JP2007123371A - 多数個取り電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異物やコンタミの混入を防ぎ、かつデバイスにできるだけ熱負荷をあたえないことによって高信頼性の特性のよい電子装置を提供することにある。さらに、その電子装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】基板１上に複数のデバイスが形成されたベース７と、ベース７上で複数のデバイス５のそれぞれを平面視で取り囲むように配置されたロウ材４を介して、複数のデバイス５を覆うようにベース７に接合されたキャップ１１とを含み、ベース７をデバイス５単位に切断することにより個々の電子装置に分割するための多数個取り電子装置であって、ベース７におけるロウ材４の下方に位置する部位またはキャップ１１におけるロウ材４の上方に位置する部位に金属層３を形成するとともに、隣接するデバイス５単位のそれぞれに形成された金属層３同士を互いに電気的に接続させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、多数個取り電子装置およびその製造方法に関し、特にMEMS（Micro Electro Mechanical System）などの可動するデバイスを搭載した電子装置およびその製造方法に関するものである。

近年、MEMS技術を用いて圧力や加速度などを検出する電子装置、センサが作られるようになってきている。このMEMS技術を使った電子装置は、小型化が容易で、検出感度が非常によいといった多くの利点があるため、利用が急速に広がっている。

しかしながら、MEMS技術を使った電子装置は、その心臓部となるMEMS技術で形成されるデバイスに可動部があるために、そのデバイスをパッケージングするまでの間に異物やコンタミなどの影響を受けやすいという大きな課題がある。この課題を克服するために、異物やコンタミの影響をできるだけおさえる目的で、デバイスが形成されたベースとデバイスの可動部を保護するキャップを多数個取りの、いわゆるウエハレベルのパッケージングの開発が進められている。
特開2001-41837号公報 特表2003-531475号公報

しかしながら、特許文献１に述べられているような電子装置およびその製造方法によれば、ベースとキャップにシリコンとガラスを用いて、陽極接合技術によって両者を接合している。この陽極接合は、通常、400℃程度の高温に保持した状態で、高い電圧を加えることでシリコンとガラスを接合させるため、デバイスに高温の熱負荷をあたえることとなり、信頼性が悪くなったり、最悪の場合壊れてしまい、高温に耐えられないデバイスは使用できないという問題があった。また、高温に保持して接続するので、シリコンとガラスの熱膨張係数の差から、常温に戻した際に反りが発生すると言う問題があった。

一方、特許文献２に述べられているような電子装置およびその製造方法によれば、ロウ材を用いてベースとキャップを接合することが記載されている。しかしながら、ベースとキャップ、およびデバイスを含め全てをロウ材の融点まで加熱する必要があり、デバイスに高温の熱負荷をあたえるために、信頼性が悪くなったり、最悪の場合壊れてしまい、高温に耐えられないデバイスは使用できないという問題があった。ここで、形成される電子装置は一般的にプリント基板等のボードに鉛フリーのスズ系の半田材で230℃程度のリフロー炉にて実装されるため、先に組み立てられる電子装置は、これ以上の融点をもつロウ材が用いられる。このことから、一般的には金スズよりなるロウ材が用いられ、金スズの融点は280℃である。ゆえに、金スズを用いた場合は、デバイスに300〜320℃の熱負荷がかかることになる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、異物やコンタミの混入を防ぎ、かつデバイスにできるだけ熱負荷をあたえないことによって高信頼性の特性のよい電子装置を提供することにある。さらに、その電子装置の製造方法を提供することにある。

本発明の多数個取り電子装置は、基板上に複数のデバイスが形成されたベースと、該ベース上で前記複数のデバイスのそれぞれを平面視で取り囲むように配置されたロウ材を介して、前記複数のデバイスを覆うように前記ベースに接合されたキャップとを含み、前記ベースをデバイス単位に切断することにより個々の電子装置に分割するための多数個取り電子装置であって、前記ベースにおける前記ロウ材の下方に位置する部位および前記キャップにおける前記ロウ材の上方に位置する部位の少なくとも一方に金属層を形成するとともに、隣接する前記デバイス単位のそれぞれに形成された前記金属層同士を互いに電気的に接続させたことを特徴とする。

また、本発明の多数個取り電子装置の金属層は、前記ベースまたは前記キャップの中央部に位置するもの同士が互いに電気的に接続され、前記ベースまたは前記キャップの外周部に位置するもの同士が前記中央部に位置する各金属層と電気的に絶縁された状態で互いに電気的に接続されていることを特徴とする。

さらに、本発明の多数個取り電子装置の製造方法は、前記ベースに前記ロウ材を介して前記キャップを載置する工程と、前記金属層に電流を流して前記金属層を発熱させることにより前記ロウ材を溶融して前記ベースと前記キャップとを接合する工程とを具備することを特徴とする。

最後に、本発明の多数個取り電子装置の製造方法は、前記ベースに前記ロウ材を介して前記キャップを載置する工程と、前記ベースまたは前記キャップの中央部に位置する金属層に電流を流して該中央部側の金属層を発熱させることにより前記ベースと前記キャップとを中央部において接合させた後に、前記ベースまたは前記キャップの外周部に位置する金属層に電流を流して該外周部側の金属層を発熱させることにより前記ベースと前記キャップとを外周部において接合させる工程とを具備することを特徴とする。

本発明の多数個取り電子装置によれば、ベースにおけるロウ材の下方に位置する部位およびキャップにおけるロウ材の上方に位置する部位の少なくとも一方に金属層を形成するとともに、隣接するデバイス単位のそれぞれに形成された金属層同士を互いに電気的に接続させているため、この金属層に外部から適正な電流を流すことで、金属層を加熱させて、金属層の上方または下方に位置するロウ材を溶融させ、ベースとキャップとをロウ材によって接合させることができる。その結果、ベースとキャップおよびデバイスをロウ材の融点以上のリフロー炉などに入れることなく、局所的な加熱によってロウ材を溶融させるため、デバイスに高温の熱負荷をあたえることなく、信頼性の高い電子装置を得ることができる。

また、本発明の多数個取り電子装置の金属層は、好ましくは、ベースまたはキャップの中央部に位置するもの同士が互いに電気的に接続され、ベースまたはキャップの外周部に位置するもの同士が中央部に位置する各金属層と電気的に絶縁された状態で互いに電気的に接続されていることから、中央部に位置する金属層と外周部に位置する金属層とに別々に電流を流すことができる。このため、中央部に位置する金属層に電流を流してロウ材を溶融させ、ベースとキャップの中央部に位置するものをロウ材によって接合させ、その後、外周部に位置する金属層に電流を流してロウ材を溶融させ、ベースとキャップの外周部に位置するものをロウ材によって接合させることができる。また、逆に、先に外周部に位置するものをロウ材によって接合させてから、中央部に位置するものをロウ材によって接合させることができる。すなわち、ベースとキャップを大型にすれば、反りが発生しやすくなるため、一度に全てのベースとキャップをロウ材によって接合することは困難となるため、その反りの状態に合わせて、ベースとキャップの中央部と外周部の接合を分けて行うことで、大型のサイズにも容易に対応することができる。

本発明の多数個取り電子装置の製造方法によれば、ベースにおけるロウ材の下方に位置する部位またはキャップにおけるロウ材の上方に位置する部位に金属層を形成するとともに、隣接するデバイス単位のそれぞれに形成された金属層同士を互いに電気的に接続させているため、この金属層に外部から適正な電流を流すことで、金属層を加熱させて、金属層に上方または下方に位置するロウ材を溶融させ、ベースとキャップとをロウ材によって接合させることができる。その結果、ベースとキャップおよびデバイスをロウ材の融点以上のリフロー炉などに入れることなく、局所的な加熱によってロウ材を溶融させるため、デバイスに高温の熱負荷をあたえることなく、信頼性の高い電子装置を得ることができる。

また、本発明の多数個取り電子装置の製造方法によれば、金属層は、好ましくは、ベースまたはキャップの中央部に位置するもの同士が互いに電気的に接続され、ベースまたはキャップの外周部に位置するもの同士が中央部に位置する各金属層と電気的に絶縁された状態で互いに電気的に接続されていることから、中央部に位置する金属層と外周部に位置する金属層とに別々に電流を流すことができる。このため、中央部に位置する金属層に電流を流してロウ材を溶融させ、ベースとキャップの中央部に位置するものをロウ材によって接合させ、その後、外周部に位置する金属層に電流を流してロウ材を溶融させ、ベースとキャップの外周部に位置するものをロウ材によって接合させることができる。また、逆に、先に外周部に位置するものをロウ材によって接合させてから、中央部に位置するものをロウ材によって接合させることができる。すなわち、ベースとキャップを大型にすれば、反りが発生しやすくなるため、一度に全てのベースとキャップをロウ材によって接合することは困難となるため、その反りの状態に合わせて、ベースとキャップの中央部と外周部の接合を分けて行うことで、大型のサイズにも容易に対応することができる。

本発明の多数個取り電子装置を図１に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の多数個取り電子装置のキャップをはずした状態での実施の形態の一例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の多数個取り電子装置のキャップを取着した状態での断面図である。この図１において１は基板、２は基板１に形成され、基板１の表裏を電気的に導通させる導体柱、３は基板１の表面に形成される金属層で、この金属層３は、例えば密着金属層、拡散防止層および主導体層が順次積層されてなる。４は金属層３の上面に形成されたロウ材で、５はＭＥＭＳ技術などで形成されたデバイスで、６は基板１の裏面に形成される電極である。７は上記部材を含むベースである。また８は板体、９は板体８に形成された凹部、１０は板体８に形成される金属層で、１１はこれらからなるキャップである。

基板１は、例えば表面に酸化膜を形成したシリコンが好ましい。シリコンであれば、ＭＥＭＳ技術などを用いてデバイス５を形成しやすい。また、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，ガラスセラミックス，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体等のセラミックスや、石英、ダイヤモンド、サファイア、立方晶窒化硼素などをもちいてもよい。

導体柱２は、基板１にブラスト法やドライエッチング法などで貫通穴を形成し、スパッタリング法などによって下地層を形成し、その後めっき法などによって貫通穴を充填してなる。導体柱２の材料は導通抵抗が小さく、熱伝導がよく、かつめっきで容易に形成できる銅（Ｃｕ）を主成分とするものがよいが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、などもよい。基板１にシリコンを用いた場合は、貫通穴形成後、熱酸化やＣＶＤ法などによってＳｉＯ_２膜を形成して、基板１の絶縁性を確保する必要がある。

金属層３は、メタライズ法やめっき法、薄膜形成法などによって形成された金属から成り、微細化という観点からは薄膜形成法により形成された金属であるのがよい。このような薄膜形成法によって形成された金属層３としては、例えば、基板１との密着性を良好にするための密着金属層、密着金属層と主導体層との間で金属成分が拡散するのを防止するための拡散防止層、および電気導電性を良好にする主導体層が順次積層されてなるものが用いられる。

密着金属層は、例えばチタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），アルミニウム（Ａｌ），ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金または窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等のうち少なくとも１種類から成るのがよい。また拡散防止層は、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），Ａｌ，ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＴｉ−タングステン（Ｗ）合金等のうち少なくとも１種類から成るのがよい。さらに主導体層は、例えば、Ｃｕ、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等のうち少なくとも１種類から成るのがよい。なお、主導体層がＣｕのように表面が酸化して光反射率が低下しやすい金属からなる場合は酸化防止のために、例えばＣｕの場合、Ｎｉ,Ａｕ等のめっきを表面に形成した方がよい。

密着金属層の厚さは0.01〜0.2μｍ程度が良い。0.01μｍ未満では、基板１の上面に密着金属層を強固に密着させることが困難となる傾向にあり、0.2μｍを超えると、密着金属層の成膜時の内部応力によって密着金属層の剥離が生じ易くなる。

また、拡散防止層の厚さは0.05〜１μｍ程度が良く、0.05μｍ未満ではピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たしにくくなる傾向にあり、１μｍを超えると成膜時の内部応力により拡散防止層の剥離が生じ易くなる。

さらに、主導体層の厚さは0.1〜５μｍ程度が良い。0.1μｍ未満では、電気抵抗が大きくなる傾向にあり、５μｍを超えると成膜時の内部応力により主導体層の剥離を生じ易くなる。また、Ａｕは貴金属で高価であることから、低コスト化の点で薄く形成することが好ましい。

金属層３の上部に形成されるロウ材４は、薄膜形成技術によって得られる金スズ（ＡｕＳｎ）や銀スズ（ＡｇＳｎ）等が好ましい。ロウ材の厚さは0.5〜20μｍ程度が良く、0.5μｍ未満ではベース７とキャップ１１を良好に接合できにくくなる傾向にあり、２０μｍを超えるとパターン加工がうまくできにくくなる傾向にあり、またコスト的にもできるだけ薄い方が好ましい。

デバイス５は、ＭＥＭＳ技術などで形成される、センサやフィルタなどの機能を有するものである。電極６は、メタライズ法やめっき法、薄膜形成法などによって形成された金属から成り、微細化という観点からは薄膜形成法により形成された金属であるのがよい。

薄膜の場合、金属層３と同様の膜構成がよい。

一方、キャップ１１の板体８は、ベース７と同じ材料を使用した方が熱膨張係数が一致するため、良好な接続が可能となり好ましい。板体８にシリコンを用いた場合、凹部９は、異方性エッチング法で精度よく形成できる。またドライエッチング法やブラスト法などによって形成することもできる。またセラミックスを用いた場合は、事前に鋳型によって、凹部を形成した後に焼結させて形成することも可能である。板体８の表面に形成する金属層１０は、ベース７に形成する金属層３と同様のもので形成される。板体８にシリコンを用いた場合は、ＳｉＯ_２等の絶縁膜を形成し、板体８の絶縁を確保する必要がある。

ベース７とキャップ１１を図１（ｂ）のように重ね合わせて、ベース７に形成された金属層３に電流を流すことで、金属層３を加熱させ、その熱によって金属層３の上部に形成されたロウ材４を溶融させる。例えば、ロウ材４に金スズを用いた場合は、金スズの融点である２８０℃に対して、おおよそ２８０℃から３００℃に金属層３が加熱されれば、ロウ材４は溶融する。溶融したロウ材４により、キャップ１１の金属層１０とベース７の金属層３とが接合され、電子装置が完成する。従来の特許文献２に述べられているような全ての部材を加熱してベース７とキャップ１１を接合する方法では、デバイス５にも少なくとも３００℃の熱が負荷されるが、本発明の方法によれば、電極層３およびロウ材４の付近だけに熱を加えることができるため、デバイス５には熱負荷がなく、かつ一括に多数個取りで電子装置を形成できるため、信頼性が高く、量産性に優れ、コストの安い電子装置を得ることができる。

かくして、上記多数個取り電子装置を図２に示す分割線Ｌで個々のデバイス単位に分割することにより隣接する金属層３同士の電気的接続を切断し、複数の電子装置が完成する。

次に、本発明の多数個取り電子装置において、ベース７またはキャップ１１の中央部に位置するもの同士が互いに電気的に接続され、ベース７またはキャップ１１の外周部に位置するもの同士が中央部に位置する各金属層と電気的に絶縁された状態で互いに電気的に接続されていることを特徴とする多数個取り電子装置について図２に基づいて説明する。

この図２は、ベース７の平面図で、キャップ１１と接合する面を示している。この図２において、記載した数字は、図１と同一のものを示している。電極層３は、ベース７の中央部に位置するものを３ａとして、ベース７の外周部に位置するものを３ｂとしている。

電極層３は、電気的な導通が中央部と外周部の２つに少なくとも分かれており、それぞれ独立して電流を流すことが可能となり、電極層中央部３ａのロウ材を先に溶融させ、ベースとキャップを接合させ、その後、電極層外周部３ｂのロウ材を溶融させて、ベースとキャップを溶融させることができる。またその逆が可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことは何等差し支えない。具体的には、キャップ１１側にロウ材４を形成してもよい。また、キャップ１１側の金属層１０の隣接するもの同士を互いに電気的に接続してもよい。さらに本例においては、図２のように金属層を中央部に位置するもの（金属層３ａ）と外周部に位置するもの（金属層３ｂ）の２つのグループに分けたが、中央部または外周部の金属層３ａ，３ｂをさらに複数のグループの分けてもよい。

本発明の多数個取り電子装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ａ）はキャップをはずした状態の図、（ｂ）はキャップを取着した図である。 本発明の多数個取り電子装置の実施の形態の他の例を示す平面図である。

符号の説明

１ ：基板
３，３ａ，３ｂ ：金属層
４ ：ロウ材
５ ：デバイス
７ ：ベース
８ ：板体
１１ ：キャップ

Claims (4)

1. 基板上に複数のデバイスが形成されたベースと、該ベース上で前記複数のデバイスのそれぞれを平面視で取り囲むように配置されたロウ材を介して、前記複数のデバイスを覆うように前記ベースに接合されたキャップとを含み、前記ベースをデバイス単位に切断することにより個々の電子装置に分割するための多数個取り電子装置であって、前記ベースにおける前記ロウ材の下方に位置する部位および前記キャップにおける前記ロウ材の上方に位置する部位の少なくとも一方に金属層を形成するとともに、隣接する前記デバイス単位のそれぞれに形成された前記金属層同士を互いに電気的に接続させたことを特徴とする多数個取り電子装置。
2. 前記金属層は、前記ベースまたは前記キャップの中央部に位置するもの同士が互いに電気的に接続され、前記ベースまたは前記キャップの外周部に位置するもの同士が前記中央部に位置する各金属層と電気的に絶縁された状態で互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の多数個取り電子装置。
3. 請求項１または請求項２記載の多数個取り電子装置の製造方法であって、前記ベースに前記ロウ材を介して前記キャップを載置する工程と、前記金属層に電流を流して前記金属層を発熱させることにより前記ロウ材を溶融して前記ベースと前記キャップとを接合する工程とを具備することを特徴とする多数個取り電子装置の製造方法。
4. 請求項２記載の多数個取り電子装置の製造方法であって、前記ベースに前記ロウ材を介して前記キャップを載置する工程と、前記ベースまたは前記キャップの中央部に位置する金属層に電流を流して該中央部側の金属層を発熱させることにより前記ベースと前記キャップとを中央部において接合させた後に、前記ベースまたは前記キャップの外周部に位置する金属層に電流を流して該外周部側の金属層を発熱させることにより前記ベースと前記キャップとを外周部において接合させる工程とを具備することを特徴とする多数個取り電子装置の製造方法。

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