JPH11312777A - 混成回路基板上に装着可能な超小型電気機械要素ならびにその方法 - Google Patents

混成回路基板上に装着可能な超小型電気機械要素ならびにその方法

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JPH11312777A
JPH11312777A JP10331685A JP33168598A JPH11312777A JP H11312777 A JPH11312777 A JP H11312777A JP 10331685 A JP10331685 A JP 10331685A JP 33168598 A JP33168598 A JP 33168598A JP H11312777 A JPH11312777 A JP H11312777A
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Abstract

(57)【要約】 超小型電気的機械要素(10)であり、チップ内に、析
出、ホトリソグラフィ、および連続層の超小型加工によ
り製造される超小型システムを備える要素である。超小
型システムは、電気的接続(16)のための複数の接触
パッドを含んでいる。チップは、外部に局在する被覆
(20)を備えており、これによって基板(28)上に
移着することが可能となる。被覆は、その表面に複数の
外部金属化部分(22)を有し、被覆材料を通してチッ
プの下にある接触パッドに電気的に接続している。被覆
された要素は被覆前のチップとほぼ等しい長さと幅を有
する。被覆は、チップの縮小された部分である局部的な
領域にのみ形成され、実質的にはパッドと金属化物の領
域であり、超小型システムの検出部分は被覆されず、被
覆材料の使用とその硬化によって発生する機械的圧迫か
ら保護される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】この発明は、超小型電気的機械要素に係
り、特に、析出、ホトリソグラフィ、および一般にシリ
コン製(または、ガラスや水晶等他の物質)の基板上へ
の連続層の超小型作成等の集積回路技術を利用して形成
される超小型システムを内臓したチップに関する。
【0002】
【発明の背景】物理的な大きさを電気信号に変換するこ
と(すなわち、超小型センサ、例えば超小型加速度計)
と、一方で電気信号を応用することで、物理的大きさを
可動部分の移動の形式で変化すること(すなわち、超小
型作動器、例えば超小型ポンプ、典型的には超小型注射
器、または超小型モータ)を行う要素に対して「超小型
システム」という用語を適用する。
【0003】これらの要素は、しばしばマイクロメータ
の単位で動作(「マイクロ動作」)する可動部を含み、
それ故に、その特性上、環境によって付加される機械的
圧迫に対して極めて敏感である。
【0004】したがって、超小型加速度計の典型的な例
において、その要素がエポキシ樹脂型の硬い接着で基盤
上に直接接着されている場合、この接着により発生する
単純な機械的圧迫は、超小型センサの感度を変えてしま
い、過負荷を支えるその能力を減らし、おそらくはその
機能を完全に妨害し得るであろう。
【0005】以上の理由から、本技術の現行の状態では
混成回路基板上のこのような要素への直接の移着は、柔
軟な接着剤と電気接続を防ぐシリコン基板の利用を必要
とする精密な仕事である。
【0006】既知の直接移着技術において、まずチップ
キャリア上に装置を装着し、このキャリアを続いて基板
上に装着することを必要とするが、空間の効率的使用が
重要となる。
【0007】既知技術の進歩をもってしても、基板材料
(セラミック、ガラス、エポキシ他)と要素(シリコ
ン、水晶他)の間の膨張(拡大)係数の差を吸収するた
めに、中間樹脂の存在は必要不可欠である。典型的に
は、中間のシリコン基板上への要素の第一の移着(膨張
係数に関係する困難が存在しないシリコン/シリコン境
界)に続いて、中間の基板から例えばセラミック製の混
成回路の基板への移着がなされ、これら2つの基板間へ
の樹脂の中間配置を伴う。
【0008】
【発明の対象と概要】本発明の目的は、前記の課題を解
決し、中間樹脂の使用とその硬化によりもたらされる機
械的な圧力から超小型システムを保護しながら、混成回
路基板上へ要素を直接移着することを可能にする特殊な
要素構造を提供することである。
【0009】本発明のもう一つの目的は、基板への移着
後、1チップ単体の面積と同一の表面積の基板を占有し
ない要素を提供することである。言い換えれば、要素へ
塗布するため、チップへの樹脂の付加が、基板上の要素
により占有される表面積を増加させないことである。
【0010】「CSP」(チップサイズ梱包)として知
られる本技術は、心臓刺激装置のような、回路の小型化
が、本質的な要件となる分野で特に有利である。
【0011】このため、本発明は、特に連続層の析出、
ホトリソグラフィー、微細加工により形成される超小型
システムを含むチップを備える超小型電気的機械要素を
提供し、ここで超小型システムは電気的接続のための複
数の接触パッドを備える。
【0012】本発明の一実施例によると、チップは、基
板上への移着を可能にするための外部被覆材を備える。
この被覆材は、その表面上に複数の外部金属部分を備
え、これは被覆材料を通して反対側の接触パッドと電気
的に接続され、被覆材料の厚さをもってはめ込まれてい
る。
【0013】被覆された要素は、被覆される前のチップ
の寸法(長さと幅において)略同じ寸法である。被覆
は、チップ上の縮小された部分のみ、実質的には接触パ
ッドおよび金属部分の領域についてのみ形成され、被覆
されない部分は超小型システムの敏感(すなわち、検出
する)部分となり、これは被覆材料の付加および硬化に
よって生じる機械的圧力から保護される。
【0014】言い換えれば、被覆材は、基板と電気的お
よび機械的に連結した超小型システムの電気的接合のみ
を被覆する。残りのセンサは典型的にはシリコン製であ
り、被覆する必要が無く、基板と固く接続することなく
基板上に自由に設置することが可能である。
【0015】従って、好適には機械的に不活性な(電気
的接続を支える)小さな部分のみが被覆され、樹脂が硬
化することによって生じる機械的圧迫を最小化する。
【0016】付随的に、「被覆」という語句に制限的な
感覚で、要素のチップの完全な包合を提案するものと解
釈すべきでないことを理解する必要がある。ここで使用
される用語は、特定の技術(すなわち、「被覆」)にの
み関連するものであり、前述したように、要素に面上
(すなわち、表面に析出された物質の層)にのみ付加さ
れるものであり、特にその局部的な領域にのみ付加され
る。
【0017】別の実施例において、本発明の種々の利点
ならびに追加的な特性が理解されよう。
【0018】1つの実施例において、要素はチップの幅
方向の溝を備え、これは特にチップの端に形成される横
溝であるとともに被覆材料によって満たされ、好適に
は、被覆材料は被覆されていない部分の表面と同じレベ
ルとなって均一な表面を形成し、これは平面的かつ平滑
であることが好適である。
【0019】別の実施例において、接触パッドおよび金
属部分は、同じ側に配置され、好適にはチップの小さい
寸法の側に位置する。金属部分は、要素の斜角面である
斜面上に配置され、基板上における要素の移着の構造、
すなわち平らであるか側面上にあるかにかかわらず基板
に対して一定角度をなす。
【0020】もう1つの実施例において、本チップは超
小型システムを支える能動板である複数の重なった板か
ら形成され、少なくとも一枚の能動板に密封接合し、接
触パッドが受動板によって被覆されない領域を形成し、
この領域内に被覆材料によって満たされる横溝を作成す
る。
【0021】本発明のその他の構造、特徴および利点
は、添付図面を参照しながら以下に詳細に示す実施例に
より、当業者においては理解されよう。
【0022】
【図面の詳細説明】図1の参照10は、本発明による超
小型電気的機械要素、例えば比率適応ペースメーカー内
の身体活動データの収集器(すなわち、センサ)として
特に使用されている超小型加速器要素(チップ平面に1
ないし2本の測定軸を有する)の実施例を示す。
【0023】実施例において、要素10は、シリコン製
の2つの板12,14(すなわち、「ウエハ」)から構
成される(図1は、板全体を切った(すなわち、「ダイ
シング」)後に得られる、各要素のみを現す)。
【0024】板12は、超小型システムを支え「能動」
を示し、一方板14は、電気的機械ないし電気的要素で
なく、能動板12の素子の防護フードとしての役割のみ
が想定されているために「受動的」といわれている。
【0025】これら2つの板は、例えば陽極の接続(す
なわち、「結合」)により重ねて合わせて密封接合され
る。板12、14は、同材質であるために、この結合は
2つの板の境界を原因として生じる機械的圧迫を伝達し
ない。
【0026】能動板12は、複数の接触パッド(「パッ
ド」)16を含んでおり、露出(図1で説明されるとお
り)しているか、または板12のソケットの底部に位置
する金属の領域である。
【0027】パッド16へ結合するアクセスを可能にす
るために、受動的板14は、パッドの前方に溝18を備
える。この溝は、適量の樹脂被覆20によって充填され
ており、これは外部表面(すなわち受動的板14と同じ
高さの表面)上に一連の金属化部分22(すなわち金属
層パッド)を備えている。金属化部分はパッド16と同
数存在し、各金属化部分22は各パッド16に対応す
る。個々の金属化部分22および該当する各パッド16
は、接続線24によりそれぞれ接続されている。
【0028】これらの電気的接続は、特許第WO−A−
93/24956号において記述されている既知の技術
に従って実現することが可能であって、この特許は通常
通り譲受人であるELAメイディカル社によって所有さ
れており、ここでは参照に組み入れられているが、要素
の製造工程が記述されており、その要素の面は樹脂被覆
層によって完全に被覆され、チップの接触パッドに接続
された連続した一連の金属化部分が供給され、これらの
パッドは樹脂層の下部に覆われ(または、「埋没し」)
ている。この文献第WO−A−93/24956号に記
載された工程およびその変更例は、本発明要素を実現す
るのに適している。
【0029】ふたたび図1を参照すると、パッド16を
露出させるために外側の板14内に溝を掘るかあるいは
切ることにより積み重ねられた板を個々の要素に切断す
る前に溝18を簡便な方法で完成させることができ、溝
は外部に対して連続する溝のハッチング(あるいは要素
が2つの隣接した接触部を備えている場合は格子)の形
状となる。
【0030】被覆は、本質的に前記の第WO−A−93
/24956号に記載の方法により実行されるが、板に
掘られた溝にのみ樹脂が流入する。
【0031】本実施例の樹脂は、ポリアミド、ポリマ・
エポキシ等の重合可能な物質であり、本来流動しやす
く、また、例えば紫外線照射あるいは温度(すなわち、
熱)硬化により硬化しやすいものである。
【0032】重合化の後、硬化された材料は本質的には
堅いものであるが、基板と要素間の膨張率の差異を吸収
するために充分な柔軟性を排除するものではなく、これ
ら二つの構成部材間の境界に生じ得る機械的圧力につい
ても同様である。
【0033】この樹脂が固まった後に板に生じる機械的
圧迫は充分に弱いため、その構造に損害を与えることは
なく、文献第WO−A−93/24956号に従って、
工程の最終段階(すなわち、金属化部分22の研磨、溝
切り、析出等)を実行し得る。
【0034】重なった板が個々の要素に切断(または、
「ダイス」)された後、組み立てにおける弱い圧迫が消
滅し、要素(すなわち、被覆された超小型システム)
は、仮に受けるとしてもその電気機械的な特徴に関して
非常に弱い(小さい)変動を受ける。
【0035】従って、結果として、要素は、その側面の
一方に金属化した樹脂からなる被覆領域を備え、これは
板の材料とは異なる物質からなる主基板上に移着される
ことに適合する。この移着は、「CMS」(「チップ表
面装着」)として実施され、これは既知の技術であるた
め詳細には記述しない。
【0036】図2は、基板28に装着された要素10を
示している。
【0037】ハンダ30により表面のウェット領域を増
加させることを可能にするために斜面26を設けること
が好適であり、特に、基板28上への要素の移着を均等
に平面状(10F)または側面的(10S)に形成する
ことを可能にする。
【0038】最後に述べた特徴(側面および平面装着)
は、例えば超小型加速度計装置に対して特に好適であ
り、ここで要素、例えばチップ面上の1ないし2軸測定
の超小型加速度計要素は平面的に装着され、従って基板
平面の軸について敏感であり、一方、例えば、チップの
平面内の一測定軸を備える超小型加速度計装置における
類似の要素は、側面的に装着され基板平面に垂直な軸に
敏感である。この方法では、気密に装着された(一つは
平面にそしてもう一つは側面に)2つの類似の要素と共
に、垂直方向の3次元センサのシステムが得られる。
【0039】前記実施例は、本発明の好適な構成例を説
明するものであり、これに限定するものではない。
【0040】確かに、接触パッド(これは、一般的に、
超小型システムの場合、低く定義された数である)はチ
ップの同じ側に集められることが好適であり、これによ
り超小型システム全体ではなく電気的な接続部のみを被
覆することを容易にする。
【0041】一方で、圧迫に対する要素の感度を制限す
るために、幾つかの重ね合わせられた板から一般的に製
造される超小型システムにおいて、超小型システムの能
動的かつ機械的な部分は一つの板(すなわち、上述の例
においては能動板12)上にのみ配置し、表面上および
/または内部に埋設することが好適であり、また、他の
1枚または2枚の板(上および/または下)は、制限さ
れた電気的作用を有し、例えば雑音に対する防護等の能
動板の機械的な保護を提供する。
【0042】この方法において、受動的な板上における
微小な圧迫操作により、要素全体の機能においてより少
ない摂動が発生する。
【0043】同様に、多層板構造から作成される要素に
おいて、超小型システムの総ての接触パッドを同一の能
動板上に配置することが、被覆を容易にするために好適
である。
【0044】以上、本発明を実施例を参照して説明して
きた。当業者においては、これらが排他的な実施例でな
いことが理解され、また、前述の実施例においては特定
の特徴について説明しているが、これらの実際的な詳細
は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきものではな
く、当業者においては、本発明の範囲から逸脱しその利
点を減少させることなく、種々の設計変更、改変、なら
びに均等な実施形態をなし得ることが容易に理解されよ
う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により実現された要素の透視図である。
【図2】基板に装着された図1の要素であり、側面およ
び平面の2つの可能な構造によって基板に装着されたも
のである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミニク ジレ フランス国、92160 アントニー、アベニ ュー レオン ジュオー 17 (72)発明者 イブ ヴァン カンパヌート フランス国、94190 サン ジョルジュ、 リュー デュ シャトウ 23

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的結合部(16)用の複数の接触パ
    ッドを有する超小型システムを備え、この超小型システ
    ムはチップ内に配置され;接触パッドを被覆するととも
    に外部表面を有する局部的な外部被覆材料(20)を備
    え、被覆はチップの縮小された部分上の局部的な領域に
    なされ、これは実質的に接触パッドの領域を被覆するも
    のであり;被覆材料の表面に位置する外部の複数の金属
    化部分(22)を備え、各金属化部分は被覆材料を介し
    て下にある各接触パッドとそれぞれ電気的に接続され;
    被覆されたチップは被覆する前のチップと近似的に同等
    な長さと幅からなる寸法を有することを特徴とする超小
    型電気機械要素(10)。
  2. 【請求項2】 チップは溝(18)が配置される幅寸法
    を有し、溝は被覆材料によって満たされた局部的領域を
    形成することを特徴とする請求項1記載の要素。
  3. 【請求項3】 被覆材料が溝を満たすことにより均一な
    要素表面を形成することを特徴とする請求項2記載の要
    素。
  4. 【請求項4】 溝がチップの横方向の端部に沿って形成
    される横方向溝であることを特徴とする請求項2記載の
    要素。
  5. 【請求項5】 チップが複数の側面を持ち、パッドと金
    属化部分がチップの同じ側面に位置することを特徴とす
    る請求項1記載の要素。
  6. 【請求項6】 同じ側面がより小さな面積を持つチップ
    の側面であることを特徴とする請求項5記載の要素。
  7. 【請求項7】 金属化部分が要素の斜角面である斜面
    (26)上に配置され、斜面が下部の基板(28)に対
    して常に一定の角度をなし、その下部基板に対して斜面
    が平面的にまたはその側面上に移着されることを特徴と
    する請求項5記載の要素。
  8. 【請求項8】 チップは複数の重ね合わされた板から形
    成され、これは超小型システムを支える能動板(12)
    と能動板上に密封接合された少なくとも一枚の受動保護
    板(14)を含んでおり、受動部の長さは活性部の長さ
    よりも短く、したがって、接触パッドが受動板によって
    被覆されない局部的領域を、この領域内に制限されると
    ともに被覆材料(20)によって満たされる横溝(1
    8)として形成することを特徴とする請求項1記載の要
    素。
  9. 【請求項9】 超小型システムが超小型加速計である請
    求項8記載の要素。
  10. 【請求項10】 超小型電気機械要素をチップサイズで
    梱包する方法であり、第一のウエハ内における電気的接
    続用に少なくとも一つの接触パッドを備える活性センサ
    層を設け;センサ層上にキャッピング層を挿入し;セン
    サ層の少なくとも一つの接触パッド上のキャッピング層
    に穴を形成して接触パッドを露出させ;センサ層の露出
    した各接触パッドについて電気的接続を形成し;露出さ
    れた接触パッドを覆う樹脂で穴を満たし;樹脂およびキ
    ャップ表面を研磨して均質の表面を形成し;研磨した表
    面上に下部にあるセンサ層の各接触パッドと電気的に接
    続する少なくとも一つの金属層表面パッドを設けるステ
    ップからなることを特徴とする方法。
  11. 【請求項11】 キャッピング層上にステージングパッ
    ドを設けるステップと、ステージングパッドとの接続を
    含む接触パッドへの電気接続を形成するステップとをさ
    らに含む請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 研磨ステップがステージングパッドを
    除去することを含む請求項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 梱包された要素を切断するステップを
    含む請求項10記載の方法。
  14. 【請求項14】 各パッドへの電気的接続を形成するス
    テップが接触パッドに結合線を取り付けることからなる
    請求項10記載の方法。
  15. 【請求項15】 研磨した表面上に少なくとも一つの金
    属層表面パッドを設けるステップは下に位置する各接触
    パッドとそれぞれ接続する少なくとも一つの三金属層パ
    ッドを配設することからなる請求項10記載の方法。
  16. 【請求項16】 梱包された要素を基板上に装着するス
    テップをさらに含む請求項10記載の方法。
  17. 【請求項17】 請求項10記載の方法に従って梱包さ
    れた超小型加速度計を備える速度順応型ペースメーカ。
  18. 【請求項18】 チップ上に配置された超小型システム
    を含む超小型電気機械要素(10)であり:超小型シス
    テムを電気的に接続するための超小型システム接触手段
    を備え;チップの接触手段を被覆するための局部的な被
    覆手段を備え、被覆手段はチップの縮小された部分を覆
    う局部的な領域内に配置され、これは実質的に接触手段
    の領域であり;チップ表面上に配置された外部金属化手
    段を備え、被覆手段を通って下部にある各接触手段にそ
    れぞれ電気的に接続し;被覆されたチップは被覆する前
    のチップと近似的に同等な長さと幅からなる寸法を有す
    ることを特徴とする超小型電気機械要素。
  19. 【請求項19】 被覆手段によって満たされた局部的領
    域を形成するチップの横断方向の溝をさらに備える請求
    項16記載の要素。
  20. 【請求項20】 接触手段と金属化手段がチップの同じ
    側に配置される請求項16記載の要素。
  21. 【請求項21】 金属化手段が要素の斜角面である斜面
    上に配置され、斜面が下部の基板に対して常に一定の角
    度をなし、その下部基板に対して斜面が平面的にまたは
    その側面上に移着されることを特徴とする請求項18記
    載の要素。
  22. 【請求項22】 チップは複数の重ね合わされた板から
    形成され、これは超小型システムを支える能動板上に密
    封接合された少なくとも一枚の受動保護板を含んでお
    り、受動部の長さは活性部の長さよりも短く、したがっ
    て、接触手段が受動板によって被覆されない局部的領域
    を、この領域内に制限されるとともに被覆手段によって
    満たされる横溝として形成することを特徴とする請求項
    16記載の要素。
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