JP2008524838A - 電子部品のキャビティのための気密シール装置およびシール工程 - Google Patents

Abstract

マイクロ電子部品（１）におけるキャビティ（５）を気密にシールするため、シール装置（２０）に配置されたキャップ（１０）がキャビティ（５）に開口するオリフィス（７）の上方に位置決めされることが提案される。このキャップ（１０）は、キャビティ（５）をシールするため塑性変形する。更に、このシール装置（２０）は、マイクロ電子部品（１）のキャビティ（５）を充填させるキャビティ（２６）を備えている。装置（２０）は、充填キャビティ（２６）またはキャップ（１０）の反対側に位置するように部品（１）に沿ってスライドする。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、特に、漏れ止めキャビティが設けられている部品に関するものである。更に詳細に述べると、本発明は、マイクロ電子部品におけるキャビティを充填および/または真空状態に置いた後の気密シールに関する。

一つの面において、本発明は、キャビティを気密にシールさせる装置をスライドさせることによるシール工程、更にはこのような閉塞を行なうシール装置に関するものである。

本発明の工程および装置によれば、キャビティを真空および/または充填状態に置くことを、シール装置と同じ装置を用いて達成することができる。

あるマイクロ電子部品は、例えば、部品を保護するために用いられるキャビティを有する。これらキャビティは、真空あるいは流体が充填される状態に置かれるが、ある場合、多くの応用において、キャビティは、気密に保持され且つ状態が制御されなければならない。結果として、最も共通に適用される解決は、これまで、部品が製造されたときに取り付けられる充填導管を用いることである。この導管は、同時に且つ充填されるべきキャビティの包囲体と同じ材料作ることができ、キャビティを包囲する材料で作られた孔に固定（例えば、接着あるいはろう付け）される。一旦、キャビティが導管によって真空状態におよび流体で充填されたとき、導管は、クランプされあるいは溶融され、あるいは気密チップを得るためにカバーがこの導管に溶着される。

カロ（熱）ダクトを充填する他の解決が、カンS-W・コルによって提案されてきた。これは、（“半径方向溝付きマイクロ熱パイプの構造およびテスト”、応用技術エンジニヤリング２００２；２２：１５５９−６８）に記載されている。シリコンから作られた封止装置が用いられ、この封止装置は、二つのキャビティを備え、その一つのキャビティは開放されて真空ポンプに接続され、他の一つのキャビティは薄い膜を有し仕切壁の役割を果たすように形成されている。この仕切壁は、充填のためなお不浸透性（または“セプタム”）のまま貫通され得る。最初に、ポンプに接続されたキャビティは、カロダクトの充填孔の上方に配置され、一旦、所望の真空が達成されると、装置は、この孔を閉塞するように移動され、第二のキャビティが充填孔の反対側に位置決められて液体をシリンジを用いて導入するようにする。キャビティが真空状態に置かれたときまたは充填されたときに、このような装置がキャビティを密封させる場合、装置のキャビティ、この場合には導管のシールの問題が生じない。特に、充填液が水であるとき、従来の封止カバーを用いることができる。

しかしながら、現在の技術状態で述べられた解決のように、上記解決は、極めてコンパクトあるいはきわめて小さい寸法のシステムが必要とされる場合に、チップの体積のため、問題が生じることになる。事実、気密シールを形成すると、シールに固有の包囲体の隆起が生じる。特に、得られた包囲体は平坦ではない。

本発明は、上述された欠点を克服すること、および最もコンパクトなマイクロ電子部品のキャビティをシールすることを提案する。

一つの面において、本発明は、少なくとも一部が塑性変形されるキャップによるマイクロ電子部品のキャビティのシール工程に関する。

好ましくは、塑性変形は、可溶性材料から作られ不活性材料から作られたキャップの一部の周囲に適切に配置されたキャップの溶融部分にもたらされる。

好ましくは、キャップの不活性材料の部分は、マイクロ電子部品の表面の材料と同じ組成を有する。更に、部品の可溶性材料のシールされるべきオリフィスの周りで、上記マイクロ電子部品の表面を被覆することができる。

他の実施例は、圧力を加えることによって塑性変形される柔らかな金属キャップに関する。

このキャップは、シール装置の表面に一体化されるのが好ましく、このシール装置はシールされるべきキャビティに導くオリフィスを備える部品の面上をスライドすることができ、特に、キャップは、シール装置の第一のキャビティに収容される。シール工程中、オリフィスを介して真空および/または充填を形成する第二のキャビティを備える装置はその部品の面上に移動されてキャップを部品のオリフィスとは反対側に位置決めする。キャップの塑性変形は、不浸透性シールを形成する。

気密シールを形成するために、グリースが二つのスライド面間の境界面に配置されるのが好ましい。このスライドは、溝、または装置および/または孔の周りに設けられたストッパによってガイドされて、例えば整列されるように構成される。

本発明の工程によれば、キャップおよびオリフィスの寸法を決定することができ、この結果、塑性変形が実行されたとき、キャップは、部品の面から突出されない。

他の面において、本発明は、上記工程に用いられるべきシール装置に関する。特に、このような装置は、電子部品に組み込まれ、気密シールを可能にさせるキャビティを備えている。本発明の装置は、オリフィスを閉塞するように塑性変形されるキャップを備えている。この装置は、一つまたは複数のキャビティを含むことができ、これらキャビティは、充填および/または真空状態におく手段に結合されたキャップと連通することができる。

本発明は、装置または上記工程と共に用いることができるキャップに関する。

最もコンパクトなあるいはきわめて小さい寸法のマイクロ電子部品のキャビティをシールすることができる。

以下、本発明を実施する形態を、これを具体化する実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示されたマイクロ電子装置は、特に、本発明のシールに関連している。約１ｃｍ^２の面領域あたり約１ｍｍの厚さを有するマイクロ電子部品１は、全体的に、基板２と、上部層３とを備えている。これら基板と上部層とは、殆どの場合、できるだけ同じ性質を有する。上部層３の外面４は平坦である。このマイクロ電子部品１には、キャビティ５が設けられ、このキャビティは、基板２と、上部層３と、横壁６とによって囲まれており、このキャビティの高さは、マイクロ電子部品が用いられる対象によって定められる。通常、キャビティ５は、シリコンから作られた構成部品１に設けられる。このキャビティ５は、オリフィス７を通して部品１の外面４に開口されている。好ましくは、このオリフィス７は、キャビティの位置においてできるだけ小さく、例えば、１００μｍと１ｍｍとの間の直径を有する円形の形状を備えている。しかし、このオリフィス７は、部品１の外面４で広がる開口８を備え、その外面４は、全体的に、金属の層９から成っている。

本発明によれば、キャビティ５は、オリフィス７に位置決められたキャップ１０によって密封的にシールされている。第一の実施例において、キャップ１０は、マッシュルームの形状を有し、そのベース１２は、可能なら、孔７、８に進入することができる寸法を有する。好ましくは、ベース１２は、キャビティ５の位置でオリフィス７より大きい寸法を有し、部品１の外面４の位置で開口８より小さい寸法を有する。従って、キャップ１０は、開口８内に少なくとも部分的に配置され且つオリフィス７をシール（密封）するようにしている。このキャップ１０は、できるだけ最低の高さ、例えば、数百ミクロン、特に、１００μｍと１ｍｍとの間の値を有する。

この実施例では、キャップ１０は、不活性材料、好ましくは、上部層３の材料と同じ性質、即ち、半導体、例えば、シリコンから作られたコア（ベース１２、カバー１４）部品を備えている。更に、部品１の外面４と接触キャップ１０の一面には可溶性材料１６が被覆され、この材料は、例えば、すず、ニッケルまたはゴールド（特に、接着のため）、または鉛またはインジュウム等の金属、これら金属の混合物、それら金属の合金にすることができる。特に、カバー１４の底面には、この材料１６が被覆され（点線参照）、この材料は塑性変形可能である。キャップ１０が取り付けられると、温度上昇によって材料１６を溶融させ、次いで、金属層９と接触してこれに有効に結合する（実線）。金属層９は、特に、その接着（例えば、層またはＴｉ／Ｎｉ／Ａｕの一連の層にすることができる）のために、適当に選択されるが、上部層３のシリコンに直接接触させることもできる。従って、気密のシール（密封）が、可溶性材料１６’によって形成され、この可溶性材料はその周囲でキャップ１０と開口８との間に不浸透性の室１８を形成する。

しかも、溶融が生ずると、図２に示すように、キャップ１０が全体的に開口８内に配置され、溶融が生じないと、可溶性材料１６がカバー１４の下方に配置される。この場合に、開口８の壁も金属化されることが好ましい。このように、シールがよりコンパクトになり、部品１は平坦に形成される。

上記に代わって、オリフィス７が大きな寸法を有するように構成することができる。

キャップを適合させるために、図３に示すように、オリフィスは、シーリング装置２０の一部であるのが好ましく、一つの好ましい実施例では、キャップ１０は、装置２０の第一のキャビティ２２内に配置され、部品１との装置の２０の接触面２４に隣接している。この第一のキャビティ２２は、好ましくは、寸法がカバー１４より僅かに大きく、このため、キャップ１０は、キャビティ２２内で浮き上がらないが、装置に取り付けられることなく、壁によって所定位置に相対的に保持され、換言すると、キャップ１０は、キャビティ２２（引き出しのような）内で、一方向、即ち、下方向に自由に移動することができる。第一のキャビティ２２は、キャップ１０ができるだけ下降することができるように、その反対側に位置する開口８の如き空きスペースに開放される。

更に、シールのため、キャビティ５の真空を形成し且つ装置２０で充填するように、他の作用に用いられる第二のキャビティ２６を装置２０に設けることが好ましい。この第二のキャビティ２６は、好ましくは、装置２０を完全に横切って、キャビティ５を吸引しおよび/または充填する手段に、例えば、チューブ２８によって接続されている。上述したように、第二のキャビティ２６は、その一端で開放され、あるいは、代表的な膜手段によって一時的に閉鎖される。この第二のキャビティ２６は、例えば、図３に示されたダクト２９、あるいは、好ましくは、部品１と接触する装置２０の面２４上の溝によって第一のキャビティ２２と連通されて大気圧が第一のキャビティ２２とマイクロ電子部品１のキャビティ５との間に形成されるようにする。事実、チューブ２８が、キャビティ５を、例えば、真空下におくとき、キャビティ２２を同時に真空状態において任意の汚染を避けることが好ましい。

また、図示されていないが、例えば、真空を形成するキャビティと従来技術に関して上述された充填キャビティとを備えた装置２０を用いることもできる。

シーリング装置の接触面２４は、部品１の外面４上を並進あるいは回転移動する際にスライドするようにされている。ここで、面２４が平坦であることが有利である。

真空および/または充填（図３Ａ）を形成している間、充填および/または真空を形成する手段２６、２８は、部品１のオリフィス７に対向して配置される。キャビティ５の状態は、その用途に必要なように、例えば、キャビティ５内の圧力が減少されるように吸引され、次いで、適当な性質の液体によって充填されるように準備される。同じ大気圧がキャビティ２２内に用いられるのが好ましい。

キャビティ５を密封するため、即ち、図３Ｂに示すように、オリフィス７を閉鎖するために、装置２０は、表面４上を並進または回転移動する際にスライドするようにされてオリフィス７をキャップ１０と接触状態にもたらす。装置２０が部品１上をスライドしている間、気密であることを保証するため、例えば、シリコンまたは“高真空”グリース型の真空グリースを部品１の外面４と装置２０の下面２４との間に用いることができる。キャップ１０は、主に重力によって開口８内に部分的に配置される。

次いで、可溶性材料１６が溶融温度にもたらされて充填オリフィス７の周りにあらかじめ設けられた金属化層9上に拡散され、図３Ｃに示すように気密シールが形成される。キャップ１０の形状は、可溶性材料１６’がキャビティ５の内側に拡散しないよう、例えば、ベース１２の寸法がオリフィス７の寸法より大きいように、設定されるのが好ましい。

可溶性材料１６を充填オリフィス７の周りに配置することにより、カバー１４上および開口８の周りの材料１６を加熱後に共に混合させることができる。

一つの好ましい実施例において、図３Ｂに示されたように、キャップ１０が取り付けられた後、金属化層９に凝結されたキャビティ５の充填液は、第二のポンプ（吸引）作用によって排出される。次いで、キャップ１０は、工具の圧力Ｆによって所定位置に保持され得る（図４参照）。

このような圧力工具は、キャビティ５からの液体の漏洩を制限するため、あるいは可溶性材料１６が溶着されている間にキャップ１０を開口８内により正確に位置決めることにかかわらず用いられ得る。キャビティ５に注入される流体に対して不活性であり且つ真空に適合する材料、例えば、銅またはシリコンのフィルム９’は、この実施例では、オリフィス７の周囲で且つキャップの下側で開口８の壁に堆積されて密封を行い且つ破壊の危険を制限する。

工具によって圧力Ｆを付与する場合、適当な孔がキャップ１０を含む第一のキャビティ２２の上面に形成されるのが好ましい。次いで、圧力工具Ｆ/装置２０の接続が真空のための従来のシール（金属またはビトン（登録商標））を用いてなされる。

装置２０を異なる適当な材料から作ることができる。特に、可溶性材料１６がレーザーによって溶融される場合に、用いられる波長、例えば、溶融のためまたは材料１６の他の溶融工程のために放出された赤外線波長または他の波長に対して透過する材料を、装置２０の材料として選択することができる。装置２０は、また、ガラスから作ることができ、このガラスは、従来のマイクロ電子技術、例えば、当業者に知られたＫＯＨ（水酸化カリウムエッチング）によって研磨され機械加工される。この装置を、いくつかの材料から形成することもできる。

充填システムの接続を装置２０のガラスにろう付けされたガラスから作られたチューブ２８を用いて行うことができる。

キャップ１０を、キャビティ５の包囲体３として同じ材料、例えば、シリコンから作ることが好ましい。この場合に、可溶性材料１６は、電解を用いて堆積され、キャップ１０は、従来のマイクロ電子エッチング技術を用いて機械加工される。

上述のように、キャップ１０の形状は、図示しただけである。更に、可溶性材料との不活性材料の関連性も、好ましい実施例のみであり、キャップ１０が一つの塑性変形可能な材料を有することだけが可能である。かくして、シールのための一つの変形は、例えば、インジュウムの如き柔らかな金属ボール３０の用途である（図５Ａ）。充填およびシール工程は、上記と同じであるが、この場合におけるキャップ３０’は、オリフィス７の上方の工具によって圧壊される（図５Ｂ参照）。

特に、この実施例では、オリフィス７の形状、および、例えば、開口８の存在に基づいて、シール後に平坦である電子部品１の外面４を有することができることが明らかである。

特に、装置２０がいくつかの機能位置間にスライドするとき、オリフィス７の上方のキャップ１０またはボール３０を正しく位置決めするために、装置２０の下面２４を機械加工し、例えば、適当なマーキングによってガイドとして作用させるようにする。有利なことは、充填されるべき部品１に対する装置２０の正確な移動を、ノッチ、ストッパ、または溝によって行うことができ、装置２０を孔７、８と整列させることができることである。

キャップと共にこのようなシールの使用によって、オリフィスを用いることによってキャビティの真空と充填とをできるだけ形成することができる利点を有し、上記オリフィスは、潜在的に寸法を大きくすることができ（１ｍｍのオーダー）、従って、キャビティの真空および充填を形成するのに必要な時間を通常のキャピラリー方法に対して短くすることができる。更に、例えば、キャビティ５/真空ポンプ接続のため、充填されるべき部品１にかかる機械的応力は、シール装置２０に転送されてチューブ２８の位置での破壊の危険を制限する。

また、きわめて平坦な構造の場合には、特に、これらの厚さは、数ミリメータを超えない。本発明の工程は、部品１の最終の平坦さを保持するが、充填を、キャビティ５の側面を経る代わりに上方から形成させることができる。同様に、この方法からもたらされるチップの省略によって、小型の部品を充填するための最終対象の一層のコンパクトさを実現する。

従って、このようなシール装置、更には組み込まれた工程は、特に、平坦で小型のシリコン・カロ（熱）ダクトを作るのに、更には、平坦な基板上に作られた任意の流体システムのために有効である。この平坦な基板には特定の流体が導入されてできるだけ多くの任意の他の形式または凝縮できないガスを排除する。

上記説明および図面の記載によって、本発明の特徴および利点が明らかにされてきた。しかし、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形および変更が上記実施例になされ得ることを留意されたい。

本発明の工程によってシールされたキャビティを有するマイクロ電子装置を示す図。 本発明の別のシールを示す図。 本発明の好ましい実施例に係るキャビティの充填およびシールを概略的に示す図。 本発明の好ましい実施例に係るキャビティの充填およびシールを概略的に示す図。 本発明の好ましい実施例に係るキャビティの充填およびシールを概略的に示す図。 他のシール工程を示す図。 キャップの他の塑性変形を示す図。 キャップの他の塑性変形を示す図。

Claims (20)

1. 第一の面（４）にオリフィス（７）を介して開口するキャビティ（５）を備えるマイクロ電子部品（１）のシール装置（２０）であって、前記シール装置（２０）は、前記第一の面（４）と協働することができる第二の面（２４）と該第二の面に隣接するキャップ（１０）とを有し、前記キャップの少なくとも一部は、塑性変形可能な材料（１６）であり、前記キャップ（１０）は、その非変形状態および変形状態で、前記マイクロ電子部品（１）のオリフィス（７）を閉塞することができるシール装置。
2. 前記第二の面（２４）に開放された第一のキャビティ（２２）を備え、該第一のキャビティには前記キャップ（１０）が収容されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記第二の面（２４）に対して横切り、開放されまたは開放可能であり、前記キャップ（１０）からゼロ（０）でない距離に配置された第二のキャビティ（２６）を備えている請求項１乃至２のいずれかに記載の装置。
4. マイクロ電子部品（１）の第一の面（４）に係るシール装置（２０）であって、前記シール装置（２０）は、第二の面（２４）と、該第二の面（２４）に、または第二の面に連通することができる第一および第二のキャビティとを備え、前記第二のキャビティ（２６）は、横切って配置され、キャップ（１０）が前記第一のキャビティ（２２）の内側に収容されると共に前記第二の面（２４）に隣接して配置され、前記キャップ（１０）の少なくとも一部は、塑性弾性可能な材料（１６）であるシール装置。
5. 前記第二のキャビティ（２６）を吸引および/または充填システムに接続する手段（２８）を備えている請求項３または４記載の装置。
6. 前記第一のキャビティ（２２）および第二のキャビティ（２６）を連通させる手段（２９）を備えている請求項３乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 前記塑性変形可能な材料が柔らかい金属（３０）である請求項１乃至６記載のいずれかに記載の装置。
8. 前記キャップ（１０）が不活性コア（１２，１４）と、可溶性材料から作られた部分（１６）とを備えている請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
9. 前記キャップ（１０）を圧力工具に接続する手段を備えている請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。
10. 前記キャップ（１０）は、ベース（１２）と、半導体材料から作られたカバー（１４）とを備えている実質的にマッシュルームの形状を有し、前記可溶性材料（１６）の一部はベース（１２）に取り付けられたカバー（１４）の面に配置され、前記ベース（１２）とは反対の前記カバー（１４）の面と、カバー（１４）とは反対のベース（１２）の端部との間のキャップの高さは、１００μｍと１ｍｍとの間にある請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置（２０）とマイクロ電子部品（１）とを備えるシステムであって、前記マイクロ電子部品は、第一の面（４）にオリフィス（７）を介して開口するキャビティ（５）を備え、且つ装置（２０）の第二の面（２４）に対してスライドすることができるシステム。
12. 前記第一および第二の面（４、２４）が平坦である請求項１１記載のシステム。
13. 前記部品（１）の第一の面（４）は、金属コーティング（９）から成る請求項１１乃至１２のいずれかに記載のシステム。
14. 前記第一の面（４）は、可溶性材料の堆積体から成る請求項１１乃至１３のいずれかに記載のシステム。
15. 前記キャップ（１０）は、前記第一の面（４）に隣接する部品（１）の層（３）と少なくとも部分的に同じ材料から形成されている請求項１１乃至１４のいずれかに記載のシステム。
16. 装置（２０）の移動を部品（１）に対して制御するガイド手段を備えている請求項１１乃至１５のいずれかに記載のシステム。
17. オリフィス（７）を介して開口するマイクロ電子部品（１）のキャビティ（５）の気密シール工程であって、前記請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置（２０）を前記オリフィス上に設け、前記キャップ（１０）がオリフィス（７）の上方に位置決められ、前記キャップ（１０）の塑性変形が前記オリフィス（７）を気密的に閉塞する気密シール工程。
18. 前記キャップ（１０）は、塑性変形後、部品（１）の面（４）と光接触状態であるように設定されている請求項１７記載の工程。
19. 前記装置（２０）は、マイクロ電子部品（１）に沿ってスライドすることによって位置決めされる請求項１７乃至１８のいずれかに記載の工程。
20. 前記装置（２０）を前記部品（１）上に位置決めること、前記キャビティ（５）を充填すること、および装置（２０）をスライドすることを含む請求項１９に記載の工程。

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