KR20040060733A - 전자 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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히가시미츠토시
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신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
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Abstract

MEMS 소자 또는 기타 기능 소자가 탑재된 전자 디바이스에 있어서, 디바이스 본체와 리드는 소자 적재 공간을 규정하고, 소자 적재 공간은 디바이스 본체와 리드를 본딩하는 초음파 본딩부에 의해서 기밀 밀봉되고, 소자 적재 공간은 그 내부에 플립칩 접속에 의해서 소자 본체 및/또는 리드에 고정된 시스템 소자가 배치된다.

Description

전자 디바이스 및 그 제조 방법{ELECTRONIC DEVICES AND ITS PRODUCTION METHODS}
본 발명은 전자 디바이스에 관한 것으로, 특히 미소 전자 기계적 시스템 소자 또는 다른 기능을 하는 소자들이 탑재된 기밀 밀봉된 전자 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 전자 디바이스의 제조에 유용한 리드를 고정시키는 향상된 방법에 관한 것이다.
최근, 미소 전자 기계적 시스템(mircoelectromechanical system)(이하, "MEMS 소자"라 함)을 기반으로 하는 기능 부품, 기능 소자, 기능 디바이스 등이 주목되고 있다. MEMS 소자는, 크기는 매우 작지만 복잡하고 정교한 기능을 나타낸다. MEMS 소자는 통상적으로 기판, 그의 능동면에 일체적으로 형성되어 기계적으로 동작하는 미소 기계 구조체(이하 "미소 기계 부품"이라 함), 상기 미소 기계 부품을 동작시키는 전자 부품 등을 포함한다. 미소 기계 부품은 일반적으로 마이크로 머시닝 기술에 의해서 제조될 수 있다. 미소 기계 부품의 구체적인 예는 예를 들면 릴레이(relay), 센서 등을 포함한다. 이러한 미소 기계 부품을 탑재하는 전자 디바이스는 정보 통신, 자동차, 가전 제품, 산업 기계류 등의 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
MEMS 소자 탑재 디바이스의 몇가지 예를 살펴보면, 도 1에 나타낸 칩 밀봉형 반도체 디바이스(일본국 특개평8-184608호 참조)가 알려져 있다. 이 반도체 디바이스에서, 반도체 기판(151)은 그 위에 IC 칩(152)이 형성되고 그 후 이를 덮는 광폭 금속 브리지(Au 리본)(108)가 형성되어 있다. 이 금속 브리지(108)는 본딩 랜드(A1)(155)를 통해 반도체 기판(151)에 용융 본딩된다. 금속 브리지(108)를 형성하는 경우에, 캐비티(109) 내에서 본딩 와이어(153) 및 그 이외의 것과 접촉하지 않도록 주의해야한다. 금속 브리지(108)가 에폭시 수지(110)에 의해서 밀봉되고, 도전성 페이스트(111)로 피복된다. 이 방식으로 디바이스를 구성함으로써, 금속 브리지(108) 및 에폭시 수지(110)에 의해서 보호 기능을 확보할 수 있고 또한 도전성 페이스트(111)에 의해서 잡음 차단 효과를 성취할 수 있다. 반도체 기판상(151)의 IC 칩(152)은 미소 기계, 예를 들면, 마이크로 모터의 회전부가 될 수도 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 와이어 본딩의 불편함을 제거하기 위해 발명된 표면 실장형 칩 스케일 패키지(일본국 특개 제2002-43463호 참조)가 알려져 있다. 이 패키지에서, 소자 지지 제 1 기판(실리콘 기판 등)(206)은 각종 타입의 MEMS 소자가 형성된 소자 능동 영역(207)을 갖는다. 더욱이, 설명한 바와 같이 소자 지지 제 1 기판 (206)은 도전성 본딩 소재층(210)에 의해서 본딩되는 글래스 또는 세라믹(213)으로 채워진 커버용 제 2 기판(실리콘, 스테인레스 스틸, CovalTM, 구리 등)(212)을 갖는다. 도전성 본딩 소재층(210)은 예를 들면 땜납, 금, 이방성 도전 시트, 도전성 에폭시 수지 등으로 형성된다. 따라서, 커버용 제 2 기판(212)은 예를 들면 납땜, 시트 본딩, 에폭시 본딩, 애노딕(anodic) 본딩 등에 의해서 본딩될 수 있다. 이러한 본딩시에 캐비티(208)가 형성된다. 더욱이, 이 본딩 동안, Au, Al 등으로 형성된 각 소자 전극(209)과 하부 전극(211)이 도전성 본딩 소재층(210)에 의해서 도전되도록 본딩된다. Au, Al 등으로 형성된 외부 상호 접속 전극(214)은 커버용 제 2 기판(212)에 의해서 소자 전극(209)과 전기적으로 접속된다.
종래의 기술에서는, 상술한 바와 같이, MEMS 소자나 기타의 기능 소자를 패키지등의 기판상에 탑재하여 전자 디바이스를 제조하는 경우, 기능 소자를 기판상에 접착제나 본딩 시트 등으로 고착한 후에, 금 와이어등의 본딩 와이어로 배선 접속을 행하고, 최종적으로 리드를 접착제(예를 들면, 에폭시계 접착제)나 납땜(예를 들면, 은 페이스트) 등의 다른 본딩 수단에 의해서 고정하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 통상적으로, 본딩 수단은 리드의 4개의 코너에 도포되고 그 후 리드를 기판에 부착하고 가열하여 리드를 확실하게 고정시킨다. 그러나, 리드를 고정하는 이 방법에서는, 다음과 같이 해결해야 할 많은 문제점이 있다.
(l) 와이어 본딩 시스템이 사용되기 때문에, 패키지 사이즈가 커진다.
(2) 접착제가 본딩 수단으로서 사용되기 때문에, 그 경화를 위해서 상승된 온도에서의 열처리가 필요하다. 열에 의한 소자의 열화나 가열시에 접착제로부터 유도되는 분해 가스에 의한 소자 특성에 대한 악영향이 발생한다. 이러한 가열에 의한 악영향은 특히, MEMS 소자와 같은 구동 부품등을 구비한 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스에 있어서 중요한 문제이다.
(3) MEMS 소자와 조합하여 구동 부품, 예를 들면 구동 IC를 사용하는 경우, MEMS 소자를 탑재한 패키지에 추가하여 구동 부품 등을 탑재한 패키지가 필요하며, 따라서, 복잡한 구조나 제품 수율의 저하 및 제조 비용의 상승 등을 피할 수 없게 된다.
(4) 수지 밀봉이나 금속 브리지를 사용하는 방법에서는, 디바이스의 완전한 기밀 밀봉을 얻을 수 없다.
본 발명의 목적은 열 처리 등에 의한 소자 특성의 열화등이 없고, 완전히 기밀하게 밀봉할 수 있는 MEMS 소자나 기타의 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조 단계가 간단하고 작업하기에 용이한 본 발명의 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전자 디바이스의 제조에 유용한 리드의 고정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명 상기 목적이나 기타의 목적은 이하의 상세한 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 칩 밀봉형 반도체 디바이스의 일예를 나타낸 단면도.
도 2는 종래 표면 탑재형 칩 스케일 패키지의 일예를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 다른 바람직한 예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 또 다른 바람직한 예를 나타낸 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 리드를 화살표 VI의 방향으로 본 경우의 저면도.
도 7은 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 또 다른 바람직한 실시예를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 또 다른 바람직한 실시예를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 기능 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 예를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 전자 디바이스에 있어서의 리드 고정 방법의 바람직한 예를 나타낸 단면도.
도 11a 내지 도 11m은 도 3에 도시된 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법을 순차로 나타낸 단면도.
도 12는 도 11h에 도시된 제조 단계에서 있어서의 스터드 범프(stud bump)를 형성하는 방법을 나타낸 확대 단면도.
도 13의 (a) 내지 (d)는 도 5에 도시된 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법을 순차로 나타낸 단면도.
도 14의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법을 순차로 나타낸 단면도.
도 15의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법을 순차로 나타낸 단면도.
도 16의 (a) 내지 (c)는 웨이퍼 레벨 공정(wafer level process)을 사용하여 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법의 몇가지 예를 나타낸 단면도.
도 17의 (a) 내지 (f)는 도 7에 나타낸 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법을 순차로 나타낸 단면도.
도 18의 (a) 내지 (g)는 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법을 순차로 나타낸 단면도.
도 19는 도 3에 나타낸 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 변형을 나타낸 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 실리콘 기판
2 : 리드
3 : 초음파 본딩부
4 : 마이크로 캔틸레버
8 : 소자 탑재 공간
10 : 전자 디바이스
31 : 전극
본 발명은 일 예에서, 미소 기계 부품과 그 미소 기계 부품의 동작을 위해 기판상에 형성된 전자 부품을 구비하는 미소 전자 기계적 시스템 소자를 탑재한 전자 디바이스로서, 기판과, 그 기판의 능동면을 덮는 본딩된 리드에 의해서 상기 미소 기계 부품을 위한 동작 공간이 규정되고,
전자 부품과 리드 배선 패턴이 상기 기판과 상기 리드의 본딩부에서 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스를 제공한다.
더욱이, 본 발명은 다른 예에서, 미소 전자 기계적 시스템 소자가 탑재된 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
미소 기계 부품과 그 미소 기계 부품의 동작을 위한 전자 부품을 기판상에 형성하여 상기 시스템 소자를 형성하는 단계, 및
상기 기판에 그 기판의 능동면을 덮으면서 배선 패턴이 제공되는 리드를 본딩하여 상기 미소 기계 부품을 위한 동작 공간을 규정함과 동시에, 상기 기판과 상기 리드의 본딩부에서 상기 전자 부품과 상기 리드의 배선 패턴을 전기적으로 접속하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 또다른 예에서, 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스로서,
소자 적재 공간이 디바이스 본체와 그것을 덮는 리드에 의해서 규정되고,
상기 디바이스 본체와 상기 리드는 각 부재의 상기 소자 적재 공간측의 외주부와 중단 없이 접촉하여 형성된 연속한 초음파 본딩부에 의해서 기밀 밀봉되고,
상기 기밀 밀봉된 소자 적재 공간은 그 내부에 상기 디바이스 본체 및/또는 상기 리드에 고정된 상기 기능 소자가 배치되고, 또한
상기 기능 소자는 외부의 소자 등과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스를 제공한다.
더욱이, 본 발명은 또 다른 예에서, 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
디바이스 본체 및/또는 리드에 상기 기능 소자를 고정하는 단계, 및
상기 디바이스 본체와 상기 리드를 본딩하여 소자 적재 공간을 규정하고, 상기 부재의 소자 적재 공간측의 외부와 중단 없이 접촉하여 상기 디바이스 본체와 상기 리드에 연속한 초음파 본딩부를 형성하고, 이에 의해서, 상기 소자 적재공간을 기밀 밀봉시키는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 또 다른 예에서, 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스에 리드를 피복하고 고정하는 방법으로서,
상기 기능 소자를 적재한 디바이스 본체의 외주부에 소정의 패턴으로 고정 영역을 형성함으로써 상기 고정 영역에 상기 리드의 대응 부분을 당접시키고,
초음파 본딩에 의해서 상기 디바이스 본체와 상기 리드를 기밀하게 밀봉하는것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명은 미소 전자 기계적 시스템 소자나 기타의 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스와 그 제조 방법, 및 전자 디바이스에서 리드를 고정하는 방법에 관한 것이다. 이하, 이들 발명의 예들을 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 전자 디바이스는 정보 통신, 자동차, 가전 제품, 산업 기계 등의 분야에서 널리 사용되고 있는 각종 전자 디바이스를 포함한다. 여기에서 "전자 디바이스"라고 하는 것은 디바이스 본체로서 기능을 하는 기판, 그 기판의 전면, 후면 및/또는 내부에 탑재된 적어도 한개의 기능 소자, 및 상기 기판의 기능 소자 탑재면을 덮는 리드(커버 등으로도 불림)로 이루어진다. 이들 전자 디바이스는 필요에 따라서 방열판 등의 추가의 부재를 가질 수도 있다. 더욱이, 필요에 따라, 리드의 정면, 후면 및/또는 내부에도 기능 소자가 탑재될 수도 있다. 물론, 배선(상호 접속부), 전극, 외부 단자 및 다른 종래 디바이스 부품이 이들 전자 디바이스에 부착될 수도 있다.
본 발명의 전자 디바이스에서 탑재될 기능 소자는 통상적으로 2종류의 소자로 이루어진다.
제 l 기능 소자는 MEMS 소자 또는 디바이스이다. 통상적으로, 이는 마이크로 머시닝 기술 또는 다른 기술에 의해서 제조되는 모든 미소 가공 소자를 포함한다. MEMS 소자는 통상적으로 예를 들면 실리콘 기판 같은 반도체 기판 또는 다른 기판의 능동면에 반도체 디바이스의 제조 공정과 동일한 공정을 이용하여 미소 기계 부품을 만드는 동시에, 그 미소 기계 부품을 동작시키는 전자 부품(예를 들면,전자 회로 등)을 만듬으로서 제조될 수 있다. MEMS 소자용 미소 기계 부품의 구체적인 예는 이하에 열거하는 것에 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면 전자 회로, 반도체 칩, 릴레이, 센서, 커패시터, 인덕터, 액츄에이터 등을 포함한다. 이들 미소 기계 부품은 단독으로 사용될 수도 있고 2종 이상을 조합하여 사용될 수도 있다. 더욱이, 이들 미소 기계 부품은 다른 기능 부품, 예를 들면, 구동 lC등의 구동 부품이나 커패시터, 저항 등과 같은 수동 부품 등과 조합하여 사용되는 경우 서로 근접하여 배치될 수 있고, 따라서, 처리의 고속화, 디바이스의 소형화 등의 이점을 달성 할 수 있다. 이하, MEMS 소자가 탑재된 전자 디바이스는 "MEMS 소자 탑재 또는 적재 전자 디바이스"라 부른다.
제 2 기능 소자는 MEMS 소자 이외의 기능 소자, 즉, "기타 기능 소자"이다.여기서, "기타 기능 소자"는 이하에 열거되는 것에 한정되지 않지만, 예를 들면, 전자 회로, IC 칩, LSI 칩 등의 반도체 칩, 릴레이, 센서, 커패시터, 인덕터, 액츄에이터, 바이오 칩 등을 포함한다. 그리고, 이러한 "기타 기능 소자"를 탑재한 전자 디바이스는 "기능 소자 탑재 또는 적재 전자 디바이스"라 한다. 본 명세서에서 특별히 지시되지 않는 한, "기능 소자"라고 하는 것은 MEMS 소자 및 기타 기능 소자 양측이 포함된다.
이하에서, 상세하게 설명하는 바와 같이, 본 발명의 전자 디바이스에서 MEMS 소자나 기타의 기능 소자를 탑재할 때에 와이어 본딩이 사용되지 않고, 따라서, 디바이스는 패키지의 소형화 및 컴팩트화가 이루어질 수 있다. 더욱이, MEMS 소자 등과 구동 IC, 수동 부품등을 기판상에 일체적으로 형성 할 수 있기 때문에, 디바이스의 소형화, 고속 처리를 실현할 수 있다. 또한, 웨이퍼 레벨 패키지 공정에 의해서 디바이스를 제조할 수 있어 비용 절감과 검사의 용이화가 실현될 수 있다.
또한, 기판과 리드를 접착제나 본딩 시트를 사용하지 않고 초음파 본딩에 의해서 본딩시키기 때문에, 본딩 강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 미소 기계 부품을 위한 결과적인 동작 공간 또는 소자 탑재 공간에 의해 높은 기밀 밀봉도를 부여 할 수 있다. 또한, 초음파 본딩은 통상적으로 실온으로부터 약 l00℃ ∼ 약 150℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 실시될 수 있기 때문에, 접착제 등을 사용하는 경우에 회피될 수 없었던, 공정 동안 원하지 않는 분해 가스가 발생되거나 그 가스가 동작 공간이나 소자 탑재 공간에 유입되는 등의 불편함을 방지할 수 있다.
먼저, MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에 대해서 설명한다.
본 발명의 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에서, 디바이스 본체(이하, MEMS 기판이라 함)와, 그 MEMS 기판의 표면을 덮는 리드에 의해서 소자 탑재 공간이 규정되고 있다. 이 소자 탑재 공간은 특히, 미소 기계 부품의 동작을 위해서 필요한 공간이고, 따라서, "동작 공간"이라고도 한다. MEMS 기판과 리드에 의해 규정되는 동작 공간은 MEMS 기판 및 리드에 따라 각종 형태를 취할 수 있지만, 디바이스의 소형화와 가공의 용이성 등을 고려한 경우, 입방형, 원통형 등이 유리하다. 더욱이, 이러한 동작 공간을 형성하거나 그 공간을 확장하기 위해, 비교적으로 두꺼운 기판 또는 리드를 준비하고, 그 소정의 위치에 캐비티(동작 공간측에 접한 리세스부(recess portion)를 형성할 수 있다. 그 캐비티는 MEMS 기판이나 리드의 재질에 따라, 예를 들면, 에칭 등의 화학적 처리나, 드릴링 등의 기계 가공에 의해서 형성될 수 있다. 캐비티부에 MEMS 소자를 포함시킴으로써 얻어지는 전자 디바이스가 소형화 될 수 있다.
MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에서, MEMS 기판은 각종 재료로 형성될 수 있다. 적절한 기판 재료로서, 예를 들면, 실리콘 등의 반도체 재료들이 언급될 수 있다. 또한, 이러한 기판의 표면에, 예를 들면 실리콘 산화막 등의 절연막이나 기타의 기능을 나타내는 막을 추가적으로 형성할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 한면 또는 양면 동박 적층판, 빌트업 회로 기판 등을 MEMS 기판으로서 사용할 수도 있다.
MEMS 기판과 조합하여 사용되는 리드도 기판처럼 특정의 재료로 한정되는 것이 아니다. 일반적으로, 전자 패키지 또는 다른 패키지에서 리드로서 공통적으로 사용되는 각종 재료로 제조될 수 있다. 적절한 리드 재료로서, 이하에 열거되는 것에 한정되는 것이 아니지만, 실리콘, 사파이어, 유리 등의 무기 재료, 유리 엑폭시, 엑폭시 수지 등의 유기 수지 재료, 스텐레스강, 동 등의 금속 재료나 기타의 재료가 언급될 수 있다. 이들 리드 재료는 통상적으로 단독으로 사용되지만, 필요에 따라서 2종 이상을 조합하여 사용될 수도 있다. 더욱이, 이러한 리드 또는 그 일부를 광학 재료, 예를 들면, 유리판이나 렌즈 등으로 대체하여 기밀 밀봉 기능에 추가하여 광학 기능을 얻을 수 있다. 또한, 필요하면, 이러한 리드의 표면에 추가 막을 형성하거나 녹방지 처리 등을 가할 수 있다.
MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에서, MEMS 기판과 리드를 본딩함으로써 동작 공간이 형성된다. 동작 공간은 바람직하게는 MEMS 기판과 리드를 초음파 본딩함으로써 형성된다. 형성되는 동작 공간은 초음파 본딩부에 의해서 기밀하게 밀봉되고, 고도의 진공으로 유지된다. 그리고, 초음파 본딩에서는 접착제나 고온 처리가 필요 없기 때문에, 소자 특성이 열화하는 것도 없으며, 소자 특성에 악영향을 주는 분해 가스가 동작 공간의 내부를 채우지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, MEMS 기판과 리드를 조합 시에, 양자를 본딩하기 위해 이들 부재 사이에 중간 부재를, 즉 제 2 기판을 사용할 수 있다. 중간 부재의 형태는 특히 한정되는 것이 아니며 평판 또는 다른 형태일 수도 있다. 평판형 중간 부재의 거의 중앙의 위치에 개구부를 형성하고 그 개구부가 동작 공간의 일부로서 기능하게 하는 것이 바람직하다.
중간 부재는 각종 재료로 형성될 수 있다. 적절한 중간 부재의 재료로서, 이하 열거한 것에 한정되지 않지만, 예를 들면 실리콘, 유리 등의 무기 재료, 유리 엑폭시 등의 유기 수지 재료, 금속 재료 등이 언급될 수도 있다. 대안적으로, 예를 들면 동박 적층판 등 각종 형태의 프린트 회로 기판을 중간 부재로서 사용할 수 있다. 이러한 중간 부재에서의 개구부는 드릴링, 에칭 등의 종래의 기법을 사용 할 수 있다.
초음파 본딩은 임의의 종래 방법에 따라서 실시될 수도 있다. 예를 들면, 처리 환경은 통상 실온이 되며, 필요에 따라 그 처리는 약 100℃ 또는 약 150℃까지의 비교적으로 낮은 온도로 수행될 수도 있다. 기타의 초음파 본딩에 매우 적합한 조건으로서는 예를 들면 다음과 같이 언급될 수 있다.
진폭 주파수 : 약 50 내지 100kHz
진폭 : 약 1 내지 1Oμm
압력 : 약 l 내지 l,000 g/mm2
그런데, 본 발명에 따라 MEMS 기판과 리드의 사이, MEMS 기판과 중간 부재의 사이, 중간 부재와 리드의 사이, 또는 기타 부재의 사이에 초음파 본딩을 행하는 경우, 본딩 처리 전에 이들 부재의 표면을 먼저 세척하는 것이 바람직하다. 이는 본딩될 두개의 부재가 더욱 강하게 본딩될 수 있기 때문이다. 또한, MEMS 기판, 리드, 중간 부재 등의 재료에 따라 부재가 본딩되지 않거나 본딩이 잘 되지 않는다. 이러한 경우에 부재 사이의 본딩 강도를 더욱 높이기 위해서는 MEMS 기판, 리드, 중간 부재 및 다른 부재 중 적어도 하나에 그 본딩을 강화시키는 본딩 매체를 선택적으로 부여하고 이들을 초음파 본딩하는 것이 바람직하다.
초음파 본딩을 보조할 수 있는 본딩 매체는 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 도금, 범프 등의 형태인 것이 유리하다. 이들의 본딩 매체는 통상 도체 금속으로 유리하게 형성될 수 있다. 적절한 도체 금속으로서 이하에 열거하는 것에 한정되는 것이 아니지만, 금, 알루미늄, 동 또는 그 합금이 언급될 수도 있다. 또한, 예를 들면, 도체 도금은 단일 층이 될 수도 있고, 2층 이상의 다층 구조일 수도 있다. 다층 도금 구조를 본딩 매체로서 이용한 경우, 하부층에 대한 본딩 강도와 다른 재료에 대한 본딩 강도를 최대한으로 증가시킬 수 있다.
초음파 본딩의 바람직한 일례를 설명하면, MEMS 소자의 전극은 일반적으로 알루미늄 혹은 동으로 이루어진다. 따라서 이 전극에 초음파 본딩에 의해 리드의배선 패턴를 본딩하는 경우, 예를 들면, 전극에 금도금을 하고, 이들을 Au-Au 본딩을 위해 배선 패턴에 형성된 금 범프로 본딩할 수 있다. 더욱이, Au-A1 본딩을 위해 알루미늄으로 이루어진 전극에, 배선 패턴 상에 형성된 금 범프를 본딩할 수 있다. 또한, 전극에 금도금을 하고, 이들을 Au-Cu 본딩을 위한 동으로 이루어진 배선 패턴으로 본딩하거나 Au-Cu 본딩을 위해 동으로부터 이루어진 전극으로 배선 패턴 상에 형성된 금 범프를 본딩할 수 있다. 즉, 본 발명의 실행시, 초음파 본딩은 각종 방식으로 수행될 수 있다.
또한, MEMS 기판, 리드, 중간 부재 등은 본딩될 2개의 부재의 양쪽에 동일 형태, 예를 들면, 도체 도금 또는 도체 범프의 본딩 매체를 가질 수 있거나 그렇지 않으면 한쪽에 도체 도금 다른 쪽에 도체 범프를 가질 수도 있다. 도체 도금 또는 도체 범프를 형성하는 방법은 잘 알려져 있기 때문에 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에서, MEMS 기판, 리드 및 필요하면 중간 부재를 본딩(바람직하게는 초음파 본딩)하여 기밀 밀봉된 동작 공간을 형성하는 것에 부가하여, 그 동작 공간 내에서 미소 기계 부품을 임의의 수단으로 기판상에 고정 또는 만들 수 있다. 마이크로 머시닝 기술이 일반적으로 유용하다. 대안적으로, 미소 기계 부품을 MEMS 기판에 플립칩 접속에 의해 고정할 수 있다. 여기서 플립칩 접속은 종래 방법에 따라 예를 들면 도체 범프 또는 땜납 볼을 통해 실시될 수 있다. 이 접속법을 이용함으로써, 소자 탑재 영역을 줄여 이 디바이스의 소형화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 와이어 본딩법에서 볼 수 있는 와이어 접촉등의 불편함을 회피 할 수 있다.
본 발명의 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에서, MEMS 소자용의 미소 기계 부품을 독립적으로 상용할 수 있지만, 바람직하게는 다른 기능 부품, 예를 들면 수동 부품, 구동 부품(구동 IC) 등과 조합하여 유리하게 사용할 수 있다. 본 발명의 전자 디바이스에서는, 이들을 서로 접근시키면서 소자 및/또는 부품의 조합 등을 실현할 수 있고, 처리 속도의 고속화, 노이즈 발생의 방지, 디바이스의 소형화 등을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에서, 내장형 미소 기계 부품 또는 다른 기능의 부품을 각종 외부 회로, 소자 등과 접속시키기 위해서, MEMS 기판, 리드 또는 중간 부재에, 이들을 두께 방향으로 관통하여 형성된 도체 충전 비어(via)를 형성하는 것이 바람직하다. 이는 도체 충전 비어를 형성함으로써, 디바이스내의 접속 선로를 단축하고, 고속화, 노이즈의 방지 등을 행할 수 있기 때문이다. 또한, 도체 충전 비어의 형성과 조합하여 재배선 등을 형성할 수 있다. 이는 복수의 처리를 단일 공정으로 동시에 수행할 수 있어, 공정의 단축이나 비용 절감을 행할 수 있기 때문이다. 도체 충전 비어의 단면(노출면)에 외부 접속 단자(예를 들면, Au 범프) 등을 형성하는 것이 유리하다.
도체 충전 비어는 임의의 종래 방법에 따라서 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판이나 리드의 소정의 위치에 스루홀을 형성하고, 예를 들면 금, 알루미늄,동 또는 그 합금 등의 도체 금속을 충전함으로써 도체 충전 비어가 유리하게 형성될 수 있다. 또한, 도체 금속 충전 시 동시 진행으로써 재배선 등의 배선 패턴을 형성할수 있다.
본 발명의 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스에서, 그 초음파 본딩부의 외측에,그것을 둘러싸는 본딩된 밀봉 수지를 더 구비하는 것이 유리하다. 밀봉 수지는 특히, 초음파 본딩부의 외측에 중단 없이 형성되는 것이 바람직하다. 이는 초음파 본딩부의 강도를 높이는 동시에, 기밀 밀봉의 효과도 높일 수 있기 때문이다. 밀봉 수지는 예를 들면 에폭시 수지, 폴리이미드 수지 등이고, 포팅(potting) 등에 의해서 소정량으로 분배될 수 있다.
또한, 기밀 밀봉된 동작 공간의 형성을 보다 확실하게 형성하기 위해서, MEMS 기판, 리드 및 필요에 따라 중간 부재가, 이들 부재의 동작 공간 측의 외주부와 중단 없이 접촉하여 형성된 제 2 연속 초음파 본딩부를 더 구비하는 것이 바람직하다. 초음파 본딩은 다음과 같이 수행될 수도 있다. 또한, 제 2 연속 초음파 본딩부의 외측에 강화를 위해 초음파 본딩부를 둘러싸도록 밀봉 수지를 적용하여 경화시키는 것이 유리하다.
제 2 초음파 본딩부는 바람직하게는 좁은 폭의 중단 없는 프레임의 형태로 형성될 수 있다. 특히, 밀봉 링(예를 들면, 범프 등)이나 도체 도금 등으로 유리하게 형성될 수 있다. 이 초음파 본딩부의 프레임 폭은 특히 한정되는 것은 아니지만, 전자 디바이스의 소형화를 위해서 일반적으로 약 2mm 이하인 것이 바람직하고, 약 1mm 이하인 것이 특히 바람직하다. 예를 들면 도체 도금을 본딩함으로써 초음파 본딩부를 형성하는 경우, MEMS 기판측에서 도금막을 비교적 넓은 폭으로 형성하고, 또한 당접 리드의 도금막을 비교적 좁은 폭으로 형성하는 것이 보다 강하고 신뢰성있는 초음파 본딩부를 형성하는데 유효할 것이다.
또한, 이하 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명의 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스는 칩 레벨에서 한번에 하나가 제조될 수 있지만, 전자 디바이스의 복수개 모두를 함께 웨이퍼 레벨 패키지의 과정으로 일괄하여 제조하고, 그 후에 개별 전자 디바이스로 절단하여 분리하는 것이 유리하다. 다수개의 전자 디바이스를 일괄하여 제조할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 검사가 용이해져 제조 비용도 큰폭으로 저감될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스는 각종 방법에 의해서 제조될 수 있지만 바람직하게는 아래와 같은 단계:
미소 기계 부품 및 그 미소 기계 부품의 동작을 위한 전자 부품을 기판 내 또는 그 위에 설치하여 MEMS 기판(MEMS 소자)를 형성하는 단계, 및
상기 MEMS 기판과 상기 리드를 초음파 본딩에 의해 본딩하여 밀폐된 동작 공간을 규정하는 단계를 포함한다.
전형적으로, 본 발명 방법은 아래와 같은 일련의 단계:
(1) 기판, 예를 들면 실리콘 기판 등 반도체 기판을 준비하는 단계,
(2) 준비된 기판의 소자 탑재면(능동면) 또는 동작 공간 측면에, 목적으로 하는 디바이스의 디자인에 따라 스루홀, 캐비티 등을 형성하는 단계,
(3) 스루홀에 도체 금속을 충전하고, 기판 상에 재배선 패턴 등을 형성하는 공정,
(4) 초음파 본딩에 사용하기 위해, 도체 금속을 도금하거나 범프 등을 형성하는 단계;
(5) 상기 기판을 절단하여, 각각이 캐비티, 도체 충전 비어 등을 구비하는 기판으로 이루어진 패키지를 얻는 단계(기판 절단 공정은 웨이퍼 크기 패키지 공정을 사용하는 경우에 후단 공정에 맡길 수도 있음), 및
(6) 별도로 제조된 MEMS 기판(MEMS 소자)에 상기 각 패키지를 부착하고 이들을 초음파 본딩하는 단계에 의해서 유리하게 수행될 수 있다.
이 제조 방법은 일예이며 따라서 각 단계는 본 발명의 범위내의 각종 방식으로 변경될 수도 있다. 예를 들면, 각 단계의 순서를 교환하거나 새로운 단계를 추가할 수 있다. 각 단계의 상세한 것은 전자 디바이스의 상기 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(MEMS 디바이스)는, 예를 들면 실리콘 기판을 리드로서 사용하고, 그 실리콘 기판에 MEMS 기판(MEMS 소자)를 부착하여 칩 사이즈 패키지(CSP)를 제조하는 경우, 다음과 같은 순서로 제조될 수 있다.
리드의 제조 :
1) 실리콘 웨이퍼의 준비
실리콘 웨이퍼를 준비하고, 그 표면을 세척한다.
2) 스루홀 및 캐비티의 형성
실리콘 웨이퍼의 캐비티 형성면에 레지스트를 도포하고, 목적으로 하는 스루홀 및 캐비티의 패턴에 따라 레지스트 막을 패터닝하여 레지스트 마스크를 얻는다.다음으로, 이 레지스트 마스크를 통해 웨이퍼를 에칭하여 스루홀 및 캐비티를 소망하는 형상 및 크기로 얻는다. 또한, 캐비티의 형성은 생략될 수도 있다.
3)절연막의 형성
레지스트 마스크를 용해하여 제거한 뒤, 실리콘 웨이퍼를 산화하여 그 표면에 절연막(실리콘 산화막)을 형성한다.
4) 도체 충전 비어 및 재배선의 형성
실리콘 웨이퍼의 캐비티면에 레지스트를 도포하고, 비어 및 재배선 형성 영역이 노출하도록 레지스트 막을 패턴닝하여, 레지스트 마스크를 얻는다. 그 다음에, 이 레지스트 마스크가 있는 상태에서 동(Cu) 도금을 행하여, Cu 충전 비어 및 재배선을 얻는다. 이 도금 단계에 의해서 필요에 따라서, 기타의 배선 패턴, 전극 등을 형성할 수도 있다.
5) Au 범프의 형성
초음파 본딩시에 본딩 매체로서 사용하기 위해, Cu 충전 비어의 단면에 Au 범프를 형성한다. 필요에 따라, Au 범프 대신에 Au 도금을 형성할 수 있다.
6) 실리콘 웨이퍼의 다이싱(dicing)
웨이퍼를 다이서(dicer) 등으로 절단 분리한다. 이에 의해서 캐비티, Cu 충전 비어, 재배선 등이 제공된 실리콘 칩이 얻어진다. 이들 실리콘 칩은 MEMS 디바이스를 위한 리드로서 사용될 수 있다. 실리콘 웨이퍼를 대신하여 실리콘칩으로 개시하는 경우 본 단계는 필요 없어 진다.
MEMS 디바이스의 제조 :
7) MEMS 소자 형성 실리콘 기판의 준비
MEMS 소자 형성 실리콘 기판(MEMS 칩)을 별도로 준비한다. MEMS 칩의 외부 접속 단자로서도 역할을 하는 초음파 본딩 부위(리드의 Au 범프에 대응하는 부위)에 초음파 본딩을 확실하게 하기 위해서, 예를 들면 Au 도금을 본딩 매체로서 제공하는 것이 바람직하다. 즉, 알루미늄 또는 동으로 이루어진 MEMS 칩의 외부 접속 단자에, 예를 들면 Au 도금 등이 미리 제공되는 것이 바람직하다.
8) MEMS 칩과 리드의 적층
MEMS 칩과 리드를 정확하게 위치 맞춤하여 적층한다. 리드의 Au 범프와 MEMS 칩의 Au 도금이 서로 당접되어 있는 상태가 얻어진다. 또한, MEMS 칩과 리드의 사이에서 MEMS의 미소 기계 부품이 동작할 수 있는 동작 공간이 확보된다.
9) 초음파 본딩
MEMS 칩에 리드를 맞붙인 상태로 초음파 본딩을 행한다. 초음파 본딩의 조건은 예를 들면 처리 온도: 실온 ~ 약 l50℃, 진폭 주파수 : 약 50 내지 100kHz, 진폭 : 약 1∼10㎛, 및 압력 : 약 1 내지 1000 g/mm2이다.
10) 수지 밀봉
상기 단계에서 형성된 초음파 본딩부를 더욱 강화하기 위해서, 초음파 본딩부의 주위 부근을 더욱 수지로 밀봉하는 것이 바람직하다. 밀봉 수지로서는 예를 들면절연성의 엑폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
1l) 외부 접속 단자의 형성
외부 접속 단자로서 사용 하기 위해, 예를 들면, 리드의 후면(동작 공간과는 반대측의 면)에 땜납 볼(예를 들면, Pb-Sn 볼, Ag-Cu-Sn 볼 등)이 부착된다.
이상과 같은 일련의 제조 단계를 통해서, 소형의 MEMS 디바이스가 완성된다. 각각의 디바이스는 소정의 검사에 통과한 후에 출하될 수 있다.
다른 예에서, 본 발명은 기능 소자를 적재하기 위한 소자 탑재 공간을 기밀하게 밀봉하는 것을 특징으로 하는 기능 소자 탑재 전자 디바이스에 있다. 이 전자 디바이스에서, 기능 소자는 상술한 발명의 예와 같이 MEMS 소자에 한정되는 것이 아니라 오히려 "기타의 기능 소자" (상술함)인 것이 일반적이다. 또한, 기능 소자를 고정하는 수단은 플립 칩 접속, 와이어 본딩 접속, 기타 종래 접속 방법이 될 수도 있다. 이 전자 디바이스에서, 디바이스 본체(기판)와 리드가, 고온 가열을 필요로 하는 접착제의 부분적 도포 대신에 그의 외주부에 중단 없이 형성된 초음파 본딩부를 통해서 본딩되는 것이 특징이다. 더욱이, 이 초음파 본딩부는 기밀 밀봉을 위해 설계되기 때문에, 기능 소자가 별개로 형성된 다른 초음파 본딩부를 통해서 외부 소자 등과 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명은 이러한 기능 소자 탑재 전자 디바이스의 제조 방법에 있다. 본 발명의 제조 방법은 다음 단계를 포함한다.
디바이스 본체 및/또는 리드에 상기 기능 소자를 고정하는 단계, 및
상기 디바이스 본체와 상기 리드를 본딩하여 소자 탑재 공간을 규정함과 동시에, 상기 디바이스 본체와 상기 리드를 이들 부재의 상기 소자 탑재 공간측의 외주부와 중단 없이 접촉하여 연속 초음파 본딩부를 형성하고, 이에 의해서, 상기 소자 탑재 공간을 기밀 밀봉시키는 단계.
본 발명에 따른 기능 소자 탑재 전자 디바이스 및 그 제조 방법은 상술한 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스 및 그 제조 방법에 따라서 실시될 수 있다.
다른 예에서, 본 발명은 전자 디바이스의 제조에서의 리드의 고정 방법에 있다. 이 발명에서는 전자 디바이스의 구성은 특히 한정되는 것이 아니다. 어떠한 형태의 구조의 전자 디바이스에도 본 발명의 방법이 적용될 수 있다. 전형적으로, 전자 디바이스는 상기한 전자 디바이스와 같이, 디바이스 본체로서 역할을 하는 기판과, 그 기판의 정면, 배면 및/또는 내부에 적재되는 적어도 1개의 기능 소자와,상기 기판의 기능 소자 적재면을 덮는 리드로 이루어진다. 필요에 따라, 방열 판 등의 추가의 부재를 가질 수도 있다. 또한, 기능 소자는 리드의 정면, 배면 및/또는 내부에 기능 소자가 적재될 수도 있다. 더욱이, 기판이나 리드에는 소자 탑재 공간을 규정 또는 확장하기 위한 캐비티나, 외부와의 전기적 접속을 위한 도체 비어(충전된 비어), 배선, 전극, 외부 단자 등이 형성될 수도 있다.
본 발명에 따라 리드를 고정하는 방법은 기능 소자를 적재한 디바이스 본체의 외주부에 소정 패턴, 바람직하게는 좁은 폭의 스트라이프 패턴으로 고정 영역을 설정함으로써 이 고정 영역과 리드의 대응 부분을 당접시키고 초음파 본딩에 의해서 기밀 밀봉하는 것을 특징으로 한다. 고정 영역은 상술한 바와 같이 도금, 범프 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명 방법은 형성된 초음파 본딩부의 외측에 그를 둘러싸도록 밀봉 수지를 적용하여 본딩하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 고정 방법은, 패키지 본체 및 리드의 정면에 도체 도금 및/또는 도체 범프가 본딩 매체로서 형성된 뒤에 실시되는 것이 바람직하다. 이러한 본딩 매체를 통해 초음파 본딩이 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 이 고정 방법은 도체 도금 및/또는 도체 범프를 금, 알루미늄, 동 또는 그 합금으로 형성함으로써 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 이들 바람직한 시시예 및 기타의 실시예는 상기 전자 디바이스 및 그 제조 방법에 대한 설명으로부터 용이하게 이해되어질 것이다.
실시예
다음으로, 본 발명의 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 하기 예는 본 발명을 구체적으로 설명하여 그 이해도를 높이기 위한 것이다. 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것이 아님은 말할 필요도 없다. 특히, 본 발명의 실시에서, 다음 예에서 기술된 단계를 임의로 조합함으로써 얻어지는 작용 및 효과를 다양화 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 예를 나타낸 단면도이다. 도시된 전자 디바이스(l0)는 실리콘 기판(1)과 리드(2)에 의해서 규정된 소자 탑재 공간(특히, 동작 공간)(8)에서 미소 기계 부품으로서 내장된 마이크로 캔틸레버(4)를 가지고 있다. 그리고, 도시되지 않았지만, 실리콘 기판(l)의 능동면에는 마이크로 캔틸레버(4)와 함께 그것을 동작 시키기 위한 전자 회로가 형성되어 있다. 전자 회로는 알루미늄(Al)으로 이루어진 전극(31)을 갖는다. 도 시된 전자 디바이스(10)은 예를 들면 가속도계나 마이크로 자이로(microgyro) 등의 센서로서 사용될 수 있다.
마이크로 캔틸레버(4)는 실리콘 기판(l)의 능동면에 마이크로 머시닝 기술에 의해서 형성되고, 따라서 본딩 와이어 등이 형성되어 있지 않다. 따라서, 전자 디바이스(10)를 도시한 바와 같이 더욱 소형화하고 콤팩트하게 할 수 있다. 부착된마이크로 캔틸레버(4)가 구비된 기판(1)은 이하, MEMS 기판이라 한다.
전자 디바이스(10)는 초음파 본딩부(3)를 더 구비하고 있다. 초음파 본딩부(3)는, 도시한 바와 같이 또한 이하에 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, MEMS 기판(1)의 Al 전극(31)과, 리드(실리콘 기판)(2)를 가공함으로써 형성된 회로 기판(20)의 동배선 패턴(26)을 동배선 패턴(26)에 형성된 금 범프(27)를 통해 접속함으로써 형성된다. 이러한 Au-A1 본딩 대신에, Au-Au 본딩, Au-Cu 본딩 등을 채용할 수 있다. 초음파 본딩부(3)의 외측은 이를 둘러싸도록 에폭시 수지(32)로 밀봉된다. 또한, 회로 기판(20)의 동패드(26)는 이에 부착된 외부 접속 단자(땜납 볼)(33)를 구비한다.
도 4는 도 3에 나타낸 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 변형예를 나타낸 도면이다. 이 전자 디바이스(10)에서, 회로 기판(20)은 실리콘 기판(2) 대신 투명한 유리 기판(12)으로 형성된다. 따라서, 이 디바이스(10)에서는, 캔틸레버(4) 대신, DMD(Digital Mirror Device) 등의 다른 광학 MEMS 소자 등을 적재한 새로운 광학 디바이스를 제공할 수 있다. 물론, 투명한 유리 기판만이 아니라 광학 렌즈 등도 사용할 수 있다.
도 3 및 도 4에는, 회로 기판(20)의 실리콘 기판(2) 또는 유리 기판(12)에 캐비티를 형성하는 예가 도시되어 있다. 그러나, 회로 기판(20)의 배선 패턴(26),범프(27) 및 전극(3l)의 총 두께에 기인하여 마이크로 캔틸레버(4)의 동작에 지장이 없는 공간을 얻을 수 있는 경우, 기판에 캐비티의 형성을 생략할 수 있다. 도 19는 도 3의 실리콘 기판(2)으로부터 캐비티를 제거한 예를 나타낸 도면이다. 도 시된 전자 디바이스(10)의 경우, 전극(31)의 두께는 수㎛ 정도, 배선 패턴(26)의 두께는 수㎛ 내지 30㎛ 정도, 그리고 범프(27)의 두께(높이)는 l5㎛ 내지 30㎛ 정도(본딩 후에는 원래 두께의 절반 내지 2/3로 감소)이다.
도 5는 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 다른 바람직한 예를 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 전자 디바이스(10)의 경우에는 초음파 본딩부(3)만을 가지고 있었는데 도 6에 모식적으로 나타낸 바와 같은 전자 디바이스(10)에는 초음파 본딩부(3)를 둘러싸도록 다른 본딩부, 즉, 제 2 초음파 본딩부(13)가 형성되어 있다. 제 2 초음파 본딩부(l3)는 기밀 밀봉을 하도록 설계되고 따라서 회로 기판(20)(MEMS 기판(1))의 외주를 따라 프레임 형태로 형성된다. 초음파 본딩부(13)의 프레임 폭(w)은 소기의 본딩 효과를 얻을 수 있는 한 좁은 편이 보다 바람직하며 통상은 약 2mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 약 1mm 이하이다.
제 2 초음파 본딩부(l3)는 바람직하게는 초음파 본딩부(3)와 동시에 형성될 수 있다. 먼저, MEMS 기판(1) 상에 프레임형 패턴(밀봉 링)(41)이 형성된다. 이 패턴이 MEMS를 제조하는 단계에서 형성되기 때문에, 도 3 및 도 4의 전극(31)과 동일한 방식으로 알루미늄 또는 동으로 이루어진다.
리드(2)에는, 동으로 이루어진 프레임형 패턴(밀봉 링)(46)이 미리 형성되어 있다. 이 패턴은 리드에 배선 패턴(26)을 형성할 때, 배선 패턴(26)과 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 그 다음, MEMS의 프레임형 패턴(41)과 리드(2)의 프레임형 패턴(46)이 본딩된다. 이 단계도 초음파 본딩부(3)와 동일한 방식으로 금으로 이루어진 범프(47)를 통해 형성될 수 있다. 대안적으로, 도시하지 않았지만,알루미늄으로 이루어진 패턴(41)으로 금 도금된 패턴(46)을 본딩함으로써 Au-A1 본딩을, 패턴(41)을 금 도금함으로써 동으로 이루어진 패턴(46)을 본딩함으로써 Au-Cu 본딩을, 또는 동으로 이루어진 패턴(41)에 금 도금된 패턴(46)을 본딩함으로써 Au-Cu 본딩을 유리하게 행할 수 있다. 도 19의 예에서와 같이 캐비티가 없는 예를 현재의 예와 조합하는 경우, 리드(2)와 MEMS 기판(1)에 밀봉 링을 형성하는 패턴(46 및 41)에서, 이들 패턴(46 및 4l)과 패턴을 본딩하기 위한 도금(금 도금등)의 총 두께는 MEMS의 동작에 지장이 없는 공간을 얻을 수 있는 높이 (두께)이상이어햐 한다. 초음파 본딩부(13)의 외측에는 도시되지 않았지만 엑폭시 수지 등의 밀봉 수지로 도포할 수 있다. 회로 기판(20)의 동 패드(26)는 외부 접속 단자(땜납 볼)(33)가 부착되어 있다.
도 7은 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 또 다른 바람직한 실시예를 나타낸 도면이다. 도시된 전자 디바이스(l0)는 인쇄 회로 기판(양면 동박 적층판)(60)에 미리 형성된 개구부를 소자 탑재 공간(8)으로서 이용하고 있다. 즉, 인쇄 회로 기판(60)은 본 발명에서는 "중간 부재"에 상당한다. 캔틸레버(4)가 형성된 MEMS 기판(1), 인쇄 회로 기판(60)의 가공에 의해서 형성된 회로 기판(70), 및 리드(스테인레스 판)(6)를 초음파 본딩함으로써 전자 디바이스(10)가 완성된다.
도시된 바와 같이, 초음파 본딩부(3)는 MEMS 기판(1)의 Al 전극(31)과, 회로기판(70)의 동 배선 패턴(62)을 금 범프(67)를 통해 접속함으로써 형성된다. 초음파 본딩부(3)의 외측은 이를 둘러싸도록 엑폭시 수지(32)로 밀봉되어 있다. 또한, 회로 기판(70)의 동 배선 패턴(62)에는 이에 부착된 외부 접속 단자(땜납 볼)(65)가 형성되어 있다. 또한, 회로 기판(70)의 동박을 에칭함으로써 형성된 밀봉 패턴(밀봉 링)(63)과 리드(스테인레스 판)(6)가 초음파 본딩된다. 도시된 바와 같이, 리드(6)는 그 위에 배선 패턴이 형성되어 있지 않다.
도 8은 도 7에 도시한 MEMS 전자 탑재 전자 디바이스의 변형예를 나타낸 도면이다. 이 전자 디바이스(l0)에서, 투명 유리 기판으로 이루어진 리드(7)가 스테인레스 판으로 이루어진 리드(6) 대신 사용된다. 이 디바이스(10)에서, DMD 등 다른 광학 MEMS 소자 등을 캔틸레버(4) 대신에 적재하여 새로운 광학 디바이스를 제공할 수 있다. 물론, 투명 유리 기판뿐만 아니라 광학 렌즈 등을 사용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 리드(7)는 그 위에 배선 패턴이 형성되어 있지 않다.
도 3 내지 도 8에 도시된 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(10)에서, 도시된 예의 각각은 동작 공간(8)에 미소 기계 부품(마이크로 캔틸레버)만을 포함한다. 그러나 여기에서는 도시하지 않았지만, MEMS 기판(l)의 능동면 상에 미소 기계 부품을 구동하기 위한 반도체 소자를 탑재하고, 그 MEMS 기판 상의 전극과 그 소자를 접속하고, 리드로 그 기판(1)을 밀봉할 수 있다. 반도체 소자는, 예를 들면, 이하에 도 9 및 도 10을 참조하여 설명되는 방법을 사용하여 적재될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스 이외에 기능 소자 탑재 전자 디바이스도 포함한다. 이러한 전자 디바이스의 일례를 도 9 및 도10을 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 기능 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 예를 나타낸 도면이다. 이 전자 디바이스(10)는 도 3을 참조하여 먼저 설명한 전자 디바이스(1O)와 동일한 구성을 가지고 있지만, 본 발명의 작용 효과가 MEMS 소자 이외의 것을 사용함으로써 얻어지고, 반도체 소자(LSl 칩)(5)는 MEMS 소자 대신 플립칩 접속에 의해서 탑재된다. 플립칩 접속을 위해서, 금 범프(15)가 사용된다. 이러한 형태의 전자 디바이스에서는, 그 초음파 본딩으로부터 유도되는 작용 효과를 충분히 얻을 수 있다. 또한, 와이어 본딩에 기인한 불편함이 발생하지 않기 때문에, 도시된 LSI 칩 또는 기타의 기능 소자를 와이어 본딩으로 접속할 수 있다.
도 l0은 본 발명에 따른 전자 디바이스에서 리드 고정 방법의 바람직한 예를 나타낸 단면도이다. 도시된 기능 소자 탑재 전자 디바이스(l0)는 도 5를 참조하여 먼저 설명한 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(lO)와 동일한 구성을 가지고 있다. 그러나, 본 예의 경우, 와이어 본딩에 기인한 불편함이 발생하지 않는 것이 확인되었기 때문에, LSI 칩(5)은 본딩 와이어(l6)에 의해서 기판(1) 상에 형성된 Al 전극(31)과 접속된다. 또한, 전자 디바이스(10)에서는, 도시된 바와 같이, 전자 접속을 위한 츠음파 본딩부(3)와 기밀 밀봉을 위한 초음파 본딩부(13)가 조합하여 포함된다.
다음으로, 상술한 일부 제품 예와 기타의 전자 디바이스를 상세하게 설명한다.
실시예 1
본 실시예에서, 도 3에 도시된 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 적절한 제조 방법을 도 11a 내지 도 11m을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 11a에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(2)를 준비하고, 세정 및 건조하여 웨이퍼 표면으로부터 티끌 등을 제거한다.
다음으로, 도 llb에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(2)의 한 면에 포토레지스트(21)를 소정의 막 두께로 도포하고, 형성될 캐비티 및 스루홀에 맞추어 패터닝한다. 얻어진 레지스트 패턴(21)을 마스크로 사용하여 하부의 실리콘 웨이퍼(2)를 에칭하고, 캐비티(l2) 및 스루홀(미관통의 상태로)(24)을 형성한다.
여기서, 실리콘 웨이퍼의 에칭에는 각종 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 에칭, 스퍼터 에칭, 리액티브 이온 에칭 등의 드라이 에칭 공정, 또는 에칭액을 사용하는 습식 에칭 공정이 사용될 수도 있다. 플라즈마 에칭의 경우,예를 들면, CF4나 SF6등이 에칭 가스로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 캐비티(l2)를 에칭으로 형성하고 스루홀(24)을 CO2레이저나 YAG 레이저로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11c에 나타낸 바와 같이, 미관통의 스루홀(24)을 완전히 관통 시키기 위해서, 캐비티를 덮도록 포토레지스트(23)을 도포하고 얻어진 레지스트 패턴(23)을 마스크로 사용하여 다시 에칭을 행한다.
마스크로서 사용된 포토레지스트를 제거한 후, 도 1ld에 나타낸 바와 같이,산화 분위기 중에서 열처리가 행해진다. 여기에 도시되어 있지 않지만, 실리콘 웨이퍼(2)의 표면에 실리콘 산화막(SiO2)이 절연막으로서 형성된다. 또한, 실리콘 산화막의 형성에 대해서는, 실리콘 웨이퍼(2)의 표면에 SiO2막(22)을 형성하고 스터드 범프(27)를 제공하는 예를 도시하고 있는 도 12를 참조한다. 또한, 도 11h를 참조하여 이하 설명할 단계에서, 스터드 범프(27)가 동 충전 비어(26)의 직상방에 형성되지만, 실제로는 도 12에 나타낸 바와 같이 동 충전 비어(26)의 직상방을 피한 위치에 스터드 범프(27)를 형성하는 것이 바람직하다. 이는 스터드 범프(27)가 비어(26)의 직상방에 형성되는 경우, 비어(26)의 직상방은 평탄성에 문제가 있는 경우가 있다. 따라서, 외부 접속 단자로서 역할을 하는 땜납 볼(33)도 도시된 바와 같이, 비어(26)의 직상방을 피하여 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 평탄성에 문제가 없으면, 스터드 범프(27)와 땜납 볼(33)을 비어(26)의 직상방에 형성할 수있다.
실리콘 산화막의 형성이 완료된 후에, 도시되어 있지는 않지만, 이후에 수행될 전해도금을 위한 급전층이 동의 무전해 도금(크롬과 동의 스퍼터링으로 대체될 수도 있음)에 의해서 형성된다. 다음으로, 도 11e에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트(25)가 소정의 막 두께로 도포되고 배선을 형성하기 위한 부분이 노출되도록 패터닝된다.
다음으로, 도 11f에 나타낸 바와 같이. 전력이 급전층으로부터 전해 도금 동으로 공급된다. 이전 단계에서 얻어진 레지스트 패턴(25)은 마스크로서 기능을 하여 금속층(동층; 동 배선 패턴)(26)이 그 노출된 부분에 형성된다. 동이스루홀(24)의 내부에 채워져 동 충전 비어(26)가 형성된다. 배선 패턴(26)은 예를 들면, 감법 공정법(substractive process), 첨가 공정법(additive process) 등 다른 각종 방법에 의해서 형성될 수도 있다. 본 단계에서, 적어도 배선 패턴(26)의 패드로서 역할을 하는 부분을, 동의 전해 도금이 완료된 후에 니켈 도금, 금 도금 등의 처리를 하여 보호 코팅을 형성하는 것이 바람직하다.
사용이 끝난 레지스트 패턴을 벗겨 제거한 후에, 급전층을 에칭에 의해서 제거한다. 도 1lg에 나타낸 바와 같이, 캐비티(l2) 및 배선 패턴(26)이 형성된 실리콘 웨이퍼(2)를 얻을 수 있다.
또한, 도 l1h에 나타낸 바와 같이, MEMS소자 탑재 기판(MEMS 기판)과 본딩하기 위한 범프(27)를 배선 패턴(26)의 패드에 형성한다. 예를 들면, 와이어 본딩에 의해서 금 스터드 범프(27)를 형성할 수 있다. 스터드 범프(27)는 상술한 바와 같이, 비어(26)의 직상방을 피해서 형성하는 것이 바람직하다.
그 후에, 실리콘 웨이퍼(2)를 절단선 C를 따라 절단하여 개별 회로 기판(패키지)(20)로 분리한다. 이 절단은 종래에 일반적으로 행해지고 있는 바와 같이 예를 들면 다이서 등을 이용하여 수행될 수 있다. 도 11i는 결과적인 회로 기판(20) 중 하나를 나타낸 것이다.
다음으로, 도 11j에 나타낸 바와 같이, MEMS 소자(마이크로 캔틸레버)(4)가 형성된 실리콘 기판(MEMS 기판)을 회로 기판(20)과 위치 맞춤시킨다. 위치 맞춤은 기판에 미리 부여된 레지스터 마크 등을 사용하여 용이하면서도 정확하게 수행될 수 있다.
위치 맞춤이 완료된 후에, 도 l1k에 나타낸 바와 같이 MEMS 기판(1)의 Al 전극(3l)을 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)과 금 범프(27)를 통해 초음파 본딩한다.초음파 본딩의 조건은 임의로 변경될 수 있지만, 일반적으로는 처리 온도는 실온 ∼약 150℃이고 진폭 주파수는 약 50 내지 l00kHz이고 진폭은 약 1㎛ 내지 10㎛이고 압력은 약 1 g/mm2내지 1000 g/mm2인 것이 바람직하다.
초음파 본딩에 의해서 MEMS 기판(1)과 회로 기판(20)을 접속한 후에, 도 11l에 나타낸 바와 같이, 결과적인 초음파 본딩부(3)의 외측에 디스팬서(도시되지 않음)에 의해서 밀봉 수지(에폭시 수지)(32)를 주입하여 밀봉한다.
마지막으로, 도 11m에 나타낸 바와 같이, 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)의 패드 상에 외부 접속 단자(땜납 볼)(33)를 형성한다. 땜납 볼(33)은 상술한 바와 같이 비어(26)의 직상방을 피해 탑재하는 것이 바람직하다. 먼저 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(10)가 완성된다.
상술한 단계의 순서를 따라 설명한 전자 디바이스의 제조 방법은 각종 방식으로 변형될 수 있다. 예를 들면, 회로 기판(20)의 기판을 실리콘 기판으로부터 유리 기판으로 변경한 경우, 도 4를 참조하여 앞서 설명한 바와 같은 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(10)가 완성된다. 이 경우에, 실리콘 기판을 사용하지 않기 때문에, 그 제조 공정시 실리콘 산화막을 형성하는 단계가 불필요해진다.
실시예 2
본 예에서는, 상기 실시예 l에 기재된 기술을 따라 도 5에 설명된 MEMS 소자탑재 전자 디바이스를 제조하는 매우 적절한 방법을 도 l3의 (a) 내지 (d)를 참조하여 설명한다.
본 예에서, 상기 실시예 1에 기재된 방식을 따라 동배선 패턴(26) 및 금 스터드 범프(27)를 형성하는 것에 부가하여 도 l3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 회로 기판(20)의 한 면(MEMS 기판과 본딩되는 측)에 프레임형 밀봉 패턴(밀봉 링)(46)을 동에 의한 전해 도금에 의해서 형성하고, 그 위에 도금층(예를 들면, 주석 도금, 금 도금 등)(47)을 형성한다. 금 스터드 범프(27) 대신 금 도금에 의해서 범프를 도금층(47)의 형성과 동시에 형성할 수 있다.
회로 기판(20) 외에 MEMS 기판(1)에도 동일한 처리를 가한다. 즉, 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, MEMS 기판(1)위면에 Al 전극(31)을 형성하는 것에 부가하여 회로 기판(20)의 밀봉 링(46)에 대응하는 위치에 프레임형 밀봉 패턴(밀봉 링)(4l)을 알루미늄, 동 등으로 형성한다.
상술한 바와 같이 회로 기판(20) 및 MEMS 기판(1)의 처리가 완료한 후에, 도 l3의 (b)에 나타낸 바와 같이, MEMS 소자(4)를 탑재한 MEMS 기판(1)을 회로 기판(20)과 위치 맞춤한다.
위치 맞춤이 완료된 후에 도 l3의 (c)에 나타낸 바와 같이, MEMS 기판(1)의Al 전극(31)을 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)과 금 범프(27)를 통해 초음파 본딩하여 제 1 초음파 본딩부(3)를 형성하는 동시에, MEMS 기판(1)의 밀봉 링(41)을 회로 기판(20)의 밀봉 링(46)과 금 도금(47)을 통해서 초음파 본딩하여 제 2 초음파 본딩부(13)를 형성한다. 초음파 본딩의 조건은 2개의 본딩 부위의조건을 고려해 임의로 선택한다.
초음파 본딩에 의해서 MEMS 기판(1)과 회로 기판(20)을 제 1 초음파 본딩부(3) 및 제 2 초음파 본딩부(13)에서 접속한 후에 도 13의 (d)에 나타낸 바와 같이, 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)의 패드에 외부 접속 단자(땜납 볼)(33)를 형성한다. 도 5를 참조하여 앞서 설명한 바와 같은 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(10)가 완성된다.
실시예 3
본 예에서는, 도 3에 나타낸 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 변형예와 그의 바람직한 제조 방법을 도 14의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한다. 본 예에서 설명한 제조 방법을 사용하면, 실리콘 웨이퍼에 반도체 회로를 형성하거나 박막 형성 공정 등에 의해 커패시터, 레지스터 등의 수동 소자를 형성함으로써, 보다 많은 기능을 가진 전자 디바이스를 제공 할 수 있다. 더욱이, 본 예에서는 실리콘 웨이퍼를 사용하고 있지만 이 실리콘 웨이퍼를 대신하여 유리 기판이나 기타의 기판을 사용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
도 14의 (a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(2)가 준비되고 그 배면(캐비티 형성측의 배면)에 반도체 회로(28)가 제조된다. 다음으로, 도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이 실리콘 웨이퍼(2)의 한 면에 소정의 두께로 레지스트(21)를 도포하고, 형성될 캐비티 및 스루홀에 따라 패터닝된다. 얻어진 레지스트 패턴(21)을 마스크로 사용하여 실리콘 웨이퍼(2)를 에칭하고, 캐비티(l2) 및 스루홀(미관통의 상태로)(24)를 형성한다.
그 후, 여기에 도시되어 있지는 않지만, 도 1l의 (a) 내지 (m)을 참조하여 설명한 일련의 제조 단계를 통해 MEMS 기판(1) 및 회로 기판(20)을 형성한다. 그 후에, 도 14의 (c)에 나타낸 바와 같이 MEMS 기판(l)과 회로 기판(20)이 초음파 본딩된다. 즉, MEMS 기판(1)의 Al 전극(31)과 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)이 금 범프(27)를 통해 초음파 본딩된다.
다음으로, 형성된 초음파 본딩부(3)의 외측에 밀봉 수지(엑폭시 수지)(32)를 주입하고 밀봉한다. 그 후, 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)의 패드에 외부 접속 단자(땜납 볼)(33)가 형성된다.
결과로서, MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(10)가 완성된다. 여기에서, 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)은 반도체 회로(28) 또는 커패시터, 레지스터 등의 수동 소자(도시되지 않음)와 접속되도록 형성된다.
실시예 4
본 예에서, 도 3에 나타낸 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 다른 변형예와 그의 바람직한 제조 방법을 도 l5의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한다. 본 예에 기재된 제조 방법을 사용하면, 다층 배선 구조를 가진 소형의 고성능 전자 디바이스를 제공 할 수 있다. 또한, 본 예에서는 실리콘 웨이퍼를 사용하고 있지만, 이를 대신하여 유리 기판이나 기타의 기판을 사용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
상기 실시예 1에 기재된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(2)에 캐비티(12) 및 동 배선 패턴(동 충전 비어)(26)을 형성한 후에 또는 그 도중에, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이 실리콘 웨이퍼(2)의 배면(캐비티(12)와는 반대측의 면)에 접지면(29)을형성한다.
다음으로, 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 절연층(5l), 배선층(52) 및 절연층(53)이 순차로 형성되어 다층 배선 구조를 형성한다.
다층 배선 구조의 형성에 있어서, 절연층(5l 및 53)은 각각 에폭시 수지, 폴리이미드 수지 등의 절연성 수지를 도포하거나 또는 이들 수지의 막을 적층함으로써 형성될 수 있다.
더욱이, 배선층(배선 패턴)(52)은 예를 들면 다음과 같은 기술에 의해서 형성될 수 있다.
절연층을 레이저 가공하여 하부의 배선 패턴이 저면에서 노출하도록 비어를 형성한다. 감광성 수지를 절연층에 사용하는 경우 절연층의 노광 및 현상에 의해서 비어를 형성할 수 있다.
다음으로, 전해 도금을 위한 급전층이 동의 무전해 도금이나 크롬과 동의 스퍼터링에 의해 절연층의 표면(비어 내부를 포함)에 형성되고, 배선을 형성하기 위한 노출 부분을 가진 레지스트 패턴이 형성된다.
계속해서, 급전층으로부터 전력이 공급되고 동으로 전해 도금하여 금속층(배선층)을 형성한다. 먼저 형성된 레지스트 패턴은 도금하는 동안 마스크로서 역할을 한다. 또한, 이 방식으로 동의 전해 도금이 완료된 후, 니켈 도금, 금 도금 등의 보호 도금이 행하여 진다.
그 후, 사용이 끝난 레지스트 패턴을 벗겨 급전층을 에칭하여 제거하면 목적으로 하는 배선 패턴(52)이 얻어진다. 절연층(51)의 비어 내부는 동으로 충전되어있다. 이 배선 패턴(52)은 예를 들면 감법공정법 또는 첨가 공정법에 의해서 형성될 수도 있다.
다음으로, 여기에서는 도시되어 있지 않지만, 도 l1a 내지 도 11m을 참조하여 앞서 설명한 일련의 공정을 통해 MEMS 기판(1) 및 회로 기판(20)이 제조된다. 그 다음, 도 15의 (c)에 나타낸 바와 같이 MEMS 기판(1)과 회로 기판(20)이 초음파 본딩된다. 즉, MEMS 기판(1)의 Al 전극(31)은 회로 기판(20)의 배선 패턴(26)과 금 범프(27)를 통해 초음파 본딩된다. 다음으로, 형성된 초음파 본딩부(3)의 외측은 에폭시 수지(32)로 밀봉된다. 더욱이, 회로 기판(20)의 노출된 배선 패턴(52)에는 외부 접속 단자(땜납 볼)(54)가 형성된다.
실시예 5
본 예에서는, 웨이퍼 레벨 패키지의 공정을 사용하여 도 3에 나타낸 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스를 제조하는 3가지 다른 방법을 도 16의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한다.
제 1 제조 방법:
도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1에 기재된 기술에 의해서 제작된 개별 회로 기판(20)이, 복수개의 MEMS 소자(4)가 형성된 실리콘 웨이퍼(40)에, 상기 실시예 1에 기재된 방식에 따라 접속되어 초음파 접속부(3)를 형성한다. 디스펜서에 의해서 에폭시 수지(32)를 주입하고 밀봉한 후에 절단선 C를 따라 실리콘 웨이퍼(1)를 절단한다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이 개별 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스가 얻어진다.
제 2 제조 방법:
도 16의 (b)에 나타낸 바와 같이, 복수개의 회로 기판(20)이 형성된 넓은 크기의 회로 기판(50)이 준비된다. 회로 기판(50)은 상기 실시예 1에 기재된 기술에 의해서 제작될 수 있다. 다음으로, MEMS 소자(4)가 형성된 개별 MEMS 기판(1)이, 넓은 크기의 회로 기판(50)에 접속되어 초음파 용접부(3)를 형성한다. 디스펜서에 의해서 엑폭시 수지(32)를 주입하고 밀봉한 후에 절단선 C를 따라 회로 기판(50)을 절단한다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 개별 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스가 얻어진다.
제 3 제조 방법:
도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 복수개의 MEMS 소자(4)가 형성된 실리콘 웨이퍼(40) 및 복수개의 회로 기판(20)이 형성된 넓은 크기의 회로 기판(50)이 준비된다. 회로 기판(50)은 상기 실시예 1에 기재된 기술에 의해서 제작될 수 있다.다음으로, 넓은 크기의 회로 기판(50)과 실리콘 웨이퍼(40)가 접속되어 초음파 본딩부(3)를 형성한다. 다음으로, 절단선 C를 따라 회로 기판(50)과 실리콘 웨이퍼(40)가 절단된다. 디스펜서에 의해서 에폭시 수지(도시되지 않음)를 주입하고 밀봉한다. 도 3에 나타낸 바와 같은 개별 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스가 얻어진다.
실시예 6
본 예에서, 도 7에 나타낸 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 바람직한 제조 방법을 도 17의 (a) 내지 (f)를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 17의 (a)에 나타낸 바와 같이, 에폭시 수지를 함침시킨 글래스 프리프레그에 동박(61)이 적층된 양면 동박 적층판(60)이 준비된다.
다음으로, 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 동박(61)을 에칭하여 배선 패턴(62)및 밀봉 패턴(밀봉 링)(63)을 형성한다. 또한, 땜납 레지스트(64)가 소정의 막 두께로 형성된다. 배선 패턴(62)에서, 도시되지는 않았지만, 땜납 레지스트(64)로부터 노출된 부분은 니켈이나 금으로 도금된다.
다음으로, 도 l7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 개구부(18)가 카운터 보링(counter boring)에 의해서 형성된다. 개구부(l8)는 카운터 보링 대신 압력에 의해서 펀칭됨으로써 형성될 수도 있다.
개구부를 형성한 후에, 절단선 C를 따라 적층판(60)이 절단된다. 도 17의 (d)에 나타낸 바와 같이 개별 회로 기판(70)이 얻어진다.
다음으로, 도 17의 (e)에 나타낸 바와 같이, MEMS 소자(4)가 탑재된 MEMS 기판(1)을 회로 기판(70)과 위치 맞춤하고 초음파 본딩한다. MEMS 기판(1)의 Al 전극(31)은 회로 기판(70)의 배선 패턴(62)과 금 범프(67)를 통해 접속되어 초음파 본딩부(3)를 완성한다. 초음파 본딩부(3)의 외측에 도시된 바와 같이 에폭시 수지(32)를 주입하고 밀봉한다.
그 후, 도 17의 (f)에 나타낸 바와 같이, 캐비티(8)가 리드(스테인레스 판)(6)에 의해서 닫혀지고, 리드(6)와 회로 기판(70)의 밀봉 링(63)이 초음파 본딩된다. 탑재된 MEMS 소자(4)를 가진 캐비티(8)는 완전히 밀폐된 상태가 된다. 또한, 회로 기판(70)의 노출된 배선 패턴(62)에, 외부 접속 단자(땜납 볼)(65)가 형성된다. 앞서 도 7을 참조하여 설명한 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(10)가 얻어진다.
특히, 상기 제조 방법은 상기 실시예 5에 기재된 기술을 이용함으로써 보다 효율 좋게 저비용으로 수행될 수 있다.
또한, 본 예에서는, 양면 동박 적층판이 중간 부재로서 사용되었지만, 그 대신에 예를 들면 실리콘 기판 또는 유리 기판을 사용할 수 있고 이에 의해서 동일 구조를 가진 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스를 제조할 수 있다. 이 경우에, 배선 패턴이나 개구부는 상기 실시예 l에 기재된 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
실시예 7
본 예에서, 본 발명에 따른 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스의 다른 바람직한 실시예 및 그의 바람직한 제조 방법을 도 18의 (a) 내지 (g)를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 18의 (a)에 나타낸 바와 같이, 엑폭시 수지를 함침시킨 글래스 프리프레그에 동박(61)이 적층된 양면 동박 적층판(60)이 준비된다.
다음으로, 도 18의 (b)에 나타낸 바와 같이, 적층판(60)의 소정의 위치에 스루홀(66)이 형성된다. 스루홀(66)은 예를 들면 드릴링(drilling)에 의해서 형성될 수 있다.
계속해서, 도 18의 (c)에 나타낸 바와 같이, 인쇄 회로 기판에 대한 종래 배선 형성 방법(예를 들면, 감법 공정(substractive) 등)을 사용하여 도금과 에칭이 수행되어 배선 패턴(62) 및 밀봉 패턴(밀봉 링)(63)을 형성한다. 또한, 땜납 레지스트(64)를 소정의 두께로 형성한다. 배선 패턴(62)에서, 도시되어 있지 않지만,땜납 레지스트(64)로부터 노출되는 부분은 니켈 또는 금으로 도금된다.
다음으로, 도 18의 (d)에 나타낸 바와 같이, 개구부(18)는 카운터 보링에 의해서 형성된다. 개구부(18)는 카운터 보링 대신 압력에 의해서 펀칭함으로써 형성될 수도 있다.
개구부를 형성한 후에, 적층판(60)이 절단선 C를 따라서 절단된다. 따라서, 도 18의 (e)에 나타낸 바와 같이 개별 회로 기판(70)이 얻어진다.
다음으로, 도 18의 (f)에 나타낸 바와 같이, MEMS 소자(4)가 탑재된 MEMS 기판(1)을 회로 기판(70)과 위치 맞춤하여 초음파 본딩한다. MEMS 기판(1)의 Al 전극(31)은 회로 기판(70)의 배선 패턴(62)과 금 범프967)를 통해서 접속되어 초음파 본딩부(3)를 완성한다. 도시된 바와 같이, 초음파 본딩부(3)의 외측에 엑폭시 수지(32)를 주입하고 밀봉한다.
다음으로, 도 18의 (g)에 나타낸 바와 같이, 캐비티(8)는 리드(스테인레스 판)(6)에 의해서 닫혀지고, 리드(6)과 회로 기판(70)의 밀봉링(63)은 초음파 본딩된다. 탑재된 MEMS 소자(4)를 가진 캐비티(8)는 완전히 밀폐된 상태가 된다. 더욱이, 회로 기판(70)의 노출된 배선 패턴(62)에, 외부 접속 단자(땜납 볼)(65)가 형성된다. 따라서, MEMS 소자 탑재 전자 디바이스(10)가 얻어진다.
특히, 상기한 제조 방법은 상기 실시예 5에 기재된 기술을 이용함으로써 보다 효율 좋게 저비용으로 실시할 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 양면 동박 적층판이 중간 부재로서 사용되었지만, 그 대신에 예를 들면 실리콘 기판이나 유리 기판을 사용할 수 있고, 이에 의해서 동일한 구조를 갖는 MEMS 소자 탑재 전자 디바이스를 제조할 수 있다. 이 경우, 배선 패턴 및 개구부는 상기 실시예 1에 기재된 기술을 사용하여 형성될 수도 있다.
이상, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하면서 특히 바람직한 실시예에 관련하여 설명했다. 도시된 각 전자 디바이스에서, 패드(배선 패턴)가 커버의 가장자리에만 형성되고 범프가 이 패드 위에 형성되지만, 본 발명의 전자 디바이스는 여러가지로 변경될 수도 있다. 예를 들면, 리드(2)의 상면에 배선 패턴(26)을 재배선할 수 있고, 어레이형 분포로 다수의 패드(배선 패턴)를 형성하고 각 패드 상에 범프를 형성할 수 있다.
이상의 상세한 설명으로부터 본 발명에 따르면 소형의 컴팩트한 MEMS 소자 등이 탑재된 전자 디바이스뿐만 아니라, 열처리에 기인하는 디바이스 특성의 열화등이 없고 완전히 기밀 밀봉되는 전자 디바이스를 제공할 수 있다. 이 전자 디바이스는 특히 MEMS 소자와 같은 구동 부품의 사용에 기인하여 가열 처리에 민감한 기능 소자를 탑재한 것에 매우 적합하다.
또한, 본 발명의 전자 디바이스에서, 그 제조 공정에 플립칩 접속 및 초음파 본딩을 도입하고 있기 때문에 MEMS 소자와 일체화한 형태로 기타의 기능 소자, 예를 들면 구동 부품, 수동 부품 등을 형성할 수 있어, 디바이스를 더욱 소형화 및 컴팩트화 할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 전자 디바이스는 단순한 제조 공정으로 이루어진 방법에 의해서 용이하게 제조될 수 있다. 특히, 본 발명의 전자 디바이스는 웨이퍼 레벨패키지 공정에 의해서 제조될 수 있어 비용이 크게 절감될 수 있다.

Claims (27)

  1. 미소 기계 부품(miromachine component)과 상기 미소 기계 부품의 동작을 위해 기판상에 형성된 전자 부품을 구비하는 미소 전자 기계적 시스템 (microelectromechanical system) 소자를 탑재한 전자 디바이스에 있어서,
    상기 미소 기계 부품을 위한 동작 공간이 상기 기판과 상기 기판의 능동면(active surface)을 덮는 본딩된 리드(lid)에 의해서 규정되고,
    상기 전자 부품과 상기 리드의 배선 패턴이 상기 기판과 상기 리드의 본딩부에서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩부는 상기 기판과 상기 리드의 초음파 본딩부인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 및/또는 상기 리드는 상기 동작 공간측에 캐비티를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판과 배선 패턴이 형성되어 있지 않은 리드 사이에 상기 미소 기계부품의 동작을 위한 개구부와 배선 패턴이 형성된 중간 부재를 더 포함하고, 상기 전자 부품과 상기 중간 부재의 배선 패턴이 전기적으로 접속되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판, 상기 리드 및 필요에 따라 상기 기판과 상기 리드 사이에 배치된 중간 부재는, 상기 기판 및 기타 부재의 동작 공간 측의 외주부와 중단 없이 접촉하여 형성된 제 2 연속 초음파 본딩부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 및/또는 상기 리드는 두께 방향으로 이들을 관통하여 형성된 도체 충전 비어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 중간 부재는 두께 방향으로 이를 관통하여 형성된 도체 충전 비어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본딩부의 외측면을 둘러싸는 본딩 밀봉 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 전자 디바이스는 웨이퍼 레벨 패키지 공정(wafer level package process)에 의해서 동시에 일괄적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  10. 미소 전자 기계적 시스템 소자가 탑재된 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
    미소 기계 부품과 상기 미소 기계 부품의 동작을 위한 전자 부품을 기판상에 형성하여 상기 시스템 소자를 형성하는 단계, 및
    상기 기판에 상기 기판의 능동면을 덮으면서 배선 패턴이 제공되는 리드를 본딩하여 상기 미소 기계 부품을 위한 동작 공간을 규정하고, 상기 기판과 상기 리드의 본딩부에서 상기 전자 부품과 상기 리드의 배선 패턴을 전기적으로 접속하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 본딩부는 상기 기판과 상기 리드의 초음파 본딩에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 및/또는 상기 리드에서 그의 동작 공간측에 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기판과 배선 패턴이 형성되어 있지 않은 리드 사이에 상기 미소 기계 부품의 동작을 위한 개구부와 배선 패턴이 형성된 중간 부재를 배치하고, 상기 전자 부품과 상기 중간 부재의 배선 패턴을 전기적으로 접속하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판, 상기 리드 및 필요에 따라 상기 기판과 상기 리드 사이에 배치된 중간 부재에, 상기 기판 및 기타 부재의 상기 동작 공간 측의 외주부와 중단 없이 접촉하여 제 2 연속 초음파 본딩부를 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 본딩부의 외측에 이를 둘러싸도록 밀봉 수지를 공급하고 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  16. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    복수의 상기 전자 디바이스를 웨이퍼 레벨 패키지 공정에 의해서 동시에 일괄적으로 제조하고 개별적으로 전자 디바이스를 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  17. 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스로서,
    소자 적재 공간은 디바이스 본체와 그것을 덮는 리드에 의해서 규정되고,
    상기 디바이스 본체와 상기 리드는 상기 부재의 상기 소자 적재 공간측의 외주부와 중단 없이 접촉하여 형성된 연속 초음파 본딩부에 의해서 기밀 밀봉되고,
    상기 기밀 밀봉된 소자 적재 공간은 그 내부에 상기 디바이스 본체 및/또는 상기 리드에 고정된 상기 기능 소자가 배치되고,
    상기 기능 소자는 외부의 소자 등에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 디바이스 본체와 상기 리드 사이에, 개구부와 배선 패턴이 형성된 중간 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 기능 소자 및 상기 외부 소자 등은, 기밀 밀봉을 위해 상기 초음파 본딩부로부터 별도로 형성된 초음파 본딩부를 통해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    기밀 밀봉을 위해 상기 초음파 본딩부의 외측면을 둘러싸는 본딩 밀봉 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
  21. 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
    디바이스 본체 및/또는 리드에 상기 기능 소자를 고정하는 단계, 및
    상기 디바이스 본체와 상기 리드를 본딩하여 소자 적재 공간을 규정하고, 상기 부재의 소자 적재 공간측의 외주부와 중단 없이 접촉하여 상기 디바이스 본체와 상기 리드에 연속한 초음파 본딩부를 형성하고, 이에 의해서, 상기 소자 적재공간을 기밀 밀봉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 디바이스 본체와 상기 리드 사이에, 개구부와 배선 패턴이 형성된 중간 부재를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    기밀 밀봉을 위해 상기 초음파 본딩부를 형성하는 단계에 부가하여, 상기 기능 소자와 외부 소자 등 사이의 전기 접속에 사용하는 초음파 본딩부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  24. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    기밀 밀봉을 위해 상기 초음파 본딩부의 외측을 둘러 싸도록 밀봉 수지를 공급하고 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  25. 기능 소자를 탑재한 전자 디바이스에 리드를 피복하고 고정하는 방법으로서,
    상기 기능 소자를 적재한 디바이스 본체의 외주부에 소정의 패턴으로 고정 영역을 형성하고 상기 고정 영역에 상기 리드의 대응 부분을 당접시키고, 초음파 본딩에 의해서 상기 디바이스 본체와 상기 리드를 기밀하게 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 고정 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 디바이스 본체와 상기 리드 사이에, 개구부가 형성된 중간 부재를 배치하고, 상기 중간 부재, 상기 디바이스 본체 및 상기 리드를 초음파 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 고정 방법.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 형성된 초음파 본딩부의 외측면에 이를 둘러싸도록 밀봉 수지를 공급하고 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 고정 방법.
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