JP5999908B2 - 端面実装センサ - Google Patents

Description

[0001]全てのメカニズムが同じである完全三軸の加速度計またはジャイロを形成するためには、少なくとも１つのメカニズムを複雑なカスタムパッケージ中に実装する、またはダイを端面実装しなければならない。

[0002]マイクロメカニカル・ジャイロスコープなどの様々なマイクロメカニカル・デバイスは、長期間にわたる精密動作を保証するために、気密封止を必要とする。従来の気密封止は、気密封止ハウジングまたはエンクロージャ中にデバイスを実装することによって実現される。密封されたデバイスへのおよびからの入力および出力電気接続は、エンクロージャの部分を貫通する導体を埋め込んで導電性トレースまたはワイヤをデバイスに接続できるようにすることによって実現される。

[0003]しかし、この型の気密封止エンクロージャは、比較的高価になる傾向がある。さらに、デバイスをエンクロージャ中へ実装することに関連した公差が、空間的定位に対して敏感なデバイスの精度に影響を及ぼすことがある。例えば、いくつかの慣性システムは、互いに直角に配列された３個の慣性速度センサを利用する。そのような各センサがそれぞれの気密封止エンクロージャ中に実装されたとき、密封パッケージを互いに直角関係で取り付けることに関連にした公差だけでなくそれぞれのエンクロージャ中に各センサを取り付けることに関連した公差も、システムの精度に悪影響を及ぼすことがある。

[0004]本発明は、回路基板上に側面実装するためのセンサデバイス・パッケージを作る方法を提供する。例示の方法では、センサデバイスは、第１のガラス層に結合されるシリコンの機械層中に作られる。第２のガラス層が、シリコンの機械層に付着されて、ウェーハが作られる。シリコンの機械層の表面の予め定められた領域を露出させるために、第１のビアが、第１および／または第２のガラス層に作られる。第２のビアが、第１および／または第２のガラス層に作られる。少なくとも１つの第２のビアは、第１のビアの深さ寸法よりも小さな深さ寸法を有する。シリコンの機械層の露出領域と第２のビアの一部との間に金属トレースが付けられる。ウェーハは、第２のビアが２つの部分に分けられるようにスライスされ、それによってセンサダイが作られる。それから、センサダイは、スライスされた第２のビアのところで回路基板に電気的かつ機械的に結合される。

[0005]本発明の一態様では、センサデバイスは、第１または第２のガラス層の間に気密封止される。
[0006]本発明の他の態様では、センサデバイスは加速度計である。

[0007]本発明のさらに他の態様では、２つの他のセンサダイが、それらの他のセンサダイの感知軸が第１のセンサダイの感知軸に対して垂直であるように回路基板に付着される。

[0001]本発明の好ましいおよび代替えの実施形態は、次の図面に関連して以下で詳細に説明される。

[0002]本発明の実施形態に従って回路基板に実装されたダイを示す側面断面図である。 [0003]図２−１は、図１に示されたようなデバイスを製造するステップを示す側面断面図である。図２−２は、図１に示されたようなデバイスを製造するステップを示す側面断面図である。図２−３は、図１に示されたようなデバイスを製造するステップを示す側面断面図である。 [0004]本発明の実施形態に従って形成されたダイを示す透視図である。

[0005]図１は、回路基板２２に対して垂直に実装されたダイ２０の例を示す。ダイ２０は、少なくとも１つの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス（すなわち、センサ）を備える機械層２５を含む。この例では、機械層２５は、垂直面内の動き（矢印２８）（すなわち、回路基板２２に対して垂直な動き）を感知するように構成された加速度計を含む。

[0006]従来のやり方では、ダイ２０の機械層２５中にパッケージされた加速度計と同一の２個の加速度計が、他のダイの中にパッケージされて、ダイ２０に対して直角に取り付けられることがある。また、これらの２つの代替え加速度計ダイパッケージの感知軸は互いに直角であり、それによって、３つの直交軸方向の加速度を感知する３個の同一面内加速度計を含むデバイスを実現する。

[0007]機械層２５（例えば、シリコン）の相対する側面にあるハンドル層２４、２６（例えば、ガラス）の上面または底面の傾斜部分にあるトレース３２に付着する電導性ビーズ３４によって、ダイ２０は、回路基板２２に機械的かつ電気的に付着される。機械層２５の部分を露出させるために、それぞれのガラスハンドル層２６または２４中にビア３０が形成される。露出された機械層２５の部分は、機械層２５の中にある能動部品に接続する電気トレースを含んでいる。トレース３２は、露出表面の機械層２５上にある電気リード線と電気ビーズ３４（例えば、金）を接続する。

[0008]図２−１は前に機械加工されたシリコン層５２を含むウェーハ５０を示し、この機械加工シリコン層５２は、加速度計またはジャイロなどの１つまたは複数の能動デバイスを含んでいる。機械加工シリコン層５２は、能動デバイスを作る前にガラスのベース層５６に付着される。能動デバイスを作った後で、ガラスのカバー層５４が機械シリコン層５２に結合される。ガラスのカバー層５４は、能動デバイスの気密封止を実現する。

[0009]図２−２は２つの別々に行われたプロセスの結果を示し、これらのプロセスによって、ビア６０および６２がガラス層５４、５６の中にそれぞれ形成されている。ビア６０、６２は、標準的なガラス・エッチング技術を使用して形成される。シリコン層５２内にある能動部品に接続されて能動部品に関連した信号にアクセスできるようにする電気リード線（図示されない）を露出させるために、ビア６０、６２は、シリコン層５２の部分を露出している。ビア６０、６２は、気密封止を構成していない。

[0010]図２−３は、第２のビア６６および６８がガラス層５４、５６にエッチングされたことを示している。ビア６６、６８は、機械加工されたシリコン層５２まで入り込まず、予め定められた軸８０に沿って並んで、ビア６６、６８の底がほぼ軸８０に位置している。軸８０は、ウェーハ５０を複数の個々のセンサユニットに分けるために使用される予め定められた切断線を表わしている。ビア６６、６８は、２つの別々のプロセスによって行われる。次に、同様に２つの別々のプロセスによって行われるのは、ビア６６、６８の底と機械加工シリコン層５２の表面との間に少なくとも付けられる電気トレース７０、７２の塗布である。一実施形態では、単一トレースが、小さなビアを大きなビアの中のシリコン層につないでいる。

[0011]図２−３に示されたステップの後で、ウェーハは、軸８０に沿ってスライスされて、複数のセンサユニットが作られる。それから、１つのセンサユニットが、回路基板２２（図１）または同等なデバイスに結合される。一実施形態では、分離された個々のセンサユニットは、標準的な機械的処理技術に従って、ビーズ３４（図１）などの金ビーズを使用して回路基板に付着される。金ビーズは、軸８０に沿って分離が行われたビア６６、６８の傾斜した壁のトレース７０、７２に付着する。

[0012]図３は、例示の加速度計ダイ９０を示し、このダイ９０は、第１のガラス層９４と第２のガラス層９６の間にサンドイッチ状に挟まれたシリコン層９２の中にある加速度計を含んでいる。複数のビア１００が、第１のガラス層９４の露出表面にエッチングされている。ビア１００は、シリコン層９２の表面までエッチングされて、シリコン層９２上にある電気トレース（図示されない）を露出している。小さい方のビア１０２は、第１および第２のガラス層９４、９６のベース端面に位置している。小さい方のビア１０２は、シリコン層９２の表面を露出していない。金属化パターン（例えば、電気トレース１０４）が、ガラス層９４、９６に、ビア１００、１０２の中に、さらにシリコン層９２の表面にあるどの電気リード線にも付けられる。パッケージ９０を回路基板または同等なデバイスに付着させるために、金属ビーズ（図示されない）が小さい方のビア１０２の中へ入れられ、それから、金属ビーズ、回路基板、およびパッケージ９０の間に結合を生じさせるために、温度が高くされ、および／またはパッケージ９０と回路基板（図示されない）の間に圧力が加えられる。
［形態１］
第１のガラス層（２４）に結合されるシリコンの機械層（２５）中に少なくとも１つのセンサデバイスを作るステップと、
第２のガラス層（２６）をシリコンの前記機械層に付着させてウェーハを作るステップと、
シリコンの前記機械層の表面の予め定められた領域を露出させるために、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つに少なくとも１つの第１のビア（３０）を作るステップと、
前記少なくとも１つの第１のビアの深さ寸法よりも小さな深さ寸法を有する少なくとも１つの第２のビア（３０）を、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つに作るステップと、
シリコンの前記機械層の前記露出領域と前記少なくとも１つの第２のビアの少なくとも一部との間に金属トレース（７０、７２）を付けるステップと、
前記少なくとも１つの第２のビアが２つの部分に分けられるように前記ウェーハをスライスして、第１のセンサダイを作るステップと、
前記スライスされたセンサダイの第１のものを、前記スライスされた第２のビアの壁の残りの一部のところで回路基板に電気的かつ機械的に結合するステップと
を含む方法。
［形態２］
形態１に記載の方法であって、前記センサデバイスが、第１または第２のガラス層の間に気密封止され、前記少なくとも１つのセンサデバイスが加速度計を含み、さらに、１つまたは複数の他のセンサダイを、前記１つまたは複数の他のセンサダイの感知軸が前記第１のセンサダイの感知軸に対して垂直であるように、前記回路基板に付着させるステップをさらに含む方法。
［形態３］
第１のガラス層（９４）に結合された、センサデバイスを含むシリコンの機械層（９２）、
シリコンの前記機械層に付着された第２のガラス層（９６）、
シリコンの前記機械層の表面の予め定められた領域を露出させるように構成された、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つの中の少なくとも１つの第１のビア（１００）、
前記少なくとも１つの第１のビアの深さ寸法よりも小さな深さ寸法を有する、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つ中の少なくとも１つの第２のビア（１０２）、および
シリコンの前記機械層の前記露出された領域と前記少なくとも１つの第２のビアの少なくとも一部との間に位置する金属トレース（１０４）
を備える第１のセンサダイと、
回路基板（２２）と、
前記第１のセンサダイを作るために使用されたウェーハから形成された、それぞれセンサデバイスを含む第２および第３のセンサダイと、
前記センサデバイスの各々の感知軸が直角を成すように前記第１、第２、および第３のダイを前記回路基板に機械的かつ電気的に結合するように構成された複数の金属ビーズとを備える加速度計パッケージ。

２０ ダイ
２２ 回路基板
２４、２６ ハンドル層
２５ 機械層
２８ 垂直面内の動き
３０ ビア
３２ トレース
３４ 電導性ビーズ
５０ ウェーハ
５２ 機械加工されたシリコン層
５４、５６ ガラス層
６０、６２ ビア
７０、７２ トレース
６６、６８ 第２のビア
８０ 軸
９０ パッケージ
９２ シリコン層
９４ 第１のガラス層
９６ 第２のガラス層
１００、１０２ ビア

Claims (4)

1. センサダイパッケージであって、
   第１のガラス層に結合された、センサデバイスを含むシリコンの機械層、
   シリコンの前記機械層に付着された第２のガラス層、
   シリコンの前記機械層の表面の予め定められた領域を露出させるように構成された、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つの中の少なくとも１つの第１のビア、
   第１または第２のガラス層の少なくとも１つ中の少なくとも１つの第２のビアであって、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つをシリコンの前記機械層まで貫通しておらず、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つの、前記機械層から離れた側にある外面に露出する、前記少なくとも１つの第２のビア、および
   シリコンの前記機械層の前記露出された領域と前記少なくとも１つの第２のビアの少なくとも一部との間に位置する金属トレース
   を備えるセンサダイパッケージ。
2. 請求項１に記載のセンサダイパッケージにおいて、
   前記センサダイパッケージは、前記少なくとも１つの第２のビアを通る端面を有し、前記第２のビアの壁のところで回路基板または同等なデバイスに電気的かつ機械的に結合されることによって、当該端面の側で回路基板または同等なデバイスに端面実装可能に構成されている、センサダイパッケージ。
3. 請求項１に記載のセンサダイパッケージにおいて、前記少なくとも１つのセンサデバイスは、加速度センサ又はジャイロのうち少なくとも１つである、センサダイパッケージ。
4. 第１のガラス層に結合されるシリコンの機械層中に少なくとも１つのセンサデバイスを作るステップと、
   第２のガラス層をシリコンの前記機械層に付着させてウェーハを作るステップと、
   シリコンの前記機械層の表面の予め定められた領域を露出させるために、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つに少なくとも１つの第１のビアを作るステップと、
   少なくとも１つの第２のビアを、前記第１または第２のガラス層の少なくとも１つに作るステップであり、前記少なくとも１つの第２のビアは、該第１または第２のガラス層の少なくとも１つをシリコンの前記機械層まで貫通しない前記ステップと、
   シリコンの前記機械層の前記露出領域と前記少なくとも１つの第２のビアの少なくとも一部との間に金属トレースを付けるステップと、
   前記少なくとも１つの第２のビアが２つの部分に分けられるように前記ウェーハをスライスして、第１のセンサダイを作るステップと、
   前記第１のセンサダイを、前記スライスされた第２のビアの壁の残りの一部のところで回路基板または同等なデバイスに電気的かつ機械的に結合し、前記第１のセンサダイを端面実装するステップと
   を含む方法。

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