JP2008244244A

JP2008244244A - 電気機械装置および電気・電子機器

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Publication number: JP2008244244A
Application number: JP2007084302A
Authority: JP
Inventors: Masaya Osada; 昌也長田; Atsuto Yasui; 淳人安井; Yasushi Fukumoto; 康司福元
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】支持基板と封止基板とで接合層を介して気密封止された電気機械素子を、長期間にわたって安定して動作させることができるように、電気機械装置の信頼性の向上を図ることを可能とする。
【解決手段】電気機械素子１１が形成された第２基板（支持基板）２００と、電気機械素子１１に電気的に接続されていて第２基板２００に形成された引き出し電極１２４と、電気機械素子１１を覆うとともに電気機械素子１１との間隔ｄを保って第２基板２００に接合層２５０を介して接合された第３基板（封止基板）３００と、引き出し電極１２４に接続されていて第３基板３００内を通るように形成された配線３１０とを備え、接合層２５０は、電気機械素子１１と第３基板３００との間隔ｄを規定するとともに、第２基板２００と第３基板３００同士を接合してその間を気密封止することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、封止構造を必要とする電気機械素子を備えた電気機械装置および電気・電子機器に関する。

近年、センサやスイッチなどの機能素子を、三次元可動構造体としてシリコン（Ｓｉ）チップ上などに実現するマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）デバイスが注目されている。ＭＥＭＳデバイスは、半導体装置の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できるものである。また、その製造工程が通常の半導体装置であるＣＭＯＳデバイスなどの製造工程との共通化が図れることから、大規模集積回路（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他、消費電力を下げることができるなど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他、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。

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うことにより機能することから、駆動部の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（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）、水晶振動子などの圧電デバイス、および表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタ素子などの表面弾性波デバイスを用いたデバイス装置があげられる。

ＦＢＡＲや水晶振動子などのような圧電デバイスおよびＳＡＷフィルタ素子などの表面弾性波デバイスは、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する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空間を確保する必要がある。

これらのＭＥＭＳデバイスや、ＦＢＡＲ、水晶振動子の圧電デバイスや、ＳＡＷフィルタなどの表面弾性波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などで、必要な動作空間を確保することが行われてきた。

例えば、図３０に示すように、セラミックパッケージを用いた水晶振動子のパッケージに関する技術がある。金属プレート９０１とセラミックのハウジング９０３に予め形成された金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）合金層９０２とを接合する。たとえば金属プレート９０１はコバール材にニッケルメッキが施されてあり、ハウジング９０３に形成されている金スズ合金層９０２の下部にはコバールリング（図示せず）が配されている。これら金属プレート５０１とコバールリングとを金スズ合金層９０２でシーム溶接やレーザー溶接により、ハウジング９０３内を封止する（例えば、特許文献１参照。）。このような工程は、非常に複雑で、かつ製造コストが高いという問題がある。

また、封止形態として、セラミックパッケージを用いない方法も提案されている。例えば、ウエアレベルで封止する方法である。一例として、陽極接合やガラスフリット接合、接着接合などである。例えば、微小電子機械機構を形成した半導体基板と、この微小電子機械機構を気密封止するための絶縁基板とを枠部材を介して接合する手法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

このうち陽極接合とガラスフリット接合は４００℃以上の高温での接合が必要とされる。ＭＥＭＳデバイスにおいては、熱に非常に弱いものがあり、このような接合方法は適さないものも多い。また、接着接合は、接着剤に含まれている水分や外部環境からの水分の浸透によって完全な気密封止が不可能である。さらに、これらの接合において、ＭＥＭＳからの電気信号を取り出す必要がある。電気信号の取り出し方には、ＭＥＭＳに対向するウエハに貫通孔をあけて、電気的導通をとりながら配線を引き出す方法と、対向するウエハからその対向ウエハに予め形成された配線を表面から横向きに取り出す方法がある。

そのうち、貫通孔を用いた配線の引出し方法では、気密封止性を保持するために、貫通孔を完全にふさぐ必要があり、技術的に非常に複雑であり、また封止信頼性にも問題がある。また横向きに配線を引き出す方法においては、構造自体は簡便に作製することができるが、その構造上、気密封止が困難である。

さらに、電気機械素子（例えば、ＭＥＭＳデバイス）を形成した電気機械装置では、近年、電気機械素子の応答精度の向上要求、長時間駆動などが行なわれることから、電気機械素子の低消費電力化、電力応答性の向上が求められてきている。また、電気機械素子で消費される電力が供給不足になり、電気機械素子が正常に駆動しないため、応答時間の増加による駆動応答性能の減少や、電気特性の変化、電気機械素子領域の破壊などが起こるという問題点がある。

この問題点を解決するために、大容量のチップコンデンサを電気機械素子の近傍に実装する手法が取られているが、実装面積が大きくなるという問題点もあった（例えば、特許文献１参照。）。

また、外部より伝播してきた高周波ノイズが配線の導電体を伝わって電気機械素子内に入り込むことで、電気機械素子の電気特性の変化や電気機械素子領域の破壊などを起こすことがある。また、配線の導電体を伝播する信号に含まれる高調波ノイズが電子部品の外部に放出されやすいものとなってきていることから、電子部品の外部の近傍位置にノイズ発生源があると、絶縁基板に形成された配線の導電体を伝播する信号に電磁波ノイズが入り込み、電気機械素子に伝播されて誤動作させる、もしくは電子部品の外部の近傍位置に電磁波ノイズに対して影響を受け易い電子機器があると、電子部品より放出された高周波ノイズが電子機器に悪影響を及ぼすという問題点があった（例えば、特許文献１参照。）。

また、この問題を解決するために、電気機械素子の近傍にチップインダクタを実装する手法、プリント基板に導体パターンを用いてチップインダクタを作製する手法等が取られているが、その結果、実装面積が大きくなるという問題点があった。

特開２００５−２１２０１６号公報

解決しようとする問題点は、微小電子機械機構を形成した半導体基板と、この微小電子機械機構を気密封止するための絶縁基板とを枠部材を介して接合する手法では、微小電子機械機構と絶縁基板との間隔の規定するものがないので、電気機械素子と絶縁基板との接触による信頼性の低下をきたしていた点である。

本発明は、半導体基板の主面に形成された電気機械素子（微小電子機械機構）を容易かつ確実に封止することができるとともに、電気機械素子と絶縁基板との接触を回避できるようにして、長期間にわたって安定して動作させることができるようにする。

請求項１に係る本発明は、電気機械素子が形成された支持基板と、前記電気機械素子に電気的に接続されていて前記支持基板に形成された引き出し電極と、前記電気機械素子を覆うとともに前記電気機械素子との間隔を保って前記支持基板に接合層を介して接合された封止基板と、前記引き出し電極に接続されていて前記封止基板内を通るように形成された配線とを備え、前記接合層は、前記電気機械素子と前記封止基板との前記間隔を規定するとともに、前記支持基板と前記封止基板同士を接合してその間を気密封止することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、電気機械素子を覆うとともに電気機械素子との間隔を保って支持基板に封止基板を接合する接合層は、電気機械素子と封止基板との間隔を規定するものであるから、電気機械素子が駆動したときに絶縁基板との接触を回避できるようになっている。よって、電気機械装置は、長期間にわたって安定して動作させることができるようになる。

請求項１４に係る本発明は、機械的な動作空間を有する電気機械装置を搭載した電子機器において、前記電気機械装置は、前記機械的な動作を有する電気機械素子が形成された支持基板と、前記電気機械素子に電気的に接続されていて前記支持基板に形成された引き出し電極と、前記電気機械素子を覆うとともに前記電気機械素子との間隔を保って前記支持基板に接合層を介して接合された封止基板と、前記引き出し電極に接続されていて前記封止基板内を通るように形成された配線とを備え、前記接合層は、前記電気機械素子と前記封止基板との前記間隔を規定するとともに、前記支持基板と前記封止基板同士を接合してその間を気密封止することを特徴とする。

請求項１４に係る本発明では、本発明の電機機械装置を備えたことから、電気機械素子が駆動されても電気機械素子が気密封止する封止基板に接触することがない電気機械装置の提供が可能となる。

請求項１に係る本発明によれば、支持基板と封止基板とで接合層を介して気密封止された電気機械素子を、長期間にわたって安定して動作させることができるようになるので、電気機械装置の信頼性の向上を図ることができるという利点がある。

請求項１４に係る本発明によれば、本発明の電機機械装置を備えたため、電気機械素子が駆動されても電気機械素子が気密封止する封止基板に接触することがないので、電気機械装置を搭載した電気・電子機器の信頼性の向上を図ることができるという利点がある。

請求項１に係る本発明の電気機械装置の一実施の形態（第１実施例）を、図１の概略構成断面図および図２に示した図１における電気機械装置の背面図によって説明する。

図１および図２に示すように、第２基板（支持基板）２００には第１基板１００上に形成された電気機械素子１１が備えられている。上記第１基板１００は、例えばシリコン基板で形成され、上記第２基板２００は、例えば絶縁基板からなり、セラミックス基板、ガラス基板等で形成されている。または、上記第２基板２００には、シリコン基板上に絶縁層を形成した基板を用いることもできる。上記第２基板２００には、上記電気機械素子１１に電気的に接続されている引き出し電極１２４が形成されている。この引き出し電極１２４には、後に説明する配線３１０に接続する電極パッド（もしくはバンプ、以下電極パッドとして説明する）３２２が配置されている。

また、上記第２基板２００には、上記電気機械素子１１を覆うとともに上記電気機械素子１１との間隔ｄを保って、接合層２５０を介して接合された第３基板（封止基板）３００が形成されている。上記接合層２５０は、上記第２基板２００と上記第３基板３００の対抗する面に形成された金属膜２５１、２５２同士を接合させたものからなり、チップの最外周に配置されている。この接合層２５０は、上記電気機械素子１１と上記第３基板３００との上記間隔ｄを規定するとともに、上記第２基板２００と上記第３基板３００同士を接合してその間を気密封止している。これによって、上記電気機械素子１１が第２基板２００と第３基板３００との間に気密封止される。上記間隔ｄは接合層２５０の厚さｔにより規定されるので、接合層２５０の厚さを変えることで、上記電気機械素子１１と上記第３基板３００との間隔ｄを変えることができる。

このように第２基板２００の周囲に金属膜２５１、２５２からなる接合層２５０を形成すると、第２基板２００が例えばセラミックス基板で形成されている場合のように、シリコン基板からなる第１基板１００との熱膨張差により第２基板２００が反りを生じることがある。この反りは、電気機械素子１１の振動子（図示せず）とそれぞれに対向した検出電極（図示せず）のギャップにバラつきを生じさせる懸念がある。この反りを防止するために、第２基板２００の上記配線３１０の引き出し電極１２４とを接続する電極パッド３２２と接合層２５０との間にスリット２４０が形成されている。上記スリット２４０が形成されていることによって、金属膜２５１、２５２からなる接合層２５０で封止した際、熱膨張差によるひずみで第２基板２００が反ったとしても、スリット２４０があるため、電気機械素子１１への影響はなくなる。

上記引き出し電極１２４には、上記電極パッド３２２を介して上記第３基板３００内を通るように形成された配線３１０の一端が接続され、その配線３１０の他端は、第３基板３００の裏面（上記電気機械素子１１とは反対側の面）に引き出され、電極パッド（もしくはバンプ、以下電極パッドとして説明する）３１２が形成されている。

さらに、上記第３基板３００の上記電気機械素子１１とは反対側の面には、溝３１４が形成されている。この溝３１４には、図示はしていないが、図示していない配線の端部が接続された電極パッド３１２の一部が形成されている。そして、上記溝３１４の内部には、上記電極パッド３１２に接続するように、上記電気機械素子１１を駆動するための回路素子や受動素子等の素子２１が配設されている。上記素子２１の数は単数の場合もあり、また複数の場合もある。

次に、上記第１実施例の気密封止方法について説明する。

第３基板３００を電気機械素子１１を覆うような形状に加工する。第３基板３００には、例えばセラミックス基板を用い、例えば５０μｍ〜１００μｍ厚のグリーンシートを積層して形成される。電気機械素子１１が被覆される部分に凹部３０５を形成するように、くり貫いた加工をすれば、上記凹部３０５の形成は容易である。セラミック基板は、Ｓｉとの熱膨張係数を合わせた低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）が適当である。

上記第１実施例の電気機械装置１は、センサ信号を取り出すための配線がフレーム１２１の外側に取り出される構造を有している。すなわち、電気機械素子１１自身は第２基板２００と金属接合されているフレーム部１２１以外は、引き出し電極１２４を取り出す構造となっているため、取り出し穴が開いている。よって電気機械素子１１自身での気密封止はできない。

第３基板３００には、電気機械素子１１と第３基板３００との間隔ｄを制御する金属膜２５１を形成し、第２基板２００のまわりを覆うように金属膜２５２で覆う。金属膜２５２は、Ａｕ−Ｓｎの共晶金属を用いる。Ａｕ−Ｓｎは約２８０℃で液状化し第２基板２００の周りを隙間なく（気密性高く）埋めることができる。これにより、Ａｕ−Ｓｎ被覆により、電気機械素子１１は第２基板２００と第３基板３００との間で完全に気密封止される。このようにすることで、金属膜２５１で間隔ｄを規定し、金属膜２５２で気密封止する。なお、金属膜２５１と金属膜２５２は逆にしてもよい。

上記説明においては、Ａｕ−Ｓｎを用いたが、Ａｕ単膜でも同様の効果が得られる。また、ＡｕとＴｉ、ＡｕとＣr、ＡｕとＮｉ、ＡｕとＣｕ、ＡｕとＰｔとＣr、ＡｕとＰｔとＴｉ、ＡｕとＮｉとＣr、ＡｕとＮｉとＴｉ、ＡｕとＣｕとＣr、ＡｕとＣｕとＴｉなどの積層膜でも同様である。さらにＡg−Ｓｎ−Ｃｕなどのはんだ材でも同様の効果がある。

また、上記第１実施例では、一つの電気機械素子１１に対する封止形態を説明したが、本実施例では、ウエハ上に同様のパターンを複数個形成し、第３基板３００もウエハで第２基板２００に対して被せることができ、ウエハレベルの気密封止が可能である。もちろん、素子単体での封止ができることは言うまでもない。

すなわち、上記電気機械装置１は、ウエハレベルでＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは表面弾性波デバイス等の電気機械素子１１を第１基板１００に作製し、電気機械素子１１の信号は、対向基板である第２基板２００に対向する第３基板３００に予め形成された配線３１０を通じて、第３基板３００の表面から横方向もしくは表面から裏面に取り出す。そして電気機械素子１１が形成されている第１基板１００を覆うような構造を有する第３基板３００を、その電気機械素子１１が形成されている第２基板２００に接合層２５０を介して封止する構造をとるものである。

このような構造を有することにより、特に、接合層２５０が上記電気機械素子１１と上記第３基板３００との上記間隔ｄを規定するとともに、上記第２基板２００と上記第３基板３００同士を接合してその間を気密封止している。また、第３基板３００に形成された配線３１０によって、電気機械素子１１が形成されている第１基板１００と対向する第２基板２００との配線取出しを簡便に行うことができる。また、予め、気密封止する前に電気機械素子１１をウエハレベルで作りこむことができるので、良品チップの選定が容易にできる。

さらに、第３基板３００に低温同時焼成基板（ＬＴＣＣ）基板を用いることにより、電気機械素子１１を形成している第２基板２００との熱膨張係数を同等レベルに合わせることができるため、第２基板２００の反りを低減化することが可能となり、電気機械素子１１の特性のばらつきの抑制ができる。

また、気密封止されていない電気機械素子１１に対して、第３基板３００を被せて、金属膜２５１、２５２で第２基板２００と第３基板３００の周りを接合することにより、Ｓｉやガラスに対して複雑な貫通孔配線を用いることなく、容易に気密封止素子を実現できる。よって、従来のセラミックパッケージを用いないため、セラミックパッケージで封止するよりも、パッケージコストを削減でき、かつ小型でかつ低背な電気機械装置１の形成が可能となる。

また、第１基板１００と、第１基板１００の表面に形成された電気機械素子１１とその電気機械素子１１に電気的に接続された各電極等が形成されている微小機械部品領域を、チップレベルないしは、ウエハレベルで形成する際、電気機械素子１１が形成されている面、もしくは上記微小機械部品が形成されている上記第３基板３００の面とは反対側の面に対して、該微小機械部品を動作させるための、少なくともひとつの回路素子もしくは受動素子等の素子２１、もしくは上記素子２１を複数個形成し、それらの素子２１が、第３基板３００内の配線３１０により、第３基板３００内部を通して上記各電極等と接続することで、電気機械素子１１の機密封止が可能となっている。すなわち、電気機械素子１１を機密封止するとともに、一つの電気機械装置１に複数の回路素子、受動素子等の素子２１を搭載することが可能になる。

さらに第３基板３００を接合する前に、引き出し電極１２４がウエハレベルで形成されているため、ウエハテストによる良品選定が可能となり、素子選別が飛躍的に早く行うことができる。

次に、本発明の電気機械装置の一実施の形態（第２実施例）を、図３の概略構成断面図および図４に示した図３における電気機械装置２の背面図によって説明する。

また、上記第２基板２００には、上記電気機械素子１１を覆うとともに上記電気機械素子１１との間隔ｄを保って、接合層２５０を介して接合された第３基板（封止基板）３００が形成されている。上記接合層２５０は、電気機械素子１１と第３基板３００との間隔を規定する間隔制御層２６０と、第２基板２００と第３基板３００同士を気密封止する封止接合層とからなり、上記間隔制御層２６０は、上記第２基板２００と上記第３基板３００の対抗する面に形成された金属膜２６１、２６２同士を接合させた固相接合層からなる。また上記封止接合層２７０は、上記第２基板２００と上記第３基板３００の対抗する面に形成されたはんだ層２７１、２７２同士を接合させたはんだ接合からなる。また固相接合ははんだ接合より低い温度で接合されている。

上記接合層２５０は、固相接合からなる間隔制御層２６０よりはんだ接合からなる封止接合層２７０のほうが外側に形成されている。このように、気密性の高いはんだ接合層が外側にあることで、機密性がより高められる。

上記接合層２５０の間隔制御層２６０は、上記電気機械素子１１と上記第３基板３００との上記間隔ｄを規定するとともに、上記接合層２５０の気密封止層２７０は、上記第２基板２００と上記第３基板３００同士を接合してその間を気密封止している。これによって、上記電気機械素子１１が第２基板２００と第３基板３００との間に気密封止される。上記間隔ｄは接合層２５０の厚さｔにより規定されるので、間隔制御層２６０の厚さを変えることで、上記電気機械素子１１と上記第３基板３００との間隔ｄを変えることができる。また、気密封止層２７０を間隔制御層２６０より軟らかいはんだ層で、かつ気密封止層２７０を間隔制御層２６０より厚く形成することで、第２基板２００と第３基板３００とに圧力をかけて接合する際に、間隔制御層２６０で間隔ｄを規定し、気密封止層２７０で気密封止が容易に行えるようになっている。

また、このように第２基板２００の周囲に金属膜２５１、２５２からなる接合層２５０を形成すると、第２基板２００が例えばセラミックス基板で形成されている場合のように、シリコン基板からなる第１基板１００との熱膨張差により第２基板２００が反りを生じることがある。この反りは、電気機械素子１１の振動子（図示せず）とそれぞれに対向した検出電極（図示せず）のギャップにバラつきを生じさせる懸念がある。この反りを防止するために、第２基板２００の上記配線３１０の引き出し電極１２４とを接続する電極パッド３２２と接合層２５０との間にスリット２４０が形成されている。上記スリット２４０が形成されていることによって、金属膜２５１、２５２からなる接合層２５０で封止した際、熱膨張差によるひずみで第２基板２００が反ったとしても、スリット２４０があるため、電気機械素子１１への影響はなくなる。

さらに、上記第３基板３００の上記電気機械素子１１とは反対側の面には、溝３１４が形成されている。この溝３１４には、図示していない配線の端部が接続された電極パッド３１２の一部が形成されている。そして、上記溝３１４の内部には、上記電極パッド３１２に接続するように、上記電気機械素子１１を駆動するための回路そしや受動素子等の素子２１が配設されている。上記素子２１の数は単数の場合もあり、また複数の場合もある。

次に、上記第２実施例の気密封止方法について説明する。

第３基板３００は電気機械素子１１を覆うような形状に加工される。第３基板３００には、例えばセラミックス基板を用い、例えば５０μｍ〜１００μｍ厚のグリーンシートを積層して形成される、電気機械素子１１が被覆される部分に凹部３０５を形成するように、くり貫いた加工をすれば、上記凹部３０５の形成は容易である。セラミック基板は、Ｓｉとの熱膨張係数を合わせた低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）が適当である。

第３基板３００と第２基板２００の周囲には、電気機械素子１１と第３基板３００との間隔ｄを制御する金属膜２６１、２６２と、気密封止層２７０のはんだ層２７１、２７２を形成する。はんだ層２７１、２７２は、Ａｕ−Ｓｎの共晶金属を用いる。Ａｕ−Ｓｎは約２８０℃で液状化し基板２００の周りを隙間なく埋めることができる。

金属膜２６１、２６２は、Ａｕ単膜を用いる。また、ＡｕとＴｉ、ＡｕとＣｒ、ＡｕとＮｉ、ＡｕとＣｕ、ＡｕとＰｔとＣｒ、ＡｕとＰｔとＴｉ、ＡｕとＮｉとＣｒ、ＡｕとＮｉとＴｉ、ＡｕとＣｕとＣｒ、ＡｕとＣｕとＴｉなどの積層膜でも同様である。また、Ｃｕ単膜、Ａｌ単膜、Ｃｕ、Ａｌを表面とする積層膜も同様である。このように、金属膜２６１、２６２は、Ａｕ、またはＡｕを含む化合物、または少なくともＡｕを含む積層膜を用いることができる。また、金属膜２６１、２６２は、Ｃｕ、またはＣｕを含む化合物、または少なくともＣｕを含む積層膜を用いることができる。

上記Ａｕ−Ｓｎにより、第２基板２００と第３基板３００との間に電気機械素子１１は完全に気密封止される。基板同士の接合は加圧しながら、はんだ層２７１、２７２が溶融する温度をかけて接合を行う。このとき同時に金属膜２６１、２６２同士も接合するように加熱・加圧処理を行う。また、金属膜２６１、２６２は低温・低荷重で接合するために、表面活性化処理を行った後、接合を行ってもよい。

上記金属膜２６１、２６２は表面活性化処理を行うことで、２００℃以下で接合する。また、上記はんだ層２７１、２７２は溶融する２００℃以上のリフロー処理で接合を行う。

すなわち、上記電気機械装置２は、ウエハレベルでＭＥＭＳデバイスまたは圧電デバイスまたは表面弾性波デバイス等の電気機械素子１１を第１基板１００に作製し、電気機械素子１１の信号は、対向基板である第２基板２００に対向する第３基板３００に予め形成された配線３１０を通じて、第３基板３００の表面から横方向もしくは表面から裏面に取り出す。そして電気機械素子１１が形成されている第１基板１００を覆うような構造を有する第３基板３００を、その電気機械素子１１が形成されている第２基板２００に接合層２５０を介して封止する構造をとるものである。

このような構造を有することにより、特に、接合層２５０が金属膜２６１，２６２による間隔制御層２６０で上記電気機械素子１１と上記第３基板３００との上記間隔ｄを規定するとともに、半田層２７１、２７２の気密封止層で上記第２基板２００と上記第３基板３００同士を接合してその間の気密封止を保持することができる。また、第３基板３００に形成された配線３１０によって、電気機械素子１１が形成されている第１基板１００と対向する第２基板２００との配線取出しが簡便に行うことができる。また、予め、気密封止する前に電気機械素子１１をウエハレベルで作りこむことができるので、良品チップの選定が容易にできる。

また、有機基板への２次実装においても、リフロー温度で半田接合の気密封止層２７０が溶融しても、金属の固相接合の間隔制御層２６０が変化しないため、上記間隔ｄは一定に保たれる。また、間隔制御層２６０がはんだに対してダムのような構造となり、気密封止も保持することが可能となる。

次に、本発明の電気機械装置の一実施の形態（第３実施例）を、図５の概略構成断面図および図６に示した図５における電気機械装置３の背面図および図７に示した図５における電気機械装置３の第２基板の概略レイアウト図によって説明する。

図５〜図７に示すように、第３実施例の電気機械装置３は、前記第２実施例において、第２基板２００に第３基板３００の機能を持たせたものであり、シリコンからなる第１基板１００に形成された電気機械素子１１を気密封止するように、第１基板１００のフレーム部１２１と第２基板２００の最外周に接合層２５０を形成したものである。よって、前記第１、第２実施例のように、引き出し電極（図示せず）がフレーム部１２１の外側に引き出されないので、第１基板１００とフレーム部１２１と接合層２５０と第２基板２００とで、電気機械素子１１を気密封止できる。したがって、この場合、第２基板２００が封止基板となり、第１基板１００が支持基板となっている。

また、第２基板２００に前記第２実施例で説明した配線３１０、電極パッド３１２、３２２等が形成されている。また第２基板２００の裏面側に溝３０５が形成され、その溝３０５内電極パッド３２２の一部を介して回路素子、受動素子等の素子２１が接続、配置されている。また上記接合層２５０の構成は、前記第２実施例と同様である。

上記接合層２５０は、電気機械素子１１と第２基板２００との間隔を規定する間隔制御層２６０と、第１基板１００のシリコン層からなるフレーム部１２１と第２基板２００同士を気密封止する封止接合層２７０とからなり、上記間隔制御層２６０は、シリコン層からなるフレーム部１２１と第２基板２００の対抗する面に形成された金属膜２６１、２６２同士を接合させた固相接合層からなる。また上記封止接合層２７０は、シリコン層からなるフレーム部１２１と第２基板２００の対抗する面に形成されたはんだ層２７１、２７２同士を接合させたはんだ接合からなる。また固相接合ははんだ接合より低い温度で接合されている。

上記接合層２５０の間隔制御層２６０は、上記電気機械素子１１と上記第２基板２００との上記間隔ｄを規定するとともに、上記接合層２５０の気密封止層２７０は、上記第２基板２００と上記第２基板２００同士を接合してその間を気密封止している。これによって、上記電気機械素子１１が第１基板１００と第２基板２００との間に気密封止される。上記間隔ｄは接合層２５０の厚さｔにより規定されるので、間隔制御層２６０の厚さを変えることで、上記電気機械素子１１と上記第３基板３００との間隔ｄを変えることができる。また、気密封止層２７０を間隔制御層２６０より軟らかいはんだ層で、かつ気密封止層２７０を間隔制御層２６０より厚く形成することで、第１基板１００と第２基板２００とに圧力をかけて接合する際に、間隔制御層２６０で間隔ｄを規定し、気密封止層２７０で気密封止が容易に行えるようになっている。

次に、本発明の電気機械装置の一実施の形態（第４実施例）を、図８の概略構成断面図によって説明する。

図８に示すように、第４実施例の電気機械装置４は、前記第２実施例において、第３基板３００に形成した凹部３０５を、第３基板３００の電気機械素子１１に対向する面に形成したもので、第２実施例で説明した回路素子や受動素子等の素子２１が上記凹部３０５に形成されているものである。そして、配線３１０に接続される電極パッド３２２の一部は凹部３０５内に形成されている。

このように形成することで、上記第２実施例で得られる効果とともに、素子２１も気密封止できるので、素子の信頼性の確保が可能になるという利点がある。

次に、本発明の電気機械装置の一実施の形態（第５実施例）を、図９の概略構成断面図によって説明する。

図９に示すように、第５実施例の電気機械装置５は、前記第２実施例において、第３基板３００に形成した凹部３０５を形成せず、第２実施例で説明した回路素子や受動素子等の素子２１を第２基板２００に形成したものである。そして、素子２１に接続する配線（図示せず）は、第２基板２００に形成される電気機械素子１１の電極２１０と同一層で形成されている。なお、図示していないが、素子２１と配線との接続は、バンプもしくは電極パッドを介して行う。

このように形成することで、素子２１も気密封止できるので、素子の信頼性の確保が可能になるという利点がある。

次に、前記図１、図２等によって説明した電気機械素子１１について、詳細を図１０の平面レイアウト図、図１１に示した図１０中のＡ−Ａ’線断面図、図１２に示した図１０中のＢ−Ｂ’線断面図、図１３に示した図１０中のＣ−Ｃ’線断面図、図１４の第２基板の平面レイアウト図、図１５の電極の要部レイアウト図によって説明する。図１１〜図１６では、電気機械素子の一例として、慣性センサである角速度センサの一例を示した。

図１１〜図１４に示すように、慣性センサ１は、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２を並行に備えている。例えば、第１振動子１０１−１を駆動側振動子とし、第２振動子１０１−２を励振側振動子とする。この第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２はともに矩形の薄膜からなり、一例としてシリコンで形成されている。

上記第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とは、互いに向かい合う側の角部が弾性支持体１０２−５、１０２−６とによって接続されている。この弾性支持体１０２−５、１０２−６は、各中央部でそれぞれが支持部１０３−５、１０３−６に支持固定されている。また、第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２とは反対側の角部分は、弾性支持体１０２−１、１０２−２の一端側によって支持されている。また弾性支持体１０２−１、１０２−２の他端側は、それぞれ支持部１０３−１、１０３−２に支持固定されている。また、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１とは反対側の角部分は、弾性支持体１０２−３、１０２−４の一端側によって支持されている。また弾性支持体１０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部１０３−３、１０３−４に支持固定されている。上記弾性支持体１０２−１〜６は、それぞれが例えば板バネで構成され、例えばシリコンからなる。上記支持部１０３−１〜６は、それぞれ第１基板１００上に形成されている。したがって、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２は弾性支持体１０２−１〜６によって支持されていて、第１基板１００に対して完全に浮動状態に配置されている。

ここで、図１５を参照して電極の要部を説明する。上記支持部１０３−１から弾性支持体１０２−１、第１振動子１０１−１、弾性支持体１０２−２を通り支持部１０３−２に至るもので、この第１振動子１０１−１を電磁駆動させるための電極１０８−１が絶縁膜１０７を介して配設されている。同様に、上記支持部１０３−３から弾性支持体１０２−３、第１振動子１０１−２、弾性支持体１０２−４を通り支持部１０３−４に至るもので、電磁駆動で振動子が動作したときに発生する誘導起電力を検出するためのモニタ電極となる電極１０８−２が絶縁膜１０７を介して配設されている。また、シリコンからなる支持部１０３−５(図１に示した１０３-６も含む)に直接接続させる電極１０８−３が、絶縁膜１０７を介して弾性支持体１０２−５、１０２−６および第１、第２振動子１０１−１、１０１−２上に形成されている。

また、前記図１１〜図１４に戻って、上記第１基板１００上には、フレーム部１２１を介して第２基板（支持基板）２００が形成されている。この第２基板２００は、例えばガラス基板で形成されている。この第２基板２００の上記第１基板１００と対向する面の上記第１振動子１０１−１に対向する位置には、検出電極２１０−１が形成され、第２振動子１０１−２に対向する位置には、検出電極２１０−２が形成されている。よって、上記検出電極２１０−１は電極１０８−１に対向しており、検出電極２１０−２は電極１０８−２に対向して形成されている。

さらに、上記第２基板２００には、上記支持部１０３−１、１０３−２上の電極１０８−１に接続するもので、電極１０８−１を外部に引き出すための引き出し電極１２４−１、１２４−２がコンタクト部１２５−１、１２５−２を介して形成され、上記支持部１０３−３、１０３−４上の電極１０８−２に接続するもので、電極１０８−２を外部に引き出すための引き出し電極１２４−３、１２４−４がコンタクト部１２５−３、１２５−４を介して形成されている。同様に、電極１０８−３を外部に引き出すための引き出し電極１２４−５、１２４−６がコンタクト部１２５−５、１２５−６を介して形成されている。

また、上記検出電極２１０−１および２１０−２に接続された引き出し電極２１１−１および２１１−２も同様、フレーム部１２１の外側に引き出される。その際、フレーム部１２１および第２基板２００を接合させる。第１基板１００と第２基板２００とを接合させる際、重要なことは、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２や弾性支持体１０２−１〜１０２−６が強い静電力で引き寄せられないことである。かつ、電気機械素子１１と第２基板２００を所望のギャップを持ってウエハ全面で接合される必要がある。陽極接合においては、Ｓｉとガラスが直接接合されるため、そのギャップ制御性は良好である。しかしながら、陽極接合時に印加される電圧により振動子や弾性支持体が強い静電引力で引き寄せられるため、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２や弾性支持体１０２−１〜１０２−６が第２基板２００側に貼りついて取れなくなる可能性がある。また弾性支持体や振動子の一部が張り付くことにより、本来中空で平行に保持されるべき電気機械素子（振動子および弾性支持体を含む）１１が傾く懸念がある。

本実施例では、フレーム部１２１およびそのフレーム部１２１直上の第２基板２００にそれぞれ金属膜１５１および金属膜１５２を形成し、接合させる際、ある一定荷重を印加させることで、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２とそれぞれに対向した検出電極２１０−１および検出電極２１０−２との間隔（ギャップ）を制御し、かつ良好な接合性を得ることができる。金属膜１５１および金属膜１５２は、Ａｕ薄膜を用いる。Ａｕ薄膜の膜厚は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであればどの膜厚でも良い。５０ｎｍ以下の場合は、面内均一に成膜することが困難であり、接合強度にむらが出る。また１０００ｎｍ以上は、成膜に時間がかかるため、材料コスト、タクト短縮化を考えた場合、不必要である。また、Ａｕは単膜とは限らず、ＡｕとＴｉ、ＡｕとＣr、ＡｕとＮｉ、ＡｕとＣｕ、ＡｕとＰｔとＣr、ＡｕとＰｔとＴｉ、ＡｕとＮｉとＣr、ＡｕとＮｉとＴｉ、ＡｕとＣｕとＣr、ＡｕとＣｕとＴｉなどの積層膜を用いてもよい。またＡｕとＳｎの共晶金属などを用いてもよい。

また、第２基板２００の上記振動子１０１−１，１０１−２が形成されている側とは反対側の面には磁石４００が設けられている。なお、磁石４００は、第１基板１００の裏面側（振動子とは反対側の面）に形成することもできる。

以下に、上記電気機械素子１１である慣性センサの動作原理を説明する。

駆動側の振動子（第１振動子１０１−１）上の電極１０８−１に対してある周期を持った電流が流れる。電流は周期性を持っているので、別の時点では、流れる方向が逆になることもある。電極に電流が流れると、第２基板２００の上部に配された磁石４００からの磁界により、ローレンツ力がＸ方向に発生する。

ローレンツ力Ｆ_lorentzは、電極に流れる電流をＩ、磁束密度をＢ、電極配線の長さをＬとすると、Ｆ_lorentz＝ＩＢＬなる式で表され、配線に直交する方向にその力が誘起される。このローレンツ力は印加される電流と同じ周期性をもって振動子に印加され、駆動側の第１振動子１０１−１は、弾性支持体１０２−１、１０２−２に接続されている支持部１０３−１、１０３−２を固定点とし、周期的に運動を繰り返す。

振動モード周波数を適切に選択することにより、もう一方の第２振動子１０１−２は弾性支持体１０２−３、１０２−４に接続されている支持部１０３−３、１０３−４を固定点とし、ある位相ずれを持ちながら運動を繰り返す。その際、外部からＹ軸まわりに角速度が与えられると、振動方向に直交した方向にコリオリ力が発生する。コリオリ力Ｆ_lorentzは、振動子の質量をｍ、駆動方向の振動速度をｖ、外部から印加される角速度をΩとすると、Ｆ_lorentz＝２ｍｖΩなる式で表される。

コリオリ力で発生した変位を大きく取るためには、質量ｍ、駆動角振動数ωx、駆動変位ｘ_mを大きく取る必要がある。また電磁駆動の場合、静電駆動で必要な櫛歯電極を必要としないため、大きな変位を取ることが可能となる。

コリオリ力が発生すると振動子１０１がＺ軸方向に振動する。その際、第１、第２振動子１０１−１，１０１−２の上部にそれぞれ検出電極２１０−１、２１０−２が配置されていることで電極間に容量の変化が現れる。ここで、電圧印加の周波数はコントロールされており、第１、第２振動子１０１−１，１０１−２は逆位相でＸ方向に駆動している。このため、Ｚ方向に対しては、一方の振動子（例えば第１振動子１０１−１）は検出電極２１０−１に近づく方向に変位し、もう一方の振動子（例えば第２振動子１０１−２）は検出電極２１０−２に遠ざかる方向に振動子が変位する。その容量差分を検出することで、印加される角速度を算出する。すなわち、上記第１角速度センサ１は、Ｘ軸に駆動し、Ｙ軸周りの角速度をＺ軸方向の容量変化として検出する。なお、第１、第２振動子１０１−１，１０１−２は逆位相で振動するので、上記の逆の場合もある。

角速度が印加されたときにはそれぞれの検出電極２１０と振動子１０１間に発生する容量変化量が異なるが、加速度が印加された際には、理想的には発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。よって、加速度成分を除去できる構造となっている。

上記加速度成分を除去できることについて説明する。初期容量をＣとして、検出電極２１０−１と第１振動子１０１−１との間に生じる容量をＣ１、検出電極２１０−２と第２振動子１０１−２との間に生じる容量をＣ２として、定常状態では、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃとなるので、容量差分Ｃ１−Ｃ２＝０となり、容量差は生じていない。

次に、角速度が印加された場合には、Ｃ１＞Ｃ、Ｃ２＜Ｃ（もしくは駆動方向によってはＣ１＜Ｃ、Ｃ２＞Ｃ）となるので、容量差分｜Ｃ１−Ｃ２｜＞０となり、容量差が生じる。

次に、加速度が印加された場合には、Ｃ１＞Ｃ、Ｃ２＞Ｃ（もしくは加速度の印加方向によってはＣ１＜Ｃ、Ｃ２＜Ｃ）となり、かつＣ１＝Ｃ２であるので、容量差分｜Ｃ１−Ｃ２｜＝０となり、容量差が生じない。したがって、加速度成分は除去されることになる。

また、容量変化を読み取る際、第２基板２００側の検出電極２１０と振動子１０１間に搬送波（＋Ｖｓｉｎωｔ、−Ｖｓｉｎωｔ）を乗せ、容量変化（Ｃ１−Ｃ２）により発生した電荷を増幅器により増幅することにより実際の信号を取り出す。搬送波（＋Ｖｓｉｎωｔ、−Ｖｓｉｎωｔ）は搬送波同期検波により除去され、また駆動波に関しては、駆動同期検波によって、駆動信号そのもの、もしくは誘導起電圧などの駆動モニタ手段の周期成分で検波することにより、角速度に対応した直流信号を取り出す。

次に、電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を、図１６〜図２３の製造工程断面図によって説明する。図１６〜図２３では、前記図１０のＡ−Ａ’線にそって表記している。

図１６（１）に示すように、振動子、弾性支持体等を形成するための第１基板１００を用意する。この第１基板１００は、シリコン層１３１とシリコン層１３３との間に酸化シリコン層１３２を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いる。また、第１基板１００の下面に、次ぎの工程でアライメントマークを形成する際のマスクとなるマスク層１４１を形成する。

まず、図１６（２）に示すように、上記マスク層１４１をエッチングマスクに用いて、シリコン層１３１に、後に説明する第１、第２基板とのアライメントを行うためのアライメントマークおよびダイシングライン１３４を形成する。これは、後に説明する第１基板と第２基板との陽極接合時のアライメントおよび電気機械素子１１を切り出す際のマークとなるものである。

次に、図１６（３）に示すように、上部のシリコン層１３３を所望の膜厚となるよう基板全面にエッチングを施す。エッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウエットエッチでよく、または化学的、物理的ドライエッチでも良い。また、所望の膜厚が予めわかっているならば、そのようなＳＯＩ基板を用意しても良い。

次に、図１７（４）に示すように、金属接合のフレーム形成のため、シリコン層１３３のエッチングを行い、凹部１３５を形成する。エッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウエットエッチや化学的、物理的ドライエッチでも良い。このエッチングにおいて、振動子の膜厚および弾性支持体の膜厚が決定される。また後に述べる第２基板（検出基板）との間隔（ギャップ）を決める工程であり、そのエッチング深さでセンサ感度が決定する。本実施例においては、１μｍのエッチングを行ったが、感度に合わせて０.２〜１０μｍの掘り込みを行っても良い。

次に、図１７（５）に示すように、振動子を形成する領域上の一部および弾性支持体を形成する領域上に絶縁層１０７を形成する。絶縁層１０７は、次に形成する電極とシリコン層１３３との絶縁性を保持できるものであれば何でも良い酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や窒化シリコン（ＳｉＮ）など後で形成する。

次に、図１７（６）に示すように、絶縁層１０７上にローレンツ印加のための配線１０８−１および誘導起電力検出のための配線１０８−２および電極１０８−３を形成する。上記各配線の形成は、例えば電子ビーム蒸着により行った。本実施例においては、リフトオフ法により配線を形成したが、配線のエッチングをウエットエッチングやドライエッチングによって行っても良い。また本実施例においては、配線材料として、金、白金、クロムの３層金属材料を用いたが、金、白金、チタンの３層金属材料、金、クロムや白金、クロムまたは、金、チタンや白金、チタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。また形成方法はスパッタ法やＣＶＤ法を用いても良い。

次に図１８（７）に示すように、フレーム部１２１上に接合を行うための金属膜１５１を形成する。金属薄膜１５１は電子ビーム蒸着により金（Ａｕ）を膜厚２００ｎｍ、チタン（Ｔｉ）を膜厚５０ｎｍに形成した。上記金薄膜の膜厚は、５０〜１０００ｎｍであればどの膜厚でも良い。本実施例においては、リフトオフ法により配線を形成したが、配線のエッチングをウエットエッチングやドライエッチングによって行っても良い。また本実施例においては、配線材料として、本実施例では、配線材料として、金（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）との積層膜を用いたが、ＡｕとＣr、ＡｕとＮｉ、ＡｕとＣｕなどの二層金属材料、ＡｕとＰｔとＣr、ＡｕとＰｔとＴｉ、ＡｕとＮｉとＣr、ＡｕとＮｉとＴｉ、ＡｕとＣｕとＣr、ＡｕとＣｕとＴiなどの三層金属材料を用いてもよい。またＡｕとＳｎの共晶金属などを用いてもよい。また形成方法はスパッタ法やＣＶＤ法を用いても良い。また、今回はＳｉ上に金属膜を直接形成したが、ＳｉＯ₂やＳｉＮをフレーム部１２１上に形成した後、金属膜１５１を形成してもよい。

次に、図１８（８）に示すように、エッチング技術として、例えば反応性イオンエッチングを用いてシリコン層１３３を加工して、振動子１０１、弾性支持体１０２、陽極接合のためのフレーム部１２１を形成する。

次に、図１９（９）に示すように、ウエハ裏面を反応性イオンエッチングによってＳｉ層１３１およびその上部の絶縁層１３２を除去加工する。その際、支持部１０３−１および１０３−ｂの下部ＳｉＯ₂１２２及びフレーム部となる上部Ｓｉ１２１の下部ＳｉＯ₂１２２は一部残して、下部Ｓｉ１２３と接続させる。ほかの部分は中空構造となる。これにより振動子部１０１−ａ、１０１−ｂ及びバネ部１０２−ａ,１０２−ａ’,１０２−ｂ,１０２−ｂ’,１０２−ｃ,１０２−ｃ’が形成される。また、１０３−ａ、１０３−ａ’、１０３−ｂ、１０３−ｂ’は、下部ＳｉＯ₂１２２をとおして下部Ｓｉ１２３に固定される。

最後に、図１９（９）に示すように、不必要な部分、例えば振動子１０１や弾性支持体１０２(一部のみ図示)の下部の絶縁層１３２部をエッチングにより除去する。その際、支持部１０３(一部のみ図示)となるシリコン層１３３下部の絶縁層１３２およびフレーム部１２１となるシリコン層１３３の下部の絶縁層１３２は一部残して、シリコン層１３１と接続させる。ほかの部分は中空構造となる。これにより振動子１０１、弾性支持体１０２、支持部１０３等が形成される。

次に第２基板２００側の作製方法を以下に説明する。

図２０（１）に示すように、第２基板２００の電極形成側に絶縁膜２０２を形成する。この絶縁膜２０２は、例えば酸化シリコンで形成する。この第２基板２０２に電極層２０４を電子ビーム蒸着により形成する。例えば膜厚５０ｎｍＴｉ膜上に膜厚２００ｎｍのＡｕ膜を形成した。上記に示したように、Ａｕ膜の膜厚は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであれば良い。本実施例では、第２基板２００にシリコン基板を用いたが、ガラス基板でも問題ない。その場合は、絶縁膜２０２は不要である。本実施例では、配線材料として、金（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）の積層膜を用いたが、金（Ａｕ）とクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）と銅（Ｃｕ）などの二層金属材料、金（Ａｕ）と白金（Ｐｔ）とクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）とチタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）と銅（Ｃｕ）とクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と銅（Ｃｕ）とチタン（Ｔｉ）などの三層金属材料を用いてもよい。また金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）の共晶金属などを用いてもよい。また形成方法はスパッタ法やＣＶＤ法を用いても良いまた、接合層が形成される内側に、スリット２４０を形成しておく。

次に図２０（２）に示すように、例えば電解めっき法により、コンタクト部１２５を金の支柱で形成する。この金の支柱は陽極接合後の第１基板１００側のパッドとのコンタクトをとるために形成する。本実施例においては、金の支柱は直下に配置される配線パッド上およびシリコンに直接接続させる配線パッドに対してパッド毎に複数本形成する。これにより、陽極接合時に支柱がバネ状に屈曲し、適度なテンションをもって第１基板１００側と接続することができる。スプリングコンタクトや、金バンプを用いる接続方法もあるが、本方法の場合、第２基板２００に過度な応力をかけることも無く、また、作製方法もきわめて簡単である。本実施例においては無電解めっき法を用いたが電解めっき法でも形成できる。

次に、図２０（３）に示すように、検出電極２１０−１、検出電極２１０−２、引き出し電極１２４等をエッチングによって形成する。

上記工程において、電極（駆動電極）１０８−１および電極（検出電極）１０８−２〔前記図１９参照〕のガラス側への引き出しのコンタクト部１２５−１、１２５−２、およびシリコン層１３３〔前記図２０参照〕に直接接続するコンタクト（図示せず）を形成し、さらにフレーム１２１〔前記図２０参照〕に接続するための引き出し電極（図示せず）を形成する。

次に第１基板１００と第２基板２００との組立方法を説明する。

図２１（１）に示すように、陽極接合法により第２基板２００とフレーム１２１を接合させる。その際、ローレンツ力を発生させる電極１０８−１のパッド部（支持部１０３−１上に形成されている部分）および電磁駆動で振動子１０１が動作したときに発生する誘導起電力を検出する電極１０８−２のパッド部（支持部１０３−３上に形成されている）をコンタクト部１２５−１、コンタクト部１２５−３を接続させる。同様に、シリコン層１３３〔前記図１９参照〕に直接接続するための電極１０８−３の電極パッド（図示せず）にコンタクト部（図示せず）を接続させる。

次に、図２２（２）に示すように、凹部３０５が形成され、配線３１０等が形成された第３基板３００を、凹部３０５内に電気機械素子１１が接触せず、適切なる間隔ｄを保つようにして、第２基板２００に被せる。その際、第２基板２００と第３基板３００とが気密封止されるように、接合層２５０であるＡｕ−Ｓｎ膜を第２基板２００の周りに形成しておく。Ａｕ−Ｓｎ被覆膜は１Ｐａ〜１０００Ｐａ（好ましくは１００Ｐａ〜５００Ｐａ）の減圧雰囲気中で、２８０℃の基板温度により形成する。Ａｕ−Ｓｎ金属での被覆の際、電気機械素子１１から取り出された信号配線である引き出し電極１２４に対して、素子外部に取り出すためのコンタクトを同時に行う。コンタクトは第３基板３００に予め形成された、電極パッド（もしくはバンプ）３２２で接続する。引き出し電極１２４から取り出された信号は、第３基板３００内の配線３１０を通って、電極パッド（もしくはバンプ）３１２から外部基板へと接続される。また、上記配線３１０の一部は、第３基板３００の裏面側に形成された溝３１４内に引き出され、電極パッド（もしくはバンプ）３１２の一部を介して、回路素子、受動素子等の素子２１が接続されている。これにより、電気機械素子１１からの信号の取り出しを、電気機械素子１１、引き出し電極１２４、配線３１０に接続される電極パッド（もしくはバンプ）３１２等を気密封止させながら、ひとつのチップとして形成することができる。

次に、図２３（３）に示すように、第２基板２００および第３基板３００を、例えばダイシングにより切断し、個別チップを形成する。このようにして、一つの電気機械装置１が完成する。

また、本発明に用いる電気機械素子１１は、図示はしないが、前記弾性支持体１０２−１〜１０２−４自体を駆動電極とし、その対向する各位置に対向電極を設け、各駆動電極と対向電極とのギャップ間に発生する静電引力を駆動力とすることで、振動子１０２−１、１０２−２の重心と静電引力の作用点が同一平面上にとした、慣性センサであってもよい。さらに、上記以外の構成の角速度センサにも本発明の封止構造を適用することができ、また、加速度センサ、圧力センサ、水晶振動子、ＦＢＡＲ、ＳＡＷフィルタなどについても同様の封止方法を用いることができる。

また、上記接合層２５０は、電気機械素子１１と封止基板である第３基板３００との間隔を規定するとともに、第２基板２００と第３基板３００同士を接合してその間を気密封止することができるものであれば、金属と金属の接合、ガラス材の接合、または有機物を含む接着剤を用いることもできる。

上記各実施例では、電気機械素子１１に角速度センサの一つを例に挙げたが、加速度センサ、圧力センサ、水晶振動子、ＦＢＡＲ、ＳＡＷフィルタなどについても、本発明と同様の封止方法を用いることができる。

また、本発明の電気機械装置は、様々な電気・電子機器に適用することが可能である。例えば、慣性センサからなる電気機械装置１〜５は、以下のような電気・電子機器に適用することが可能である。

電気機械装置１〜５は、加速度を検出することができる。例えば、携帯型ハードディスク駆動装置（以下、ハードディスク駆動装置を略してＨＤＤと記す）、ノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器、携帯電話等の携帯端末装置、等に適用される。

上記電気機械装置１〜５は、姿勢制御、動作検知にも用いられるものである。例えば、ビデオカメラ、スチルカメラ、カメラの交換レンズ等の携帯型撮影機器、携帯電話等の携帯端末装置、ユーザ・インターフェース、ゲーム機、ゲームコントローラー、等に適用される。

上記電気機械装置１〜５は、振動制御にも用いられるものである。例えば、全自動洗濯機、自動車、振動制御装置、等に適用される。

上記電気機械装置１〜５は、動作検知にも用いられるものである。例えば、歩数計、防犯・防災装置、盗難防止装置、等に適用される。

上記電気機械装置１〜５は、衝撃（衝突）検知に用いられるものである。例えば、車両用エアバッグ装置、車両・船舶・航空機等の事故記録装置、ＨＤＤ、等に適用され、また携帯型ＨＤＤ、ノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器、携帯電話等の携帯端末装置、等に適用される。

このように、本発明の電気機械装置１〜５は、あらゆる分野の電気・電子機器に適用することが可能である。以下、電気・電子機器の一実施の形態を以下に説明する。ここで説明するのは一例であって、上記した電気・電子機器に適用できる。なお、以下の説明において、電気機械装置１〜５は、代表して電気機械装置１を記載するが、その他の電気機械装置２〜５も同様に適用できる。

次に、本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第１実施例）を、図２４によって説明する。図２４では、ビデオカメラ装置の一例を示し、概略構成斜視図で示した。

図２４に示すように、本適用例に係るビデオカメラ装置５１０は、本体５１１に、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ５１２、撮影時のスタート／ストップスイッチ５１３、表示部５１４、ファインダー５１５、撮影した画像を記録する記録装置（図示せず）、固体撮像装置等の撮像素子５１６等を含み、その撮像素子５１６が搭載される基板５１７には、角速度センサが搭載されていて、その角速度センサとして本発明に係る慣性センサ１を用いることによって作製される。

まず、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第２実施例）を、図２５によって説明する。図２５では、ＨＤＤ装置の一例を示し、（１）図に概略構成斜視図を示し、（２）図に内部平面図を示した。

図２５に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置５３０は、ベース部材５３１とベース部材５３１の内部に設置された装置を覆うカバー５３２を有し、上記ベース部材５３１の内部に設置されているベース基板５３３に、磁気ディスク５３４を駆動するモータ５３５、このモータに駆動される磁気ディスク５３４、支軸５３６に回動自在に設けたアクチュエータアーム５３７、その先端部にヘッドサスペンション５３８を介して形成された磁気ヘッド５３９等が設けられている。そして、ベース基板５３３上に慣性センサ１が設置されている。なお、慣性センサ１は、ベース部材５３１、カバー５３２等に設置することも可能である。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第３実施例）を、図２６によって説明する。図２６では、ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの一例を示し、（１）図に表示部を開いた状態の概略構成斜視図を示し、（２）図に表示部を閉じた状態の概略構成斜視図を示した。

図２６に示すように、本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータ５５０は、本体５５１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード５５２、画像を表示する表示部５５３、ＨＤＤ装置５５４等を含み、そのＨＤＤ装置５５４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５５０を用いることにより作製されている。また、慣性センサ１はノート型パーソナルコンピュータ５５０の基板（図示せず）や本体５５１や表示部５５３を構成する筐体の内側の空いている領域に取付けてもよい。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第４実施例）を、図２７によって説明する。図２７では、ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を平面図に示した。

図２７に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したゲーム機５７０は、本体５７１に、画面等を操作する第１操作ボタン群５７２、第２操作ボタン群５７３、画像を表示する表示部５７４、ＨＤＤ装置５７５等を含み、そのＨＤＤ装置５７４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５５０を用いることにより作製されている。また、慣性センサ１はゲーム機５７０の基板（図示せず）や本体５７１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第５実施例）を、図２８によって説明する。図２８では、ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を示し、概略構成斜視図で示した。

図２８に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置５９０は、本体５９１に、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ５９２、撮影時のスタート／ストップスイッチ５９３、表示部５９４、ファインダー５９５、撮影した画像を記録するＨＤＤ装置５９６等を含み、そのＨＤＤ装置５９６は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５５０を用いることにより作製されている。また、慣性センサ１はビデオカメラ装置５９０の基板（図示せず）や本体５９１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第６実施例）を、図２９によって説明する。図２９では、カメラ付き携帯端末装置、例えばカメラ付き携帯電話機の一例を示し、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた除隊での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。

図２９に示すように、本適用例に係る携帯端末装置、例えば携帯電話機６１０は、上側筐体６１１、下側筐体６１２、連結部（ここではヒンジ部）６１３、ディスプレイ６１４、サブディスプレイ６１５、ピクチャーライト１６１６、カメラ６１７、角速度センサ６１８等を含み、その加速度センサ６１８として本発明に係る慣性センサ１を用いることにより作製される。また、慣性センサ１は、携帯電話機６１０の上側筐体６１１の内部側の他の位置、下側筐体６１２の内部側の空いている領域に取付けてもよい。

上記各電気・電子機器によれば、本発明の電気機械装置１〜５を備えたことから、高出力、広ダイナミックレンジの慣性センサの提供が可能となるので、例えば、角速度や加速度を瞬時に検知できるため、発生した角速度や加速度による補正行動を電気・電子機器にとらせることができるという利点がある。

請求項１に係る本発明の電気機械装置の一実施の形態（第１実施例）を示した概略構成断面図である。図１における電気機械装置１の背面図である。本発明の電気機械装置の一実施の形態（第２実施例）を示した概略構成断面図である。図３における電気機械装置２の背面図である。本発明の電気機械装置の一実施の形態（第３実施例）を示した概略構成断面図である。図５における電気機械装置３の背面図である。図５における電気機械装置３の第２基板の概略レイアウト図である。本発明の電気機械装置の一実施の形態（第４実施例）を示した概略構成断面図である。本発明の電気機械装置の一実施の形態（第５実施例）を示した概略構成断面図である。電気機械素子の詳細を示した平面レイアウト図である。図１０中のＡ−Ａ’線断面図である。図１０中のＢ−Ｂ’線断面図である。図１０中のＣ−Ｃ’線断面図である。第２基板の平面レイアウト図である。電極の要部レイアウト図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。電気機械素子に慣性センサを用いた電気機械装置の製造方法を示した製造工程断面図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第１実施例）を示したビデオカメラ装置の平面図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第２実施例）を示したＨＤＤ装置の概略構成斜視図および内部平面図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第３実施例）を示したノート型パーソナルコンピュータの概略構成斜視図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第４実施例）を示したゲーム機の概略構成斜視図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第５実施例）を示したビデオカメラ装置の平面図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第６実施例）を示した携帯電話機を示した図面であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた除隊での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。従来のパッケージ構造を示した概略構成斜視図である。

符号の説明

１…電気機械装置、１１…電気機械素子、１２４…引き出し電極、２００…第２基板（支持基板）、２５０…接合層、３００…第３基板（封止基板）、３１０…配線

Claims

電気機械素子が形成された支持基板と、
前記電気機械素子に電気的に接続されていて前記支持基板に形成された引き出し電極と、
前記電気機械素子を覆うとともに前記電気機械素子との間隔を保って前記支持基板に接合層を介して接合された封止基板と、
前記引き出し電極に接続されていて前記封止基板内を通るように形成された配線とを備え、
前記接合層は、
前記電気機械素子と前記封止基板との前記間隔を規定するとともに、
前記支持基板と前記封止基板同士を接合してその間を気密封止する
ことを特徴とする電気機械装置。
前記接合層の厚さにより前記電気機械素子と前記封止基板との間隔を規定する
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
前記接合層は、
前記支持基板と前記封止基板の対抗する面に形成された金属膜同士を接合させたものからなる
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
前記接合層は、
前記電気機械素子と前記封止基板との間隔を規定する間隔制御層と、
前記支持基板と前記封止基板同士を気密封止する封止接合層とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
前記接合層は、
前記支持基板と前記封止基板の各対抗する面に形成された金属膜同士を接合させた固相接合層と、
前記支持基板と前記封止基板の各対抗する面に形成されたはんだ同士を接合させたはんだ接合層とからなる
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
前記固相接合層の外側に前記はんだ接合層が形成されている
ことを特徴とする請求項５記載の電気機械装置。
前記固相接合層は前記はんだ接合層より低い温度で接合されている
ことを特徴とする請求項５記載の電気機械装置。
前記引き出し電極に接続されていて前記配線の端部に設けられた接続パッドを有し、
前記接合層は前記接続パッドの外側に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
前記配線に接続して前記封止基板に形成された素子を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
前記素子は、前記封止基板の前記支持基板と対向する面とは反対側の面に形成された溝内に形成されている
ことを特徴とする請求項９記載の電気機械装置。
前記素子は、前記封止基板の前記支持基板と対向する面に形成された溝内に形成されている
ことを特徴とする請求項９記載の電気機械装置。
前記引き出し電極に接続していて前記支持基板に形成された素子を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
前記配線は、少なくともその一部が前記封止基板の前記支持基板と対向する面とは反対側の面に引き出され、その引き出された配線の端部に電極パッドもしくはバンプが形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械装置。
機械的な動作空間を有する電気機械装置を搭載した電子機器において、
前記電気機械装置は、
前記機械的な動作を有する電気機械素子が形成された支持基板と、
前記電気機械素子に電気的に接続されていて前記支持基板に形成された引き出し電極と、
前記電気機械素子を覆うとともに前記電気機械素子との間隔を保って前記支持基板に接合層を介して接合された封止基板と、
前記引き出し電極に接続されていて前記封止基板内を通るように形成された配線とを備え、
前記接合層は、
前記電気機械素子と前記封止基板との前記間隔を規定するとともに、
前記支持基板と前記封止基板同士を接合してその間を気密封止する
ことを特徴とする電気・電子機器。