JP2012006092A

JP2012006092A - Mems device and method for manufacturing the same, and package with the same

Info

Publication number: JP2012006092A
Application number: JP2010141710A
Authority: JP
Inventors: Kenji Taki; 謙司瀧
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-01-12

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such problems that an MEMS element is subjected to a stress from an mounting substrate, as a result, a sensitivity degradation or sensitivity variations is caused in the MEMS device.SOLUTION: In the MEMS device, the MEMS element 100 is implemented in the mounting substrate 201. In the MEMS element 100, a protrusion 106 is formed in a lower surface 101B of a silicon substrate 101. The protrusion 106 and the mounting substrate 201 are bonded via an adhesive agent 202.

Description

本発明は、ダイヤフラム構造を備えたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス及びその製造方法に関し、特に、ダイヤフラム構造の土台であるシリコン基板の下面に複数の突起物を有するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法に関する。また、本発明は、このようなＭＥＭＳデバイスを有するパッケージ（以下では単に「パッケージ」と記すことがある）に関する。 The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device having a diaphragm structure and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a MEMS device having a plurality of protrusions on a lower surface of a silicon substrate which is a base of a diaphragm structure and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a package having such a MEMS device (hereinafter simply referred to as “package”).

ダイヤフラム構造を有するＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロフォン、圧力センサ又は加速度センサなどがある。このようなＭＥＭＳデバイスは、音圧、圧力又は加速度といった外力をダイヤフラムの変位によって電気信号へ変換するもの（静電容量型又はピエゾ抵抗型など）である。 Examples of the MEMS device having a diaphragm structure include a microphone, a pressure sensor, and an acceleration sensor. Such a MEMS device converts an external force such as sound pressure, pressure, or acceleration into an electric signal by displacement of a diaphragm (capacitance type, piezoresistive type, or the like).

例えば特許文献１には、圧力センサチップ（センサチップ）をリードフレームに実装する技術が記載されている。センサチップをリードフレームに実装するとき、センサチップとリードフレームとの間に熱歪差が発生し、その結果、センサチップのセンサ部に引っ張り力等が働く場合がある。そこで、特許文献１では、上記熱歪差を吸収して緩和するように、所定の厚みを有する弾性材料をセンサチップとリードフレームとの間の仲介固着層として使用している。また、突っ張り用突起をリードフレームに設け、センサチップの電極にワイヤを接続する際にセンサチップの底面から生じる圧力を突っ張り用突起で受けている。さらには、支え用突起をリードフレームに設け、突っ張り用突起に因る歪応力がセンサ部に伝わらないようにしている。
特開平３−２８９５２８号公報 For example, Patent Document 1 describes a technique for mounting a pressure sensor chip (sensor chip) on a lead frame. When the sensor chip is mounted on the lead frame, a thermal strain difference is generated between the sensor chip and the lead frame, and as a result, a tensile force or the like may act on the sensor portion of the sensor chip. Therefore, in Patent Document 1, an elastic material having a predetermined thickness is used as an intermediate fixing layer between the sensor chip and the lead frame so as to absorb and relax the thermal strain difference. Further, a tension protrusion is provided on the lead frame, and pressure generated from the bottom surface of the sensor chip when the wire is connected to the electrode of the sensor chip is received by the tension protrusion. Furthermore, a support protrusion is provided on the lead frame so that the strain stress due to the tension protrusion is not transmitted to the sensor portion.
JP-A-3-289528

センサチップが実装基板に実装されたセンサでは、その用途に応じて、実装基板を、樹脂基板、セラミック基板、及び、リードフレーム等から選択する。しかし、従来技術（特許文献１の技術）では、実装基板を加工して突っ張り用突起などを形成する必要がある。そのため、実装基板の材料が制約されてしまい、よって、用途に応じたセンサを提供できないという課題が招来する。 In a sensor in which a sensor chip is mounted on a mounting substrate, the mounting substrate is selected from a resin substrate, a ceramic substrate, a lead frame, and the like according to the application. However, in the conventional technique (the technique of Patent Document 1), it is necessary to process the mounting substrate to form a protrusion for stretching. For this reason, the material of the mounting board is restricted, and thus a problem that a sensor corresponding to the application cannot be provided is caused.

また、センサチップの小型化にともない、シリコン基板からなる支持枠の幅は数百μｍ程度である。一方、従来技術では、突っ張り用突起及び支え用突起をリードフレームの所定の位置に形成する必要があり、また、突っ張り用突起及び支え用突起がセンサチップの所定の位置に当接されるようにセンサチップをリードフレームに実装させる必要がある。そのため、従来技術では、センサチップの小型化により、突っ張り用突起等の大きさ又はリードフレームにおける突っ張り用突起等の位置が制約されるという課題が招来する。 Further, with the downsizing of the sensor chip, the width of the support frame made of the silicon substrate is about several hundred μm. On the other hand, in the prior art, it is necessary to form the protrusion for protrusion and the protrusion for support at a predetermined position of the lead frame, and the protrusion for protrusion and the protrusion for support are brought into contact with a predetermined position of the sensor chip. It is necessary to mount the sensor chip on the lead frame. For this reason, in the prior art, the downsizing of the sensor chip causes a problem that the size of the projection for projection or the position of the projection for projection on the lead frame is restricted.

また、実装基板からセンサチップへの応力緩和を高め、且つ、その応力がセンサチップにおいて均一になるようにセンサチップと実装基板とを接着するためには、実装基板の上面において接着剤を塗布する位置、接着剤の塗布量及び実装基板の上面における接着剤の塗布面積等を最適化する必要がある。しかし、従来技術では、接着剤を設けるための凹部がダイパッドに形成されている。そのため、接着剤を塗布する位置、接着剤の塗布量及び接着剤の塗布面積の最適化が難しいという課題が招来する。また、接着剤を凹部内に充填させているので、余分な接着剤が実装基板の上面に塗布される場合がある。 Further, in order to increase the stress relaxation from the mounting substrate to the sensor chip and to bond the sensor chip and the mounting substrate so that the stress is uniform in the sensor chip, an adhesive is applied on the upper surface of the mounting substrate. It is necessary to optimize the position, the adhesive application amount, the adhesive application area on the upper surface of the mounting substrate, and the like. However, in the prior art, a recess for providing an adhesive is formed in the die pad. Therefore, the subject that the optimization of the position which apply | coats an adhesive agent, the application amount of an adhesive agent, and the application area of an adhesive agent will be caused. In addition, since the adhesive is filled in the recesses, excess adhesive may be applied to the upper surface of the mounting substrate.

本発明は、前記課題に鑑み、実装基板の材料又はＭＥＭＳ素子の大きさ等に依存することなく、ＭＥＭＳ素子を実装基板に実装したとき（この実装を「実装」と記す）又はＭＥＭＳデバイスを基板に実装したとき（この実装を「２次実装」と記す）における実装基板からの応力を低減でき、特性劣化及び特性バラツキが抑制されたＭＥＭＳデバイス及びその製造方法並びにパッケージを提供する。 In view of the above-described problems, the present invention provides a device in which a MEMS element is mounted on a mounting substrate (this mounting is referred to as “mounting”) or a MEMS device without depending on the material of the mounting substrate or the size of the MEMS element. A MEMS device capable of reducing stress from a mounting substrate when mounted on (hereinafter referred to as “secondary mounting”), a method of manufacturing the same, and a package thereof, in which characteristic deterioration and characteristic variation are suppressed, are provided.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳ素子が実装基板に実装されている。ＭＥＭＳ素子はシリコン基板を有し、シリコン基板の第１面には突起物が形成されている。突起物と実装基板とは接着剤を介して接続されている。 In the MEMS device according to the present invention, the MEMS element is mounted on the mounting substrate. The MEMS element has a silicon substrate, and a protrusion is formed on the first surface of the silicon substrate. The protrusion and the mounting substrate are connected via an adhesive.

上記構成により、本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳ素子と実装基板との間にギャップが形成される。これにより、実装基板からＭＥＭＳ素子への応力を低減でき、また、実装基板からＭＥＭＳ素子へ応力が伝達されること（「応力伝達」と記すことがある）を防止できる。 With the above configuration, in the MEMS device according to the present invention, a gap is formed between the MEMS element and the mounting substrate. Thereby, the stress from the mounting substrate to the MEMS element can be reduced, and the stress can be prevented from being transmitted from the mounting substrate to the MEMS element (sometimes referred to as “stress transmission”).

また、本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物は、実装基板ではなくＭＥＭＳ素子に形成されている。これにより、実装基板を加工する必要がないので、実装基板の材料に制約されない。 Moreover, in the MEMS device according to the present invention, the protrusion is formed on the MEMS element instead of the mounting substrate. Thereby, since it is not necessary to process the mounting substrate, the material of the mounting substrate is not restricted.

さらに、本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物は、シリコン基板の第１面上に形成されている。これにより、ＭＥＭＳ素子が小型化されてもＭＥＭＳ素子を突起物に形成できる。 Furthermore, in the MEMS device according to the present invention, the protrusion is formed on the first surface of the silicon substrate. Thereby, even if a MEMS element is reduced in size, a MEMS element can be formed in a protrusion.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物は、シリコン基板の外周部に形成されていれば良い。 In the MEMS device according to the present invention, the protrusion may be formed on the outer peripheral portion of the silicon substrate.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、シリコン基板の第２面上には振動膜が形成されていることが好ましい。この場合には、シリコン基板には、振動膜に達する孔が形成されていれば良く、突起物は、シリコン基板の第１面における孔の開口を囲うように形成されていれば良い。 In the MEMS device according to the present invention, it is preferable that a vibration film is formed on the second surface of the silicon substrate. In this case, it is only necessary that the silicon substrate has a hole reaching the vibration film, and the protrusion may be formed so as to surround the opening of the hole in the first surface of the silicon substrate.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物の幅は、シリコン基板の第１面側よりも実装基板側の方が狭いことが好ましい。これにより、実装基板からＭＥＭＳ素子への応力がさらに低減し、応力伝達をさらに防止できる。 In the MEMS device according to the present invention, the width of the protrusion is preferably narrower on the mounting substrate side than on the first surface side of the silicon substrate. Thereby, the stress from a mounting board | substrate to a MEMS element further reduces, and it can prevent stress transmission further.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、シリコン基板の第１面には、第１の突起物群の外側に第２の突起物群が形成されていることが好ましい。突起物の高さが低いと応力伝達の防止を十分に図ることができない場合がある。しかし、上記構成では、突起物の高さがそれほど高くない場合であっても、応力伝達を防止できる。 In the MEMS device according to the present invention, it is preferable that a second projection group is formed on the first surface of the silicon substrate outside the first projection group. If the height of the protrusion is low, it may not be possible to sufficiently prevent stress transmission. However, in the above configuration, stress transmission can be prevented even when the height of the protrusion is not so high.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、シリコン基板の第１面には、互いに高さが異なる突起物が形成されていることが好ましい。このとき、相対的に低い突起物にのみ接着剤を塗布すれば、接着剤の高さを確保でき、従って、ＭＥＭＳ素子へ印加される応力をさらに低減できる。 In the MEMS device according to the present invention, it is preferable that protrusions having different heights are formed on the first surface of the silicon substrate. At this time, if the adhesive is applied only to a relatively low protrusion, the height of the adhesive can be secured, and therefore the stress applied to the MEMS element can be further reduced.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物は、シリコン、SiO₂及びSiNの少なくとも１つを含んでいれば良い。 In the MEMS device according to the present invention, the protrusion only needs to include at least one of silicon, SiO ₂ and SiN.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、接着剤が突起物と実装基板との間に介在している第１領域と、接着剤が突起物と実装基板との間に介在していない第２領域とが存在していることが好ましい。これにより、余剰な接着剤が実装基板に塗布されることを防止できる。 In the MEMS device according to the present invention, there are a first region where the adhesive is interposed between the protrusion and the mounting substrate, and a second region where the adhesive is not interposed between the protrusion and the mounting substrate. Preferably it is present. Thereby, it can prevent that the excess adhesive agent is apply | coated to a mounting board | substrate.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスが音響デバイスである場合には、固定膜が振動膜に対向してシリコン基板の上に配置されていれば良く、貫通孔が実装基板に形成されていれば良い。 When the MEMS device according to the present invention is an acoustic device, the fixed film may be disposed on the silicon substrate so as to face the vibration film, and the through hole may be formed in the mounting substrate.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳ素子は実装基板上に設けられたカバーで覆われていることが好ましい。これにより、パッケージを形成し易い。 In the MEMS device according to the present invention, the MEMS element is preferably covered with a cover provided on the mounting substrate. Thereby, it is easy to form a package.

このようなＭＥＭＳデバイスは、次に示す方法に従って製造されることが好ましい。 Such a MEMS device is preferably manufactured according to the following method.

本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、ＭＥＭＳ素子を形成する工程（ａ）と、ＭＥＭＳ素子を実装基板に実装する工程（ｂ）とを備えている。工程（ａ）は、シリコン基板の第１面に突起物を形成する工程を有している。工程（ｂ）は、突起物と実装基板とを接着剤を介して接続する工程を有している。 The method for manufacturing a MEMS device according to the present invention includes a step (a) of forming a MEMS element and a step (b) of mounting the MEMS element on a mounting substrate. Step (a) includes forming a protrusion on the first surface of the silicon substrate. The step (b) includes a step of connecting the protrusion and the mounting substrate through an adhesive.

工程（ａ）は、シリコン基板の第１面上にマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを介してシリコン基板をエッチングすることにより突起物を形成する工程とを有していることが好ましい。 The step (a) preferably includes a step of forming a mask pattern on the first surface of the silicon substrate and a step of forming a protrusion by etching the silicon substrate through the mask pattern.

音響デバイスを製造するときには、工程（ａ）は、シリコン基板の第２面上に振動膜を形成する工程と、振動膜の上に犠牲膜を形成する工程と、犠牲膜の上に孔が形成された固定膜を形成する工程と、シリコン基板の第１面から第２面へ向かってシリコン基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、固定膜に形成された孔を通して犠牲膜をエッチングする工程とを有していれば良い。 When manufacturing an acoustic device, the step (a) includes a step of forming a vibration film on the second surface of the silicon substrate, a step of forming a sacrificial film on the vibration film, and a hole formed on the sacrificial film. Forming the fixed film, forming a through-hole penetrating the silicon substrate from the first surface to the second surface of the silicon substrate, and etching the sacrificial film through the holes formed in the fixed film As long as it has.

本発明に係るパッケージは、本発明に係るＭＥＭＳデバイスが導電性部材を介して電子機器内の基板に実装されて構成されている。 The package according to the present invention is configured by mounting the MEMS device according to the present invention on a substrate in an electronic apparatus via a conductive member.

本発明では、実装基板からＭＥＭＳ素子への応力の低減を図ることができるので、ＭＥＭＳデバイスにおける特性劣化を抑制でき、また、その特性のバラツキを抑制できる。 In the present invention, since the stress from the mounting substrate to the MEMS element can be reduced, the characteristic deterioration in the MEMS device can be suppressed, and the variation in the characteristic can be suppressed.

（ａ）は本発明の一実施形態における第１のＭＥＭＳ素子の平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示すIB−IB線における断面図である。(A) is a top view of the 1st MEMS element in one Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the IB-IB line | wire shown to Fig.1 (a). （ａ）は本発明の一実施形態における第２のＭＥＭＳ素子の平面図であり、（ｂ）は図２（ａ）に示すIIB−IIB線における断面図である。(A) is a top view of the 2nd MEMS element in one Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the IIB-IIB line | wire shown to Fig.2 (a). （ａ）は本発明の一実施形態に係る第１のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳ素子の平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）に示すIIIB−IIIB線における断面図である。(A) is a top view of the MEMS element in the 1st MEMS device which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the IIIB-IIIB line | wire shown to Fig.3 (a). （ａ）は本発明の一実施形態に係る第２のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳ素子の平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）の一部拡大図であり、（ｃ）は図４（ａ）に示すIVC−IVC線における断面図である。(A) is a top view of the MEMS element in the 2nd MEMS device which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is the elements on larger scale of FIG. 4 (a), (c) is FIG. It is sectional drawing in the IVC-IVC line | wire shown to a). （ａ）は本発明の一実施形態に係る第３のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳ素子の一部分の拡大平面図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示すVB−VB線における断面図である。(A) is an enlarged plan view of a part of a MEMS element in a third MEMS device according to an embodiment of the present invention, and (b) is a cross-sectional view taken along the line VB-VB shown in FIG. （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。(A)-(d) is sectional drawing of a part of MEMS device which concerns on one Embodiment of this invention, respectively. （ａ）〜（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。(A)-(b) is a sectional view of a part of a MEMS device concerning one embodiment of the present invention, respectively. 本発明の一実施形態に係るパッケージの断面図である。It is sectional drawing of the package which concerns on one Embodiment of this invention. （ａ）は本発明の一実施形態における音響センサチップの平面図であり、（ｂ）は図９（ａ）に示すIXB−IXB線における断面図である。(A) is a top view of the acoustic sensor chip in one Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the IXB-IXB line | wire shown to Fig.9 (a).

以下では、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。例えば、図１〜図９に示す各部材の形状は何れの望ましい例にすぎず、以下の数値は何れも望ましい例にすぎず、以下の材料は何れも望ましい材料にすぎない。発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、以下の記載内容及び図１〜図９に図示された内容に限定されることなく適宜変更可能である。また、以下では、ＭＥＭＳデバイスの例として音響トランスデューサを用いて説明するが、本発明は、ＭＥＭＳデバイス全般に適用できる技術である。ＭＥＭＳデバイスは、後述するが、半導体プロセスを用いて形成され、機械信号等を電気信号等に変換する変換素子（ＭＥＭＳ素子）を有する。ＭＥＭＳデバイスの例としては、音響トランスデューサ（ＭＥＭＳマイク）、圧力センサ、加速度センサ又は角速度センサなどが挙げられる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. For example, the shape of each member shown in FIGS. 1 to 9 is only a desirable example, the following numerical values are only desirable examples, and the following materials are all desirable materials. As long as it does not deviate from the gist of the invention, it can be appropriately changed without being limited to the following description contents and the contents shown in FIGS. In the following description, an acoustic transducer is used as an example of a MEMS device. However, the present invention is a technique applicable to all MEMS devices. Although described later, the MEMS device is formed using a semiconductor process, and includes a conversion element (MEMS element) that converts a mechanical signal or the like into an electric signal or the like. Examples of the MEMS device include an acoustic transducer (MEMS microphone), a pressure sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and the like.

本発明の実施形態では、ＭＥＭＳ素子、ＭＥＭＳデバイス及びパッケージの構成を簡潔に説明してから、ＭＥＭＳ素子に形成された突起物を説明する。図１（ａ）は本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の一例を示す下面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すIB−IB線における断面図である。図８は、本実施形態に係るパッケージの断面図である。 In the embodiment of the present invention, the configuration of the MEMS element, the MEMS device, and the package is briefly described, and then the protrusion formed on the MEMS element is described. FIG. 1A is a bottom view showing an example of the MEMS element according to the present embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line IB-IB shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the package according to the present embodiment.

本実施形態におけるＭＥＭＳ素子１００は、ダイヤフラム１０４を有している。具体的には、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ素子１００は、平面視略菱形のシリコン基板１０１を備えている。シリコン基板１０１には、貫通孔１０２がその厚み方向に貫通して形成されており、シリコン基板１０１の上面（第２面）１０１Ａには、振動膜１０３が貫通孔１０２を塞ぐように設けられている。振動膜１０３は振動電極（不図示）を含んでおり、よって、振動膜１０３において貫通孔１０２の上に位置する部分がダイヤフラム１０４として機能する。ここで、シリコン基板１０１の上面１０１Ａにおける貫通孔１０２の開口の形状は六角形であるが、シリコン基板１０１の下面（第１面）１０１Ｂにおける貫通孔１０２の開口の形状は略菱形であり、よって、ダイヤフラム１０４は平面視六角形である。貫通孔１０２の外側に位置するシリコン基板１０１はダイヤフラム１０４を支持する支持枠１０５として機能し、支持枠１０５の下面（シリコン基板１０１の下面１０１Ｂ）には突起物１０６が形成されている。 The MEMS element 100 in the present embodiment has a diaphragm 104. Specifically, as shown in FIGS. 1A and 1B, the MEMS element 100 includes a silicon substrate 101 having a substantially rhomboid shape in plan view. A through hole 102 is formed through the silicon substrate 101 in the thickness direction, and a vibration film 103 is provided on the upper surface (second surface) 101 A of the silicon substrate 101 so as to close the through hole 102. Yes. The vibration film 103 includes a vibration electrode (not shown). Therefore, a portion of the vibration film 103 located above the through hole 102 functions as the diaphragm 104. Here, the shape of the opening of the through hole 102 in the upper surface 101A of the silicon substrate 101 is hexagonal, but the shape of the opening of the through hole 102 in the lower surface (first surface) 101B of the silicon substrate 101 is substantially rhombus. The diaphragm 104 has a hexagonal shape in plan view. The silicon substrate 101 located outside the through hole 102 functions as a support frame 105 that supports the diaphragm 104, and a protrusion 106 is formed on the lower surface of the support frame 105 (the lower surface 101 B of the silicon substrate 101).

このようなＭＥＭＳ素子１００は、図８に示すように、実装基板２０１の上面２０１Ａに実装されてＭＥＭＳデバイスを構成する。実装基板２０１の上面２０１Ａには、ＭＥＭＳ素子１００の突起物１０６が接着剤（例えばシリコン系樹脂）２０２を介して接着されており、また、ＩＣ（integrated circuit）素子２０３が実装されている。ＩＣ素子２０３は、金属細線２０４を介してＭＥＭＳ素子１００に接続されており、ＭＥＭＳ素子１００からの電気信号を変換する。ＭＥＭＳ素子１００及びＩＣ素子２０３は、実装基板２０１の上面２０１Ａ上に設けられたカバー２０５で覆われている。このようなＭＥＭＳデバイスは、図８に示すように、半田３０２を介して二次実装基板（電子機器内の基板）３０１に電気的に接続されてパッケージを構成している。 As shown in FIG. 8, such a MEMS element 100 is mounted on the upper surface 201A of the mounting substrate 201 to constitute a MEMS device. On the upper surface 201A of the mounting substrate 201, the protrusion 106 of the MEMS element 100 is bonded via an adhesive (for example, silicon resin) 202, and an IC (integrated circuit) element 203 is mounted. The IC element 203 is connected to the MEMS element 100 via a thin metal wire 204, and converts an electrical signal from the MEMS element 100. The MEMS element 100 and the IC element 203 are covered with a cover 205 provided on the upper surface 201 A of the mounting substrate 201. As shown in FIG. 8, such a MEMS device is electrically connected to a secondary mounting substrate (substrate in an electronic device) 301 via a solder 302 to form a package.

このように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳ素子１００の突起物１０６が実装基板２０１の上面２０１Ａに接着されているので、ＭＥＭＳ素子１００は突起物１０６の高さ（Δｈ１）分だけ実装基板２０１の上面２０１Ａから離して配置される。よって、突起物１０６が支持枠１０５の下面に形成されていない場合に比べて、実装時又は２次実装時等における応力伝達を防止できる。従って、ＭＥＭＳデバイスの特性劣化（例えば感度劣化）を防止できる。また、応力伝達を防止できるので、ＭＥＭＳデバイスの高さがばらつくことを防止でき、よって、ＭＥＭＳデバイスの特性バラツキ（例えば感度バラツキ）を防止できる。 As described above, in the MEMS device according to the present embodiment, since the protrusion 106 of the MEMS element 100 is bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate 201, the MEMS element 100 is mounted by the height (Δh1) of the protrusion 106. The substrate 201 is disposed away from the upper surface 201A. Therefore, compared with the case where the protrusions 106 are not formed on the lower surface of the support frame 105, it is possible to prevent stress transmission during mounting or secondary mounting. Therefore, characteristic deterioration (for example, sensitivity deterioration) of the MEMS device can be prevented. Moreover, since stress transmission can be prevented, it is possible to prevent variations in the height of the MEMS device, and thus it is possible to prevent variation in characteristics (for example, sensitivity variation) of the MEMS device.

また、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物１０６が実装基板２０１の上面ではなくＭＥＭＳ素子１００の支持枠１０５の下面に形成されているので、実装基板２０１の材料等に制約されることなく応力伝達を防止できる。よって、本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの用途に依存することなく応力伝達を防止できる。 Further, in the MEMS device according to the present embodiment, since the protrusion 106 is formed not on the upper surface of the mounting substrate 201 but on the lower surface of the support frame 105 of the MEMS element 100, the material is not restricted by the material of the mounting substrate 201. Stress transmission can be prevented. Therefore, in this embodiment, stress transmission can be prevented without depending on the use of the MEMS device.

それだけでなく、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物１０６が支持枠１０５の下面上に形成されているので、ＭＥＭＳ素子１００が小型になっても突起物１０６を形成できる。よって、本実施形態では、ＭＥＭＳ素子１００の小型化を図りつつ応力伝達を防止できる。 In addition, in the MEMS device according to the present embodiment, since the protrusion 106 is formed on the lower surface of the support frame 105, the protrusion 106 can be formed even if the MEMS element 100 is reduced in size. Therefore, in this embodiment, it is possible to prevent stress transmission while reducing the size of the MEMS element 100.

さらに、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物１０６が接着剤２０２を介して実装基板２０１の上面２０１Ａに接着されることにより、ＭＥＭＳ素子１００が実装基板２０１の上面２０１Ａに接着されている。これにより、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスでは、突起物が設けられていないＭＥＭＳ素子を実装基板の上面に接着する場合に比べて接着面積が大きいので、ＭＥＭＳ素子１００と実装基板２０１との接着力の向上を図ることができる。 Furthermore, in the MEMS device according to the present embodiment, the protrusion 106 is bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate 201 via the adhesive 202, whereby the MEMS element 100 is bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate 201. Thereby, in the MEMS device according to the present embodiment, the adhesion area between the MEMS element 100 and the mounting substrate 201 is larger than that in the case where the MEMS element not provided with the protrusion is bonded to the upper surface of the mounting substrate. Can be improved.

さらに、接着剤２０２としてシリコン系樹脂を用いると、シリコン系樹脂はそれ以外の接着剤に比べてヤング率が低いため、応力伝達をさらに和らげることができる。 Further, when a silicon-based resin is used as the adhesive 202, the silicon-based resin has a lower Young's modulus than other adhesives, so that stress transmission can be further eased.

では、突起物１０６を説明する。まず、図１（ａ）〜図５（ｂ）を用いて、突起物の平面視形状を説明する。図２（ａ）は本実施形態における別のＭＥＭＳ素子の下面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すIIB−IIB線における断面図である。図３（ａ）は本実施形態に係る別のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳ素子の下面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すIIIB−IIIB線における断面図である。図４（ａ）は本実施形態に係るまた別のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳ素子の下面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の一部拡大図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）に示すIVC−IVC線における断面図である。図５（ａ）は本実施形態に係る更に別のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳ素子の一部分の拡大下面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すVB−VB線における断面図である。なお、図３（ｂ）、図４（ｃ）及び図５（ｂ）では、実装基板２０１の上面上の電極層の図示を省略している。 Now, the protrusion 106 will be described. First, the planar view shape of a protrusion is demonstrated using FIG. 1 (a)-FIG.5 (b). FIG. 2A is a bottom view of another MEMS element in the present embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB shown in FIG. FIG. 3A is a bottom view of a MEMS element in another MEMS device according to this embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB shown in FIG. 4A is a bottom view of a MEMS element in still another MEMS device according to the present embodiment, FIG. 4B is a partially enlarged view of FIG. 4A, and FIG. It is sectional drawing in the IVC-IVC line | wire shown to Fig.4 (a). FIG. 5A is an enlarged bottom view of a part of a MEMS element in still another MEMS device according to this embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB shown in FIG. . In addition, in FIG.3 (b), FIG.4 (c), and FIG.5 (b), illustration of the electrode layer on the upper surface of the mounting substrate 201 is abbreviate | omitted.

図１（ａ）〜（ｂ）に示すように突起物１０６が支持枠１０５の下面における貫通孔１０２の開口を囲むように形成されていても良いし、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示すように複数の突起物１０６が支持枠１０５の周方向において互いに間隔（間隔Ｙ，図２（ｂ）参照）を開けて形成されていても良い。後者の場合には、各突出物１０６は、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように支持枠１０５の周方向に沿って延びていても良いし、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように支持枠１０５の幅方向に延びていても良い。また、突起物１０６の個数は図２（ａ）又は図３（ａ）における個数に限定されず、ＭＥＭＳ素子１００が実装基板２０１に対して平行に配置されるように、且つ、実装基板２０１からの応力がＭＥＭＳ素子１００に均一に加わるように、突起物１０６の個数を決めれば良い。何れの場合であっても、上述の効果を得ることができる。 As shown in FIGS. 1A to 1B, the protrusion 106 may be formed so as to surround the opening of the through hole 102 on the lower surface of the support frame 105, or FIGS. 2A to 3B. As shown in FIG. 2, a plurality of protrusions 106 may be formed at intervals (interval Y, see FIG. 2B) in the circumferential direction of the support frame 105. In the latter case, each protrusion 106 may extend along the circumferential direction of the support frame 105 as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (b), and FIGS. 3 (a) to 3 (b). As shown in FIG. 4, the support frame 105 may extend in the width direction. Further, the number of the protrusions 106 is not limited to the number in FIG. 2A or FIG. 3A, and the MEMS element 100 is arranged in parallel to the mounting substrate 201, and from the mounting substrate 201. The number of protrusions 106 may be determined so that the stress is uniformly applied to the MEMS element 100. In any case, the above-described effects can be obtained.

支持枠１０５が実装基板２０１からの応力によって歪むことを考慮して、図４（ａ）〜（ｃ）に示す突起物１０６を形成しても良い。具体的には、実装基板２０１からの応力によって支持枠１０５が歪む方向としては、図４（ａ）〜（ｂ）に示すＢ−Ｂ方向、図４（ｃ）に示すＣ−Ｃ方向及び図４（ａ）〜（ｂ）に示すＡ−Ａ方向に対して捩れる方向等が挙げられる。これらの方向に対して垂直に突起物を形成すれば、実装基板２０１からの応力により支持枠１０５が歪むことを防止できるので、ＭＥＭＳ素子１００に印加される歪みを低減できる。そこで、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、支持枠１０５の下面には突起物１０６Ａと複数の突起物１０６Ｂとを形成することが好ましい。突起物１０６Ａは、支持枠１０５の周方向に亘って形成されており、つまり、図１（ａ）〜（ｂ）に示す突起物１０６である。これにより、支持枠１０５が実装基板２０１からの応力によってＢ−Ｂ方向及びＣ−Ｃ方向に歪むことを防止できる。複数の突起物１０６Ｂは支持枠１０５の周方向に互いに間隔を開けて形成されており、各突起物１０６Ｂは支持枠１０５の幅方向に延びている。別の言い方をすると、複数の突起物１０６Ｂは、図３（ａ）〜（ｂ）に示す突起物１０６である。これにより、支持枠１０５が実装基板２０１からの応力によってＡ−Ａ方向に対して捩れる方向及びＣ−Ｃ方向に歪むことを防止できる。 In consideration of distortion of the support frame 105 due to the stress from the mounting substrate 201, the protrusions 106 shown in FIGS. 4A to 4C may be formed. Specifically, the directions in which the support frame 105 is distorted by the stress from the mounting substrate 201 include the BB direction shown in FIGS. 4A and 4B, the CC direction shown in FIG. The direction etc. which twist with respect to the AA direction shown to 4 (a)-(b) are mentioned. If the protrusions are formed perpendicular to these directions, the support frame 105 can be prevented from being distorted by the stress from the mounting substrate 201, so that the strain applied to the MEMS element 100 can be reduced. Therefore, as shown in FIGS. 4A to 4C, it is preferable to form a protrusion 106 A and a plurality of protrusions 106 B on the lower surface of the support frame 105. The protrusion 106A is formed along the circumferential direction of the support frame 105, that is, the protrusion 106 shown in FIGS. Thereby, it is possible to prevent the support frame 105 from being distorted in the BB direction and the CC direction due to the stress from the mounting substrate 201. The plurality of protrusions 106 B are formed at intervals in the circumferential direction of the support frame 105, and each protrusion 106 B extends in the width direction of the support frame 105. In other words, the plurality of protrusions 106B are the protrusions 106 shown in FIGS. Thereby, it is possible to prevent the support frame 105 from being distorted in the direction twisted with respect to the AA direction and the CC direction due to the stress from the mounting substrate 201.

突起物１０６は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持枠１０５の周方向に対してジグザグに延びていても良い。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the protrusion 106 may extend in a zigzag manner with respect to the circumferential direction of the support frame 105.

次に、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて、突起物１０６の幅及びその高さを順に説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は本実施形態に係るまた別のＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。なお、図６（ａ）〜（ｄ）では、実装基板２０１の上面上の電極層の図示を省略している。 Next, the width | variety and the height of the protrusion 106 are demonstrated in order using Fig.6 (a)-(d). 6A to 6D are cross-sectional views of a part of still another MEMS device according to this embodiment. 6A to 6D, illustration of the electrode layer on the upper surface of the mounting substrate 201 is omitted.

突起物１０６の幅は、図６（ａ）等に示すように支持枠１０５の幅（Ｚ）よりも狭く、図６（ａ）に示すように突起物１０６の高さ方向において略同一であっても良いし（Ｗ１）、図６（ｂ）及び（ｄ）に示すように実装基板２０１側の方がシリコン基板１０１側よりも狭くても良いし（Ｗ２＜Ｗ１）、図６（ｃ）に示すようにシリコン基板１０１から実装基板２０１へ向かうにつれて徐々に狭くなっても良い。しかし、図６（ｂ）〜（ｄ）に示す突起物１０６が支持枠１０５の下面に形成されていれば、図６（ａ）に示す突起物１０６が支持枠１０５の下面に形成されている場合に比べて、応力伝達をさらに緩和できる。その理由は以下に示す通りである。 The width of the protrusion 106 is narrower than the width (Z) of the support frame 105 as shown in FIG. 6A and the like, and is substantially the same in the height direction of the protrusion 106 as shown in FIG. (W1), as shown in FIGS. 6B and 6D, the mounting substrate 201 side may be narrower than the silicon substrate 101 side (W2 <W1), or FIG. 6C. As shown in FIG. 4, the width may gradually decrease from the silicon substrate 101 toward the mounting substrate 201. However, if the protrusions 106 shown in FIGS. 6B to 6D are formed on the lower surface of the support frame 105, the protrusions 106 shown in FIG. 6A are formed on the lower surface of the support frame 105. Compared to the case, the stress transmission can be further relaxed. The reason is as follows.

後述するように、実装時又は２次実装時には、熱処理を行う。ここで、シリコン基板１０１の材料と実装基板２０１の材料とでは熱膨張係数が異なる。そのため、実装時又は２次実装時に熱処理を行うと、その熱膨張係数差に起因する応力が実装基板２０１に発生し、発生した応力が接着剤２０２及び突起物１０６を介してＭＥＭＳ素子１００へ伝達される。これにより、突起物１０６の下面が小さければ、ＭＥＭＳ素子１００と実装基板２０１との接触面積が小さくなり、よって、応力伝達の更なる防止を図ることができる。従って、突起物１０６は図６（ａ）に示す形状よりも図６（ｂ）〜（ｄ）の何れかに示す形状を有している方が好ましい。 As will be described later, heat treatment is performed during mounting or secondary mounting. Here, the material of the silicon substrate 101 and the material of the mounting substrate 201 have different thermal expansion coefficients. Therefore, when heat treatment is performed during mounting or secondary mounting, a stress due to the difference in thermal expansion coefficient is generated in the mounting substrate 201, and the generated stress is transmitted to the MEMS element 100 via the adhesive 202 and the protrusion 106. Is done. Thereby, if the lower surface of the protrusion 106 is small, the contact area between the MEMS element 100 and the mounting substrate 201 becomes small, and therefore, further prevention of stress transmission can be achieved. Therefore, the protrusion 106 preferably has the shape shown in any of FIGS. 6B to 6D rather than the shape shown in FIG.

突起物１０６の高さ（Δｈ１）は高い方が好ましい。これにより、シリコン基板１０１の下面１０１Ｂと実装基板２０１の上面２０１Ａとの距離が長くなるので、応力伝達を更に防止できる。しかし、突起物１０６の高さが高くなると、突起物１０６の機械的強度を確保できない場合がある。そのため、突起物１０６の高さ（Δｈ１）は、シリコン基板１０１の高さＴ（図１（ｂ）参照）の１〜１０％程度であることが好ましく、具体的には数μｍ以上数十μｍ以下であれば良い。 The height (Δh1) of the protrusion 106 is preferably higher. As a result, the distance between the lower surface 101B of the silicon substrate 101 and the upper surface 201A of the mounting substrate 201 becomes longer, so that stress transmission can be further prevented. However, when the height of the protrusion 106 is increased, the mechanical strength of the protrusion 106 may not be ensured. Therefore, the height (Δh1) of the protrusion 106 is preferably about 1 to 10% of the height T of the silicon substrate 101 (see FIG. 1B), specifically, several μm to several tens μm. The following is acceptable.

なお、シリコン基板１０１の厚みが厚いときには、ダイヤフラム１０４への応力伝達を抑制できるので、突起物１０６を低くできる。逆に、シリコン基板１０１の厚みが薄いときには、ダイヤフラム１０４への応力伝達が抑制されにくく、よって、突起物１０６を高くする必要がある。 Note that when the thickness of the silicon substrate 101 is thick, stress transmission to the diaphragm 104 can be suppressed, so that the protrusion 106 can be lowered. On the contrary, when the thickness of the silicon substrate 101 is thin, the transmission of stress to the diaphragm 104 is difficult to be suppressed, and thus the protrusion 106 needs to be raised.

また、突起物１０６の加工もしくは形成上の理由から、又は、突起物１０６の機械的強度を確保する等の理由から、突起物１０６を低く形成する場合がある。この場合には、図６（ｄ）に示すように突起物１０６を支持枠１０５の幅方向に複数本形成すれば、実装基板２０１からＭＥＭＳ素子１００への応力を分散できる。このとき、内周側に位置する突起物１０６（第１の突起物群）は、図１（ａ）〜（ｂ）に示す突起物１０６であっても良いし、図２（ａ）〜（ｂ）に示す突起物１０６であっても良い。また、内周側に位置する突起物１０６の外側には、図１（ａ）〜（ｂ）に示す突起物１０６（第２の突起物群）が設けられていても良いし、図２（ａ）〜（ｂ）に示す突起物１０６（第２の突起物群）が設けられていても良い。 Further, the protrusion 106 may be formed low for reasons of processing or formation of the protrusion 106 or for securing the mechanical strength of the protrusion 106. In this case, the stress from the mounting substrate 201 to the MEMS element 100 can be dispersed by forming a plurality of protrusions 106 in the width direction of the support frame 105 as shown in FIG. At this time, the protrusion 106 (first protrusion group) located on the inner peripheral side may be the protrusion 106 shown in FIGS. 1A to 1B, or FIGS. The protrusion 106 shown to b) may be sufficient. Moreover, the protrusion 106 (2nd protrusion group) shown to FIG.1 (a)-(b) may be provided in the outer side of the protrusion 106 located in an inner peripheral side, and FIG. The protrusion 106 (2nd protrusion group) shown to a)-(b) may be provided.

続いて、突起物１０６の材料を説明する。突起物１０６は、シリコンからなっても良く、ＭＥＭＳデバイスを形成するときに使用される膜（例えばＳｉＯ_２膜又はＳｉＮ膜）からなっても良く、シリコン、ＳｉＯ_２及びＳｉＮの少なくとも１つを含んでいても良い。また、突起物１０６としては次に示す膜を用いて形成しても良い。ＭＥＭＳ素子１００を形成するとき又はエアギャップ１１３（図９参照）を介して固定膜１１１（図９参照）を振動膜１０３に対向させて形成するときには、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの手法により数μｍの厚みを有する膜をシリコン基板１０１の上面１０１Ａ上に形成する。このとき、シリコン基板１０１の上面１０１Ａ上に形成された膜と同一の膜がシリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上にも形成されるので、このようにしてシリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上に形成された膜を用いて突起物１０６を形成しても良い。 Subsequently, the material of the protrusion 106 will be described. The protrusion 106 may be made of silicon, may be made of a film (for example, SiO ₂ film or SiN film) used when forming a MEMS device, and includes at least one of silicon, SiO _2, and SiN. You can leave. Further, the protrusion 106 may be formed using the following film. When forming the MEMS element 100 or forming the fixed film 111 (see FIG. 9) opposite to the vibration film 103 through the air gap 113 (see FIG. 9), a technique such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used. A film having a thickness of several μm is formed on the upper surface 101 A of the silicon substrate 101. At this time, since the same film as the film formed on the upper surface 101A of the silicon substrate 101 is also formed on the lower surface 101B of the silicon substrate 101, the film formed on the lower surface 101B of the silicon substrate 101 in this way. The protrusion 106 may be formed using

続いて、図３（ａ）〜図５（ｂ）及び図７（ａ）〜（ｂ）を用いて、接着剤２０２の塗布位置を説明する。図７（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。なお、図７（ａ）〜（ｂ）では、実装基板２０１の上面上の電極層の図示を省略している。 Subsequently, the application position of the adhesive 202 will be described with reference to FIGS. 3A to 5B and FIGS. 7A to 7B. 7A and 7B are cross-sectional views of a part of the MEMS device according to this embodiment. 7A and 7B, illustration of the electrode layer on the upper surface of the mounting substrate 201 is omitted.

接着剤２０２は、図７（ａ）に示すように突起物１０６の外側面全体を被覆していても良いし、図７（ｂ）に示すように突起物１０６の外側面のうち実装基板２０１側に位置する部分を被覆していても良い。別の言い方をすると、接着剤２０２の高さ（Δｈ２）は、図７（ａ）に示すように突起物１０６の高さ（Δｈ１）と同じであっても良く、図７（ｂ）に示すように突起物１０６の高さ（Δｈ１）よりも低くても良い。しかし、図７（ｂ）に示す場合には、接着剤２０２がシリコン基板１０１の下面１０１Ｂに付着することを防止できるため、余剰の接着剤２０２がＭＥＭＳ素子１００に付着することを防止でき、よって、ＭＥＭＳ素子１００の性能悪化を防止できる。また、少ない接着剤２０２の量でＭＥＭＳ素子１００を実装基板２０１に接着させることができる。よって、接着剤２０２は突起物１０６の外側面のうち実装基板２０１側に位置する部分を被覆していることが好ましい。 The adhesive 202 may cover the entire outer surface of the protrusion 106 as shown in FIG. 7A, or the mounting substrate 201 out of the outer surface of the protrusion 106 as shown in FIG. 7B. You may coat | cover the part located in the side. In other words, the height (Δh2) of the adhesive 202 may be the same as the height (Δh1) of the protrusion 106 as shown in FIG. 7 (a), as shown in FIG. 7 (b). Thus, it may be lower than the height (Δh1) of the protrusion 106. However, in the case shown in FIG. 7B, since the adhesive 202 can be prevented from adhering to the lower surface 101B of the silicon substrate 101, the surplus adhesive 202 can be prevented from adhering to the MEMS element 100. The performance deterioration of the MEMS element 100 can be prevented. Further, the MEMS element 100 can be adhered to the mounting substrate 201 with a small amount of the adhesive 202. Therefore, it is preferable that the adhesive 202 covers a portion of the outer surface of the protrusion 106 that is located on the mounting substrate 201 side.

全ての突起物１０６が接着剤２０２を介して実装基板２０１の上面２０１Ａに接着しても良いし、図３（ａ）〜図５（ｂ）に示すように一部の突起物１０６のみが接着剤２０２を介して実装基板の上面２０１Ａに接着していても良い。例えば、図３（ａ）〜図４（ｂ）では、接着剤２０２は、平面視において、シリコン基板１０１の中心線Ｌ１，Ｌ２に対して対称となる位置（４箇所）に設けられている。 All the protrusions 106 may be bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate 201 through the adhesive 202, or only a part of the protrusions 106 are bonded as shown in FIGS. 3 (a) to 5 (b). It may be bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate via the agent 202. For example, in FIGS. 3A to 4B, the adhesive 202 is provided at positions (four locations) that are symmetrical with respect to the center lines L1 and L2 of the silicon substrate 101 in plan view.

一部の突起物１０６のみが接着剤２０２を介して実装基板の上面２０１Ａに接着している場合、図３（ａ）に示すように、接着剤２０２が突起物１０６と実装基板２０１との間に介在している領域（第１領域）Ａ１と、接着剤２０２が突起物１０６と実装基板２０１との間に介在していない領域（第２領域）Ａ２とが存在する（図３（ａ）には不図示であるが、領域Ａ１では接着剤２０２は突起物１０６と実装基板２０１との間に介在している。後述のように接着剤２０２を実装基板２０１の上面２０１に塗布してからその接着剤２０２の上にＭＥＭＳ素子１００を設置するためである。）。領域Ａ２にも突起物１０６を形成する理由は、ＭＥＭＳ素子１００を実装基板２０１に対して平行に実装させるためであり、また、実装時にはＭＥＭＳ素子１００に対して均一に外力が働くようにするためである。 When only some of the protrusions 106 are bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate via the adhesive 202, the adhesive 202 is interposed between the protrusion 106 and the mounting substrate 201 as shown in FIG. There are a region (first region) A1 interposed in the region and a region (second region) A2 in which the adhesive 202 is not interposed between the protrusion 106 and the mounting substrate 201 (FIG. 3A). Although not shown, the adhesive 202 is interposed between the protrusion 106 and the mounting board 201 in the region A1. After the adhesive 202 is applied to the upper surface 201 of the mounting board 201 as will be described later. This is to install the MEMS element 100 on the adhesive 202.) The reason why the protrusion 106 is formed also in the region A2 is to mount the MEMS element 100 in parallel to the mounting substrate 201, and to apply an external force uniformly to the MEMS element 100 during mounting. It is.

また、一部の突起物１０６のみが接着剤２０２を介して実装基板の上面２０１Ａに接着している場合には、図４（ｃ）に示すように、接着剤２０２が塗布される突起物（第２の突起物）１０６Ｄの高さ（Δｈ３）は接着剤２０２が塗布されない突起物（第１の突起物）１０６Ｃの高さ（Δｈ１）よりも低い方が好ましい。これにより、接着剤２０２の高さ（Δｈ２）を（Δｈ１−Δｈ３）以上とすることができる。つまり、接着剤２０２が塗布される突起物１０６と接着剤２０２が塗布されない突起物１０６とで高さが同一である場合に比べて、接着剤２０２の高さを確保でき、よって、ＭＥＭＳ素子１００へ印加される応力を低減できる。例えば、相対的に高い突起物１０６Ｃの高さが１６μｍであるときには、相対的に低い突起物１０６Ｄの高さを１４μｍとすれば良い。 Further, when only some of the protrusions 106 are bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate via the adhesive 202, as shown in FIG. The height (Δh3) of the second projection) 106D is preferably lower than the height (Δh1) of the projection (first projection) 106C to which the adhesive 202 is not applied. Thereby, the height (Δh2) of the adhesive 202 can be set to (Δh1−Δh3) or more. That is, the height of the adhesive 202 can be ensured as compared with the case where the height of the protrusion 106 to which the adhesive 202 is applied is the same as the height of the protrusion 106 to which the adhesive 202 is not applied. The stress applied to can be reduced. For example, when the height of the relatively high protrusion 106C is 16 μm, the height of the relatively low protrusion 106D may be 14 μm.

なお、図４（ｃ）に示す場合、相対的に低い突起物１０６Ｄを支持枠１０５の下面の一部分に集中して設けると、ＭＥＭＳ素子１００を実装基板２０１に対して平行に配置することが難しい場合があり、また、実装時又は２次実装時に発生する応力がＭＥＭＳ素子１００に対して均一に印加され難い場合がある。相対的に低い突起物１０６Ｄの個数が多すぎる場合にも同様の不具合の発生が考えられる。そのため、ＭＥＭＳ素子１００が実装基板２０１に対して平行に配置されるように、且つ、実装時又は２次実装時に発生する応力がＭＥＭＳ素子１００に対して均一に印加されるように、支持枠１０５の下面における相対的に高い突起物１０６Ｃの位置を決定することが好ましく、相対的に高い突起物１０６Ｃと相対的に低い突起物１０６Ｄとの個数比を決定することが好ましい。 4C, it is difficult to dispose the MEMS element 100 in parallel to the mounting substrate 201 if the relatively low protrusions 106D are concentrated on a part of the lower surface of the support frame 105. In some cases, stress generated during mounting or secondary mounting may not be applied uniformly to the MEMS element 100. The occurrence of the same problem can be considered when the number of relatively low protrusions 106D is too large. Therefore, the support frame 105 is arranged so that the MEMS element 100 is arranged in parallel to the mounting substrate 201 and the stress generated during mounting or secondary mounting is uniformly applied to the MEMS element 100. It is preferable to determine the position of the relatively high protrusion 106C on the lower surface of the surface, and it is preferable to determine the number ratio between the relatively high protrusion 106C and the relatively low protrusion 106D.

また、図２（ａ）〜図３（ｂ）等に示すように複数の突起物１０６が互いに同一の高さを有している場合には、接着剤２０２の高さは、ＭＥＭＳ素子１００を実装基板２０１へ押圧するときの圧力又はリリース高さ（その押圧から開放されたときの実装基板２０１の上面２０１Ａからの高さ）等により決まる。 When the plurality of protrusions 106 have the same height as shown in FIG. 2A to FIG. 3B and the like, the height of the adhesive 202 is the same as that of the MEMS element 100. The pressure or release height when pressing the mounting substrate 201 (the height from the upper surface 201A of the mounting substrate 201 when released from the pressing) or the like is determined.

図９は、図１（ａ）〜（ｂ）に示すＭＥＭＳ素子１００を音響センサチップとして用いた場合の音響センサチップの一例を示す断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example of an acoustic sensor chip when the MEMS element 100 illustrated in FIGS. 1A to 1B is used as an acoustic sensor chip.

本実施形態における音響センサチップでは、振動膜１０３の上には固定膜１１１がエアギャップ１１３を介して配置されており、振動膜１０３と固定膜１１１とがコンデンサとして機能する。固定膜１１１は固定電極（不図示）を含んでおり、また、固定膜１１１には多数の音孔（音を通過させるための孔）１１２が形成されている。 In the acoustic sensor chip in the present embodiment, the fixed film 111 is disposed on the vibration film 103 via the air gap 113, and the vibration film 103 and the fixed film 111 function as a capacitor. The fixed film 111 includes a fixed electrode (not shown), and a plurality of sound holes (holes through which sound passes) 112 are formed in the fixed film 111.

このような音響センサチップでは、音圧が音孔１１２を介して固定膜１１１に伝わって振動膜１０３を振動させる。これにより、固定膜１１１と振動膜１０３との距離が変動するので、コンデンサの容量が変化する。コンデンサの容量変化を読み取ることにより、音をセンシングしている。 In such an acoustic sensor chip, the sound pressure is transmitted to the fixed film 111 through the sound hole 112 to vibrate the vibration film 103. As a result, the distance between the fixed film 111 and the vibration film 103 varies, so that the capacitance of the capacitor changes. Sound is sensed by reading the capacitance change of the capacitor.

以下には、本実施形態における音響センサチップ、この音響センサチップを有する音響デバイス、及び、この音響デバイスを有するパッケージの製造方法を順に示す。なお、音響センサチップ以外のＭＥＭＳ素子は、以下に示す方法に倣って作製すれば良い。 Hereinafter, an acoustic sensor chip according to the present embodiment, an acoustic device having the acoustic sensor chip, and a method for manufacturing a package having the acoustic device will be sequentially described. In addition, what is necessary is just to produce MEMS elements other than an acoustic sensor chip according to the method shown below.

まず、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０１の上面１０１Ａ上に振動膜１０３を形成する。シリコン基板１０１としては、貫通孔１０２の形成し易さの観点から、（１１０）面方位のシリコン基板を使用することが好ましい。また、振動膜１０３は、振動電極を含んでいれば良く、絶縁膜（不図示）と振動電極との積層膜であってもかまわない。振動電極の具体例としては不純物がドープされたポリシリコンなどを挙げることができ、絶縁膜の具体例としてはシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などを挙げることができる。 First, the vibration film 103 is formed on the upper surface 101A of the silicon substrate 101 by, for example, the CVD method. As the silicon substrate 101, it is preferable to use a silicon substrate having a (110) plane orientation from the viewpoint of easy formation of the through hole 102. The vibration film 103 only needs to include a vibration electrode, and may be a laminated film of an insulating film (not shown) and the vibration electrode. Specific examples of the vibrating electrode include polysilicon doped with impurities, and specific examples of the insulating film include a silicon oxide film or a silicon nitride film.

次に、例えばＣＶＤ法により、振動膜１０３の上に犠牲膜（不図示）を形成する。この犠牲膜は後の工程でエッチングされ、エアギャップ１１３として機能する。 Next, a sacrificial film (not shown) is formed on the vibration film 103 by, eg, CVD. This sacrificial film is etched in a later process and functions as an air gap 113.

次に、例えばＣＶＤ法により、犠牲膜の上に固定膜１１１を形成する。固定膜１１１は、固定電極を含んでいれば良く、絶縁膜（不図示）と固定電極との積層膜であってもかまわない。固定電極の具体例としては不純物がドープされたポリシリコンなどを挙げることができ、絶縁膜の具体例としてはシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などを挙げることができる。なお、固定膜１１１には、複数の音孔１１２が形成されている。 Next, the fixed film 111 is formed on the sacrificial film by, eg, CVD. The fixed film 111 only needs to include a fixed electrode, and may be a laminated film of an insulating film (not shown) and the fixed electrode. Specific examples of the fixed electrode include polysilicon doped with impurities, and specific examples of the insulating film include a silicon oxide film or a silicon nitride film. A plurality of sound holes 112 are formed in the fixed film 111.

次に、シリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上にレジストマスクなどからなるマスクパターン（不図示）を配置して、そのマスクパターンに沿ってシリコン基板１０１をエッチングする。これにより、突起物１０６が形成される。 Next, a mask pattern (not shown) made of a resist mask or the like is disposed on the lower surface 101B of the silicon substrate 101, and the silicon substrate 101 is etched along the mask pattern. Thereby, the protrusion 106 is formed.

ここで、振動膜１０３又は固定膜１１１が絶縁膜を含んでいる場合には、シリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上にも振動膜１０３又は固定膜１１１中の絶縁膜が形成されることとなる。この場合には、マスクパターンに沿ったエッチングにより、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの絶縁膜からなる突起物１０６が形成される。なお、シリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上に形成された絶縁膜の膜厚が薄い場合には、その絶縁膜とシリコン基板１０１とで突起物１０６を形成する。そのため、突起物１０６が絶縁膜とシリコン膜との積層膜となることもある。 Here, when the vibration film 103 or the fixed film 111 includes an insulating film, the insulating film in the vibration film 103 or the fixed film 111 is also formed on the lower surface 101 B of the silicon substrate 101. In this case, a protrusion 106 made of an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed by etching along the mask pattern. Note that when the thickness of the insulating film formed on the lower surface 101B of the silicon substrate 101 is thin, the protrusion 106 is formed by the insulating film and the silicon substrate 101. Therefore, the protrusion 106 may be a laminated film of an insulating film and a silicon film.

一方、振動膜１０３又は固定膜１１１が絶縁膜を含んでいない場合には、又は、振動膜１０３又は固定膜１１１が絶縁膜を含んでいるがシリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上に形成された絶縁膜をエッチングによりあらかじめ除去した場合には、マスクパターンに沿ったエッチングにより、シリコンからなる突起物１０６が形成される。 On the other hand, when the vibration film 103 or the fixed film 111 does not include an insulating film, or the vibration film 103 or the fixed film 111 includes an insulating film, the insulating film formed on the lower surface 101B of the silicon substrate 101. Is removed in advance by etching, a protrusion 106 made of silicon is formed by etching along the mask pattern.

また、異方性エッチングにより突起物１０６を形成したときには、図６（ａ）に示す突起物１０６が得られる。また、異方性エッチングを２段階に分けて行ったときには、図６（ｂ）又は図６（ｄ）に示す突起物１０６が得られる。また、等方性エッチングにより突起物１０６を形成したときには、図６（ｃ）に示す突起物１０６が得られる。また、エッチングを行って複数の突起物１０６を形成してから、そのうちの一部の突起物１０６に対してエッチングをさらに行うと、図４（ｃ）に示すように突起物１０６Ｃ，１０６Ｄが得られる。 Further, when the protrusion 106 is formed by anisotropic etching, the protrusion 106 shown in FIG. 6A is obtained. Further, when anisotropic etching is performed in two stages, the protrusion 106 shown in FIG. 6B or 6D is obtained. Further, when the protrusion 106 is formed by isotropic etching, the protrusion 106 shown in FIG. 6C is obtained. Further, when etching is performed to form a plurality of protrusions 106 and then some of the protrusions 106 are further etched, protrusions 106C and 106D are obtained as shown in FIG. It is done.

次に、シリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上にマスクパターンを再度形成して、シリコン基板１０１をその厚み方向に貫通する貫通孔１０２を形成する。具体的には、シリコン基板１０１の下面１０１Ｂ上に例えば平面視菱形状のマスクパターンを形成した後、例えばＫＯＨ等を用いてシリコン基板１０１をウエットエッチングする。すると、（１１０）面に比べてエッチングレートが５０〜１００倍程度遅い（１１１）面を露出させながら、（１１０）面がエッチングされる。このようにして、シリコン基板１０１に貫通孔１０２が形成され、振動膜１０３の下面側が露出する。 Next, a mask pattern is formed again on the lower surface 101B of the silicon substrate 101 to form a through hole 102 that penetrates the silicon substrate 101 in the thickness direction. Specifically, for example, a rhombus mask pattern is formed on the lower surface 101B of the silicon substrate 101, and then the silicon substrate 101 is wet-etched using, for example, KOH or the like. Then, the (110) plane is etched while exposing the (111) plane, which is about 50 to 100 times slower in etching rate than the (110) plane. In this way, the through hole 102 is formed in the silicon substrate 101, and the lower surface side of the vibration film 103 is exposed.

次に、固定膜１１１の音孔１１２からＨＦ等のエッチング液を犠牲膜に供給し、犠牲膜を除去する。これにより、固定膜１１１と振動膜１０３との間にエアギャップ１１３が形成される。なお、犠牲膜を完全に除去しても良いし、犠牲膜の一部を残存させても良い。後者の場合には、残存した犠牲膜を、固定膜１１１を支持する支持部として機能させることができる。このようにして、音響センサチップが作製される（工程（ａ））。 Next, an etching solution such as HF is supplied to the sacrificial film from the sound hole 112 of the fixed film 111, and the sacrificial film is removed. Thereby, an air gap 113 is formed between the fixed film 111 and the vibration film 103. Note that the sacrificial film may be completely removed or a part of the sacrificial film may be left. In the latter case, the remaining sacrificial film can function as a support portion that supports the fixed film 111. In this way, an acoustic sensor chip is manufactured (step (a)).

次に、実装基板２０１の上面２０１Ａにおいて突起物１０６が当接する部分に接着剤２０２を塗布する。このとき、接着剤２０２を、図４（ａ）等に示す位置に塗布しても良いし、支持枠１０５の周方向となる方向に沿って塗布しても良い。 Next, the adhesive 202 is applied to the portion of the upper surface 201A of the mounting substrate 201 where the protrusions 106 abut. At this time, the adhesive 202 may be applied to the position shown in FIG. 4A or the like, or may be applied along the circumferential direction of the support frame 105.

次に、実装基板２０１の上面２０１Ａに音響センサチップを配置し、その状態で熱処理を行う。これにより、接着剤２０２が硬化し、音響センサチップが実装基板２０１の上面２０１Ａに接着される（工程（ｂ））。また、ＩＣ素子２０３を実装基板２０１の上面２０１Ａに実装し、音響センサチップとＩＣ素子２０３とを金属細線２０４で接続する。その後、音響センサチップ及びＩＣ素子２０３をカバー２０５で蓋し、このカバー２０５を実装基板２０１の上面２０１Ａに固定する。これにより、音響デバイスが作製される。 Next, an acoustic sensor chip is disposed on the upper surface 201A of the mounting substrate 201, and heat treatment is performed in that state. As a result, the adhesive 202 is cured and the acoustic sensor chip is bonded to the upper surface 201A of the mounting substrate 201 (step (b)). Further, the IC element 203 is mounted on the upper surface 201 A of the mounting substrate 201, and the acoustic sensor chip and the IC element 203 are connected by the thin metal wire 204. Thereafter, the acoustic sensor chip and the IC element 203 are covered with a cover 205, and the cover 205 is fixed to the upper surface 201 A of the mounting substrate 201. Thereby, an acoustic device is produced.

次に、半田３０２を用いて音響デバイスの実装基板２０１を２次実装基板３０１の上面に接着する。これにより、パッケージが作製される。このように、カバー２０５が実装基板２０１の上面２０１Ａに固定された音響デバイスは、別の電子機器（例えば、携帯電話又はデジタルカメラ等）の基板（２次実装基板）３０１へ実装可能である。 Next, the mounting substrate 201 of the acoustic device is bonded to the upper surface of the secondary mounting substrate 301 using the solder 302. Thereby, a package is produced. As described above, the acoustic device in which the cover 205 is fixed to the upper surface 201A of the mounting substrate 201 can be mounted on a substrate (secondary mounting substrate) 301 of another electronic device (for example, a mobile phone or a digital camera).

ところで、図８に示すＭＥＭＳデバイスを音響デバイスとして機能させるためには、実装基板２０１及びカバー２０５の少なくとも一方に音孔が形成されていることが好ましい。別の言い方をすると、音が音響センサチップの下側から音響デバイス内に入ってくるように音孔を形成しても良いし、音が音響センサチップの上側から音響デバイス内に入ってくるように音孔を形成しても良い。音が音響センサチップの下側から入ってくる場合には、音孔は、実装基板２０１に形成されていれば良く、実装基板２０１において音響センサチップの直下に位置する部分に形成されていることが好ましい。音が音響センサチップの上側から入ってくる場合には、音孔は、カバー２０５に形成されていれば良く、カバー２０５において音響センサチップの直上に位置する部分に形成されていることが好ましい。 Incidentally, in order to make the MEMS device shown in FIG. 8 function as an acoustic device, it is preferable that a sound hole is formed in at least one of the mounting substrate 201 and the cover 205. In other words, the sound hole may be formed so that sound enters the acoustic device from the lower side of the acoustic sensor chip, or the sound enters the acoustic device from the upper side of the acoustic sensor chip. A sound hole may be formed on the surface. When sound enters from the lower side of the acoustic sensor chip, the sound hole only needs to be formed in the mounting substrate 201, and is formed in a portion of the mounting substrate 201 located immediately below the acoustic sensor chip. Is preferred. When sound enters from the upper side of the acoustic sensor chip, the sound hole only needs to be formed in the cover 205, and is preferably formed in a portion of the cover 205 located immediately above the acoustic sensor chip.

一般に、背気室が大きいほど音響特性の向上を図ることができる，と言われている。ここで、背気室とは、音が入ってくる方向（音孔側）とは逆側に位置する閉じられた空間である。つまり、背気室は、音が音響センサチップの下側から入ってくる場合には音響センサチップとカバー２０５とで閉ざされた空間であるが、音が音響センサチップの上側から入ってくる場合には音響センサチップと実装基板２０１とで閉ざされた空間である。よって、音が音響センサチップの下側から入ってくるように音孔を形成した方が、音響特性の向上を図ることができる。 In general, it is said that the larger the back air chamber, the better the acoustic characteristics. Here, the back air chamber is a closed space located on the side opposite to the direction in which sound enters (sound hole side). In other words, the back air chamber is a space closed by the acoustic sensor chip and the cover 205 when sound enters from the lower side of the acoustic sensor chip, but when sound enters from the upper side of the acoustic sensor chip. Is a space closed by the acoustic sensor chip and the mounting substrate 201. Therefore, the acoustic characteristics can be improved by forming the sound holes so that sound enters from the lower side of the acoustic sensor chip.

以上説明したように、本発明のダイヤフラム構造とその製造方法は、実装基板からの応力を緩和することができるので、高性能で特性ばらつきの小さなセンサチップの実現に有用である。 As described above, the diaphragm structure and the manufacturing method thereof according to the present invention can relieve stress from the mounting substrate, and thus are useful for realizing a sensor chip with high performance and small characteristic variation.

１００ＭＥＭＳ素子
１０１シリコン基板
１０１Ａ上面（第２面）
１０１Ｂ下面（第１面）
１０２貫通孔（シリコン基板に形成された孔）
１０３振動膜
１０６突起物
１０６Ｃ突起物（第１の突起物）
１０６Ｄ突起物（第２の突起物）
１１１固定膜
１１２音孔（固定膜に形成された孔）
２０１実装基板
２０１Ａ上面
２０２接着剤
２０５カバー
３０１２次実装基板（基板）
３０２半田（導電部材） 100 MEMS element
101 Silicon substrate
101A Upper surface (second surface)
101B Lower surface (first surface)
102 Through-hole (hole formed in silicon substrate)
103 Vibration membrane
106 Projection
106C Projection (first projection)
106D Projection (second projection)
111 Fixed membrane
112 Sound hole (hole formed in the fixed film)
201 Mounting board
201A top surface
202 Adhesive
205 cover
301 Secondary mounting board (board)
302 Solder (conductive member)

Claims

A MEMS device having a silicon substrate having a first surface and a second surface located opposite to the first surface;
A mounting substrate for mounting the MEMS element;
Projections are formed on the first surface of the silicon substrate,
The protrusion and the mounting substrate are connected to each other through an adhesive.

The MEMS device according to claim 1, wherein the protrusion is formed on an outer peripheral portion of the silicon substrate.

A vibration film is formed on the second surface of the silicon substrate,
The silicon substrate has a hole reaching the vibrating membrane,
The MEMS device according to claim 1, wherein the protrusion is disposed so as to surround the hole.

4. The MEMS device according to claim 1, wherein a width of the protrusion is narrower on the mounting substrate side than on the first surface side of the silicon substrate. 5.

On the first surface of the silicon substrate, a first projection group made of a plurality of the projections and a second projection group made of a plurality of the projections are formed,
5. The MEMS device according to claim 1, wherein the second protrusion group is disposed so as to surround the first protrusion group.

A plurality of the protrusions are formed on the first surface of the silicon substrate,
The protrusions having a first height and protrusions having a second height different from the first height are included in the plurality of protrusions. 6. The MEMS device according to any one of 5 above.

The MEMS device according to claim 1, wherein the protrusion includes at least one of silicon, SiO _2, and SiN.

There is a first region where the adhesive is interposed between the protrusion and the mounting substrate, and a second region where the adhesive is not interposed between the protrusion and the mounting substrate. The MEMS device according to claim 1, wherein the MEMS device is provided.

The MEMS device according to claim 3, wherein a fixed film facing the vibration film is provided on the silicon substrate.

The MEMS device according to claim 1, wherein a cover that covers the MEMS element is provided on the mounting substrate.

The MEMS device according to claim 1, wherein an opening is formed in the mounting substrate.

A package comprising the MEMS device according to claim 1 mounted on a substrate in an electronic apparatus via a conductive member.

Forming a MEMS element having a silicon substrate having a first surface and a second surface located opposite to the first surface;
A step (b) of mounting the MEMS element on a mounting substrate,
The step (a) includes a step of forming a protrusion on the first surface of the silicon substrate,
The method (b) includes a step of connecting the protrusion and the mounting substrate through an adhesive, and a method for manufacturing a MEMS device.

The step (a)
Forming a mask pattern on the first surface of the silicon substrate;
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 13, further comprising: forming the protrusion by etching the silicon substrate through the mask pattern.

The step (a)
Forming a vibration film on the second surface of the silicon substrate;
Forming a sacrificial film on the vibration film;
Forming a fixed film having holes formed on the sacrificial film;
Forming a through-hole penetrating the silicon substrate from the first surface to the second surface of the silicon substrate;
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 13, further comprising a step of etching the sacrificial film through the hole formed in the fixed film.

The method for manufacturing a MEMS device according to claim 13, wherein the protrusion includes at least one of silicon, SiO _2, and SiN.