JP5530432B2 - Ｍｅｍｓ装置を作成するための方法 - Google Patents

Description

有利な被覆層を有する封入された電気機械的部品を作成するための方法、およびそのような被覆層を有する電気機械的部品について記載する。本件において、電気機械的部品という用語は、マイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクス、マイクロ流体工学およびマイクロオプティクスからの組合された要素を有する部品を包含するものとも意図される。このような部品は、一般にＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）もしくはＭＯＥＭＳ（マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム）とも称される、または単にＭＳＴ（マイクロシステム技術）部品とも称される。一例は、粘度センサーである。ＭＳＴ装置は、機能的ユニットとしてＭＳＴ部品を有する有用な装置であると理解される。

達成されるべき１つの目的は、このようなＭＳＴ部品の作成のための効率的な方法の特定と、その結果得られる、ＭＳＴ部品を有する装置とにある。

キャリヤ基板、たとえば少なくとも１つの電気的部品、好ましくはＭＳＴ部品を収容するための容器が提供される方法が提案される。容器は、当初は一方側に向かって開かれており、ＭＳＴ部品が容器開口部と少なくともほぼ面一に配置されるようにＭＳＴ部品を収容し、容器開口部に面するＭＳＴ部品の端部側は、容器開口部と少なくともほぼ面一である。ＭＳＴ部品の上記端部側は、以下で上部側とも称される。

ＭＳＴ部品に加えて、容器は、さらなる相互接続された部品、特に受動的部品、増幅器、および／またはＡＳＩＣを含むことができる。

ＭＳＴ部品が中に配置された容器は、少なくとも１つの層を含む覆いまたは被覆層で閉じられる。覆いは以下で被覆層と称され、被覆層自体を複数の副層に分割することができる、またはすでに分割されている。

被覆層は、容器端縁をＭＳＴ部品の上部側に接続する。被覆層の弾性に依存して、ＭＳＴ部品は、容器端縁とほぼ面一に配置されることが好ましい。この場合、被覆層は、ＭＳＴ部品を容器端縁に安定した態様で接続することを可能にする弾性を有することが好ましい。この場合、部品を容器端縁に当接する態様で面一に配置するのを省くことが有利に可能である。

さらなる方法工程において、被覆層には少なくとも１つの切抜部が設けられ、切抜部は、内側領域および外側領域の両方がＭＳＴ部品に接続されるように、被覆層を内側領域および外側領域に分割する。切抜部は、内側領域を完全に取囲む。切抜部は、被覆層の層厚全体にわたって延在すること、または上記の層厚の何分の一かに相当する深さまでのみ形成することができる。

さらなる方法工程において、外側領域が接着したままの状態で、被覆層の内側領域が剥離されるかまたは引離される。この場合、被覆層の内側領域は、たとえば、上に積層されていた剥離膜によって引離すことができ、被覆層の外側領域上の剥離膜の接着強度を低下させることができ、これは、剥離膜として使用することができる特定の膜の場合には、たとえばＵＶ照射によって実現することができる。目標とされる態様で、照射された領域のみが低下した接着強度を得るように、被覆層の外側領域上において剥離膜を選択的に照射することができる。

ＵＶ放射による剥離膜の照射の代りに、剥離膜の下側、つまり被覆層に面する側に、異なる接着強度を有する接着剤を設けることができ、被覆層の外側領域を被覆する剥離膜の外側領域において、剥離膜の内側領域よりも接着強度が低い接着剤が使用される。接着剤は、外側領域に接着剤がほとんどないまたはまったくないように選択的に塗布することもできる。

当該方法の一実施例によれば、被覆層は、ＭＳＴ部品および容器に接着接合され、たとえば自己接着性の被覆層が使用される。被覆層は、本来粘着性を有するものとして実施することができる、または、上記被覆層に接着性もしくは接着面を付与する接着膜を設けることができる。

被覆層は、好ましくはキャリヤ層を有し、そこに他の層を塗布することができる。たとえば重合体層がキャリヤ層として好適である。

被覆層は、好ましくは２０〜１００μｍの厚さを有する。被覆層の任意に存在する接着膜は、たとえば１０〜２５μｍの厚さを有することができる。

当該方法の一実施例によれば、容器が閉じられる前に、被覆層に接着剤が塗布される。
当該方法の一実施例によれば、接着剤は、構造化された様式で、つまり幾何学的なパターンで容器端縁とＭＳＴ部品とに塗布される。好ましくは、接着効果は、塗布中もしくは積層中に、圧力および／または熱によって硬化される。この場合、ホットメルト接着剤もしくはいわゆる「Ｂ段階」材料を使用することが可能であり、その接着効果を圧力および／または熱によって発現させることができる。

さらなる方法工程において、ＭＳＴ部品の上部側に沿って、および任意に容器の端縁上にも、いずれの場合にも連続的な切抜部が被覆層に作成され、切抜部は、ＭＳＴ部品の上部側を形成する構造よりも、または容器の上方に面する端縁よりも狭い。切抜部は、いずれの場合にも狭いトレンチとして実現し、かつ被覆層の内側領域を取囲むことができる。

追加的にまたは代替的に、切抜部は穿孔として実現することができる、もしくは穿孔された領域を有することができ、穿孔穴の間の距離は、好ましくは被覆層の厚さ未満である。したがって、望ましくない断裂が特に外側領域において発生しないように、後の方法工程において内側領域を正確に分離することができる。このような穿孔は、さらなる金属被覆が被覆層に塗布されない用途に好適である。さもなければ、追加的な方法工程において上記の金属被覆を同様に分離し、それによって内部領域と外側領域とを電気的に分離しなければならないことになる。

一実施例によれば、切抜部は、レーザ波長、焦点直径、電力、パルス周波数、および走査パラメータの好適な選択が与えられたとすると、容器と特にＭＳＴ部品の上部側とに対する衝撃が好ましくは回避されるように、レーザアブレーションによって作成される。

切抜部は、被覆層のフォトリソグラフィ処理によって作成することができ、フォトリソグラフィ技術で処理可能であり、かつ特に感光性の材料、好ましくはポジ型またはネガ型フォトレジストを含む被覆層が使用される。後の方法工程において、被覆層は、走査露光もしくはマスク露光およびその後の現像によって構造化され、溶媒の使用によって切抜部が洗い流されるか、または露光されたもしくは露光されていない領域において被覆層が溶解される。

当該方法の一実施例によれば、一方法工程において、被覆層と、切抜部によって部分的に露出しているＭＳＴ部品および／または容器端縁の上部側が、導電特性を得るように処理される。これはたとえば、スパッタリングによる金属層の塗布または黒鉛の静電スパッタリングによって達成される。この場合、切抜部、または切抜部によって露出しているＭＳＴ部品のおよび容器の上部側の領域に導電層を設けることができる。

被覆層の電気的特性は種層の形態で存在することができ、種層という用語は、さらなる電気めっきを可能にする導電層であると理解される。

好ましくは、導電層において、たとえば種層においてさらなる切抜部が作成され、上記さらなる切抜部は、ＭＳＴ部品の上部側にまで導かれる。これは、被覆層の、後で分離される内側領域が電気めっきを受けないように、被覆層の内部領域および外側領域の電気的分離または絶縁を有利にもたらす。

好ましくは、金属層は、種層上に電解的に堆積される。その結果、好ましくは閉じられた導電層が作成され、容器内に配置された電気およびＭＳＴ部品が電磁放射に対してよりいっそう保護されるという効果を有する。さらなる利点は、結果として得られる被覆層の機械的強化材であり、ＭＳＴ部品が環境的作用に対してよりいっそう保護される。さらなる利点は、容器とＭＳＴ部品とに対する被覆層外側端縁の追加的な接着であり、これは電気めっきの結果として得られる。種層または導電層は、容器端縁上にすでに存在し、ひいては電気接地端子に接続することができる金属被覆とも接することができる。したがって、種層を接地電位に置くことができる。

当該方法の一実施例によれば、互いに沿って位置する複数の容器が同時に設けられ、以下でパネルと称される。この場合、被覆層は、複数の容器、およびその中に配置されたＭＳＴ部品の上に塗布される。この場合、パネルは、いずれかの所望の態様で、ＭＳＴ部品を含む個々の装置に、および／または複数の関連付けられたもしくは相互作用するＭＳＴ部品からなる配列に、個別切断することができる。

さらに、容器は好ましくは、ＭＳＴ部品と接する導電体トラックを収容し、被覆層は、これらの導体トラック構造を外部の環境的影響から有利に保護する。容器が電気的絶縁様式で実現される場合は、導体トラック間の電気的相互作用を最小化することができる。

容器が、容器内の導電体トラック構造またはＭＳＴ部品を外部に接触接続するめっきスルーホールを有していれば好都合である。

好ましくは、容器は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、二酸化チタン、ガラスセラミック、窒化アルミニウム、ガラス、プラスチック、特に、好ましくは鉱物もしくは他の充填剤を有する高融点熱可塑性プラスチックまたはエポキシドベースの熱硬化性プラスチックから選択される少なくとも１つの材料を含む。

ＭＳＴ部品として、マイクロホン、ラウドスピーカ、圧力センサ、および／または大気のパラメータを測定するためのセンサを使用する、または容器に挿入することができる。

対費用効果が高く効率的な作成に加えて、当該方法は、製造処理中に物理的および化学的作用からＭＳＴ部品が保護されるという利点をもたらす。

この文書の文脈で説明される方法によって直接作成可能なＭＳＴ部品を含む装置が追加的に特定される。

作成方法とは無関係に、さらに、ＭＳＴ部品および特に電気機械変換器を含み、一方側が開いた容器を有する装置が特定され、ＭＳＴ部品が上記容器内に配置されている。容器において、容器の内側とＭＳＴ部品との間に空洞が設けられる。覆い、または被覆層を含む覆いが空洞を被覆し、ＭＳＴ部品を容器に接続し、ＭＳＴ部品の一領域は、容器開口部に面する上部側において被覆層から解放されている。

空洞は、好ましくは、封入されたＭＳＴ部品の一例としてラウドスピーカによって外側に発することができる音波の発生、伝播および共振に役立つ。ＭＳＴ部品は、たとえば、マイクロホンまたは圧力センサでもあり得る。この場合、測定される音波もしくは圧力変動は、容器の開いている側における被覆層から解放されている領域を、内側から外側に、またはその逆に通過することができる。しかし空洞は、たとえば圧力が蓄積することができ、その後ＭＳＴ部品によって測定することができるチャンバとしても機能することができる。絶対圧センサの場合には、空洞は基準圧力として機能することができる。マイクロホンの場合には、「音響後方体積空間(acoustic back volume)」について言及する。

好ましくは、被覆層は複数の層を含み、１つの層は好ましくは金属層である。この場合、金属層は種層上に堆積させることができる。金属層は、好ましくは、ＭＳＴ部品の上部側と容器のフレームの上部側とに直接接続される。被覆層のさらなる層は、好ましくは、重合体を含むキャリヤ膜であり、その上に金属層またはさらなる層を塗布することができる。

容器、マイクロホン、被覆層、および電気機械変換器のさらなる構成部分も、この文書で説明される少なくとも１つの例にしたがって実現することができる。

説明される方法および物は、以下の例示的な実施例および図に基づいてより詳細に説明されるであろう。

ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 ＭＳＴ部品を含む装置の作成の異なる工程を示す図である。 完成した装置、特に電気機械変換器の実例を示す図である。

図１は、ＭＳＴ装置１の断面図を模式的に示し、ＭＳＴ部品３として、射出成形されているか、または好ましくは多層様式に積層されているカップ状容器２の内側底部２ａ上の中心に、ＭＥＭＳチップ、この場合はマイクロホンが配置される。カップ状容器３は、環状の外形または多角形の外形を有することができる。容器の外形は、特定の形態に限定されない。下側において、マイクロホン３は、容器の内側底部２ａからもマイクロホンに電気的接触を行うことを可能にするはんだボール３ａまたはフリップチップ接触接続部３ａを有する。マイクロホン３は、好ましくは中空の円筒形フレーム要素３ｂを有し、内側底部に面するフレーム要素３ｂの端部に膜３ｃが配置される。これは、たとえば圧電効果によって、音圧に支配されるたわみを電気信号に変換することができる。

同様に、移動可能な膜に沿って第２の硬い膜を配置することが可能である。その場合、膜のたわみが２つの膜の間に可変静電容量を生じさせ、次いで電圧信号に変換することができる。

いずれにせよ、ここでは、最終処理工程（図９参照）で露出された開口部１０が音声入口として機能し、閉鎖された後方体積空間１ａは基準圧力として機能する。

空洞１ａは、マイクロホン３のフレーム要素３ｂの最も外側の側面、膜３ｃの下側、および容器３の内壁の間に設けられる。上記のように、空洞１ａは基準圧力として機能する。

好ましくは導電体トラック（図示せず）が容器２の内側底部２ａ上に塗布され、上記導電体トラックは、マイクロホン３に電気的に接触し、たとえば銅を含む。導電体トラックは、容器の底部に存在するめっきスルーホール（図示せず）によって、外部にマイクロホンを電気接続することができる。

容器２は、好ましくは電気的に高い絶縁特性を有するセラミックで構成されるか、または含む。

容器またはキャリヤ基板は、セラミック主成分、すなわちＨＴＣＣ（High Temperature Cofired Ceramics（高温同時焼成セラミックス））もしくはＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics（低温同時焼成セラミックス））、または、たとえばエポキシド、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド−トリアジン誘導体、シアン酸エステル、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などに基づく有機主成分を含むことができる。この場合、たとえば石英もしくはセラミック粒子、ガラス繊維もしくはガラス膜などの無機充填剤、またはその他にたとえばアラミドなどの有機繊維強化材を使用することが可能である。さらに、容器は、たとえばポリエーテルイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリスルフホン、硫化ポリフェニレン、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリフタルアミド、もしくはポリブチレンテレフタレートなどの高温熱可塑性プラスチック、特にＭＩＤ処理（モールド相互接続デバイス（Molded Interconnect Device））の高温熱可塑性プラスチックを含むかまたはこれらで構成することができる。ガラスまたはシリコンがさらに好適である。

受動的部品または能動的部品を追加的に容器２内に配置することができ、少なくともその部品の一部分は、ＭＳＴ部品３に、またはマイクロホン３にまで接続することができる。マイクロホン３として実現されるＭＥＭＳチップ３の場合には、これらの追加的な部品（図示せず）は、たとえば、増幅器またはＡＤ変換器およびＥＭＩ（電磁界干渉）およびＥＳＤ（静電放電）に対する保護のための装置を含む。

図２は、図１にかかるＭＳＴ装置１を示し、その上に被覆層４が追加的に積層される。被覆層４は、空洞１ａとＭＳＴ部品３の上部側との両方にまたがり、封入する。

被覆層４は、自己接着性の重合体または接着性のコーティングを有する金属膜として実現することができる。この図において、ＭＳＴ部品の上部側は、容器と面一に配置される。

図３は、ＭＳＴ装置、ここでは電気機械変換器を示し、たとえばレーザアブレーションによって被覆層４に切抜部４ａが作成されている。切抜部４ａは、ＭＳＴ部品３の上部側において延び、切抜部４ａと容器２の外壁との間の被覆層の第１の外側部分、第２の内側部分は、被覆層４が後で所望とされないＭＳＴ部品３の上部側を当初は被覆する。この場合、被覆層４の内側部分は、この図に示されるマイクロホン３の音響フロントを被覆する。切抜部４ａは、好ましくは、ＭＳＴ部品３の上部側の領域を露出させる。

図４は、図３と比較すると、追加的な、少なくとも部分的に導電性を有する層５を示し、被覆層４上と、切抜部４ａによって露出されているＭＳＴ部品の領域上とに塗布される。少なくとも部分的に導電性を有する層５は、好ましくは種層５である。金属層５は、好ましくは、およそ１００ｎｍの厚さでスパッタリングによって塗布されるチタン、またはおよそ２００ｎｍの厚さでスパッタリングによって塗布される銅を含む。

図５は、図４と比較して拡幅された切抜部４ａを示す。切抜部は、種層の内側領域が種層の外側領域から電気的に絶縁されるように、種層５を分断する。種層の外側領域は、ＭＳＴ部品３の上部側上に重なるように、被覆層４の外側領域を被覆する。被覆層４の内側領域、およびＭＳＴ部品３に接着する区域は、拡張された切抜部４ａによって寸法が縮小される。これは、被覆層４の内側領域が後でＭＳＴ部品３からより容易に取外すことができることを意味する。好ましくは、この場合の被覆層４の内側領域は、ＭＳＴ部品３の上部側の内側端縁にほんのわずかに重なる。対照的に、ＭＳＴ部品３の上部側への種層５の重なりは回避されることが好ましい。

図６は電気めっきされたＭＳＴ部品１を示し、金属層６は、種層５上に電解的に堆積され、切抜部４ａによって露出されているＭＳＴ部品３の上部側の一部分を被覆する。これにより、被覆層４の外側領域がＭＳＴ部品３上により堅く機械的結合することになり、力を著しく消費せずにＭＳＴ部品３から被覆層４の外側領域を取外すことはできない。この場合、金属層は、被覆層の外側領域のみを被覆する。被覆層４の外側領域とＭＳＴ部品との間の接着が強化されるだけでなく、電解的に塗布される金属層６によって、被覆層全体も機械的に強化される。金属層６はさらに、容器内に配置されている部品を外部で作用する電磁界干渉から保護する電磁遮蔽構造として機能するという利点を有する。電解的に塗布される金属層６は、好ましくは部分的な層で構成され、特に、種層と合わせて典型的に１０〜１００μｍ以上の合計厚さを有するＣｕおよびＮｉからなる。

図７は、図６と比較して、電気機械変換器上に積層された追加的な剥離膜７、たとえばいわゆる「ＵＶ剥離テープ」を示す。剥離膜は、上記の記載部分の記載にしたがって、ＵＶ光に敏感な材料を含むかまたはＵＶ光に敏感な材料で構成される。剥離膜は、当初は被覆層４の上部側全体に均一に接着する。

図８は剥離膜７の露光を示し、内側領域はその接着を維持しつつ、フォトマスク８によって構造化された態様で被覆層４の外側領域において、ＵＶ光９によって剥離膜の接着強度を低下させる。

図９は、被覆層４の内側領域が剥離膜７によって選択的に取外された後のＭＳＴ装置を示し、先の図にしたがったＵＶ照射９の後では、被覆層の内側領域は、被覆層の外側領域よりも強く剥離膜に接着する。処理中に開口部１０が作成され、上記開口部により、ＭＳＴ部品３の部品構造、たとえば図１の膜３ｃへの自由なアクセスが可能となる。

記載した方法は、好ましくは、封入されたＭＳＴ部品を有するＭＳＴ装置と、特に、以下でパネルと称する単一基板上の電磁変換器との作成に採用することができる。電気機械変換器、または対応する他のＭＳＴ装置は、ある量で合わせて作成し、次いで個別切断することができる。個別切断は、高速で分離させる鋸切断、またはたとえば打抜きもしくはフライス加工などの代替的な方法によって行うことができる。上記のＭＳＴ部品の保護に加えて、この作成方法および後の個別切断のさらなる利点は、個別切断前にＭＳＴ装置を試験することができる点にあり、個別切断後よりも、取扱いが著しく簡単かつ効率的である。さらに、当該方法は、任意に水性環境を含む全域堆積法を優美かつ経済的に実行することを可能とし、実際にこれらの条件に敏感なＭＳＴ部品の部品構造が顕著に保護される。結局、感光性の部品構造は、その後、内側領域の除去によって再び露出される。

参照符号リスト
１ ＭＳＴ装置（電気機械変換器）、１ａ 空洞、２ 容器、２ａ 容器の内側底部、３ 電気機械部品（ＭＳＴ部品）、３ａ はんだボール、３ｂ フレーム要素、３ｃ 膜、４ 被覆層、４ａ 被覆層の切抜部、５ 種層、６ 金属層、７ 剥離膜、８ フォトマスク、９ ＵＶ光、１０ 開口部。

Claims (14)

1. ＭＥＭＳ部品（３）を封入するための方法であって、
   前記ＭＥＭＳ部品（３）は容器（２）内に配置され、
   前記容器は被覆層（４）で閉じられ、
   前記被覆層（４）には、リング状のくぼみに閉じられた少なくとも１つの切抜部（４ａ）が設けられ、切抜部は、内側領域および外側領域の両方が、前記ＭＥＭＳ部品（３）の、前記被覆層に面する上部側に接続されるように、前記被覆層を内側領域および外側領域に分割し、
   前記外側領域が接着したままの状態で、前記内側領域が剥離される、方法。
2. 前記被覆層（４）は、前記ＭＥＭＳ部品（３）および前記容器（２）の上部側に接着接合される、請求項１に記載の方法。
3. 自己接着性の被覆層（４）が使用される、請求項２に記載の方法。
4. 前記容器（２）が前記被覆層で閉じられる前に、被覆層（４）と前記容器（２）の端縁との間、および前記被覆層（４）と前記部品の（３）の上部側との間の接続領域に接着剤が塗布される、請求項２に記載の方法。
5. 前記被覆層にさらなる切抜部が作成され、前記容器の上部側の一領域が露出される、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の方法。
6. 前記切抜部（４ａ）は、レーザアブレーションによって前記被覆層（４）に作成される、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 前記被覆層（４）は、フォトリソグラフィ処理によって処理可能な材料を含み、マスク露光または走査露光および現像によって構造化される、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 前記被覆層（４）および前記切抜部（４ａ）は、部分的に金属層（５）で被覆される、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 複数の容器（２）を含むパネルが設けられ、少なくとも１つのＭＥＭＳ部品（３）が前記容器の各々に配置され、前記被覆層（４）は、前記パネルの複数の容器上に塗布される、請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の方法。
10. 前記被覆層（４）の内側領域は、上に積層されていた剥離膜（７）によって引離される、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の方法。
11. 前記剥離膜（７）は、前記被覆層（４）の内部領域および外側領域上の全域にわたって塗布され、前記被覆層（４）の外側領域上の前記剥離膜（７）の接着強度をＵＶ照射（９）によって低下させる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記被覆層（４）の前記外側領域上の前記剥離膜（７）が照射される、請求項１１に記載の方法。
13. マイクロホンが前記ＭＥＭＳ部品（３）として使用される、請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の方法。
14. 全域にわたって金属層（５）を前記被覆層（４）上に作成した後、前記金属層（５）および下地である前記被覆層が少なくとも部分的に開口される、請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載の方法。

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