JP2018501972A

JP2018501972A - 微小電気機械システムのためのベント取付けシステム

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Publication number: JP2018501972A
Application number: JP2017531682A
Authority: JP
Inventors: ホリデイアンドリュー; キンダーウィリアム
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2018-01-25
Also published as: US20160167948A1; KR20170094396A; WO2016100265A1; US20180009655A1; EP3233717A1; CN107108201A

Abstract

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのオープンポートを保護するベントの取り付け方法であって、ベントが、担体に取り付けられた環境バリアメンブレンを含むタイプであり、かつ、ライナーに更に取り付けられており、方法が、（ａ）ダイエジェクタと、減圧ヘッド及びグリッパーヘッドのうちの少なくとも１つとを含むダイ取付け機械にベントを供給する工程と、（ｂ）ダイエジェクタを用いて前記ライナーからベントを引き離す工程と、（ｃ）ダイ取付け機械の減圧ヘッド及びグリッパーヘッドのうちの少なくとも１つによりベントを持ち上げる工程と、（ｄ）ＭＥＭＳデバイスのオープンポートの上にベントを配置する工程と、（ｅ）ＭＥＭＳデバイスのオープンポートの上にベントを固定する工程とを含む、方法。【選択図】図１

Description

本開示は、オープンポート微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）デバイスのためのベントに関し、特に、係るベントのための取り付けシステムに関する。

微小作製技術による共通のシリコン基材上への機械要素、センサ、アクチュエータなど、及び電子部品の集積は、ＭＥＭＳとして知られている。微小電気機械システムセンサを、マイク、消費者用圧力センサ応用、タイヤ圧監視システム、ガス流センサ、加速度計、及びジャイロスコープにおいて用いることができる。

米国特許第７，４３４，３０５号は、音響トランスデューサ及び音響ポートを含む、シリコンコンデンサマイクロホンＭＥＭＳパッケージを記載する。音響ポートは、環境バリア、たとえば太陽光、水分、油、ほこり、及び／又はダスト等の環境要素からトランスデューサを保護するＰＴＦＥ又は焼結金属を更に含む。

バリアは、接着層を用いて伝導性または非伝導性材料の層間で概して封止される。開示されたコンデンサマイクロホンを、リフローはんだ付けを用いて回路基板に取り付けることができる。リフローはんだ付けは、比較的高温で実施される。したがって、係る接着層の温度耐性は重要である。バリア自体の低い機械強度と組み合わされたリフローはんだ付け条件において受けた高温は、このようなＭＥＭＳパッケージへの環境バリアの組み入れを非常に困難にしている。

ＭＥＭＳパッケージにより要求されるような薄い形態の要因において、環境保護及び均圧化の能力に対する必要が依然として存在する。更に、効率的に小さいベントデバイスを製造する必要がある。本開示で開示されるベントアレイは、係る必要を満たす。

本開示は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのオープンポートを保護するベントを取り付ける方法であって、ベントが、担体に取り付けられた環境バリアメンブレンを含むタイプであり、かつ、ライナーに更に取り付けられており、方法が、
（ａ）ダイエジェクタと、減圧ヘッド及びグリッパーヘッドのうちの少なくとも１つとを含むダイ取付け機械にベントを供給する工程と、（ｂ）ダイエジェクタを用いて前記ライナーからベントを引き離す工程と、（ｃ）ダイ取付け機械の減圧ヘッド及びグリッパーヘッドのうちの少なくとも１つによりベントを持ち上げる工程と、（ｄ）ＭＥＭＳデバイスのオープンポートの上にベントを配置する工程と、（ｅ）ＭＥＭＳデバイスのオープンポートの上にベントを固定する工程とを含む、方法を提供する。

種々の実施態様において、担体は、ＰＥＥＫ及びポリイミドからなる群から選択される材料を含み；担体は、感圧性接着剤によりメンブレンに取り付けられており：キャリアは、溶着によりメンブレンに取り付けられており；溶着は、熱溶着、音波溶着、及びレーザー溶着を含む群から選択され；ライナーは、担体より剛性の小さい材料を含み；ライナーは、ダイシングテープを含み；ベントは、感圧性接着剤によりライナーに取り付けられており；メンブレンはｅＰＴＦＥを含む。

別の側面において、本開示は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのオープンポートを保護するためのベント組立て品であって、（ａ）環境バリアと、（ｂ）バリアに取り付けられた担体と、（ｃ）担体に取り付けられたライナーとを含み、ライナーが、担体より剛性の小さい材料を含む、ベント組立て品を提供する。

種々の実施態様において、ベント組立て品は、担体にｅＰＴＦＥメンブレンを取り付ける感圧性接着剤を含み；請求項１０において規定されたベント組立て品は、ライナーに担体を取り付ける感圧性接着剤を更に含み；担体は、ＰＥＥＫ及びポリイミドからなる群から選択される材料を含み；ライナーは、ＵＶダイシングテープを含み；メンブレンはｅＰＴＦＥを含む。

図１は、本開示による例示的な実施態様の側面図である。図２は、本開示の例示的な実施態様によるダイ取付けプロセスにおける工程の側面図である。図３は、本開示による別の例示的な実施態様の側面図である。

本開示は、意図される信号、典型的には温度、圧力、又は音響信号の伝送を可能にしつつ、ダスト及び液体に対するバリアとして働くｅＰＴＦＥメンブレン等の環境バリアであるベントを有効にすることにより、ＭＥＭＳデバイスのオープンポートの保護を提供する。本開示は、具体的には取り付け方法、より具体的には、ベントをＭＥＭＳパッケージング会社により既に用いられている容易に入手可能な装置により取り付ける構成に関する。

現在、最も一般的には、接着性ベントは、手、又は前進ロールから部分を除去し、減圧ヘッドを用いて基材にその部分を置くラベルアプリケーターのようなものにより、基材に取り付けられる。基材は、典型的には、手で適切な場所に置かれるか、組み立てラインを通して導入される。手作業の適用、及びラベルアプリケーターは、ＭＥＭＳパッケージング応用に必要な正確性又はスループットを提供しない。

本開示によるベント組立て品の例示的な実施態様は、図面に関連して記載される。１つの例示的な実施態様は、図１に示されるベント組立て品１０である。ベント組立て品１０は、ベント１１を含み、好ましくはその最下層として堅固な担体１２を有するｅＰＴＦＥメンブレンを含む。堅固な担体１２は、感圧性接着剤等の、この実施態様における接着剤１３により、ｅＰＴＦＥメンブレンベント１１に取り付けられる。代わりに、熱溶着、超音波溶着、又はレーザー溶着などの典型的な溶着方法により取り付けられる。組み立てられたら、ベント１１及び担体１２はベント組立て品１０を形成する。ベント組立て品１０は、薄く、低タック性のライナー１４に、移動中に適切な場所にベント組立て品１０を保持するのに十分な接着性であるが、ベント組立て品１０を容易に取り外すことができる程度に十分低い接着性で取り付けられる。低いタック性のライナー１４に好ましい材料は、ＵＶ硬化性ダイシングテープである。ＵＶダイシングテープは、最初は非常にタック性が高く、シンギュレーションプロセス中の安定性を可能にする。シンギュレーションの後、ダイシングテープはＵＶ光に曝露されることにより、タック性が低減し、除去をより容易にする。堅固な担体層１２は、工業的に適した、すなわち、リフロー温度に対して抵抗性があり、低ＣＴＥ及び低い水分吸収を有する材料である。また、ダイ取付けシステムのニードルがライナーの底から押し付けた際、ベント組立て品が確実に引き離されるように、堅固な担体層１２は、低タック性ライナーより非常に堅固である（更に以下に記載される）。厚い担体層（しかし厚さは、ＭＥＭＳパッケージングにおいて重要である）を用いることによりこれを達成することが可能であるため、担体１２は、達成可能な限り高い曲げ弾性率を有することが好ましい。ＰＥＥＫは、ｅＰＴＦＥより低い融点を有する熱可塑性物質であり（溶着プロセスを可能にする）、高い曲げ弾性率及び温度耐性を有するため、担体１２に好ましい材料である。ベント組立て品１０は、ダイ取り付け及びＡＳＩＣに一般的に用いられる同じエポキシ分配プロセスを用いてＭＥＭＳパッケージにおいて組み立てられる。

代わりに、ｅＰＴＦＥ以外の材料が、担体１２より融点が高く、加工温度に耐えることができることを条件として用いられる。例示的な代替材料は、ポリパラキシレン（ＰＰＸ）及びその誘導体である。

図２を参照して、ベント組立て品１０が与えられ、薄い、低タック性のライナー１４上のダイ取付け装置２０に導入される。堅固な担体層１２（図２には具体的に示されていない）は、ダイ取付け装置２０のダイエジェクタ２１が底から押し付け、ライナー１４を貫通した際、ベント組立て品１０がライナー１４から確実に引き離すように、低タック性のライナー１４より十分に堅固である。引き離されたら、ベント組立て品１０は、ダイ取付け装置２０の減圧ヘッド又はグリッパーヘッド（図示せず）により持ち上げられ、次いで基材上のＭＥＭＳデバイスのオープンポートの上に配置され、固定される。

エポキシ分配を用いる必要を取り除く代替的な実施態様は、図３に示される。この実施態様において、接着剤３５の層が、堅固な担体１２の底に存在する。接着剤３５は、代替的に、感圧性接着剤又はダイ取付けフィルムである。この実施態様において、ライナー１４は、低タック性ライナーの代わりの薄い剥離ライナーである。接着剤３５用の感圧性接着剤により、ベント組立て品１０は、ベント組立て品１０をＭＥＭＳ基材に移送する減圧ヘッドの圧力を用いて、室温においてオープンポートの上でＭＥＭＳデバイスの基材に取り付けられる。接着剤３５としてのダイ取付けフィルムと共に、ポートを含む基材は、取り付け中に過熱される必要がある。このことは工業的に一般的である。ＭＥＭＳ基材への取り付けの後に、ダイ取付け接着剤はバッチプロセスにおいて硬化されるが、この工程は、ダイを取り付けるか、ＡＳＩＣを硬化させる接着と同時に実施することができる。この実施態様において、ベント組立て品１０を導入するのに用いられる剥離ライナー１４は、より薄いこと、及び／又は非常に低い曲げ弾性率を有することにより、依然として堅固な担体１２より可撓性である。

開示されたベント組立て品は、パッケージの内面又は外面又は両方に取り付けられ、それは、頂部又は底部ポートパッケージ（又はその両方）において同様に用いられる。

以下の例は、本開示のある実施態様を示すことを意図するが、添付の特許請求の範囲の制限は意図されない。

例
以下の試験方法は、例に関連して記載される：

軸方向剛性
軸方向剛性（ｋ）（単位はｋｇ‐ｆ／ｃｍ）は、以下の式に従って算出された：

Ａはサンプルの断面積（幅×厚さ）（ｃｍ²）である。
Ｅは弾性率（ｋｇ‐ｆ／ｃｍ²）である。
Ｌはサンプルの長さ（ｃｍ）である。

サンプル（幅２５．４ｍｍ、長さ５０．８ｍｍ）の弾性率は、ＡＳＴＭＤ８８２‐１２を用いて測定された。

例１片側接着剤構造｜ピーク担体及びＵＶ硬化性ライナー
ベント複合体は、以下のように構築された：接着層の両側に２つの剥離ライナーを有するシリコーン感圧性接着材料のシート（厚さ０．０２５ｍｍ）から、２つの剥離ライナーのうちの１つが取り除かれた。シリコーン接着剤のシートは、次いでＰＥＥＫのフィルム（ＧｏｏｄＦｅｌｌｏｗ（米国）から製品Ｎｏ．ＬＳ４２５４４４として入手可能な厚さ０．０５ｍｍ）の担体層に押し付けることによりラミネートされた。ＰＥＥＫ側が、０．０９ｍｍのＰＥＴ基材を含む低タック性の接着剤の層に押し付けることにより更にラミネートされた。

孔のアレイ（１．３５ｍｍの中心間距離を有する０．３５ｍｍの直径）が、得られたラミネート上でレーザーカットされた。幾つかの基準の孔も、ラミネートの外周の辺りにレーザーカットされた。低タック性の接着層が、次いでラミネートから取り除かれた。ラミネートは、次いでＵＶ硬化性ライナーの層（厚さ０．１２５ｍｍ、ＬｉｎｔｅｃｏｆＡｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃからの製品Ｎｏ．ＡｄｗｉｌｌＤ‐４８５Ｈ）上に置かれた。シリコーン感圧性接着材料シートの他の剥離ライナーが、次いで取り除かれた。ｅＰＴＦＥメンブレン（質量／面積は１ｇ／ｍ²）が、次いで押し付けることにより感圧性接着材料にラミネートされて、ベント複合体を作り出した。

視覚システムが、ラミネートの外周の辺りの基準の孔の切り込みを確認するのに用いられた。ベント複合体は、各々４００個のベント（各１．３ｍｍの長さの四角）を含む９つのアレイ（１インチ×１インチ）が、ＵＶ硬化性ライナー層を除く複合体の全ての層を通して切断されるように配置された。ベント複合体は、次いで６秒間ＤｙｍａｘＵＶｆｌｏｏｄ硬化システムを用いて硬化された。

硬化したベント複合体は、次いでｅＰＡＫフープリング（ＰａｒｔＮｏ．ｅＨＲ‐１７０／１８６‐６‐ＯＵＴ‐Ｘ‐Ｙ）上に取り付けられ、リングは、ピックアンドプレース装置（ＰＰ‐ＯｎｅＭａｎｕａｌＰｌａｃｅｒ，ＪＦＰＭｉｃｒｏｔｅｃｈｎｉｃ）中に配置された。顕微鏡を用いて、アレイ中の各ベントは、互いに０．８５ｍｍ間隔で配置された４つのニードルを有するペッパーポットの中心ガイド孔（直径２ｍｍ）の上の中心におかれた。

持ち上げツールは、４つの孔を有するゴムチップを含んでいた（直径５０ミクロン、及び互いに０．７６ｍｍの間隔）。持ち上げツールを適切な場所へ移動させ、約５０ｇの力でアレイのベントに押し付けた。５５ｋＰａの減圧が、持ち上げツール中の孔、及びペッパーポットを通して引きつけられた。ペッパーポットは、次いで空気圧で押し下げられ、ダイエジェクトニードル（ＳｍａｌｌＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｏｏｌｓＩｎｃ，ＰａｒｔＮｏ．ＰＵＮ‐０．７０‐１８ｍｍ‐１５ＤＧ‐２５ＭＩＣ）を約０．７５ｍｍで伸ばすことにより、ベント複合体のＵＶ硬化性ライナー層を穿孔し、ライナーからベントを解放した。持ち上げツールを、次いでダイ取付けエポキシのパターンからなるプレースメントステージに移動させた。ベントは、次いでステージの上に配置され、固定された。

以下の表Ｉに記載されるように、この例において製造されたベントは、ライナーからうまく持ち上げられ、プレースメントステージ上に置かれることができた。ライナー及び担体の剛性は、それぞれ３．７ｋｇｆ／ｃｍ及び６０ｋｇｆ／ｃｍであると測定された。

例２両側接着剤構造｜ＰＥＥＫ担体及びＬＤＰＥライナー
ベント複合体は、以下のとおり構築された：接着層の両側に２つの剥離ライナーを有するシリコーン感圧性接着材料の第一のシート（厚さ０．０２５ｍｍ）から、２つの剥離ライナーのうちの１つが取り除かれた。シリコーン接着剤の第一のシートは、次いでＰＥＥＫのフィルム（ＧｏｏｄＦｅｌｌｏｗ（米国）から製品Ｎｏ．ＬＳ４２５４４４として入手可能な厚さ０．０５ｍｍ）の担体層に押し付けることによりラミネートされた。

ＰＥＥＫ側が、２つの剥離ライナーを有するシリコーン感圧性接着材料（厚さ０．０２５ｍｍ）の第二のシートに更にラミネートされ、剥離ライナーのうちの１つがそこから取り除かれた。

孔のアレイ（１．３５ｍｍの中心間距離を有する０．３５ｍｍの直径）が、得られたラミネート上でレーザーカットされた。幾つかの基準の孔も、ラミネートの外周の辺りにレーザーカットされた。第二のシリコーン接着シートの第二の剥離層が、次いでラミネートから取り除かれた。

ラミネートが、次いでＬＤＰＥ剥離ライナーの層（ＲａｙｖｅｎＩｎｃ．によるＣ１ＳＥａｓｙＲｅｌｅａｓｅ６５コーティングによる厚さ０．０５ｍｍ）上に置かれた。シリコーン感圧性接着材料の第一のシートの他の剥離ライナーが、次いで取り除かれた。ｅＰＴＦＥメンブレン（質量／面積は１ｇ／ｍ²）が、次いで加圧することにより感圧性接着材料にラミネートされて、ベント複合体を作り出した。

視覚システムが、ラミネートの外周の辺りの基準の孔の切り込みを確認するのに用いられた。ベント複合体は、各々４００個のベント（各１．３ｍｍの長さの四角）を含む９つのアレイ（１インチ×１インチ）が、ＬＤＰＥライナー層を除く複合体の全ての層を通して切断されるように配置された。

得られたベント複合体は、次いでｅＰＡＫフープリング（ＰａｒｔＮｏ．ｅＨＲ‐１７０／１８６‐６‐ＯＵＴ‐Ｘ‐Ｙ）に取り付けられ、リングは、ピックアンドプレース装置（ＰＰ‐ＯｎｅＭａｎｕａｌＰｌａｃｅｒ，ＪＦＰＭｉｃｒｏｔｅｃｈｎｉｃ）中に配置された。顕微鏡を用いて、アレイ中の各ベントは、互いに０．８５ｍｍ間隔で配置された４つのニードルを有するペッパーポットの中心ガイド孔（直径２ｍｍ）の上の中心におかれた。

持ち上げツールは、４つの孔を有するゴムチップを含んでいた（直径５０ミクロン、及び互いに０．７６ｍｍの間隔）。持ち上げツールを適切な場所へ移動させ、約５０ｇの力でアレイのベントに押し付けた。５５ｋＰａの減圧が、持ち上げツール中の孔、及びペッパーポットを通して引きつけられた。ペッパーポットは、次いで空気圧で押し下げられ、ダイエジェクトニードル（ＳｍａｌｌＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｏｏｌｓＩｎｃ，ＰａｒｔＮｏ．ＰＵＮ‐０．７０‐１８ｍｍ‐１５ＤＧ‐２５ＭＩＣ）を約０．７５ｍｍで伸ばすことにより、ベント複合体のＵＶ硬化性ライナー層を穿孔し、ライナーからベントを解放した。持ち上げツールを、次いでプレースメントステージに移動させた。ベントは、次いでステージの上に配置され、固定された。

以下の表Ｉに記載されるように、この例において製造されたベントは、ライナーからうまく持ち上げられ、プレースメントステージの上に置かれることができた。ライナー及び担体の剛性は、それぞれ４．１ｋｇｆ／ｃｍ及び６０ｋｇｆ／ｃｍであると測定された。

比較例
両側接着剤｜｜ＰＥＥＫ担体及びＰＥＴライナー
ベント複合体及びベントは、０．０５ｍｍのＰＥＴ剥離ライナーが、ＬＤＰＥ剥離ライナーの代わりに用いられたことを除いて、例２に記載の材料及び方法に従って製造された。

以下の表Ｉに記載されるように、この例において製造されたベントは、ライナーからうまく持ち上げることができなかった。ライナー及び担体の剛性は、それぞれ６５ｋｇｆ／ｃｍ及び６０ｋｇｆ／ｃｍであると測定された。

Claims

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのオープンポートを保護するベント組立て品の取り付け方法であって、前記ベント組立て品が、担体に取り付けられた環境バリアメンブレンを含むタイプであり、かつ、ライナーに更に取り付けられており、前記方法が、
（ａ）ダイエジェクタと、減圧ヘッド及びグリッパーヘッドのうちの少なくとも１つとを含むダイ取付け機械に前記ベント組立て品を供給する工程と、
（ｂ）前記ダイエジェクタを用いて前記ライナーから前記ベント組立て品を引き離す工程と、
（ｃ）前記ダイ取付け機械の前記減圧ヘッド及び前記グリッパーヘッドのうちの少なくとも１つにより前記ベント組立て品を持ち上げる工程と、
（ｄ）前記ＭＥＭＳデバイスの前記オープンポートの上に前記ベント組立て品を配置する工程と、
（ｅ）前記ＭＥＭＳデバイスの前記オープンポートの上に前記ベント組立て品を固定する工程とを含む、方法。
前記担体が、ＰＥＥＫ及びポリイミドからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
前記担体が、感圧性接着剤により前記メンブレンに取り付けられている、請求項１に記載の方法。
前記担体が、溶着により前記メンブレンに取り付けられている、請求項１に記載の方法。
前記溶着が、熱溶着、音波溶着、及びレーザー溶着を含む群から選択される、請求項４に記載の方法。
前記ライナーが、前記担体より剛性の低い材料を含む、請求項１に記載の方法。
前記ライナーが、ダイシングテープを含む、請求項１に記載の方法。
前記ベント組立て品が、感圧性接着剤により前記ライナーに取り付けられている、請求項１に記載の方法。
前記メンブレンがｅＰＴＦＥを含む、請求項１に記載の方法。
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのオープンポートを保護するためのベント組立て品であって、
（ａ）環境バリアと、
（ｂ）前記バリアに取り付けられた担体とを含み、
前記担体が、前記担体より剛性の小さい材料を含むライナーに取り付けられている、ベント組立て品。
前記ｅＰＴＦＥメンブレンを前記担体に取り付ける感圧性接着剤を更に含む、請求項１０に記載のベント組立て品。
前記担体を前記ライナーに取り付ける感圧性接着剤を更に含む、請求項１０に記載のベント組立て品。
前記担体が、ＰＥＥＫ及びポリイミドからなる群から選択される材料を含む、請求項１０に記載のベント組立て品。
前記ライナーが、ＵＶダイシングテープを含む、請求項１０に記載のベント組立て品。
前記メンブレンがｅＰＴＦＥを含む、請求項１０に記載のベント組立て品。