルリレー，加速度センサ，圧力センサ，アクチュエータ等を始めとするＭＥＭＳ（Micro ElectroMechanical System：微小電気機械システム）デバイス、または薄膜バルク振動子，水晶振動子等の圧電デバイス、または、弾性表面波フィルタ素子等の弾性表面波デバイスを良好な状態で封止した封止構造を有し、それらデバイスを安定して作動させることができるデバイス装置に関するものである。

近年、センサやスイッチ等の機能素子を３次元可動構造体としてＳｉチップ上などに実現するＭＥＭＳデバイスが注目されている。ＭＥＭＳデバイスは半導体形成技術を応用して作製するため、既存の機能部品よりはるかに小型化および高性能化を実現することができるものである。また、その製造工程が通常の半導体であるＣＭＯＳ等の製造工程との共通化を図れることから、ＬＳＩ部品と個別部品であるＭＥＭＳデバイスとの集積化が可能であり、半導体素子上への実装寸法を小さくできるほか、消費電力を下げることができる等の効果が期待されている。

このようなＭＥＭＳデバイスを実現して使用するには、デバイス作製技術のほか、作製したデバイスを封止してデバイス装置とするためのパッケージング技術が重要な要素となる。デバイス装置において、ＭＥＭＳデバイスは微細な駆動体が電気信号に応じて機械的な動作を行なうことにより機能することから、その駆動部の機械的な動作空間を確保しつつ、安定した環境を維持できるように封止することが必要である。

一方、ＭＥＭＳデバイスを用いたデバイス装置と同じように、内部に封止するデバイスの駆動部について機械的な動作空間を有するとともに安定した環境を維持できる封止構造を必要とするデバイス装置として、薄膜バルク振動子，水晶振動子等の圧電デバイス、および弾性表面波フィルタ素子等の弾性表面波デバイスを用いたデバイス装置があげられる。

薄膜バルク振動子や水晶振動子等のような圧電デバイスおよび弾性表面波フィルタ素子等の弾性表面波デバイスは、音響波の共振現象を利用しているため、音響波が伝搬するデバイスの機能面を直接封止材料で覆うことができず、デバイスの機能面とこれを封止する封止材料との間に駆動部の機械的な動作空間を確保する必要がある。

これらのＭＥＭＳデバイスや、薄膜バルク振動子，水晶振動子等の圧電デバイスや、弾性表面波フィルタ素子等の弾性表面波デバイスを用いたデバイス装置は、これまで例えばセラミックパッケージへの実装および封止や、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）基板や有機多層基板へデバイスの機能面を基板表面に間隔を開けて対向させて実装することにより、必要な動作空間を確保することが行なわれてきた。また、近年は、デバイスを個片化する前のいわゆる多数個取りウェハ上に、キャビティを有するシリコンウェハやガラスウェハ等から成る封止用の別ウェハを配置し、デバイスを封止するキャビティ内に動作空間を確保する構成も提案されている。なお、これらの封止のための基板と封止用部材との接合には、フリットガラス，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂，熱可塑性樹脂等の接着材を使用することが提案されている（例えば、非特許文献１，非特許文献２，特許文献１を参照。）。

また、圧電デバイスチップをウエハレベルで基板上に封止する構造として、基板上にチップを配置するとともにそのチップに基板上の配線導体を介してパッドを接続し、次にそのチップを犠牲材料で覆い、次に、その犠牲材料を覆い、パッドを露出させて樹脂材料から成る封止材を形成して、その上面から犠牲材料にかけて貫通孔を形成し、次にその貫通孔を通して犠牲材料をエッチングにより除去した後、封止材の上面をシーリング樹脂で覆って貫通孔を塞ぐことによって、封止材とシーリング樹脂とで内部の空間にチップを封止する構造が提案されている。これによれば、樹脂材料を用いてウエハレベルで半導体チップを封止することができ、パッドにボンディングワイヤを接続することによって、基板と封止材との間を通して引き出された配線導体を介して圧電デバイスチップを動作させることができる。
ティー・セキ（T. Seki）他著「ローロス・アールエフ・メムス・メタル・コンタクト・スウィッチ・ウィズ・シーエスピー・ストラクチャー」（Low-Loss RF MEMS Metal Contact Switch With CSP Structure），トランスデューサーズ '03（TRANSDUCERS '03），ｐ．340−341 エー・ジョーダイン（A. JOUDAIN）他著「インベスティゲーション・オブ・ザ・ハーメティシティ・オブ・ビーシービーシールド・キャビティ・フォー・ハウジング・アールエフメムス・デバイスイズ」（INVESTIGATION OF THE HERMETICITY OF BCB-SEALED CAVITIES FOR HOUSING RF-MEMS DEVICES），メムス2002（ＭＥＭＳ2002），Ｐ．677−680 特開平９−45804号公報

しかしながら、これら従来の技術には、以下に述べる理由による問題点がある。

まず、非特許文献１にて提案された構成では、ＭＥＭＳデバイスが形成された基板と封止用部材としてのキャビティを有するガラス基板とを接合する際に、フリットガラスを用いることとしている。そのため、接合には450℃程度の熱処理が必要となり、ＭＥＭＳデバイスに使用される材料が耐熱性の点から限定されるという問題点があるほか、接合部の残留応力が大きくなることにより接合部の強度劣化等が生じるという問題点がある。

次に、非特許文献２では、この問題点に鑑みて、ＭＥＭＳデバイスを封止する封止材料として、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の樹脂材料を用いた封止構造を提案している。しかしながら、この構成においては、封止部に樹脂材料を使用しているため、封止した空間内へ湿気が透過しやすく、ＭＥＭＳデバイスや圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの動作を不安定にさせたり、共振周波数特性を変動させたりするという問題点がある。

さらに、これらのいずれの方法においても、ＭＥＭＳデバイスや圧電デバイスまたは弾性表面波デバイス上にガラス基板等のバルク材料を実装することにより封止空間を形成した後、機械的強度を保つことを目的に、これらの上からいわゆるポッティング樹脂による封止を行なうためにさらに樹脂材料にて覆う必要があった。そのため、製造工程が複雑かつ長くなり、生産性を悪化させるという問題点がある。

また、特許文献１に示されている構成では、樹脂材料に熱可塑性樹脂を用いて基板と封止用部材とを接合することが提案されている。しかしながら、熱可塑性樹脂は複雑な形状や微細なサイズの所望のパターンを精度良く形成することが難しく、ひいては、封止用部材にキャビティを形成して駆動部の機械的な動作空間を確保する等の工夫が必要となるという問題点がある。

さらに、封止用部材にもＢＣＢ樹脂や熱可塑性樹脂を使用しようとすると、これらの樹脂は封止材料として用いられるはんだやフリットガラスと比較すると透湿性が高いため、耐湿性が要求されるＭＥＭＳデバイスや、薄膜バルク振動子，水晶振動子等の圧電デバイスや、弾性表面波フィルタ素子等の弾性表面波デバイスに対しては、適用が難しいという問題点もある。

そして、樹脂から成る封止材とシーリング樹脂とで内部空間に圧電デバイスチップを封止する構造のものでは、ウエハレベルで圧電デバイスチップを封止することができるものの、その動作のための配線導体は基板上に形成されて基板と封止材との界面を通して引き出されているので、その配線導体が引き出された部分では、基板と配線導体という異質の材料で形成された段差について、それぞれの材料に対して一つの封止材が良好に密着することによって気密に封止しなければならず、その部分を一つの封止材で良好に長期にわたって安定して封止することが難しいため、気密封止の信頼性に劣ることとなるという問題点がある。

本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、本発明の目的は、ＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの機械的駆動部を良好に封止して保護し、長期間にわたって安定して動作させることができるとともに、生産性に優れたデバイス装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明のデバイス装置は、基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの前記機械的駆動部と、前記基板上に形成され前記機械的駆動部に接続された配線導体とを、前記基板上にこの基板との間に空間を設けて形成された樹脂材料から成る封止部材の前記空間内に封止しており、前記封止部材に、上面から前記空間内に貫通して前記配線導体に接続された金属材料から成る貫通導体が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明のデバイス装置は、上記構成において、前記封止部材の前記空間側の内面に、無機絶縁材料から成る被着層が形成されていることを特徴とするものである。

本発明のデバイス装置の製造方法は、基板上に機械的駆動部配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの前記機械的駆動部と前記基板上に形成され前記機械的駆動部に接続された配線導体とを犠牲材料で覆う工程と、前記基板上から前記犠牲材料を覆って樹脂材料から成る封止部材を形成する工程と、前記封止部材に上面から前記犠牲材料の一部を通って前記配線導体まで貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲材料を除去して、前記機械的駆動部と前記封止部材との間に空間を形成する工程と、しかる後、前記貫通孔を前記封止部材の前記上面から前記配線導体に至る金属材料から成る貫通導体を形成して塞ぐ工程とを具備することを特徴とするものである。

また、デバイス装置の製造方法は、基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの前記機械的駆動部と前記基板上に形成され前記機械的駆動部に接続された配線導体とを犠牲材料で覆う工程と、前記基板上から前記犠牲材料を覆って無機絶縁材料からなる被着層を形成する工程と、前記基板上から前記被着層を覆って樹脂材料から成る封止部材を形成する工程と、前記封止部材に上面から前記被着層の一部および前記犠牲材料の一部を通って前記配線導体まで貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲材料を除去して、前記機械的駆動部と前記被着層との間に空間を形成する工程と、しかる後、前記貫通孔を前記封止部材の前記上面から前記配線導体に至る金属材料から成る貫通導体を形成して塞ぐ工程とを具備することを特徴とするものである。

本発明のデバイス装置によれば、基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの機械的駆動部と、基板上に形成され前記機械的駆動部に接続された配線導体とを、基板上にこの基板との間に空間を設けて形成された樹脂材料から成る封止部材のその空間内に封止しており、封止部材に、上面から空間内に貫通して配線導体に接続された、金属材料から成る貫通導体が形成されていることから、封止部材の内部に封止されたデバイスの機械的駆動部と外部の電子回路との電気的な接続は、配線導体および貫通導体を介して封止部材の上面側で行なうことができ、基板と封止部材との間から配線導体を引き出す必要はないので、基板に対して段差等がない状態で封止部材が良好に密着し接合することができるとともに、貫通導体に対しても異質の材料からなる段差等がない状態で封止部材が良好に密着し接合することができるため、封止部材の空間内に収容された機械的駆動部を長期にわたって良好に安定して気密に封止することができるため、気密封止の信頼性に優れたデバイス装置となる。

また、封止部材は樹脂材料から成るものであることから、基板に対して100℃から300℃程度の低い温度にて接合させて基板との間の空間内にデバイスの機械的駆動部を封止することが可能であり、封止する機械的駆動部へのダメージを低減させて所望の動作を安定して行なわせることができる。

さらに、樹脂材料からなる封止部材の内側の空間は、犠牲材料を用いて機械的駆動部を覆い、これを樹脂材料で覆った後に、貫通導体を形成するための貫通孔を通して犠牲材料を除去することによって形成できるので、従来の封止構造のようにデバイス上または機械的駆動部上にガラス基板等のバルク材料を実装することにより空間を形成する必要がなく、ガラス等の基板材料を実装する工程を省くことが可能となり、生産性に優れたデバイス装置を供給することができる。

このとき、犠牲材料を除去するのに利用した封止部材の貫通孔の部分は、金属材料から成る貫通導体によって封止されていることから、封止の信頼性に優れるものとなるとともに、内側の空間内に封止された配線導体へ信号を入出力するための配線の引き出し部を貫通導体の形成時に同時に形成することができるものとなるので、大幅な生産性の向上が可能となる。

そして、本発明のデバイス装置によれば、デバイスの基板上にその機械的駆動部を覆うようにして封止部材が接合されており、その封止部材の上面に貫通導体によって機械的駆動部に対する電気的な接続部が引き出されているので、デバイスの大きさと同等程度の極めて小型の、回路基板への表面実装が可能なデバイス装置となる。

また、本発明のデバイス装置によれば、封止部材の空間側の内面に、無機絶縁材料から成る被着層を形成したときには、内部に封止した機械的駆動部の耐湿性に対して、この機械的駆動部を覆っている封止部材の樹脂材料の透湿性が大きい場合であっても、透湿性が極めて小さい無機絶縁材料から成る被着層によって空間内への湿気の侵入を確実に防ぐことができるので、耐湿性に優れた封止を実現することができ、デバイス装置の動作特性および信頼性をさらに向上させることができるものとなる。

本発明のデバイス装置の製造方法によれば、基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの機械的駆動部と基板上に形成され機械的駆動部に接続された配線導体とを犠牲材料で覆う工程と、基板上から犠牲材料を覆って樹脂材料から成る封止部材を形成する工程と、封止部材に上面から犠牲材料の一部を通って配線導体まで貫通する貫通孔を形成する工程と、貫通孔を通して犠牲材料を除去して、機械的駆動部と封止部材との間に空間を形成する工程と、しかる後、貫通孔を封止部材の上面から配線導体に至る金属材料から成る貫通導体を形成して塞ぐ工程とを具備することから、封止部材の内側に空間を形成するのに従来のように基板上に配置されたデバイス上または機械的駆動部上にガラス基板等のバルク材料を実装する必要がなく、またその空間は犠牲材料によって所望の形状・大きさのものを容易に形成することができ、気密信頼性に優れデバイスの機械的駆動部の動作の安定性にも優れた本発明のデバイス装置を得ることができる。

また、本発明のデバイス装置の製造方法によれば、基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの機械的駆動部と基板上に形成され機械的駆動部に接続された配線導体とを犠牲材料で覆う工程と、基板上から犠牲材料を覆って無機絶縁材料からなる被着層を形成する工程と、基板上から被着層を覆って樹脂材料から成る封止部材を形成する工程と、封止部材に上面から被着層の一部および犠牲材料の一部を通って配線導体まで貫通する貫通孔を形成する工程と、貫通孔を通して犠牲材料を除去して、機械的駆動部と被着層との間に空間を形成する工程と、しかる後、貫通孔を封止部材の上面から配線導体に至る金属材料から成る貫通導体を形成して塞ぐ工程とを具備することから、封止部材の内側に空間を形成するのに従来のように基板上に配置されたデバイス上または機械的駆動部上にガラス基板等のバルク材料を実装する必要がなく、またその空間は犠牲材料によって所望の形状・大きさのものを容易に形成することができ、しかもその空間の内面に無機絶縁材料から成る被着層を形成できるので、樹脂材料が透湿性の大きいものであっても空間内への湿気の侵入を確実に防止して耐湿性の低い機械的駆動部であっても長期にわたって安定して動作させることができ、気密信頼性にさらに優れデバイスの機械的駆動部の動作の安定性にも優れた本発明のデバイス装置を得ることができる。

以上により、本発明によれば、ＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの機械的駆動部を封止部材の内側の空間内に良好な気密信頼性をもって封止して保護することができ、そのデバイスを良好に長期間にわたって安定して動作させることができ、かつ生産性にも優れたデバイス装置およびその製造方法を提供することができる。

以下、本発明のデバイス装置およびその製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明のデバイス装置の実施の形態の例を示す断面図である。図１（ａ）および（ｂ）において、１はＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイス（以下、デバイスと総称する。）の基板、２は基板１上に配置されたＭＥＭＳデバイスの駆動部、または圧電デバイスの発振部、または弾性表面波デバイスの共振部（以下、機械的動作部と総称する。）であり、デバイスはその基板１上に機械的駆動部２が配置されて構成されている。３は基板１上に基板１との間に空間５を設けて形成された樹脂材料から成る封止部材、４は基板１上に形成され機械的動作部２に接続された配線導体、５は機械的動作部２が収容されて封止される空間である。また、６は封止部材３に形成された、その上面から空間５内に貫通して配線導体４に至る貫通孔、７は貫通孔６内に形成された、封止部材３の上面から空間５内に貫通して配線導体４に接続された金属材料から成る貫通導体である。

基板１はデバイスの基体部であり、この上に配置された機械的動作部２は、基板１上に形成されて機械的動作部２に接続された配線導体４とともに封止部材３にて形成された空間５内に収容されている。この空間５の内部は、機械的動作部２およびこのデバイスを用いたデバイス装置に対して要求される仕様に応じて、真空状態であっても不活性ガス雰囲気であってもよい。

基板１上に形成されて機械的動作部２に接続された配線導体４は、機械的動作部２が配置された位置から引き出されて、空間５内に封止されて収容されている。この配線導体４は、全部が空間５内に位置していてもよいし、その一部例えば端部が基板１と封止部材３との接合部内に位置していてもよい。

そして、封止部材３には、その上面から空間５内に貫通するようにして金属材料から成る貫通導体７が形成されており、これによって封止部材３にて形成された空間５と外部との間を貫通する貫通孔６がこの金属材料から成る貫通導体７により封止されているとともに、貫通導体７が配線導体４に接続されていることによって機械的動作部２の入出力端子として機能するものとなり、封止部材３の上面に位置するその上側端面が機械的動作部２への入出力電極パッドとして機能するものとなっている。

このような貫通導体７は、例えば図１（ａ）に示すように貫通孔６の内部を金属材料で充填して形成された、いわゆるビアホール導体であってもよいし、図１（ｂ）に示すように貫通孔６の内面に金属材料から成る導体層が被着された、いわゆるスルーホール導体であってもよい。図１（ａ）に示すように貫通導体７を金属材料から成る柱状に形成した場合には、その上面をそのまま電極パッドとして利用することができ、デバイス装置の小型化や入出力電極の高密度化に対して有利なものとなる。また、図１（ｂ）に示すように貫通導体７を金属材料から成る導体層が被着されたものとして形成した場合には、その導体層を封止部材３の上面でさらに延長して引き出すことが容易となり、その引き出した部分を所望の配置や形状，大きさの電極パッドとして種々の入出力形態に適合させることができる。

また、貫通導体７の形成位置は、封止部材３の上面から封止部材３を空間５内に貫通して配線導体４に接続されるような位置であれば、機械的動作部２やデバイス装置の仕様等に応じて適宜設定すればよい。また、貫通導体７の個数も、機械的動作部２やデバイス装置の仕様等に応じて複数とすればよく、例えば、配線導体４とともに電源用配線，信号用配線，接地用配線等として必要に応じた個数を形成すればよい。これら貫通導体７の大きさや形状等も、配線導体４とともにその貫通導体７をどの配線として用いるのかに応じて、必要な大きさや形状とすればよい。また、封止部材３を貫通した貫通導体７の下部は、その外周の一部が封止部材３に埋まって他の一部が空間５内に露出するように配置されていてもよいし、その外周の全部が空間５内に露出するように配置されていてもよい。

次に、図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明のデバイス装置の実施の形態の他の例を示す図１と同様の断面図である。図２（ａ）および（ｂ）において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１はデバイスの基板、２はデバイスの機械的動作部、３は樹脂材料から成る封止部材、４は機械的動作部２に接続された配線導体、５は機械的動作部２が収容されて封止される空間、６は封止部材３に形成された貫通孔、７は封止部材３の上面から空間５内に貫通して配線導体４に接続された金属材料から成る貫通導体である。

さらに、図２（ａ）および（ｂ）に示す例においては、封止部材３の空間５側の内面に無機絶縁材料から成る被着層８が形成されている。このように被着層８を形成したときには、封止部材３の空間５の内部に封止した機械的動作部２の耐湿性に対してこれを封止している封止部材３の樹脂材料の透湿性が大きい場合であっても、無機絶縁材料から成る被着層８によって空間５内への湿気の侵入を確実に防ぐことができるので、耐湿性に優れた封止を実現することができ、機械的動作部２を長期にわたって安定して所望の特性で動作させることができ、デバイス装置の動作特性および信頼性をさらに向上させることができるものとなる。

このように封止部材３の空間５側の内面に被着層８を形成したときは、貫通導体７は、封止部材３の上面から封止部材３と被着層８とを貫通して配線導体４に接続されるように形成されることとなる。

本発明のデバイス装置を構成する基板１は、ＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスであるデバイスを構成する基板であり、例えば、シリコン，リチウムタンタレート（ＬＴ），サファイヤ等の単結晶基板、あるいはガラス，セラミックス等から成る無機絶縁性基板、あるいは樹脂等から成る有機絶縁性基板等を用いることができる。また、デバイス装置の仕様に応じて、絶縁性材料から成る基板の他にも導電性材料から成る基板等、種々の基板材料から成るものが選択可能である。

基板１上に配置される機械的動作部２は、マイクロメカニカルリレー，加速度センサ，圧力センサ，アクチュエータ等のＭＥＭＳデバイスの駆動部、または薄膜バルク振動子，水晶振動子等の圧電デバイスの発振部、または弾性表面波フィルタ素子等の弾性表面波デバイスの共振部である。

また、基板１上には、これら機械的動作部２を動作させるための信号用配線や電源用配線，接地用配線等としての配線導体４が形成されて、機械的動作部２の対応する端子と接続されている。本発明のデバイス装置においては、この配線導体４は機械的動作部２とともに封止部材３の空間５内に封止されるように形成されている。すなわち、その配線導体４の全部が空間５内に位置するように形成されているか、あるいはその一部例えば端部が基板１と封止部材３との接合部に進入するように形成されていてもよいが、基板１と封止部材３との接合部を越えて封止部材３の外部へ引き出されてはいない。このように配線導体４が封止部材３の空間５内に封止されるように形成されていることにより、基板１と封止部材３との接合部には異質の材料からなる段差等がない状態で両者が良好に密着し接合することができるため、封止部材３の空間５内に収容された機械的動作部２を長期にわたって良好に安定して気密に封止することができ、気密封止の信頼性に優れたデバイス装置となる。

このような配線導体４は、機械的動作部２の種類に応じて従来より使用されているものを用いればよい。例えば、Ｃｒ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ等の導体層を形成し、これをドライエッチングやリフトオフの手法により配線パターンに加工することによって形成される。

基板１上に基板１との間に空間５を設けて形成され、機械的動作部２を空間５内に封止している樹脂材料から成る封止部材３は、機械的動作部２およびデバイス装置の特性・用途・仕様等に応じて、樹脂材料として熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂あるいはＵＶ硬化性樹脂のいずれも用いることができる。封止部材３に樹脂材料を用いて空間５を形成していることにより、同様の空間５を薄膜材料で形成する場合と比較して、より高い機械的強度を確保でき、外部からの衝撃吸収性に優れ、さらに、後述するように、ガラス基板等のバルク材料の実装などを必要とせずに所望の形状や大きさの空間５を容易に形成することが可能である。

このような封止部材３に用いられる樹脂材料としては、例えば、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，フェノール樹脂，シロキサン樹脂，アクリル樹脂，ポリメチルメタクリート（ＰＭＭＡ）樹脂，ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂，ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂等が挙げられる。これらの樹脂材料を用いることにより、基板１に対して100℃から300℃程度の低い温度にて封止部材３を接合させて空間５内に機械的動作部２を封止することが可能であり、封止する機械的動作部２へのダメージを低減させて所望の動作を安定して行なわせることができる。

図１（ａ）および図２（ａ）に示す例においては、配線導体４は空間５の端に引き出された部位において柱状の貫通導体７と接続されており、この柱状の貫通導体７によって配線導体４による配線は基板１の上面から封止部材３の上面へと上方に引き上げられている。ここで、貫通導体７は、外部の電気回路と基板１の上面の配線導体４との間の電気的な入出力部として機能するほか、封止部材３の上面から空間５内にかけて封止部材３を貫通して形成された貫通孔６を封止する封止部材としての役割を持つ。

また、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す例においては、貫通導体７を導体層で形成しており、この導体層を封止部材３の上面に延長させることで、その部位をワイヤボンディング接続のためのワイヤボンディングパッドあるいはフリップチップ接続のための端子パッドとして利用し、封止部材３の上面から空間５内にかけて封止部材３を貫通して形成された貫通孔６を導体層で封止しており、このように貫通導体７を形成してもよい。

このような貫通導体７を形成するための金属材料としては、例えば金錫（ＡｕＳｎ），錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）等のはんだ材料や、銅（Ｃｕ）ペーストあるいは銀（Ａｇ）ペースト等を使用すればよい。これら金属材料を用いれば、300℃以下と比較的低い温度で貫通導体７を形成して、配線導体４と接続するとともに貫通孔６を封止することができる。

このような金属材料から成る貫通導体７は、はんだ材料や金属ペースト等を印刷法等によって貫通孔６に充填することによって図１（ａ）または図２（ａ）に示すように、あるいはメッキ法によって図１（ｂ）または図２（ｂ）に示すように形成することができる。貫通孔６を充填して貫通導体７を形成する場合は、印刷法等の比較的簡易な方法によって貫通導体７を形成することができる。また、メッキ法によって貫通導体７を形成する場合は、樹脂材料から成る封止部材３と金属材料から成る貫通導体７との間に封止部材３の樹脂材料と貫通導体７の金属材料との密着性を向上させるための接着層を形成することが可能なため、樹脂材料から成る封止部材３と金属材料から成る貫通導体７との間に隙間があくことがなくなるので、より封止性に優れた貫通導体７を形成することができる。さらに、メッキ法によって貫通導体７を形成する場合は、印刷法のように圧力を印加しながら金属材料を埋め込む必要がないので、貫通導体７を形成するための金属材料が空間５内へ流れ込むことが効果的に防止できる。なお、メッキ法の場合は密着層にスパッタリングや蒸着等の薄膜形成技術を使用するため、貫通孔６のような凹形状の部分の内部への薄膜のカバレッジを考慮すると、空間５の高さが約300μｍ以下のときに有効である。

図２（ａ）および（ｂ）に示す例において、封止部材３の空間５側の内面に形成される無機絶縁材料から成る被着層８は、樹脂材料から成る封止部材３の空間５側の内面を覆うようにして、その全面に形成することが好ましいが、封止部材３の形状や樹脂材料の種類等によって透湿性が大きい部分があるときに、その部分に対応させて形成するようにしてもよい。この被着層８を形成する無機絶縁材料としては、ＳｉＯ_２，ＳｉＮ，ガラス材料等が、耐湿性が高いことから好適である。また、その厚みは、連続膜として機能する５μｍ程度の厚さから形成が可能な数百μｍ程度が好ましい。この被着層８を封止部材３の内面に形成するには、例えば後述するような本発明のデバイス装置の製造方法によればよい。

次に、図３を参照しつつ、本発明のデバイス装置の製造方法における各工程を説明する。図３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明のデバイス装置の製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の断面図であり、図１（ａ）に示す例の本発明のデバイス装置を製造する場合について、その各工程を順に示したものである。なお、図３においても図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１はデバイスの基板、２はデバイスの機械的動作部、３は封止部材、４は配線導体、５は空間、６は貫通孔、７は貫通導体である。また、９は犠牲材料である。

まず、最初の工程にて、図３（ａ）に示すように、上面に機械的動作部２が配置されて基板１上の配線導体４と接続された基板１を準備し、その基板１上の空間５を形成する場所に、後の工程にて除去されることとなる犠牲材料９を、機械的動作部２と配線導体４とを覆うようにして空間５の形状に形成する。

この犠牲材料９の材料としては、例えばシリコン（Ｓｉ），燐酸シリケートガラス，酸化シリコン（ＳｉＯ_２），フォトレジスト等を用いることができるが、材料の選定に当たっては、この犠牲材料９を形成することによる機械的動作部２への影響や、後の工程で機械的動作部２を覆う封止部材３の樹脂材料と除去のためのエッチング等における選択比が十分にとれることや、犠牲材料９を後の工程で除去する際に機械的動作部２を劣化させることのないことなどを考慮する。

例えば、封止部材３にＳｉＯ_２を使用する場合は、犠牲材料９には、フォトレジスト，Ｓｉ，ＳｉＮ等、封止部材３とは異なる材料を使用することが好ましい。

なお、犠牲材料９は、空間５を形成する箇所のみに空間５の形状・大きさとなるように形成することが必要であることから、所望の精度で形成するには、上記の材料を用いてフォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングするとよい。

次の工程にて、図３（ｂ）に示すように、基板１上から犠牲材料９を覆って樹脂材料から成る封止部材３を形成する。この封止部材３として用いられる樹脂材料としては、前述のように、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，フェノール樹脂，シロキサン樹脂，アクリル樹脂，ポリメチルメタクリート（ＰＭＭＡ）樹脂，ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂，ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂等が挙げられる。この封止部材３には、基板１との間に空間５を形成するほか、空間５や機械的動作部２を衝撃等から十分な強度で保護する機能を持たせることが必要であることから、例えばエポキシ樹脂を使用するのが好適である。また、この封止部材３の形成には、例えばスピンコーティング等の手法が好適である。

なお、図２（ａ）に示すように被着層８を形成した本発明のデバイス装置を作製する場合には、この封止部材３を形成する工程の前に、基板１上から犠牲材料９を覆って無機絶縁材料から成る被着層８を形成する工程を行なう。この被着層８を形成するには、無機絶縁材料に前述のような材料を用いて、例えばＣＶＤ，スパッタリング，蒸着等の薄膜形成方法やスピンコーティングにより形成する。

次の工程にて、図３（ｃ）に示すように、後の工程で犠牲層８を除去するために利用し、また貫通導体７を形成するために使用する貫通孔６を、封止部材３にその上面から犠牲材料９の一部を通って配線導体４まで貫通させて形成する。このとき、犠牲材料９と封止部材３との間に被着層８が形成されている場合には、貫通孔６は封止部材３の上面から被着層８の一部および犠牲材料９の一部を通って配線導体４まで貫通させて形成される。この貫通孔６の形成方法には、レーザ加工や感光性材料を使用したフォトリソグラフィーによる加工を用いればよいが、生産性を考慮すると、感光性材料を使用したフォトリソグラフィーによる加工が好ましい。

次の工程にて、図３（ｄ）に示すように、貫通孔６を通して犠牲材料９を除去し、封止部材３の内側に基板１との間に犠牲材料９が除去されることによって形成された空間５を形成する。これにより、基板１上に配置された機械的動作部２が封止部材３の空間５内に収容されることとなる。このとき、犠牲材料９と封止部材３との間に被着層８が形成されている場合には、封止部材３の空間５側の内面に被着層８が形成されたものとして空間５が形成される。

貫通孔６を通して犠牲材料９を除去する方法は、犠牲材料９の材料により前述のように機械的動作部２への影響等を考慮して適宜選択すればよい。例えば、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を犠牲材料９に使用した場合であれば、フッ化キセノンによるガスエッチングによりａ−Ｓｉの除去が可能であり、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を犠牲材料９に使用した場合であれば、弗化水素（ＨＦ）水溶液によるウェットエッチングやＨＦ蒸気によるガスエッチングによりＳｉＯ_２の除去が可能である。

次の工程にて、図３（ｅ）に示すように、貫通孔６を、ＡｕＳｎ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等のはんだ材料やＣｕペーストあるいはＡｇペーストの金属ペースト材料等を用いて、印刷技術またはメッキ法等により、封止部材３の上面から配線導体４に至る金属材料から成る貫通導体７を貫通孔６を充填するように形成して塞ぐ。これによって、封止部材３に形成した貫通孔６が貫通導体７で封止されて機械的動作部２および配線導体４が封止部材３の内側の空間５内に封止されるとともに、配線導体４が貫通導体７と電気的に接続されて封止部材３の上面まで引き出されることとなる。このようにして、図１（ａ）に示した例の本発明のデバイス装置が得られる。また、封止部材３の空間５側の内面に被着層８が形成されている場合には、図２（ａ）に示した本発明のデバイス装置が得られる。

なお、この貫通導体７を形成する工程において、貫通導体７として貫通孔６を充填するようにして形成する代わりに貫通孔６の内面に金属材料から成る導体層を被着したものとして形成すれば、図１（ｂ）に示した、あるいは図２（ｂ）に示した例の本発明のデバイス装置が得られる。

以下のようにして、図１（ａ）に示す例の本発明のデバイス装置を作製した。

まず、上面に機械的動作部２としてＭＥＭＳスイッチが多数形成されているとともに、各機械的動作部２から配線導体４がその周囲の領域に引き出されている単結晶シリコンから成る基板１を用意した。

次に、その機械的動作部２および配線導体４を基板１上から覆うようにしてａ−Ｓｉ膜をＣＶＤ法にて５μｍの厚みで形成した後、フォトリソグラフィー法およびエッチング法によりパターニングして、図３（ａ）に示すように犠牲材料９を作製した。

次に、熱硬化性樹脂で感光性材料であるエポキシ樹脂（ここでは商品名ＳＵ−８のエポキシ樹脂を用いた。）を基板１上から犠牲材料９を覆うようにスピンコーティング法にて塗布した。なお、スピンコーティングの回転数やエポキシ樹脂の粘度を調整し、エポキシ樹脂の厚さを100μｍとした。これにより、図３（ｂ）に示すように封止部材３を形成した。

次に、図３（ｃ）に示すように、このエポキシ樹脂から成る封止部材３の上面から犠牲材料９の一部を通って配線導体４に至るようにフォトリソグラフィー法により直径が100μｍの貫通孔６を１チップあたり３個形成した。

次に、フッ化キセノンガス雰囲気にこの基板１を10分間保持し、貫通孔６を通して犠牲材料９を除去し、図３（ｄ）に示すように、封止部材３の内側に基板１との間に空間５を形成した。

次に、真空中にて貫通孔６にＣｕペーストを埋め込み印刷により充填してメタルポストを形成し、金属材料から成る貫通導体７を形成した。その後、封止部材３の上面を研磨することにより平滑化し、最終的にダイシング装置により個片化して、図１（ａ）に示すような、約１ｍｍ角の大きさの本発明のデバイス装置を得た。

以上のようにして得た本発明のデバイス装置は、内部に機械的動作部２として多数のＭＥＭＳスイッチが良好に封止され、その空間５内を１×10^−１Ｔｏｒｒ以下の真空度に保つことができた。また、湿度の侵入によりＭＥＭＳスイッチの駆動部が基板１に貼りつくような不具合が発生することがなく、10^１１回の繰り返しスイッチング動作を実現することができた。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。

（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明のデバイス装置の実施の形態の例を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明のデバイス装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明のデバイス装置の製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の断面図である。

符号の説明

１・・・基板
２・・・機械的動作部（ＭＥＭＳデバイスの駆動部、または圧電デバイスの発振部、または弾性表面波デバイスの共振部）
３・・・封止部材
４・・・配線導体
５・・・空間
６・・・貫通孔
７・・・貫通導体
８・・・被着層
９・・・犠牲材料

Claims (4)

1. 基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの前記機械的駆動部と、前記基板上に形成され前記機械的駆動部に接続された配線導体とを、前記基板上に該基板との間に空間を設けて形成された樹脂材料から成る封止部材の前記空間内に封止しており、前記封止部材に、上面から前記空間内に貫通して前記配線導体に接続された金属材料から成る貫通導体が形成されていることを特徴とするデバイス装置。
2. 前記封止部材の前記空間側の内面に、無機絶縁材料から成る被着層が形成されていることを特徴とする請求項１記載のデバイス装置。
3. 基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの前記機械的駆動部と前記基板上に形成され前記機械的駆動部に接続された配線導体とを犠牲材料で覆う工程と、前記基板上から前記犠牲材料を覆って樹脂材料から成る封止部材を形成する工程と、前記封止部材に上面から前記犠牲材料の一部を通って前記配線導体まで貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲材料を除去して、前記機械的駆動部と前記封止部材との間に空間を形成する工程と、しかる後、前記貫通孔を前記封止部材の前記上面から前記配線導体に至る金属材料から成る貫通導体を形成して塞ぐ工程とを具備することを特徴とするデバイス装置の製造方法。
4. 基板上に機械的駆動部が配置されてなるＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは弾性表面波デバイスの前記機械的駆動部と前記基板上に形成され前記機械的駆動部に接続された配線導体とを犠牲材料で覆う工程と、前記基板上から前記犠牲材料を覆って無機絶縁材料からなる被着層を形成する工程と、前記基板上から前記被着層を覆って樹脂材料から成る封止部材を形成する工程と、前記封止部材に上面から前記被着層の一部および前記犠牲材料の一部を通って前記配線導体まで貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲材料を除去して、前記機械的駆動部と前記被着層との間に空間を形成する工程と、しかる後、前記貫通孔を前記封止部材の前記上面から前記配線導体に至る金属材料から成る貫通導体を形成して塞ぐ工程とを具備することを特徴とするデバイス装置の製造方法。

Images