JP4342174B2 - 電子デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスに関し、さらに詳しく述べると、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子やその他の機能素子を搭載し、気密封止された電子デバイスとその製造方法に関する。本発明はまた、かかる電子デバイスの製造に有用な、改良された蓋体の固定方法にある。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）に基づく機能部品、機能要素、機能素子など（以下、総称して「ＭＥＭＳ素子」という）が注目されている。ＭＥＭＳ素子は、非常に小型でありながら、複雑で高度な働きを奏することができる。ＭＥＭＳ素子は、通常、基板と、その能動面に一体的に形成された、機械的に動作する微小な機械構造体（以下、「微小機械部品」という）、微小機械部品を動作させる電子部品などとを有している。微小機械部品は、一般的に、マイクロマシニング技術によって製造することができる。微小機械部品の具体例は、例えば、リレイ、センサなどであり、これらの微小機械部品を搭載した電子デバイスは、情報通信、自動車、家電製品、産業機械などの分野で有利に利用することができる。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子搭載デバイスの例をいくつか参照すると、例えば、図１に示すようなチップ封止型半導体デバイスが公知である（特許文献１を参照されたい）。この半導体デバイスでは、半導体基板１５１上にＩＣチップ１５２が形成されており、さらにそれを覆うように、幅広の金属ブリッジ（Ａｕリボン）１０８が形成されている。金属ブリッジ１０８は、半導体基板１５１にボンディンググランド（Ａｌ）１５５を介して溶融接合されている。なお、金属ブリッジ１０８を形成する場合、キャビティ１０９内のボンディングワイヤ１５３等と接触しないように注意することが必要である。金属ブリッジ１０８には、エポキシ樹脂１１０で封止した後、導電性ペースト１１１が塗布される。このように構成することによって、金属ブリッジ１０８及びエポキシ樹脂１１０で保護機能を確保した上に、導電性ペースト１１１でノイズシールド効果を達成することができる。半導体基板１５１上のＩＣチップ１５２は、マイクロマシン、例えばマイクロモータのロータ部などであってもよい。
【０００４】
また、図２に示すように、ワイヤボンディングの不都合を解消することを目的として発明された表面実装型チップスケールパッケージも公知である（特許文献２を参照されたい）。このパッケ−ジンの場合、素子用第１基板（シリコン基板等）２０６の上に各種のＭＥＭＳ素子が形成された素子活性領域２０７が存在する。また、素子用第１基板２０６には、図示のように、ガラス又はセラミック２１３が充填されたカバー用第２基板（シリコン、ステンレス鋼、コバールＴＭ、銅等）２１２が導電性接合物質層２１０により封着されている。導電性接合物質２１０は、例えば、はんだ、金、異方性導電性シート、導電性エポキシ樹脂などである。したがって、カバー用第２基板２１２の封着は、例えばはんだ付け、シート接合、エポキシ接着、アノ−ディックボンディングなどで行うことができる。このような封着により、キャビティ２０８が形成される。また、この封着のとき、それぞれＡｕ、Ａｌ等で形成された素子電極２０９と下部電極２１１が導電性接合物質層２１０により通電されるように接合される。また、Ａｕ、Ａｌ等で形成された外部配線用電極２１４は、カバー用第２基板２１２により素子電極２０９と電気的に連結される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１８４６０８号公報（図６、段落番号００２０）
【特許文献２】
特開２００２−４３４６３号公報（図２、段落番号００１０〜００２０）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、上記したように、ＭＥＭＳ素子やその他の機能素子をパッケージ等の基板上に搭載して電子デバイスを製造する時、機能素子を基板上に接着剤や接着シートなどで固着した後、金ワイヤ等のボンディングワイヤで配線接続を行い、最後に蓋体（リッド）を接着剤（例えば、エポキシ系の接着剤）やロウ付け（例えば、銀ペースト）などの接合手段によって固定する方法が一般的に使用されている。通常、接合手段を蓋体の四隅に塗布した後、蓋体を基板に貼付し、加熱して固定を行っている。しかし、この固定方法では、次のような多くの問題点が解決課題として残されている。
（１）ワイヤボンディング方式を採用しているので、パッケージサイズが大きくなる。
（２）接着剤を接合手段に使用しているので、その硬化のために高められた温度で熱処理することが必要であり、熱による素子の劣化や、加熱時に発生する接着剤由来の分解ガスによる素子特性に対する悪影響が発生する。このような加熱による悪影響は、特に、ＭＥＭＳ素子のように駆動部品等をそなえる機能素子を搭載した電子デバイスにおいて重要な問題である。
（３）ＭＥＭＳ素子に組み合わせて駆動部品、例えば駆動ＩＣなどを使用する場合、ＭＥＭＳ素子を搭載したパッケージのほかに駆動部品などを搭載したパッケージが必要であり、複雑な構造や歩留まりの低下、製造コストのアップなどをさけることができない。
（４）樹脂封止や、金属ブリッジを使用した方法では、デバイスの完全な気密封止を得ることができない。
【０００７】
本発明の目的は、これらの問題点を解決して、小型かつコンパクトであり、加熱処理に原因した素子特性の劣化等がなく、しかも気密封止も完璧な、ＭＥＭＳ素子やその他の機能素子を搭載した電子デバイスを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、製造工程がシンプルであり、実施も容易な、本発明の電子デバイスの製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、また、電子デバイスの製造に有用な、蓋体の固定方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の上記したような目的やその他の目的は、以下の詳細な説明から容易に理解することができるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その１つの面において、微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とが基板上に形成されたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスであって、
前記基板と、その基板の能動面を覆って接合された蓋体とをもって、前記微小機械部品のための動作空間が規定されており、かつ
前記基板と前記蓋体の接合部において、前記電子部品と前記蓋体の配線パターンが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にある。
【００１２】
また、本発明は、そのもう１つの面において、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とを基板上に作り込んで前記システム素子を形成する工程、及び
前記基板に、その基板の能動面を覆って、配線パターンを備えた蓋体を接合して、前記微小機械部品のための動作空間を規定するとともに、前記基板と前記蓋体の接合部において、前記電子部品と前記蓋体の配線パターンを電気的に接続する工程、
を含んでなることを特徴とする電子デバイスの製造方法にある。
【００１３】
さらに、本発明は、そのもう１つの面において、機能素子を搭載した電子デバイスであって、
デバイス本体と、それを覆う蓋体とをもって素子搭載空間が規定されており、
前記デバイス本体と前記蓋体とが、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周を間断なく当接させて形成された連続した超音波接合部によって気密封止されており、
気密封止された前記素子搭載空間の内部に、前記デバイス本体及び（又は）前記蓋体に固定された前記機能素子が配置されており、かつ
前記機能素子が、外部の素子等と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にある。
【００１４】
さらにまた、本発明は、そのもう１つの面において、機能素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
デバイス本体及び（又は）蓋体に前記機能素子を固定する工程、及び
前記デバイス本体と前記蓋体とを接合して素子搭載空間を規定するとともに、前記デバイス本体と前記蓋体とを、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周において間断なく当接させて連続した超音波接合部を形成し、これによって、前記素子搭載空間を気密封止する工程、
を含んでなることを特徴とする電子デバイスの製造方法にある。
【００１５】
さらに加えて、本発明は、別の面から、機能素子を搭載した電子デバイスに蓋体を被覆し、固定する方法であって、
前記機能素子を搭載したデバイス本体の外周部に予め定められたパターンで固定領域を形成し、前記固定領域に前記蓋体の対応部分を当接させ、そして超音波接合によって前記デバイス本体と前記蓋体とを気密封止することを特徴とする電子デバイスにおける蓋体の固定方法にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子やその他の機能素子を搭載した電子デバイスとその製造方法、そして電子デバイスにおける蓋体の固定方法にある。以下、これらの発明をそれらの好ましい実施の形態について説明する。
【００１７】
本発明の電子デバイスは、情報通信、自動車、家電製品、産業機械などの分野において広く使用されている各種の電子デバイスを包含する。ここでいう「電子デバイス」は、一般的には、デバイス本体としての基板と、その基板の表面、裏面及び（又は）内部に搭載された少なくとも１個の機能素子と、前記基板の機能素子搭載面を覆った蓋体（リッド、カバーなどともいう）とから構成される。これらの電子デバイスは、必要ならば、放熱板などの追加の部材を有していてもよい。また、必要ならば、蓋体の表面、裏面及び（又は）内部にも機能素子が搭載されていてもよい。もちろん、これらの電子デバイスには、配線、電極、外部端子などの常用のデバイス要素を取り付けることができる。
【００１８】
本発明の電子デバイスにおいて、それに搭載する機能素子は、大別して、２種類からなる。
【００１９】
第１の機能素子は、ＭＥＭＳ素子であり、通常、マイクロマシニング技術あるいはその他の技術によって製造される微細加工した素子のすべてを包含する。ＭＥＭＳ素子は、通常、例えばシリコン基板のような半導体基板あるいはその他の基板の能動面上に、半導体デバイスの製造プロセスと同様なプロセスを用いて、微小機械部品を作り込むと同時に、その微小機械部品を動作させる電子部品（例えば、電子回路など）を作り込むことによって、製造することができる。ＭＥＭＳ素子用の微小機械部品の具体例は、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、例えば電子回路、半導体チップ、リレイ、センサ、キャパシタ、インダクタ、アクチュエータなどを包含する。これらの微小機械部品は、単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、これらの微小機械部品は、好ましいことに、その他の機能部品、例えば駆動ＩＣ等の駆動部品やキャパシタ、レジスタ等の受動部品などと組み合わせて使用するとき、両部品を近接させて配置でき、処理の高速化、デバイスの小型化などの利点を達成することができる。ＭＥＭＳ素子を搭載した電子デバイスは、以下、「ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス」という。
【００２０】
第２の機能素子は、ＭＥＭＳ素子以外の機能素子、すなわち、「その他の機能素子」である。ここで、「その他の機能素子」とは、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、例えば、電子回路、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体チップ、リレイ、センサ、キャパシタ、インダクタ、アクチュエータ、バイオチップなどを包含する。また、このような「その他の機能素子」を搭載した電子デバイスは、以下、「機能素子搭載電子デバイス」という。なお、本願明細書において特に断らないで「機能素子」と言った場合、ＭＥＭＳ素子及びその他の機能素子の両者を包含するものとする。
【００２１】
以下で詳細に説明するように、本発明の電子デバイスでは、ＭＥＭＳ素子やその他の機能素子を搭載する際にワイヤボンディングを使用しないですむので、パッケージの小型化、コンパクト化を図ることができ、また、ＭＥＭＳ素子などと駆動ＩＣ、受動部品等とを基板上に一体的に形成できるので、デバイスの小型化、高速処理を実現することができる。さらに、ウエハレベルパッケージのプロセスでデバイスを製造することが可能となり、コストダウンとテストの容易化を達成することができる。
【００２２】
また、基板と蓋体を、接着剤や接着シートを使用しないで超音波接合によって結合するので、接合強度を高めることができるばかりでなく、形成される微小機械部品のための動作空間あるいは素子搭載空間により高い気密封止度を付与することができる。また、超音波接合は通常室温から約１００℃〜約１５０℃の比較的に低い温度で実施できるので、接着剤などを使用した時に避けることができなかった、処理中における不所望な分解ガスの発生や、そのようなガスの動作空間あるいは素子搭載空間内への充満といった不都合を防止することができる。
【００２３】
最初に、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスについて説明する。
【００２４】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、デバイス本体（以下、ＭＥＭＳ基板という）と、そのＭＥＭＳ基板の表面を覆う蓋体とをもって素子搭載空間が規定されている。この素子搭載空間は、特に、微小機械部品の動作のために必要な空間であり、本明細書では、したがって、「動作空間」ともいう。ＭＥＭＳ基板と蓋体により規定される動作空間は、微小機械部品、ＭＥＭＳ基板及び蓋体の形状に応じていろいろな形態を有することができるけれども、デバイスのコンパクト化や加工の容易性などを考慮した場合、立方体、円筒体などが有利である。また、かかる動作空間を形成したり、その空間を拡張したりするため、比較的に肉厚の基板もしくは蓋体を用意して、その所定の位置にキャビティ（動作空間側に面した凹部）を形成してもよい。キャビティは、ＭＥＭＳ基板や蓋体の材質などに応じて、例えば、エッチングなどの化学的処理や、ドリリングなどの機械加工で形成することができる。キャビティの部分にＭＥＭＳ素子を収めることで、得られる電子デバイスを小型化することができる。
【００２５】
ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスにおいて、ＭＥＭＳ基板は、いろいろな材料から形成することができる。適当な基板材料として、例えばシリコンなどの半導体材料を挙げることができる。また、かかる基板の表面に、例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜や、その他の機能を奏する皮膜を追加的に形成して使用してもよい。さらに、必要ならば、片面もしくは両面銅張り積層板、ビルトアップ配線板などをＭＥＭＳ基板として使用してもよい。
【００２６】
ＭＥＭＳ基板と組み合わせて使用される蓋体も、基板と同様に、特定の材料に限定されるわけではなく、一般的には、電子デバイスなどのデバイスにおいて蓋体として常用のいろいろな材料から形成することができる。適当な蓋体材料として、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、シリコン、サファイア、ガラス等の無機材料、ガラスエポキシ、エポキシ樹脂等の有機樹脂材料、ステンレス鋼、銅等の金属材料やその他の材料を挙げることができる。これらの蓋体材料は、通常、単独で使用されるけれども、必要に応じて、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、かかる蓋体もしくはその一部を光学材料、例えばガラス板やレンズなどで置き換えて、気密封止機能に追加して光学機能を得ることもできる。さらに、必要ならば、かかる蓋体の表面に追加の皮膜を形成したり、防錆等の処理を施してもよい。
【００２７】
ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスにおいて、ＭＥＭＳ基板と蓋体を接合することによって動作空間が形成される。動作空間は、好ましくは、ＭＥＭＳ基板と蓋体との超音波接合により形成される。形成される動作空間は、超音波接合部によって気密に封止され、高度の真空に保たれる。また、超音波接合には接着剤や高温処理が必要ないので、素子特性が劣化することもなければ、素子特性に悪影響を及ぼす分解ガスが動作空間の内部に充満するようなことはない。
【００２８】
別の態様によれば、ＭＥＭＳ基板及び蓋体に組み合わせて、それらの部材の中間で両者を接合する中間部材、いわば第２の基板、を使用することができる。中間部材の形態は、特に限定されるものではなく、平板でもそれ以外の形であってもよい。平板状の中間部材のほぼ中央の位置に開口部を設け、その開口部を動作空間の一部として機能させるのが好ましい。
【００２９】
中間部材は、いろいろな材料から形成することができる。適当な中間部材の材料としては、以下に列挙するものに限定されないけれども、例えばシリコン、ガラス等の無機材料、ガラスエポキシ等の有機樹脂材料、金属材料などを挙げることができる。さもなければ、例えば銅張り積層板などの各種のプリント配線基板を中間部材として使用してもよい。なお、かかる中間部材における開口部の形成は、ドリリング、エッチングなどの常用の技法を使用することができる。
【００３０】
超音波接合は、常法に従って行うことができる。例えば、処理環境は、通常、室温でよく、必要ならば、約１００℃までもしくは約１５０℃までの比較的に低い温度で実施してもよい。その他の超音波接合に好適な条件としては、例えば、
振幅周波数 約５０〜１００ｋＨｚ
振幅 約１〜１０μｍ
圧力 約１〜１，０００ｇ／ｍｍ２
を挙げることができる。
【００３１】
ところで、ＭＥＭＳ基板と蓋体の間、ＭＥＭＳ基板と中間部材の間、中間部材と蓋体の間、あるいはその他の部材間で本発明に従い超音波接合を行う場合、それぞれの部材の表面を清浄にしてから処理を行うのが好ましい。より強力に両者を結合させることができるからである。また、ＭＥＭＳ基板、蓋体、中間部材等の材質によっては部材どうしが結合しないかもしくは良好に結合しない場合があるので、あるいは、両者の結合強度をより高めるため、ＭＥＭＳ基板、蓋体、中間部材等の部材の少なくとも一方に、好ましくはすべてに、接合強化のための結合媒体を接合部位に選択的に付与した後に、超音波接合を実施するのが好ましい。
【００３２】
超音波接合を補助し得る結合媒体は、特に限定されるわけではないけれども、通常、めっき、バンプなどの形態であるのが有利である。これらの結合媒体は、通常、導体金属から有利に形成することができる。適当な導体金属として、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、金、アルミニウム、銅又はその合金を挙げることができる。また、例えば導体めっきは、単層であってもよく、２層もしくはそれ以上の多層構造であってもよい。多層構造のめっきを結合媒体として利用した場合、下地に対する結合力と相手方に対する結合力をそれぞれ最大限に引き上げることができるので、好適である。
【００３３】
超音波接合の好ましい一例を説明すると、ＭＥＭＳ素子の電極は、一般的にアルミニウムあるいは銅からなる。したがって、この電極に超音波接合により蓋体の配線パターンを接合する場合、例えば、電極に金めっきを施し、配線パターンに形成した金のバンプを接合することにより、Ａｕ−Ａｕ接合を行うことができる。また、アルミニウムからなる電極に、配線パターンに形成した金のバンプを接合することにより、Ａｕ−Ａｌ接合を行ってもよい。さらに、電極に金めっきを施し、銅からなる配線パターンを接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行うか、銅からなる電極に、配線パターンに形成した金のバンプを接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行ってもよい。すなわち、本発明の実施において、超音波接合はいろいろな形態で実施できる。
【００３４】
さらに、ＭＥＭＳ基板、蓋体、中間部材等は、接合すべき２つの部材のどちらもが同じ形態、例えば導体めっき又は導体バンプを有していてもよく、さもなければ、一方に導体めっきを有し、他方に導体バンプを有していてもよい。導体めっきや導体バンプの形成方法は、よく知られているので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３５】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、ＭＥＭＳ基板、蓋体及び必要に応じて中間部材を接合（好ましくは超音波接合）して気密封止された動作空間を形成することに加えて、その動作空間の内部において、微小機械部品を任意の手段で基板上に固定もしくは作り込むことができる。マイクロマシニング技術が一般的に有用である。別法によれば、微小機械部品をＭＥＭＳ基板に対してフリップチップ接続をもって固定してもよい。ここで、フリップチップ接続は、常法に従って、例えば、導体バンプやはんだボールを介して実施することができる。この接続法を利用することによって、素子搭載領域を小さくし、デバイスの小型化を図ることができるばかりでなく、ワイヤボンディング法に見られるワイヤ接触などの不都合も回避することができる。
【００３６】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、ＭＥＭＳ素子用の微小機械部品を独立して使用できることはもちろんのこと、好ましいことに、他の機能部品、例えば受動部品、駆動部品（駆動ＩＣ）などと組み合わせて有利に使用することができる。本発明の電子デバイスでは、これらの組み合わせを両者を接近させた状態で実現できるので、処理速度の高速化、ノイズ発生の防止、デバイスの小型化などを達成することができる。
【００３７】
また、本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、それに組み込まれた微小機械部品やその他の機能部品を各種の外部回路、素子などと接続するため、ＭＥＭＳ基板、蓋体あるいは中間部材に、それ（それら）を厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアを設けるのが好ましい。導体充填ビアを形成することにより、デバイス内の接続線路を短縮し、高速化、ノイズの防止などを図ることができるからである。また、かかる導体充填ビアの形成と組み合わせて、再配線などを形成してもよい。複数の処理を同一の工程で同時に実施でき、工程の短縮やコストダウンを図ることができるからである。導体充填ビアの端面（露出面）には、外部接続端子（例えば、Ａｕバンプ）などを設けるのが有利である。
【００３８】
導体充填ビアの形成は、常法に従って行うことができる。例えば、基板や蓋体の所定の部位にスルーホールを形成した後、例えば金、アルミニウム、銅又はその合金などの導体金属を充填することによって、導体充填ビアを有利に形成することができる。また、導体金属の充填と同時進行で、再配線などの配線パターンを形成することもできる。
【００３９】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、その超音波接合部の外側に、それを取り囲んで結合せしめられた封止樹脂がさらに存在するのが有利である。かかる封止樹脂は、特に、超音波接合部の外側に間断なく形成されていることが好ましい。これによって、超音波接合部の強度を高めるとともに、気密封止の効果も高めることができるからである。封止樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などであり、ポッティングなどで所定量をディスペンスすることができる。
【００４０】
さらに、気密封止された動作空間の形成をより確実なものとなすため、ＭＥＭＳ基板、蓋体及び必要に応じて中間部材が、それぞれの部材の、動作空間の側の外周を間断なく当接させて形成された第２の連続した超音波接合部をさらに有しているように構成するのが好ましい。超音波接合は、上記のようにして実施することができる。また、第２の連続した超音波接合部の外側にも、その強化などのため、超音波接合部を取り囲んで封止樹脂を適用し、硬化させるのが有利である。
【００４１】
第２の超音波接合部は、好ましくは、細幅で途切れのない枠の形で形成することができ、特に、シールリング（例えば、バンプ等）や導体めっきなどから有利に形成することができる。この超音波接合部の枠幅は、特に限定されるわけではないけれども、電子デバイスの小型化のため、一般的に約２ｍｍもしくはそれ以下であることが好ましく、さらに好ましくは、約１ｍｍもしくはそれ以下である。例えば導体めっきどうしの接合によって超音波接合部を形成する場合、ＭＥＭＳ基板側のめっき皮膜を比較的に幅広に形成し、それに当接されるべき蓋体のめっき皮膜を比較的に幅狭に形成するのが、より強力かつ確実な超音波接合部を形成するのに有効であろう。
【００４２】
さらにまた、以下で具体的に説明するけれども、本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスは、チップレベルで１個ずつ製造してもよいけれども、電子デバイスの複数個をウエハレベルパッケージのプロセスで一括して製造し、その後に単個の電子デバイスに切り離すのが有利である。多数個の電子デバイスを一括して製造できるばかりでなく、製品の検査が容易に可能となり、製造コストも大幅に低減することができるからである。
【００４３】
本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスは、いろいろな手法に従って製造することができるけれども、好ましくは、下記の工程：
微小機械部品及びその微小機械部品の動作のための電子部品を基板上に作り込んでＭＥＭＳ基板（ＭＥＭＳ素子）を形成する工程、及び
前記ＭＥＭＳ基板と前記蓋体とを超音波接合により結合せしめて、密閉された動作空間を規定する工程、
を含むいろいろな方法によって製造することができる。
【００４４】
典型的には、本発明方法は、下記のような一連の工程：
（１）基板、例えばシリコン基板等の半導体基板を用意する工程、
（２）用意した基板の素子搭載面（能動面）あるいは動作空間の側の面に、目的とするパッケージのデザインに応じてスルーホール、キャビティ等を形成する工程、
（３）スルーホールに導体金属を充填したり、基板上に再配線パターンなどを形成したりする工程、
（４）超音波接合に供するため、導体金属のめっきやバンプなどを形成する工程、
（５）前記基板を切り離して、それぞれがキャビティ、導体充填ビア等を備えた基板からなるパッケージを得る工程（基板切り離し工程は、ウエハサイズパッケージのプロセスを利用する場合、後段の工程に委ねてもよい）、及び
（６）別に作製したＭＥＭＳ基板（ＭＥＭＳ素子）に前記パッケージを貼り合せ、超音波接合する工程、
によって有利に実施することができる。
【００４５】
また、この製造方法は一例であり、それぞれの工程は、本発明の範囲内でいろいろに変更することもできる。例えば、工程の順序を入れ替えたり、新たな工程を追加したりしてもよい。なお、個々の工程の詳細は、上述の電子デバイスの説明から容易に理解することができるであろう。
【００４６】
さらに具体的に説明すると、本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス（ＭＥＭＳデバイス）は、例えばシリコン基板を蓋体として使用し、これにＭＥＭＳ基板（ＭＥＭＳ素子）を貼り付けてチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）を製造する場合、次のような手順で製造することができる。
〔蓋体の製造〕
１）シリコンウエハの用意
シリコンウエハを用意し、その表面を清浄に処理する。
２）スルーホール及びキャビティの形成
シリコンウエハのキャビティ形成面にレジストを塗布し、目的とするスルーホール及びキャビティのパターンに応じてレジスト膜をパターニングし、レジストマスクを得る。次いで、このレジストマスクを介してウエハのエッチングを行い、スルーホール及びキャビティを所望の形状及びサイズで得る。なお、キャビティの形成は、省略することもできる。
３）絶縁膜の形成
レジストマスクを溶解除去した後、シリコンウエハを酸化してその表面に絶縁膜（シリコン酸化膜）を形成する。
４）導体充填ビア及び再配線の形成
シリコンウエハのキャビティ面にレジストを塗布し、ビア及び再配線形成領域が露出するようにレジスト膜をパターニングし、レジストマスクを得る。次いで、このレジストマスクの存在において銅（Ｃｕ）めっきを行い、Ｃｕ充填ビア及び再配線を得る。このめっき工程で、必要に応じて、その他の配線や電極などを形成してもよい。
５）Ａｕバンプの形成
超音波接合時に結合媒体として使用するため、Ｃｕ充填ビアの端面にＡｕバンプを形成する。なお、必要ならば、Ａｕバンプに代えてＡｕめっきを形成してもよい。
６）シリコンウエハのダイシング
ウエハをダイサーなどで切り離す。それぞれがキャビティ、Ｃｕ充填ビア、再配線等を備えたシリコンチップを得る。このシリコンチップが、ＭＥＭＳデバイスの蓋体として使用される。なお、シリコンウエハに代えてシリコンチップからスタートしているような場合には、この処理工程は不要である。
〔ＭＥＭＳデバイスの製造〕
７）ＭＥＭＳ素子形成シリコン基板の用意
ＭＥＭＳ素子形成シリコン基板（ＭＥＭＳチップ）を別途製造し、用意する。ＭＥＭＳチップの外部接続端子の機能もかねる超音波接合部位（蓋体のＡｕバンプに対応する個所）には、超音波接合を確実なものとするために、例えばＡｕめっきを結合媒体として被着しておくのが好ましい。すなわち、好ましくはアルミニウム、銅からなるＭＥＭＳチップの外部接続端子に、例えばＡｕめっきなどを予め被着しておくのが好ましい。
８）ＭＥＭＳチップと蓋体の貼り合わせ
ＭＥＭＳチップと蓋体を正確に位置合わせして貼り合わせる。蓋体のＡｕバンプとＭＥＭＳチップのＡｕめっきが当接した状態が得られる。また、ＭＥＭＳチップと蓋体の間には、ＭＥＭＳの微小機械部品が動作可能な動作空間が確保される。
９）超音波接合
ＭＥＭＳチップに蓋体を貼り合せた状態で超音波接合を行う。超音波接合の条件は、例えば、処理温度：室温〜約１５０℃、振幅周波数：約５０〜１００ｋＨｚ、振幅：約１〜１０μｍ、圧力：約１〜１，０００ｇ／ｍｍ２である。
１０）樹脂封止
上記の工程で形成された超音波接合部をさらに強化するため、超音波接合部の外回りをさらに樹脂封止するのが好ましい。封止樹脂としては、例えば、絶縁性のエポキシ樹脂などを使用できる。
１１）外部接続端子の形成
外部接続端子として使用するため、例えば、蓋体の裏側（動作空間とは反対側の面）にはんだボール（例えば、Ｐｂ−Ｓｎボール、Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｎボールなど）を取り付ける。
【００４７】
以上のような一連の工程を経て、小型のＭＥＭＳデバイスが完成する。それぞれのデバイスは、所定の検査に合格した後、出荷可能である。
【００４８】
もう１つの面において、本発明は、機能素子を搭載するための素子搭載空間を超音波接合部によって気密封止したことを特徴とする機能素子搭載電子デバイスにある。この電子デバイスにおいて、機能素子は、上述の発明のようなＭＥＭＳ素子に限定されるわけではなくむしろ「その他の機能素子」（先に説明した）であるのが一般的である。また、機能素子を固定する手段は、フリップチップ接続、ワイヤボンディング接続や、その他の常用の接続方法であることができる。要するに、この電子デバイスの場合、デバイス本体（基板）と蓋体との結合を、高温加熱を必要とする接着剤の部分的塗布に代えて、それらの外周部に間断なく形成された超音波接合部によって行っていることに特徴がある。また、この超音波接合部は気密封止のためのものであり、別の超音波接合部を介して、機能素子を外部の素子等と電気的に接続できる。
【００４９】
本発明は、また、かかる機能素子搭載電子デバイスの製造方法にある。本発明のこの製造方法は、下記の工程：
デバイス本体及び（又は）蓋体に前記機能素子を固定する工程、及び
前記デバイス本体と前記蓋体とを接合して素子搭載空間を規定するとともに、前記デバイス本体と前記蓋体とを、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周において間断なく当接させて連続した超音波接合部を形成し、これによって、前記素子搭載空間を気密封止する工程、
を含んでなることに特徴がある。
【００５０】
本発明による機能素子搭載電子デバイス及びその製造方法は、前記したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス及びその製造方法に準じて実施することができる。
【００５１】
別の面において、本発明は、電子デバイスの製造における蓋体の固定方法にある。この発明では、電子デバイスの構成は特に限定されるものではなく、いかなる構造の電子デバイスにも本発明方法を適用することができる。典型的には、電子デバイスは、上記した電子デバイスと同様に、デバイス本体としての基板と、その基板の表面、裏面及び（又は）内部に搭載された少なくとも１個の機能素子と、前記基板の機能素子搭載面を覆った蓋体とから構成され、必要ならば、放熱板などの追加の部材を有していてもよく、また、蓋体の表面、裏面及び（又は）内部にも機能素子が搭載されていてもよい。さらに、基板や蓋体には、素子搭載空間を規定もしくは拡張するためのキャビティや、外部との電気的導通をとるための導体ビア（フィルド・ビア）、配線、電極、外部端子などが設けられていてもよい。
【００５２】
本発明による蓋体の固定方法は、機能素子を搭載したデバイス本体の外周部に予め定められたパターン、好ましくは幅狭のストライプパターンで固定領域を設定しておき、この固定領域に蓋体の対応部分を当接させ、さらに超音波接合によって気密封止することを特徴とする。固定領域は、前記した通り、めっき、バンプなどからなるのが好ましい。
【００５３】
本発明方法は、形成された超音波接合部の外側に、それを取り囲んで封止樹脂を適用し、結合せしめる工程をさらに含むことが好ましい。また、この固定方法は、デバイス本体及び蓋体のそれぞれの表面に導体めっき及び（又は）導体バンプを結合媒体として形成した後、それらの結合媒体を介して超音波接合を行うことが好ましい。さらに、この固定方法は、導体めっき及び（又は）導体バンプを、金、アルミニウム、銅又はその合金から形成することが好ましい。なお、これらの好ましい形態及びその他の形態は、上述の電子デバイス及びその製造方法の説明から容易に理解できるであろう。
【００５４】
【実施例】
引き続いて、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。なお、下記の実施例は、本発明を具体的に説明してその理解度を高めるためのものであり、本発明がこれらの実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。特に、本発明の実施において、下記の実施例に記載される工程を任意の組み合わせることによって、得られる作用効果を多様化することができるであろう。
【００５５】
図３は、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示した断面図である。図示の電子デバイス１０は、シリコン基板１と蓋体２によって規定された素子搭載空間（特に、動作空間）８に、マイクロカンチレバー４が微小機械部品として作り込まれている。また、図示していないが、シリコン基板１の能動面には、マイクロカンチレバー４とともに、それを動作させるための電子回路も作り込まれている。電子回路は、アルミニウム（Ａｌ）からなる電極３１を有している。図示の電子デバイス１０は、例えば、加速度計やマイクロジャイロなどのセンサとして使用することができる。
【００５６】
マイクロカンチレバー４は、シリコン基板１の能動面にマイクロマンニング技術によって作り込まれており、ボンディングワイヤなどは備えていない。よって、電子デバイス１０を図示のように小型化し、コンパクトに収めることができる。なお、マイクロカンチレバー４を取り付けた基板１は、以下、ＭＥＭＳ基板とも呼ぶ。
【００５７】
電子デバイス１０は、さらに超音波接合部３を備えている。超音波接合部３は、図示されかつ以下に図１１及び図１２を参照して説明するように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１と、蓋体（シリコン基板）２の加工によって形成された配線基板２０の銅配線パターン２６を、銅配線パターンに形成した金のバンプ２７を介して接続することによって形成されたものである。なお、このようなＡｕ−Ａｌ接合に代えて、Ａｕ−Ａｕ接合、Ａｕ−Ｃｕ接合なども採用することができる。超音波接合部３の外側は、それを取り囲むようにしてエポキシ樹脂３２で封止されている。また、配線基板２０の銅パッド２６には、外部接続端子（はんだボール）３３が取り付けられている。
【００５８】
図４は、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例を示したものである。この電子デバイス１０の場合、配線基板２０をシリコン基板２に代えて透明なガラス基板１２から形成している。このデバイス１０では、したがって、カンチレバー４に代えてＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等の光用ＭＥＭＳ素子などを搭載し、新たな光学デバイスを提供することができる。もちろん、透明なガラス基板ばかりでなく、光学レンズなども使用可能である。
【００５９】
ところで、図３及び図４では、配線基板２０のシリコン基板２あるいはガラス基板１２にキャビティ（凹部）を設けた例を示した。しかし、配線基板２０の配線パターン２６、バンプ２７及び電極３１の合計の厚みにより、マイクロカンチレバー４の動作に支障がない空間を得ることができる場合、基板におけるキャビティの形成を省略することができる。図２０は、図３のシリコン基板２からキャビティを除いた例である。なお、図示のような電子デバイス１０の場合、電極３１の厚さは数μｍ程度、配線パターン２６の厚さは数μｍ〜３０μｍ程度、そしてバンプ２７の厚さ（高さ）は１５〜３０μｍ程度（接合後は半分〜２／３に減少）である。
【００６０】
図５は、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの好ましい例を示したものである。この電子デバイス１０の場合、図３に示した電子デバイス１０の場合には超音波接合部３のみを有していたのに反して、図６に模式的に示すように、電気的接続のための超音波接合部３を取り囲むようにしてもう１つの、すなわち、第２の超音波接合部１３が形成されている。第２の超音波接合部１３は、気密封止のためのものであり、配線基板２０（ＭＥＭＳ基板１）の外周にそって枠状に形成されている。超音波接合部１３の枠幅（ｗ）は、所期の接合効果が得られる限り、狭いほうがより好ましく、通常、約２ｍｍもしくはそれ以下であり、さらに好ましくは、約１ｍｍもしくはそれ以下である。
【００６１】
第２の超音波接合部１３は、好ましくは超音波接合部３と同時に形成することができる。まず、ＭＥＭＳ基板１上に、枠状のパターン（シールリング）４１を形成しておく。このパターンも、ＭＥＭＳを製造する工程で作りこまれるため、図３及び図４の電極３１と同様にアルミニウムまたは銅からなる。
【００６２】
蓋体２には、銅からなる枠状のパターン（シールリング）４６を形成しておく。このパターンは、蓋体に配線パターン２６を形成する際に、配線パターン２６と同様に形成することができる。次いで、ＭＥＭＳの枠状のパターン４１と、蓋体２の枠状のパターン４６を接合する。この工程も、超音波接合部３と同様、金のバンプ４７を介して行うことができ、さもなければ、図示しないが、アルミニウムからなるパターン４１に、金めっきを施したパターン４６を接合することにより、Ａｕ−Ａｌ接合を行うか、パターン４１に金めっきを施し、銅からなるパターン４６を接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行うか、銅からなるパターン４１に、金めっきを施したパターン４６を接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行うかなどして、有利に実施できる。なお、本例と図２０のようなキャビティのない例を組み合わせる場合、蓋体２とＭＥＭＳ基板１にシールリングとなるパターン４６及び４１を設ける際に、これらのパターン４６及び４１と、パターン接合のためのめっき（金めっき等）の厚さの合計が、ＭＥＭＳの動作に支障がない空間を得ることができる高さ（厚さ）以上であることが必要である。超音波接合部１３の外側には、図示していないが、エポキシ樹脂などの封止樹脂を被覆してもよい。配線基板２０の銅パッド２６には、外部接続端子（はんだボール）３３が取り付けられている。
【００６３】
図７は、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示したものである。図示の電子デバイス１０は、プリント配線板（両面銅張り積層板）６０に予め形成された開口部を素子搭載空間８として利用している。すなわち、プリント配線板６０は、本発明でいう「中間部材」に相当する。カンチレバー４を形成したＭＥＭＳ基板１と、プリント配線板６０の加工によって形成された配線基板７０と、蓋体（ステンレス板）６とを相互に超音波接合することによって、電子デバイス１０が完成している。
【００６４】
超音波接合部３は、図示されるように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１と、配線基板７０の銅配線パターン６２を、金バンプ６７を介して接続することによって形成されたものである。超音波接合部３の外側は、それを取り囲むようにしてエポキシ樹脂３２で封止されている。また、配線基板７０の銅配線パターン６２には、外部接続端子（はんだボール）６５も取り付けられている。さらに、配線基板７０の、銅箔をエッチングして形成された封止用パターン（シールリング）６３と蓋体（ステンレス板）７の間も超音波接合されている。図示されるように、蓋体６には配線パターンが設けられていない。
【００６５】
図８は、図７に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例を示したものである。この電子デバイス１０の場合、ステンレス板からなる蓋体６に代えて透明なガラス基板からなる蓋体７を使用している。このデバイス１０では、カンチレバー４に代えてＤＭＤ等の光用ＭＥＭＳ素子などを搭載し、新たな光学デバイスを提供することができる。もちろん、透明なガラス基板ばかりでなく、光学レンズなども使用可能である。図示されるように、蓋体７には配線パターンが設けられていない。
【００６６】
図３〜図８に示したＭＥＭＳ電子搭載電子デバイス１０では、動作空間８に微小機械部品（マイクロカンチレバー）４のみを配置した例を示した。しかし、ここでは図示しないが、ＭＥＭＳ基板１の能動面上に、微小機械部品を駆動するための半導体素子を搭載し、ＭＥＭＳ基板上の電極と接続し、蓋体で封止することもできる。半導体素子の搭載は、例えば、以下に図９及び図１０を参照して説明するような方法を用いることができる。
【００６７】
本発明は、前記したように、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス以外に、機能素子搭載電子デバイスも包含する。かかる電子デバイスの一例を、図９及び図１０を参照して説明する。
【００６８】
図９は、本発明による機能素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示したものである。この電子デバイス１０は、図３を参照して先に説明した電子デバイス１０に同様な構成を有しているが、本発明の作用効果をＭＥＭＳ素子以外で得るため、ＭＥＭＳ素子に代えて半導体素子（ＬＳＩチップ）５がフリップチップ接続で搭載されている。フリップチップ接続には、金バンプ１５が用いられている。なお、この種の電子デバイスでは、その超音波接合に由来する作用効果を十分に得ることができ、しかもワイヤボンディングによる不都合が発生しないのであるならば、図示のようなＬＳＩチップあるいはその他の機能素子をワイヤボンディングで接続してもよい。
【００６９】
図１０は、本発明による電子デバイスにおける蓋体固定方法の１つの好ましい例を示した断面図である。図示の機能素子搭載電子デバイス１０は、先に図５を参照して説明したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０と同様な構成を有している。しかし、本例の場合、ワイヤボンディングによる不都合が発生しないことが確認されたので、ＬＳＩチップ５を、ボンディングワイヤ１６を介して、基板１上に形成されたＡｌ電極３１と接続している。また、この電子デバイス１０の場合、図示されるように、電気的接続のための超音波接合部３と気密封止のための超音波接合部１３とが組み合わさって設けられている。
【００７０】
次いで、上記した電子デバイス及びその他の電子デバイスの数例について、それらの電子デバイスの製造例を具体的に説明する。
実施例１：
本例では、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好適な製造方法を図１１及び図１２を参照して説明する。
【００７１】
まず、図１１（Ａ）に示すように、シリコンウエハ２を用意し、洗浄、乾燥によってウエハ表面から塵埃などを除去する。
【００７２】
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、シリコンウエハ２の片面にフォトレジスト２１を所定の膜厚で塗布し、形成すべきキャビティ及びスルーホールに合わせてパターニングする。得られたレジストパターン２１をマスクとしてシリコンウエハ２をエッチングし、キャビティ１２及びスルーホール（未貫通の状態で）２４を形成する。
【００７３】
ここで、シリコンウエハのエッチングには、いろいろな方法を使用することができる。例えば、プラズマエッチング、スパッタエッチング、リアクティブイオンエッチングなどのドライエッチングプロセス、あるいはエッチング液を使用したウエットエッチングプロセスを使用することができる。プラズマエッチングの場合、例えば、ＣＦ４やＳＦ６などをエッチングガスとして使用できる。別法として、キャビティ１２をエッチングで形成し、スルーホール２４をＣО２レーザやＹＡＧレーザで形成してよい。
【００７４】
引き続いて、未貫通のスルーホール２４を貫通させるため、図１１（Ｃ）に示すように、キャビティを覆うようにフォトレジスト２３を塗布し直し、得られたレジストパターン２３をマスクとして再びエッチングを行う。
【００７５】
マスクとして使用したフォトレジストの皮膜を除去した後、図１１（Ｄ）に示すように、酸化性雰囲気中で加熱処理を行い、ここでは図示しないが、シリコンウエハ２の表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を絶縁膜として形成する。なお、シリコン酸化膜の形成については、図１３に、シリコンウエハ２の表面にＳｉＯ２膜２２を形成し、さらにスタッドバンプ２７を設けた例が示されているので、あわせて参照されたい。また、以下に図１１（Ｈ）を参照して説明する工程では、スタッドバンプ２７が銅充填ビア２６の直上に形成されているが、実際には、図１３に示すように、銅充填ビア２６の直上を避けた位置にスタッドバンプ２７を形成するのが好ましい。ビア２６の直上は、平坦性に問題がある場合があるからである。よって、外部接続端子としてのはんだボール３３も、図示のように、ビア２６の直上を避けて形成するのが好ましい。もちろん、平坦性に問題がなければ、スタッドバンプ２７とはんだボール３３をビア２６の直上に形成してもよい。
【００７６】
シリコン酸化膜の形成が完了した後、図示しないが、銅の無電解めっき（クロムと銅のスパッタなどでもよい）によって、引き続いて実施する電解めっきのための給電層を形成する。次いで、図１１（Ｅ）に示すように、フォトレジスト２５を所定の膜厚で塗布し、配線となる部分が露出するようにパターニングする。
【００７７】
次いで、図１１（Ｆ）に示すように、給電層から給電し、銅の電解めっきを行う。先の工程で得られたレジストパターン２５がマスクとして機能し、露出部分に金属層（銅層；銅の配線パターン）２６が形成される。銅は、スルーホール２４の内部にも充填され、銅充填ビア２６が形成される。配線パターン２６の形成には、例えば、サブトラクティブ法、アディティブ法等、各種の方法を使用できる。なお、この段階で、少なくとも配線パターン２６のパッドとなる部分には、銅の電解めっきの後にさらにニッケルめっき、金めっき等を施し、保護めっきを形成するのが好ましい。
【００７８】
使用済みのレジストパターンを剥離して除去した後、さらに給電層をエッチングによって除去する。図１１（Ｇ）に示すように、キャビティ１２及び配線パターン２６を備えたシリコンウエハ２が得られる。
【００７９】
引き続いて、図１１（Ｈ）に示すように、配線パターン２６のパッドに、ＭＥＭＳ素子搭載基板（ＭＥＭＳ基板）との接合用のバンプ２７を形成する。例えば、ワイヤボンディングによって金のスタッドバンプ２７を形成することができる。スタッドバンプ２７は、前記したように、ビア２６の直上を避けて形成するのが好ましい。
【００８０】
さらに続けて、シリコンウエハ２を切断線Ｃで切断して、個々の配線基板（パッケージ）２０に分離する。切断処理は、この技術分野で一般的に行われているように、例えばダイサーなどを使用して行うことができる。図１２（Ｉ）は、得られた配線基板２０の１個を示したものである。
【００８１】
次いで、図１２（Ｊ）に示すように、ＭＥＭＳ素子（マイクロカンチレバー）４を形成したシリコン基板（ＭＥＭＳ基板）１を配線基板２０と位置合わせする。位置合わせは、基板に予め付与しておいた見当などを利用することにより、容易にかつ正確に行うことができる。
【００８２】
位置合わせの完了後、図１２（Ｋ）に示すように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合する。超音波接合の条件は、任意に変更可能であるが、一般的には、処理温度：室温〜約１５０℃、振幅周波数：約５０〜１００ｋＨｚ、振幅：約１〜１０μｍ、圧力：約１〜１，０００ｇ／ｍｍ２が好適である。
【００８３】
超音波接合によってＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を接続した後、図１２（Ｌ）に示すように、形成された超音波接合部３の外側に、ディスペンサ（図示せず）によって封止樹脂（エポキシ樹脂）３２を注入し、封止を行う。
【００８４】
最後に、図１２（Ｍ）に示すように、配線基板２０の配線パターン２６のパッドに外部接続端子（はんだボール）３３を搭載する。はんだボール３３は、前記したように、ビア２６の直上を避けて搭載するのが好ましい。先に図３を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
【００８５】
以上に順を追って説明した電子デバイスの製造方法は、いろいろに変更することができる。例えば、配線基板２０の基板をシリコン基板からガラス基板に変更した場合、先に図４を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。なお、この場合には、シリコン基板を使用していないので、途中でシリコン酸化膜を形成する工程は不要となる。
実施例２：
本例では、前記実施例１に記載の手法に従い図５に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造する好適な方法を、図１４を参照して説明する。
【００８６】
本例の場合、前記実施例１に記載のようにして銅配線パターン２６及び金スタッドバンプ２７を形成することに加えて、図１４（Ａ）に示すように、配線基板２０の片面（ＭＥＭＳ基板と接合される側）に、枠状の封止用パターン（シールリング）４６を銅の電解めっきによって形成し、その上にさらに、めっき層（例えば、スズめっき、金めっき等）４７を形成する。なお、金スタッドバンプ２７に代えて、金めっきによるバンプをめっき層４７の形成と同時に形成してもよい。
【００８７】
配線基板２０の他、ＭＥＭＳ基板１にも同様な処理を施す。すなわち、図１４（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ基板１の上面にＡｌ電極３１を形成することに加えて、配線基板２０のシールリング４６に対応する位置に、枠状の封止用パターン（シールリング）４１をアルミニウム、銅などから形成する。
【００８８】
上記のようにして配線基板２０及びＭＥＭＳ基板１の処理が完了した後、図１４（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ素子４を搭載したＭＥＭＳ基板１を配線基板２０と位置合わせする。
【００８９】
位置合わせの完了後、図１４（Ｃ）に示すように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合して第１の超音波接合部３を形成すると同時に、ＭＥＭＳ基板１のシールリング４１を配線基板２０のシールリング４６と金めっき４７を介して超音波接合して第２の超音波接合部１３を形成する。超音波接合の条件は、２つの接合部位の条件を考慮して任意に選択する。
【００９０】
超音波接合によってＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を第１の超音波接合部３及び第２の超音波接合部１３で接続した後、図１４（Ｄ）に示すように、配線基板２０の配線パターン２６のパッドに外部接続端子（はんだボール）３３を搭載する。先に図５を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
実施例３：
本例では、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例とその好適な製造方法を、図１５を参照して説明する。本例に記載の製造方法を使用すると、シリコンウエハに半導体回路を作り込んだり、薄膜工程等により、キャパシタ、レジスタ等の受動素子を形成することにより、より多機能な電子デバイスを提供することができる。また、本例ではシリコンウエハを使用しているが、これに代えてガラス基板やその他の基板を使用できることは、言うまでもない。
【００９１】
図１５（Ａ）に示すように、シリコンウエハ２を用意し、その裏面（キャビティ形成側の裏面）に半導体回路２８を造り込む。次いで、図１５（Ｂ）に示すように、シリコンウエハ２の片面にフォトレジスト２１を所定の膜厚で塗布し、形成すべきキャビティ及びスルーホールに合わせてパターニングする。得られたレジストパターン２１をマスクとしてシリコンウエハ２をエッチングし、キャビティ１２及びスルーホール（未貫通の状態で）２４を形成する。
【００９２】
その後、ここでは図示しないが、図１１及び図１２を参照して説明した一連の工程を経てＭＥＭＳ基板１及び配線基板２０を完成した後、図１５（Ｃ）に示すようにＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を超音波接合する。すなわち、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合する。
【００９３】
次いで、形成された超音波接合部３の外側に封止樹脂（エポキシ樹脂）３２を注入し、封止を行う。その後、配線基板２０の配線パターン２６のパッドに外部接続端子（はんだボール）３３を搭載する。
【００９４】
上記のようにして、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。ここで、配線基板２０の配線パターン２６は、半導体回路２８や、キャパシタ、レジスタ等の受動素子（図示せず）と接続するように形成されている。
実施例４：
本例では、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの変形例とその好適な製造方法を、図１６を参照して説明する。本例に記載の製造方法を使用すると、多層配線構造をもったコンパクトで高性能な電子デバイスを提供することができる。また、本例ではシリコンウエハを使用しているが、これに代えてガラス基板やその他の基板を使用できることは、言うまでもない。
【００９５】
前記実施例１に記載のようにしてシリコンウエハ２にキャビティ１２及び銅配線パターン（銅充填ビア）２６を形成した後もしくはその途中の段階で、図１６（Ａ）に示すように、シリコンウエハ２の裏面（キャビティ１２とは反対側の面）にグランドプレーン２９を形成する。
【００９６】
次いで、図１６（Ｂ）に示すように、絶縁層５１、配線層５２及び絶縁層５３を順次形成して多層配線構造とする。
【００９７】
多層配線構造の形成において、絶縁層５１及び５３は、それぞれ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂の塗布や、これらの樹脂のフィルムの積層によって形成することができる。
【００９８】
また、配線層（配線パターン）５２は、例えば、次のような手法によって形成することができる。
【００９９】
絶縁層をレーザ加工し、下地の配線パターンが底面に露出するようにビアを形成する。なお、感光性樹脂を絶縁層に用いる場合、絶縁層の露光及び現像によってビアを形成することができる。
【０１００】
次いで、絶縁層の表面（ビア内部を含む）に、銅の無電解めっきや、クロムと銅のスパッタにより、電解めっきの際の給電層を形成し、さらに、配線となる部分が露出したレジストパターンを形成する。
【０１０１】
引き続いて、給電層から給電し、銅の電解めっきを施して、金属層（配線層）を形成する。先に形成したレジストパターンは、めっきの際のマスクとして働く。また、上記のようにして銅の電解めっきを完了した後、ニッケルめっき、金めっき等の保護めっきを施す。
【０１０２】
その後、使用済みのレジストパターンを剥離し、さらに給電層をエッチングで除去すると、目的とする配線パターン５２が得られる。絶縁層５１のビア内部は、銅で充填されている。なお、この配線パターン５２の形成は、例えば、サブトラクティブ法、アディティブ法などで行うことができる。
【０１０３】
その後、ここでは図示しないが、図１１及び図１２を参照して先に説明した一連の工程を経てＭＥＭＳ基板１及び配線基板２０を完成した後、図１６（Ｃ）に示すようにＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を超音波接合する。すなわち、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合する。また、形成された超音波接合部３の外側をエポキシ樹脂３２で封止する。さらに、配線基板２０の露出した配線パターン５２には、それぞれ、外部接続端子（はんだボール）５４を搭載する。
実施例５：
本例では、ウエハレベルパッケージのプロセスを使用して図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造する３方法を、図１７を参照して説明する。
第１の製造方法：
図１７（Ａ）に示すように、複数個のＭＥＭＳ素子４が形成されたシリコンウエハ４０に、前記実施例１に記載の手法によって作製した個片の配線基板２０を前記実施例１に記載のようにして接続し、超音波接続部３を形成する。ディスペンサでエポキシ樹脂３２を注入し、封止した後、切断線Ｃに沿ってシリコンウエハ１をダイシングする。図３に示したような、個々のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスが得られる。
第２の製造方法：
図１７（Ｂ）に示すように、複数個の配線基板２０が形成された大判の配線基板５０を用意する。配線基板５０は、前記実施例１に記載の手法によって作製できる。次いで、この大型の配線基板５０に、それぞれＭＥＭＳ素子４が形成された個片のＭＥＭＳ基板１を接続し、超音波接続部３を形成する。ディスペンサでエポキシ樹脂３２を注入し、封止した後、切断線Ｃに沿って配線基板５０をダイシングする。図３に示したような、個々のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスが得られる。
第３の製造方法：
図１７（Ｃ）に示すように、複数個のＭＥＭＳ素子４が形成されたシリコンウエハ４０及び複数個の配線基板２０が形成された大判の配線基板５０を用意する。配線基板５０は、前記実施例１に記載の手法によって作製できる。次いで、この大型の配線基板５０とシリコンウエハ４０を接続し、超音波接続部３を形成する。次いで、切断線Ｃに沿って配線基板５０とシリコンウエハ４０をダイシングし、さらにディスペンサでエポキシ樹脂（図示せず）を注入し、封止すると、図３に示したような、個々のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスが得られる。
実施例６：
本例では、図７に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法を、図１８を参照して説明する。
【０１０４】
まず、図１８（Ａ）に示すように、エポキシ樹脂を含浸させたガラスプリプレグに銅箔６１を貼り付けた、両面銅張り積層板６０を用意する。
【０１０５】
次いで、図１８（Ｂ）に示すように、銅箔６１をエッチングし、配線パターン６２及び封止用パターン（シールリング）６３を形成する。さらに、ソルダレジスト６４を所定の膜厚で形成する。配線パターン６２において、ソルダレジスト６４から露出している部分には、図示しないが、ニッケルめっきや金めっきを施す。
【０１０６】
次いで、図１８（Ｃ）に示すように、ザグリ加工によって開口部１８を形成する。なお、開口部１８の形成は、ザグリ加工に代えて、プレスによる打ち抜きなどによって形成することもできる。
【０１０７】
開口部の形成が完了した後、積層板６０をそれぞれの切断線Ｃに沿って切断する。図１８（Ｄ）に示すように、個々の配線基板７０が得られる。
【０１０８】
次いで、図１８（Ｅ）に示すように、ＭＥＭＳ素子４を搭載したＭＥＭＳ基板１を配線基板７０と位置合わせし、超音波接合する。ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板７０の配線パターン６２が金バンプ６７を介して接続され、超音波接合部３が完成する。超音波接合部３の外側には、図示のように、エポキシ樹脂３２を注入し、封止する。
【０１０９】
その後、図１８（Ｆ）に示すように、キャビティ８を蓋体（ステンレス板）６で閉塞するとともに、蓋体６と配線基板７０のシールリング６３の間も超音波接合する。ＭＥＭＳ素子４を搭載したキャビティ８が、完全に密閉された状態となる。また、配線基板７０の露出した配線パターン６２には、外部接続端子（はんだボール）６５を搭載する。先に図７を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
【０１１０】
ところで、上記した製造方法は、前記実施例５に記載の手法を利用することによって、より効率よく、かつ低コストで実施することができる。
【０１１１】
また、本例では中間部材として使用するために両面銅張り積層板を使用したが、それの代わりに、例えばシリコン基板やガラス基板を使用して、同様な構造のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造することもできる。この場合、配線パターンの形成や、開口部の形成は、前記実施例１に記載の手法を使用することができる。
実施例７：
本例では、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの好ましい例とその好適な製造方法を、図１９を参照して説明する。
【０１１２】
まず、図１９（Ａ）に示すように、エポキシ樹脂を含浸させたガラスプリプレグに銅箔６１を貼り付けた、両面銅張り積層板６０を用意する。
【０１１３】
次いで、図１９（Ｂ）に示すように、積層板６０の所定の部位にスルーホール６６を形成する。スルーホール６６は、例えば、ドリリングによって形成することができる。
【０１１４】
引き続いて、図１９（Ｃ）に示すように、一般的なプリント配線基板の配線形成方法（例えば、サブトラクティブ法など）を使用して、めっきとエッチングにより、配線パターン６２及び封止用パターン（シールリング）６３を形成する。さらに、ソルダレジスト６４を所定の膜厚で形成する。配線パターン６２において、ソルダレジスト６４から露出している部分には、図示しないが、ニッケルめっきや金めっきを施す。
【０１１５】
次いで、図１９（Ｄ）に示すように、ザグリ加工によって開口部１８を形成する。なお、開口部１８の形成は、ザグリ加工に代えて、プレスによる打ち抜きなどによって形成することもできる。
【０１１６】
開口部の形成が完了した後、積層板６０をそれぞれの切断線Ｃに沿って切断する。図１９（Ｅ）に示すように、個々の配線基板７０が得られる。
【０１１７】
次いで、図１９（Ｆ）に示すように、ＭＥＭＳ素子４を搭載したＭＥＭＳ基板１を配線基板７０と位置合わせし、超音波接合する。ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板７０の配線パターン６２が金バンプ６７を介して接続され、超音波接合部３が完成する。超音波接合部３の外側には、図示のように、エポキシ樹脂３２を注入し、封止する。
【０１１８】
その後、図１９（Ｇ）に示すように、キャビティ８を蓋体（ステンレス板）６で閉塞するとともに、蓋体６と配線基板７０のシールリング６３の間も超音波接合する。ＭＥＭＳ素子４を搭載したキャビティ８が、完全に密閉された状態となる。また、配線基板７０の露出した配線パターン６２には、外部接続端子（はんだボール）６５を搭載する。このようにして、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
【０１１９】
ところで、上記した製造方法は、前記実施例５に記載の手法を利用することによって、より効率よく、かつ低コストで実施することができる。
【０１２０】
また、本例では中間部材として使用するために両面銅張り積層板を使用したが、それの代わりに、例えばシリコン基板やガラス基板を使用して、同様な構造のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造することもできる。この場合、配線パターンの形成や、開口部の形成は、前記実施例１に記載の手法を使用することができる。
【０１２１】
以上、本発明を添付の図面を参照しながら特にその好ましい実施例について説明した。ところで、図示の各電子デバイスでは、蓋体の縁部にだけパッド（配線パターン）が形成され、そのパッド上にバンプが形成されているが、本発明の電子デバイスは、いろいろに変更可能である。例えば、蓋体２の上面に配線パターン２６を引き回し、アレイ状に多数のパッド（配線パターン）を設け、それぞれのパッド上にバンプを形成することもできる。
【０１２２】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明によれば、小型かつコンパクトな、ＳＥＭＳ素子等を搭載した電子デバイスが得られるばかりでなく、この電子デバイスは、加熱処理に原因した素子特性の劣化等がなく、しかも気密封止も完璧である。この電子デバイスは、特に、ＭＥＭＳ素子のように駆動部品を備えるために加熱処理と嫌う機能素子を搭載したものに好適である。
【０１２３】
また、本発明の電子デバイスの場合、その構成にフリップチップ接続部と超音波接合部を導入したので、ＭＥＭＳ素子と一体化した形でその他の機能素子、例えば駆動部品、パッシベーション部品等を組み込むことができ、デバイスの小型化、コンパクト化により一層貢献することができる。
【０１２４】
さらに、本発明の電子デバイスは、製造工程がシンプルであり、しかも簡単な手法で製造することができる。特に、本発明の電子デバイスはウエハレベルパッケージのプロセスで製造できるので、大幅なコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のチップ封止型半導体デバイスの一例を示した断面図である。
【図２】 従来の表面実装型チップスケールパッケージの一例を示した断面図である。
【図３】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示した断面図である。
【図４】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図５】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図６】 図５に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの蓋体を矢印ＶＩの方向で見た時の底面図である。
【図７】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図８】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図９】 本発明による機能素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示した断面図である。
【図１０】 本発明による電子デバイスにおける蓋体固定方法の１つの好ましい例を示した断面図である。
【図１１】 図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法の前半を、順を追って示した断面図である。
【図１２】 図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法の後半を、順を追って示した断面図である。
【図１３】 図１１に示した製造工程におけるスタッドバンプの形成方法を拡大して示した断面図である。
【図１４】 図５に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１５】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１６】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１７】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの、ウエハレベルプロセスによる製造方法の数例を示した断面図である。
【図１８】 図７に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１９】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図２０】 図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例を示した断面図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスに関し、さらに詳しく述べると、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子やその他の機能素子を搭載し、気密封止された電子デバイスとその製造方法に関する。本発明はまた、かかる電子デバイスの製造に有用な、改良された蓋体の固定方法にある。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）に基づく機能部品、機能要素、機能素子など（以下、総称して「ＭＥＭＳ素子」という）が注目されている。ＭＥＭＳ素子は、非常に小型でありながら、複雑で高度な働きを奏することができる。ＭＥＭＳ素子は、通常、基板と、その能動面に一体的に形成された、機械的に動作する微小な機械構造体（以下、「微小機械部品」という）、微小機械部品を動作させる電子部品などとを有している。微小機械部品は、一般的に、マイクロマシニング技術によって製造することができる。微小機械部品の具体例は、例えば、リレイ、センサなどであり、これらの微小機械部品を搭載した電子デバイスは、情報通信、自動車、家電製品、産業機械などの分野で有利に利用することができる。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子搭載デバイスの例をいくつか参照すると、例えば、図１に示すようなチップ封止型半導体デバイスが公知である（特許文献１を参照されたい）。この半導体デバイスでは、半導体基板１５１上にＩＣチップ１５２が形成されており、さらにそれを覆うように、幅広の金属ブリッジ（Ａｕリボン）１０８が形成されている。金属ブリッジ１０８は、半導体基板１５１にボンディンググランド（Ａｌ）１５５を介して溶融接合されている。なお、金属ブリッジ１０８を形成する場合、キャビティ１０９内のボンディングワイヤ１５３等と接触しないように注意することが必要である。金属ブリッジ１０８には、エポキシ樹脂１１０で封止した後、導電性ペースト１１１が塗布される。このように構成することによって、金属ブリッジ１０８及びエポキシ樹脂１１０で保護機能を確保した上に、導電性ペースト１１１でノイズシールド効果を達成することができる。半導体基板１５１上のＩＣチップ１５２は、マイクロマシン、例えばマイクロモータのロータ部などであってもよい。
【０００４】
また、図２に示すように、ワイヤボンディングの不都合を解消することを目的として発明された表面実装型チップスケールパッケージも公知である（特許文献２を参照されたい）。このパッケ−ジンの場合、素子用第１基板（シリコン基板等）２０６の上に各種のＭＥＭＳ素子が形成された素子活性領域２０７が存在する。また、素子用第１基板２０６には、図示のように、ガラス又はセラミック２１３が充填されたカバー用第２基板（シリコン、ステンレス鋼、コバールＴＭ、銅等）２１２が導電性接合物質層２１０により封着されている。導電性接合物質２１０は、例えば、はんだ、金、異方性導電性シート、導電性エポキシ樹脂などである。したがって、カバー用第２基板２１２の封着は、例えばはんだ付け、シート接合、エポキシ接着、アノ−ディックボンディングなどで行うことができる。このような封着により、キャビティ２０８が形成される。また、この封着のとき、それぞれＡｕ、Ａｌ等で形成された素子電極２０９と下部電極２１１が導電性接合物質層２１０により通電されるように接合される。また、Ａｕ、Ａｌ等で形成された外部配線用電極２１４は、カバー用第２基板２１２により素子電極２０９と電気的に連結される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１８４６０８号公報（図６、段落番号００２０）
【特許文献２】
特開２００２−４３４６３号公報（図２、段落番号００１０〜００２０）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、上記したように、ＭＥＭＳ素子やその他の機能素子をパッケージ等の基板上に搭載して電子デバイスを製造する時、機能素子を基板上に接着剤や接着シートなどで固着した後、金ワイヤ等のボンディングワイヤで配線接続を行い、最後に蓋体（リッド）を接着剤（例えば、エポキシ系の接着剤）やロウ付け（例えば、銀ペースト）などの接合手段によって固定する方法が一般的に使用されている。通常、接合手段を蓋体の四隅に塗布した後、蓋体を基板に貼付し、加熱して固定を行っている。しかし、この固定方法では、次のような多くの問題点が解決課題として残されている。
（１）ワイヤボンディング方式を採用しているので、パッケージサイズが大きくなる。
（２）接着剤を接合手段に使用しているので、その硬化のために高められた温度で熱処理することが必要であり、熱による素子の劣化や、加熱時に発生する接着剤由来の分解ガスによる素子特性に対する悪影響が発生する。このような加熱による悪影響は、特に、ＭＥＭＳ素子のように駆動部品等をそなえる機能素子を搭載した電子デバイスにおいて重要な問題である。
（３）ＭＥＭＳ素子に組み合わせて駆動部品、例えば駆動ＩＣなどを使用する場合、ＭＥＭＳ素子を搭載したパッケージのほかに駆動部品などを搭載したパッケージが必要であり、複雑な構造や歩留まりの低下、製造コストのアップなどをさけることができない。
（４）樹脂封止や、金属ブリッジを使用した方法では、デバイスの完全な気密封止を得ることができない。
【０００７】
本発明の目的は、これらの問題点を解決して、小型かつコンパクトであり、加熱処理に原因した素子特性の劣化等がなく、しかも気密封止も完璧な、ＭＥＭＳ素子やその他の機能素子を搭載した電子デバイスを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、製造工程がシンプルであり、実施も容易な、本発明の電子デバイスの製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、また、電子デバイスの製造に有用な、蓋体の固定方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の上記したような目的やその他の目的は、以下の詳細な説明から容易に理解することができるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その１つの面において、微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とが基板上に形成されたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスであって、
前記基板と、その基板の能動面を覆って接合された蓋体とをもって、前記微小機械部品のための動作空間が規定されており、かつ
前記基板と前記蓋体の接合部において、前記電子部品と前記蓋体の配線パターンが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にある。
【００１２】
また、本発明は、そのもう１つの面において、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とを基板上に作り込んで前記システム素子を形成する工程、及び
前記基板に、その基板の能動面を覆って、配線パターンを備えた蓋体を接合して、前記微小機械部品のための動作空間を規定するとともに、前記基板と前記蓋体の接合部において、前記電子部品と前記蓋体の配線パターンを電気的に接続する工程、
を含んでなることを特徴とする電子デバイスの製造方法にある。
【００１３】
さらに、本発明は、そのもう１つの面において、機能素子を搭載した電子デバイスであって、
デバイス本体と、それを覆う蓋体とをもって素子搭載空間が規定されており、
前記デバイス本体と前記蓋体とが、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周を間断なく当接させて形成された連続した超音波接合部によって気密封止されており、
気密封止された前記素子搭載空間の内部に、前記デバイス本体及び（又は）前記蓋体に固定された前記機能素子が配置されており、かつ
前記機能素子が、外部の素子等と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にある。
【００１４】
さらにまた、本発明は、そのもう１つの面において、機能素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
デバイス本体及び（又は）蓋体に前記機能素子を固定する工程、及び
前記デバイス本体と前記蓋体とを接合して素子搭載空間を規定するとともに、前記デバイス本体と前記蓋体とを、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周において間断なく当接させて連続した超音波接合部を形成し、これによって、前記素子搭載空間を気密封止する工程、
を含んでなることを特徴とする電子デバイスの製造方法にある。
【００１５】
さらに加えて、本発明は、別の面から、機能素子を搭載した電子デバイスに蓋体を被覆し、固定する方法であって、
前記機能素子を搭載したデバイス本体の外周部に予め定められたパターンで固定領域を形成し、前記固定領域に前記蓋体の対応部分を当接させ、そして超音波接合によって前記デバイス本体と前記蓋体とを気密封止することを特徴とする電子デバイスにおける蓋体の固定方法にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子やその他の機能素子を搭載した電子デバイスとその製造方法、そして電子デバイスにおける蓋体の固定方法にある。以下、これらの発明をそれらの好ましい実施の形態について説明する。
【００１７】
本発明の電子デバイスは、情報通信、自動車、家電製品、産業機械などの分野において広く使用されている各種の電子デバイスを包含する。ここでいう「電子デバイス」は、一般的には、デバイス本体としての基板と、その基板の表面、裏面及び（又は）内部に搭載された少なくとも１個の機能素子と、前記基板の機能素子搭載面を覆った蓋体（リッド、カバーなどともいう）とから構成される。これらの電子デバイスは、必要ならば、放熱板などの追加の部材を有していてもよい。また、必要ならば、蓋体の表面、裏面及び（又は）内部にも機能素子が搭載されていてもよい。もちろん、これらの電子デバイスには、配線、電極、外部端子などの常用のデバイス要素を取り付けることができる。
【００１８】
本発明の電子デバイスにおいて、それに搭載する機能素子は、大別して、２種類からなる。
【００１９】
第１の機能素子は、ＭＥＭＳ素子であり、通常、マイクロマシニング技術あるいはその他の技術によって製造される微細加工した素子のすべてを包含する。ＭＥＭＳ素子は、通常、例えばシリコン基板のような半導体基板あるいはその他の基板の能動面上に、半導体デバイスの製造プロセスと同様なプロセスを用いて、微小機械部品を作り込むと同時に、その微小機械部品を動作させる電子部品（例えば、電子回路など）を作り込むことによって、製造することができる。ＭＥＭＳ素子用の微小機械部品の具体例は、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、例えば電子回路、半導体チップ、リレイ、センサ、キャパシタ、インダクタ、アクチュエータなどを包含する。これらの微小機械部品は、単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、これらの微小機械部品は、好ましいことに、その他の機能部品、例えば駆動ＩＣ等の駆動部品やキャパシタ、レジスタ等の受動部品などと組み合わせて使用するとき、両部品を近接させて配置でき、処理の高速化、デバイスの小型化などの利点を達成することができる。ＭＥＭＳ素子を搭載した電子デバイスは、以下、「ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス」という。
【００２０】
第２の機能素子は、ＭＥＭＳ素子以外の機能素子、すなわち、「その他の機能素子」である。ここで、「その他の機能素子」とは、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、例えば、電子回路、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体チップ、リレイ、センサ、キャパシタ、インダクタ、アクチュエータ、バイオチップなどを包含する。また、このような「その他の機能素子」を搭載した電子デバイスは、以下、「機能素子搭載電子デバイス」という。なお、本願明細書において特に断らないで「機能素子」と言った場合、ＭＥＭＳ素子及びその他の機能素子の両者を包含するものとする。
【００２１】
以下で詳細に説明するように、本発明の電子デバイスでは、ＭＥＭＳ素子やその他の機能素子を搭載する際にワイヤボンディングを使用しないですむので、パッケージの小型化、コンパクト化を図ることができ、また、ＭＥＭＳ素子などと駆動ＩＣ、受動部品等とを基板上に一体的に形成できるので、デバイスの小型化、高速処理を実現することができる。さらに、ウエハレベルパッケージのプロセスでデバイスを製造することが可能となり、コストダウンとテストの容易化を達成することができる。
【００２２】
また、基板と蓋体を、接着剤や接着シートを使用しないで超音波接合によって結合するので、接合強度を高めることができるばかりでなく、形成される微小機械部品のための動作空間あるいは素子搭載空間により高い気密封止度を付与することができる。また、超音波接合は通常室温から約１００℃〜約１５０℃の比較的に低い温度で実施できるので、接着剤などを使用した時に避けることができなかった、処理中における不所望な分解ガスの発生や、そのようなガスの動作空間あるいは素子搭載空間内への充満といった不都合を防止することができる。
【００２３】
最初に、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスについて説明する。
【００２４】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、デバイス本体（以下、ＭＥＭＳ基板という）と、そのＭＥＭＳ基板の表面を覆う蓋体とをもって素子搭載空間が規定されている。この素子搭載空間は、特に、微小機械部品の動作のために必要な空間であり、本明細書では、したがって、「動作空間」ともいう。ＭＥＭＳ基板と蓋体により規定される動作空間は、微小機械部品、ＭＥＭＳ基板及び蓋体の形状に応じていろいろな形態を有することができるけれども、デバイスのコンパクト化や加工の容易性などを考慮した場合、立方体、円筒体などが有利である。また、かかる動作空間を形成したり、その空間を拡張したりするため、比較的に肉厚の基板もしくは蓋体を用意して、その所定の位置にキャビティ（動作空間側に面した凹部）を形成してもよい。キャビティは、ＭＥＭＳ基板や蓋体の材質などに応じて、例えば、エッチングなどの化学的処理や、ドリリングなどの機械加工で形成することができる。キャビティの部分にＭＥＭＳ素子を収めることで、得られる電子デバイスを小型化することができる。
【００２５】
ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスにおいて、ＭＥＭＳ基板は、いろいろな材料から形成することができる。適当な基板材料として、例えばシリコンなどの半導体材料を挙げることができる。また、かかる基板の表面に、例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜や、その他の機能を奏する皮膜を追加的に形成して使用してもよい。さらに、必要ならば、片面もしくは両面銅張り積層板、ビルトアップ配線板などをＭＥＭＳ基板として使用してもよい。
【００２６】
ＭＥＭＳ基板と組み合わせて使用される蓋体も、基板と同様に、特定の材料に限定されるわけではなく、一般的には、電子デバイスなどのデバイスにおいて蓋体として常用のいろいろな材料から形成することができる。適当な蓋体材料として、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、シリコン、サファイア、ガラス等の無機材料、ガラスエポキシ、エポキシ樹脂等の有機樹脂材料、ステンレス鋼、銅等の金属材料やその他の材料を挙げることができる。これらの蓋体材料は、通常、単独で使用されるけれども、必要に応じて、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、かかる蓋体もしくはその一部を光学材料、例えばガラス板やレンズなどで置き換えて、気密封止機能に追加して光学機能を得ることもできる。さらに、必要ならば、かかる蓋体の表面に追加の皮膜を形成したり、防錆等の処理を施してもよい。
【００２７】
ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスにおいて、ＭＥＭＳ基板と蓋体を接合することによって動作空間が形成される。動作空間は、好ましくは、ＭＥＭＳ基板と蓋体との超音波接合により形成される。形成される動作空間は、超音波接合部によって気密に封止され、高度の真空に保たれる。また、超音波接合には接着剤や高温処理が必要ないので、素子特性が劣化することもなければ、素子特性に悪影響を及ぼす分解ガスが動作空間の内部に充満するようなことはない。
【００２８】
別の態様によれば、ＭＥＭＳ基板及び蓋体に組み合わせて、それらの部材の中間で両者を接合する中間部材、いわば第２の基板、を使用することができる。中間部材の形態は、特に限定されるものではなく、平板でもそれ以外の形であってもよい。平板状の中間部材のほぼ中央の位置に開口部を設け、その開口部を動作空間の一部として機能させるのが好ましい。
【００２９】
中間部材は、いろいろな材料から形成することができる。適当な中間部材の材料としては、以下に列挙するものに限定されないけれども、例えばシリコン、ガラス等の無機材料、ガラスエポキシ等の有機樹脂材料、金属材料などを挙げることができる。さもなければ、例えば銅張り積層板などの各種のプリント配線基板を中間部材として使用してもよい。なお、かかる中間部材における開口部の形成は、ドリリング、エッチングなどの常用の技法を使用することができる。
【００３０】
超音波接合は、常法に従って行うことができる。例えば、処理環境は、通常、室温でよく、必要ならば、約１００℃までもしくは約１５０℃までの比較的に低い温度で実施してもよい。その他の超音波接合に好適な条件としては、例えば、
振幅周波数 約５０〜１００ｋＨｚ
振幅 約１〜１０μｍ
圧力 約１〜１，０００ｇ／ｍｍ２
を挙げることができる。
【００３１】
ところで、ＭＥＭＳ基板と蓋体の間、ＭＥＭＳ基板と中間部材の間、中間部材と蓋体の間、あるいはその他の部材間で本発明に従い超音波接合を行う場合、それぞれの部材の表面を清浄にしてから処理を行うのが好ましい。より強力に両者を結合させることができるからである。また、ＭＥＭＳ基板、蓋体、中間部材等の材質によっては部材どうしが結合しないかもしくは良好に結合しない場合があるので、あるいは、両者の結合強度をより高めるため、ＭＥＭＳ基板、蓋体、中間部材等の部材の少なくとも一方に、好ましくはすべてに、接合強化のための結合媒体を接合部位に選択的に付与した後に、超音波接合を実施するのが好ましい。
【００３２】
超音波接合を補助し得る結合媒体は、特に限定されるわけではないけれども、通常、めっき、バンプなどの形態であるのが有利である。これらの結合媒体は、通常、導体金属から有利に形成することができる。適当な導体金属として、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、金、アルミニウム、銅又はその合金を挙げることができる。また、例えば導体めっきは、単層であってもよく、２層もしくはそれ以上の多層構造であってもよい。多層構造のめっきを結合媒体として利用した場合、下地に対する結合力と相手方に対する結合力をそれぞれ最大限に引き上げることができるので、好適である。
【００３３】
超音波接合の好ましい一例を説明すると、ＭＥＭＳ素子の電極は、一般的にアルミニウムあるいは銅からなる。したがって、この電極に超音波接合により蓋体の配線パターンを接合する場合、例えば、電極に金めっきを施し、配線パターンに形成した金のバンプを接合することにより、Ａｕ−Ａｕ接合を行うことができる。また、アルミニウムからなる電極に、配線パターンに形成した金のバンプを接合することにより、Ａｕ−Ａｌ接合を行ってもよい。さらに、電極に金めっきを施し、銅からなる配線パターンを接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行うか、銅からなる電極に、配線パターンに形成した金のバンプを接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行ってもよい。すなわち、本発明の実施において、超音波接合はいろいろな形態で実施できる。
【００３４】
さらに、ＭＥＭＳ基板、蓋体、中間部材等は、接合すべき２つの部材のどちらもが同じ形態、例えば導体めっき又は導体バンプを有していてもよく、さもなければ、一方に導体めっきを有し、他方に導体バンプを有していてもよい。導体めっきや導体バンプの形成方法は、よく知られているので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３５】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、ＭＥＭＳ基板、蓋体及び必要に応じて中間部材を接合（好ましくは超音波接合）して気密封止された動作空間を形成することに加えて、その動作空間の内部において、微小機械部品を任意の手段で基板上に固定もしくは作り込むことができる。マイクロマシニング技術が一般的に有用である。別法によれば、微小機械部品をＭＥＭＳ基板に対してフリップチップ接続をもって固定してもよい。ここで、フリップチップ接続は、常法に従って、例えば、導体バンプやはんだボールを介して実施することができる。この接続法を利用することによって、素子搭載領域を小さくし、デバイスの小型化を図ることができるばかりでなく、ワイヤボンディング法に見られるワイヤ接触などの不都合も回避することができる。
【００３６】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、ＭＥＭＳ素子用の微小機械部品を独立して使用できることはもちろんのこと、好ましいことに、他の機能部品、例えば受動部品、駆動部品（駆動ＩＣ）などと組み合わせて有利に使用することができる。本発明の電子デバイスでは、これらの組み合わせを両者を接近させた状態で実現できるので、処理速度の高速化、ノイズ発生の防止、デバイスの小型化などを達成することができる。
【００３７】
また、本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、それに組み込まれた微小機械部品やその他の機能部品を各種の外部回路、素子などと接続するため、ＭＥＭＳ基板、蓋体あるいは中間部材に、それ（それら）を厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアを設けるのが好ましい。導体充填ビアを形成することにより、デバイス内の接続線路を短縮し、高速化、ノイズの防止などを図ることができるからである。また、かかる導体充填ビアの形成と組み合わせて、再配線などを形成してもよい。複数の処理を同一の工程で同時に実施でき、工程の短縮やコストダウンを図ることができるからである。導体充填ビアの端面（露出面）には、外部接続端子（例えば、Ａｕバンプ）などを設けるのが有利である。
【００３８】
導体充填ビアの形成は、常法に従って行うことができる。例えば、基板や蓋体の所定の部位にスルーホールを形成した後、例えば金、アルミニウム、銅又はその合金などの導体金属を充填することによって、導体充填ビアを有利に形成することができる。また、導体金属の充填と同時進行で、再配線などの配線パターンを形成することもできる。
【００３９】
本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスでは、その超音波接合部の外側に、それを取り囲んで結合せしめられた封止樹脂がさらに存在するのが有利である。かかる封止樹脂は、特に、超音波接合部の外側に間断なく形成されていることが好ましい。これによって、超音波接合部の強度を高めるとともに、気密封止の効果も高めることができるからである。封止樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などであり、ポッティングなどで所定量をディスペンスすることができる。
【００４０】
さらに、気密封止された動作空間の形成をより確実なものとなすため、ＭＥＭＳ基板、蓋体及び必要に応じて中間部材が、それぞれの部材の、動作空間の側の外周を間断なく当接させて形成された第２の連続した超音波接合部をさらに有しているように構成するのが好ましい。超音波接合は、上記のようにして実施することができる。また、第２の連続した超音波接合部の外側にも、その強化などのため、超音波接合部を取り囲んで封止樹脂を適用し、硬化させるのが有利である。
【００４１】
第２の超音波接合部は、好ましくは、細幅で途切れのない枠の形で形成することができ、特に、シールリング（例えば、バンプ等）や導体めっきなどから有利に形成することができる。この超音波接合部の枠幅は、特に限定されるわけではないけれども、電子デバイスの小型化のため、一般的に約２ｍｍもしくはそれ以下であることが好ましく、さらに好ましくは、約１ｍｍもしくはそれ以下である。例えば導体めっきどうしの接合によって超音波接合部を形成する場合、ＭＥＭＳ基板側のめっき皮膜を比較的に幅広に形成し、それに当接されるべき蓋体のめっき皮膜を比較的に幅狭に形成するのが、より強力かつ確実な超音波接合部を形成するのに有効であろう。
【００４２】
さらにまた、以下で具体的に説明するけれども、本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスは、チップレベルで１個ずつ製造してもよいけれども、電子デバイスの複数個をウエハレベルパッケージのプロセスで一括して製造し、その後に単個の電子デバイスに切り離すのが有利である。多数個の電子デバイスを一括して製造できるばかりでなく、製品の検査が容易に可能となり、製造コストも大幅に低減することができるからである。
【００４３】
本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスは、いろいろな手法に従って製造することができるけれども、好ましくは、下記の工程：
微小機械部品及びその微小機械部品の動作のための電子部品を基板上に作り込んでＭＥＭＳ基板（ＭＥＭＳ素子）を形成する工程、及び
前記ＭＥＭＳ基板と前記蓋体とを超音波接合により結合せしめて、密閉された動作空間を規定する工程、
を含むいろいろな方法によって製造することができる。
【００４４】
典型的には、本発明方法は、下記のような一連の工程：
（１）基板、例えばシリコン基板等の半導体基板を用意する工程、
（２）用意した基板の素子搭載面（能動面）あるいは動作空間の側の面に、目的とするパッケージのデザインに応じてスルーホール、キャビティ等を形成する工程、
（３）スルーホールに導体金属を充填したり、基板上に再配線パターンなどを形成したりする工程、
（４）超音波接合に供するため、導体金属のめっきやバンプなどを形成する工程、
（５）前記基板を切り離して、それぞれがキャビティ、導体充填ビア等を備えた基板からなるパッケージを得る工程（基板切り離し工程は、ウエハサイズパッケージのプロセスを利用する場合、後段の工程に委ねてもよい）、及び
（６）別に作製したＭＥＭＳ基板（ＭＥＭＳ素子）に前記パッケージを貼り合せ、超音波接合する工程、
によって有利に実施することができる。
【００４５】
また、この製造方法は一例であり、それぞれの工程は、本発明の範囲内でいろいろに変更することもできる。例えば、工程の順序を入れ替えたり、新たな工程を追加したりしてもよい。なお、個々の工程の詳細は、上述の電子デバイスの説明から容易に理解することができるであろう。
【００４６】
さらに具体的に説明すると、本発明のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス（ＭＥＭＳデバイス）は、例えばシリコン基板を蓋体として使用し、これにＭＥＭＳ基板（ＭＥＭＳ素子）を貼り付けてチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）を製造する場合、次のような手順で製造することができる。
〔蓋体の製造〕
１）シリコンウエハの用意
シリコンウエハを用意し、その表面を清浄に処理する。
２）スルーホール及びキャビティの形成
シリコンウエハのキャビティ形成面にレジストを塗布し、目的とするスルーホール及びキャビティのパターンに応じてレジスト膜をパターニングし、レジストマスクを得る。次いで、このレジストマスクを介してウエハのエッチングを行い、スルーホール及びキャビティを所望の形状及びサイズで得る。なお、キャビティの形成は、省略することもできる。
３）絶縁膜の形成
レジストマスクを溶解除去した後、シリコンウエハを酸化してその表面に絶縁膜（シリコン酸化膜）を形成する。
４）導体充填ビア及び再配線の形成
シリコンウエハのキャビティ面にレジストを塗布し、ビア及び再配線形成領域が露出するようにレジスト膜をパターニングし、レジストマスクを得る。次いで、このレジストマスクの存在において銅（Ｃｕ）めっきを行い、Ｃｕ充填ビア及び再配線を得る。このめっき工程で、必要に応じて、その他の配線や電極などを形成してもよい。
５）Ａｕバンプの形成
超音波接合時に結合媒体として使用するため、Ｃｕ充填ビアの端面にＡｕバンプを形成する。なお、必要ならば、Ａｕバンプに代えてＡｕめっきを形成してもよい。
６）シリコンウエハのダイシング
ウエハをダイサーなどで切り離す。それぞれがキャビティ、Ｃｕ充填ビア、再配線等を備えたシリコンチップを得る。このシリコンチップが、ＭＥＭＳデバイスの蓋体として使用される。なお、シリコンウエハに代えてシリコンチップからスタートしているような場合には、この処理工程は不要である。
〔ＭＥＭＳデバイスの製造〕
７）ＭＥＭＳ素子形成シリコン基板の用意
ＭＥＭＳ素子形成シリコン基板（ＭＥＭＳチップ）を別途製造し、用意する。ＭＥＭＳチップの外部接続端子の機能もかねる超音波接合部位（蓋体のＡｕバンプに対応する個所）には、超音波接合を確実なものとするために、例えばＡｕめっきを結合媒体として被着しておくのが好ましい。すなわち、好ましくはアルミニウム、銅からなるＭＥＭＳチップの外部接続端子に、例えばＡｕめっきなどを予め被着しておくのが好ましい。
８）ＭＥＭＳチップと蓋体の貼り合わせ
ＭＥＭＳチップと蓋体を正確に位置合わせして貼り合わせる。蓋体のＡｕバンプとＭＥＭＳチップのＡｕめっきが当接した状態が得られる。また、ＭＥＭＳチップと蓋体の間には、ＭＥＭＳの微小機械部品が動作可能な動作空間が確保される。
９）超音波接合
ＭＥＭＳチップに蓋体を貼り合せた状態で超音波接合を行う。超音波接合の条件は、例えば、処理温度：室温〜約１５０℃、振幅周波数：約５０〜１００ｋＨｚ、振幅：約１〜１０μｍ、圧力：約１〜１，０００ｇ／ｍｍ２である。
１０）樹脂封止
上記の工程で形成された超音波接合部をさらに強化するため、超音波接合部の外回りをさらに樹脂封止するのが好ましい。封止樹脂としては、例えば、絶縁性のエポキシ樹脂などを使用できる。
１１）外部接続端子の形成
外部接続端子として使用するため、例えば、蓋体の裏側（動作空間とは反対側の面）にはんだボール（例えば、Ｐｂ−Ｓｎボール、Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｎボールなど）を取り付ける。
【００４７】
以上のような一連の工程を経て、小型のＭＥＭＳデバイスが完成する。それぞれのデバイスは、所定の検査に合格した後、出荷可能である。
【００４８】
もう１つの面において、本発明は、機能素子を搭載するための素子搭載空間を超音波接合部によって気密封止したことを特徴とする機能素子搭載電子デバイスにある。この電子デバイスにおいて、機能素子は、上述の発明のようなＭＥＭＳ素子に限定されるわけではなくむしろ「その他の機能素子」（先に説明した）であるのが一般的である。また、機能素子を固定する手段は、フリップチップ接続、ワイヤボンディング接続や、その他の常用の接続方法であることができる。要するに、この電子デバイスの場合、デバイス本体（基板）と蓋体との結合を、高温加熱を必要とする接着剤の部分的塗布に代えて、それらの外周部に間断なく形成された超音波接合部によって行っていることに特徴がある。また、この超音波接合部は気密封止のためのものであり、別の超音波接合部を介して、機能素子を外部の素子等と電気的に接続できる。
【００４９】
本発明は、また、かかる機能素子搭載電子デバイスの製造方法にある。本発明のこの製造方法は、下記の工程：
デバイス本体及び（又は）蓋体に前記機能素子を固定する工程、及び
前記デバイス本体と前記蓋体とを接合して素子搭載空間を規定するとともに、前記デバイス本体と前記蓋体とを、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周において間断なく当接させて連続した超音波接合部を形成し、これによって、前記素子搭載空間を気密封止する工程、
を含んでなることに特徴がある。
【００５０】
本発明による機能素子搭載電子デバイス及びその製造方法は、前記したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス及びその製造方法に準じて実施することができる。
【００５１】
別の面において、本発明は、電子デバイスの製造における蓋体の固定方法にある。この発明では、電子デバイスの構成は特に限定されるものではなく、いかなる構造の電子デバイスにも本発明方法を適用することができる。典型的には、電子デバイスは、上記した電子デバイスと同様に、デバイス本体としての基板と、その基板の表面、裏面及び（又は）内部に搭載された少なくとも１個の機能素子と、前記基板の機能素子搭載面を覆った蓋体とから構成され、必要ならば、放熱板などの追加の部材を有していてもよく、また、蓋体の表面、裏面及び（又は）内部にも機能素子が搭載されていてもよい。さらに、基板や蓋体には、素子搭載空間を規定もしくは拡張するためのキャビティや、外部との電気的導通をとるための導体ビア（フィルド・ビア）、配線、電極、外部端子などが設けられていてもよい。
【００５２】
本発明による蓋体の固定方法は、機能素子を搭載したデバイス本体の外周部に予め定められたパターン、好ましくは幅狭のストライプパターンで固定領域を設定しておき、この固定領域に蓋体の対応部分を当接させ、さらに超音波接合によって気密封止することを特徴とする。固定領域は、前記した通り、めっき、バンプなどからなるのが好ましい。
【００５３】
本発明方法は、形成された超音波接合部の外側に、それを取り囲んで封止樹脂を適用し、結合せしめる工程をさらに含むことが好ましい。また、この固定方法は、デバイス本体及び蓋体のそれぞれの表面に導体めっき及び（又は）導体バンプを結合媒体として形成した後、それらの結合媒体を介して超音波接合を行うことが好ましい。さらに、この固定方法は、導体めっき及び（又は）導体バンプを、金、アルミニウム、銅又はその合金から形成することが好ましい。なお、これらの好ましい形態及びその他の形態は、上述の電子デバイス及びその製造方法の説明から容易に理解できるであろう。
【００５４】
【実施例】
引き続いて、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。なお、下記の実施例は、本発明を具体的に説明してその理解度を高めるためのものであり、本発明がこれらの実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。特に、本発明の実施において、下記の実施例に記載される工程を任意の組み合わせることによって、得られる作用効果を多様化することができるであろう。
【００５５】
図３は、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示した断面図である。図示の電子デバイス１０は、シリコン基板１と蓋体２によって規定された素子搭載空間（特に、動作空間）８に、マイクロカンチレバー４が微小機械部品として作り込まれている。また、図示していないが、シリコン基板１の能動面には、マイクロカンチレバー４とともに、それを動作させるための電子回路も作り込まれている。電子回路は、アルミニウム（Ａｌ）からなる電極３１を有している。図示の電子デバイス１０は、例えば、加速度計やマイクロジャイロなどのセンサとして使用することができる。
【００５６】
マイクロカンチレバー４は、シリコン基板１の能動面にマイクロマンニング技術によって作り込まれており、ボンディングワイヤなどは備えていない。よって、電子デバイス１０を図示のように小型化し、コンパクトに収めることができる。なお、マイクロカンチレバー４を取り付けた基板１は、以下、ＭＥＭＳ基板とも呼ぶ。
【００５７】
電子デバイス１０は、さらに超音波接合部３を備えている。超音波接合部３は、図示されかつ以下に図１１及び図１２を参照して説明するように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１と、蓋体（シリコン基板）２の加工によって形成された配線基板２０の銅配線パターン２６を、銅配線パターンに形成した金のバンプ２７を介して接続することによって形成されたものである。なお、このようなＡｕ−Ａｌ接合に代えて、Ａｕ−Ａｕ接合、Ａｕ−Ｃｕ接合なども採用することができる。超音波接合部３の外側は、それを取り囲むようにしてエポキシ樹脂３２で封止されている。また、配線基板２０の銅パッド２６には、外部接続端子（はんだボール）３３が取り付けられている。
【００５８】
図４は、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例を示したものである。この電子デバイス１０の場合、配線基板２０をシリコン基板２に代えて透明なガラス基板１２から形成している。このデバイス１０では、したがって、カンチレバー４に代えてＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等の光用ＭＥＭＳ素子などを搭載し、新たな光学デバイスを提供することができる。もちろん、透明なガラス基板ばかりでなく、光学レンズなども使用可能である。
【００５９】
ところで、図３及び図４では、配線基板２０のシリコン基板２あるいはガラス基板１２にキャビティ（凹部）を設けた例を示した。しかし、配線基板２０の配線パターン２６、バンプ２７及び電極３１の合計の厚みにより、マイクロカンチレバー４の動作に支障がない空間を得ることができる場合、基板におけるキャビティの形成を省略することができる。図２０は、図３のシリコン基板２からキャビティを除いた例である。なお、図示のような電子デバイス１０の場合、電極３１の厚さは数μｍ程度、配線パターン２６の厚さは数μｍ〜３０μｍ程度、そしてバンプ２７の厚さ（高さ）は１５〜３０μｍ程度（接合後は半分〜２／３に減少）である。
【００６０】
図５は、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの好ましい例を示したものである。この電子デバイス１０の場合、図３に示した電子デバイス１０の場合には超音波接合部３のみを有していたのに反して、図６に模式的に示すように、電気的接続のための超音波接合部３を取り囲むようにしてもう１つの、すなわち、第２の超音波接合部１３が形成されている。第２の超音波接合部１３は、気密封止のためのものであり、配線基板２０（ＭＥＭＳ基板１）の外周にそって枠状に形成されている。超音波接合部１３の枠幅（ｗ）は、所期の接合効果が得られる限り、狭いほうがより好ましく、通常、約２ｍｍもしくはそれ以下であり、さらに好ましくは、約１ｍｍもしくはそれ以下である。
【００６１】
第２の超音波接合部１３は、好ましくは超音波接合部３と同時に形成することができる。まず、ＭＥＭＳ基板１上に、枠状のパターン（シールリング）４１を形成しておく。このパターンも、ＭＥＭＳを製造する工程で作りこまれるため、図３及び図４の電極３１と同様にアルミニウムまたは銅からなる。
【００６２】
蓋体２には、銅からなる枠状のパターン（シールリング）４６を形成しておく。このパターンは、蓋体に配線パターン２６を形成する際に、配線パターン２６と同様に形成することができる。次いで、ＭＥＭＳの枠状のパターン４１と、蓋体２の枠状のパターン４６を接合する。この工程も、超音波接合部３と同様、金のバンプ４７を介して行うことができ、さもなければ、図示しないが、アルミニウムからなるパターン４１に、金めっきを施したパターン４６を接合することにより、Ａｕ−Ａｌ接合を行うか、パターン４１に金めっきを施し、銅からなるパターン４６を接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行うか、銅からなるパターン４１に、金めっきを施したパターン４６を接合することにより、Ａｕ−Ｃｕ接合を行うかなどして、有利に実施できる。なお、本例と図２０のようなキャビティのない例を組み合わせる場合、蓋体２とＭＥＭＳ基板１にシールリングとなるパターン４６及び４１を設ける際に、これらのパターン４６及び４１と、パターン接合のためのめっき（金めっき等）の厚さの合計が、ＭＥＭＳの動作に支障がない空間を得ることができる高さ（厚さ）以上であることが必要である。超音波接合部１３の外側には、図示していないが、エポキシ樹脂などの封止樹脂を被覆してもよい。配線基板２０の銅パッド２６には、外部接続端子（はんだボール）３３が取り付けられている。
【００６３】
図７は、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示したものである。図示の電子デバイス１０は、プリント配線板（両面銅張り積層板）６０に予め形成された開口部を素子搭載空間８として利用している。すなわち、プリント配線板６０は、本発明でいう「中間部材」に相当する。カンチレバー４を形成したＭＥＭＳ基板１と、プリント配線板６０の加工によって形成された配線基板７０と、蓋体（ステンレス板）６とを相互に超音波接合することによって、電子デバイス１０が完成している。
【００６４】
超音波接合部３は、図示されるように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１と、配線基板７０の銅配線パターン６２を、金バンプ６７を介して接続することによって形成されたものである。超音波接合部３の外側は、それを取り囲むようにしてエポキシ樹脂３２で封止されている。また、配線基板７０の銅配線パターン６２には、外部接続端子（はんだボール）６５も取り付けられている。さらに、配線基板７０の、銅箔をエッチングして形成された封止用パターン（シールリング）６３と蓋体（ステンレス板）７の間も超音波接合されている。図示されるように、蓋体６には配線パターンが設けられていない。
【００６５】
図８は、図７に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例を示したものである。この電子デバイス１０の場合、ステンレス板からなる蓋体６に代えて透明なガラス基板からなる蓋体７を使用している。このデバイス１０では、カンチレバー４に代えてＤＭＤ等の光用ＭＥＭＳ素子などを搭載し、新たな光学デバイスを提供することができる。もちろん、透明なガラス基板ばかりでなく、光学レンズなども使用可能である。図示されるように、蓋体７には配線パターンが設けられていない。
【００６６】
図３〜図８に示したＭＥＭＳ電子搭載電子デバイス１０では、動作空間８に微小機械部品（マイクロカンチレバー）４のみを配置した例を示した。しかし、ここでは図示しないが、ＭＥＭＳ基板１の能動面上に、微小機械部品を駆動するための半導体素子を搭載し、ＭＥＭＳ基板上の電極と接続し、蓋体で封止することもできる。半導体素子の搭載は、例えば、以下に図９及び図１０を参照して説明するような方法を用いることができる。
【００６７】
本発明は、前記したように、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス以外に、機能素子搭載電子デバイスも包含する。かかる電子デバイスの一例を、図９及び図１０を参照して説明する。
【００６８】
図９は、本発明による機能素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示したものである。この電子デバイス１０は、図３を参照して先に説明した電子デバイス１０に同様な構成を有しているが、本発明の作用効果をＭＥＭＳ素子以外で得るため、ＭＥＭＳ素子に代えて半導体素子（ＬＳＩチップ）５がフリップチップ接続で搭載されている。フリップチップ接続には、金バンプ１５が用いられている。なお、この種の電子デバイスでは、その超音波接合に由来する作用効果を十分に得ることができ、しかもワイヤボンディングによる不都合が発生しないのであるならば、図示のようなＬＳＩチップあるいはその他の機能素子をワイヤボンディングで接続してもよい。
【００６９】
図１０は、本発明による電子デバイスにおける蓋体固定方法の１つの好ましい例を示した断面図である。図示の機能素子搭載電子デバイス１０は、先に図５を参照して説明したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０と同様な構成を有している。しかし、本例の場合、ワイヤボンディングによる不都合が発生しないことが確認されたので、ＬＳＩチップ５を、ボンディングワイヤ１６を介して、基板１上に形成されたＡｌ電極３１と接続している。また、この電子デバイス１０の場合、図示されるように、電気的接続のための超音波接合部３と気密封止のための超音波接合部１３とが組み合わさって設けられている。
【００７０】
次いで、上記した電子デバイス及びその他の電子デバイスの数例について、それらの電子デバイスの製造例を具体的に説明する。
実施例１：
本例では、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好適な製造方法を図１１及び図１２を参照して説明する。
【００７１】
まず、図１１（Ａ）に示すように、シリコンウエハ２を用意し、洗浄、乾燥によってウエハ表面から塵埃などを除去する。
【００７２】
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、シリコンウエハ２の片面にフォトレジスト２１を所定の膜厚で塗布し、形成すべきキャビティ及びスルーホールに合わせてパターニングする。得られたレジストパターン２１をマスクとしてシリコンウエハ２をエッチングし、キャビティ１２及びスルーホール（未貫通の状態で）２４を形成する。
【００７３】
ここで、シリコンウエハのエッチングには、いろいろな方法を使用することができる。例えば、プラズマエッチング、スパッタエッチング、リアクティブイオンエッチングなどのドライエッチングプロセス、あるいはエッチング液を使用したウエットエッチングプロセスを使用することができる。プラズマエッチングの場合、例えば、ＣＦ４やＳＦ６などをエッチングガスとして使用できる。別法として、キャビティ１２をエッチングで形成し、スルーホール２４をＣО２レーザやＹＡＧレーザで形成してよい。
【００７４】
引き続いて、未貫通のスルーホール２４を貫通させるため、図１１（Ｃ）に示すように、キャビティを覆うようにフォトレジスト２３を塗布し直し、得られたレジストパターン２３をマスクとして再びエッチングを行う。
【００７５】
マスクとして使用したフォトレジストの皮膜を除去した後、図１１（Ｄ）に示すように、酸化性雰囲気中で加熱処理を行い、ここでは図示しないが、シリコンウエハ２の表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を絶縁膜として形成する。なお、シリコン酸化膜の形成については、図１３に、シリコンウエハ２の表面にＳｉＯ２膜２２を形成し、さらにスタッドバンプ２７を設けた例が示されているので、あわせて参照されたい。また、以下に図１１（Ｈ）を参照して説明する工程では、スタッドバンプ２７が銅充填ビア２６の直上に形成されているが、実際には、図１３に示すように、銅充填ビア２６の直上を避けた位置にスタッドバンプ２７を形成するのが好ましい。ビア２６の直上は、平坦性に問題がある場合があるからである。よって、外部接続端子としてのはんだボール３３も、図示のように、ビア２６の直上を避けて形成するのが好ましい。もちろん、平坦性に問題がなければ、スタッドバンプ２７とはんだボール３３をビア２６の直上に形成してもよい。
【００７６】
シリコン酸化膜の形成が完了した後、図示しないが、銅の無電解めっき（クロムと銅のスパッタなどでもよい）によって、引き続いて実施する電解めっきのための給電層を形成する。次いで、図１１（Ｅ）に示すように、フォトレジスト２５を所定の膜厚で塗布し、配線となる部分が露出するようにパターニングする。
【００７７】
次いで、図１１（Ｆ）に示すように、給電層から給電し、銅の電解めっきを行う。先の工程で得られたレジストパターン２５がマスクとして機能し、露出部分に金属層（銅層；銅の配線パターン）２６が形成される。銅は、スルーホール２４の内部にも充填され、銅充填ビア２６が形成される。配線パターン２６の形成には、例えば、サブトラクティブ法、アディティブ法等、各種の方法を使用できる。なお、この段階で、少なくとも配線パターン２６のパッドとなる部分には、銅の電解めっきの後にさらにニッケルめっき、金めっき等を施し、保護めっきを形成するのが好ましい。
【００７８】
使用済みのレジストパターンを剥離して除去した後、さらに給電層をエッチングによって除去する。図１１（Ｇ）に示すように、キャビティ１２及び配線パターン２６を備えたシリコンウエハ２が得られる。
【００７９】
引き続いて、図１１（Ｈ）に示すように、配線パターン２６のパッドに、ＭＥＭＳ素子搭載基板（ＭＥＭＳ基板）との接合用のバンプ２７を形成する。例えば、ワイヤボンディングによって金のスタッドバンプ２７を形成することができる。スタッドバンプ２７は、前記したように、ビア２６の直上を避けて形成するのが好ましい。
【００８０】
さらに続けて、シリコンウエハ２を切断線Ｃで切断して、個々の配線基板（パッケージ）２０に分離する。切断処理は、この技術分野で一般的に行われているように、例えばダイサーなどを使用して行うことができる。図１２（Ｉ）は、得られた配線基板２０の１個を示したものである。
【００８１】
次いで、図１２（Ｊ）に示すように、ＭＥＭＳ素子（マイクロカンチレバー）４を形成したシリコン基板（ＭＥＭＳ基板）１を配線基板２０と位置合わせする。位置合わせは、基板に予め付与しておいた見当などを利用することにより、容易にかつ正確に行うことができる。
【００８２】
位置合わせの完了後、図１２（Ｋ）に示すように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合する。超音波接合の条件は、任意に変更可能であるが、一般的には、処理温度：室温〜約１５０℃、振幅周波数：約５０〜１００ｋＨｚ、振幅：約１〜１０μｍ、圧力：約１〜１，０００ｇ／ｍｍ２が好適である。
【００８３】
超音波接合によってＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を接続した後、図１２（Ｌ）に示すように、形成された超音波接合部３の外側に、ディスペンサ（図示せず）によって封止樹脂（エポキシ樹脂）３２を注入し、封止を行う。
【００８４】
最後に、図１２（Ｍ）に示すように、配線基板２０の配線パターン２６のパッドに外部接続端子（はんだボール）３３を搭載する。はんだボール３３は、前記したように、ビア２６の直上を避けて搭載するのが好ましい。先に図３を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
【００８５】
以上に順を追って説明した電子デバイスの製造方法は、いろいろに変更することができる。例えば、配線基板２０の基板をシリコン基板からガラス基板に変更した場合、先に図４を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。なお、この場合には、シリコン基板を使用していないので、途中でシリコン酸化膜を形成する工程は不要となる。
実施例２：
本例では、前記実施例１に記載の手法に従い図５に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造する好適な方法を、図１４を参照して説明する。
【００８６】
本例の場合、前記実施例１に記載のようにして銅配線パターン２６及び金スタッドバンプ２７を形成することに加えて、図１４（Ａ）に示すように、配線基板２０の片面（ＭＥＭＳ基板と接合される側）に、枠状の封止用パターン（シールリング）４６を銅の電解めっきによって形成し、その上にさらに、めっき層（例えば、スズめっき、金めっき等）４７を形成する。なお、金スタッドバンプ２７に代えて、金めっきによるバンプをめっき層４７の形成と同時に形成してもよい。
【００８７】
配線基板２０の他、ＭＥＭＳ基板１にも同様な処理を施す。すなわち、図１４（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ基板１の上面にＡｌ電極３１を形成することに加えて、配線基板２０のシールリング４６に対応する位置に、枠状の封止用パターン（シールリング）４１をアルミニウム、銅などから形成する。
【００８８】
上記のようにして配線基板２０及びＭＥＭＳ基板１の処理が完了した後、図１４（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ素子４を搭載したＭＥＭＳ基板１を配線基板２０と位置合わせする。
【００８９】
位置合わせの完了後、図１４（Ｃ）に示すように、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合して第１の超音波接合部３を形成すると同時に、ＭＥＭＳ基板１のシールリング４１を配線基板２０のシールリング４６と金めっき４７を介して超音波接合して第２の超音波接合部１３を形成する。超音波接合の条件は、２つの接合部位の条件を考慮して任意に選択する。
【００９０】
超音波接合によってＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を第１の超音波接合部３及び第２の超音波接合部１３で接続した後、図１４（Ｄ）に示すように、配線基板２０の配線パターン２６のパッドに外部接続端子（はんだボール）３３を搭載する。先に図５を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
実施例３：
本例では、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例とその好適な製造方法を、図１５を参照して説明する。本例に記載の製造方法を使用すると、シリコンウエハに半導体回路を作り込んだり、薄膜工程等により、キャパシタ、レジスタ等の受動素子を形成することにより、より多機能な電子デバイスを提供することができる。また、本例ではシリコンウエハを使用しているが、これに代えてガラス基板やその他の基板を使用できることは、言うまでもない。
【００９１】
図１５（Ａ）に示すように、シリコンウエハ２を用意し、その裏面（キャビティ形成側の裏面）に半導体回路２８を造り込む。次いで、図１５（Ｂ）に示すように、シリコンウエハ２の片面にフォトレジスト２１を所定の膜厚で塗布し、形成すべきキャビティ及びスルーホールに合わせてパターニングする。得られたレジストパターン２１をマスクとしてシリコンウエハ２をエッチングし、キャビティ１２及びスルーホール（未貫通の状態で）２４を形成する。
【００９２】
その後、ここでは図示しないが、図１１及び図１２を参照して説明した一連の工程を経てＭＥＭＳ基板１及び配線基板２０を完成した後、図１５（Ｃ）に示すようにＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を超音波接合する。すなわち、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合する。
【００９３】
次いで、形成された超音波接合部３の外側に封止樹脂（エポキシ樹脂）３２を注入し、封止を行う。その後、配線基板２０の配線パターン２６のパッドに外部接続端子（はんだボール）３３を搭載する。
【００９４】
上記のようにして、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。ここで、配線基板２０の配線パターン２６は、半導体回路２８や、キャパシタ、レジスタ等の受動素子（図示せず）と接続するように形成されている。
実施例４：
本例では、図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの変形例とその好適な製造方法を、図１６を参照して説明する。本例に記載の製造方法を使用すると、多層配線構造をもったコンパクトで高性能な電子デバイスを提供することができる。また、本例ではシリコンウエハを使用しているが、これに代えてガラス基板やその他の基板を使用できることは、言うまでもない。
【００９５】
前記実施例１に記載のようにしてシリコンウエハ２にキャビティ１２及び銅配線パターン（銅充填ビア）２６を形成した後もしくはその途中の段階で、図１６（Ａ）に示すように、シリコンウエハ２の裏面（キャビティ１２とは反対側の面）にグランドプレーン２９を形成する。
【００９６】
次いで、図１６（Ｂ）に示すように、絶縁層５１、配線層５２及び絶縁層５３を順次形成して多層配線構造とする。
【００９７】
多層配線構造の形成において、絶縁層５１及び５３は、それぞれ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂の塗布や、これらの樹脂のフィルムの積層によって形成することができる。
【００９８】
また、配線層（配線パターン）５２は、例えば、次のような手法によって形成することができる。
【００９９】
絶縁層をレーザ加工し、下地の配線パターンが底面に露出するようにビアを形成する。なお、感光性樹脂を絶縁層に用いる場合、絶縁層の露光及び現像によってビアを形成することができる。
【０１００】
次いで、絶縁層の表面（ビア内部を含む）に、銅の無電解めっきや、クロムと銅のスパッタにより、電解めっきの際の給電層を形成し、さらに、配線となる部分が露出したレジストパターンを形成する。
【０１０１】
引き続いて、給電層から給電し、銅の電解めっきを施して、金属層（配線層）を形成する。先に形成したレジストパターンは、めっきの際のマスクとして働く。また、上記のようにして銅の電解めっきを完了した後、ニッケルめっき、金めっき等の保護めっきを施す。
【０１０２】
その後、使用済みのレジストパターンを剥離し、さらに給電層をエッチングで除去すると、目的とする配線パターン５２が得られる。絶縁層５１のビア内部は、銅で充填されている。なお、この配線パターン５２の形成は、例えば、サブトラクティブ法、アディティブ法などで行うことができる。
【０１０３】
その後、ここでは図示しないが、図１１及び図１２を参照して先に説明した一連の工程を経てＭＥＭＳ基板１及び配線基板２０を完成した後、図１６（Ｃ）に示すようにＭＥＭＳ基板１と配線基板２０を超音波接合する。すなわち、ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板２０の配線パターン２６と金バンプ２７を介して超音波接合する。また、形成された超音波接合部３の外側をエポキシ樹脂３２で封止する。さらに、配線基板２０の露出した配線パターン５２には、それぞれ、外部接続端子（はんだボール）５４を搭載する。
実施例５：
本例では、ウエハレベルパッケージのプロセスを使用して図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造する３方法を、図１７を参照して説明する。
第１の製造方法：
図１７（Ａ）に示すように、複数個のＭＥＭＳ素子４が形成されたシリコンウエハ４０に、前記実施例１に記載の手法によって作製した個片の配線基板２０を前記実施例１に記載のようにして接続し、超音波接続部３を形成する。ディスペンサでエポキシ樹脂３２を注入し、封止した後、切断線Ｃに沿ってシリコンウエハ１をダイシングする。図３に示したような、個々のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスが得られる。
第２の製造方法：
図１７（Ｂ）に示すように、複数個の配線基板２０が形成された大判の配線基板５０を用意する。配線基板５０は、前記実施例１に記載の手法によって作製できる。次いで、この大型の配線基板５０に、それぞれＭＥＭＳ素子４が形成された個片のＭＥＭＳ基板１を接続し、超音波接続部３を形成する。ディスペンサでエポキシ樹脂３２を注入し、封止した後、切断線Ｃに沿って配線基板５０をダイシングする。図３に示したような、個々のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスが得られる。
第３の製造方法：
図１７（Ｃ）に示すように、複数個のＭＥＭＳ素子４が形成されたシリコンウエハ４０及び複数個の配線基板２０が形成された大判の配線基板５０を用意する。配線基板５０は、前記実施例１に記載の手法によって作製できる。次いで、この大型の配線基板５０とシリコンウエハ４０を接続し、超音波接続部３を形成する。次いで、切断線Ｃに沿って配線基板５０とシリコンウエハ４０をダイシングし、さらにディスペンサでエポキシ樹脂（図示せず）を注入し、封止すると、図３に示したような、個々のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスが得られる。
実施例６：
本例では、図７に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法を、図１８を参照して説明する。
【０１０４】
まず、図１８（Ａ）に示すように、エポキシ樹脂を含浸させたガラスプリプレグに銅箔６１を貼り付けた、両面銅張り積層板６０を用意する。
【０１０５】
次いで、図１８（Ｂ）に示すように、銅箔６１をエッチングし、配線パターン６２及び封止用パターン（シールリング）６３を形成する。さらに、ソルダレジスト６４を所定の膜厚で形成する。配線パターン６２において、ソルダレジスト６４から露出している部分には、図示しないが、ニッケルめっきや金めっきを施す。
【０１０６】
次いで、図１８（Ｃ）に示すように、ザグリ加工によって開口部１８を形成する。なお、開口部１８の形成は、ザグリ加工に代えて、プレスによる打ち抜きなどによって形成することもできる。
【０１０７】
開口部の形成が完了した後、積層板６０をそれぞれの切断線Ｃに沿って切断する。図１８（Ｄ）に示すように、個々の配線基板７０が得られる。
【０１０８】
次いで、図１８（Ｅ）に示すように、ＭＥＭＳ素子４を搭載したＭＥＭＳ基板１を配線基板７０と位置合わせし、超音波接合する。ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板７０の配線パターン６２が金バンプ６７を介して接続され、超音波接合部３が完成する。超音波接合部３の外側には、図示のように、エポキシ樹脂３２を注入し、封止する。
【０１０９】
その後、図１８（Ｆ）に示すように、キャビティ８を蓋体（ステンレス板）６で閉塞するとともに、蓋体６と配線基板７０のシールリング６３の間も超音波接合する。ＭＥＭＳ素子４を搭載したキャビティ８が、完全に密閉された状態となる。また、配線基板７０の露出した配線パターン６２には、外部接続端子（はんだボール）６５を搭載する。先に図７を参照して説明したようなＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
【０１１０】
ところで、上記した製造方法は、前記実施例５に記載の手法を利用することによって、より効率よく、かつ低コストで実施することができる。
【０１１１】
また、本例では中間部材として使用するために両面銅張り積層板を使用したが、それの代わりに、例えばシリコン基板やガラス基板を使用して、同様な構造のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造することもできる。この場合、配線パターンの形成や、開口部の形成は、前記実施例１に記載の手法を使用することができる。
実施例７：
本例では、本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの好ましい例とその好適な製造方法を、図１９を参照して説明する。
【０１１２】
まず、図１９（Ａ）に示すように、エポキシ樹脂を含浸させたガラスプリプレグに銅箔６１を貼り付けた、両面銅張り積層板６０を用意する。
【０１１３】
次いで、図１９（Ｂ）に示すように、積層板６０の所定の部位にスルーホール６６を形成する。スルーホール６６は、例えば、ドリリングによって形成することができる。
【０１１４】
引き続いて、図１９（Ｃ）に示すように、一般的なプリント配線基板の配線形成方法（例えば、サブトラクティブ法など）を使用して、めっきとエッチングにより、配線パターン６２及び封止用パターン（シールリング）６３を形成する。さらに、ソルダレジスト６４を所定の膜厚で形成する。配線パターン６２において、ソルダレジスト６４から露出している部分には、図示しないが、ニッケルめっきや金めっきを施す。
【０１１５】
次いで、図１９（Ｄ）に示すように、ザグリ加工によって開口部１８を形成する。なお、開口部１８の形成は、ザグリ加工に代えて、プレスによる打ち抜きなどによって形成することもできる。
【０１１６】
開口部の形成が完了した後、積層板６０をそれぞれの切断線Ｃに沿って切断する。図１９（Ｅ）に示すように、個々の配線基板７０が得られる。
【０１１７】
次いで、図１９（Ｆ）に示すように、ＭＥＭＳ素子４を搭載したＭＥＭＳ基板１を配線基板７０と位置合わせし、超音波接合する。ＭＥＭＳ基板１のＡｌ電極３１を配線基板７０の配線パターン６２が金バンプ６７を介して接続され、超音波接合部３が完成する。超音波接合部３の外側には、図示のように、エポキシ樹脂３２を注入し、封止する。
【０１１８】
その後、図１９（Ｇ）に示すように、キャビティ８を蓋体（ステンレス板）６で閉塞するとともに、蓋体６と配線基板７０のシールリング６３の間も超音波接合する。ＭＥＭＳ素子４を搭載したキャビティ８が、完全に密閉された状態となる。また、配線基板７０の露出した配線パターン６２には、外部接続端子（はんだボール）６５を搭載する。このようにして、ＭＥＭＳ素子搭載電子デバイス１０が完成する。
【０１１９】
ところで、上記した製造方法は、前記実施例５に記載の手法を利用することによって、より効率よく、かつ低コストで実施することができる。
【０１２０】
また、本例では中間部材として使用するために両面銅張り積層板を使用したが、それの代わりに、例えばシリコン基板やガラス基板を使用して、同様な構造のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスを製造することもできる。この場合、配線パターンの形成や、開口部の形成は、前記実施例１に記載の手法を使用することができる。
【０１２１】
以上、本発明を添付の図面を参照しながら特にその好ましい実施例について説明した。ところで、図示の各電子デバイスでは、蓋体の縁部にだけパッド（配線パターン）が形成され、そのパッド上にバンプが形成されているが、本発明の電子デバイスは、いろいろに変更可能である。例えば、蓋体２の上面に配線パターン２６を引き回し、アレイ状に多数のパッド（配線パターン）を設け、それぞれのパッド上にバンプを形成することもできる。
【０１２２】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明によれば、小型かつコンパクトな、ＳＥＭＳ素子等を搭載した電子デバイスが得られるばかりでなく、この電子デバイスは、加熱処理に原因した素子特性の劣化等がなく、しかも気密封止も完璧である。この電子デバイスは、特に、ＭＥＭＳ素子のように駆動部品を備えるために加熱処理と嫌う機能素子を搭載したものに好適である。
【０１２３】
また、本発明の電子デバイスの場合、その構成にフリップチップ接続部と超音波接合部を導入したので、ＭＥＭＳ素子と一体化した形でその他の機能素子、例えば駆動部品、パッシベーション部品等を組み込むことができ、デバイスの小型化、コンパクト化により一層貢献することができる。
【０１２４】
さらに、本発明の電子デバイスは、製造工程がシンプルであり、しかも簡単な手法で製造することができる。特に、本発明の電子デバイスはウエハレベルパッケージのプロセスで製造できるので、大幅なコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のチップ封止型半導体デバイスの一例を示した断面図である。
【図２】 従来の表面実装型チップスケールパッケージの一例を示した断面図である。
【図３】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示した断面図である。
【図４】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図５】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図６】 図５に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの蓋体を矢印ＶＩの方向で見た時の底面図である。
【図７】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図８】 本発明によるＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスのさらにもう１つの好ましい例を示した断面図である。
【図９】 本発明による機能素子搭載電子デバイスの１つの好ましい例を示した断面図である。
【図１０】 本発明による電子デバイスにおける蓋体固定方法の１つの好ましい例を示した断面図である。
【図１１】 図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法の前半を、順を追って示した断面図である。
【図１２】 図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法の後半を、順を追って示した断面図である。
【図１３】 図１１に示した製造工程におけるスタッドバンプの形成方法を拡大して示した断面図である。
【図１４】 図５に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１５】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１６】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１７】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの、ウエハレベルプロセスによる製造方法の数例を示した断面図である。
【図１８】 図７に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの好ましい製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図１９】 本発明による好ましいＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１製造方法を、順を追って示した断面図である。
【図２０】 図３に示したＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスの１変形例を示した断面図である。
Claims (30)
- 微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とが基板上に形成されたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスであって、
前記基板と、その基板の能動面を覆って接合された蓋体とをもって、前記微小機械部品のための動作空間が規定されており、
前記蓋体には、該蓋体を厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアと、ビア端面に接続された配線パターンとが備わっており、かつ
前記基板と前記蓋体の接合部において、前記基板の電極と前記蓋体の配線パターンがバンプを介して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。 - 前記接合部が、前記基板と前記蓋体の超音波接合部であることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
- 前記基板及び（又は）前記蓋体が、前記動作空間の側においてさらにキャビティを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス。
- 前記基板が、それを厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアをさらに有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
- 微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とが基板上に形成されたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスであって、
前記基板と、その基板の能動面を覆って接合された蓋体とをもって、前記微小機械部品のための動作空間が規定されており、かつ
前記基板と配線パターンを有しない前記蓋体との間にさらに、前記微小機械部品の動作のための開口部及び配線パターンを備えた中間部材を有しており、
前記基板と前記中間部材の接合部において、前記基板の電極と該中間部材の配線パターンがバンプを介して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。 - 前記接合部が、前記基板と前記中間部材の超音波接合部であることを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス。
- 前記基板と、前記蓋体と、必要に応じて前記基板と前記蓋体との間に配置された中間部材が、それぞれの部材の、前記動作空間の側の外周を間断なく当接させて形成された第２の連続した超音波接合部をさらに有していることを特徴とする請求項２、３又は６に記載の電子デバイス。
- 前記基板及び（又は）前記蓋体が、それを厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアをさらに有していることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の電子デバイス。
- 前記中間部材が、それを厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアをさらに有していることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の電子デバイス。
- 前記接合部の外側に、それを取り囲んで結合せしめられた封止樹脂をさらに有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子デバイス。
- 前記電子デバイスの複数個をウエハレベルパッケージのプロセスで一括して製造したものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子デバイス。
- マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とを基板上に作り込んで前記システム素子を形成する工程、
蓋体を厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアと、ビア端面に接続された配線パターンとが備わった蓋体を形成する工程、及び
前記基板に、その基板の能動面を覆って、配線パターンを備えた前記蓋体を接合して、前記微小機械部品のための動作空間を規定するとともに、前記基板と前記蓋体の接合部において、前記基板の電極と前記蓋体の配線パターンをバンプを介して電気的に接続する工程、
を含んでなることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記接合部を、前記基板と前記蓋体の超音波接合によって形成することを特徴とする請求項１２に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記基板及び（又は）前記蓋体において、その（それらの）部材の前記動作空間の側にキャビティを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電子デバイスの製造方法。
- マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
微小機械部品と該微小機械部品の動作のための電子部品とを基板上に作り込んで前記システム素子を形成する工程、
配線パターンを有しない蓋体を形成する工程、及び
前記基板と配線パターンを有しない前記蓋体との間に、前記微小機械部品の動作のための開口部及び配線パターンを備えた中間部材を配置し、前記基板と前記中間部材の接合部において、前記基板の電極と該中間部材の配線パターンをバンプを介して電気的に接続する工程を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記接合部を、前記基板と前記中間部材の超音波接合によって形成することを特徴とする請求項１５に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記基板、前記蓋体及び必要に応じて前記基板と前記蓋体との間に配置された中間部材を、それぞれの部材の、前記動作空間の側の外周において間断なく当接させて第２の連続した超音波接合部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３、１４又は１６に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記接合部の外側に、それを取り囲んで封止樹脂を適用し、結合せしめる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記電子デバイスの複数個をウエハレベルパッケージのプロセスで一括して製造した後、個々の電子デバイスを切り出す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
- 機能素子を搭載した電子デバイスであって、
基板を備えたデバイス本体と、それを覆う蓋体とをもって素子搭載空間が規定されており、
前記蓋体には、該蓋体を厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアと、ビア端面に接続された配線パターンとが備わっており、
前記デバイス本体と前記蓋体の接合部において、前記基板の電極と前記蓋体の配線パターンがバンプを介して電気的に接続されており、
前記デバイス本体と前記蓋体とが、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周を間断なく当接させて形成された連続した超音波接合部によって気密封止されており、
気密封止された前記素子搭載空間の内部に、前記デバイス本体及び（又は）前記蓋体に固定された前記機能素子が配置されており、かつ
前記機能素子が、外部の素子等と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。 - 機能素子を搭載した電子デバイスであって、
デバイス本体と、それを覆う蓋体とをもって素子搭載空間が規定されており、
前記デバイス本体と前記蓋体とが、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周を間断なく当接させて形成された連続した超音波接合部によって気密封止されており、
気密封止された前記素子搭載空間の内部に、前記デバイス本体及び（又は）前記蓋体に固定された前記機能素子が配置されており、
前記機能素子が、外部の素子等と電気的に接続されており、そして
前記デバイス本体と前記蓋体との間にさらに、開口部及び配線パターンを備えた中間部材を有していることを特徴とする電子デバイス。 - 前記機能素子と外部の素子等とが、気密封止のための前記超音波接合部とは別に形成された超音波接合部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の電子デバイス。
- 気密封止のための前記超音波接合部の外側に、それを取り囲んで結合せしめられた封止樹脂をさらに有していることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の電子デバイス。
- 機能素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
基板を備えたデバイス本体及び（又は）蓋体を厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアと、ビア端面に接続された配線パターンとが備わっている蓋体に前記機能素子を固定する工程、及び
前記デバイス本体と前記蓋体とを接合して素子搭載空間を規定するとともに、前記デバイス本体と前記蓋体の接合部において、前記基板の電極と前記蓋体の配線パターンをバンプを介して電気的に接続し、かつ前記デバイス本体と前記蓋体とを、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周において間断なく当接させて連続した超音波接合部を形成し、これによって、前記素子搭載空間を気密封止する工程
を含んでなることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 機能素子を搭載した電子デバイスを製造する方法であって、
デバイス本体及び（又は）蓋体に前記機能素子を固定する工程、
前記デバイス本体と前記蓋体との間に、開口部及び配線パターンを備えた中間部材を配置する工程、及び
前記デバイス本体と前記蓋体とを前記中間部材を介して接合して素子搭載空間を規定するとともに、前記デバイス本体と前記蓋体とを、それぞれの部材の、前記素子搭載空間の側の外周において間断なく当接させて連続した超音波接合部を形成し、これによって、前記素子搭載空間を気密封止する工程
を含んでなることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 気密封止のための前記超音波接合部を形成する工程とは別に、前記機能素子と外部の素子等との間の電気的接続のための超音波接合部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２４又は２５に記載の電子デバイスの製造方法。
- 気密封止のための前記超音波接合部の外側に、それを取り囲んで封止樹脂を適用し、結合せしめる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
- 機能素子を搭載した電子デバイスに蓋体を被覆し、固定する方法であって、
基板を備えたデバイス本体及び（又は）蓋体を厚さ方向に貫通して形成された導体充填ビアと、ビア端面に接続された配線パターンとが備わっている蓋体に機能素子を固定する工程、
前記デバイス本体と前記蓋体とを接合して素子搭載空間を規定するとともに、前記デバイス本体と前記蓋体の接合部において、前記基板の電極と前記蓋体の配線パターンをバンプを介して電気的に接続する工程、及び
前記デバイス本体の外周部に予め定められたパターンで固定領域を形成し、前記固定領域に前記蓋体の対応部分を当接させ、そして超音波接合によって前記デバイス本体と前記蓋体とを気密封止する工程
を含んでなることを特徴とする電子デバイスにおける蓋体の固定方法。 - 機能素子を搭載した電子デバイスに蓋体を被覆し、固定する方法であって、
前記機能素子を搭載したデバイス本体の外周部に予め定められたパターンで固定領域を形成する工程、及び
前記デバイス本体と前記蓋体との間に開口部を備えた中間部材を配置し、該中間部材と前記デバイス本体及び前記蓋体との間で超音波接合を行うことによって前記デバイス本体と前記蓋体とを気密封止する工程
を含んでなることを特徴とする電子デバイスにおける蓋体の固定方法。 - 形成された超音波接合部の外側に、それを取り囲んで封止樹脂を適用し、結合せしめる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２８又は２９に記載の電子デバイスにおける蓋体の固定方法。
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