JP2018032896A - トランスデューサ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フリップチップ接続による音漏れ防止が可能となるトランスデューサ装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】トランスデューサ装置において、第１の基板１１は、通常の半導体装置の製造に使用されるシリコン基板を使用し、この第１の基板１１の表面に絶縁膜を形成し、変換部２３および信号処理回路２４を搭載する。アコースティックポート１９を取り囲むように例えばリング状の接合端子も同時に形成する。さらに、蓋部となる第２の基板３１を用意し、変換部２３と第１の基板１１または第２の基板３１との間に音漏れ防止用接合部２８を備える。【選択図】図４
Description
本発明は、トランスデューサ装置およびその製造方法、特に物理量−電気間の変換を行うＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）装置であり、またチップスケールでパッケージされるトランスデューサ装置およびその製造方法に関する。
図９に、従来のトランスデューサ装置の一例であるシリコンパッケージのマイクロフォン装置の構成を示す。この図９において、４１はシリコンからなる基板、４２は固定電極、４３は可動電極、４４は固定電極４２と可動電極４３を有する変換部（トランスデューサ）、４５は変換部４４からの信号の増幅等の信号処理をする信号処理回路、４６はボンディングワイヤ、４７はアコースティックポート（開口）、４８はシリコンからなる蓋、４９はバックチャンバー、５０はスルーホールビア（ＴＳＶ）、５１は外部端子である。
このようなマイクロフォン装置では、アコースティックポート４７からの音圧により可動電極４３が振動すると、このときの容量変化が変換部４４で捉えられ、この変換部４４からの信号が信号処理回路４５で増幅されることにより、音声を電気信号とし出力することができる（特許文献１）。
ところで、図９に示されるマイクロフォン装置では、基板４１の上に、ＭＥＭＳ素子により形成した変換部４４と信号処理回路４５をボンディングワイヤ４６によって接続載する構造であるが、変換部４４や信号処理回路４５のチップをフリップチップ接続にて搭載することも可能である。フリップチップ接続は、ボンディングワイヤ４６を用いる接続と比較して、低背化や高密度化できる点で優れている。
フリップチップ接続は、ボンディングワイヤを用いた接続と比較して優れた点がある一方、基板４１の上に変換部４４をフリップチップ接続する場合、変換部４４と基板４１との間に隙間が生じ、この隙間から音が漏れ、音響特性が低下してしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点を解消し、音漏れを防止することが可能となるトランスデューサ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、外部と内部を繋ぐための開口を有する第１の基板と、キャビティを有する第２の基板とを備え、前記開口と前記キャビティとの間に固定電極および可動電極を有する変換部を配置して、前記第１の基板と前記第２の基板を接合してなるトランスデューサ装置において、前記第１の基板および前記第２の基板をシリコンとし、前記第１の基板または前記第２の基板のいずれか一方に、前記変換部をフリップチップ接続にて搭載し、前記変換部と該変換部を搭載した前記第１の基板との間または前記変換部と該変換部を搭載した前記第２の基板との間に前記開口と前記キャビティ間と連通する領域を塞ぐ音漏れ防止用接合部を備えることを特徴とする。
本願請求項２に係る発明は、固定電極および可動電極を有する変換部備えたトランスデューサ装置の製造方法において、第１のウェハのトランスデューサ装置を形成する単位領域に、外部と内部を繋ぐための開口を形成する工程と、第２のウェハの前記単位領域に、キャビティを形成する工程と、前記第１のウェハまたは前記第２のウェハのいずれか一方の前記単位領域に、前記変換部をフリップチップ接続により搭載すると同時に、前記第１のウェハまたは前記第２のウェハと前記変換部との間に音漏れ防止用接合部を形成し、前記フリップチップ接続により形成された前記変換部と前記第１のウェハまたは前記第２のウェハとの間の空隙を塞ぐように接合する工程と、前記開口と前記キャビティの間に、前記変換部を封止するように前記第１のウェハと前記第２のウェハとを接合する工程と、該接合した第１のウェハおよび第２のウェハを切断し、個々のトランスデューサ装置に個片化する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明のトランスデューサ装置は、フリップチップ接続で基板に搭載した変換部に音漏れ防止用接合部を備えているため、変換部と基板の隙間から発生する音漏れを防止でき、音響特性を向上することができる。
また、この音漏れ防止用接合部は、基板に変換部をフリップチップ接続で搭載する工程と同じ工程で同時に形成することができるため、非常に容易に形成することができる。
本発明に係るトランスデューサ装置は、基板上の配線部にフリップチップ接続した変換部に音漏れ防止用接合部を備えている。このように構成すると、変換部と基板の隙間から発生する音漏れの防止が可能なトランスデューサ装置を提供することができる。以下、本発明の実施例について製造工程に従い説明する。
本発明の第１の実施例について説明する。この実施例は、外部端子とアコースティックポート（開口）が異なる面に設けられるトップポートタイプのものである。
まず、第１の基板１１を用意する。ここで第１の基板１１は、通常の半導体装置の製造に使用されるシリコン基板を使用する。この第１の基板１１の表面に絶縁膜１２を形成する。さらに絶縁膜１２上に導電性膜を積層形成し、通常のフォトリソグラフ法によりパターニングを行い配線層を形成する。ここで、後工程で形成するアコースティックポート（開口）を取り囲むように例えばリング状の接合端子も同時に形成する。その後、配線層上に保護膜１３を形成し、一部を除去することにより、電極パッド１４〜１６およびリング状の接合端子１７を露出させる。その後、電極パッド１６に金属接合材を成膜することで接合端子１８を形成しておく（図１ａ）。
次に、所望の位置にドライエッチング法によりアコースティックポート（開口）１９を形成する（図１ｂ）。
固定電極２０、可動電極２１および支持体２２で構成される変換部（トランスデューサ）２３および増幅等の信号処理をする信号処理回路２４を用意する。変換部２３の支持体２２に設けた電極（図示省略）上には突起電極２５が形成され、支持体２２上に第１の基板１１に形成したリング状の接合素子１７に対向し、可動電極２１の縁周に沿ってリング状の接合端子２６も形成しておく。この接合端子２６は、変換部２３とは電気的に接合していない。また、信号処理回路２４に設けた電極（図示省略）上にも突起電極２７を形成しておく。この変換部２３および信号処理回路２４を第１の基板１１にフリップチップ接続により搭載する。この接続は、支持体２２に形成した突起電極２５と第１の基板１１に設けた電極パッド１４とを、例えば超音波振動を印加して形成することができる。このフリップチップ接続と同時に、リング状の接合端子２６と第１の基板１１に設けたリング状の接合端子１７とが接続される。このように接続することで支持体２２と第１の基板１１との間の隙間を埋める音漏れ防止用接合部２８を形成する（図１ｄ）。上述の超音波振動の印加による接続は、熱加圧による接続や、導電接着材による接続であってもよい。
次に、蓋部となる第２の基板３１を用意する。ここで第２の基板３１は、通常の半導体装置の製造に使用されるシリコン基板を使用する。この第２の基板３１の表面にレジストパターンを形成し、第２の基板３１をエッチングし、深い貫通孔を形成する。その後、この貫通孔の内側表面に酸化膜を形成する。次に、貫通孔に導電性の材料を埋め込むことで、スルーホールビア（ＴＳＶ）３２を形成する。この埋め込みとしては、メッキ法で金属材を埋める方法や不純物を添加したシリコン材で埋める方法がある（図２ａ）。
次に、第２の基板３１の表面に絶縁膜３３を形成する。その後、スルーホールビア３２表面の絶縁膜３３を除去して、開口部を形成して、スルーホールビア３２を露出し、この露出部と接続する外部端子３４を形成する（図２ｂ）。
次に、第２の基板３１の裏面をエッチングすることで、バックチャンバー３５を形成する（図２ｃ）。
その後、第２の基板３１の裏面全面に金属接合材を形成する。次に、スルーホールビア直下の金属接合材を部分的にエッチングし、スルーホールビア端子３６を分離する。この分離によりスルーホールビア端子３６と分離した金属接合材はシールド膜３７として機能する（図２ｄ）。
その後、図３に示すように、第１の基板１１の上面に搭載した変換部２３および信号処理回路２４をバックチャンバー３５で覆い、蓋をする形で第２の基板３１を重ね合わせ、第１の基板１１の接合端子１８と第２の基板３１のスルーホールビア端子３６が接続するように導電接着材３８により接合する。図４に第１の基板１１と第２の基板３１とを接合させた状態を示す。
上記のトランスデューサ装置の製法は、ウェハレベルでの接合により行われ、図３に示す第１の基板１１を複数個形成したウェハと、第２の基板３１を複数個形成したウェハをアライメントをしながら貼り合わせ、接合した後に個片化することにより、多数のトランスデューサ装置が得られる。
個片化されたトランスデューサ装置は、アコースティックポート（開口）１９とバックチャンバー（キャビティに相当）との間にリング状の接合端子１７，２６を配置しているため、音漏れが発生することがない。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。上記第１の実施例では、変換部２３および信号処理回路２４を第１の基板１１に搭載する場合を説明したが、変換部２３および信号処理回路２４は第２の基板３１に搭載しても良い。
図５は、本発明の第２の実施例のトランスデューサ装置の構成を示す図である。変換部２３および信号処理回路２４が、第２の基板３１に搭載されている。つまり、この第２の基板３１の凹状の縁（基端部）と同一の高さの面から上側に、変換部２３および信号処理回路２４がフリップチップ接続により搭載されている点が第１の実施例と相違している。
また、第１の基板１１には、変換部２３および信号処理回路２４を収納するため、第２基板３１のバックチャンバー３５の深さより浅い凹部（凹状空間）３９が形成され、この凹部３９の内面にシールド膜３７が形成されている点も第１の実施例と相違している。
このような構造の第１の基板１１と第２の基板３１を導電接着材３８により接合し、個片化することでトランスデューサ装置を製造することができる。
この第２の実施例は、外部端子３４がアコースティックポート１９とは異なる面に設けられ、第１の実施例と同様にトップポートタイプとなるが、変換部２３をバックチャンバー３５とは反対側に配置したので、変換部２３からバックチャンバー３５側の空間が広くなり、実質的なバックチャンバーが広くなることで、音響特性を良好にできるという利点がある。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、上記第１の実施例では、スルーホールビア３２および外部端子３４を第２の基板３１に形成する場合を説明したが、スルーホールビア３２および外部端子３４は第１の基板１１に形成しても良い（図６）。この場合、外部端子３４とアコースティックポート１９が同一の面に設けられるボトムポートタイプとなる。
また、上記第２の実施例では、スルーホールビア３２および外部端子３４を第２の基板３１に形成する場合を説明したが、スルーホールビア３２および外部端子３４は第１の基板１１に形成しても良い(図７)。この場合、外部端子３４とアコースティックポート１９が同一の面に設けられるボトムポートタイプとなる。
以上説明したように、本発明によれば、トランスデューサ装置は、変換部２３と第１の基板１１または第２の基板３１との間に音漏れ防止用接合部２８を備えているため、変換部２３と第１の基板１１または第２の基板３１との隙間から発生する音漏れを防止でき、音響特性を向上することができる。
また、上述の第１の実施例で説明したが変換部２３の支持体２２上に形成した接合端子２６は、変換部２３とは電気的に接合していない。ここで、図８は、第１の実施例のトランスデューサ装置を説明する図であって、第１の基板１１に形成されている電極パッド１４〜１６、接合端子１７、アコースティックポート１９および配線２９を変換部２３および信号処理回路側２４から模式的に表しており、接合端子１７は、電極パッド等に配線で繋がっておらず、電気的に接合していない。したがって、接合端子１７と接合端子２６とを接続して形成した音漏れ防止用接合部２８は、電極パッド、配線、変換部等に電気的影響を及ぼすことがなく、音漏れ防止のみに作用することがわかる。
さらにまた、音漏れ防止用接合部２８は、第１の基板１１または第２の基板３１に変換部２３および信号処理回路２４をフリップチップ接続で搭載する工程と同じ工程で同時に形成することができるため、非常に容易に形成することができる。
なお、音漏れ防止接合部の形状をリング状に形成する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば環状の多角形に形成してもよい。
１１：第１の基板、１２：絶縁膜、１３：保護膜、１４〜１６：電極パッド、１７：リング状の接合端子、１８：接合端子、１９アコースティックポート（開口）、２０：固定電極、２１：可動電極、２２：支持体、２３：変換部、２４：信号処理回路、２５：突起電極、２６：リング状の接合端子、２７：突起電極、２８：音漏れ防止用接合部、２９：配線、３１：第２の基板、３２：スルーホールビア（ＴＳＶ）、３３：絶縁膜、３４：外部端子、３５：バックチャンバー（キャビティ）、３６：スルーホールビア端子、３７：シールド膜、３８：導電接着材、３９：凹部、４１：基板、４２：固定電極、４３：可動電極、４４：変換部、４５：信号処理回路、４６：ボンディングワイヤ、４７：アコースティックポート（開口）、４８：蓋、４９：バックチャンバー、５０：スルーホールビア（ＴＳＶ）、５１：外部端子
Claims (2)
- 外部と内部を繋ぐための開口を有する第１の基板と、キャビティを有する第２の基板とを備え、前記開口と前記キャビティとの間に固定電極および可動電極を有する変換部を配置して、前記第１の基板と前記第２の基板を接合してなるトランスデューサ装置において、
前記第１の基板および前記第２の基板をシリコンとし、前記第１の基板または前記第２の基板のいずれか一方に、前記変換部をフリップチップ接続にて搭載し、前記変換部と該変換部を搭載した前記第１の基板との間または前記変換部と該変換部を搭載した前記第２の基板との間に前記開口と前記キャビティ間と連通する領域を塞ぐ音漏れ防止用接合部を備えることを特徴とするトランスデューサ装置。 - 固定電極および可動電極を有する変換部備えたトランスデューサ装置の製造方法において、
第１のウェハのトランスデューサ装置を形成する単位領域に、外部と内部を繋ぐための開口を形成する工程と、
第２のウェハの前記単位領域に、キャビティを形成する工程と、
前記第１のウェハまたは前あ記第２のウェハのいずれか一方の前記単位領域に、前記変換部をフリップチップ接続により搭載すると同時に、前記第１のウェハまたは前記第２のウェハと前記変換部との間に音漏れ防止用接合部を形成し、前記フリップチップ接続により形成された前記変換部と前記第１のウェハまたは前記第２のウェハとの間の空隙を塞ぐように接合する工程と、
前記開口と前記キャビティの間に、前記変換部を封止するように前記第１のウェハと前記第２のウェハとを接合する工程と、
該接合した第１のウェハおよび第２のウェハを切断し、個々のトランスデューサ装置に個片化する工程と、を含むことを特徴とするトランスデューサ装置の製造方法。
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