JP6580997B2 - 小型化された部品および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、小型化された部品、例えばＭＥＭＳ部品またはマイクロ音響部品、およびそのような部品の製造方法に関する。

例えば携帯電話またはその他の無線通信機器のような、部品が詰め込まれたポータブル機器に追加的な機能を組み込むという継続的な傾向により、部品の小型化が強いられている。このような部品は、例えば、ＭＥＭＳスイッチのようなＭＥＭＳ構造物または音波によって動作するフィルタを、機能構造物として含み得る。

意図されたとおりに動作し得るよう、周囲から隔絶されなければならない機能構造物がある。隔絶は、密閉したカプセルに入れること、または機械的に絶縁することで可能である。音波によって動作する部品、例えばＳＡＷ部品（ＳＡＷ＝ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ＝表面弾性波）、ＢＡＷ部品（ＢＡＷ＝ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ＝バルク弾性波）、またはＧＢＡＷ部品（ＧＢＡＷ＝ｇｕｉｄｅｄ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ＝ガイドされたバルク弾性波）は一般的に、音響活性領域の密閉カプセル化も機械的絶縁も必要とする。

さらに、部品の製造ステップはモールドプロセスを含む可能性があり、その際、モールド材は圧力作用下で被着される。したがってこの部品は、機械的に十分に安定で、かつ圧力抵抗性でなければならない。

特許文献１からは、機能構造物をカバーするためのキャップウエハを備えたウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）が知られている。

特許文献２からは、キャップウエハを用いないカプセル化方法が知られている。

特許文献３からは、カプセル化され、ＭＥＭＳ構造物を内包する部品が知られている。

カプセル化のための１つの可能性は、ＴＦＰ（ＴＦＰ＝ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｐａｃｋａｇｅ＝薄膜パッケージ）にある。

米国特許第７，２６８，４３６号 米国特許第７，６９２，３１７号 米国特許第７，３４４，９０７号

本発明の課題は、継続的な小型化の傾向に適合した、つまり小さく構成された部品であって、密封されていると共に機械的に安定なカプセル化を可能にし、音波によって動作する構造物の収容に適しており、かつ安価に、つまり簡単なプロセスステップで製造可能な部品を提示することである。さらに課題は、そのような部品の製造方法を提示することである。

これらの課題は、独立請求項によるカプセル化された部品、および製造方法によって解決される。従属請求項はその際、有利な形態の可能性を提示しており、これらは、１つまたは複数の要求を満たすために、個別の要求に応じて任意の組合せで協働することができる。

この部品は、支持基板、および支持基板上の機能構造物を含んでいる。この部品はさらに、機能構造物を覆う薄膜カバー、薄膜カバーを覆うガラス含有補強膜、および補強膜を覆うモールド材を含んでいる。支持基板、薄膜カバー、および補強膜は協働して、空洞を取り囲んでいる。薄膜カバーと補強膜は協働してモールド圧力に持ちこたえる。機能構造物の少なくとも一部は空洞内に配置されている。機能構造物は導線を介して接続パッドと接続されている。接続パッド自体は薄膜カバーによっても補強膜によっても覆われておらず、かつ部品を例えばバンプ接合により外部の周辺回路と接続するのに適している。

その際、機能構造物の空洞内に配置された部分を、空洞の内壁および／または天井から離すことができる。この場合、構造物とカバーの間の機械的な隔絶が得られる。

その際、薄膜カバーは、いわゆるＴＦＰの膜によって構成することができる。

従来のＴＦＰは、確かに小さくて、とりわけ低い構造形を可能にすることが認識されてきた。しかしながら従来のＴＦＰは、優れた密閉封止を、または機械的に安定し、かつモールド成形に適したカバーを、簡単には提供することができない。

ガラスを含有する補強膜の被着は、外形寸法を大きくし過ぎることなく、密閉性を改善し、かつ機械的安定性を高める。

この場合、空洞は、構造物のマイクロメカニカルな可動性がハウジングによって損なわれないように、機能構造物の周りに配置することができる。もっと正確に言えば、機能構造物は機械的に固定されており、しかしそれにもかかわらずハウジングから隔絶されており、かつ不利な環境影響、例えば機能構造物の上に沈積し、例えば動作周波数を狂わせる可能性のある埃またはその他の物質から保護されている。

一実施形態では、機能構造物はＭＥＭＳ構造物および／またはマイクロ音響構造物である。とりわけＳＡＷ構造物、ＢＡＷ構造物、またはＧＢＡＷ構造物が、機能構造物として考慮される。

一実施形態では、薄膜カバーは１つの開口部を有する構造とされている。薄膜カバーの開口部は補強膜によって閉ざされている。補強膜によって閉ざされた２つ以上の開口部を薄膜カバーに設けることも可能である。薄膜カバーの１つまたは多数の開口部は、部品の製造プロセス中に、薄膜カバーの下の犠牲層を除去するために用いることができる。優れた密閉封止を得るには、ガラスを含有する補強膜が、粘度調整ができるために特に適している。その際理想的には、補強膜の粘性が、補強膜の材料が開口部を完全に覆うように、さらに場合によっては、開口部を飽和させることなく、かつ空洞を満たすことなく開口部に侵入するよう、選択される。

その際、これらの開口部の配置は、薄膜カバーの表面に沿った開口部の均一な分配が得られるように選択することができる。開口部は、正方形、長方形、もしくは六角形のパターンで、または放射方向において互いに整列させて配置することができる。

その際、この開口部は、内側から外側に向かって増大または減少する半径を有することができる。開口部が存在すべきではない場所にだけ薄膜カバーの材料を被着するようにして、薄膜カバーを形成することができる。ただし、薄膜カバーを機能構造物上に平面的に被着し、それから例えばエッチングプロセスにより、後に開口部となる部位で局所的に除去することも可能である。

薄膜カバーの製造および開口部の形成には、従来のリソグラフィ法を使用することができる。

一実施形態では、薄膜カバーが、ＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）、Ｓｉ_xＮ_y（窒化ケイ素）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）から選択される材料を含有している。支持基板は、ガラスおよびＳｉ（ケイ素）から選択される材料を含有することができる。

とりわけ、機能構造物が電気的機能を有し、かつ電極構造を有する場合は、支持材料として高抵抗性の材料を使用することが有利であり得る。支持基板のための代替的な材料も、高い電気抵抗率を有するすべてのガラス質または結晶性の固体である。

一実施形態では、空洞は少なくとも１０μｍの幅および１００μｍ未満の高さを有している。薄膜カバーは５μｍ未満の厚さを有している。補強膜は５０μｍ未満の厚さを有している。

このような薄膜カバーだけでは、約１００Ｂａｒの通常のモールド圧力には持ちこたえられないかもしれない。しかしながら補強膜を伴うことで、外形高さに対して幅が相対的に大きい場合であっても、このような圧力に持ちこたえる安定したカプセル化を得ることができる。

さらに、機能構造物は約９０μｍの幅を有することができる。空洞は、機能構造物の幅を１０〜２０μｍの間で上回る幅を有することができる。機能構造物は、２〜３μｍの間の高さを有することができる。機能構造物と、空洞の天井、つまり薄膜カバーの内面との間隔は、２〜３μｍの間であることができる。薄膜カバーの厚さは、１〜２μｍの間であることができる。補強膜の厚さは、１０〜３０μｍの間であることができる。とりわけ、補強膜が平坦化されている場合は、補強膜の厚さは場所によって変化し得る。

補強膜を薄膜カバー上にだけ存在させることができる。しかしながら、部品のより安定した結合を保証するため、薄膜カバーを、補強膜が少なくとも部分的に直接的に支持基板上に存在するような構造としてもよい。

カプセル化された部品の製造方法は、
−支持基板を準備するステップ、
−支持基板上で機能構造物および導線を構造化するステップ、
−機能構造物を覆って犠牲層を被着するステップ、
−犠牲層を覆って開口部を備えた薄膜カバーを被着するステップ、
−薄膜カバーの開口部を通じて犠牲層を除去するステップ、
−薄膜カバーを覆って補強膜を被着するステップ、
−補強膜を覆ってモールド材を被着するステップ
を含んでおり、薄膜カバーと補強膜は協働してモールド圧力に持ちこたえ、薄膜カバーを被着するステップ及び補強膜を被着するステップでは、導線を介して機能構造物と接続され、はんだボールにより外部の周辺回路と接続可能な接続パッドを生成するための覆われていない領域が残される。

この方法の一実施形態では、犠牲層は、有機材料を含有しており、かつ乾式灰化による除去に適している。乾式灰化は、例えば分子状もしくは原子状の酸素、オゾン、または酸素プラズマを用いて行うことができる。

一実施形態では、補強膜の被着が、
− ガラスペーストを被着するステップ、
− 薄膜カバーの開口部を閉ざすステップ、
− ガラスペーストを加熱するステップ
を含んでいる。

一実施形態では、ガラスペーストが、バインダマトリクス中のガラス微粒子の懸濁液から成るガラスフリットを含有している。ガラスペーストは、ドクターブレードコーティング（Aufrakeln）により薄膜カバー上に被着される。バインダは、ガラスペーストを加熱した際に完全に分解する。

その際、バインダは、Ｈ₂Ｏ中および／またはＣＯ₂中で、温度影響下で分解し得る。

その際、ガラスペーストの組成は、ガラスペーストを加熱した際に生じるガラスが薄膜カバーの１つまたは複数の開口部を覆い、かつ場合によっては少なくとも部分的に埋めるように選択される。理想的なのは、ガラスが空洞内に侵入しないことである。如何なる場合にも、侵入したガラスが空洞の内側に流れ出して機能構造物と接触することを回避すべきである。

ガラスペーストの被着は、ドクターブレードコーティングマスク（Rakelmaske）を用いて安価に実施することができる。補強膜のガラス成分の表面張力は、補強膜を後で構造化する必要がないように調整されるのが理想的である。

ガラスペーストの加熱には、２５０℃〜３５０℃の温度を設定することができる。

以下に、部品および部品の製造方法およびさらなる実施例を、概略図に基づいて説明する。

空洞内に機能構造物を備えた、カプセル化された部品を示す図である。 ＢＡＷ構造物を備えた、カプセル化された部品を示す図である。 ＳＡＷ構造物を備えた、カプセル化された部品を示す図である。 薄膜カバーに開口部を備えた、カプセル化された部品を示す図である。 薄膜カバーがモールド材によって覆われた状態の、カプセル化された部品を示す図である。 カプセル化された部品を製造する際の中間製品を示す図である。 カプセル化された部品を製造する際のさらなる中間製品を示す図である。 カプセル化された部品を製造する際のさらなる中間製品を示す図である。 カプセル化された部品を製造する際のさらなる中間製品を示す図である。 カプセル化された部品を製造する際のさらなる中間製品を示す図である。 薄膜カバーの開口部が補強膜によって覆われている、カプセル化された部品を示す図である。 補強膜の材料が薄膜カバーの開口部を少なくとも部分的に埋めている、カプセル化された部品を示す図である。 電気接続のためのはんだボールを備えた、カプセル化された部品を示す図である。

図１は、基板ＳＵを備えたカプセル化された部品ＶＢを示しており、この基板上に機能構造物ＦＳが配置されている。薄膜カバーＤＳＡおよびその上に被着された補強膜ＶＳにより空洞Ｈが形成されており、この空洞内では、機能構造物ＦＳが、密閉状態で周囲の雰囲気から隔絶されて動作することができる。その際、この空洞Ｈは、機能構造物ＦＳがそのカバー、つまり薄膜カバーＤＳＡに触れないように成形されている。これは、例えば音波によって動作する部品の場合に必要なことである。

補強膜ＶＳは、カプセル化の密閉性およびとりわけ部品全体の機械的安定性を改善する。

図２は、機能構造物がＢＡＷ構造物ＢＡＷＳとして形成された、カプセル化された部品ＶＢの一実施形態を示している。この場合、ＢＡＷ構造物ＢＡＷＳは、２つの電極層の間の少なくとも１つの圧電層を含んでいる。

図３は、カプセル化された部品ＶＢの一形態を示しており、この場合、機能構造物はＳＡＷ構造物ＳＡＷＳとして形成されている。この場合、ここでは断面で示された指状の電極構造物が、圧電材料の上に配置されており、かつそれぞれ１つの母線（Stromsammelschiene）と接続されている。

図４は、カプセル化された部品ＶＢの一実施形態を示しており、この場合、薄膜カバーＤＳＡに開口部Ｏが設けられている。この開口部Ｏは、補強構造物ＶＳによって覆われ、かつ封止されている。機能構造物は、単なる例示として、ＢＡＷ構造物として実装されている。ＢＡＷ構造物の下側の電極は、導線Ｌを介してはんだボールＢＵと接続されている。このはんだボールＢＵを介して、例えばバンプ接合により、外部の周辺回路との接続を達成することができる。

図５は、カプセル化された部品ＶＢの一実施形態を示しており、この場合、部品の少なくとも一部がモールド材ＭＭによって覆われている。さらにモールド材ＭＭは、密閉性を改善しており、部品の規定の幾何形状を得るために平坦化することができ、かつさらに部品の機械的安定性を強化している。

図６は、カプセル化された部品の中間製品を示しており、この中間製品では、機能構造物ＦＳとしてのＢＡＷ共振器の部品構造物および導線Ｌが、基板ＳＵ上に配置されている。

図７はその後のプロセス段階を示しており、このプロセス段階では、機能構造物が犠牲層ＯＳによって覆われている。犠牲層の形状は、実質的に後に形成される空洞の形状を規定している。

図８は、さらなるプロセスステップの結果を示しており、この場合、薄膜カバーＤＳＡが犠牲層を覆って、および基板の一部を覆って配置されている。薄膜カバーＤＳＡを配置するために、薄膜製造のための従来の方法、例えばスパッタリング、熱蒸着、ＣＶＤ（化学気相成長）、ＰＶＤ（物理気相成長）、ＰＬＤ（パルスレーザ堆積）、またはＭＢＥ（分子線エピタキシー）を使用することができる。その際、薄膜カバーＤＳＡはそれ自体で２つ以上の単一膜を有することができる。

その際、後に接続パッドを生成し得るよう、覆われていない領域ＯＢを空けておく。

図９は、薄膜カバーＤＳＡに開口部Ｏが構造化された、さらなるプロセスステップの結果を示している。

図１０は、犠牲層が薄膜カバーＤＳＡの開口部Ｏを通じて除去された、さらなるプロセスステップの結果を示している。犠牲層の除去には、酸化雰囲気中での湿式もしくは乾式エッチングまたは灰化のような手段を用いることができる。

これで、犠牲層の代わりに空洞Ｈが存在することとなり、この空洞内に、機能構造物が、カバーの部分に触れることなく配置される。

図１１は、さらなるプロセスステップの結果を示しており、この場合、補強膜ＶＳの材料が薄膜カバーＤＳＡを覆って配置されている。その際ここでも、後の接触のための開口部を用意しておくため、覆われていない領域ＯＢ内には材料が堆積しないようにされた。補強膜ＶＳの材料の被着は、例えばドクターブレードコーティングマスクを用いたドクターブレードコーティングによって実施することができる。

図１２は、補強膜ＶＳの材料、つまり実質的にはバインダマトリクス中にガラス粒子を含有するガラスペーストを加熱したプロセスステップの結果を示している。加熱によりバインダは完全に分解し、かつ単相のガラス質の補強膜ＶＳが残り、この補強膜は、薄膜カバーの開口部を覆い、封止し、かつ少なくとも部分的に埋めている。

図１３は、カプセル化された部品ＶＢの一実施形態を示しており、この場合、薄膜カバーＤＳＡは、補強膜ＶＳが一領域において基板ＳＵに触れるように構造化されており、これにより補強膜ＶＳと基板の間の機械的結合が強化されている。

カプセル化された部品は、前述の実施形態の１つに限定されない。さらなる膜および空洞を備える特徴および実施形態の組合せも、本発明による実施形態である。

ＢＡＷＳ ＢＡＷ構造物
ＢＵ バンプ接合のためのはんだボール
ＤＳＡ 薄膜カバー
ＦＳ 機能構造物
Ｈ 空洞
Ｌ 導線
ＭＭ モールド材
Ｏ 薄膜カバーの開口部
ＯＢ 後の接触のための覆われていない領域
ＯＳ 犠牲層
ＳＡＷＳ ＳＡＷ構造物
ＳＵ 基板
ＶＢ カプセル化された部品
ＶＳ 補強膜

Claims (9)

1. 支持基板（ＳＵ）、
   前記支持基板（ＳＵ）上の機能構造物（ＦＳ）、
   前記機能構造物（ＦＳ）を覆うと共に接続パッドを生成するための覆われていない領域（ＯＢ）を備える薄膜カバー（ＤＳＡ）、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）を覆うガラス含有補強膜（ＶＳ）、
   前記補強膜（ＶＳ）を覆うモールド材（ＭＭ）
   を含んでいるカプセル化された部品（ＶＢ）であって、
   前記支持基板（ＳＵ）、前記薄膜カバー（ＤＳＡ）、および前記補強膜（ＶＳ）が協働して空洞（Ｈ）を取り囲んでおり、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）と前記補強膜（ＶＳ）は協働してモールド圧力に持ちこたえ、
   前記機能構造物（ＦＳ）の少なくとも一部が前記空洞（Ｈ）内に配置されており、
   前記機能構造物（ＦＳ）が前記支持基板（ＳＵ）上に配置された導線（Ｌ）を介して前記支持基板（ＳＵ）上に配置された前記接続パッドと接続されており、前記接続パッドは、前記薄膜カバー（ＤＳＡ）の前記覆われていない領域（ＯＢ）内に配置されていると共に前記薄膜カバー（ＤＳＡ）によっても前記補強膜（ＶＳ）によっても覆われておらず、かつ
   前記接続パッドは、はんだボール（ＢＵ）により外部の周辺回路と接続可能である、カプセル化された部品（ＶＢ）。
2. 前記機能構造物（ＦＳ）がＭＥＭＳ構造物および／またはマイクロ音響構造物である、請求項１に記載の部品（ＶＢ）。
3. 前記薄膜カバー（ＤＳＡ）に開口部（Ｏ）が構造化されており、かつ
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）の前記開口部（Ｏ）が前記補強膜（ＶＳ）によって閉ざされている、請求項１または２に記載の部品（ＶＢ）。
4. 前記薄膜カバー（ＤＳＡ）が、ＳｉＯ2、ＳｉxＮy、Ａｌ2Ｏ3から選択される材料を含有しており、かつ
   前記支持基板（ＳＵ）が、ガラス、Ｓｉから選択される材料を含有している、請求項１から３のいずれか一項に記載の部品（ＶＢ）。
5. 前記空洞（Ｈ）が少なくとも１０μｍの幅および１００μｍ未満の高さを有し、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）が５μｍ未満の厚さを有し、かつ
   前記補強膜（ＶＳ）が５０μｍ未満の厚さを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の部品（ＶＢ）。
6. カプセル化された部品（ＶＢ）の製造方法であって、
   支持基板（ＳＵ）を準備するステップ、
   前記支持基板（ＳＵ）上で機能構造物（ＦＳ）および導線（Ｌ）を構造化するステップ、
   前記機能構造物（ＦＳ）を覆って犠牲層（ＯＳ）を被着するステップ、
   前記犠牲層（ＯＳ）を覆って開口部（Ｏ）を備えた薄膜カバー（ＤＳＡ）を被着するステップ、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）の前記開口部（Ｏ）を通じて前記犠牲層（ＯＳ）を除去するステップ、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）を覆って補強膜（ＶＳ）を被着するステップ、
   前記補強膜（ＶＳ）を覆ってモールド材（ＭＭ）を被着するステップ
   を含み、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）と前記補強膜（ＶＳ）は協働してモールド圧力に持ちこたえ、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）を被着するステップ及び前記補強膜（ＶＳ）を被着するステップでは、前記導線（Ｌ）を介して前記機能構造物（ＦＳ）と接続され、はんだボール（ＢＵ）により外部の周辺回路と接続可能な接続パッドを生成するための覆われていない領域（ＯＢ）が残される、カプセル化された部品（ＶＢ）の製造方法。
7. 前記犠牲層（ＯＳ）が、有機材料を含有しており、かつ乾式灰化による除去に適している、請求項６に記載の方法。
8. 前記補強膜（ＶＳ）の被着が、
   ガラスペーストを被着するステップ、
   前記薄膜カバー（ＤＳＡ）の前記開口部（Ｏ）を閉ざすステップ、
   前記ガラスペーストを加熱するステップを含んでいる、請求項７に記載の方法。
9. 前記ガラスペーストが、バインダマトリクス中のガラス微粒子の懸濁液から成るガラスフリットを含有しており、
   前記ガラスペーストが、ドクターブレードコーティングにより前記薄膜カバー上に被着され、かつ
   前記バインダが、前記ガラスペーストを加熱した際に完全に分解する、請求項８に記載の方法。

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