JP6177320B2 - マイクロセンサパッケージ及びマイクロセンサパッケージをアセンブリングする関連方法 - Google Patents

マイクロセンサパッケージ及びマイクロセンサパッケージをアセンブリングする関連方法 Download PDF

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Description

本開示は、概して、センサに関し、かつ具体的には、センサのパッケージ及びセンサのパッケージをアセンブリングする関連方法に関する。
物理量の測定はしばしば、物理現象の作用を決定しかつ理解するために実行される。例えば、騒音及び騒音の源若しくは原因の測定はしばしば、騒音の発生の背後にある物理を理解するために実行される。例えば、測定は、騒音がどこから来ているのかを特定するために実行される。
このタイプの解析は、装置の試験において実行され得る。例えば、騒音データは、ジェットエンジンなどの航空機のエンジンに対して収集される。収集された騒音データは、ジェットエンジンの範囲内及び範囲外のどの構成要素が騒音に貢献しているのかを決定するために解析される。これらの種々の構成要素はまた、構成要素騒音源として言及される。
ジェットエンジンの中の又はジェットエンジンによって発生されるジェット排気の中の種々の構造体又は構成要素は、種々の周波数において種々の騒音に貢献する。例えば、ジェットエンジンのダクト及びインレットの範囲内の種々の表面は、ジェットエンジンの作動の間の騒音に貢献する。例えば、ジェットエンジンの高速の排気流は、エンジンの作動の間の騒音に貢献する。
表面は、騒音を低減するための試みにおいて、様々なコンパウンド又は構成要素を用いて処理され得る。このタイプの実施例を伴って、ジェットエンジンは、種々のタイプの表面からの騒音への貢献が種々の処理を用いて低減されるか否かを決定するために、それらの表面を用いて試験される。
現在、複数のマイクロフォンが、騒音データを収集するために使用される。この騒音データは、騒音がどこから来ているのかという「図式」を生み出すために、かつ放射騒音の強度を決定するために処理される。このデータを取得することにおいて、マイクロフォンなどの音響センサが、種々の場所に置かれる。現在のアレイ設計を用いて、何百の候補となる騒音源位置を何十の興味の対象の測定ポイントに接続することによって形成される全ての音伝播経路をカバーするために、何百又は何千のアレイ位置が必要とされる。
数の種々のタイプのマイクロフォンが、マイクロフォンが数の要件を満たさなければならない航空音響の用途における使用に対して検査されてきた。マイクロマシン技術(MEMS)のマイクロフォンは、有望なマイクロフォンの最新のタイプのうちの1つである。しかしながら、航空音響の用途の要件に合致する廉価なパッケージのMEMSセンサへの道は、現在のところ知られていない。それ故、他の潜在的な問題と同様に、上述された問題のうちの少なくともいくつかを考慮に入れた、マイクロセンサパッケージ及びマイクロセンサパッケージを製作する関連方法を有することが望ましい。
本開示の例示的な実施形態は、概して、マイクロセンサパッケージ及びそのアセンブリの関連方法を対象とする。例示的な実施形態のマイクロセンサは、ロバストで、EMI(電磁妨害)に対して抵抗力があり、かつ望まれるならばまた、個別のセンサ又はセンサのグループに対して超極薄である、超フラッシュ(ultra‐flush)な設置を取得するようにパッケージされる。この技術的な問題に対する解決法は、多くのセンサ開発シナリオを可能にし、それによって現在のところ利用可能ではない個別のセンサ及び複数のセンサに対するいくつかの用途への適用を可能にする。例えば、マイクロフォンの文脈において、これらの開発シナリオは、風洞試験セクションの中の以前にアクセスできなかった位置における、大きなチャネルカウント、忠実度の高い騒音源位置アレイの開発、及び/又は飛行試験及び測定シナリオのための航空機の胴体の外表面上における同様のアレイの開発を含む。例示的な実施形態によって提供される測定の忠実度は、以前の能力を超えた大幅な改善である。例示的な実施形態は、望ましいセンサパッケージ効果を取得するために、いくつかの技術的な問題を解決する。
例示的な実施形態のマイクロセンサパッケージ及びそのアセンブリの関連方法は、数の技術的な問題を解決することができる。例えば、例示的な実施形態は、センサの極めて面一な設置をもたらすことができ、これによってセンサの感知要素が表面の滑らかさに対する最小の乱れで滑らかな表面の一部となる。このことは、感知要素を滑らかな表面の平面の中に配置すること及び表面とセンサとの間のとるにたらない隙間を伴って配置することを含む。例示的な実施形態はまた、EMIに対して抵抗力があるパッケージを確立し、それは、典型的にはEMIに対して脆弱な高インピーダンスセンサの設計に対してとりわけ重要である。
例示的な実施形態はさらに、センサの裏側のキャビティー及びベントチャネルを密封することと同時に、センサをPCB(プリント回路基板)に接着することを含んで、貫通チップビア(through−chip via)の装着問題を解決する。例示的な実施形態はまた、センサを互いに精密に位置決めすることを含んで、マルチセンサパッケージに対する上述の技術的な問題を解決する。さらに、例示的な実施形態は、前述のEMIに対する抵抗特性及び貫通チップビアの装着及び裏面の密封を組み込んだ、個別のセンサパッケージを生成する。そして、例示的な実施形態は、マイクロセンサパッケージを製作する方法における技術的な問題を解決する。
例示的な実施形態の一側面にしたがって、マイクロセンサパッケージは、マイクロセンサ及びプリント回路基板(PCB)を含むように提供される。マイクロセンサは、互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板、第1の基板の前面の上の感知要素、及び第1の基板の範囲内に配置されて感知要素に電気的に接続され貫通チップビア含む。PCBは、第1の基板の裏面が接着される第2の基板を含む。第2の基板は、接着パッドがその範囲内に配置される凹部を画定し、イクロセンサの貫通チップビアは、PCBの接着パッドに電気的に接続されている。一実施例において、PCBは、第2の基板の範囲内に配置されるビアを含み、着パッドに電気的に接続されるマイクロセンサの貫通チップビアの反対側にある接着パッドに電気的に接続される。
一実施例において、マイクロセンサパッケージはさらに、PCBに接着されるシムを含み、かつシムは、マイクロセンサの外側境界を取り囲み、かつマイクロセンサと近似的に同じ厚さを有する。この実施例において、第2の基板は、別の接着パッドがその範囲内に配置される別の凹部を画定し、かつシムはその別の接着パッドに電気的に接続される。
一実施例において、マイクロセンサの貫通チップビアは、接着パッドの上の凹部のオープンボリュームの範囲内に配置される導電性接着剤を用いて、接着パッドに電気的に接続される。この実施例において、オープンボリュームは、その範囲内に配置される導電性接着剤の容積よりも大きい。この実施例においても、第1の基板の裏面は、導電性接着剤を取り囲んで密封する接着剤を用いて、PCBに接着される。
一実施例において、マイクロセンサは、第1の基板の前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティーの範囲内の第1の基板の裏面の対応する部分によって画定される裏面を有する隔膜を含む。この実施例において、第1の基板の裏面はさらに、キャビティーを第1の基板の前面に接続するベントチャネルを画定する。そして、第1の基板の裏面は、キャビティー又はキャビティー及びベントチャネルを取り囲みかつ密封する接着剤を用いて、PCBに接着される。
文章及び図面において、マイクロセンサパッケージ10が、以下のものを含んで開示される。すなわち、
互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板16を含むマイクロセンサ12、第1の基板16の前面の上の感知要素、及び第1の基板16の範囲内に配置されかつ感知要素に電気的に接続される貫通チップビア30、32、及び第1の基板16の裏面が接着される第2の基板38を含むプリント回路基板14を含み、第2の基板38はその範囲内において接着パッド42が配置される凹部40を画定し、マイクロセンサ12の貫通チップビアはプリント回路基板14の接着パッドに電気的に接続される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、マイクロセンサ12の貫通チップビア30、32は接着パッド42の上の凹部40のオープンボリュームの範囲内に配置される導電性接着剤46を用いて接着パッド42に電気的に接続され、オープンボリュームはその範囲内に配置される導電性接着剤46の容積よりも大きく、かつ第1の基板16の裏面は導電性接着剤46を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いてプリント回路基板14に接着される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10はさらに、マイクロセンサ12の外側境界を取り囲みかつプリント回路基板14に接着されるシム48を含み、シム48はマイクロセンサ12と近似的に同じ厚さを有する。有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、第2の基板38はその範囲内に別の接着パッド42が配置される別の凹部を画定し、シム48は他の、例えば別の、接着パッド42に電気的に接続される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、マイクロセンサ12は第1の基板16の前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティー26の範囲内の第1の基板16の裏面の対応する部分によって画定される裏面を有する隔膜18を含み、かつ第1の基板16の裏面はキャビティー26を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いてプリント回路基板14に接着される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、第1の基板16の裏面はさらにキャビティー26を第1の基板16の前面に接続するベントチャネル28を画定し、かつ第1の基板16の裏面はキャビティー26及びベントチャネル28を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いてプリント回路基板14に接着される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、プリント回路基板18は、第2の基板38の範囲内に配置され、かつ接着パッド42に電気的に接続されるマイクロセンサ12の貫通チップビア30、32の反対側にある接着パッド42と電気的に接続されるビアを含む。
一側面において、マイクロセンサパッケージ10は、各々が対向する前面及び裏面を有する第1の基板16を含むマイクロセンサのアレイ、第1の基板16の前面の上の感知要素12、及び第1の基板16の範囲内に配置されかつ感知要素12に電気的に接続される貫通チップビア30、32、及び第1の基板16の裏面が接着される第2の基板38を含むプリント回路基板14を含み、第2の基板38はその範囲内に対応する接着パッド42のアレイが配置される凹部40のアレイを画定し、マイクロセンサのアレイの各々のマイクロセンサ12の貫通チップビア30、32は接着パッド42のアレイのうちのそれぞれの接着パッド42に電気的に接続される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、マイクロセンサのアレイのうちの各々のマイクロセンサ12に対して、貫通チップビア30、32はそれぞれの接着パッド42の上の凹部40のオープンボリュームの範囲内に配置される導電性接着剤46を用いてそれぞれの接着パッド42に電気的に接続され、かつ第1の基板16の裏面は導電性接着剤46を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いてプリント回路基板14に接着される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10はさらに、マイクロセンサのアレイのうちのマイクロセンサの外側境界を取り囲むアレイシム68を含み、アレイシム68はプリント回路基板に接着されかつマイクロセンサと近似的に同じ厚さを有する。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10はさらに、マイクロセンサ12のうちのそれぞれのものの外側境界を取り囲みかつプリント回路基板14に接着される複数の個別のシム48を含み、個別のシム48はマイクロセンサ12と近似的に同じ厚さを有し、アレイシム68は個別のシム48及びアレイのうちのマイクロセンサの外側境界を取り囲む。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、第2の基板38はその範囲内に別の複数の接着パッド42が配置される別の複数の凹部44を画定し、個別のシム48は他の、例えば別の、複数の接着パッド48のうちのそれぞれのものに電気的に接続される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、マイクロセンサのアレイのうちの各々のマイクロセンサ12に対して、マイクロセンサ12は、第1の基板16の前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティーの範囲内の第1の基板16の裏面の対応する部分によって画定される裏面を有する隔膜18を含み、かつマイクロセンサのアレイのうちの各々のマイクロセンサ12に対して、第1の基板16の裏面は、キャビティー26を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いてプリント回路基板18に接着される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、第1の基板16の裏面はさらにキャビティー26を第1の基板16の前面に接続するベントチャネル28を画定し、かつマイクロセンサのアレイのうちの各々のマイクロセンサ12に対して、第1の基板16の裏面はキャビティー26及びベントチャネル28を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いてプリント回路基板14に接着される。
有利なことに、マイクロセンサパッケージ10では、マイクロセンサのアレイのうちの1以上のマイクロセンサ12のうちの各々に対して、プリント回路基板14は、第2の基板38の範囲内に配置され、かつ接着パッド42に電気的に接続されるマイクロセンサ12の貫通チップビア30、32の反対側にある接着パッド42に電気的に接続されるビアを含む。
一側面において、互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板16、第1の基板16の前面の上の感知要素12、及び第1の基板16の範囲内に配置されかつ感知要素12に電気的に接続される貫通チップビア30、32を有するマイクロセンサ12を、接着パッド42が配置される凹部44を画定する第2の基板38を有するプリント回路基板14に機械的に接着することを含み、イクロセンサ12をプリント回路基板14に機械的に接着することは、第1の基板16の裏面を第2の基板38に接着することを含む機械的に接着すること、及びマイクロセンサ12をプリント回路基板14に電気的に接着することを備え、マイクロセンサ12をプリント回路基板14に電気的に接着することは、マイクロセンサ12の貫通チップビア30、32をプリント回路基板14の接着パッド42に電気的に接着することを含む、マイクロセンサパッケージ10をアセンブリングする方法が開示される。
有利なことに、方法では、電気的な接着は貫通チップビア30、32若しくは接着パッド42の上に配置される導電性接着剤46を用いてマイクロセンサ12の貫通チップビア30、32を接着パッド42に電気的に接着することを含み、電気的な接着の後に導電性接着剤46は接着パッド42の上の凹部のオープンボリュームの範囲内に配置され、オープンボリュームはその範囲内に配置される導電性接着剤46の容積よりも大きく、かつ機械的な接着及び電気的な接着は同時に行われ、かつ機械的な接着は導電性接着剤46を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いて第1の基板16の裏面をプリント回路基板14に機械的に接着することを含む。
有利なことに、方法はさらにシム48をプリント回路基板14に機械的に接着することを含み、マイクロセンサ12及びシム48は、シム48がマイクロセンサ12の外側境界を取り囲むようにプリント回路基板14に機械的に接着され、シム48はマイクロセンサ12と近似的に同じ厚さを有する。
有利なことに、方法ではさらに、マイクロセンサ12の機械的かつ電気的な接着はマイクロセンサのアレイをプリント回路基板14に機械的かつ電気的に接着することを含み、かつシム48の機械的な接着はアレイシム68がマイクロセンサのアレイのうちのマイクロセンサ12の外側境界を取り囲むようにアレイシム68をプリント回路基板14に機械的に接着することを含む。
有利なことに、方法ではさらに、シム48の機械的な接着はさらに、個別のシム48がマイクロセンサ12のうちのそれぞれのものの外側境界を取り囲むように、かつアレイシム68が個別のシム48及びアレイのうちのマイクロセンサ12の外側境界を取り囲むように、複数の個別のシム48をプリント回路基板14に機械的に接着することを含む。
有利なことに、方法ではさらに、第2の基板38はその範囲内に別の複数の接着パッド42が配置される別の複数の凹部を画定し、かつ方法はさらに、個別のシム48を他の、例えば別の、複数の接着パッド42のうちのそれぞれのものに電気的に接着することを含んで、個別のシム48をプリント回路基板14に電気的に接着することを含む。
有利なことに、方法ではさらに、マイクロセンサ12は、第1の基板16の前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティー26の範囲内の第1の基板16の裏面の対応する部分によって画定される裏面を有する隔膜18を含み、かつ機械的な接着は、キャビティー26を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いて第1の基板16の裏面をプリント回路基板14に機械的に接着することを含む。
有利なことに、方法ではさらに、第1の基板16の裏面はさらに、キャビティー26を第1の基板16の前面に接続するベントチャネル28を画定し、かつ機械的な接着は、キャビティー26及びベントチャネル28を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いて第1の基板16の裏面をプリント回路基板14に機械的に接着することを含む。
例示的な実施形態の他の側面において、マイクロセンサのアレイを含むマイクロセンサパッケージ、及びマイクロセンサパッケージをアセンブリングする方法が提供される。上述の機構、機能及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であるか、さらに別の実施形態において組み合わせることが可能である。これらの実施形態について、以下の説明及び添付図面を参照してさらに詳細に説明する。
上述では本発明の例示的実施形態を一般的な用語で説明したが、後述では添付図面を参照する。これらの図面は、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。
図1a、図1b、及び図1c(集合的に「図1」)は、一例示的な実施形態による、マイクロセンサパッケージの4分の1を切り取った図、上面図、及び誇張された断面図である。 図1a、図1b、及び図1c(集合的に「図1」)は、一例示的な実施形態による、マイクロセンサパッケージの4分の1を切り取った図、上面図、及び誇張された断面図である。 図1a、図1b、及び図1c(集合的に「図1」)は、一例示的な実施形態による、マイクロセンサパッケージの4分の1を切り取った図、上面図、及び誇張された断面図である。 図2及び図3は、一例示的な実施形態による、様々なアセンブリの段階における図1のマイクロセンサパッケージの誇張された断面図である。 図2及び図3は、一例示的な実施形態による、様々なアセンブリの段階における図1のマイクロセンサパッケージの誇張された断面図である。 図4は、一例示的な実施形態による、マイクロセンサパッケージをアセンブリングする方法における様々なステップを図示する流れ図である。 図5a及び図5b(集合的に「図5」)は、例示的な実施形態による、センサのアレイを含むマイクロセンサパッケージの斜視図である。 図5a及び図5b(集合的に「図5」)は、例示的な実施形態による、センサのアレイを含むマイクロセンサパッケージの斜視図である。 図6は、例示的な航空機の製造及び保守方法の流れ図である。 図7は、例示的な航空機のブロック図である。
添付図面を参照して本開示のいくつかの実施形態について、より詳細に説明するが、添付図面には本開示のすべての実施形態が示されているわけではない。実際、本開示の種々の実施形態は、多くの異なる形態で実施可能であり、ここで説明される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ本開示が包括的で完全となるように、かつ当業者に本開示の範囲を十分に伝えるために、これらの実施形態が提供される。例えば、本明細書の中において、関連すると思われる構成要素の寸法に対する言及が行われる。これらの及び他の類似の関係は、工学的許容範囲などにより起こりうる変化を説明するために完全であるかもしれないし、又は近似的であるかもしれない。全体を通して、類似の参照番号は類似の要素を示す。
例示的な実施形態は、本明細書の中において、航空音響の用途などの特定の用途に対して製作されるMEMSセンサを参照して説明される。しかしながら、例示的な実施形態が、航空宇宙産業の内側及び外側の両方において、他の用途に対して等しく適用可能である、ということは理解されるべきである。例示的な実施形態が、MEMSベースのマイクロフォンとは異なるマイクロセンサに対して等しく適用可能である、ということもまた理解されるべきである。
図1a、図1b、及び図1cを含む図1を参照すると、本開示の例示的な実施形態による、マイクロセンサパッケージ10が図示されている。図1a及び図1bは、マイクロセンサパッケージの4分の1を切り出した図、及び上面図である。図1c(及び同様に以下に説明される図2及び図3)は、特段の定めがなければ通常の断面図によっては捉えられない、パッケージの数の構成要素を捉えるために、図1a及び図1bに関して誇張された断面図である。
示されているように、マイクロセンサパッケージは、互いに反対側にある前面及び裏面を有するMEMSセンサ12(この場合はマイクロフォン)を含み、裏面はプリント回路基板(PCB)14に接着されているかさもなければ固定されている。再び、上で示されたように、示されているマイクロフォンは、例示的な実施形態のセンサパッケージ及びアセンブリングの方法と関係がある多くのセンサのうちのただ1つの実施例である。また特に、PCBは図1の中において、PCBが典型的には含むと考えられる他の微小又は電気的な構成要素なしに、単純化された形において示されている。
センサ12の様々な特徴は、例示的な実施形態の理解を容易にするように、本明細書の中において示されかつ説明されているが、センサは付加的な又は代替的な特徴を有し得る。一実施例において、センサは、互いに反対側にある前面及び裏面を有する基板(第1の基板)16を含み、かつその前面の上に感知要素を含む。マイクロフォンの文脈において示されるように、感知要素は、隔膜18(例えば、円形の隔膜)の外側境界を取り囲む層のスタック(例えば、環状の層のスタック)であり得、又はこのようなスタックを含む。層のスタックは、下端部及び上端部の電極20、22、及び間に挿入された圧電性物質24を含む。その後、一実施例において、隔膜は入射する音圧に反応して歪むように構成され、隔膜はのスタックが対応する出力電圧を生み出す原因となる。
隔膜18は、基板の前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティー26の範囲内の基板の裏面の対応する部分によって画定される裏面を含む。一実施例において、基板の裏面はさらに、隔膜の両方の表面が同じ静圧に晒されるように、キャビティーを基板の前面に接続するベントチャネル28を画定する。これは、センサ(マイクロフォン)が静圧を感知することとは別に動圧を測定することを可能にする。
感知要素によって生み出される出力電圧を捉えるために、感知要素は他の電子機器に電気的に接続される。その後、一実施例において、センサ12は、基板の範囲内に配置されかつ感知要素に電気的に接続される1以上の貫通チップビアを含む。一実施例において、センサは、それぞれの配線34、36によって下端部及び上端部の電極20、22のうちのそれぞれのものと電気的に接続される2つの貫通チップビア30、32を含む。基板がシリコンから形成される一実施例において、貫通チップビアは貫通シリコンビア(TSVs)である。これらのビアは、より典型的な前面の電気的な接続というよりはむしろ、センサ、及びより具体的にはその感知要素に対する裏面の電気的な接続を可能にする。それ故、例示的な実施形態は、前面の電気的な接続に対して典型的に必要とされるワイヤボンドを避けることができ、かつ前面の電気的な接続は、センサパッケージ10のための滑らかな前面に対して壊れ易く壊滅的である。
本明細書の中において示され又は説明されていないセンサ12の詳細が存在し、かつそれらは本開示の範囲の外側にある、ということは再び注意されるべきである。図1が原寸に比例して描かれていない、ということもまた注意されるべきである。基板16の前面の上の感知要素、及びより具体的に、一実施例において、下端部及び上端部の電極20、22並びに間に挿入された圧電性物質24は、実際には、基板の厚さと比較してかなり薄い。一実施例において、感知要素は、近似的に7マイクロメートルの厚さを有する隔膜18に対して近似的に2マイクロメートルの厚さを有し、かつ基板は近似的に400マイクロメートルの厚さを有する。それ故、感知要素を含むセンサの前面は、近似的に10マイクロメートル以下の望ましい粗さを有するセンサパッケージ10の中で、2、3マイクロメートルの粗さを有する。それ故、感知要素はそのように薄いので、隔膜を有するセンサの前面は滑らかであると考えられる。
センサパッケージ10の中の問題は、センサ12に電力供給するために必要とされる電子機器にビア30、32を接続すること、及びその出力を調整すること、並びにンサ前面をセンサパッケージの前面に面一にしてセンサがその一部になるようにすることである。そして、キャビティー26及びベント28を密封する間に、上述のことを達成することはさらに大きな問題である。例示的な実施形態にしたがって、PCB14は、その範囲内にそれぞれの接着パッド42が配置される1以上の凹部40を画定する基板(第2の基板)38を含む。埋め込まれた接着パッドは、PCBの上に置かれ、センサ若しくはその構成要素及びPCBの間に1以上の電気的な接続が存在することを許容する。これらの埋め込まれた接着パッドは、密封されたキャビティー/ベントを有する面一なセンサパッケージを取得することを可能にする。
センサ12は、エポキシなどの適切な接着剤44を用いてPCB14に機械的に接着され、かつ導電性接着剤46を用いてPCBに電気的に接続される。適切な導電性接着剤の例は、はんだ、導電性(例えば、銀)エポキシ、またはそれらと同様なものを含む。別の実施例として、導電性接着剤は、金バンプ若しくは金スタッド及び適切なエポキシを含む。一実施例において、導電性接着剤は、より具体的に、互いに配列されるビア30、32及びそれぞれの接着パッド42を電気的に接続する。導電性接着剤は、接着パッドを含んで凹部40の範囲内に配置され、かつその中の接着パッドの上のそれぞれの凹部のオープンボリュームを超えない量で配置される。接着剤は、PCBの前面においてキャビティー26及びベント28を取り囲む。それによって、接着剤は、導電性接着剤によって作られる電気的な接続を密封し、かつキャビティー及びベントを密封し、かつそれはさらにセンサ及びPCBの間のロバストな接着を提供する。
センサ12の前面及びPCB14の間の境界において、ステップが存在する。ステップを考慮しかつ全体的に比較的滑らかな表面を有するセンサパッケージ10を生成するために、センサパッケージはさらに、センサの外側境界を取り囲みかつ適切な接着剤44を用いるなどしてPCBに接着される、シム48を含む。シムは、近似的にセンサと同じ厚さを有するので、全体のセンサパッケージは、センサ隔膜18を含んでその前面の上の滑らかな表面を有する。シムは、導電性物質(例えば、真ちゅう)から構築され、かつ電磁妨害(EMI)に対抗して防御手段を提供するように、センサグラウンド(sensor ground)に電気的に接続される。それ故、シムは、PCBの埋め込まれた接着パッド42を覆って配置され、かつ導電性接着剤46を用いて接着パッドに電気的に接続される。一実施例において、それぞれの凹部40、接着パッド、及び導電性接着剤は、センサのビア30、32をそれぞれの埋め込まれた接着パッドに対して電気的に接続することに関して上で説明されたように配置される。また前と同様に、接着剤は、導電性接着剤によって作られた電気的な接続を密封し、かつシム及びPCBの間のロバストな接着を提供する。
一実施例において、センサ12は、密封されたそのキャビティー/ベント26、28を有する独立型のユニットとして、完全にパッケージされる。この点に関して、PCB14はさらに、その基板38の範囲内に1以上のビアを含み、2つの例示的なビア50、52が示されている。PCBのビアは、それぞれの埋め込まれた接着パッドに電気的に接続されるセンサのビア30、32の反対側にある埋め込まれた接着パッド42の1以上に近接して配置され、かつ電気的に接続される。それ故、センサパッケージ10は、PCBビアによって別の電子アセンブリに電気的に接続される。示されてはいないが、一例示的なパッケージにおいて、シム48が電気的に接続される接着パッドとセンサグラウンドとの間の電気的な接続は、PCBの上の配線を用いて作られる。
今度は図2及び図3、及び戻って図1cを参照すると、それらは、一例示的な実施形態による、センサ12、PCB14、及びシム48を含むセンサパッケージ10のアセンブリに関係している。一実施例において、センサパッケージのアセンブリは、センサ、PCB、及びシムの製作に先んじられ、それらの各々は、堆積及び除去のマイクロマシニング工程などの、数の種々の工程にしたがって製作される。例えば、より具体的には、センサの製作は、基板16を貫通する1以上の貫通チップビア30、32を製作すること、及び基板の前面の上の感知要素を製作すること、並びに感知要素をビアに電気的に接続することを含む。より具体的には、一実施例の感知要素の製作は、下端部及び上端部の電極20、22並びに間に挿入される圧電性物質24を形成するために、センサの前面をパターニング及びエッチングすることを含む。センサの裏面は、エッチングされてキャビティー26及びベント28を画定する。図2及び図3の中において示されているように、点線54は、キャビティー及びベントを密封するようにセンサが製作された後のパッケージングの間に作られる境界を表している。センサの製作に関する他の詳細は、例示的な実施形態と密接な関係がなく、かつそれ故、本開示からは省略されている。
一実施例において、PCB14の製作は、基板38の中に1以上のビア50、52を製作すること、及び1以上の配線又は他の電気的な構成要素(図示されぬ)を形成するために、PCBの前面をパターニング及びエッチングすることを含む。PCBの前面はさらに、その範囲内に接着パッド42が配置される1以上の凹部40を画定するためにエッチングされる。センサと同様に、PCBの製作に関する他の詳細は、例示的な実施形態と密接な関係がなく、かつそれ故、本開示からは省略されている。
センサ12、PCB14、及びシム48をアセンブリングすることは、上で説明されたように、それらの電気的接続のために1以上のビア30、32、接着パッド42、及び/又はシムを覆って、導電性接着剤46を堆積させることを含む。図2及び図3の中に示されるように、一実施例において、導電性接着剤は、それぞれのPCB接着パッドに対するそれらの電気的な接続のためにセンサ基板16の裏面の上のビアを覆って、かつシムに対するその電気的な接続のためにPCB接着パッドのうちの別のものを覆って、接着される(例えば、適切なエポキシによって)ボールとして堆積される。図2において、シムは、同時に、導電性接着剤を用いて電気的にかつ適切な接着剤44を用いて機械的に、PCBに対して接着される。示されるように、ボールとして堆積される導電性接着剤は、導電性接着剤の容積よりもわずかに大きいオープンボリュームを有する凹部40の中で(例えば、バンプ又はスタッドを形成するために)、圧縮される。
一実施例において、シム48及びセンサ12は、PCB14に対して同時に接着される。別の実施例において、シムはセンサの前に接着される。この別の実施例において、最初にシムをPCBに接着させることによって、シムはセンサをPCBに接着させるためのガイドを提供する。シムと同様に、図3において、センサは、同時に、導電性接着剤を用いて電気的にかつ適切な接着剤44を用いて機械的に、PCBに対して接着され、それは図1cの中において示されるセンサパッケージ10をもたらす。また前と同様に、ボールとして堆積される導電性接着剤は、各々が導電性接着剤の容積よりもわずかに大きいオープンボリュームを有するそれぞれの凹部40の中で圧縮される。
図4は、本開示の一例示的な実施形態による、マイクロセンサパッケージ10をアセンブリングする方法56の中の様々なステップを図示している。ブロック58及び60において示されるように、方法は、機械的かつ電気的にマイクロセンサ12をプリント回路基板14に接着させることを含み、その接着は一実施例において同時に行われる。マイクロセンサは、互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板16、第1の基板の前面の上の感知要素、及び第1の基板の範囲内に配置されかつ感知要素に電気的に接続される貫通チップビア30、32(1以上)含む。一実施例において、マイクロセンサは、近似的に10マイクロメートル以下の望ましい粗さを有するセンサパッケージの中で、2、3マイクロメートル未満の粗さを有する前面を有する。プリント回路基板は、その範囲内において接着パッド42が配置される凹部40を画定する第2の基板38を含む。
マイクロセンサ12をプリント回路基板14に機械的に接着することは、第1の基板16の裏面を第2の基板38に接着することを含む。そして、マイクロセンサをプリント回路基板に電気的に接着することは、マイクロセンサの貫通チップビア30、32をプリント回路基板の接着パッド42に電気的に接着することを含む。
一実施例において、電気的な接着は、貫通チップビア又は接着パッドの上に堆積された導電性接着剤46を用いてマイクロセンサ12の貫通チップビア30、32を接着パッド42に電気的に接着することを含み、その後、導電性接着剤は接着パッドの上の凹部のオープンボリュームの範囲内に配置される。その後、機械的な接着は、導電性接着剤を取り囲みかつ密封する接着剤44を用いて第1の基板16の裏面をプリント回路基板14に機械的に接着することを含む。
一実施例において、ブロック62及び64において示されるように、方法はさらに、シム48をプリント回路基板14に機械的にかつ電気的に接着させることを含み、その接着は、センサ12をプリント回路基板に接着させることの前、後、又はそれと同時に行われる。この実施例において、マイクロセンサ及びシムは、シムがマイクロセンサの外側境界を取り囲むように、プリント回路基板に機械的に接着され、かつシムは近似的にマイクロセンサと同じ厚さを有する。また、この実施例において、第2の基板は、その範囲内に別の接着パッドが配置される別の凹部を画定する。その後、電気的な接着は、シムを第2の基板の他の接着パッドに電気的に接着することを含む。
一実施例において、マイクロセンサ12は、第1の基板16の前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティー26の範囲内の第1の基板の裏面の対応する部分によって画定される裏面を有する隔膜18を含む。この実施例において、第1の基板の裏面はさらに、キャビティーを第1の基板の前面に接続するベントチャネル28を画定する。その後、機械的な接着は、キャビティー及びベントチャネルを取り囲みかつ密封する接着剤44を用いて、第1の基板の裏面をプリント回路基板14に機械的に接着することを含む。
今度は図5を参照すると、センサパッケージ10はPCB14に対して接着される単一のセンサ12を含み、別の実施例において、センサのアレイはPCBに接着される。この別の実施例におけるPCBは、それぞれのセンサへの電気的な接続のために、埋め込まれた接着パッド42のアレイ(対応する接着パッドのアレイを含む凹部40のアレイ)を含む。またこの別の実施例において、パッケージは、アレイのセンサを取り囲む1以上のシムを含む。例えば、図5aの中において示されるように、パッケージは、アレイのそれぞれのセンサを取り囲む複数の個別のシム48を含み、かつ付加的に、個別のシム及びそれぞれのセンサの全てではなくとも、少なくともいくつかを取り囲む単一のアレイシム66を含む。別の実施例において、図5bの中において示されるように、パッケージは、それぞれの個別のシムを有しないアレイのセンサの全てではなくとも、少なくともいくつかを取り囲む単一のアレイシム68を含む。
一実施例において、図5aの中において示されるように、アレイシム66は、個別のシム48及びそれぞれのセンサ12の形状の、かつその範囲内にシム及びセンサが配置されるカットアウト(cutouts)を含むように製作される。別の実施例において、図5bの中において示されるように、アレイシム68は、個別のシムを有しないセンサの形状の、及びその範囲内にセンサが配置されるカットアウトを含むように製作される。センサのアレイを含むセンサパッケージは、上述されたものと同様のやり方においてアセンブリングされ、かつセンサの全てを同時に又は1つずつPCBに接着することを含む。一実施例において、アレイシムは、センサのアレイ及び任意の個別のシムの前に接着される。それ故、アレイシムは、センサ及び任意の個別のシムをPCB14に接着するためのガイドを提供する。より具体的な実施例において、アレイシムは、個別のシムを接着するためのガイドを提供し、それは、今度は、センサを接着するためのガイドを提供する。しかしながら、任意の例において、センサを貫通するビアを使用して裏側の電気的な接続を含むことによって、アレイのセンサは互いに関してより精密に位置決めされる。
本開示の例示的な実施形態は、具体的には、例えば、航空宇宙、船舶、及び自動車を含む輸送産業の分野において、様々な用途で使用される可能性がある。したがって、ここで図6及び図7を参照すると、例示的な実施形態は、図6に示される航空機の製造及び保守方法70、及び図7に示される航空機86の文脈の中で使用することができる。生産前の段階では、例示的な方法は、航空機の仕様及び設計72と、材料の調達74とを含む。一実施例において、航空機の仕様及び設計は、技術開発及び製品定義を含み、それは、今度は、例示的な実施形態が採用される試験及び評価構成要素を含む。例示的な実施形態はまた、例えば、試験設備(例えば、風洞)の、試験モデルの上、及び/又は壁若しくは他の設置可能な場所の上などにおける、技術及び製品開発試験の間のモデルスケール試験の中で採用される。
生産段階では、航空機の構成要素及びサブアセンブリの製造76と、システムインテグレーション78とが行われる。その後、航空機は認可及び納品80を経て運航82される。顧客により運航される間に、航空機は、定期的な整備及び保守84(改造、再構造、改修なども含む)を受ける。
方法70の工程の各々は、システムインテグレーター、第三者、及び/又はオペレーター(例えば顧客)によって実施又は実行され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含んでもよく、第三者は、限定しないが、数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含んでもよく、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってもよい。
図7に示されるように、実施例の方法70によって生産された航空機86は、複数のシステム90及び内装92を有する機体88を含む。高レベルのシステムの実施例には、推進システム94、電気システム96、油圧システム98、及び環境システム100のうちの一つ以上が含まれる。数の他のシステムが含まれることもある。航空宇宙産業の例を示したが、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業に提供することもできる。
上述のように、本明細書の中において実施される装置及び方法は、生産及び保守方法70の一つ以上の任意の段階で用いることができる。例えば、生産工程76に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機86の運航中に製造される構成要素又はサブアセンブリに類似の方法で作製又は製造される。また、1以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせは、例えば、航空機の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機のコストを削減することにより、製造段階76及び78において利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせのうちの1以上を、航空機の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守84に利用することができる。
前述の説明及びそれと関連する図面の中で提示された教示の利益を有する当業者であれば、本明細書の中において説明された開示の多くの修正及び他の実施形態が、頭に浮かぶであろう。したがって、本発明は開示した特定の実施形態に限定されるものでなく、変形および他の実施形態は添付の特許請求の範囲に含有されることを意図しているものと理解されたい。さらに、上の説明及び添付図面は、要素及び/又は機能の特定の例示的な組み合わせの点から実施形態を説明しているが、特許請求の範囲から逸脱せずに、別の実施形態によって要素及び/又は機能の異なる組み合わせが提供されてもよいと理解されるべきである。この点で、例えば、要素及び/又は機能の、上述に明記したものとは異なる組み合わせも、特許請求の範囲の一部に提示されるように考慮される。ここでは特定の用語が使用されるが、それらは、一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的とするものではない。

Claims (15)

  1. マイクロセンサ(12)を備えるマイクロセンサパッケージ(10)であって、前記マイクロセンサ(12)は
    互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板(16)と、
    前記第1の基板(16)の前記前面の上の感知要素と、
    記第1の基板(16)の範囲内に配置されて前記感知要素に電気的に接続され貫通チップビア(30、32)を備え、
    前記マイクロセンサパッケージ(10)がさらにプリント回路基板(14)を備え、前記プリント回路基板(14)は、前記第1の基板(16)の前記裏面が接着された第2の基板(38)を有しており、前記第2の基板(38)は着パッド(42)が配置される凹部(40)を画定し、前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビアは前記プリント回路基板(14)の前記接着パッドに電気的に接続されており、
    前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビア(30、32)は、前記接着パッド(42)の上方の前記凹部(40)のオープンボリュームの範囲内に配置される導電性接着剤(46)によって前記接着パッド(42)に電気的に接続され、前記オープンボリュームはその範囲内に配置される前記導電性接着剤(46)の容積よりも大きく、
    前記第1の基板(16)の前記裏面は、前記導電性接着剤(46)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって前記プリント回路基板(14)に接着されている、マイクロセンサパッケージ(10)。
  2. マイクロセンサ(12)を備えるマイクロセンサパッケージ(10)であって、前記マイクロセンサ(12)は
    互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板(16)と、
    前記第1の基板(16)の前記前面の上の感知要素と、
    記第1の基板(16)の範囲内に配置されて前記感知要素に電気的に接続され貫通チップビア(30、32)を備え、
    前記マイクロセンサパッケージ(10)がさらにプリント回路基板(14)を備え、前記プリント回路基板(14)は、前記第1の基板(16)の前記裏面が接着された第2の基板(38)を有しており、前記第2の基板(38)は着パッド(42)が配置される凹部(40)を画定し、前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビアは前記プリント回路基板(14)の前記接着パッドに電気的に接続されており、
    前記マイクロセンサ(12)の外側境界を取り囲んで前記プリント回路基板(14)に接着されているシム(48)をさらに備え、前記シム(48)は前記マイクロセンサ(12)と同じ厚さを有する、マイクロセンサパッケージ(10)。
  3. 前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビア(30、32)は前記接着パッド(42)の上の前記凹部(40)のオープンボリュームの範囲内に配置される導電性接着剤(46)によって前記接着パッド(42)に電気的に接続され、前記オープンボリュームはその範囲内に配置される前記導電性接着剤(46)の容積よりも大きく
    前記第1の基板(16)の前記裏面は前記導電性接着剤(46)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって前記プリント回路基板(14)に接着されている、請求項に記載のマイクロセンサパッケージ(10)。
  4. 前記第2の基板(38)は、別の接着パッド(42)が配置される別の凹部を画定し、前記シム(48)は前記別の接着パッド(42)に電気的に接続されている、請求項1からのいずれか一項に記載のマイクロセンサパッケージ(10)。
  5. 前記マイクロセンサ(12)は、前記第1の基板(16)の前記前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティー(26)の範囲内の前記第1の基板(16)の前記裏面の対応する部分によって画定される裏面を有する隔膜(18)を有し、
    前記第1の基板(16)の前記裏面は前記キャビティー(26)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって前記プリント回路基板(14)に接着されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のマイクロセンサパッケージ(10)。
  6. 前記第1の基板(16)の前記裏面はさらに、前記キャビティー(26)を前記第1の基板(16)の前記前面に接続するベントチャネル(28)を画定し、前記第1の基板(16)の前記裏面は、前記キャビティー(26)及びベントチャネル(28)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって前記プリント回路基板(14)に接着されている、請求項5に記載のマイクロセンサパッケージ(10)。
  7. 前記プリント回路基板(18)は、前記第2の基板(38)の範囲内に配置されて前記接着パッド(42)に電気的に接続されている前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビア(30、32)の反対側にある前記接着パッド(42)に電気的に接続されているビアを有する、請求項1から6のいずれか一項に記載のマイクロセンサパッケージ(10)。
  8. 互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板(16)、前記第1の基板(16)の前記前面の上の感知要素(12)、及び前記第1の基板(16)の範囲内に配置されて前記感知要素(12)に電気的に接続された貫通チップビア(30、32)を有するマイクロセンサ(12)を、接着パッド(42)が配置される凹部(44)を画定する第2の基板(38)を有するプリント回路基板(14)に機械的に接着することであって、記第1の基板(16)の前記裏面を前記第2の基板(38)に接着することを含む、機械的に接着することと、
    前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビア(30、32)を前記プリント回路基板(14)の前記接着パッド(42)に電気的に接着することを含む、前記マイクロセンサ(12)を前記プリント回路基板(14)に電気的に接着することを備え、
    電気的な前記接着は、前記貫通チップビア(30、32)又は接着パッド(42)の上に堆積された導電性接着剤(46)によって、前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビア(30、32)を前記接着パッド(42)に電気的に接着することであって、前記電気的な接着の後に前記導電性接着剤(46)は、前記接着パッド(42)の上方の前記凹部のオープンボリュームの範囲内に配置され、前記オープンボリュームはその範囲内に配置される前記導電性接着剤(46)の容積よりも大きい、電気的に接着することを含み、
    機械的な前記接着及び電気的な前記接着は同時に行われ、機械的な前記接着は、前記導電性接着剤(46)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって、前記第1の基板(16)の前記裏面を前記プリント回路基板(14)に機械的に接着することを有する、マイクロセンサパッケージ(10)をアセンブリングする方法。
  9. 互いに反対側にある前面及び裏面を有する第1の基板(16)、前記第1の基板(16)の前記前面の上の感知要素(12)、及び前記第1の基板(16)の範囲内に配置されて前記感知要素(12)に電気的に接続された貫通チップビア(30、32)を有するマイクロセンサ(12)を、接着パッド(42)が配置される凹部(44)を画定する第2の基板(38)を有するプリント回路基板(14)に機械的に接着することであって、記第1の基板(16)の前記裏面を前記第2の基板(38)に接着することを含む、機械的に接着することと、
    前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビア(30、32)を前記プリント回路基板(14)の前記接着パッド(42)に電気的に接着することを含む、前記マイクロセンサ(12)を前記プリント回路基板(14)に電気的に接着することと、
    シム(48)を前記プリント回路基板(14)に機械的に接着することとを備え、前記マイクロセンサ(12)及び前記シム(48)は、前記シム(48)が前記マイクロセンサ(12)の外側境界を取り囲むように前記プリント回路基板(14)に機械的に接着され、前記シム(48)は前記マイクロセンサ(12)と同じ厚さを有する、マイクロセンサパッケージ(10)をアセンブリングする方法。
  10. 電気的な前記接着は、前記貫通チップビア(30、32)又は接着パッド(42)の上に堆積され導電性接着剤(46)によって、前記マイクロセンサ(12)の前記貫通チップビア(30、32)を前記接着パッド(42)に電気的に接着することであって、前記電気的な接着の後に前記導電性接着剤(46)は、前記接着パッド(42)の上の前記凹部のオープンボリュームの範囲内に配置され、前記オープンボリュームはその範囲内に配置される前記導電性接着剤(46)の容積よりも大きい、電気的に接着することを含み
    機械的な前記接着及び電気的な前記接着は同時に行われ、機械的な前記接着は、前記導電性接着剤(46)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって、前記第1の基板(16)の前記裏面を前記プリント回路基板(14)に機械的に接着することを有する、請求項に記載の方法。
  11. 前記マイクロセンサ(12)の機械的かつ電気的な前記接着は、複数のマイクロセンサのアレイを前記プリント回路基板(14)に機械的かつ電気的に接着することを有し、
    前記シム(48)の前記機械的な接着は、アレイシム(68)が前記マイクロセンサのアレイの複数のマイクロセンサ(12)の外側境界を取り囲むように、前記アレイシム(68)を前記プリント回路基板(14)に機械的に接着することを有する、請求項10に記載の方法。
  12. 前記シム(48)の前記機械的な接着はさらに、個別の前記シム(48)が前記複数のマイクロセンサ(12)の各々の外側境界を取り囲むように、かつ前記アレイシム(68)が前記アレイの前記個別のシム(48)及びマイクロセンサ(12)の前記外側境界を取り囲むように、複数の前記個別のシム(48)を前記プリント回路基板(14)に機械的に接着することを有する、請求項11に記載の方法。
  13. 前記第2の基板(38)は、の複数の接着パッド(42)が配置される他の複数の凹部を画定し、記方法はさらに
    前記個別のシム(48)を前記他の複数の接着パッド(42)の各々に電気的に接着しながら、前記個別のシム(48)を前記プリント回路基板(14)に電気的に接着することを有する、請求項8から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記マイクロセンサ(12)は、前記第1の基板(16)の前記前面の部分によって画定される前面、及びその中に画定されるキャビティー(26)の範囲内の前記第1の基板(16)の前記裏面の対応する部分によって画定される裏面を有する隔膜(18)を有し、
    械的な前記接着は、前記キャビティー(26)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって、前記第1の基板(16)の前記裏面を前記プリント回路基板(14)に機械的に接着することを有する、請求項8から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記第1の基板(16)の前記裏面はさらに、前記キャビティー(26)を前記第1の基板(16)の前記前面に接続するベントチャネル(28)を画定し、記機械的な接着は前記キャビティー(26)及び前記ベントチャネル(28)を取り囲んで密封する接着剤(44)によって、前記第1の基板(16)の前記裏面を前記プリント回路基板(14)に機械的に接着することを有する、請求項14に記載の方法。
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