JP5546132B2 - 電子部品パッケージおよび電子部品パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品パッケージおよび電子部品パッケージの製造方法に関するものである。

近年、電子部品のひとつとして、半導体プロセス技術を用いて一つの基板に機械的構造と電子回路とを集積させた微小デバイスであるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）デバイスが注目されている。このＭＥＭＳデバイスは、半導体技術を利用して製造されることから、加工精度の高さ、量産の容易さ、電子回路と機械的構造とを一体形成することで精密な動作制御が可能などといった利点があり、ＩＴ関連のみならず、通信や化学、医療やバイオなどといったさまざまな分野に応用され始めている。

このＭＥＭＳデバイスなどの電子部品は、一般的に、内部にキャビティが形成された電子部品パッケージに収容されている（たとえば、特許文献１参照）。

このような電子部品パッケージについて、図９および図１０を参照して説明する。図９はＭＥＭＳデバイス４２が収容された電子部品パッケージ４１の断面図を、図１０はＭＥＭＳデバイス４２と駆動するための集積回路４５とを同一パッケージ内に実装した電子部品パッケージ４７の断面図を示している。

この電子部品パッケージ４１は、ＭＥＭＳデバイス４２と、ＭＥＭＳデバイス４２を実装した第一の基板４３と、第一の基板４３に接合されてＭＥＭＳデバイス４２を収容する第二の基板４４とを備えている。第一の基板４３は電子部品パッケージ４１の内部と外部とを連通する貫通電極４６を備えており、ＭＥＭＳデバイス４２はこの貫通電極４６を介して外部と電気的に接続できるようになっている。ＭＥＭＳデバイス４２としては、力学量センサや振動子、微小スイッチなどが挙げられる。

一般にＭＥＭＳデバイスはそれ単体では動作しないという課題がある。そこで、駆動回路などを形成した集積回路チップとともに実装する。また近年では図１０に示すようにＭＥＭＳデバイス４２と駆動するための集積回路４５とを同一パッケージ内に実装した電子部品パッケージ４７が提案されている。

特開２００３−８７０７１号公報

しかしながら、図１０に示す電子部品パッケージ４７においては、下記のような問題がある。

すなわち、実装面積を削減するためにＭＥＭＳデバイスや集積回路チップを積層してパッケージングすると、各チップを接続するためにワイヤーボンディングを行ったり、各チップに貫通電極を設けたりするなど、構造が複雑になり、実装が難しくなる。

また、このような問題を回避するために平面上に各チップを並べて実装する場合には、パッケージが大きくなり、実装面積が大きくなる。またウェハ上にチップを実装し、一括してパッケージするウェハレベルパッケージングにおいては１個のパッケージの基板に対する占有面積が大きくなるためパッケージの取り個数が少なくなり、コストアップにつながる。

本発明は上記のような事情に考慮してなされたもので、その目的は、ＭＥＭＳデバイスと集積回路の実装を高効率に行うことが可能な電子部品パッケージおよび電子部品パッケージの製造方法を提供することである。

本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。

本発明の電子部品パッケージは、所定の間隔を開けて対向するように配置された絶縁性の材料からなる第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板および第２の基板に接続されて枠状に形成されたケーシングと、前記第１の基板および第２の基板ならびにケーシングによって囲まれた密閉空間であるキャビティと、前記第１の基板に固定された直方体のもっとも小さい面積の面が前記第１の基板および第２の基板の表面に略平行になるように前記キャビティ内に配置され、前記ケーシングと同一材料からなるＭＥＭＳデバイスと、前記第１の基板に固定された直方体のもっとも小さい面積の面が前記第１の基板および第２の基板の表面に略平行になるように前記キャビティ内に配置され、前記ＭＥＭＳデバイスとの間で電気信号を入出力し、または互いに電気信号を入出力する１つ以上の集積回路と、前記第１の基板に形成されて前記前記キャビティの内部と外部とを電気的に接続する貫通電極と、前記第１の基板の表面に形成されて前記集積回路および貫通電極とを互いに電気的に接続する配線と、を備えた電子部品パッケージである。

本発明にかかる電子部品パッケージにおいては、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路のもっとも小さな面積の面が前記第１の基板および第２の基板の表面に略平行になるように配置されているので、前記電子部品パッケージが第１の基板および第２の基板を占有する面積が最小となり、電子部品パッケージの小型化を図ることができる。また、前記配線はリソグラフィの精度で形成することができるので、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路を高密度に電子部品パッケージ内に実装することができる。

また、本発明の電子部品パッケージは、上記本発明の電子部品パッケージであって、前記ＭＥＭＳデバイスは一端を前記第１の基板に固定されて揺動自在に保持された柱状の振動体と、一端を前記第１の基板に固定されて前記振動体の側面と対向するように配置された駆動電極と、を備えた振動子であることを特徴とする電子部品パッケージである。

本発明にかかる電子部品パッケージにおいては、前記駆動電極に所定の電気信号を入力すると、前記駆動電極と前記振動体の間に静電引力が発生し、前記振動体を振動させることができる。このとき、振動体と駆動電極とは同一のリソグラフィ工程によって同一の基板から形成することができるので、前記振動体と前記駆動電極の間の空隙を小さくすることができ、前期振動体を効率よく振動させることができる。

また、本発明の電子部品パッケージは、上記本発明の電子部品パッケージであって、前記駆動電極は前記振動体の所定の側面に対向するように配置された第１の駆動電極と、前記第１の駆動電極と対向する前記振動体の側面に対して略垂直をなす前記振動体の所定の側面に対向するように配置された第２の駆動電極と、を備えた電子部品パッケージである。

本発明にかかる電子部品パッケージにおいては、前記振動体の前記第1の基板および前記第２の基板表面と平行な方向の断面が略長方形である場合には前記振動体断面の長辺に平行な方向と短辺に平行な方向への前記振動体の共振周波数が異なるため、２つの共振周波数信号を出力することができる。また、前記振動体断面の長辺および短辺の長さを適宜設定することにより、互いに独立に該２つの共振周波数信号を設定することができる。また、前記該振動体の前記第1の基板および前記第２の基板の表面と平行な方向の断面が略正方形である場合には同一の２つの共振周波数信号をそれぞれ独立に出力することができる。

また、本発明の電子部品パッケージは、上記本発明の電子部品パッケージであって、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路は前記振動体の共振周波数に略一致する周波数を発振する発振器である電子部品パッケージである。

本発明にかかる電子部品パッケージにおいては、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路が該電子部品パッケージ内に高密度に実装されているので、小型化した発振器を提供することができる。

また、本発明の電子部品パッケージは、上記本発明の電子部品パッケージであって、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路は前記電子部品パッケージに印加された加速度を電気信号として出力する加速度センサである電子部品パッケージである。

本発明にかかる電子部品パッケージにおいては、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路が前記電子部品パッケージ内に高密度に実装されているので、小型化した加速度センサを提供することができる。

また、本発明の電子部品パッケージは、上記本発明の電子部品パッケージであって、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路は前記電子部品パッケージに印加された角速度を検出する角速度センサである電子部品パッケージである。

本発明にかかる電子部品パッケージにおいては、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路が該電子部品パッケージ内に高密度に実装されているので、小型化した角速度センサを提供することができる。

また、本発明の電子部品パッケージは、上記本発明の電子部品パッケージであって、前記集積回路は前記ＭＥＭＳデバイスと電気信号を入出力する駆動回路と、前記電子部品パッケージ内の温度を測定し電気信号として出力する温度センサと、前記温度センサからの出力を受け取り前記ＭＥＭＳデバイスの温度による特性変化を補正する電気信号を前記ＭＥＭＳデバイスまたは前記駆動回路に出力する温度補正回路と、を備えた電子部品パッケージである。

本発明にかかる電子部品パッケージにおいては、前記ＭＥＭＳデバイスと、前記駆動回路と、前記温度センサと、前記温度補正回路とが該電子部品パッケージ内に高密度に実装されているので、小型化した温度特性補正機能つき電子部品パッケージを提供することができる。また、前記ＭＥＭＳデバイスと前記温度センサとが同一の電子部品パッケージ内において近接して配置されているので、該ＭＥＭＳデバイスの温度変化を精度よく測定することができ、高精度な温度特性補正機能を実現することができる。

また、本発明の電子部品パッケージの製造方法は、上記本発明の電子部品パッケージの製造方法であって、絶縁性材料からなる前記第１の基板に前記貫通電極を形成し、該第１の基板の表面に前記配線を形成する第１の基板工程と、半導体または導電性材料からなる基板を前記第１の基板に接合し、該基板の所定の位置を除去して前記ケーシングおよび前記ＭＥＭＳデバイスを形成するデバイス基板工程と、前記配線に前記集積回路を固定し、前記ケーシングに前記第２の基板を接合して、前記第１の基板および前記第２の基板ならびに前記ケーシングによって囲まれた密閉空間であるキャビティ内に前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路を収容するパッケージ工程と、を備えた電子部品パッケージの製造方法である。

本発明にかかる電子部品パッケージの製造方法においては、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記ケーシングが同一の基板から形成されるので、該ＭＥＭＳデバイスを該電子部品パッケージ内に高密度に実装することができる。また、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記ケーシングが同一の基板から形成されるので、工数を削減するとともに材料の使用量を削減することができる。また、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路のもっとも小さい面積の面が前記第１の基板および第２の基板の表面に略平行になるように配置されているので、該電子部品パッケージが第１の基板および第２の基板を占有する面積が最小となり、電子部品パッケージの小型化を図ることができる。また、前記配線はリソグラフィの精度で形成することができるので、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路を高密度に電子部品パッケージ内に実装することができる。

本発明にかかる電子部品パッケージおよび電子部品パッケージの製造方法によれば、ＭＥＭＳデバイスと集積回路の実装を高効率に行うことが可能な電子部品パッケージおよび電子部品パッケージの製造方法を提供することができる。

第１実施形態にかかる電子部品パッケージ１を示す分解斜視図である。 第１実施形態にかかる電子部品パッケージ１の平面図である。 第１実施形態にかかる電子部品パッケージ１の製造方法において第１の基板工程を示す断面図である。 第１実施形態にかかる電子部品パッケージ１の製造方法においてデバイス基板工程を示す断面図である。 第１実施形態にかかる電子部品パッケージ１の製造方法においてパッケージ工程を示す断面図である。 第２実施形態にかかる電子部品パッケージ２１を示す分解斜視図である。 第３実施形態にかかる電子部品パッケージ３１を示す分解斜視図である。 第３実施形態にかかる電子部品パッケージ３１に実装されるＭＥＭＳデバイス１１の平面図である。 従来の電子部品パッケージ４１を示す断面図である。 従来の電子部品パッケージ４７を示す断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる第１実施形態を、図１および図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態にかかる電子部品パッケージ１を示す斜視図を、簡単のために第２の基板４を取り外した分解図として示している。また、図２はこの電子部品パッケージ１の平面図を示している。

図１、図２に示すように、電子部品パッケージ１は、所定の間隔を開けて対向するように配置された第１の基板３および第２の基板４と、第１の基板３および第２の基板４に接続されたケーシング５とからなる。第１の基板３および第２の基板４ならびにケーシング５によって囲まれてなるキャビティ１３には、第１の基板３に接続されたＭＥＭＳデバイス１１と、第１の基板３に接続され、機能面が第１の基板３の表面に対して略垂直となるように配置された集積回路８とが配置されている。ケーシング５とＭＥＭＳデバイス１１とは同一の基板であるデバイス基板２から形成される。

本実施形態においてはＭＥＭＳデバイス１１として、第１の基板３に一端を接続されて他端が揺動自在な構造を持つ梁状の振動体６と、第１の基板３に接続され振動体６と所定の間隔をあけて対向して配置された駆動電極７とを備えたＭＥＭＳ振動子を一例として挙げる。振動体６と駆動電極７とは導電性材料または半導体材料からなる。温度に対する周波数変化の安定性や微細加工の容易さなどを考慮すると、シリコンを採用するのが好適である。

このように振動体６を配置すると、振動体６の長手方向はデバイス基板２および第１の基板３ならびに第２の基板４の表面に対して略垂直となり、振動体６のもっとも小さい面積の面はデバイス基板２および第１の基板３ならびに第２の基板４の表面に対して略平行となるように配置され、デバイス基板２の占有面積を小さくすることができるため、取れ個数を増やすことができる。

第１の基板３には金属薄膜などの導電性材料からなる配線９が形成されており、振動体６および駆動電極７と、集積回路８とを電気的に接続している。また、第１の基板３には貫通電極１０が設けられており、配線９によって集積回路８に接続されている。

集積回路８から駆動電極７に振動体６の共振周波数と略一致する周波数の電気信号を入力すると、駆動電極７と振動体６の間の静電引力により、振動体６が共振する。振動体６が共振状態にあるとき、振動体６と駆動電極７の間のインピーダンスが最小となるので、この状態を保つように駆動電極７に入力される電気信号の周波数を制御し、発振させる。このときの発振信号を貫通電極１０を介して外部に取り出すことにより、ＭＥＭＳ発振子の機能を実現する。

なお、振動子６の共振周波数ｆは式１によって決定される。

ここで、ｍは振動子２の支持方法などによって決定される係数、Ｅは振動体６のヤング率、ρは振動体６の密度、Ｌは振動体６の長さ、Ｗは駆動電極７に対向する振動体６の幅である。

そのため、振動体６の形状を変更することにより、異なる共振周波数を持つ振動体６を容易に設計、製造することができる。たとえば、振動体６の長さＬはデバイス基板２の厚さを、幅Ｗはリソグラフィのマスクを変更することにより、容易に設定することができる。

また、このように構成されたＭＥＭＳデバイス１１において、電子部品パッケージ１に外部から加速度が印加されると、慣性により振動体６が変位し、振動体６と駆動電極７との間の距離が変化する。これを振動体６と駆動電極７との間の静電容量の変化として検出すると、ＭＥＭＳデバイス１１を加速度センサとして用いることができる。

次に、このように構成された電子部品パッケージ１の製造方法について、図３から図５を参照して説明する。図３から図５は、電子部品パッケージ１の断面図を示している。この電子部品パッケージ１は、個別に製造することもできるが、コスト面や微細加工の容易さを考えるとウェハ状の基板に電子部品パッケージ１を多数並べて配置し、一括して製造するのが望ましい。本実施形態では、説明を簡略化するために、隣り合って配置された２つの電子部品パッケージ１を製造するものとして説明する。

まず、第１の基板工程を行う。

図３（ａ）に示すように、ウェハ状の第１の基板３を準備する。次に、図３（ｂ）に示すように第１の基板３に貫通電極１０を形成し、第１の基板３の表面に配線９を形成する。

第１の基板３の材料としては、絶縁性があることが必要である。好適には、ガラス基板を用いるのが望ましい。その場合、サンドブラストやフッ酸によるウェットエッチング、フッ化炭素などからなる反応性分子のプラズマ照射によるドライエッチングなどによって貫通穴を形成したのち、金属薄膜や導電ペーストなどの導電性材料を成膜または充填して貫通電極１０を形成する。

また、第１の基板３の材料としては、微細加工の容易さを考慮すると、シリコン基板を用いることもできる。その場合、サンドブラストやＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ Ｍｅｔｈｏｘｙ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）などの強アルカリ水溶液によるウェットエッチング、六フッ化硫黄などからなる反応性プラズマ照射によるドライエッチングなどによって貫通穴を形成したのち、金属薄膜や導電ペーストなどの導電性材料を成膜または充填して貫通電極１０を形成する。

配線９は、スパッタリングや蒸着などによって第１の基板３の表面にアルミニウムや金などの導電性薄膜を成膜したのち、リソグラフィおよびエッチングによって形成する。リソグラフィを行ってから導電性薄膜を成膜し、リソグラフィに用いたフォトレジストを除去して配線９を形成してもよい。

次に、デバイス基板工程を行う。

図４（ａ）に示すように、シリコンなどからなるデバイス基板２を第１の基板３に接合する。接合する方法として陽極接合法を採用する場合、デバイス基板２の材料としてシリコンを選択したり、デバイス基板２の表面にアルミニウムなどの金属材料やシリコン薄膜などを成膜したりする。また第１の基板３の材料としてホウ珪酸ガラスやソーダライムガラスなどのアルカリ金属を含有するガラスを選択する。デバイス基板２と第１の基板３とを接触させて２００度以上の温度に保ち、デバイス基板２を陽極、第１の基板３を陰極として２００Ｖから１０００Ｖの電圧を印加すると、デバイス基板２と第１の基板３が強固に接合する。

また、接合する方法として共晶接合法を採用する場合、デバイス基板２と第１の基板３の少なくともいずれか一方の表面に金とスズからなる合金などを成膜する。次いで、デバイス基板２と第１の基板３とを接触させ、合金の融点以上の温度まで加熱し、冷却することにより、デバイス基板２と第１の基板３を強固に接合させる。

次いで、図４（ｂ）に示すように、デバイス基板２の表面の所定の位置に所定の深さの空隙１２を形成する。デバイス基板２の材料としてシリコンを選択する場合、ＴＭＡＨのような強アルカリ水溶液によるウェットエッチング、６フッ化硫黄からなる反応性プラズマを用いたドライエッチングなどの方法を選択することができる。

次いで、図４（ｃ）に示すように、デバイス基板２の所定の位置を除去してケーシング５および振動体６、ならびに駆動電極７を形成する。除去された箇所はキャビティ１３となる。ケーシング５および振動体６ならびに駆動電極７が同一の材料である場合、一括して１枚のデバイス基板２から形成することができ、工数を削減するとともに、ケーシング５および振動体６ならびに駆動電極７の配置をリソグラフィの精度で行うことができ、精密な位置決めおよび高密度な配置が可能となり、デバイスの小型化および振動特性の高精度化を図ることができる。

デバイス基板２の所定の位置を除去する方法としては、空隙１２の形成の場合と同様に強アルカリ水溶液によるウェットエッチングや６フッ化硫黄からなる反応性プラズマを用いたドライエッチングなどの方法を選択することができる。この加工では深さ１００マイクロメートルから２ミリメートル程度の深さで垂直度よく加工を行う必要があるため、好適には、誘導結合プラズマと呼ばれるプラズマ発生方法と、ボッシュプロセスと呼ばれるプラズマの制御方法を組み合わせた深掘りエッチング技術が望ましい。誘導結合プラズマは、真空槽内に発生させたプラズマを磁場で閉じ込め、高密度化することにより、エッチングの速度を向上させたものである。ボッシュプロセスは、保護膜の形成とエッチングとを数秒ごとに切り替え、側壁を保護しながら底面をエッチングすることにより、垂直度のよい加工を行う方法である。

次に、パッケージ工程を行う。

図５（ａ）に示すように、別途作製した集積回路８をキャビティ１３の所定の位置に挿入し、固定する。その際、集積回路８に設けられた図示しない電極と、配線９とを接続するように集積回路８を配置する。集積回路８の固定方法としては、種々の方法を選択することができるが、好適には配線９に電気的に接続するように導電性ペーストを配置し、この導電性ペーストと集積回路８の電極とを接触させ、固定する方法が望ましい。この方法を用いると、集積回路８の固定と電気的接続を同時に行うことができ、工数の削減および信頼性の向上を図ることができる。

次いで、図５（ｂ）に示すように、第２の基板４をケーシング５に接合し、振動体６および駆動電極７ならびに集積回路８をキャビティ１３の内部に収容した状態にする。このとき、第２の基板４とケーシング５とは隙間なく接合され、キャビティ１３が外部とは気密が保たれた状態にすることが望ましい。キャビティ１３が気密に保たれると、湿度や反応性ガスが周囲にあっても、キャビティ１３の内部に収容された集積回路８や振動体６の特性変動や劣化を防ぐことができる。また、真空槽内で第２の基板４とケーシング５とを接合することにより、キャビティ１３を減圧状態に保つと、気体の粘性による抵抗を抑制することができ、振動体６のような機械的に動作するデバイスを効率よく駆動することができる。キャビティ１３を減圧状態に保つために、酸素分子や水分子などと反応して吸収するゲッター材などをキャビティ１３の内部に配置してもよい。

次いで、図５（ｃ）のように、ケーシング５の部分で各個に切り離し、内部に振動体６および駆動電極７ならびに集積回路８を収容した複数の電子部品パッケージ１を得る。

本実施形態によれば、ＭＥＭＳデバイス１１とケーシング５とはデバイス基板２から一括して形成されるため工数を削減することができる。また、ＭＥＭＳデバイス１１の長手方向がデバイス基板２の平面に対して略垂直に配置されるため、ＭＥＭＳデバイス１１がデバイス基板２を占有する面積が小さくなり、取れ個数を向上させることができる。また、ＭＥＭＳデバイス１１およびケーシング５ならびに集積回路８とＭＥＭＳデバイス１１を接続する配線９はリソグラフィによって形成されるため、集積回路８とＭＥＭＳデバイス１１とを電子部品パッケージ１内に高密度に実装することができる。また、集積回路８はその機能面が第１の基板３に対して略垂直になるように配置されているため、電子部品パッケージ１を小型化することができ、取れ個数を向上させることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明にかかる第２実施形態を図６を参照して説明する。第２実施形態においては、第１実施形態と同一箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施形態にかかる電子部品パッケージ２１の斜視図を、簡単のために第２の基板４を取り外した分解図として示している。この電子部品パッケージ２１には、ＭＥＭＳデバイス１１のほかに、複数の集積回路またはその他の電子デバイスが実装されていることを特徴とする。

本実施形態では、その一例として振動体６および駆動電極７からなるＭＥＭＳデバイス１１と、ＭＥＭＳデバイス１１を駆動するための集積回路である駆動回路２２と、電子部品パッケージ２１の温度変化を検出する温度センサ２３と、温度センサ２３の出力を元にＭＥＭＳデバイス１１の温度による特性変化を補正する集積回路である温度補正回路２４とが実装された電子部品パッケージ２１を示す。

このように構成された電子部品パッケージ２１において、環境の温度が変化すると振動体６のヤング率が温度によって変化し、共振周波数が変化する。この変動を補正するために、温度センサ２３によって電子部品パッケージ２１の温度変化を測定し、その結果を温度補正回路２４に出力する。温度補正回路２４は温度変化の情報をもとに、あらかじめ測定しておいた振動体６の周波数変動データを利用して出力信号の周波数を補正する信号を駆動回路２２に出力する。

振動体６の温度変化による振動特性の変化を精度よく補正するためには、振動体６と温度センサ２３とができる限り近接するように配置することが望ましい。本実施形態によれば、振動体６と、駆動回路２２と、温度センサ２３と、温度補正回路２４とを相互に接続する配線９は、リソグラフィの精度で形成することができ、上記各電子部品を十分に近接させて電子部品パッケージ２１内に実装することができるため、温度補正の精度を向上させるとともに、電子部品パッケージ２１の小型化を図ることができる。また、従来とは異なり、各部品に貫通電極を設けたり、ワイヤーボンディングで相互に接続したりする必要がなく、容易に複数の電子部品を電子部品パッケージ２１内に実装することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明にかかる第３実施形態を、図７および図８を参照して説明する。第３実施形態においては、第１実施形態および第２実施形態と同一の箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図７は第３実施形態にかかる電子部品パッケージ３１の斜視図を、簡単のために第２の基板４を取り外した分解図として示している。図８はこの電子部品パッケージ３１に実装されるＭＥＭＳデバイス１１の平面図を示している。

ＭＥＭＳデバイス１１は長方形の断面を持ちその一端を第１の基板３の表面に固定されもう一端を自由端として揺動自在に保持される柱状の振動体６と、振動体６の所定の側面と所定の間隔をあけて振動体６を挟むように配置された駆動電極７Ａおよび駆動電極７Ｂと、振動体６の所定の側面と所定の間隔をあけて振動体６を挟むように配置された駆動電極７Ｃおよび駆動電極７Ｄとを備えている。ここで、駆動電極７Ａと駆動電極７Ｂとを結ぶ仮想的な線と、駆動電極７Ｃおよび駆動電極７Ｄとを結ぶ仮想的な線とが略直交するように駆動電極７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが配置されている。

このように構成されたＭＥＭＳデバイス１１において、振動体６が駆動電極７Ａおよび７Ｂに入力された電気信号による静電引力によって振動する場合、その共振周波数ｆ１は、式２で与えられる。

ここで、ｍは振動体６の支持方法などによって決定される係数、Ｅは振動体６のヤング率、ρは振動体６の密度、Ｌは振動体６の長さ、Ｗ１は駆動電極７Ａおよび７Ｂが対向する振動体６の幅である。

また、振動体６が駆動電極７Ｃおよび７Ｄに入力された電気信号による静電引力によって振動する場合、その共振周波数ｆ２は、式３で与えられる。

ｍ、Ｅ、ρ、Ｌは式２と共通である。Ｗ２は駆動電極７Ｃおよび７Ｄが対向する振動体６の幅である。

式２および式３からわかるように、Ｗ１およびＷ２の値を適宜設定することにより、振動体６の異なる方向への共振の共振周波数ｆ１およびｆ２を互いに独立に決定することができる。そのため、１つの振動体６から同時に２種類の異なる周波数信号を出力することができ、異なる周波数を持つ振動体および駆動電極を２つ実装する場合に比べてデバイスを小型化することができる。

また、振動体６の、第1の基板３と第2の基板４の表面と平行な方向の断面を正方形としてもよい。この場合には、２つの共振周波数ｆ１およびｆ２が略等しくなるため、たとえば同一の周波数で位相が異なる２つの周波数信号を必要とするようなデバイスに適合する。

また、振動体６および駆動電極７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄはそれぞれ長手方向とデバイス基板２の厚さ方向とが略一致するため、デバイス基板２の占有面積を小さくすることができ、電子部品パッケージ３１を小型化することができる。また、振動体６および駆動電極７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを同一のリソグラフィ工程で形成することができ、これらの長手方向をデバイス基板２の表面の方向と略一致させた場合と比べて容易に製造することができる。

また、このように構成されたＭＥＭＳデバイス１１において、電子部品パッケージ１に外部から加速度が印加されると、慣性力により振動体６が変位し、振動体６と駆動電極７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄとの間の距離が変化する。これを振動体６と駆動電極７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄとの間の静電容量の変化として検出すると、ＭＥＭＳデバイス１１を電子部品パッケージ１の平面に対して平行な互いに直交する２方向への加速度を検出することができる２軸加速度センサとして用いることができる。

また、このように構成されたＭＥＭＳデバイス１１において、たとえば駆動電極７Ａおよび７Ｂに振動体６の共振周波数に略一致する電気信号を入力して振動体６を駆動電極７Ａおよび７Ｂの方向に振動させる。この状態で電子部品パッケージ１に振動体６の長手方向を軸とする角速度を印加するとコリオリ力により振動体６の振動方向が駆動電極７Ｃおよび７Ｄの方向にわずかに変化する。これを駆動電極７Ｃおよび７Ｄと振動体６との間の静電容量の変化として検出すると、振動体６の長手方向を軸とする加速度を検出することができる１軸角速度センサとして用いることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１ 第１実施形態の電子部品パッケージ
２ デバイス基板
３ 第１の基板
４ 第２の基板
５ ケーシング
６ 振動体
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ 駆動電極
８ 集積回路
９ 配線
１０ 貫通電極
１１ ＭＥＭＳデバイス
１２ 空隙
１３ キャビティ
２１ 第２実施形態の電子部品パッケージ
２２ 温度センサ
２３ 駆動回路
２４ 温度補正回路
３１ 第３実施形態の電子部品
４１ 従来の電子部品パッケージ
４２ ＭＥＭＳデバイス
４３ 第１の基板
４４ 第２の基板
４５ 集積回路
４６ 貫通電極
４７ 従来の電子部品パッケージ

Claims (7)

1. 所定の間隔を開けて対向するように配置された絶縁性の材料からなる第１の基板および第２の基板と、
   前記第１の基板および前記第２の基板に接続されて枠状に形成されたケーシングと、
   前記第１の基板および前記第２の基板ならびにケーシングによって囲まれた密閉空間であるキャビティと、
   前記第１の基板に固定された直方体のもっとも小さな面積の面が前記第１の基板および第２の基板の表面に略平行になるように前記キャビティ内に配置され、前記ケーシングと同一材料からなるＭＥＭＳデバイスと、
   前記第１の基板に固定された直方体のもっとも小さな面積の面が前記第１の基板および前記第２の基板の表面に略平行になるように前記キャビティ内に配置され、前記ＭＥＭＳデバイスとの間で電気信号を入出力し、または互いに電気信号を入出力する１つ以上の集積回路と、
   前記第１の基板に形成されて前記キャビティの内部と外部とを電気的に接続する貫通電極と、
   前記第１の基板の表面に形成されて前記集積回路および貫通電極とを互いに電気的に接続する配線と、
   を備え、
   前記ＭＥＭＳデバイスは、
   一端を前記第１の基板に固定されて揺動自在に保持された柱状の振動体と、
   一端を前記第１の基板に固定されて前記振動体の側面と対向するように配置された駆動電極と、
   を備えた振動子であり、
   前記第１の基板の表面は、当該第１の基板のうち前記キャビティに面する側の面であり、
   前記第２の基板の表面は、当該第２の基板のうち前記キャビティに面しない側の面であり、
   前記集積回路の機能面は、前記第１の基板の表面に対して略垂直であり、
   前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路は、前記第１の基板の表面に固定されることを特徴とする電子部品パッケージ。
2. 請求項１に記載の電子部品パッケージであって、
   前記駆動電極は前記振動体の所定の側面に対向するように配置された第１の駆動電極と、
   前記第１の駆動電極と対向する前記振動体の側面に対して略垂直をなす前記振動体の所定の側面に対向するように配置された第２の駆動電極と、
   を備えた電子部品パッケージ。
3. 請求項１又は２に記載の電子部品パッケージであって、
   前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路は前記振動体の共振周波数に略一致する周波数を発振する発振器である電子部品パッケージ。
4. 請求項１又は２に記載の電子部品パッケージであって、
   前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路は前記電子部品パッケージに印加された加速度を電気信号として出力する加速度センサである電子部品パッケージ。
5. 請求項１又は２に記載の電子部品パッケージであって、
   前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路は前記電子部品パッケージに印加された角速度を検出する角速度センサである電子部品パッケージ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電子部品パッケージであって、
   前記集積回路は前記ＭＥＭＳデバイスと電気信号を入出力する駆動回路と、
   前記電子部品パッケージ内の温度を測定し電気信号として出力する温度センサと、
   前記温度センサからの出力を受け取り前記ＭＥＭＳデバイスの温度による特性変化を補正する電気信号を前記ＭＥＭＳデバイスまたは前記駆動回路に出力する温度補正回路と、
   を備えた電子部品パッケージ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の電子部品パッケージの製造方法であって、
   絶縁性材料からなる前記第１の基板に前記貫通電極を形成し、前記第１の基板の表面に前記配線を形成する第１の基板工程と、
   半導体または導電性材料からなる基板を前記第１の基板に接合し、前記半導体または導電性材料からなる基板の所定の位置を除去して前記ケーシングおよび前記ＭＥＭＳデバイスを形成するデバイス基板工程と、
   前記配線に前記集積回路を固定し、前記ケーシングに前記第２の基板を接合して、前記第１の基板および前記第２の基板ならびに前記ケーシングによって囲まれた密閉空間であるキャビティ内に前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記集積回路を収容するパッケージ工程と、
   を備えた電子部品パッケージの製造方法。

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