JP2012035338A - Ｍｅｍｓデバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】湿気や温度等の外部環境の影響を受けにくく、ＭＥＭＳ素子の特性への影響を低減することのできるＭＥＭＳデバイスを提供すること。
【解決手段】基板と、前記基板上に配置され、支持部と、前記支持部に対して変位する可動部と、前記可動部を覆い、前記支持部に固定された蓋部材と、を有するＭＥＭＳ素子と、少なくとも前記ＭＥＭＳ素子の周囲を覆う発泡体と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイスを提供する。また、支持部と、前記支持部に対して変位する可動部と、前記可動部を覆い、前記支持部に固定された蓋部材とを有するＭＥＭＳ素子を基板上に配置し、前記ＭＥＭＳ素子上に発泡性の樹脂を滴下し、前記発泡性の樹脂を発泡させることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発泡体で封止してパッケージ化されたＭＥＭＳデバイス及びその製造方法に関する。

近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品に高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。また、回路素子として製造される半導体デバイス以外に各種センサ等も半導体デバイスとして製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて小型ＭＥＭＳデバイスが実用化されている。ＭＥＭＳデバイスとしては、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ等の、静電、ピエゾ、圧電、流体等を検出方式とするＭＥＭＳセンサや、ＭＥＭＳミラー等を含むものが実用化されている。

このようなＭＥＭＳ素子をパッケージしたＭＥＭＳデバイスには、従来、樹脂モールドパッケージが利用されている。樹脂モールドパッケージは、蓋付のＭＥＭＳ素子をリードフレームあるいはケースに載置した後、樹脂で覆い、その後樹脂を硬化させる。一般に、樹脂としてはエポキシ樹脂等が用いられる。このような樹脂モールドパッケージは、外部からの衝撃や水分からＭＥＭＳ素子を保護する。しかし、樹脂が硬化した際に発生する応力が、ＭＥＭＳ素子躯体に影響を及ぼすことがあった。また、例えば、ピエゾ抵抗型のＭＥＭＳセンサの場合は、外部温度の影響を受け易いため、外部環境の変化によるＭＥＭＳセンサの特性への影響を低減させる必要があった。

従来の樹脂モールドパッケージの構成として、ＭＥＭＳセンサの空洞部に低弾性ゲル（熱硬化型シリコーン樹脂）を注入してＭＥＭＳセンサの錘部を覆い、その周囲をモールド樹脂で封止したものがある（例えば、特許文献１参照）。また、樹脂を含む第１封止部材でＭＥＭＳ素子を封止した後、その周囲を第１封止部材とは異なる第２封止部材で封止したものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６―３２７７号公報 特開２００９−２２６５７１号公報

上述の特許文献１により提案された樹脂モールドパッケージによると、ＭＥＭＳセンサの錘部を樹脂で覆うことから、樹脂が錘部の作動に影響し、応力の検出精度に影響を与える可能性がある。また、特許文献２により提案された樹脂モールドパッケージによると、ＭＥＭＳ素子を第１封止部材で覆った後さらに第２封止部材で覆うことから、樹脂の応力が大きくなりＭＥＭＳ素子の作動に影響を与えてしまう可能性がある。

このように従来の樹脂モールドパッケージは、検出部に薄肉状の梁やダイアフラムを有するＭＥＭＳセンサの場合、樹脂の応力によってＭＥＭＳセンサの検出精度を低下させるおそれがあった。また、温度や湿気等の外部環境がＭＥＭＳ素子の特性に影響を与えるため、これを低減させる必要があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、湿気や温度等の外部環境の影響を受けにくく、ＭＥＭＳ素子の特性への影響を低減できるＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスは、基板と、前記基板上に配置され、支持部と、前記支持部に対して変位する可動部と、前記可動部を覆い、前記支持部に固定された蓋部材と、を有するＭＥＭＳ素子と、少なくとも前記ＭＥＭＳ素子の周囲を覆う発泡体と、を備えることを特徴とする。このＭＥＭＳデバイスによれば、ＭＥＭＳ素子を発泡体により覆うことにより、湿気や温度等によるＭＥＭＳ素子への影響を低減でき、且つ樹脂による応力の発生を抑えてＭＥＭＳ素子の特性への影響を低減することができるため、ＭＥＭＳデバイスの信頼性を向上させることができる。さらに、発泡体を衝撃吸収材として機能させることができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスは、前記発泡体は、独立気泡構造を有することを特徴とする。発泡体が独立気泡構造を有することにより、より湿気や温度等の影響を受けにくく、耐衝撃性を向上させたＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスは、前記発泡体は、曲げ弾性率が０．１ＭＰａ以上５ＧＰａ以下のシリコーン樹脂材料であることを特徴とする。このＭＥＭＳデバイスによれば、樹脂による応力の発生を抑えてＭＥＭＳ素子の特性への影響を低減することができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスは、前記基板上に枠体をさらに有し、前記ＭＥＭＳ素子は前記枠体の内側に配置され、前記発泡体は前記枠体の内側に配置されることを特徴とする。このＭＥＭＳデバイスによれば、ＭＥＭＳデバイスの強度を高め、耐衝撃性を向上させることができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスは、前記発泡体の周囲に、前記発泡体を覆う樹脂がさらに配置されることを特徴とする。このＭＥＭＳデバイスによれば、さらにＭＥＭＳデバイスの強度を高め、耐衝撃性を向上させることができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、支持部と、前記支持部に対して変位する可動部と、前記可動部を覆い、前記支持部に固定された蓋部材とを有するＭＥＭＳ素子を基板上に配置し、前記ＭＥＭＳ素子上に発泡性の樹脂を滴下し、前記発泡性の樹脂を発泡させることを特徴とする。このＭＥＭＳデバイスの製造方法により製造されたＭＥＭＳデバイスによれば、ＭＥＭＳ素子を発泡体により覆うため、ＭＥＭＳデバイス内の残留応力を小さくすることができる。また、外部からの応力を吸収することができ、さらに、湿気や温度等の外部環境の影響を受けにくく、ＭＥＭＳ素子の特性への影響を小さくすることができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記発泡体は、独立気泡構造を有することを特徴とする。発泡体が独立気泡構造を有することにより、より湿気や温度等の影響を受けにくく、耐衝撃性を向上させたＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記発泡体は、曲げ弾性率が０．１ＭＰａ以上５ＧＰａ以下のシリコーン樹脂材料であることを特徴とする。この製造方法により製造されたＭＥＭＳデバイスによれば、樹脂による応力の発生を抑えてＭＥＭＳ素子の特性への影響を低減することができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記基板上且つ前記ＭＥＭＳ素子の外側に枠体をさらに配置し、前記枠体の内側且つ前記ＭＥＭＳ素子上に発泡性の樹脂を滴下し、前記発泡性の樹脂を発泡させることを特徴とする。この製造方法により製造されたＭＥＭＳデバイスによれば、ＭＥＭＳデバイスの強度を高め、耐衝撃性を向上させることができる。

また、本発明の一実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記発泡体の周囲に、前記発泡体を覆う樹脂をさらに形成することを特徴とする。この製造方法により製造されたＭＥＭＳデバイスによれば、さらにＭＥＭＳデバイスの強度を高め、耐衝撃性を向上させることができる。

本発明によれば、ＭＥＭＳ素子を発泡体により覆うため、ＭＥＭＳデバイス内の残留応力を小さくすることができる。また、外部からの応力を吸収することができ、さらに、湿気や温度等の外部環境の影響を受けにくく、ＭＥＭＳ素子の特性への影響を小さくすることができるＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略構成を示す図であり、（ａ）はＭＥＭＳデバイスの断面図であり、（ｂ）はＭＥＭＳデバイスの上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の例の概略構成を示す図であり、（ａ）はＭＥＭＳデバイスの断面図であり、（ｂ）はＭＥＭＳデバイスの上面図である。 図１に示した本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスに含まれるＭＥＭＳ素子の一例を示す断面図である。 図３に示した本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の上面を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の例の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略構成を示す図であり、（ａ）はＭＥＭＳデバイスの断面図であり、（ｂ）はＭＥＭＳデバイスの上面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の例の概略構成を示す図であり、（ａ）はＭＥＭＳデバイスの断面図であり、（ｂ）はＭＥＭＳデバイスの上面図である。 図６に示した本発明の第２の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図であり、（ａ）は、基板上に形成されたＭＥＭＳ素子を示す断面図、（ｂ）は、ＭＥＭＳ素子を囲む枠体の形成工程を説明するための断面図、（ｃ）は、ＭＥＭＳ素子を覆う発泡体の形成工程を説明するための断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略構成を示した断面図である。

以下、図面を参照して、本発明のＭＥＭＳデバイス及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。本発明のＭＥＭＳデバイス及びその製造方法は、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態及び後述する実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイスの構成について図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス１００の概略構成を示す断面図及び上面図である。図１（ａ）は図１（ｂ）に示すＭＥＭＳデバイス１００のＡ１−Ａ１’における断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス１００の他の例の概略構成を示す断面図及び上面図である。図２（ａ）は図２（ｂ）に示すＭＥＭＳデバイス１００のＡ２−Ａ２’における断面図である。

図１を参照すると、本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス１００は、基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ及び１０５ｂ、並びに発泡体１０６を含む。

基板１０１は、配線を有する。基板１０１には、如何なる基板を用いてもよいが、有機材料を含む基板であってもよい。図１においては、基板１０１を１つの層として図示しているが、基板１０１は多層構造のプリント配線基板であってもよく、例えば、３層構造のプリント配線基板であってもよい。基板１０１が３層構造を有する場合、基板１０１は、導電物質を含む配線層、絶縁物質を含む絶縁層、及び導電物質を含む配線層を有するようにしてもよい。配線層に含まれる導電物質とは、金属などであり、例えば、銅、銀、金、ニッケル、パラジウムなどを用いることができる。絶縁層に含まれる絶縁物質には、絶縁性樹脂を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネートなどを用いることができる。上記樹脂は、単体で用いられてもよく、２種類以上の樹脂を組み合わせて用いられてもよい。また、上記樹脂に、ガラス、タルク、シリカなどの無機フィラーを併用して用いてもよい。しかしこれに限定されず、基板１０１の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。

図１に示す本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイスにおいては、基板１０１上には制御ＩＣ１０２が配置され、制御ＩＣ１０２上にはＭＥＭＳ素子１０３が配置される。制御ＩＣ１０２は、ＭＥＭＳ素子１０３を制御するために用いられるが、ＭＥＭＳ素子１０３からの信号を増幅するなど、ＭＥＭＳ素子１０３から出力される信号を処理するものであってもよい。また、ＭＥＭＳ素子１０３から出力される信号の処理以外の処理を行うものであってもよい。図１に示すように、基板１０１と制御ＩＣ１０２とは、配線１０５ｂにより電気的に接続される。また、制御ＩＣ１０２とＭＥＭＳ素子１０３とは、配線１０５ａにより電気的に接続される。

また、図２に示す本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス１１０は、図１に示す例と同様に、基板１１１、制御ＩＣ１１２、ＭＥＭＳ素子１１３、蓋部材１１４、配線１１５ａ及び１１５ｂ、並びに発泡体１１６を含む。図１との違いは、図２に示す本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス１１０は、基板１１１に制御ＩＣ１１２とＭＥＭＳ素子１１３とが並んで配置されていることである。図２に示すように、基板１１１と制御ＩＣ１１２とは、配線１１５ｂにより電気的に接続される。また、制御ＩＣ１１２とＭＥＭＳ素子１１３とは、配線１１５ａにより電気的に接続される。なお、本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス１１０において、基板１１１と制御ＩＣ１１２との配置の仕方は図２に示す形態に限定されるわけではなく、如何なる配置形態を採用してもよい。

ＭＥＭＳ素子１０３は、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ等の、静電、ピエゾ、圧電、流体等を検出方式とするＭＥＭＳセンサや、ＭＥＭＳミラー等を含み、ＭＥＭＳ素子全般を示すものである。なお、本願では、一例として、支持部と、支持部に対して変位する可動部とを含む力学量センサである場合を以下に説明する。この場合、ＭＥＭＳ素子１０３の可動部は外力に応じて変位し、可動部の変位が加速度あるいは角速度等を示す電気信号の変化として検出される。しかし、これに限定されず、他の多様なＭＥＭＳ素子が適用されてもよい。

ここで、図１及び図２に示すＭＥＭＳデバイス１００に含まれるＭＥＭＳ素子１０３の構成例について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、ＭＥＭＳデバイス１００に含まれるＭＥＭＳ素子１０３の一例（ピエゾ抵抗素子型加速度センサ）を示す断面図であり、図４は、図３に示すＭＥＭＳ素子１０３の上面図である。なお、図３は、図４に示したＭＥＭＳ素子１０３のＡ３−Ａ３’線による断面図である。

図３を参照すると、ＭＥＭＳデバイス１００は、図１に示すＭＥＭＳデバイス１００と同様に、基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ、１０５ｂ、及び発泡体１０６を含む。また、ＭＥＭＳ素子１０３は、図３に示すように、可動部１０３ａ、錘部１０３ｂ、及び支持部１０３ｃを含み、図４に示すように、ピエゾ抵抗素子１２１を有する加速度センサである。

図３及び図４を参照して、ＭＥＭＳ素子１０３の動作を簡単に説明する。ＭＥＭＳ素子１０３に外力が加わると、ＭＥＭＳ素子１０３の錘部１０３ｂが変位し、この変位に伴って可動部１０３ａが撓む。可動部１０３ａが撓むと、可動部１０３ａに配置されたピエゾ抵抗素子１２１に力が加わり、ピエゾ抵抗素子１２１の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を検出して、ＭＥＭＳ素子１０３に加えられた外力、例えば、加速度の大きさ、方向などを検出する。ＭＥＭＳ素子１０３からの信号は、ピエゾ抵抗素子１２１に接続されている配線１２２に接続された外部接続端子１２０から配線１０５ａ、１０５ｂを通じて外部に伝達される。

ＭＥＭＳ素子１０３上には、支持部１０３ｃに固定され、可動部１０３ａ及び錘部１０３ｂを覆う蓋部材１０４が配置される。蓋部材１０４は、ＭＥＭＳ素子１０３が可動部１０３ａの微小な変位を検出することから、ＭＥＭＳ素子１０３の上部を保護するために配置される。すなわち、可動部１０３ａの上方向への過大な変位を制限し、ＭＥＭＳ素子１０３上部及び内部の破損を防止する。従って、蓋部材１０４にはある程度の強度が必要とされる。例えば、蓋部材１０４は、シリコン基板、セラミック基板、絶縁性樹脂基板、金属板等で形成されてもよい。また、図１に示すＭＥＭＳ素子１０３は可動部を基板１０１側に向けて配置することも可能である。この場合、ＭＥＭＳ素子１０３の基板１０１側の面及び基板１０１の反対側の面に蓋部材１０４が配置されるようにしてもよい。ＭＥＭＳ素子１０３は可動部を基板１０１側に向けて配置する場合、制御ＩＣ１０２とＭＥＭＳ素子１０３又は基板１０１とを配線１０５ａ、１０５ｂで接続する代わりに、金属バンプ等を介して接続するようにしてもよい。同様に、図２に示すＭＥＭＳ素子１０３の可動部を基板１０１側に向けて配置することも可能である。

図１及び図２に図示したように、基板１０１上に配置された制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、配線１０５ａ、１０５ｂ、及び蓋部材１０４は、発泡体１０６により覆われてパッケージ化されＭＥＭＳデバイス１００となる。発泡体１０６は、樹脂を発泡させた発泡体である。例えば、熱処理により発泡させた樹脂の発泡体であってもよく、他の多様な発泡方法が用いられてもよい。

発泡体１０６に用いられる樹脂としては、応力によるＭＥＭＳ素子１０３の特性への影響を考慮し、低弾性率の樹脂を用いることが望ましい。低弾性率樹脂の条件として、曲げ弾性率が、０．１ＭＰａ以上５ＧＰａ以下であることが望ましい。なお、曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ６９１１規格に基づいて測定したものとする。曲げ弾性率が５ＧＰａ以下の樹脂材料であれば、発泡体１０６が硬化収縮する際の応力の発生を抑え、蓋部材１０４に反りが発生すること等を防止することができる。しかし、曲げ弾性率が０．１ＭＰａ未満である場合には、吸水性が大きくなり、電極パッド等の酸化防止効果が低下する虞がある。また、流動性が高まることにより、耐衝撃性や強度の面において、発泡体の効果が低下する虞がある。従って、曲げ弾性率が、０．１ＭＰａ以上５ＧＰａ以下の樹脂を選択することが望ましい。このような低弾性率の樹脂材料を用いることにより、図１及び図２に示した配線１０５ａ、１０５ｂ等を発泡体１０６で覆った場合にも、断線や配線の変形を生じさせずに覆うことが可能となる。

また、発泡体１０６は、配線１０５ａ、１０５ｂ、１２２等を含む電極部分が外部から水分が混入して腐食することを防ぐために、吸水性（吸水率）の低い絶縁性を有する樹脂材料を用いることが望ましい。例えば、吸水率は、温度８５°Ｃ、湿度８５％ＲＨの恒温室内で樹脂を保存し、その保存前と７２時間保存後の樹脂の質量変化を測定し、樹脂の質量に占める水の割合から求めることができる。吸水率の低い樹脂材料として、例えば、シリコーン系樹脂の吸水率は０．０２％、アクリル系樹脂の吸水率は０．６８％、エポキシ系樹脂の吸水率は１．０％、ポリイミド系樹脂の吸水率は０．１２％、ウレタン系樹脂の吸水率は０．６％であるため、電極部分等の防腐食を考慮すると、シリコーン系樹脂を選択することが望ましい。

さらに、発泡体１０６は、独立気泡構造、連続気泡構造のいずれであってもよいが、ＭＥＭＳデバイス１００内に水分が混入することを防ぐため、独立気泡構造であることが好ましい。独立気泡構造の発泡体１０６によれば、樹脂の応力を気泡により分散させることもでき、衝撃吸収材としての耐衝撃性を向上させることもできる。また、独立気泡構造であることにより、断熱効果が期待でき、温度によるＭＥＭＳデバイス特性への影響も低減させることができる。

このような発泡体１０６として、例えば、気泡密度は、１０^７個／ｃｍ^３以上１０^１０個／ｃｍ^３以下であることが望ましい。気泡密度が、１０^７個／ｃｍ^３より小さいと、ひずみを吸収し難くなり、また気泡密度が１０^１０個／ｃｍ^３より大きいと、強度が不足する虞があるからである。なお、気泡密度は、発泡体１０６の破断面を走査型電子顕微鏡により観察して算出したものである。また、発泡体１０６の硬度としては、アスカーＣ硬度計で測定したとき、アスカーＣ硬度で５以上３０以下であることが望ましい。アスカーＣ硬度が５より小さいと、変形し易く強度不足となり、またアスカーＣ硬度が３０より大きいと、応力が大きくなる虞があるからである。

また、発泡体１０６に用いられる樹脂材料と、発泡体１０６により封止される基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、及び蓋部材１０４の各々に用いられる材料との、熱膨張係数の差は、できる限り小さくすることが望ましい。これらの熱膨張係数の差を小さくすることにより、発泡体１０６により生じる残留応力を低減することができる。

さらに、発泡体１０６は、濡れ性の高い樹脂材料を用いることが望ましい。濡れ性の高い材料を用いることにより、より均一に基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、及び蓋部材１０４上を発泡体１０６で覆うことができる。これにより、発泡体１０６のＭＥＭＳ素子１０３に対する応力を低減することができる。

以上のように、第１の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス１００は、上述した樹脂材料を用いた発泡体１０６でＭＥＭＳ素子１０３を封止することにより形成される。

なお、基板１０１上に、複数のＭＥＭＳ素子１０３が配置されている場合には、発泡体１０６によりＭＥＭＳ素子１０３を封止した後、ダイシングブレード等により切断して個片化される。これにより、図１に示したようなＭＥＭＳデバイス１００が形成される。

上述したＭＥＭＳデバイス１００によれば、発泡体１０６を、低弾性率樹脂を用いた発泡体とすることにより、ＭＥＭＳ素子１０３に対して生じる応力を低減し、ＭＥＭＳ素子１０３の検出精度に及ぼす影響を小さくすることができる。さらに、発泡体１０６が衝撃吸収材（緩衝材）として機能するため、ＭＥＭＳ素子の耐衝撃性を向上させる効果を期待できる。また、外部環境の温度や湿度の影響を受けにくく、厳しい環境下であっても安定した動作を実現できるという効果を期待できる。

なお、図１及び図２には、個片化されたＭＥＭＳデバイス１００の厚み方向の高さが均一である構成が図示されているが、これに限定されるものではない。例えば、図５は、ＭＥＭＳデバイス１００の他の例を示す断面図である。図５に図示されるように、ＭＥＭＳデバイス２００は、発泡体２０６の表面が表面張力により丸みを帯びた形状であってもよい。図５においては、発泡体２０６の上面は凸形状となっているが、凹形状であっても波形状などであってもよい。

なお、図１乃至図５に示されたＭＥＭＳデバイス１００及び２００に用いる発泡体１０６、２０６の周囲には、さらに発泡体１０６、２０６を覆う樹脂が形成されてもよい、これにより、ＭＥＭＳデバイス１００及び２００の強度を補強することができる。このとき、発泡体１０６、２０６を覆う樹脂は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂を用いてもよい。これにより、耐衝撃性を高めることができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの構成について図６〜図８を参照して説明する。

図６は、第２の実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス３００の概略構成を示す断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２の実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス３００の概略構成を示す断面図及び上面図である。図６（ａ）は図６（ｂ）に示すＭＥＭＳデバイス３００のＢ１−Ｂ１’における断面図である。図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２の実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス３１０の他の例の概略構成を示す断面図及び上面図である。図７（ａ）は図７（ｂ）に示すＭＥＭＳデバイス３１０のＢ２−Ｂ２’における断面図である。図８は、図５に示したＭＥＭＳデバイス３００の製造方法を説明するための断面図である。図８（ａ）は、基板上に形成されたＭＥＭＳ素子１０３及び制御ＩＣ１０２を載置した状態を示す断面図、図８（ｂ）は、ＭＥＭＳ素子１０３及び制御ＩＣ１０２を囲む枠体の形成工程を説明するための断面図、図８（ｃ）は、ＭＥＭＳ素子１０３及び制御ＩＣ１０２を覆う発泡体の形成工程を説明するための断面図を示す。

図６を参照すると、ＭＥＭＳデバイス３００は、基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ、１０５ｂ、発泡体３０６、及び枠体３０７を含む。なお、基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、及び配線１０５ａ、１０５ｂは、第１の実施の形態で説明した本発明のＭＥＭＳデバイス１００の構成と同様であるため、説明については省略する。

また、図７に示す本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス３１０は、図６に示す例と同様、基板１１１、制御ＩＣ１１２、ＭＥＭＳ素子１１３、蓋部材１１４、配線１１５ａ及び１１５ｂ、発泡体１１６、並びに枠体３１７を含む。図７に示す本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス３１０は、基板１１１に制御ＩＣ１１２とＭＥＭＳ素子１１３とが並んで配置されている。図７に示すように、基板１１１と制御ＩＣ１１２とは、配線１１５ｂにより電気的に接続される。また、制御ＩＣ１１２とＭＥＭＳ素子１１３とは、配線１１５ａにより電気的に接続される。なお、本実施の形態に係る本発明のＭＥＭＳデバイス３１０において、基板１１１と制御ＩＣ１１２との配置の仕方は図７に示す形態に限定されるわけではなく、如何なる配置形態を採用してもよい。

また、本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子１１３は可動部を基板１１１側に向けて配置することも可能である。この場合、ＭＥＭＳ素子１１３の基板１１１側の面及び基板１１１の反対側の面に蓋部材１１４が配置されるようにしてもよい。ＭＥＭＳ素子１１３は可動部を基板１１１側に向けて配置する場合、制御ＩＣ１１２とＭＥＭＳ素子１１３又は基板１１１とを配線１１５ａ、１１５ｂで接続する代わりに、金属バンプ等を介して接続するようにしてもよい。同様に、図７に示すＭＥＭＳ素子１０３の可動部を基板１１１側に向けて配置することも可能である。

図６を参照すると、枠体３０７はフレーム形状を有し、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４を囲むように基板１０１上に配置される。図６及び図８に図示したように、フレーム形状の枠体３０７の内側に、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ、１０５ｂは、発泡体３０６により覆われる。なお、発泡体３０６は、上述した実施の形態１に係る発泡体１０６と同様の低弾性率樹脂の発泡体であり、発泡体１０６と同様の材料を用いて形成するものとする。枠体３０７は、接着剤等により、基板１０１上に固定される。また、枠体３０７の形状は、発泡体３０６の枠体として機能する形状であれば、図６に図示した四角形状のフレーム形状に限定されない。また、基板１０１及び枠体３０７が一体形成されたものを用いてもよい。このような構成を有することにより、ＭＥＭＳデバイス３００は、発泡体１０６のみで封止したＭＥＭＳデバイス１００よりも、枠体３０７によりその強度を強化することができるため、ＭＥＭＳ素子への耐衝撃性を向上させることができる。

図７を参照すると、図６に示す例と同様に、枠体３１７はフレーム形状を有し、制御ＩＣ１１２、ＭＥＭＳ素子１１３、蓋部材１１４を囲むように基板１１１上に配置される。図７に図示したように、フレーム形状の枠体３１７の内側に、制御ＩＣ１１２、ＭＥＭＳ素子１１３、蓋部材１１４、配線１１５ａ、１１５ｂは、発泡体３１６により覆われる。なお、発泡体３１６は、上述した実施の形態１に係る発泡体１０６と同様の低弾性率樹脂の発泡体であり、発泡体１０６と同様の材料を用いて形成するものとする。枠体３１７は、接着剤等により、基板１１１上に固定される。また、枠体３１７の形状は、発泡体３１６の枠体として機能する形状であれば、図７に図示した四角形状のフレーム形状に限定されない。このような構成を有することにより、ＭＥＭＳデバイス３１０は、発泡体１１６のみで封止したＭＥＭＳデバイス１００よりも、枠体３１７によりその強度を強化することができるため、ＭＥＭＳ素子への耐衝撃性を向上させることができる。

以下、図８を参照して、ＭＥＭＳデバイス３００の製造方法を説明する。

まず、図８（ａ）に図示したように、基板１０１上には、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、及び配線１０５ａ、１０５ｂが配置される。なお、図８（ａ）に示した構成は、上述した実施の形態１と同様の構成であるため、説明は省略する。

次に、図８（ｂ）に図示したように、基板１０１上に、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ、１０５ｂを囲んで、フレーム形状の枠体３０７が配置される。枠体３０７は、後述する工程において枠体３０７の内側に形成される発泡体３０６に用いられる材料と熱膨張係数の差が小さい材料を用いて形成されることが望ましい。例えば、エポキシ樹脂等の樹脂を用いて形成されてもよい。なお、枠体３０７は、基板１０１上に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の接着剤を用いて固定されてもよい。

次に、図８（ｃ）に図示したように、基板１０１上の制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ、１０５ｂを覆う発泡体３０６が、枠体３０７の内側に充填されてパッケージ化され本発明のＭＥＭＳデバイス３００が形成される。このとき、図８（ｃ）に示すように、枠体３０７の厚み方向の高さを、基板１０１から蓋部材１０４の上面までの厚みよりも高いものとしてもよい。これにより、発泡体３０６を枠体３０７の内側に形成することが容易となる。

上述した製造方法によれば、第２の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス３００は、枠体３０７が発泡体３０６の周囲に形成されることから、枠体３０７によって発泡体３０６の振動を抑えることができ、耐衝撃性を有するＭＥＭＳデバイス３００を、提供することが可能となる。また、上述のように簡易な製造方法で実現できる。また、第１の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス１００と同様に、ＭＥＭＳデバイス３００は、発泡体３０６を、低弾性率樹脂を用いた発泡体とすることにより、湿気や気温等の外部環境の影響を受けにくく、且つＭＥＭＳ素子１０３に対して生じる応力を低減することができ、ＭＥＭＳ素子１０３の検出精度に及ぼす影響を小さくすることのできるＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの構成について図９を参照して説明する。

図９は、本発明の第３の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略構成を示した断面図である。

図９を参照すると、ＭＥＭＳデバイス４００は、基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ、１０５ｂ、発泡体３０６、枠体３０７、及びパッケージキャップ４０８を含む。なお、基板１０１、制御ＩＣ１０２、ＭＥＭＳ素子１０３、蓋部材１０４、配線１０５ａ、１０５ｂ、発泡体３０６、及び枠体３０７は、第２の実施の形態で説明した構成と同様であるため、説明については省略する。

図９に図示したように、第３の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス４００は、第２の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス３００の枠体３０７上に、パッケージキャップ４０８が固定されて配置されたものである。パッケージキャップ４０８は、枠体３０７との熱膨張係数の差が小さい材料を用いて形成されることが望ましい。なお、枠体３０７と同じ材料を用いて形成してもよい。パッケージキャップ４０８は、接着剤等を用いて枠体３０７の上面に固定される。

パッケージキャップ４０８は、発泡体３０６の上面から湿気や異物等が侵入することを防ぐ。また、パッケージキャップ４０８により、耐衝撃性を高めることもできる。従って、パッケージキャップ４０８は、発泡体３０６を覆った状態で、枠体３０７上に接着されて固定される。このとき、湿気や異物等の侵入を防ぐためなどのためには、パッケージキャップ４０８は、発泡体３０６を完全に覆うのが好ましい。なお、パッケージキャップ４０８が枠体３０７に固定されていれば、発泡体３０６が上方向に流動した場合のストッパとしての機能を果たすこともできるため、図８に図示されるように、パッケージキャップ４０８と発泡体３０６との間に隙間がある状態であってもよい。このような構成により、第３の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス４００は、第２の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス３００と比較して、さらに耐衝撃性を高め、湿気や気温等の外部環境の影響を受けにくいＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

また、図７に示す実施の形態２に係る本発明のＭＥＭＳデバイス３１０に、本実施形態で説明したパッケージキャップ４０８を用いてもよい。

以下、第３の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス４００の実施例と比較例とについて説明する。

（実施例１）
基板１０１として、エポキシ樹脂からなるプリント基板（５０ｍｍ×２００ｍｍ×０．２ｍｍ）に、３．５ｍｍ角のチップ面積で電極パターンを配置加工した両面配線基板を用意した。

基板１０１上に、制御ＩＣ１０２（１．９ｍｍ×１．９ｍｍ、０．１ｍｍｔ）をシリコーン系のダイアタッチ剤であるＸＥ１３−Ｃ２４７６（東芝モメンティブ製）によりダイアタッチし、さらにその上に、ＭＥＭＳ素子１０３及びＭＥＭＳ素子１０３上の蓋部材１０４を含む加速度センサチップ（１．４ｍｍ×１．２ｍｍ×０．６ｍｍ）を積層ダイアタッチした。

基板１０１と制御ＩＣ１０２とを、また、制御ＩＣ１０２とＭＥＭＳ素子１０３とを、２５μｍの金ワイヤでワイヤボンディングを行い、結線した。

エポキシモールド材であるＣＥＬ−９７５０ＺＨＦ１０（日立化成製）を枠幅０．４ｍｍの「田」字型の金型にトランスファーモールド成型し、枠体３０７を形成した。

枠体３０７を、上述したダイボンディング及びワイヤボンディング済みの基板１０１に、接着材としてＱＭＩ５３８（ヘンケル製）を用いて貼り合わせ、１５０℃、１時間で硬化させた。

この枠体３０７の内側であって、制御ＩＣ、ＭＥＭＳ素子１０３、及び蓋部材１０４上から、発泡体３０６として、液状発泡シリコーンＴＢ５２７７Ｃ（スリーボンド製）をディスペンサーで滴下・充填し、熱処理１５０℃、１時間、熱エージング処理を行い、発泡体を形成した。発泡倍率は６倍、独立気泡構造であった。硬度はアスカーＣで８であった。なお、曲げ弾性率は、０．５ＧＰａであった。

０．０５ｍｍ厚のＳＵＳ３０４をエッチング加工し、パッケージキャップ４０８を形成した。このパッケージキャップ４０８を、ＱＭＩ５３８（ヘンケル製）を介して枠体３０７に接着した。貼り合わせ条件は１５０℃、１時間であった。

ダイシングブレードにて、パッケージキャップ４０８から基板１０１までを切断して個片化し、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスである加速度センサデバイス４００を得た。

この加速度センサデバイス４００の２５℃でのオフセット電圧を調べたところ、−５ｍＶ〜＋５ｍＶの範囲に収まっていた。また、オフセット電圧の−３０℃〜８５℃の温度依存性を調べたところ、−２ｍＶから＋２ｍＶに収まることが確認された。

（実施例２）
実施例１と同様の工程で、発泡体３０６を、液状発泡シリコーンＴＢ５２７７（スリーボンド製）としてディスペンサーで充填し、熱処理１５０℃、１時間、熱エージング処理を行い、発泡体を形成した。発泡倍率は２倍、独立気泡構造であった。硬度はアスカーＣで１４であった。なお、曲げ弾性率は、１．２ＧＰａであった。その他の構成は、実施例１と同じである。

この加速度センサデバイス４００の２５℃でのオフセット電圧を調べたところ、−５ｍＶ〜＋５ｍＶの範囲に収まっていた。また、オフセット電圧の−３０℃〜８５℃の温度依存性を調べたところ、−２ｍＶから＋２ｍＶに収まることが確認された。

（比較例）
実施例１及び２と異なり、枠体を形成せず、液状ポッティング材のみで基板上の制御ＩＣ、センサ、蓋部材を封止する成型加工を行った。液状ポッティング材は、Ｓｙｌｇａｒｄ１８４（東レダウコーニングシリコン製）を用いた。曲げ弾性率は２ＧＰａであった。硬化後、ダイシングブレードにて切断して個片化し、加速度センサデバイスを得た。

しかしながら、ダイシング時に、樹脂の変形が見られた。また、この加速度センサパッケージの２５℃でのオフセット電圧を調べたところ、−５ｍＶ〜＋５ｍＶの範囲を外れてしまった。

以上の実施例と比較例とによれば、応力の影響が大きくなると、ＭＥＭＳ素子のオフセット電圧も大きくなることから、低弾性率樹脂を用いた発泡体でＭＥＭＳ素子をパッケージ化することにより、ＭＥＭＳ素子に対して生じる応力を低減し、オフセット電圧を低くすることができることがわかる。従って、本発明に係るＭＥＭＳデバイスによれば、ＭＥＭＳ素子の特性への影響を小さくすることができる。

以上のように、本発明の第１乃至第３の実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスによれば、発泡体を用いてＭＥＭＳ素子を封止することにより、耐衝撃性を向上させ、湿気や温度等の外部環境の影響を受けにくく、且つＭＥＭＳ素子の検出精度に及ぼす影響を低減することの可能なＭＥＭＳデバイスを提供することができる。特に、独立気泡構造を有する樹脂の発泡体を用いた場合、湿気や温度等の外部環境の影響を受けにくいＭＥＭＳデバイスを実現することができる。

１００…ＭＥＭＳデバイス、１０１…基板、１０２…制御ＩＣ、１０３…ＭＥＭＳ素子、１０４…蓋部材、１０５ａ、１０５ｂ…配線、１０６…発泡体

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に配置され、支持部と、前記支持部に対して変位する可動部と、前記可動部を覆い、前記支持部に固定された蓋部材と、を有するＭＥＭＳ素子と、
   少なくとも前記ＭＥＭＳ素子の周囲を覆う発泡体と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記発泡体は、独立気泡構造を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記発泡体は、曲げ弾性率が０．１ＭＰａ以上５ＧＰａ以下のシリコーン樹脂材料であることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記基板上に枠体をさらに有し、
   前記ＭＥＭＳ素子は前記枠体の内側に配置され、前記発泡体は前記枠体の内側に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
5. 前記発泡体の周囲に、前記発泡体を覆う樹脂がさらに配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
6. 支持部と、前記支持部に対して変位する可動部と、前記可動部を覆い、前記支持部に固定された蓋部材とを有するＭＥＭＳ素子を基板上に配置し、
   前記ＭＥＭＳ素子上に発泡性の樹脂を滴下し、
   前記発泡性の樹脂を発泡させることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
7. 前記発泡体は、独立気泡構造を有することを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
8. 前記発泡体は、曲げ弾性率が０．１ＭＰａ以上５ＧＰａ以下のシリコーン樹脂材料であることを特徴とする請求項６または７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
9. 前記基板上且つ前記ＭＥＭＳ素子の外側に枠体をさらに配置し、
   前記枠体の内側且つ前記ＭＥＭＳ素子上に発泡性の樹脂を滴下し、
   前記発泡性の樹脂を発泡させることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
10. 前記発泡体の周囲に、前記発泡体を覆う樹脂をさらに形成することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。