JP3045089B2 - 素子のパッケージ構造およびその製造方法 - Google Patents

素子のパッケージ構造およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明はマイクロジャイロ等
の素子を真空空間に封止する素子のパッケージ構造およ
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５にはマイクロジャイロ等の振動素子
を真空空間に封止するパッケージ構造の一例が示されて
いる。このパッケージ構造は、シリコン等の基板１と、
この基板１の上に陽極接合される蓋部２と、上記基板１
に形成され上記基板１と蓋部２に囲まれる空間３に収容
されるマイクロジャイロ等の振動素子４とを有して構成
されている。
【０００３】上記蓋部２には外部と空間３を連通する連
通孔５が形成されており、この連通孔５は基板１と蓋部
２が陽極接合された後に空間３内の余剰ガスを排気する
ためのものである。そして、この連通孔５はスパッタや
蒸着等の成膜技術により形成された封止膜６で塞がれ、
上記空間３を真空状態に封止している。
【０００４】上記振動素子４は半導体製造技術により製
造される微細な素子であり、大気中では、空気のダンピ
ングに起因して振動素子４の動作特性が悪化するという
問題が生じるが、上記のように、振動素子４を真空状態
の空間３に封止することにより、振動素子４は空気のダ
ンピングの影響を受けずに振動し、空気のダンピングに
起因した振動素子４の動作特性の悪化を防止しようとい
うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、連通孔５を封止膜６で塞ぐ構成では、振動素子
４の真空封止の信頼性が低いという問題がある。それと
いうのは、上記連通孔５は超音波加工やサンドブラスト
加工等の穿孔加工技術を用いて蓋部２に形成されるの
で、上記連通孔５の内面は粗く、つまり、連通孔５の内
面には凹凸が存在し、また、連通孔５の内面が蓋部２の
連通孔３が開口する面に対してテーパー（先細り）形状
となったり、垂直（図示せず）となることから、連通孔
５の内面に、封止膜６をスパッタや蒸着等の成膜技術を
用いて完璧に成膜することが難しい。すなわち、封止膜
６の材料が連通孔５の内面の凸部に成膜され、この影に
なる連通孔５の内面の凹部には成膜されず、封止膜６で
連通孔５の周面を完璧に覆うことができない。このこと
から、封止膜６による空間３の封止が不完全となり、空
間３の気密性が低くなるので、振動素子４の真空封止の
信頼性が低くなってしまう。
【０００６】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、素子の動作特性が良好と
なる真空空間に素子を封止することが容易で、しかも、
その真空封止の信頼性を向上させることができる素子の
パッケージ構造およびその製造方法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は次のような構成をもって前記課題を解決
する手段としている。すなわち、素子のパッケージ構造
の第１の発明は、基板と、この基板の上に接合する蓋部
と、上記基板と蓋部に囲まれる真空空間と、上記基板に
形成され上記真空空間に収容される素子と、上記蓋部の
上面に開口部が形成され該開口部と上記真空空間を連通
する連通孔と、この連通孔を塞ぐ熱溶融性材料とを有
し、上記連通孔の開口部周縁の蓋部上面には下地電極膜
が形成され、上記熱溶融性材料は上記蓋部上面の下地電
極膜に接合して上記連通孔の開口部を塞ぐ構成とし、上
記基板と蓋部は陽極接合手法により接合されている構成
をもって前記課題を解決する手段としている。
【０００８】素子のパッケージ構造の第２の発明は、上
記素子のパッケージ構造の第１の発明を構成する基板と
蓋部のうちの一方側がガラス材料により形成され、他方
側はシリコンにより形成されている構成をもって前記課
題を解決する手段としている。
【０００９】また、素子のパッケージ構造の製造方法の
発明は、基板と、この基板の上に接合する蓋部と、上記
基板と蓋部に囲まれる真空空間と、上記基板に形成され
上記真空空間に収容される素子と、上記蓋部の上面に開
口部が形成され該開口部と上記真空空間を連通する連通
孔と、この連通孔を塞ぐ熱溶融性材料とを有する素子の
パッケージ構造の製造方法であって、上記蓋部の上面に
前記連通孔の開口部を形成すると共に該開口部周縁の蓋
部上面に下地電極膜を形成し、また、上記連通孔の開口
部に対応する位置に凹部が形成された熱溶融性材料配置
基板を予め用意しておき、まず、予め連通孔が形成され
た蓋部を素子が形成された基板の上側に配置して基板と
蓋部に囲まれた空間内に素子を収容し、基板と蓋部の接
触部分を接合させ、真空中で、上記素子を収容している
空間の空気を上記空間と連通している連通孔から真空排
気し、また、上記熱溶融性材料配置基板の凹部に熱溶融
性材料を配置し熱溶融性材料を加熱溶融させ該熱溶融性
材料から発生するガスが該熱溶融性材料からほぼ抜け切
るまで同真空中で待機し、然る後、同真空中で、上記熱
溶融性材料を上記連通孔の開口部に対向させて上記熱溶
融性材料配置基板を蓋部上面に押し付け、上記熱溶融性
材料を上記下地電極膜に押し付け接合させて上記熱溶融
性材料で連通孔の開口部を塞ぎ、上記素子が収容されて
いる空間を真空状態に封止する構成をもって前記課題を
解決する手段としている。
【００１０】上記構成の発明において、熱溶融性材料を
蓋部上面の下地電極膜に接合して連通孔の開口部を熱溶
融性材料により塞ぎ、素子を真空空間に封止することが
できる。
【００１１】上記蓋部の上面は、スパッタや蒸着等の成
膜技術により成膜し易く、連通孔の開口部周縁の蓋部上
面を下地電極膜により完璧に覆うことができる。そし
て、この下地電極膜の面上に熱溶融性材料を接合させる
ことにより、下地電極膜と熱溶融性材料は隙間なく接合
することが可能となる。このことから、真空空間の気密
性が非常に高くなり、素子の真空封止の信頼性を格段に
向上させることが可能である。
【００１２】また、熱溶融性材料を真空中で加熱溶融さ
せ、熱溶融性材料からガスがほぼ抜け切るまで待機した
後に、同真空中で、上記熱溶融性材料を連通孔の開口部
周縁の下地電極膜に押し付けて接合させ、素子を真空空
間に封止することにより、熱溶融性材料から発生したガ
スが素子を収容している空間に入り込んで真空状態が悪
化したまま素子の収容空間が封止されることが回避され
る。このことにより、素子の動作特性が良好となる真空
空間に素子を封止することが容易となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基づき説明する。
【００１４】図１の（ａ）にはこの実施形態例の素子の
パッケージ構造で振動素子をパッケージした真空封止素
子が示され、図１の（ｂ）には上記図１の（ａ）に示す
Ａ−Ａ部分の断面図が示されている。なお、この実施形
態例の説明において、前記従来例と同一名称部分には同
一符号を付す。
【００１５】この実施形態例の素子のパッケージ構造
は、シリコンの基板１と、蓋部２と、マイクロジャイロ
等の素子である振動素子４と、半田等の熱溶融性材料８
とを有して構成されている。図１の（ａ）と（ｂ）に示
すように、上記基板１には半導体製造技術により振動素
子４が形成されると共に、基板１の上には蓋部２が陽極
接合されている。
【００１６】上記蓋部２には振動素子４に対応する領域
に凹部１１が形成されており、この蓋部２の凹部１１と
基板１に囲まれた空間３が形成され、この空間３内に振
動素子４が収容されている。また、上記蓋部２には上記
空間３に連通する連通孔５が形成され、この連通孔５の
開口部が蓋部２の上面に形成されている。
【００１７】さらに、上記連通孔５部分の拡大断面図で
ある図２に示すように、上記連通孔５の開口部周縁の蓋
部２の上面にはアルミニウムや金等で構成された下地電
極膜１０が成膜され、この下地電極膜１０に熱溶融性材
料８が接合して該熱溶融性材料８により連通孔５の開口
部が塞がれ、前記振動素子４を真空状態の空間３に封止
している。
【００１８】上記蓋部２はガラス基板で形成されてお
り、この蓋部２の上面に、前記の如く、連通孔５の開口
部が形成され、この連通孔５の開口部の全周に渡る領域
の蓋部２上面にスパッタや蒸着等の成膜技術により下地
電極膜１０を形成したので、下地電極膜１０で上記連通
孔５の開口部の全周に渡る領域を完璧に覆うことができ
る。なお、この蓋部２の上面を研磨技術により細かく研
磨して平坦な面を成すようにした方がよい。より平坦な
面とすることにより、下地電極膜をより精度良く成膜す
ることができる。
【００１９】そして、この下地電極膜１０に熱溶融性材
料８を接合させることにより、熱溶融性材料８と下地電
極膜１０の接合部分に隙間が生じることが防止され、空
間３の気密性を高くすることができる。
【００２０】上記のように、この実施形態例の素子のパ
ッケージ構造は構成されており、以下に、上記素子のパ
ッケージ構造で形成される真空封止素子の製造手法の一
例を説明する。
【００２１】この実施形態例では、上記真空封止素子を
大量に効率良く製造するために、複数の振動素子４を同
一のシリコン基板に同時に作製し、一方で、振動素子４
に対応する領域に凹部１１が形成された蓋部２を同一の
ガラス基板に複数形成し、上記振動素子４に上記凹部１
１を対向させて上記シリコン基板上にガラス基板を接合
させ、上記振動素子４を基板１と蓋部２によりパッケー
ジし、その後、上記シリコン基板およびガラス基板を予
め定めたダイシングラインに沿って切断し、各真空封止
素子毎に切り離して真空封止素子を完成させるという手
順により製造する。以下に、その詳細な製造方法を説明
する。
【００２２】まず、図３に示す切断前の基板１の予め定
められた位置に半導体製造技術により振動素子４を形成
する。一方、蓋部２を形成するガラス基板に、上記振動
素子４に対応する領域に凹部１１を形成すると共に、図
３に示す貫通孔１２と該貫通孔１２と前記凹部１１を連
通する溝１３とを形成し、そして、蓋部２上面に開口す
る貫通孔１２の開口部の全周に渡り下地電極膜１０を成
膜技術により成膜する。
【００２３】次に、真空中で、図３に示すように、上記
蓋部２の凹部１１を基板１の振動素子４に対向させて基
板１の上側に蓋部２を配置し、陽極接合手法により基板
１と蓋部２の接触部分を接合させ、振動素子４を収容す
る空間３を形成する。この際、同時に上記蓋部２の溝１
３と基板１により空間３と貫通孔１２を連通する連通通
路１４を形成すると共に、該連通通路１４と上記貫通孔
１２により連通孔５を形成する。
【００２４】そして、この連通孔５により、上記空間３
内の空気と、前記陽極接合により基板１と蓋部２の接合
部分から生じるガス（例えば、酸素ガス）とを空間３か
ら排気させる。
【００２５】さらに、同真空中では、予め用意しておい
た図３に示す熱溶融性材料配置基板１５の凹部１６に熱
溶融性材料８を配置して加熱溶融し、熱溶融性材料８か
らガスが抜け切るまで待機させる。上記熱溶融性材料配
置基板１５の凹部１６は連通孔５の開口部に対応する位
置に形成されている。
【００２６】そして、上記空間３が振動素子４の動作特
性が良好となる真空状態まで真空排気が行われた後に、
引き続き同真空中で、図３に示すように、上記熱溶融性
材料８を連通孔５の開口部に対向させて熱溶融性材料配
置基板１５を上記蓋部２に押し付け、ガス抜きが終了し
た熱溶融性材料８を連通孔５の開口部周縁の下地電極膜
１０に押し付け接合させ、熱溶融性材料８により連通孔
５の開口部を塞いで、空間３を真空に封止する。
【００２７】その後、熱溶融性材料８を冷却させて熱溶
融性材料８と下地電極膜１０の接合状態を安定させ、然
る後、図３に示すような予め定めたダイシングライン１
７に沿って基板１および蓋部２の切断を行い、各真空封
止素子毎に切り離し、真空封止素子が完成する。
【００２８】この実施形態例によれば、蓋部２の上面に
開口する連通孔５の開口部の全周に渡り下地電極膜１０
を形成する構成とし、下地電極膜１０により蓋部２上面
に開口する連通孔５の開口部の全周に渡る領域を完璧に
覆うことができるので、上記下地電極膜１０に熱溶融性
材料８を接合させたときに、熱溶融性材料８と下地電極
膜１０の接合部分に隙間が生じるのを防止することがで
きる。
【００２９】また、上記の如く、熱溶融性材料８と下地
電極膜１０を隙間なく接合させることができるので、空
間３の気密性を非常に高めることが可能であり、振動素
子４の真空封止の信頼性を格段に向上させることができ
る。
【００３０】さらに、ガス抜きが終了した熱溶融性材料
８を連通孔５の開口部周縁の下地電極膜１０に押し付け
て熱溶融性材料８と下地電極膜１０を接合させるので、
熱溶融性材料８から発生するガスが連通孔５から空間３
に入り込むのを回避することができ、振動素子４の動作
特性が良好となる真空状態に空間３を封止することが容
易となり、振動素子４の動作特性が良好な真空封止素子
を提供することができる。
【００３１】さらに、連通孔５の開口部に対応する位置
に凹部１６が形成された熱溶融性材料配置基板１５を予
め用意しておき、この熱溶融性材料配置基板１５を用い
て熱溶融性材料８を連通孔５の開口部周縁の下地電極膜
１０に接合させるようにしたので、上記凹部１６に熱溶
融性材料８を配置し、該熱溶融性材料８を加熱溶融さ
せ、該熱溶融性材料８を連通孔５の開口部に対向させて
熱溶融性材料配置基板１５を蓋部２に押し付けるだけ
で、一度に、複数の連通孔５の開口部を熱溶融性材料８
により塞ぐことが可能であり、連通孔５の開口部の封止
作業時間を格段に削減することができる。
【００３２】しかも、熱溶融性材料８の位置決めが容易
となるので、熱溶融性材料８で連通孔５の開口部を確実
に塞ぐことができ、例えば、熱溶融性材料８が連通孔５
の開口部からずれて連通孔５を塞ぐことができず不良品
となってしまい真空封止素子の歩留まりが悪化するとい
う問題を防止することができ、真空封止素子の歩留まり
を向上させることができる。
【００３３】なお、この発明は上記実施形態例に限定さ
れるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例え
ば、上記実施形態例では、基板１はシリコンで形成さ
れ、蓋部２はガラス基板で形成されていたが、基板１を
ガラス基板で形成し、蓋部２をシリコン基板で形成して
もよい。また、基板１や蓋部２はシリコン以外の半導体
や、ガラス以外の絶縁体等、シリコンやガラス以外の材
料により形成してもよい。
【００３４】さらに、上記実施形態例では、熱溶融性材
料配置基板１５を用いて熱溶融性材料８を連通孔５の開
口部周縁の下地電極膜１０に押し付け接合させ、連通孔
５の開口部を塞いでいたが、上記熱溶融性材料配置基板
１５を用いずに、ガス抜きが終了した熱溶融性材料８
を、図４に示すように、連通孔５の開口部に乗せ、熱溶
融性材料８と、連通孔５の開口部周縁の下地電極膜１０
とを接合させて連通孔５の開口部を塞いでもよい。
【００３５】さらに、上記実施形態例ではマイクロジャ
イロ等の振動素子４を真空封止する例を示したが、この
発明の素子のパッケージ構造は振動素子以外のコンデン
サ素子等の素子を真空封止する場合にも適用することが
できる。
【００３６】さらに、上記実施形態例では、連通孔５を
構成する連通通路１４を、蓋部２の溝１３と基板１によ
り形成したものを示したが、基板１側に蓋部２の貫通孔
１２と凹部１１を連通する溝を形成し、基板１と蓋部２
とを陽極接合することによって連通通路を形成するよう
にしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】この発明によれば、蓋部の上面に連通孔
の開口部を形成し、その連通孔の開口部周縁の蓋部上面
に下地電極膜を形成する構成とし、下地電極膜により蓋
部上面に開口する連通孔の開口部の全周に渡る領域を確
実に覆うことができる。そして、この下地電極膜に熱溶
融性材料を接合させることにより、下地電極膜に熱溶融
性材料を隙間なく接合させることができる。
【００３８】また、上記下地電極膜に熱溶融性材料を接
合させて連通孔の開口部を熱溶融性材料により塞いで素
子を収容している空間を真空に封止するので、真空空間
の気密性を非常に高めることができ、素子の真空封止の
信頼性を格段に向上させることができる。
【００３９】基板と蓋部のうちの一方側がガラス材料に
より形成され、他方側はシリコンにより形成されている
構成の素子のパッケージ構造にあっては、基板と蓋部は
陽極接合手法により接合させることができ、その陽極接
合手法により接合した基板と蓋部の接合は強固なものと
なるので、基板から蓋部が剥がれてしまうという問題を
回避することができ、素子のパッケージの信頼性を高め
ることができる。
【００４０】素子のパッケージ構造の製造方法の発明に
あっては、ガス抜きが終了した熱溶融性材料を連通孔の
開口部周縁の蓋部上面の下地電極膜に押し付け接合さ
せ、連通孔の開口部を塞ぎ素子が収容されている空間を
真空状態に封止するので、熱溶融性材料から発生するガ
スが連通孔を通って素子が収容されている空間内に入り
込むのを防止することができ、素子の動作特性が良好と
なる真空状態に上記空間を封止することが容易となる。
このことにより、素子の動作特性を向上させることがで
きる。
【００４１】また、連通孔の開口部に対応する位置に凹
部が形成された熱溶融性材料配置基板を予め用意してお
き、上記熱溶融性材料配置基板の凹部に熱溶融性材料を
配置し、該熱溶融性材料を加熱溶融させてガス抜きを行
い、その後、ガス抜きが終了した熱溶融性材料を連通孔
の開口部に対向させて熱溶融性材料配置基板を蓋部に押
し付け、熱溶融性材料を連通孔の開口部周縁の下地電極
膜に押し付け接合させるので、熱溶融性材料を連通孔の
開口部に押し付ける際の熱溶融性材料の位置決めが容易
となり、熱溶融性材料で連通孔の開口部を確実に塞ぐこ
とができ、素子の歩留まりを高めることが可能である。
【００４２】さらに、複数の連通孔の開口部を熱溶融性
材料で同時に塞ぐことが可能となり、連通孔の封止作業
時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る素子のパッケージ構造の実施形
態例を示す説明図である。
【図２】図１の連通孔の断面部分を拡大した拡大断面図
である。
【図３】この発明に係る素子のパッケージ構造の製造方
法を示す説明図である。
【図４】図１の素子のパッケージ構造の製造手法のその
他の例を示す説明図である。
【図５】素子のパッケージ構造の従来例を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 蓋部 ３ 空間 ４ 振動素子 ５ 連通孔 ８ 熱溶融性材料 １０ 下地電極膜 １５ 熱溶融性材料配置基板 １６ 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/02 H03H 9/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、この基板の上に接合する蓋部
    と、上記基板と蓋部に囲まれる真空空間と、上記基板に
    形成され上記真空空間に収容される素子と、上記蓋部の
    上面に開口部が形成され該開口部と上記真空空間を連通
    する連通孔と、この連通孔を塞ぐ熱溶融性材料とを有
    し、上記連通孔の開口部周縁の蓋部上面には下地電極膜
    が形成され、上記熱溶融性材料は上記蓋部上面の下地電
    極膜に接合して上記連通孔の開口部を塞ぐ構成とし、上
    記基板と蓋部は陽極接合手法により接合されていること
    を特徴とする素子のパッケージ構造。
  2. 【請求項２】 基板と蓋部のうちの一方側がガラス材料
    により形成され、他方側はシリコンにより構成されてい
    ることを特徴とする請求項１記載の素子のパッケージ構
    造。
  3. 【請求項３】 基板と、この基板の上に接合する蓋部
    と、上記基板と蓋部に囲まれる真空空間と、上記基板に
    形成され上記真空空間に収容される素子と、上記蓋部の
    上面に開口部が形成され該開口部と上記真空空間を連通
    する連通孔と、この連通孔を塞ぐ熱溶融性材料とを有す
    る素子のパッケージ構造の製造方法であって、上記蓋部
    の上面に前記連通孔の開口部を形成すると共に該開口部
    周縁の蓋部上面に下地電極膜を形成し、また、上記連通
    孔の開口部に対応する位置に凹部が形成された熱溶融性
    材料配置基板を予め用意しておき、まず、予め連通孔が
    形成された蓋部を素子が形成された基板の上側に配置し
    て基板と蓋部に囲まれた空間内に素子を収容し、基板と
    蓋部の接触部分を接合させ、真空中で、上記素子を収容
    している空間の空気を上記空間と連通している連通孔か
    ら真空排気し、また、上記熱溶融性材料配置基板の凹部
    に熱溶融性材料を配置し熱溶融性材料を加熱溶融させ該
    熱溶融性材料から発生するガスが該熱溶融性材料からほ
    ぼ抜け切るまで同真空中で待機し、然る後、同真空中
    で、上記熱溶融性材料を上記連通孔の開口部に対向させ
    て上記熱溶融性材料配置基板を蓋部上面に押し付け、上
    記熱溶融性材料を上記下地電極膜に押し付け接合させて
    上記熱溶融性材料で連通孔の開口部を塞ぎ、上記素子が
    収容されている空間を真空状態に封止する素子のパッケ
    ージ構造の製造方法。
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