JP2007305856A - 封止構造及び該封止構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャップと基板とを接合しての封止構造の形成の際に、真空中で加熱をする場合やキャップの熱伝導率が小さい場合であっても、接合部の加熱を短時間で行うことができ、接合工程におけるタクト短縮を実現する封止構造及び該封止構造の製造方法を提供すること。
【解決手段】基板１と中間部材２とが第一の接合部１７を介して接合され、上記中間部材２とキャップ３とが第二の接合部１９を介して接合されることにより形成される封止空間１５を具備する封止構造１２であって、上記中間部材２の熱伝導率の値は、上記基板１の熱伝導率及び上記キャップ３の熱伝導率の何れの熱伝導率よりも大きい値であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子デバイス及びＭＥＭＳデバイス等を封止する為の封止構造及び該封止構造の製造方法に関する。

従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子をパッケージ内に収納し、且つ透光性ガラス板から成るガラスキャップで気密封止する方法として、例えば特許文献１に開示されている技術が知られている。

図１４（ａ）は、特許文献１に開示された気密封止構造を構成するガラスキャップ１００の上面図であり、図１４（ｂ）は同断面図である。図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、特許文献１に開示された気密封止構造を構成するガラスキャップ１００には、接着剤層２００が設けられている。そして、例えば上記ガラスキャップ１００と、ＣＣＤ等の固体撮像素子を収納する為のセラミックパッケージ（不図示）とを接合させる場合には、上記ガラスキャップ１００における上記接着剤層２００を含む接着面を、上記セラミックパッケージに対して押圧しながら真空中にて加熱し、且つ窒素（Ｎ_２）ガスを封入しながら上記接着剤層２００を硬化させる。上記特許文献１に開示されている技術によれば、このようにして気密封止構造を形成する。
特公平５-３７５０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、加熱を真空中にて行うことに起因して、以下の問題点が生じる。すなわち、真空中の加熱においては対流加熱が困難である為、大気中における加熱に比較して、より多くの加熱時間を要する。つまり、上記特許文献１に開示されている技術では、タクト短縮が困難となる。また、たとえ上記ガラスキャップ１００を、上記接着剤層２００の硬化の為にボンディングツールを利用した熱伝導で加熱した場合であっても、熱伝導率が小さいガラスキャップ１００を介して熱を伝導させて接着剤層を加熱することになるので、いずれにしろタクト短縮が困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、キャップ（例えば上記ガラスキャップ１００に対応）と基板（例えば上記セラミックパッケージに対応）とを接合して封止構造を形成する際に、真空中で加熱をする場合やキャップの熱伝導率が小さい場合であっても、接合部の加熱を短時間で行うことができ、接合工程におけるタクト短縮を実現する封止構造及び該封止構造の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による封止構造は、基板と中間部材とが第一の接合部を介して接合され、上記中間部材とキャップとが第二の接合部を介して接合されることにより形成される封止空間を具備する封止構造であって、上記中間部材の熱伝導率の値は、上記基板の熱伝導率及び上記キャップの熱伝導率の何れの熱伝導率よりも大きい値であることを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による封止構造の製造方法は、あらかじめ上記第一の接合部を介して接合された上記基板と上記中間部材とから成る部材に、上記キャップを上記第二の接合部を介して接合する封止工程を具備することを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様による封止構造の製造方法は、第１の態様による封止構造の製造方法であって、あらかじめ上記第二の接合部を介して接合された上記キャップと上記中間部材とから成る部材に、上記基板を上記第一の接合部を介して接合する封止工程を具備することを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第４の態様による封止構造の製造方法は、第１の態様による封止構造の製造方法であって、上記基板と上記中間部材とを上記第一の接合部を介して接合し且つ上記中間部材と上記キャップとを上記第二の接合部を介して接合する封止工程を具備することを特徴とする。

本発明によれば、キャップと基板とを接合して封止構造を形成する際に、真空中で加熱をする場合やキャップの熱伝導率が小さい場合であっても、接合部の加熱を短時間で行うことができ、接合工程におけるタクト短縮を実現する封止構造及び該封止構造の製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の封止構造の実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る封止構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態においては、基板１と中間部材２（本発明に特有の部材であり、その詳細については後述する）とを、及び、該中間部材２とキャップ３とを、それぞれ接合することで、デバイス６（例えば小型光偏向器）を中に封入した封止空間１５を形成する。

ここで、上記デバイス６と上記基板１とをはんだ７ではんだ接合する為に、ダイボンド用薄膜８が、上記基板１及び上記デバイス６の表面のうち当該接合に関わる面に形成されている。換言すれば、上記デバイス６は、上記封止空間１５内にて上記ダイボンド用薄膜８とはんだ７とで、上記基板１に接合されている。なお、本実施形態においては、上記デバイス６は大気圧よりも低い圧力（以下“真空”と呼ぶ）である雰囲気中、すなわち真空に保持された封止空間１５にて封止されている状態であるとする。なお、上記封止空間１５内の圧力は真空に限定されない。

ところで、上記基板１と上記中間部材２とは、第一の接合部１７を介して接合されており、上記該中間部材２とキャップ３とは、第二の接合部１９を介して接合されている。以下、上記第一の接合部１７及び第二の接合部１９について説明する。

まず、上記第一の接合部１７とは、上記基板１と上記中間部材２とを接合する為の金属薄膜である第一金属薄膜９と第二金属薄膜１０、及びはんだ５からなる部分である。ここで、上記第一金属薄膜９は上記中間部材２における接合面４ｂに通常の半導体プロセスにより形成されており、上記第二金属薄膜１０は上記基板１における接合面４ａに通常の半導体プロセスにより形成されている。すなわち、これら第一金属薄膜９及び第二金属薄膜１０は、上記基板１と上記中間部材２とを、はんだ５による十分な密着性を有して（封止構造１２を形成し得る）はんだ接合する為の薄膜である。

なお、上記中間部材２が例えば金属バルクから成る場合には、上記第一金属薄膜９及び第二金属薄膜１０を形成しない構成でも良い。この場合、金属薄膜形成の工程を行わずに済む。

また、上記中間部材２と上記第一金属薄膜９または第二金属薄膜１０とが同様の金属から成る場合であっても、上記中間部材２と上記第一金属薄膜９または第二金属薄膜１０とは、あくまで別個の部材であるとする。

一方、上記第二の接合部１９とは、上記中間部材２における接合面４ｃと上記キャップ３における接合面４ｄとを陽極接合して形成した接合部である。なお、このような接合を実現する方法の一例として、本実施形態では上記キャップ３の母材として陽極接合が可能なガラス、例えばパイレックスガラス（登録商標）を用いる。これにより、上記中間部材２における接合面４ｃと上記キャップ３における接合面４dとを陽極接合することができる。

なお、上記基板１には、上記封止空間１５と外界１６との間を電気的に繋ぐ貫通配線（不図示）が設けられている。

ところで、上記基板１、上記中間部材２、上記キャップ３は、全て気体を透過しない材質、即ち封止構造を形成するのに適した材質の母材から成っている。そして、本発明に特有の部材である上記中間部材２の母材としては、その熱伝導率が上記基板１の母材の熱伝導率及び上記キャップ３の母材の熱伝導率の双方共より大きい値である母材が選択されている。

ここで本実施形態においては、上記基板１の母材としてアルミナ（熱伝導率：２１［Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１］）、上記中間部材２の母材としてシリコン（熱伝導率：１６８［Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１］）、上記キャップ３の母材としてパイレックスガラス（登録商標）（熱伝導率：１.１［Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１］）が選択されている。

以下、図２（ａ）乃至（ｃ）を参照して、本実施形態に係る封止構造１２の製造工程を説明する。なお、接合の詳細については上述した通りであるので、ここでは工程の流れを中心に説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、上記第一金属薄膜９が形成された上記中間部材２と上記キャップ３とを陽極接合する（工程１−１）。次に、図２（ｂ）に示すように、上記第二金属薄膜１０が形成された上記基板１と上記デバイス６とをダイボンディングにより接合する（工程１−２）。そして、上記基板１と上記中間部材２とを真空雰囲気下においてはんだ５で接合する（工程１−３）。

なお、上記工程１−３においては、上記基板１と上記中間部材２とを密着させる為に、上記第一金属薄膜９と上記第二金属薄膜１０との間に、全周に渡って隙間なくはんだ５を挿入する。その後、ボンディングツール１１を上記中間部材２に接触させて加熱し、上記ボンディングツール１１の熱を、上記中間部材２から上記第一金属薄膜９、はんだ５、及び第二金属薄膜１０へ熱伝導させる。

そして、上記はんだ５の温度が上記はんだ５の融点以上の温度となり溶解した後に上記ボンディングツール１１による加熱を止め、上記はんだ５の温度が上記はんだ５の融点未満となった時点で、上記中間部材２と上記基板１との接合が完了する。このようにして、上記封止空間１５が真空雰囲気である封止構造１２を得る。

以上説明したように、本実施形態によれば、キャップ３と基板１とを接合して封止構造１２を形成する際に、真空中で加熱をする場合やキャップ３の熱伝導率が小さい場合であっても、上記第一の接合部１７の加熱を短時間で行うことができ、接合工程におけるタクト短縮を実現する封止構造及び該封止構造の製造方法を提供することができる。

より具体的には、上記工程１−３から、下記の（効果１）乃至（効果３）を得ることができる。

（効果１） 上記ボンディングツール１１からの熱は、上記基板１及び上記キャップ３よりも熱伝導率が高い中間部材２から、上記第一の接合部１７を介して上記基板１及び上記第二の接合部１９を介して上記キャップ３へ熱伝導する。ここで、上記基板１及び上記キャップ３の熱伝導率は、上記中間部材２の熱伝導率よりも小さい値であるので、上記ボンディングツール１１からの熱は、上記基板１と上記キャップ３には熱伝導されにくい。すなわち、上記ボンディングツール１１からの熱は、上記第一の接合部１７及び上記第二の接合部１９に伝導しやすい。換言すれば、上記第一の接合部１７及び上記第二の接合部１９以外へ熱が逃げることが少ない。

したがって、上記中間部材２の母材を上記基板１の母材であるアルミナや上記キャップ３の母材であるパイレックスガラスとする場合や、上記中間部材２という概念がない従来の技術に比べて、上記第一の接合部１７への熱伝導速度は速くなる。すなわち、上記第一の接合部１７をより短時間で所望の温度にすることができる。つまり、上記工程１−３をより短時間で完了することができるので、タクト短縮及び生産性の向上を実現出来、より安価に商品を提供することできる。

（効果２） 上述したように、上記ボンディングツール１１からの熱は、上記中間部材２の熱伝導率よりも熱伝導率の小さな上記基板１へは伝わりにくい。したがって、上記ボンディングツール１１からの熱が、上記基板１を介した熱伝導で上記デバイス６に伝わり、上記デバイス６が加熱されてしまうことを防ぐことができる。このことは、上記デバイス６が、熱で性能が劣化する可能性がある電子デバイスやＭＥＭＳデバイス等である場合や、低温で接合する必要がある電子デバイスやＭＥＭＳデバイス等である場合に、接合時の熱により性能を劣化させることがないという効果を生む。

（効果３） 上述したように、上記ボンディングツール１１からの熱は、上記中間部材２の熱伝導率よりも熱伝導率が小さい上記キャップ３へは伝わりにくい。したがって、上記キャップ３が加熱されにくい。すなわち、例えば上記キャップ３における上記中間部材２が接合された面に、熱により性能が劣化する光学薄膜等が成膜されている場合には、熱による光学薄膜の性能の劣化を防ぐことができる。なお、この場合には、陽極接合でキャップ３を加熱する上記工程１−１よりも後に、上記光学薄膜を成膜するのが好ましい。

以上の（効果１）乃至（効果３）の他に、上記封止空間１５を真空雰囲気にする場合であって、対流がほとんど起こらなく、対流による熱伝導が期待できない状況下での接合であっても、上記第一の接合部１７を効率良く加熱することができる。なお、上記封止空間１５が真空となるようにすれば、上記デバイス６が例えば小型光偏向器の場合、大気中の水分による劣化防止という効果に加え、共振駆動させる場合の大気による減衰が大気中より小さくなるという効果を生じるので、同じ駆動力でも偏向角を大きくすることができる。

また、上記キャップ３の母材として光を透過できるガラスを用いるので、上記デバイス６は、上記キャップ３を介して外界１６と光の授受を行うことができる。さらに、上記キャップ３の母材にガラスを用いていることで、アウトガスが発生しにくい封止空間１５を形成する上で好ましい効果も生じる。なお、上記はんだ５も、加熱の際にアウトガスが発生しにくく、封止空間１５を形成する接合に用いる材料としては好ましい。

なお、上記基板１は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように平板状であるので、上記工程１−２（図２（ｂ）参照）において上記基板１に上記デバイス６をダイボンダ（不図示）でダイボンディングする際に、ダイボンディングする為のツール（不図示）のＸ−Ｙ方向の大きさが上記基板１より大きい場合であっても、上記基板１に上記ダイボンディングする為のツール（不図示）が接触等して実装できなくなるという不具合が生じない。すなわち、上記工程１−２において使用するダイボンディングする為のツールの大きさが制限されない為（ダイボンディングする為のツールの設計自由度が高くなる為）、ダイボンディングする為のツールに係るコストの削減及び短納期化が可能となり、その結果当該封止構造の生産性が向上する。なお、ここでＸ方向とは紙面に対して左右方向であり、Ｙ方向とは紙面に対して垂直方向である。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る封止構造を示す図である。ここで、上記第１実施形態に係る封止構造と本第２実施形態に係る封止構造との大きな相違点は、上記中間部材２の外寸Ｌ_２が、上記キャップ３の外寸Ｌ_３よりも大きい点である。これにより、同図に示すように、本実施形態に係る封止構造１２に特有の領域Ａが形成される。

このような本実施形態に係る封止構造１２を製造する方法としては、上記第１実施形態における上記工程１−１及び上記工程１−２の後、上記工程１−３の代わりに図４に示す工程２−３を行う。上記工程１−３と上記工程２−３との相違点は、上記工程２−３においては図４に示すように、ボンディングツール２０を中間部材２のキャップ３からはみ出した領域である上記領域Ａに当接する点である。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態に係る封止構造及び該封止構造の製造方法による効果の上に、以下のような効果を奏する封止構造及び該封止構造の製造方法を提供することができる。すなわち、本実施形態に係る封止構造及び該封止構造の製造方法によれば、上記領域Ａが存在するので、上記領域Ａに対して一般的な接合装置で容易に上記ボンディングツール２０を当接することができる。

なお、上記一般的な接合装置とは、ボンディングツールにて接合時に接合部に与える荷重（荷重の向きは重力の向き）の時間変化及び温度の時間変化を制御して接合を行う為の装置のことである。

当該接合時に接合部に与える荷重の時間変化及び温度の時間変化は、はんだ付けによる接合の成否を決める要素の一つである。

ところで、本実施形態に係る封止構造及び該封止構造を製造する方法では、上記領域Ａを上記ボンディングツール２０の当接面として利用することで、上述のはんだ付けによる接合の成否を決める要素を容易に制御できるようになる。例えば、上記領域Ａの幅（面積）を設計することで、上述のはんだ付けによる接合の成否を決める要素の制御を容易にできる。

以下、本実施形態に係る封止構造及び該封止構造を製造する方法に特有の効果をより詳しく説明していく。

（効果１） 上記領域Ａの存在により、上記一般的な接合装置で、上記ボンディングツール２０を容易に上記中間部材２に対して当接することができるようになる。すなわち、上記ボンディングツール２０を上記中間部材２に対して当接するのに、特別な装置を新たに用意する必要がない。

（効果２） なお、接合性、封止性、及び信頼性が良好なはんだ付けによる接合部を得るためには、上述のはんだ付けによる接合の成否を決める要素が重要となる。よって、接合時に当該接合部に与える荷重の時間変化と温度の時間変化とが、最適に制御されることが好ましい。そして、本実施形態においては、ボンディングツール２０が上記領域Ａを加熱し且つ押圧することで接合時に上記接合部に与える温度と荷重とを、上記一般的な接合装置により容易且つ正確に制御することができる。すなわち、本実施形態によれば、接合性、封止性、及び信頼性の良好なはんだ付けによる接合部を有する封止構造及び該封止構造を製造する方法が実現する。

（効果３） 上記（効果２）で述べたように、接合時に接合部に与える荷重を最適に制御することにより、接合性、封止性、及び信頼性の良好なはんだ付けによる接合部を有する封止構造が得られるのだが、上記（効果２）の効果を得る為には、上記接合部がはんだ付けによる接合の場合に限定されない。つまり、はんだの代わりに、例えば熱硬化性接着剤、フリットガラス等を用いた場合も、接合性、封止性、及び信頼性の良好な接合部を有する封止構造を得るために、接合時に当該接合部に与える荷重の時間変化と温度の時間変化とが最適に制御されることが好ましい。そして、本実施形態によれば、それが実現する。

（効果４） 上記ボンディングツール２０から上記領域Ａの単位幅（単位面積）当たりに熱伝導される熱量が一定である場合、上記領域Ａの幅（面積）を設計することにより、単位時間当たりに接合部へ熱伝導する熱量を変えることができる（大きくすることができる）。したがって、上記中間部材２の表面（側面）における上記ボンディングツール２０を当接する為の面積が、所望の熱伝導をさせるのに要する面積よりも小さい場合であっても、上記領域Ａの存在により、接合部を所望の時間内に所望の温度に到達させることができる。つまり、接合部を所望の温度に所望の時間内に到達するようにすることができる。これにより、上記ボンディングツール２０から上記領域Ａの単位幅（単位面積）当たりへ熱伝導する熱量を上記一般的な接合装置の改良などで増加させることなく、接合工程をより短時間で完了することができる。つまり、タクト短縮及び生産性の向上が実現し、より安価に製品を提供することができる。さらに、上記領域Ａの幅（面積）を設計することにより、上記（効果２）で述べた荷重の時間変化と温度の時間変化の制御範囲も拡がる。

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態に係る封止構造を示す図である。ここで、上記第１実施形態に係る封止構造と本第３実施形態に係る封止構造との大きな相違点は、以下の三点である。すなわち、
（１）上記接合面４ｃに第三金属薄膜１３が形成されている。なお、該第三金属薄膜の構成及び機能は、上記第一金属薄膜９におけるそれらと同様である。

（２）上記接合面４dに第四金属薄膜１４が形成されている。なお、該第四金属薄膜の構成及び機能は、上記第一金属薄膜９におけるそれらと同様である。

（３）はんだ５ｂで第三金属薄膜１３と第四金属薄膜１４とが接合され、該接合により上記中間部材２と上記キャップ３とが接合されている。

なお、上記はんだ５ｂ、上記第三金属薄膜１３、及び上記第四金属薄膜１４から成る接合部は、上記第１実施形態及び上記第２実施形態における第二の接合部１９に対応するので、以降第二の接合部１９Ａと称する。

以下、本実施形態に係る封止構造の製造工程を、図６（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。なお、接合の詳細については上述した通りであるので、ここでは工程の流れを中心に説明する。

まず、図６（ａ）に示すように上記基板１と上記第三金属薄膜１３の形成された上記中間部材２とを、上述したように上記はんだ５で接合する（工程３−１）。次に、図６（ｂ）に示すように、上記基板１と上記デバイス６とを上記はんだ７でダイボンディングする（工程３−２）。そして、図６（ｃ）に示すように、上記第四金属薄膜１４の形成された上記キャップ３と上記中間部材２とを、真空雰囲気において上記はんだ５bで接合する（工程３−３）。この工程３−３にて封止空間１５が真空雰囲気である封止構造１２を得る。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下のような効果を奏する封止構造及び該封止構造の製造方法を提供することができる。

まず、本実施形態によれば、上記工程１−３による上記（効果１）乃至（効果３）と同様の効果を始めとして、上述した第１実施形態による効果と同様の効果を奏する封止構造及び該封止構造の製造方法を提供することができる。

さらに、上記封止空間１５の内部を真空雰囲気にする為に、真空雰囲気下で上記基板１と上記キャップ３とを接合しなくてはならなく、対流による熱伝導が期待できない場合であっても上記第二の接合部１９Ａを効率良く加熱することができる。

また、本実施形態においては、上記キャップ３を上記中間部材２に接合する為に図６（ｃ）に示すＸ−Ｙ方向（図６（ｃ）参照）のアライメントを行う際に、上記キャップ３と上記デバイス６とが接触することはない。なお、ここでＸ方向とは紙面に対して左右方向であり、Ｙ方向とは紙面に対して垂直方向である。これは、上記中間部材２の存在による。すなわち、本実施形態によれば、接触防止機構等を具備した接合装置を用いなくても、誤った接触により上記デバイス６を傷つけることがない。

ところで、上記基板１と上記中間部材２とを接合する上記はんだ５と、上記基板１と上記キャップ３とを接合する上記はんだ５ｂとに、互いに異なるはんだ合金を用いることで以下の効果が生まれる。

すなわち、例えば上記基板１と上記キャップ３とを接合する上記はんだ５ｂの融点よりも、上記基板１と上記中間部材２とを接合する上記はんだ５の融点が高くなるように、上記はんだ５ｂ及び上記はんだ５に用いるはんだ合金を選択すれば、上記工程３−３において、上記工程３−１で接合した上記基板１と上記中間部材２とを接合した上記はんだ５が融解してしまうことを防ぐことができる。

なお、上記基板１と上記中間部材２との接合に関しては、上記封止空間１５を形成可能に接合できるのであれば、必ずしも上記中間部材２と上記キャップ３との接合に用いた方法と同様の方法を用いる必要はない。

［第４実施形態］
以下、図７（ａ）乃至（ｃ）を参照して、本実施形態に係る封止構造１２の製造工程を説明する。なお、上記第３実施形態に係る封止構造と本第４実施形態に係る封止構造とは同様の構成を採るが、その製造工程が異なる。

まず、図７（ａ）に示すように、上記基板１と上記デバイス６とを、上記はんだ７で接合する（工程４−１）。次に、図７（ｃ）に示すように、上記第二金属薄膜１０の形成された上記基板１と上記第一金属薄膜９の形成された上記中間部材２と、及び上記第三金属薄膜１３の形成された上記中間部材２と上記第四金属薄膜１４の形成された上記キャップ３とを、真空雰囲気中において上記ボンディングツール１１を上記中間部材２に接触させ、上記はんだ５で一括して接合する（工程４−２）。なお、上記工程４−２にて、上記基板１と上記中間部材２と、及び上記中間部材２と上記キャップ３とを一括して接合する直前の各構成部品の位置関係は、図７（ｂ）に示すような状態となっている。このようにして、本実施形態においては、上記第３実施形態に係る封止構造１２を得る。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記第３実施形態による効果と同様の効果を奏する上に、上記第３実施形態による製造工程よりも少ない工程で当該封止構造を製造することができる。

以上、第１実施形態乃至第４実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。以下、適宜図面を参照して変形例を説明していく。

［第１変形例］
上述した全ての実施形態において、上記基板１の母材、上記中間部材２の母材、及び上記キャップ３の母材の線膨張率がほぼ等しい値となるように設計した場合、接合工程における加熱時に、上記封止構造１２に歪みが生じにくくなる。

なお、このような効果を生じさせる上記基板１の母材、上記中間部材２の母材、及び上記キャップ３の母材の組み合わせとして、以下の二例を挙げる。

＜組み合わせ例１＞
中間部材２の母材；シリコン（Ｓｉ）（熱伝導率：１６８ Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１、線膨張率：３.５×１０^-６ Ｋ^-１ ０-２２７ ℃）
基板１及びキャップ３の母材；パイレックスガラス（熱伝導率：１.１ Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１、線膨張率：３.２５×１０^-６ Ｋ^-１ ０-３００ ℃）
＜組み合わせ例２＞
中間部材２の母材；コバール（熱伝導率：１９.７ Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１、線膨張率：約４〜５×１０^-６ Ｋ^-１）
基板１の母材；ムライト（熱伝導率：５ Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１、線膨張率：５.０〜５.８×１０^-６ Ｋ^-１）
キャップ３の母材；パイレックスガラス（熱伝導率：１.１ Ｗ・ｍ^-１・Ｋ^-１、線膨張率：３.２５×１０^-６ Ｋ^-１ ０-３００ ℃）。

［第２変形例］
上述した全ての実施形態において、封止構造１２の形成を完了する封止工程（第１実施形態における工程１−３；第２実施形態における工程２−３；第３実施形態における工程３−３；第４実施形態における工程４−２）における接合は、はんだによる接合とした。なお、上記封止工程で封止空間１５が形成される。しかしながら、封止することができ且つ加熱することによって接合する方法であれば、はんだによる接合に限定されることはない。

すなわち、はんだによる接合の代わりに、例えば熱硬化型接着剤による接合、フリットガラスによる接合、金属の固相拡散接合等を挙げることが出来る。ここで、上記熱硬化型接着剤による接合を用いる場合は、上記第一金属薄膜９及び第二金属薄膜１０を形成する必要がない。また、フリットガラスは接合工程においてアウトガスが発生しにくいので封止構造の形成に用いる材料として好ましい。なお、フリットガラスによる接合の場合は、必要に応じて、封止構造の形成に十分な接合ができるよう上記第一金属薄膜９及び上記第二金属薄膜１０、さらには第三金属薄膜１３及び第四金属薄膜１４を形成する。そして、金属の固相拡散接合による場合も、接合工程においてアウトガスが発生しにくいので封止構造の形成には好ましい。また、金属の固相拡散接合は、熱硬化型接着剤などの接合する為の部材を別途用意する必要がないので、製造時における接合する為の部材等の供給方法、適切な供給量、及び保管方法等を考慮する必要がない。なお、金属の固相拡散接合の場合にも、必要に応じて封止構造の形成に十分な接合ができるよう上記第一金属薄膜９及び第二金属薄膜１０、さらには第三金属薄膜１３及び第四金属薄膜１４を形成する。

［第３変形例］
上記第２実施形態においては上記中間部材２の外寸Ｌ_２を、上記キャップ３の外寸Ｌ_３より大きくした。しかしながら、上記第２実施形態と同様の効果を得る為には、上記中間部材２の外寸を、上記基板１と上記キャップ３のうち少なくともいずれか一方より大きくすればよい。

すなわち、図８に示すように、上記中間部材２の外寸Ｌ_２を上記基板１の外寸Ｌ_１より大きくすることでも上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、図９に示すように、上記中間部材２の外寸Ｌ_２を上記基板１の外寸Ｌ_１及び上記キャップ３の外寸Ｌ_３の双方共よりも大きくしても上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

そして、例えば上記中間部材２の外寸を上記基板１の外寸より大きくする場合には、図４に示す上記工程２−３は、図１０に示すようになる。すなわち、本変形例によれば、上記第２実施形態と同様に、上記ボンディングツール２０を当接する為の領域が形成され、上記中間部材２に対して図１０に示すようなボンディングツールの当接を行うことができる。

［第４変形例］
上記第３変形例における“上記中間部材２の外寸を、上記基板１と上記キャップ３のうち少なくともいずれか一方より大きくする”という構成を、上記第３実施形態、上記第４実施形態、上記の各変形例、及び後述する各変形例に適用してもよい。

［第５変形例］
上記キャップ３の材質は、ガラスに限定されない。すなわち、上記封止構造１２を形成することができるような材質であれば良い。例えば、上記キャップ３の材質として、光を通さないセラミクス及びプラスチック等を用いても勿論よい。これらセラミクス及びプラスチックを用いた場合は、ガラスに比較して特別な製法によらなくても衝撃に比較的強い等の作用効果を得る。

なお、上記キャップ３として光を透過するプラスチックを用いる場合は、当該封止構造１２中に封止されたデバイス６と外界１６とは、上記キャップ３を介して光の授受を行うことができる。さらに本第５変形例によれば、上記キャップ３として、レンズが形成されたキャップ、特に非球面レンズやレンズをアレイ状に並べられたキャップ等の生産性を比較的高めることができる。

［第６変形例］
また、上記第１実施形態乃至第４実施形態において、上記デバイス６と上記基板１とのダイボンディングは、はんだ７によるダイボンディングに限定されない。すなわち、上記デバイス６と上記基板１とを接合する方法は、上記デバイス６が上記基板１から外れるようなことがなければ、どのような方法によってもよい。ただ、アウトガスが発生しにくいような方法が好ましい。また、熱によりデバイス６が機能劣化する可能性がある場合に限っては、比較的低温による接合が望ましい。

［第７変形例］
上記第１実施形態においては、上記デバイス６として小型光偏向器を例に挙げたが、上記デバイス６としては、小型光偏向器に限定されない。例えば、上記デバイス６としては、１軸、２軸、３軸の加速度センサや角加速度センサ等、封止すると性能や信頼性が向上するデバイスを挙げることができる。

さらに、上記キャップ３を、光を透過する部材にすれば、上記デバイス６として、封止すると性能や信頼性が向上し且つ外界１６との光の授受を行う必要があるデバイス、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子及び可変形状鏡等を挙げることができる。

［第８変形例］
また、上記第１実施形態乃至上記第４実施形態においては、一つの封止構造１２に対して一つの上記デバイス６を封入することを想定したが、上記デバイス６の個数は一つに限定されない。なお、一つの封止構造１２に対して複数個の上記デバイス６を封入する場合は、互いに異なる種類のデバイスが混在しても勿論よい。例えば、一つの封止構造１２に対して小型光偏向器と加速度センサを一つずつ封入してもよい。

［第９変形例］
上記第１実施形態乃至上記第４実施形態においては、上記基板１を一つの母材で構成していると想定した。しかしながら、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、上記基板１を複数の母材で構成してもよい。なお、この場合には、本発明の特徴の一つである“中間部材２の熱伝導率を基板１の熱伝導率よりも高くする”ことについては、上記中間部材２の熱伝導率と、複数の母材で構成された上記基板１のうち上記中間部材２に接する母材である基板１ａの熱伝導率とについて実現しなければならない。また、外寸の設計に関しても、上記中間部材２の外寸と上記基板１ａの外寸とを比較するなどして設計すればよい。

なお、図１１（ａ）及び（ｂ）に関しては、本変形例の特徴部に焦点を当てる為に、上記基板１、上記中間部材２、及び上記キャップ３以外の構成部材については省略して図示した。

［第１０変形例］
上記第１実施形態乃至上記第４実施形態においては、上記キャップ３を一つの母材で構成していると想定した。しかしながら、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、上記キャップ３を複数の母材で構成してもよい。なお、この場合には、本発明の特徴の一つである“中間部材２の熱伝導率をキャップ３の熱伝導率よりも高くする”ことについては、上記中間部材２の熱伝導率と、複数の母材で構成された上記キャップ３のうち上記中間部材２に接する母材であるキャップ３ａの熱伝導率とについて実現しなければならない。また、外寸の設計に関しても、上記中間部材２の外寸と上記キャップ３ａの外寸とを比較するなどして設計すればよい。

なお、図１２（ａ）及び（ｂ）に関しては、本変形例の特徴部に焦点を当てる為に、上記基板１、上記中間部材２、及び上記キャップ３以外の構成部材については省略して図示した。

［第１１変形例］
上記第１実施形態乃至上記第４実施形態においては、上記中間部材２を一つの母材で構成していると想定した。しかしながら、図１３に示すように、上記中間部材２を複数の母材で構成してもよい。なお、この場合には、本発明の特徴の一つである“中間部材２の熱伝導率を基板１の熱伝導率よりも高くする”ことについては、複数の母材で構成された上記中間部材２のうち上記基板１に接する母材である中間部材２ａの熱伝導率と、上記基板１の熱伝導率とについて実現しなければならない。また、本発明の特徴の一つである“中間部材２の熱伝導率をキャップ３の熱伝導率よりも高くする”ことについては、複数の母材で構成された上記中間部材２のうち上記キャップ３に接する母材である中間部材２ｂの熱伝導率と、上記キャップ３の熱伝導率とについて実現しなければならない。

なお、外寸の設計に関しても、上記基板１の外寸と上記中間部材２ａの外寸とを比較し、上記キャップ３の外寸と上記中間部材２ｂの外寸とを比較するなどして設計すればよい。

また、図１３に関しては、本変形例の特徴部に焦点を当てる為に、上記基板１、上記中間部材２、及び上記キャップ３以外の構成部材については省略して図示した。

［第１２変形例］
また、上記はんだ５及び上記はんだ５ｂは、上記封止構造１２を形成することができれば合金の種類は問わないが、鉛フリーはんだを用いることが環境に配慮する上で好ましい。

さらに言えば、特に上記デバイス６が熱で機能劣化する可能性がある場合には、鉛共晶はんだよりも融点が低いはんだである鉛フリーはんだを用いることが好ましく、例としては錫（Ｓｎ）とビスマス(Ｂｉ)とから成るはんだ、あるいはそれらに鉛(Ｐｂ)以外の金属例えば銀（Ａｇ）をさらに加えたはんだや、錫（Ｓｎ）とインジウム(Ｉｎ)とから成るはんだ、あるいはそれらに鉛(Ｐｂ)以外の金属例えば銀（Ａｇ）をさらに加えたはんだ等を挙げることができる。このようなはんだを用いることで、上記デバイス６として、熱で性能が劣化する可能性があり低温で接合する必要がある電子デバイスやＭＥＭＳデバイス等を用いる場合に、接合時の熱により上記デバイス６の性能を劣化させずに接合することができる。

［第１３変形例］
さらに、上記はんだ７についても、特に合金の種類は問わないが、鉛フリーはんだを用いることが環境に配慮する上で好ましい。

さらに言えば、特に上記デバイス６が熱で機能劣化する可能性がある場合には、鉛共晶はんだよりも融点が低いはんだである鉛フリーはんだを用いることが好ましく、例としては錫（Ｓｎ）とビスマス(Ｂｉ)とから成るはんだ、あるいはそれらに鉛(Ｐｂ)以外の金属例えば銀（Ａｇ）をさらに加えたはんだや、錫（Ｓｎ）とインジウム(Ｉｎ)とから成るはんだ、あるいはそれらに鉛(Ｐｂ)以外の金属例えば銀（Ａｇ）をさらに加えたはんだ等を挙げることができる。このようなはんだを用いることで、上記デバイス６として、熱で性能が劣化する可能性があり低温で接合する必要がある電子デバイスやＭＥＭＳデバイス等を用いる場合に、接合時の熱により上記デバイス６の性能を劣化させずに接合することができる。

［第１４変形例］
上記第一金属薄膜９、上記第二金属薄膜１０、上記第三金属薄膜１３、及び上記第四金属薄膜１４は、１層の薄膜に限定されない。すなわち、これら金属薄膜として、例えば３層から成る金属薄膜として、クロム（Ｃｒ）薄膜とニッケル(Ｎｉ)薄膜と金(Ａｕ)薄膜とを積層して構成された金属薄膜を用いてもよい。

［第１５変形例］
上記封止空間１５を、大気中の酸素濃度よりも低い酸素濃度に保持（換言すれば酸素成分に関してのみ真空状態に保持）してもよい。このようにすることで、上記デバイス６の劣化（酸化）防止をすることができる。

本変形例によれば、例えば上記デバイス６が真空雰囲気下では所望の駆動をしない、または機能しないデバイスである場合に、上記デバイス６の所望の動作の実現及び上記デバイス６の酸化による機能劣化を発生しにくくすることができる。

さらに、上述した実施形態及び変形例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。

本発明の第一実施形態に係る封止構造を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る封止構造の製造工程を示す図。（ａ）は、工程１−１を示す図。（ｂ）は、工程１−２を示す図。（ｃ）は、工程１−３を示す図。 本発明の第２実施形態に係る封止構造を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る封止構造の製造工程の工程２−３を示す図。 本発明の第３実施形態に係る封止構造を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る封止構造の製造工程を示す図。（ａ）は、工程３−１を示す図。（ｂ）は、工程３−２を示す図。（ｃ）は、工程３−３を示す図。 本発明の第４実施形態に係る封止構造の製造工程を示す図。（ａ）は、工程４−１を示す図。（ｂ）は、封止工程（工程４−２）の直前の各構成部品の位置関係を示す図。（ｃ）は、工程４−２を示す図。 本発明の第３変形例に係る封止構造を示す断面図。 本発明の第３変形例に係る封止構造を示す断面図。 本発明の第３変形例に係る封止構造の製造工程を示す図。 本発明の第９変形例に係る封止構造を示す断面図。 本発明の第１０変形例に係る封止構造を示す断面図。 本発明の第１１変形例に係る封止構造を示す断面図。 （ａ）は特許文献１に開示された気密封止構造を構成するガラスキャップの上面図、（ｂ）は同側面図。

符号の説明

１…基板、２，２ａ，２ｂ…中間部材、３，３ａ…キャップ、４ｂ，４ａ，４ｃ，４ｄ…接合面、５，５ｂ…はんだ、６…デバイス、７…はんだ、８…ダイボンド用薄膜、９…第一金属薄膜、１０…第二金属薄膜、１１…ボンディングツール、１２…封止構造、１３…第三金属薄膜、１４…第四金属薄膜、１６…外界、２０…ボンディングツール。

Claims (17)

1. 基板と中間部材とが第一の接合部を介して接合され、上記中間部材とキャップとが第二の接合部を介して接合されることにより形成される封止空間を具備する封止構造であって、
   上記中間部材の熱伝導率の値は、上記基板の熱伝導率及び上記キャップの熱伝導率の何れの熱伝導率よりも大きい値であることを特徴とする封止構造。
2. 上記キャップは、光を透過する部材であることを特徴とする請求項１に記載の封止構造。
3. 上記中間部材の外寸は、上記基板の外寸及び上記キャップの外寸のうち少なくとも何れか一方よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の封止構造。
4. 上記基板の線膨張率の値と上記中間部材の線膨張率の値と上記キャップの線膨張率の値とが、略等しい値であることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一つに記載の封止構造。
5. 上記キャップはガラスから成ることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一つに記載の封止構造。
6. 上記中間部材はシリコンまたはコバールから成ることを特徴とする請求項５に記載の封止構造。
7. 上記第一の接合部及び上記第二の接合部うち少なくとも一方の接合部は、はんだを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一つに記載の封止構造。
8. 上記はんだは、鉛共晶はんだよりも融点が低く且つ鉛フリーのはんだであることを特徴とする請求項７に記載の封止構造。
9. 上記第一の接合部及び上記第二の接合部のうち少なくとも一方の接合部は、熱硬化型接着剤を含むことを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一つに記載の封止構造。
10. 上記第一の接合部及び上記第二の接合部のうち少なくとも一方の接合部は、フリットガラスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一つに記載の封止構造。
11. 上記第一の接合部及び上記第二の接合部うち少なくとも一方の接合部は、固相拡散接合による接合部であることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一つに記載の封止構造。
12. 上記封止空間は、大気圧よりも低い圧力に保持されていることを特徴とする請求項１乃至１１のうち何れか一つに記載の封止構造。
13. 上記封止空間は、大気中よりも酸素濃度が低い状態に保持されていることを特徴とする請求項１乃至１１のうち何れか一つに記載の封止構造。
14. 請求項１に記載の封止構造の製造方法であって、
    あらかじめ上記第一の接合部を介して接合された上記基板と上記中間部材とから成る部材に、上記キャップを上記第二の接合部を介して接合する封止工程を具備することを特徴とする封止構造の製造方法。
15. 請求項１に記載の封止構造の製造方法であって、
    あらかじめ上記第二の接合部を介して接合された上記キャップと上記中間部材とから成る部材に、上記基板を上記第一の接合部を介して接合する封止工程を具備することを特徴とする封止構造の製造方法。
16. 請求項１に記載の封止構造の製造方法であって、
    上記基板と上記中間部材とを上記第一の接合部を介して接合し且つ上記中間部材と上記キャップとを上記第二の接合部を介して接合する封止工程を具備することを特徴とする封止構造の製造方法。
17. 上記第一の接合部及び上記第二の接合部のうち、上記封止工程において形成する接合部は、はんだ、熱硬化型接着剤、フリットガラス、及び固相拡散接合のうち何れか一つによる接合であることを特徴とする請求項１４乃至１６のうち何れか一つに記載の封止構造の製造方法。

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