JP2006100614A

JP2006100614A - 陽極接合構造を用いた電子装置

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Publication number: JP2006100614A
Application number: JP2004285634A
Authority: JP
Inventors: Hideo Togawa; 英男外川; Hiroo Furuichi; 浩朗古市
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: US20080128839A1; JP4375186B2; WO2006038395A1

Abstract

【課題】
高電圧に対して耐性の高くないデバイスに与えるダメージを抑えた電子装置を提供する。
【解決手段】
第１の電極と、デバイスを備えた第１の部材と、第２の電極を備えた第２の部材とを備え、前記第１の電極と第２の電極は、デバイスと重畳しない領域に形成され、該第１の電極と該第２の電極とに電圧が印加されることにより第１の部材と第２の部材が陽極接合され、該デバイスが第１の部材と第２の部材の間で封止されている電子装置。
【選択図】図１

Description

本発明はデバイスを、陽極接合により封止してパッケージ化した電子装置に関する。

陽極接合は、Ｓｉなどの半導体とガラスを直接接合することができるため、主にＳｉを加工して微小な機械部品を作製するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)分野で用いられている。

陽極接合が実際に適用されている代表的な例としては、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサなど各種センサ部品、あるいはインクジェットプリンタのインク噴出しノズルに代表されるマイクロポンプなどがある。

これらは、まずＳｉに異方性エッチングにより加工を施し、その後別のガラス層と陽極接合して封止構造を得ることで製造される。これらの製品に陽極接合技術が用いられてきたのは、陽極接合がＳｉとガラスを直接接合させるもので、外圧変化などを極めて敏感に検出できるからである。

近年、ＭＥＭＳデバイス、各種センサ類をはじめとするあらゆるデバイスが、集積回路を内蔵する等で高機能化・複雑化してきており、デバイスの高電圧に対する耐性が低いものが増えつつある。

陽極接合によりデバイスの上面にガラス等の基板を貼り合せて接合する場合、通常数百ボルトの高電圧を必要とする。

しかし、デバイスがそのような高電圧に耐えられない場合には、デバイスが高電圧により静電破壊されてしまい、陽極接合法は適用できなかった。

比較的低電圧でも接合できるとする例が、特開２００２−３４８１４９号公報に開示されている。

特開２００２−３４８１４９号公報

上記特許文献１でも、陽極接合を行うための電圧を印加する電極はデバイスをほぼ全面覆っているため、基板の厚さが薄い部分での局所的な接合は実現できるが、結局２００ボルト程度の大きな電圧がデバイスに印加されてしまうことになる。

つまり、従来の技術では、高電圧に対する耐性が低いデバイスに対して適用した場合、デバイス本来の機能が損なわれる可能性があった。

本発明は、高電圧に対する耐性が低いデバイスであっても、高い信頼性を確保した陽極接合封止型の電子装置を実現することにある。

上記課題を解決する手法として、第１の電極と電気的に第１の電極と絶縁された第２の電極を備えた第１の部材と、第３の電極を備えた第２の部材と該第１の電極と該第３の電極とが陽極接合により接合されることにより該第２の電極が封止された構造を備えた電子装置において、前記第１の電極と第３の電極が第２の電極と重畳しない領域に形成されている構造とする。

本発明によれば、高電圧に対して耐性の高くないデバイスの信頼性を損なわずに陽極接合構造を備えた電子装置を提供することができる。

以下、実施例について説明する。

図１に、電子装置断面図を用いて陽極接合を行っている状態図を示す。

電子装置は、基板１と基板２が接合された構造となっている。

基板１は、基板２と対向する面にキャビティを備え、そのキャビディの底面に高電圧に対して耐性が高くない薄膜電子回路等からなるデバイス１１を備え、その基板２と対向する面の裏面のデバイス１１の周囲、つまり、デバイス１１を避けた重畳しない位置に、陽極接合時の電圧印加用の電極３を備えている。

基板２は、基板１に対向する面の裏面の電極３に対応した位置に陽極接合時の電圧印加用の電極４を備えている。

電極３と電極４とに電圧が印加されることにより、基板１と基板２とが陽極接合によって接合されている。

この構造は次のように形成される。

まずデバイス１１が形成された基板１と基板２とに、電極３と電極４をそれぞれ対向する位置に形成する。この電極３と４の形成はスパッタリング、加熱蒸着、又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりフォトリソグラフィーやメタルマスクを経てなされる。

次に、電極３と電極４とを対向させて貼り合せる。

次いで、電圧印加用電源５により電極３と電極４に電圧を印加しながら加熱し、陽極接合を行う。

これにより、デバイス１１にダメージを与えることなく、クリーンで信頼性の高い封止を６の位置で行うことができる。

尚、本実施例では、基板１としてＳｉ、基板２としてフロートガラス、電極３および電極４としてＡｌを用いた。しかし、これらに限定されるものではなく、例えば、基板２としては、Ｎａ等の電圧印加時に移動することができる元素を含んだガラス等の誘電体であれば良い。

電極３および電極４としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎから選ばれる少なくとも１種からなる金属を用いることができる。

電極３および電極４の表面または内層には、接触抵抗や直流抵抗を低減する目的等のためにＡｕを含有していても何ら差し支えない。

印加電圧は、数ボルトから数百ボルトの範囲で状況により適宜変えることが出来る。加熱温度も、数℃から数百℃の範囲で状況により適宜変えることが出来る。

図２に、電子装置断面図を用いて陽極接合を行っている状態図を示す。

実施例２が、実施例１と異なるのは基板１として、高電圧に対して耐性が高くない薄膜電子回路等からなるデバイス１１とＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)１２を形成した基板を用いている点である。

電極３と電極４は、ＭＥＭＳの周囲に、ＭＥＭＳを避けて重畳しないように形成して、陽極接合を行っている。

図３に、電子装置断面図を用いて陽極接合を行っている状態図を示す。

実施例３が実施例２と異なる点は、実施例２のキャビティ（凹部）の周囲の基板厚みを薄くしている点である。キャビティのテーパ部の裏面もテーパ状になっている。

この構造は陽極接合時の電圧を下げることができるので、デバイスに与える負荷を小さくすることができる。

図４に、電子装置断面図を示す。

実施例４が実施例２と異なる点は、電極３の配置を基板１の基板２との対向面に変更している点である。従って、電極３が接合界面となる。

この電極３と電極４に電圧を印加し、陽極接合を行うことができる。陽極接合を行う詳細な手順は実施例１〜３と類似でありここでは割愛する。

実施例２で述べた以外のメリットは、電圧が印加される厚さが、基板２の分のみであるため、印加する電圧を低減できるというものである。

図５に、電子装置断面図を示す。

実施例５が実施例４と異なる点は、電極４の配置を基板１の基板２との対向面に変更して、さらに電極３と電極４の間にガラスの誘電体７を設けている点である。

誘電体７もＣＶＤ等の薄膜技術で形成できるが、これに限定されない。陽極接合を行う詳細な手順は実施例１〜４と類似でありここでは割愛する。

実施例４で述べた以外のメリットは、電圧が印加される厚さが、誘電体７の分のみであるため、極めて薄くでき、従って印加する電圧も極端に低減することができるというものである。

図６に、電子装置断面図を示す。

実施例６が実施例４と異なる点は、電極３の下に軟質金属８を設けた例である。

陽極接合を行う詳細な手順は実施例１〜３と類似でありここでは割愛する。

実施例４で述べた以外のメリットは、基板１と基板２で熱膨張係数が異なる場合に、陽極接合時の加熱によって発生する熱応力を、軟質金属８により緩和できる点である。

図７に、電子装置断面図を示す。

実施例７が実施例５と異なる点は、電極３の下に軟質金属８を設けた点である。

実施例５で述べた以外のメリットは、基板１と基板２で熱膨張係数が異なる場合に、陽極接合時の加熱によって発生する熱応力を、軟質金属８により緩和できる点である。

図８に、電子装置断面図を示す。

実施例８が実施例１と異なる点は、電極３と電極４の横に、電磁遮蔽用の電極３１と電極４１をそれぞれ設けた点である。

実施例１で述べた以外のメリットは、電磁遮蔽用の電極３１と電極４１をそれぞれ設けたことにより、デバイス１１やデバイス１２のＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策（電磁遮蔽対策）を行うことができる点である。

なお、従来技術との大きな相違点は、電極３と電極３１の間及び電極４と電極４１の間は電気的に絶縁されている点である。

以上の８つの実施例から次のことがわかる。

先ず、高電圧に対して耐性の高くないデバイス部が存在する場合でも、このデバイス部を避けて重畳する位置とならないように陽極接合用の電極をデバイス部周囲の領域に配置して電圧を印加して陽極接合を行えば、本質的にデバイスへの電圧によるダメージを回避することができる。従って高電圧に対して耐性の高くないデバイスに対しても、陽極接合によりデバイスの封止を確実に行うことができる。

また、陽極接合用の電極を、Ｎａ元素等の電圧により移動し陽極接合に寄与する誘電体を挟んで、接合を行う２つの基板が対向する内側に薄い厚さで形成することによって、従来の陽極接合で実施されていた数百ボルトもの電圧を印加する必要がなく、数〜数十ボルトの電圧で陽極接合を行うことが可能になっている。

また、上記で述べた陽極接合を行う領域で、電極の下部等に軟質金属を設けることにより、陽極接合される基板１と基板２の熱膨張係数が異なる場合でも、陽極接合時の加熱によって生ずる熱応力を緩和し、陽極接合部の破壊を防止することができている。

また、陽極接合用の電極を、Ｎａ元素等の電圧により移動し陽極接合に寄与する誘電体を挟んで、接合を行う２つの基板が対向する内側に薄い厚さで形成して陽極接合を行う構成とすることにより、従来の陽極接合で必要であった２つの基板の少なくとも一方がガラス等の誘電体である必要がなく、従って、例えば封止を行う上部の基板として金属を用いることができる。これにより、デバイスのＥＭＩ対策を行うことができる。

更に、陽極接合を行う２つの基板が誘電体であっても、陽極接合の電極として機能する金属の他に、デバイスの上下をカバーするように金属を配置したことにより、デバイスのＥＭＩ対策を行うことができる。

電子装置の断面図である。電子装置の断面図である。電子装置の断面図である。電子装置の断面図である。電子装置の断面図である。電子装置の断面図である。電子装置の断面図である。電子装置の断面図である。

符号の説明

１…基板、２…基板、３…電極、４…電極、５…電圧印加用電源、６…接合界面、７…誘電体、８…軟質金属、１１…デバイス、１２…ＭＥＭＳ、３１…ＥＭＩ対策用金属、４１…ＥＭＩ対策用金属

Claims

第１の電極と、デバイスを備えた第１の部材と、
第２の電極を備えた第２の部材とを備え、
前記第１の電極と第２の電極は、デバイスと重畳しない領域に形成され、
該第１の電極と該第２の電極とに電圧が印加されることにより第１の部材と第２の部材が陽極接合され、該デバイスが第１の部材と第２の部材の間で封止されている電子装置。
第１の電極と該第１の電極によって囲まれた領域に形成されたデバイスとを備えた第１の部材と、
第２の電極を備えた第２の部材とを備え、
該第１の電極と該第２の電極とに電圧が印加されることにより第１の部材と第２の部材が陽極接合され、該デバイスが第１の部材と第２の部材の間で封止されている電子装置。
請求項１または２において、
前記第１の電極又は前記第２の電極は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎから選ばれる少なくとも１種からなる金属で構成されていることを特徴とする電子装置。
請求項１から３のいずれかにおいて、
前記第１の電極と第２の電極がそれぞれ対向する基板面に形成されている場合、
該第１の電極と該第２の電極との間には、電圧が印加されることにより移動する元素を含む誘電体が介在していることを特徴とする電子装置。
請求項４において、
前記誘電体は、前記第１の電極又は第２の電極と実質的に同じパターンをしていることを特徴とする電子装置。
請求項１、２又は４において、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の接合界面には、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種の軟質金属が介在していることを特徴とする電子装置。