JP2018034275A - 電子デバイス、インターポーザ及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小面積で、しかも多数の異種のセンサからなるマルチセンシングセンサ端末を実現可能とする。【解決手段】電子デバイス１０は、所定の機能を実現するための点線で囲んだ構造体部分１１と、構造体部分１１を支持するフレーム部分１２とよりなる。構造体部分１１及びフレーム部分１２は、それぞれＭＥＭＳ技術を適用して作製された同じ厚さ（例えば１〜１００μｍ程度）の扁平な概略直方体形状で、構造体部分１１により所定の機能を実現する単一の極薄機能性素子である電子デバイス１０を構成している。【選択図】図１

Description

本発明は電子デバイス、インターポーザ及び電子デバイスの製造方法に係り、特に極薄の機能性素子を含む電子デバイス、それに用いるインターポーザ及び電子デバイスの製造方法に関する。

近年、ディープラーニングに基づく人工知能が活況を呈しているのは、従来の機械学習では何を特徴量とするか人間が決めなければいけなかったのに対し、ディープラーニングではコンピュータがデータを基に自ら特徴量を作り出す、特徴表現学習が可能になったからである。現在、画像データや音声データに対してディープラーニングが可能になり、その結果、画像認識や音声認識が飛躍的に向上しつつある。

一方、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を適用して、光スキャナ（例えば、特許文献１，２参照）、加速度センサとして使用される櫛歯型センサ（例えば、特許文献３，４参照）、圧力センサあるいはマイクロフォンとして使用されるダイヤフラム型センサ（例えば、特許文献５参照）、赤外線センサなどの各種ＭＥＭＳセンサが提供されるようになった。そして、上記の各種ＭＥＭＳセンサを省電力信号処理技術及び省電力無線回路技術を適用して集積化した無線センサ端末によるセンサネットワークが比較的低コストで構築できるようになり、これによって乗り物、インフラ、健康医療、農業畜産、物流など、あらゆるデータをインターネットを通じて大量に取得することが可能になっている。

ところで、前記画像認識のための画像データを取得するセンサはイメージセンサ、前記音声認識のための音声データを取得するセンサはマイクロフォンである。すなわち、人工知能が自ら画像データや音声データを基に特徴量を作り出すことが可能であるとはいえ、それらの画像データや音声データはイメージセンサやマイクロフォンが取得するデータの範囲内に限られている。一方で、画像や音声以外のデータ収集について、どのようなセンサを選択するかは人間の判断によって決まっている。無論、振動測定に加速度センサ、温度測定に温度センサなど、適切なセンサが選択されてはいるが、特徴量がセンサによって限定されていることになる。

特開２０１１−１１２８０７号公報 特開２０１４−１３０２１４号公報 特開２０１２−１２７６９２号公報 特許第５６９６７５６号公報 特開２０１５−２２４９０３号公報

しかしながら、人工知能のディープラーニングの能力を最大限に発揮させようとすれば、これまでの常識にとらわれず様々なデータを取得可能なマルチセンシングセンサ端末を用いて、多種多様なデータを取得し、人工知能を活用してそこから特徴量を抽出する必要がある。これにより、単一のあるいは二種や三種のセンサデータからは得られない、人知を超えた特徴量が抽出できるものと期待される。

しかし、マルチセンシングセンサ端末を実現するにあたっては、センサ端末の基板上に多数の異種のセンサを並べる必要があるが、面積の制約があるため、小型化が容易なＭＥＭＳセンサを用いたとしても、並べられるセンサはニ、三種に限られるという課題がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、小面積で、しかも多数の異種のセンサからなるマルチセンシングセンサ端末を実現可能とする電子デバイス、インターポーザ及び電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明の電子デバイスは、基板上に形成された所望の機能を実現する、厚さ１μｍ〜１００μｍの極薄構造体部分と、前記基板上において前記極薄構造体部分の周囲に形成されて前記極薄構造体部分を支持するとともに、複数のビアが穿設された、前記極薄構造体部分と同じ厚さの極薄フレーム部分とにより、単一の極薄機能性素子を構成することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明の電子デバイスは、互いに異なる機能を実現する複数の機能性素子のそれぞれの間にインターポーザを介在して積層された構造であって、前記複数の機能性素子のそれぞれは、基板上に形成された所定の機能を実現する、厚さ１μｍ〜１００μｍの極薄構造体部分と、前記基板上において前記極薄構造体部分の周囲に形成されて前記極薄構造体部分を支持するとともに、複数のビアが穿設された、前記極薄構造体部分と同じ厚さの極薄フレーム部分とを備え、前記複数の機能性素子によるマルチセンシングセンサ端末を構成することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明のインターポーザは、第２の発明における極薄構造体部分に対応した面積の開口部である空洞が中心に設けられた枠状体であって、第２の発明における前記極薄フレーム部分に対応した位置の枠部分に複数のビアが所定のピッチで穿設されていることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、第４の発明の電子デバイスは、第１の発明の単一の極薄機能性素子又は第２の発明のマルチセンシングセンサ端末がフレキシブル基板に搭載された構成であり、前記極薄機能性素子又は前記マルチセンシングセンサ端末の所定の端子が前記フレキシブル基板の表面に形成された配線膜に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の電子デバイスの製造方法は、第１の基板上に積層された、前記第１の基板よりも厚さの薄い第２の基板上に、所望の機能を実現する構造体部分と、前記構造体部分の周囲に形成されて前記構造体部分を支持するフレーム部分とを、厚さ１μｍ〜１００μｍの範囲内の同じ厚さでＭＥＭＳ技術を適用して作製するデバイス作製工程と、前記デバイス作製工程で作製された前記構造体部分及び前記フレーム部分を、前記第１の基板から剥離する剥離工程とを含み、前記構造体部分と前記フレーム部分とからなる電子デバイスを製造することを特徴とする。

ここで、前記デバイス作製工程は、前記第２の基板上に前記構造体部分と前記フレーム部分とを作製するとともに、前記構造体部分及び前記フレーム部分のいずれか一方又は両方の端部に接続する小片の支持部を形成する工程と、前記第２の基板上の前記構造体部分及び前記フレーム部分を架け渡し、かつ、前記支持部の一部でのみ支持された凹部を前記第１の基板に形成する工程とを含み、前記剥離工程は、前記支持部の一部を破断して前記第２の基板上の前記構造体部分及び前記フレーム部分を前記第１の基板から剥離するようにしてもよい。

また、本発明の電子デバイスの製造方法は、前記電子デバイスの製造方法の前記剥離工程により前記第１の基板から剥離された前記第２の基板上の前記構造体部分及び前記フレーム部分を、フレキシブル基板上に転写する転写工程を更に含むようにしてもよい。

更に、本発明の電子デバイスの製造方法は、それぞれが基板上に形成された所定の機能を実現する厚さ１μｍ〜１００μｍの極薄構造体部分と、前記基板上において前記極薄構造体部分の周囲に形成されて前記極薄構造体部分を支持するとともに、複数のビアが穿設された、前記極薄構造体部分と同じ厚さの極薄フレーム部分とからなり、かつ、互いに異なる種類の機能を実現する複数の機能性素子のそれぞれの間に、前記極薄構造体部分に対応した面積の開口部である空洞が中心に設けられ、かつ、前記極薄フレーム部分に対応した位置の枠部分に複数のビアが所定のピッチで穿設されている枠状体のインターポーザを介在させて積層し、かつ、前記インターポーザのビア及び前記フレーム部分のビアを通して配線してマルチセンシングセンサ端末を作製するマルチセンングサンサ端末作製工程と、前記マルチセンシングセンサ端末の最下層の前記機能性素子をフレキシブル基板上に接着させて搭載するとともに、前記マルチセンシングセンサ端末の所定の端子を前記フレキシブル基板の表面に形成された所定の配線膜に電気的に接続して電子デバイスを製造する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、小面積で、しかも４種類以上の多数の異種のセンサからなるマルチセンシングセンサ端末を実現できる。

本発明に係る電子デバイスの第１の実施形態の斜視図である。 本発明に係る電子デバイスの第２の実施形態の斜視図である。 本発明に係る電子デバイスの第３の実施形態の全体斜視図及び分解斜視図である。 本発明に係るインターポーザの一実施形態の斜視図である。 図３中の要部の一例の断面図である。 本発明に係る電子デバイスの第４の実施形態の作製方法の概略説明図である。 本発明に係る電子デバイスの第５の実施形態の作製方法の概略説明図である。 本発明に係る電子デバイスの一実施形態の製造方法の各素子工程説明図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電子デバイスの第１の実施形態の斜視図を示す。本実施形態の電子デバイス１０は、図１に示すように、所定の機能を実現するための点線で囲んだ構造体部分１１と、構造体部分１１を支持するフレーム部分１２とよりなる。構造体部分１１及びフレーム部分１２は、それぞれ半導体微細加工技術等によるＭＥＭＳ技術を適用して作製された同じ厚さ（例えば１〜１００μｍ程度）の扁平な概略直方体形状で、構造体部分１１により所定の機能を実現する極薄機能性素子である電子デバイス１０を構成している。ここでは、電子デバイス１０は一例として光スキャナ機能を有する構成である。

構造体部分１１は、中央の領域に形成された可動部１１１と、可動部１１１の左右両側の領域に形成されたアクチュエータ１１２ａ及び１１２ｂとより大略構成されている。可動部１１１は、開口部１１３の中央に配置され、その上側中心端と下側中心端とが支持部１１４ａ及び１１４ｂにより回動自在に支持されている。アクチュエータ１１２ａ及び１１２ｂは、支持部１１４ａ及び１１４ｂを支点として可動部１１１を回動するよう駆動制御される。すなわち、アクチュエータ１１２ａ及び１１２ｂは、入力制御信号に基づき構造体部分１１の長手方向に沿う開口部１１３に面する側の端部と反対側端部とのうち、反対側端部を支点として開口部側端部が互い逆方向（つまり、一方が上方向、他方が下方向）に揺動するよう駆動制御されることで、可動部１１１を開口部側端部の揺動方向と同方向に回動させる。なお、可動部１１１は後の工程にて表面に金属膜等が反射膜として被覆形成されて反射ミラーを構成する。これにより、電子デバイス１０は、反射ミラーに入射する光をアクチュエータ１１２ａ及び１１２ｂの揺動により回動して走査する光スキャナを構成する。なお、図１では図示を省略したが、フレーム部分１１２には複数のビアが所定のピッチで貫通形成されている。

なお、本出願人が開示した特開２０１６−３９３４３号公報記載の発明によれば、所定の機能を実現する構造体部分のみをＭＥＭＳ技術を適用して極薄の構造とし、かつ、フレーム部分（基板）から剥離可能に形成し、その後構造体部分のみをフレーム部分から剥離して最終的な電子デバイスを構成するか、あるいは別の回路基板に搭載している。したがって、この電子デバイスを積層するのは困難である。これに対し、本実施形態の電子デバイス１０によれば、構造体部分１１だけでなくビアが穿設されているフレーム部分１２を併せて有する構造としているため、フレーム部分１２のビアを介して接続できるので複数の電子デバイス１０を積層することができる。また、本実施形態の電子デバイス１０によれば、構造体部分１１だけでなくフレーム部分１２も構造体部分１１と同じ厚さの極薄の構造とされているため、フレキシブル基板上に実装してもある程度の曲げまで耐えられる。

図２は、本発明に係る電子デバイスの第２の実施形態の斜視図を示す。本実施形態の電子デバイス２０は、図２に示すように、所定の機能を実現するための点線で囲んだ構造体部分２１と、構造体部分２１を支持するフレーム部分２２とよりなる。構造体部分２１及びフレーム部分２２は、それぞれＭＥＭＳ技術を適用して作製された同じ厚さ（例えば１〜１００μｍ程度）の扁平な概略直方体形状で、構造体部分２１により所定の機能を実現する極薄機能性素子である電子デバイス２０を構成している。ここでは、電子デバイス２０は加速度センサ機能を有する。なお、図２では図示を省略したが、フレーム部分２２には複数のビアが所定のピッチで形成されている。

構造体部分２１は、櫛歯型加速度センサ機能を有する部分で、加速度によって動く可動部とばね、及び可動部の移動距離により静電容量変化を発生させるための櫛歯状電極が形成されている。本実施形態の電子デバイス２０によれば、構造体部分２１だけでなくフレーム部分２２も構造体部分２１と同じ厚さの極薄の構造とされているため、電子デバイス１０と同様の効果を奏することができる。

なお、電子デバイス２０は加速度センサとして説明したが、ジャイロセンサも同様の櫛歯構造で薄型化可能である。その他本発明に係る電子デバイスは、上記の実施形態に限らず、構造体部分が半導体歪みゲージ、角速度センサ、圧電薄膜、磁性薄膜、ホール素子、熱電対変換素子、赤外線検出素子、半導体信号処理回路、半導体通信回路、圧力センサ、超音波センサ、マイクロフォン、赤外線センサのいずれかの機能を有する構成であってもよい。また、磁性薄膜、ホール素子、半導体信号処理回路、半導体通信回路などの元々ＭＥＭＳ構造でないもの以外は、ＭＥＭＳ技術を適用して構造体部分及びフレーム部分を同じ厚さに薄型化可能である。なお、元々ＭＥＭＳ構造でない電子デバイスは研磨によって薄型化することが可能である。

図３は、本発明に係る電子デバイスの第３の実施形態の全体斜視図及び分解斜視図を示す。同図に示すように、本実施形態の電子デバイス３０は、下から順に、信号処理回路チップ３１、インターポーザ３２、加速度センサ３３、インターポーザ３４、圧力センサ３５、インターポーザ３６、ジャイロセンサ３７、インターポーザ３８、温度センサ３９、インターポーザ４０、湿度センサ４１、インターポーザ４２及び光センサ４３が、樹脂や様々なシリコン接合方法により接合しながら積層された構造であり、所謂マルチセンサセンシング端末を構成している。信号処理回路チップ３１は、アンプ、ＡＤ変換器、マイコン、通信回路などの回路チップである。また、信号処理回路チップ３１、加速度センサ３３、圧力センサ３５、ジャイロセンサ３７、温度センサ３９、湿度センサ４１、及び光センサ４３は、図１及び図２と同様に、そのセンサ機能を実現する構造体部分とそれを支持すると共にビアが穿設されたフレーム部分とからなり、それら構造体部分とフレーム部分とが同一の極薄の厚さ（例えば、２０μｍ）に形成された極薄機能性素子である。なお、各センサの積層順序は一例であって、図３に限定されるものではなく、また、センサの種類も図３に限定されるものではない。

インターポーザ３２、３４、３６、３８、４０及び４２は、それぞれ同一構成で、例えば図４の斜視図に５０で示す構成とされている。図４に示すインターポーザ５０は、ＭＥＭＳ技術を適用して作製された極薄の厚さ（例えば、２０μｍ）のシリコン製の四角枠状体で、枠５１の中心に開口部、つまり空洞５３を有し、枠５１には所定ピッチでビア５２が穿設されている。空洞５３の面積は、インターポーザ５０の上下に積層される極薄の機能性素子（センサ）のフレーム部分以外の構造体部分の平面の面積に対応している。すなわち、空洞５３は、インターポーザ５０を介在して上下に積層される２つの機能性素子（センサ）の一方の構造体部分が他方の構造体部分に干渉しないようにするために設けられている。また、インターポーザ５０の枠５１は、上下に積層される極薄の機能性素子（センサ）のフレーム部分に対応するフレーム部分である。なお、インターポーザ５０の材質は必ずしもシリコンである必要はなく、貫通配線を有するフレキシブル回路基板などでもよい。

図５は、図３中の要部の一例の断面図で、インターポーザと各種機能性素子（センサ）との接続状態を示す。同図中、図３と同一構成部分には同一符号を付してある。図５において、インターポーザ３２は信号処理回路チップ３１上に加速度センサ３３を浮かせた状態で積層するスペーサとしての機能を有するとともに、枠（図４の５１に相当）に形成された複数のビア（図４の５２に相当）のうちいくつかのビアと、加速度センサ３３のフレーム部分に第１の間隔で形成された複数のビアのうち所定のビアとを貫通する配線６１により、信号処理回路チップ３１上の第２の間隔で形成された複数の端子のうちの所定の端子と加速度センサ３３の構造体部分の所定の端子との間を電気的に接続させる中継機能を有する。

同様に、インターポーザ３４は加速度センサ３３上に圧力センサ３５を浮かせた状態で積層するスペーサとしての機能を有するとともに、インターポーザ３２及び３４は複数のビアのうちの所定のビアと圧力センサ３５のフレーム部分に形成されたビアとを配線６２を貫通させて信号処理回路チップ３１上の複数の端子のうちの所定の端子と圧力センサ３５の構造体部分の所定の端子との間を電気的に接続させる中継機能を有する。また、インターポーザ３６は圧力センサ３５上にジャイロセンサ３７を浮かせた状態で積層するスペーサとしての機能を有するとともに、インターポーザ３２、３４及び３６は配線６３をそれらのビアと各センサのフレーム部分のビアとを貫通させて、信号処理回路チップ３１上の複数の端子のうちの所定の端子とジャイロセンサ３５の構造体部分に形成された所定の端子との間を電気的に接続させる中継機能を有する。図３に示したインターポーザ３８，４０，４２も上記インターポーザ３２，３４，３６と同様のスペーサ機能と中継機能とを有する。

図３に戻って説明する。異なる種類の機能を実現する複数の極薄機能性素子（センサ）がそれらの間にインターポーザを介在させて積層された構造の電子デバイス３０は、積層されている複数の極薄機能性素子（センサ）３３、３５、３７、３９、４１、４３の各センサ機能を備えるマルチセンサセンシング端末を構成している。この電子デバイス３０は、複数の極薄機能性素子（センサ）３３、３５、３７、３９、４１及び４３と、インターポーザ３２、３４、３６、３８、４０及び４２のそれぞれの厚さが例えば１０μｍと極薄であり、また面積が既存のＭＥＭＳ技術を適用して作製されたセンサ（以下、ＭＥＭＳセンサ）と同一である、

したがって、電子デバイス３０は、最大、標準的なチップ厚さである５００μｍの中に、機能性素子（センサ）２０枚、回路チップ５枚、インターポーザ２５枚を積層した構成とすることが可能である。すなわち、本実施形態の電子デバイス３０によれば、既存のＭＥＭＳセンサ１種類と同面積にセンサが２０種類、回路チップと共に搭載したマルチセンシングセンサ端末が実現可能である。すなわち、本実施形態によれば、小面積で、しかも多数の異種のセンサからなるマルチセンシングセンサ端末を実現できる。

本実施形態の電子デバイス３０であるマルチセンシングセンサ端末によれぱ、ある測定対象があって、どのようなデータを取得するとその測定対象の特徴（異常）検知に最も有効か分からない場合に、特徴（異常）検知に有効なデータを自動的に人工知能搭載受信機が判断して、マルチセンシングセンサ端末から必要なデータを重点的に取得できる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は、本発明に係る電子デバイスの第４の実施形態の作製方法の概略説明図を示す。本実施形態の電子デバイスは、図６に矢印Ａで模式的に示すように、第１の実施形態の電子デバイス１０をフレキシブル基板７０の穴の開いていない個所に搭載した構成、あるいは矢印Ｂで模式的に示すように上記電子デバイス１０をフレキシブル基板７０の穴７１の開いている個所に穴７１を塞ぐように搭載した構成で、全体として新たな第４の実施形態の電子デバイスであるフレキシブルデバイスを構成する。

なお、フレキシブル基板７０への電子デバイス１０の搭載は、電子デバイス１０をフレキシブル基板７０に接着材等により接着するとともに、フレキシブル基板７０上の必要な配線膜に電子デバイス１０の端子を電気的に接続することで行われる。なお、図６ではフレキシブル基板７０に電子デバイス１０を搭載するように図示したが、本実施形態はこれに限らず、搭載する電子デバイスは第２の実施形態の電子デバイス２０や、図３に示した極薄の機能性素子（センサ）３３、３５、３７、３９、４１、４３のいずれかであってもよい。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図７は、本発明に係る電子デバイスの第５の実施形態の作製方法の概略説明図を示す。本実施形態の電子デバイスは、図７に矢印Ｃで模式的に示すように、第３の実施形態の電子デバイス３０（マルチセンシングセンサ端末）をフレキシブル基板８０の穴の開いていない個所に搭載することで、全体として新たな第５の実施形態の電子デバイスであるフレキシブルデバイスを構成する。なお、フレキシブル基板８０への電子デバイス３０の搭載は、電子デバイス３０の最下層の信号処理回路チップ３１の底面をフレキシブル基板８０に接着材等により接着するとともに、フレキシブル基板８０上の必要な配線膜にマルチセンシングセンサ端末の所定の端子を電気的に接続することで行われる。

なお、図７ではフレキシブル基板８０の穴の開いていない個所に電子デバイス３０を搭載するように図示したが、本実施形態はこれに限らず、フレキシブル基板８０の穴の開いている個所に電子デバイス３０を穴を塞ぐように搭載することも可能である。また、フレキシブル基板８０に搭載する電子デバイスは電子デバイス３０以外の複数の極薄機能性素子（センサ）及びインターポーザの交互積層構成のマルチセンシグセンサ端末であってもよい。

次に、本発明に係る電子デバイスの製造方法について説明する。
図８は、本発明に係る電子デバイスの一実施形態の製造方法の各素子工程説明図で、（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）及び（Ｄ１）は素子の斜視図、（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）及び（Ｄ２）は素子の断面図を示す。本実施形態の電子デバイスの製造方法は、図１に示した電子デバイス１０の製造方法であるが、電子デバイス２０も同様の手法にて製造可能である。なお、図８中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。

まず、図８（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、シリコン基板９１、シリコン酸化膜層９２及び表層シリコン層９３が積層されたＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板９０の上に、シリコン酸化膜層９４、下部電極層９５、圧電薄膜層９６、上部電極層９７がこの順で被覆形成された後、フォトリソグラフィやエッチングなどの公知のＭＥＭＳ技術を適用してシリコン酸化膜層９４、下部電極層９５、圧電薄膜層９６及び上部電極層９７を図８（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、それぞれＳＯＩ基板９０よりも短い所定の長さの互いに離間する２つの直方体形状に形成する。なお、一例として下部電極層９５及び上部電極層９７は白金（Ｐt）により形成されている。また、下部電極層９５の長さは上部電極層９７のそれよりも長く形成されている。また、圧電薄膜層９６と上部電極層９７はそれぞれ同じ長さに形成されている。

続いて、図８（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように、フォトリソグラフィやエッチングなどの公知のＭＥＭＳ技術を適用して、２つのシリコン酸化膜層９４の間のシリコン酸化膜層９２及び表層シリコン層９３からなる積層部分のうち、９２’及び９３’で示す一部を残して９８で示すように除去すると共に、表層シリコン層９３の外周部分は１０１で示す後述する支持部となる部分を残して大部分は除去する。

続いて、図８（Ｃ１）及び（Ｃ２）に示すように、シリコン基板９１の裏面側から例えばＤＲＩＥなどの深掘エッチングを適用してシリコン基板９１及びシリコン酸化膜層９２の周縁部分を残し、それ以外を除去した凹部９９を形成する。これにより、シリコン基板９１は９１’で、シリコン酸化膜層９２は９２”で示す如くになる。また、シリコン酸化膜層９２’及び表層シリコン層９３’からなる積層部分のうちシリコン酸化膜層９２’は除去されて表層シリコン層９３’のみとなる。この結果、表層シリコン層９３’のみからなる可動部１１１が構成されるとともに、その周囲に除去部分９８に対応した開口部１１３が形成される。

可動部１１１の図８（Ｃ２）中、左右両側に形成されたシリコン酸化膜層９４、下部電極層９５、圧電薄膜層９６及び上部電極層９７からなる２つの積層部分は、図１に示したアクチュエータ１１２ａ及び１１２ｂを構成している。このようにして、可動部１１１とアクチュエータ１１２ａ及び１１２ｂとは、図８（Ｃ１）に示すように全体として概略直方体形状の電子デバイス１０の極薄の構造体部分１１を構成する。また、この構造体部分１１の長手方向の両側をそれぞれ支持するシリコン酸化膜層９４、下部電極層９５、圧電薄膜層９６及び上部電極層９７からなる部分は極薄のフレーム部分１２を構成する。

これら構造体部分１１及びフレーム部分１２は、それらの長手方向の両端に形成された小片の支持部１０１の先端でのみシリコン酸化膜層９２”上に支持されている。すなわち、表層シリコン層９３上の構造体部分１１及びフレーム部分１２は、凹部９９上に架け渡され、かつ、支持部１０１の先端でシリコン基板９１’及びシリコン酸化膜層９２”の積層構造の基板に支持されている。なお、構造体部分１１及びフレーム部分１２からなる構造体は、図８（Ｃ１）に示すようにそれらの短手方向の両端に形成された一対の別の支持部の先端でもシリコン酸化膜層９２”上に支持されている。なお、上記構造体の長手方向の両端に形成された一対の支持部１０１及び短手方向の両端に形成された一対の支持部のどちらか一方は設けなくても構わない。

そして、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの粘着材を構造体部分１１及びフレーム部分１２の上部に粘着し、その粘着状態を保ったまま上方向に引き上げると、小面積の支持部１０１に応力が集中して、小なる力により支持部１０１の先端部分でシリコン酸化膜層９２”から破断され、シリコン基板９１’及びシリコン酸化膜層９２”からなる基板から構造体部分１１及びフレーム部分１２が剥離される。その後、粘着材が除去される。このようにして図８（Ｄ１）及び（Ｄ２）で示すような電子デバイス１０をＭＥＭＳ技術を適用して製造することができる。なお、フレーム部分１２には所定ピッチのビアがその後形成され、また可動部１１１の表面に金属膜等の反射膜が被覆形成される。

なお、構造体部分１１及びフレーム部分１２をシリコン基板９１’及びシリコン酸化膜層９２”からなる基板から剥離する上記の剥離工程に続いて、粘着材を除去してから構造体部分１１及びフレーム部分１２の各底面をフレキシブル基板に接着する転写工程を設けてもよい。また、互いに異なる種類の機能を実現する複数の機能性素子のそれぞれの間にインターポーザを介在させて積層し、かつ、インターポーザのビア及び機能性素子のフレーム部分の必要なビアにそれぞれ配線を貫通させて複数の機能性素子の各端子を電気的に接続した構造の電子デバイス３０（マルチセンシングセンサ端末）を作製する工程に続いて、マルチセンシングセンサ端末の最下層の機能性素子をフレキシブル基板上に接着させて搭載するとともに、マルチセンシングセンサ端末の所定の端子を上記フレキシブル基板の表面に形成された所定の配線膜に電気的に接続する工程とにより、新たな電子デバイスを製造するようにしてもよい。

本発明は、橋梁やトンネルなどのコンクリート構造体の歪みモニタリング、産業機械の振動モニタリング、人や動物などの健康モニタリングなど、ＩｏＴデバイスによってデータを取得して、人工知能でデータを処理するような分野に幅広く応用可能である。

１０、２０、３０ 電子デバイス
１１、２１ 構造体部分
１２、２２ フレーム部分
３１ 信号処理回路チップ
３２、３４、３６、３８、４０、４２、５０ インターポーザ
３３ 加速度センサ
３５ 圧力センサ
３７ ジャイロセンサ
３９ 温度センサ
４１ 湿度センサ
４３ 光センサ
５１ 枠
５２ ビア
５３ 空洞（開口部）
６１〜６３ 配線
７０、８０ フレキシブル基板
７１ 穴
９０ ＳＯＩ基板
９１、９１’ シリコン基板
９２、９２'、９２”、９４ シリコン酸化膜層
９３、９３’ 表層シリコン層
９５ 下部電極層
９６ 圧電薄膜層
９７ 上部電極層
９９ 凹部
１０１、１１４ａ、１１４ｂ 支持部
１１１ 可動部
１１２ａ、１１２ｂ アクチュエータ
１１３ 開口部

Claims (8)

1. 基板上に形成された所望の機能を実現する、厚さ１μｍ〜１００μｍの極薄構造体部分と、
   前記基板上において前記極薄構造体部分の周囲に形成されて前記極薄構造体部分を支持するとともに、複数のビアが穿設された、前記極薄構造体部分と同じ厚さの極薄フレーム部分と
   により、単一の極薄機能性素子を構成することを特徴とする電子デバイス。
2. 互いに異なる機能を実現する複数の機能性素子のそれぞれの間にインターポーザを介在して積層された構造であって、
   前記複数の機能性素子のそれぞれは、
   基板上に形成された所定の機能を実現する、厚さ１μｍ〜１００μｍの極薄構造体部分と、
   前記基板上において前記極薄構造体部分の周囲に形成されて前記極薄構造体部分を支持するとともに、複数のビアが穿設された、前記極薄構造体部分と同じ厚さの極薄フレーム部分とを備え、
   前記複数の機能性素子によるマルチセンシングセンサ端末を構成することを特徴とする電子デバイス。
3. 前記極薄構造体部分に対応した面積の開口部である空洞が中心に設けられた枠状体であって、前記極薄フレーム部分に対応した位置の枠部分に複数のビアが所定のピッチで穿設されていることを特徴とする請求項２記載の電子デバイスに用いるインターポーザ。
4. 請求項１記載の単一の極薄機能性素子又は請求項２記載のマルチセンシングセンサ端末がフレキシブル基板に搭載された構成であり、
   前記極薄機能性素子又は前記マルチセンシングセンサ端末の所定の端子が前記フレキシブル基板の表面に形成された配線膜に電気的に接続されていることを特徴とする電子デバイス。
5. 第１の基板上に積層された、前記第１の基板よりも厚さの薄い第２の基板上に、所望の機能を実現する構造体部分と、前記構造体部分の周囲に形成されて前記構造体部分を支持するフレーム部分とを、厚さ１μｍ〜１００μｍの範囲内の同じ厚さでＭＥＭＳ技術を適用して作製するデバイス作製工程と、
   前記デバイス作製工程で作製された前記構造体部分及び前記フレーム部分を、前記第１の基板から剥離する剥離工程と
   を含み、前記構造体部分と前記フレーム部分とからなる電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
6. 前記デバイス作製工程は、
   前記第２の基板上に前記構造体部分と前記フレーム部分とを作製するとともに、前記構造体部分及び前記フレーム部分のいずれか一方又は両方の端部に接続する小片の支持部を形成する工程と、
   前記第２の基板上の前記構造体部分及び前記フレーム部分を架け渡し、かつ、前記支持部の一部でのみ支持された凹部を前記第１の基板に形成する工程とを含み、
   前記剥離工程は、前記支持部の一部を破断して前記第２の基板上の前記構造体部分及び前記フレーム部分を前記第１の基板から剥離することを特徴とする請求項５記載の電子デバイスの製造方法。
7. 前記剥離工程により前記第１の基板から剥離された前記第２の基板上の前記構造体部分及び前記フレーム部分を、フレキシブル基板上に転写する転写工程を更に含むことを特徴とする請求項５又は６記載の電子デバイスの製造方法。
8. それぞれが基板上に形成された所定の機能を実現する厚さ１μｍ〜１００μｍの極薄構造体部分と、前記基板上において前記極薄構造体部分の周囲に形成されて前記極薄構造体部分を支持するとともに、複数のビアが穿設された、前記極薄構造体部分と同じ厚さの極薄フレーム部分とからなり、かつ、互いに異なる種類の機能を実現する複数の機能性素子のそれぞれの間に、前記極薄構造体部分に対応した面積の開口部である空洞が中心に設けられ、かつ、前記極薄フレーム部分に対応した位置の枠部分に複数のビアが所定のピッチで穿設されている枠状体のインターポーザを介在させて積層し、かつ、前記インターポーザのビア及び前記フレーム部分のビアを通して配線してマルチセンシングセンサ端末を作製するマルチセンングサンサ端末作製工程と、
   前記マルチセンシングセンサ端末の最下層の前記機能性素子をフレキシブル基板上に接着させて搭載するとともに、前記マルチセンシングセンサ端末の所定の端子を前記フレキシブル基板の表面に形成された所定の配線膜に電気的に接続して電子デバイスを製造する工程と
   を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。

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