JP2005508763A - 任意の応力から保護されるコンポーネントの気密カプセル封じのための装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、任意の応力から保護されるコンポーネントの気密カプセル封じのための装置に関する。
【解決手段】コンポーネント（５）は基板（１５）に固定され、該基板は、もう１つの面で接着ボンディング（１６）によって固定される温度調整素子（１７）を支える。このアセンブリは、接着ボンディング（１３）によって結合された２つの部分（１１，１２）を有するパッケージ内に配置され、該パッケージは、光リンク（６）及び電気的接続体（１８，１４２）用の通路を有する。それは、パッケージの１つの部分（１１）の突起（１９）によって支持される。もう１つの部分（１２）には、温度調整電子機器を形成する３次元相互接続ブロック（１４）がボンドされる。ブロック，パッケージ（１１，１２）並びにリンク及び接続体の最小の長さ（Ｌ）は、鉱物保護層（４’）内にカプセル封じされる。
本発明は、光電子コンポーネント及びＭＥＭＳコンポーネントに特に適する。
【解決手段】コンポーネント（５）は基板（１５）に固定され、該基板は、もう１つの面で接着ボンディング（１６）によって固定される温度調整素子（１７）を支える。このアセンブリは、接着ボンディング（１３）によって結合された２つの部分（１１，１２）を有するパッケージ内に配置され、該パッケージは、光リンク（６）及び電気的接続体（１８，１４２）用の通路を有する。それは、パッケージの１つの部分（１１）の突起（１９）によって支持される。もう１つの部分（１２）には、温度調整電子機器を形成する３次元相互接続ブロック（１４）がボンドされる。ブロック，パッケージ（１１，１２）並びにリンク及び接続体の最小の長さ（Ｌ）は、鉱物保護層（４’）内にカプセル封じされる。
本発明は、光電子コンポーネント及びＭＥＭＳコンポーネントに特に適する。
Description
本発明は、任意の応力から保護されるコンポーネントの気密カプセル封じのための装置に関し、２つの部分から形成され内部容積を定めるパッケージを有するタイプの装置であり、コンポーネントは乾燥雰囲気内に配置されている。
非常に壊れやすいコンポーネントは、機械的及び熱的応力に耐えられず、湿気及び／又は酸化から完全に保護されるべきであるという問題に、多くの出願が直面している。
これらの問題は、光学又は光電子コンポーネントの場合に特に生じ、湿気がコンポーネントの性能並びに、特に光ファイバとの光学入力結合及び出力結合の性能を乱すか又は劣化させる。更に、応力はこの結合を弱め、許容できない損失を引き起こす。最終的に、そのようなコンポーネントは、極めて正確に温度調整されなければならず、それ故電気導体出力及びかなりの関連電子機器が含まれる。
これらの問題は、ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）にも生じる。そのようなコンポーネントは、超微細加工技術の利用によって、共通のシリコン基板上に機械素子、センサ、アクチュエータ及び電子機器を統合することによりもたらされる。それらは、湿気と応力に極端に敏感であり、湿気は可動素子を動けなくし、応力は低振幅であっても、研究所又は工場での較正を破壊する（例えば、特に宇宙技術応用のセンサの場合）。
これらの問題は、プラスチック成形又はカプセル封じによって得られる保護システムによって改善され得る。しかしながら、この解決法は、ＭＥＭＳ（可動部分が自由）の場合だけでなく、この技術に伴う応力及び／又は加熱に耐えることができない全てのコンポーネントの場合を完全に除外している。
従って、考えられる１つの解決法はパッケージすることである。このために、少なくともそれらの１つの場合において、結合された中空の部品によって定められる容積内にコンポーネントが配置され、内部容積は乾燥雰囲気（窒素、乾燥した空気など）を含んでいる。主な問題は気密性であって、１つはパッケージの部分自身の構造に関し、もう１つは、外部との光学及び／又は電気的接続体のためのそれらのアセンブリ及び通路に関するものである。パッケージに関しては、金属部品を使用することが可能であるが、プラスチックパッケージよりも高価である。接続体用のアセンブリ及び通路に関しては、単なる接着剤の利用では気密シールを形成出来ない。
繰り返し述べるが、従って、高価であるろう付けの解決法を利用することが必要となる。特に、光ファイバ用の通路を密閉するためには、ガラスファイバがろう付けされなければならず、それは困難でありとても高価なものである。
本発明の目的は、簡単で安価な材料及び構造を利用してこれらの欠点を改善し、優良な気密性を保証することにある。
第１の形態によると、本発明は、任意の応力から保護されるコンポーネントの気密カプセル封じのための装置であって、コンポーネントが乾燥雰囲気内に配置される、少なくとも２つの部分から形成され内部容積を定めるパッケージを有する装置において、前記装置は、
パッケージの２つの部分が、接着ボンディングによって又は前記コンポーネントを支持する基板を介して結合され、パッケージ全体が鉱物保護層によって保護され、該鉱物保護層が、パッケージから出る接続体及び／又はリンクに沿って所定の最小の長さに広がることを特徴とする。
パッケージの２つの部分が、接着ボンディングによって又は前記コンポーネントを支持する基板を介して結合され、パッケージ全体が鉱物保護層によって保護され、該鉱物保護層が、パッケージから出る接続体及び／又はリンクに沿って所定の最小の長さに広がることを特徴とする。
従って、パッケージの材料（プラスチック、セラミック又は金属）の性質が何であろうとも、鉱物層によって気密性が提供される。更に湿気が侵入しうるリンク又は接続体用の通路、特にこれら接続体／リンクのプラスチックシースにおいて、気密性は、パッケージの内部に達する通路を所定の長さ分増やすことによって提供される。前記所定の最小の長さ（Ｌ）は、およそ数ミリメートルであることを特徴とする。
本発明の別の利点の側面によると、装置は、前記保護層が、ＳｉＯｘの層であって、ｘが実質的に１．４から２の間であることを特徴とする。
パッケージに関して、最適な接着を保証するために、ｘの値は２以下の値から始まり、ＳｉＯ２材料が非常に硬く気密となる最大の気密性のために、多く見積もって２の値に達することが好ましい。
ＭＥＭＳに適する本発明の１つの実施形態は、前記コンポーネントが、接続導体を有する基板に取り付けられたＭＥＭＳであり、前記パッケージは、前記基板の両側に互いに向き合って配置され且つそれに接着ボンドされた２つの部分から形成され、前記保護層が、前記２つの部分に広がり、且つ、前記最小の長さにわたって前記接続導体と基板とに沿って広がることを特徴とする上記に述べられたタイプの装置を提供する。
光学又は光電子コンポーネントに適する本発明の別の実施形態は、前記コンポーネントが、平面基板の第１の面に固定された光学又は光電子コンポーネントであり、コンポーネントに面する基板のもう一方の面には、電子温度調整回路によって給電される温度調整素子が位置し、前記パッケージの第１部分は、前記基板を支持する少なくとも１つの内部突起を有することを特徴とする装置を提供する。
更に、温度調整回路が、３次元相互接続ブロックで構成されるならば、これは、パッケージの１つの部分に接着ボンディングによって固定され、且つ、アセンブリを保護する層にカプセル封じされるか、又は、代わりに、接着ボンディングによって他の部分と結合されるために、それ自体がパッケージの１つの部分を構成する。
以下の説明及び添付の図面により、本発明がより明確に理解され、利点が明らかになるであろう。
既に上記で述べられたように、本発明の基本原理は、接着ボンディングによって結合された少なくとも２つの部分のパッケージを使用し、パッケージと接続体の最小の長さとに広がる鉱物保護層によって気密性を保証することである。
図１は、ＭＥＭＳに適した本発明の第１実施形態を示している。このコンポーネント１は、接続導体２０を支える基板２に取り付けられる。コンポーネント１及び基板の対面部分は、パッケージによって定められた容積内に密閉され、該パッケージは、キャビティを構成する２つの部分３，３’で形成され、基板の両側に互いに向き合って配置され且つ適切な接着剤３１によって基板に接着ボンドされる。パッケージの部分３，３’は、この利用のための従来の材料（プラスチック，セラミック，金属など）で形成されてもよい。キャビティの内部容積は、乾燥雰囲気（窒素，乾燥した空気など）で満たされる。以下で再び述べるが、本発明によると、アセンブリの気密性は、鉱物保護層４によって提供され、該層は、湿気又は他の汚染物質の浸入を避けるため、所定の最小の長さにわたって基板２及び導体２０とに広がっている。
これは限定するものではないが、層４は、例えば、酸化物又は窒化物、特にシリコン酸化物又はシリコン窒化物から構成される。選択された材料にとって、覆われた部分への優れた接着性及び必要な気密性及び抵抗特性を示せば充分である。
好ましくは、シリコン酸化物ＳｉＯｘの層が使用され、インデックスｘは１．４から２の間を変化する。この材料は、ｘがおよそ１．４である柔らかいプラスチック状態から、ｘ＝２の非常に硬い状態まで変化する。
そのような層はＰＥＣＶＤ（プラズマ促進化学蒸着）によって蒸着されてもよい。好ましくは、パッケージに関して、最適な接着を保証するために、ｘの値は２以下から、気密性及び最大の強度を提供するために、最大２の値である。しかしながら、優れた気密性、優れた接着性及びある程度の柔軟性を保証する単一の中間値を選択することも可能である。
好ましくは、保護層の厚さは、０．１から５ミクロンの間である。好ましい値はおよそ０．５ミクロンである。
図２は、光ファイバリンクに挿入される光電子コンポーネントの原理を示す図である。コンポーネント５は、ファイバ６に結合される受入面５０及び放出面５１を有し、該ファイバは、ポリマで被覆されているか又はされていなく、所定の位置に保持されてフェルール７又はＶタイプガラスブロック８によって終端される。リンク及び保持手段は、気密性ではない種々の接着剤７０，７１，８０によって提供されるので、湿気を通すことによって光学的品質及び結合を低下させる。コンポーネント５のボディーもまた、湿気（又は酸化）から保護されなければならない。
図３は、このタイプのコンポーネント用の、本発明に従うカプセル封じ装置の第１実施形態を断面で示している。図３において、コンポーネント５は、例えば平面基板の片面に接着ボンディングされることによって基板１５に取り付けられる。基板のもう一方の面は、ボンディング１６によって固定され、温度を調整する加熱又は冷却熱素子１７を支える。一般に、この調整は極めて正確でなければならず、それ故かなりの大きさの電子温度調整回路を必要とする。コンポーネント５／基板１５／熱素子１７のアセンブリは、パッケージの内部容積内に配置され、該パッケージは、例えば接着ボンディング１３によって結合された２つの部分１１，１２から構成されている。アセンブリ５，１５，１７は、例えばパッケージの部分１１内の少なくとも１つの内部突起１９によって支持される。基板１５は、機械的な保持を保証するためにこれら突起にボンドされ、容積１１０の内部に存在する乾燥雰囲気により、外部に関する優れた断熱を維持することができる。
上記で説明されたように、コンポーネント５及び熱素子１７は、特に温度を調整するための電子回路と併用される。この電子回路の大きさを制限するために、それは３次元相互接続ブロック１４で構成される。そのようなブロックの構造自体は知られており、その説明は例えば仏国特許第２６８８６３０号で知ることができる。このように、電子コンポーネント１４０を組み込んだ極めてコンパクトなブロックで回路が構成される。このブロック１４は、例えば接着ボンディング１４１によってパッケージの部分１２に固定される。
パッケージ１１，１２は、ファイバ６及び熱調整素子１７に給電する導電体１８用の通路を与えなければならないことは明らかである。更に、ブロック１４は一般にフラットケーブル１４２によって外部と接続される。本発明によると、既に図１に関して述べられたように、パッケージ１１，１２／３次元ブロック１４のアセンブリをカプセル封じする鉱物保護層４’を蒸着することによって気密性が提供される。更に、この保護層は、光ファイバリンク６及び電気的接続体１８，１４２に沿って、所定の最小の長さＬにわたって外部まで広がらなければならない。既に述べられたように、これは、ボンドされた結合部及びプラスチックシースが、長手方向の浸透性を有し、浸透性は汚染要素が超えなければならない長さと共に減少するためである。これらの通路における気密性は、追加の通路Ｌを与えることによって最大化される。
好ましくは、長さＬはおよそ数ミリメートルである。
最小の長さを短くする１つの解決法は、パッケージの差し込み口における電気的接続体及びリンクを、短い長さ（例えば１ミリメートル以下）にわたって部分的にむくこと、及び、これらむかれた部分で鉱物層を停止することから成る。鉱物層とガラスファイバ又は鉱物層と金属導体との接続がこれらの差し込み口の完全な気密性を保証する。
図３の装置の別の実施形態が図４に示されている。
この実施形態において、図３のパッケージの部分１２はブロック１４自体に置き換えられ、該ブロックは、コンポーネント５が配置される内部容積を定めるために、接着ボンディング１３によってパッケージの第１部分１１に固定される。同じ参照番号は図３と同じ素子を意味する。この実施形態は、パッケージの１つの部分を省略するという利点を有している。
図５は、図４の実施形態から派生する他の実施形態を示している。この実施形態において、ブロック１４は、パッケージの内部に向かって、ブロックの内部面１４３にほぼ垂直な導電接続ピン１４４，１４５を有する。コンポーネント５及び温度調整素子１７を支える基板１５は、これらのピンに機械的に固定される。従って、突起１９は必要ない。更に、これらのピンは、素子１７と電子回路１４との間に電気的なリンクを提供する。素子１７のための給電ワイヤ１７０は、はんだ付けによって及び／又は基板上の導電トラックによってこれらピンに接続される。
この実施形態の１つの利点は、熱素子１７のための給電ワイヤがパッケージを通って外部に通り抜ける必要がなく、従って気密性が強化されなければならない領域の数を減少させることである。
図６は、図５の別の実施形態を示しており、同じ参照番号はすべての図における同じ素子を意味する。この実施形態において、ペルチェ効果冷却素子１７’が熱温度調整素子として利用され、該素子は接着ボンディングによって前もって基板１５に固定されており、この素子１７’のコールド面は、基板及びコンポーネントを向いている。素子１７’のホット面上に発生する熱エネルギの外部への優れた熱放散を保証するために、例えば金属のような優れた熱導体でパッケージの部分２２が形成され、及び、熱素子１７’とパッケージ２２との間の熱結合を保証するために、前記ホット面とパッケージの部分２２の内部面との間に結合層２４が配置される。
勿論、本発明を限定せずに述べられた例示的な実施形態は、特に、環境及び応力からの保護に関して、同じような要件を有するコンポーネントは、本発明の原理を利用してカプセル封じされることができる。
１，５，１４０ コンポーネント
２，１５ 基板
３，３’，１１，１２，１１’，２１，２２ パッケージ
４，４’ 保護層
３０，３１，７０，７１，８０ 接着剤
６ ファイバ
７ フェルール
８ Ｖ型ガラスブロック
５０ 受入面
５１ 放出面
１３，１６，１４１ 接着ボンディング
１４ ３次元相互接続ブロック
１７，１７’ 温度調整素子
１８，１４２ 電気的接続体
１９ 突起
１４４，１４５ 接続ピン
２４ 熱接続層
１７０ 給電ワイヤ
２，１５ 基板
３，３’，１１，１２，１１’，２１，２２ パッケージ
４，４’ 保護層
３０，３１，７０，７１，８０ 接着剤
６ ファイバ
７ フェルール
８ Ｖ型ガラスブロック
５０ 受入面
５１ 放出面
１３，１６，１４１ 接着ボンディング
１４ ３次元相互接続ブロック
１７，１７’ 温度調整素子
１８，１４２ 電気的接続体
１９ 突起
１４４，１４５ 接続ピン
２４ 熱接続層
１７０ 給電ワイヤ
Claims (14)
- 任意の応力から保護されるコンポーネントの気密カプセル封じのための装置であって、コンポーネントが乾燥雰囲気内に配置される、少なくとも２つの部分から形成され内部容積を定めるパッケージを有する装置において、
該パッケージの２つの部分（３，３’；１１，１２；１１’，１４；２１，１４；２２，１４）が、接着ボンディングによって又は前記コンポーネントを支持する基板を介して結合され、パッケージ全体が鉱物保護層によって保護され、該鉱物保護層は、前記パッケージから出る接続体及び／又はリンクに沿って所定の最小の長さに広がることを特徴とする装置。 - 前記所定の最小の長さ（Ｌ）は、およそ数ミリメートルであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記保護層（４；４’）は、ＳｉＯｘの層であって、ｘが実質的に１．４から２の間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
- 前記パッケージに関して、前記ｘの値は、最適な接着を保証するために決定された２以下である第１の値から、最大限の気密性を保証するために最大２の値まで変化することを特徴とする請求項３に記載の装置。
- 前記保護層の厚さは、実質的に０．１から５ミクロンの間であることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
- 前記厚さは、およそ０．５ミクロンであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
- 前記コンポーネントは、接続導体（２０）を有する基板（２）に取り付けられたＭＥＭＳ（１）であり、前記パッケージは、前記基板の両側に互いに向き合って配置され且つそれに接着ボンドされた（３１）２つの部分（３，３’）から形成され、前記保護層（４）は、前記２つの部分に広がり、且つ、前記最小の長さにわたって前記接続導体（２０）と前記基板とに沿って広がることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
- 前記コンポーネントは、平面基板（１５）の第１の面に固定された光学又は電気光学コンポーネントであり、前記コンポーネントに面する基板のもう一方の面には、電子温度調整回路（１４）によって給電される温度調整素子（１７）が位置し、前記パッケージの第１部分（１１）は、前記基板（１５）を支持する少なくとも１つの内部突起（１９）を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
- 前記温度調整回路は、前記パッケージのもう１つの部分（１２）に固定された３次元相互接続ブロック（１４）で構成され、前記保護層（４’）は、前記パッケージ及び前記ブロックと、前記最小の長さ（Ｌ）にわたって、光学接続体（６）並びに前記温度調整素子用の電気的接続体（１８）及び前記電子温度調整回路用の電気的接続体（１４２）とをカプセル封じすることを特徴とする請求項８に記載の装置。
- 前記基板（１５）への前記コンポーネント（５）の固定と、前記突起（１９）への該基板の固定と、前記パッケージの第２部分（１２）への前記ブロック（１４）の固定とが、接着ボンディング（１６，１４１）によってもたらされることを特徴とする請求項９に記載の装置。
- 前記温度調整回路は、３次元相互接続ブロック（１４）で構成され、該ブロック（１４）は前記パッケージの第２部分を構成し、且つ、前記コンポーネントを含む前記内部容積を定めるために前記パッケージの前記第１部分（１１）に接着ボンディング（１３）によって固定され、前記保護層（４’）は、前記第１部分（１１）と、前記ブロック（１４）と、前記最小の長さ（Ｌ）にわたって光学接続体（６）並びに前記温度調整素子用の電気的接続体（１８）及び前記電子温度調整回路用の電気的接続体（１４２）とをカプセル封じすることを特徴とする請求項８に記載の装置。
- 前記コンポーネントは、平面基板（１５）の第１の面に固定された光学又は光電子コンポーネント（５）であり、前記コンポーネントに面する前記基板のもう一方の面は、電子温度調整回路（１４）によって給電される電子調整素子（１７，１７’）を支え、前記温度調整回路は、３次元相互ブロック（１４）で構成され、該ブロック（１４）は、前記パッケージの第２部分を構成し、且つ、前記コンポーネントを含む前記内部容積を定めるために前記パッケージの前記第１部分（２１，２２）に接着ボンディング（１３）によって固定され、前記保護層（４’）は、前記第１部分（２１，２２）と、前記ブロック（１４）と、前記最小の長さにわたって前記光学接続体（６）及び前記電子調整回路のための電気的接続体（１４２）とをカプセル封じし、前記基板及びコンポーネントに固定され且つ前記温度調整素子（１７，１７’）を前記電子温度調整回路に接続するために、前記ブロック（１４）は、パッケージの内部に向かって、前記ブロックの内部面（１４３）にほぼ垂直な接続ピン（１４４，１４５）を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
- 前記温度調整素子は、ペルチェ効果冷却素子（１７’）であり、前記パッケージの前記第１部分（２２）は優れた熱導体である材料で形成され、前気冷却素子のウォーム面と前記パッケージの前記第１部分の内部面との間に、熱接続層（２４）が熱を放散するために挿入されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
- 前記パッケージから出る接続体及び／又はリンクは、前記パッケージの差し込み口において所定の長さ分むかれ、前記鉱物保護層は、前記所定の最小の長さを減らすために、前記接続体及び／又はリンクのむかれた部分にまでしか広がらないことを特徴とする請求項１から６及び８から１３のいずれか１項に記載の装置。
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