JP2010258444A

JP2010258444A - パッケージ隔離構造のためのパッケージ・インターフェース・プレート

Info

Publication number: JP2010258444A
Application number: JP2010086232A
Authority: JP
Inventors: Max C Glenn; マックス・シー・グレン
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP5571999B2; EP2246292A2; US20140065770A1; EP2246292B1; EP2246292A3; US8614491B2; US20100252899A1

Abstract

【課題】パッケージ基部、センサダイ、隔離プレートおよびパッケージ・インターフェース・プレートを備えるパッケージ組立体を提供する。
【解決手段】隔離プレート１０４は、センサダイ１０２に接合され、複数の可撓性ビームを有する。各可撓性ビームは応力を受けて撓むように構成され、それによってセンサダイ１０２に対するパッケージ基部１０８とセンサダイ１０２の間の熱的不整合の影響が低減される。パッケージ・インターフェース・プレート１０６は、隔離プレート１０４およびパッケージ基部１０８に接合される。パッケージ・インターフェース・プレート１０６は、各可撓性ビームが撓むことができる最大距離を制限するように構成される。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００９年４月７日に出願した「ＰＡＣＫＡＧＥＩＮＴＥＲＦＡＣＥＰＬＡＴＥＦＯＲＭＥＭＳＰＡＣＫＡＧＥＩＳＯＬＡＴＩＯＮＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」という名称の米国仮特許出願第６１／１６７，５００号（整理番号Ｈ００２３１８７−５８３７）に関する。本明細書ではこれを‘５００出願と呼ぶ。本出願は、米国仮特許出願第６１／１６７，５００号の優先権を主張するものである。‘５００出願は参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの集積回路（ＩＣ）パッケージ組立体は、パッケージ基部、およびパッケージ組立体に接合されるセンサダイなどのダイを含む。センサダイとパッケージ基部の間に熱膨張不整合がある場合、その熱膨張不整合の影響を軽減するために隔離構造がセンサダイとパッケージ基部の間に設けられ得る。

米国仮特許出願第６１／１６７，５００号

一実施形態では、パッケージ組立体が提供される。パッケージ組立体は、パッケージ基部、センサダイ、隔離プレートおよびパッケージ・インターフェース・プレートを備える。隔離プレートは、センサダイに接合され、複数の可撓性ビームを有する。各可撓性ビームは応力を受けて撓むように構成され、それによってセンサダイに対するパッケージ基部とセンサダイの間の熱的不整合の影響が低減される。パッケージ・インターフェース・プレートは、隔離プレートおよびパッケージ基部に接合される。パッケージ・インターフェース・プレートは、各可撓性ビームが撓むことができる最大距離を制限するように構成される。

図面は例示的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲の限定とはみなされないと理解されたい。例示的な実施形態は、添付の図面を使用して、さらに明確かつ詳細に述べられる。

一実施形態のパッケージ・インターフェース・プレートを有する例示的なパッケージ組立体の分解斜視図である。一実施形態のパッケージ・インターフェース・プレートの断面図である。一実施形態の隔離プレートの斜視図である。他の実施形態のパッケージ・インターフェース・プレートの斜視図である。一実施形態のパッケージ組立体の製造方法を示す流れ図である。

一般的なやり方により、記載の様々な特徴は、一律の縮尺に従わずに描かれ、例示的な実施形態に関する特定の特徴を強調するように描かれる。
以下の詳細な説明では、本明細書の一部をなす添付の図面を参照し、この図面で、特定の例示的な実施形態が実例として示される。しかし、他の実施形態が利用されてよく、また論理的、機械的、電気的変更が加えられてよいと理解されよう。さらに、製図図面および本特許明細書に示される方法は、個々の動作が実施され得る順序の限定と解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定の意味にとらえられるべきではない。

図１は、一実施形態のパッケージ・インターフェース・プレート（ＰＩＰ）１０６を有する例示的なパッケージ組立体１００の分解斜視図である。パッケージ組立体１００は、センサダイ１０２、隔離構造１０４およびパッケージ基部１０８をさらに含む。本実施形態では、パッケージ組立体１００は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）として実施される。さらに、例示的な本実施形態では、パッケージ基部１０８は、無鉛チップキャリア（ＬＣＣ）パッケージとして実施される。センサダイ１０２は、パッケージ組立体１００が使用される特定の応用例の対象の測定を行うセンサとして実施される。例えば、本実施形態では、センサダイ１０２は、運動測定を行う慣性センサダイとして実施される。しかし、他の実施形態では、他のパッケージ基部および／またはセンサダイが使用されると理解されよう。

（本明細書では隔離プレートとも呼ばれる）例示的な隔離構造１０４は、複数のパドル１１０−１・・・１１０−Ｎおよび複数のビーム１１２を含む。複数のパドル１１０−１・・・１１０―Ｎは、隔離プレート１０４をセンサダイ１０２およびＰＩＰ１０６に接合するのに使用される。例えば、例示的な本実施形態では、パドル１１０−１、１１０−３、１１０−５は、ＰＩＰ１０６に接合され、パドル１１０−２、１１０−４、１１０−Ｎは、センサダイ１０２に接合される。具体的には、ＰＩＰ１０６は、隔離プレート１０４のパドル１１０の少なくとも１つの配置に対応する複数の突出台１１４−１・・・１１４―Ｍを含む。例えば、本実施形態では、ＰＩＰ１０６は、パドル１１０−１、１１０−３、１１０−５の配置に対応する３つの台１１４を含む。

したがって、本例では、パドル１１０−１、１１０−３、１１０−５の（図１の隔離プレート１０４の下面の）第１の表面１２２は、対応する台１１４−１・・・１１４−Ｍに接合される。パドル１１０−２、１１０−４、１１０−Ｎの（図１の隔離プレート１０４の上面の）第２の表面１２４は、センサダイ１０２に接合される。他の実施形態では、パドル１１０−１・・・１１０−Ｎのそれぞれの第１の表面１２２がＰＩＰ１０６の対応する台１１４に接合され、パドル１１０−１・・・１１０−Ｎのそれぞれの第２の表面１２４がセンサダイに接合される。

例示的な本実施形態では、台１１４とパドル１１０−１、１１０−３、１１０−５の間の接合は、ウエハレベルで実施される陽極接合である。言い換えれば、複数の隔離構造を備えるウエハが、対応する複数のパッケージ・インターフェース・プレートを含むウエハに陽極接合される。ウエハの接合後、個々の隔離プレート／ＰＩＰ積層体が接合ウエハから切り離される。

ウエハレベルでのＰＩＰ１０６と隔離プレート１０４の接合には、化学結合を形成する陽極接合のような非マクロ接合技術が使用可能である。例えば、いくつかの実施形態では、ＰＩＰ１０６はガラスからなり、隔離プレート１０４はシリコンからなる。したがって、いくつかのそのような実施形態では、当業者に既知のガラスとシリコンの陽極接合技術が使用される。他の実施形態では、ＰＩＰ１０６および隔離プレート１０４は両方ともシリコンからなる。いくつかのそのような実施形態では、シリコンのパッケージ・インターフェース・プレート上にガラスのフィルムを被着させるというような当業者に既知のシリコンとシリコンの陽極接合技術が使用される。他の実施形態では、シリコン融合接合のような当業者に既知の他の非マクロ接合技術が使用される。マクロ接合技術に比べて、非マクロ接合技術の使用は、接合プロセス中に隔離プレート１０４の複数のビーム１１２上に掛けられる応力を低減する助けとなる。

さらに、いくつかの実施形態では、センサダイ１０２もやはり非マクロ接合技術を使用してウエハレベルで隔離プレート１０４に接合される。他の実施形態では、対応するウエハが個別のセンサダイと隔離プレートに分離された後、センサダイ１０２を隔離プレート１０４に接合するのに、エポキシ樹脂、金バンプまたははんだなどのマクロ接合技術が使用される。例えば、図１の例示的な実施形態では、隔離プレート１０４をセンサダイ１０２に接合するのに、金バンプ１２０がパドル１１０−２、１１０−４、１１０−Ｎ上で使用される。

図１の例示的な隔離プレート１０４では６つのパドル１１０が示されているが、他の実施形態では異なる数のパドル１１０が使用されると理解されよう。さらに、本例では、パドル１１０−１、１１０−３、１１０−５は、パドル１１０−２、１１０−４、１１０−Ｎより大きいが、他の実施形態では、パドル１１０−１・・・１１０−Ｎは、異なるように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、パドル１１０−１・・・１１０−Ｎのそれぞれは、実質的に同じ寸法である。さらに、いくつかの実施形態では、パドル１１０−１・・・１１０−Ｎのそれぞれは、センサダイ１０２およびＰＩＰ１０６の両方に接合される。

隔離プレート１０４は、パッケージ基部１０８からのセンサダイ１０２の機械的熱的隔離をもたらす。具体的には、センサダイ１０２とパッケージ基部１０８の間には熱膨張不整合がある。センサダイ１０２がパッケージ基部に直接接合されると、熱的不整合により、センサダイ１０２が温度変化とともに曲がってしまうだろう。したがって、隔離プレート１０４は、センサダイ１０２の湾曲を低減する。具体的には、応力を受けて、センサダイ１０２でなく隔離プレート１０４の可撓性ビーム１１２が曲がる。

ＰＩＰ１０６は、マクロ接合技術を使用してパッケージ基部１０８に接合される。例えば、本実施形態では、整然と並べられた金ボンド１１６がＰＩＰ１０６のパッケージ基部１０８への接合に使用される。上述のように、ＰＩＰ１０６は、接合プロセス中に隔離プレート１０４のビーム１１２上に掛かる応力を低減する。具体的には、台１１４は、ビーム１１２が湾曲できる高さをそれぞれ有し、したがって、センサダイ１０２に対する熱膨張不整合の影響を低減する。しかし、台１１４の高さは、ビーム１１２の撓みまたは湾曲の程度が制約されるように構成される。例えば、ビーム１１２が本明細書では破断距離と呼ぶあるレベルの撓みよりも撓んだ後に破断する恐れがある場合、台１１４の高さは破断距離未満に設定される。

台１１４の高さを破断距離未満に設定することにより、ビーム１１２は、破断距離に達する前にＰＩＰ１０６の表面に接触するようになる。したがって、ビーム１１２は破断し難くなる。例えば、破断距離が２０ミクロンに決められる場合、台１１４の高さは、ビーム１１２が２０ミクロンの破断距離を上回って撓まないように、３〜４ミクロンに設定され得る。さらに、台１１４の高さは、隔離プレート１０４の隔離機能を妨害しないように、熱膨張不整合による予想される撓み量より大きい。

図２は、例示的な一実施形態のパッケージ・インターフェース・プレート２０６の断面図である。図２に示されるように、ＰＩＰ２０６の第１の表面２０１上に配置される台２１４は、高さ２１８を有する。例えば、本実施形態では、高さ２１８は、約４ミクロンである。高さ２１８は、例えば、隔離プレートのビームが破断せずに曲がり得る最大距離を示す経験的証拠に基づいて決定され得る。あるいは、高さ２１８は、モデリングにより決定され得る。したがって、高さ２１８は、ビームが曲がるまたは撓むことができる最大距離より小さくなるように選択される。台２１４は、第１の表面２０１のエッチングにより第１の表面２０１に形成され得る。このように、台２１４の高さ２１８は調節可能である。

このように、隔離プレートのパドルが台２１４に接合されると、第１の表面２０１と隔離プレートの間に空隙が形成される。第１の表面２０１と隔離プレートの間の距離は、台２１４の高さ２１８によって定まる。上述のように、高さ２１８は、隔離プレートのビームがその破断を引き起こす恐れのあるレベルよりも撓まないように構成される。したがって、ビームは、撓むと、台２１４の高さ２１８と等しい距離撓んだ後にＰＩＰ２０６の第１の表面２０１に接触する。そして、第１の表面２０１はビームのさらなる撓みを防止する。

マクロ接合技術を使用して隔離プレートがパッケージ基部に直接接合されると、隔離プレートのビームがそれらが破断するところまで撓む恐れがあり、したがって、隔離プレートがパッケージ基部とセンサダイの間の熱膨張不整合の影響の軽減する効果がなくなってしまう。しかし、図２に示されるように、パッケージ・インターフェース・プレート２０６の第１の表面２０１の反対の第２の表面２０３は、実質的に平らである。第２の表面２０３が実質的に平らなので、パッケージ・インターフェース・プレート２０６は、典型的なダイのような扱いが可能であり、それによって、マクロ接合技術が隔離プレートのビームに悪影響を与えることなくＰＩＰ２０６をパッケージ基部に接合できるようになる。

図３は、他の例示的な隔離プレート３０４の斜視図である。隔離プレート３０４は、上述の隔離プレート１０４と類似している。しかし、パドル３１０−１・・・３１０−Ｎは、異なるように構成される。具体的には、本例では、パドル３１０−１、３１０−３、３１０−５は隔離プレート３０４の中央付近に配置され、一方、パドル３１０−２、３１０−４、３１０−Ｎは隔離プレート３０４の外辺部付近に配置される。

図４は、図３の例示的な隔離プレート３０４に対応するパッケージ・インターフェース・プレート４０６の斜視図である。図４に見られるように、台４１４は、隔離プレート３０４のパドル３１０−１、３１０−３、３１０−５の配置に対応する位置に配置される。このように、様々な実施形態において隔離プレートおよびパッケージ・インターフェース・プレートの様々な構成が使用され得ると理解されよう。

図５は、上述のパッケージ組立体１００のようなパッケージ組立体を製造する一実施形態の方法５００を示す流れ図である。ブロック５０２で、パッケージ・インターフェース・プレートが隔離プレートに接合される。具体的には、パッケージ・インターフェース・プレートの第１の表面上の少なくとも１つの台が隔離プレートの個々のパドルの第１の表面に接合されて、パッケージ・インターフェース・プレートの第１の表面と隔離プレートの間に空隙を形成する。空隙は、パッケージ・インターフェース・プレートの第１の表面上の台の高さにより定まる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの台が、ウエハレベルで複数のパドルのうちの個々の１つに接合される。さらに、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの台が個々のパドルに陽極接合される。他の実施形態では、シリコン融合などの他の非マクロ接合技術が使用される。

ブロック５０４で、隔離プレートの少なくとも１つのパドルの第２の表面がセンサダイに接合される。具体的には、隔離プレートは複数のパドルを有する。いくつかの実施形態では、センサダイに接合される１つまたは複数のパドルは、少なくとも１つの台にそれぞれ接合される１つまたは複数のパドルとは異なる。いくつかの実施形態では、センサダイは、ウエハレベルで少なくとも１つのパドルに接合される。他の実施形態では、センサダイは、ウエハが個別のセンサダイに分けられた後、少なくとも１つのパドルに接合される。さらに、いくつかの実施形態では、金バンプなどのマクロ接合技術が、センサダイを隔離プレートの少なくとも１つのパドルに接合するのに使用される。

ブロック５０６で、パッケージ・インターフェース・プレートの第２の表面がパッケージ基部に接合される。具体的には、本実施形態では、整然と並べられた金バンプが、パッケージ・インターフェース・プレートのパッケージ基部への接合に使用される。他の実施形態では、エポキシ樹脂またははんだなどの他のマクロ接合技術が使用される。ブロック５０２〜５０６で実施される作用は、本明細書に記載の順序に限定されないと理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、センサダイを隔離プレートの少なくとも１つのパドルに接合する前に、パッケージ・インターフェース・プレートがパッケージ基部に接合される。

本明細書では特定の実施形態が図示され述べられてきたが、同じ目的の達成を意図する任意の構成が図示の特定の実施形態に取って代えられ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、明らかに、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。

１００パッケージ組立体
１０２センサダイ
１０４隔離構造、隔離プレート
１０６パッケージ・インターフェース・プレート
１０８パッケージ基部
１１０−１パドル
１１０−２パドル
１１０−３パドル
１１０−４パドル
１１０−５パドル
１１０−Ｎパドル
１１２ビーム
１１４−１台
１１４−２台
１１４−Ｍ台
１１６金ボンド
１２０金バンプ
１２２第１の表面
１２４第２の表面
２０１第１の表面
２０３第２の表面
２０６パッケージ・インターフェース・プレート
２１４−１台
２１４−Ｍ台
２１８高さ
３０４隔離プレート
３１０−１パドル
３１０−２パドル
３１０−３パドル
３１０−４パドル
３１０−５パドル
３１０−Ｎパドル
４０６パッケージ・インターフェース・プレート
４１４−１台
４１４−２台
４１４−Ｍ台

Claims

複数のパドル（１１０）、および、前記複数のパドルに結合されそれぞれが応力を受けて撓むように構成される複数の可撓性ビーム（１１２）を備える隔離プレート（１０４）と、
所定の高さ（２１８）をそれぞれ有する複数の台（１１４）が上に配置される第１の表面（２０１）であって、前記第１の表面上の各台の配置が前記隔離プレートの前記複数のパドルの個々の１つの配置に対応する第１の表面（２０１）、および、パッケージ基部（１０８）に接合されるように構成される第２の表面（２０３）を備えるパッケージ・インターフェース・プレート（１０６）と
を備える、パッケージ組立体（１００）であって、
前記パッケージ・インターフェース・プレートの前記第１の表面上の前記複数の台のそれぞれが、前記隔離プレートの前記複数のパドルの個々の１つに接合され、
各可撓性ビームが撓むことができる最大距離が、前記複数の台の前記高さによって制限される、
パッケージ組立体（１００）。
前記複数の台（１１４）のそれぞれが、前記複数のパドル（１１０）のうちの１つに陽極接合される、請求項１に記載のパッケージ組立体（１００）。
前記複数の台（１１４）のそれぞれが、前記複数のパドル（１１０）のうちの１つにウエハレベルで接合される、請求項１に記載のパッケージ組立体（１００）。