JP2005236159A - 気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法、およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性および品質の優れた気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法を提供する。
【解決手段】 気密封止パッケージは、主基板１１と、主基板１１に対して主表面がほぼ平行になるように配置された対向基板１３と、対向基板１３と主基板１１とを固定するための接合部２５とを備える。接合部２５は、低融点半田部４と、低融点半田部４より融点の高い高融点半田部２とを含み、主基板１１、対向基板１３および接合部２５によって囲まれる空間が真空になるように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法、およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法に関する。

加速度センサ装置などの装置の中には、２枚の板状部材を互いの主表面が平行になるように固定され、内部の密閉された空間にセンサなどが配置されたものがある。たとえば、赤外線センサ装置に用いられるセンサ素子には、２枚の板状部材を互いの主表面が平行になるように固定して、２枚の基板に挟まれる空間を真空状態にしたものがある。

非冷却赤外線センサは、熱型センサとも言われるように、入射する赤外線を熱に変換する。非冷却型赤外線センサは、対象物の温度変化を電気信号の変化として読み出す構成を有する。この赤外線センサは、赤外線の検出感度を高めるため、板状部材から熱的に隔離された断熱構造を有するように配置される。さらに、赤外線センサは、断熱性を高めるために真空の環境下に配置される。赤外線センサは、密閉された真空空間に配置されている。すなわち、この赤外線センサは、気密封止パッケージのうち、いわゆる真空パッケージの内部に配置されている。

上記の真空パッケージの製造において、従来の技術においては、複数のセンサを１枚のウエハの主表面に形成したのちに個々に分断する。次に、１つの真空容器の中に、センサが形成された１つの基板と対向する１つの基板とを配置して、個々に貼り合わせを行っていた。すなわち、真空パッケージセンサ素子のパッケージングを１つずつ行っていた。

近年、気密封止パッケージを、１枚のウエハの主表面に複数個形成したのちに個々に分断する製造方法が行われている。１枚のウエハの主表面上でパッケージングを行って複数の気密封止パッケージを形成したのちに、ウエハレベル気密封止パッケージを切断して、個々の気密封止パッケージを得ることができる。この製造方法では、気密封止パッケージの生産性が向上して、低価格化を図ることができる。

特表平９−５０６７１２号公報においては、赤外線センサ素子を形成するためのウエハレベル真空パッケージが開示されている。このウエハレベル真空パッケージは、トップキャップと赤外線デバイスとの間に、熱伝導が非常に小さい空間が形成され、その空間は排気されるか、あるいは熱伝導が非常に小さい流体を満たされる。

トップキャップは、素子に触れず、素子に、あるいは素子から熱を伝えないように、熱的に絶縁された素子から切離す必要がある。この公報には、トップキャップの表面に、エッチングによって凹部が形成されているウエハレベル真空パッケージが開示されている。

マイクロパッケージ内部の低圧を確実に保つためには、マイクロパッケージ内に特殊なゲッター剤を少量封入することが効果的な場合がある。この公報には、マイクロパッケージ中に少量のゲッター剤を封入し、活性化するには、たとえば必要量のゲッター剤を赤外線ダイまたはトップキャップの適切な領域上に、モノリシック状に蒸着することが開示されている。

または、上記の公報においては、トップキャップを離間した位置に保つために少なくとも１本の支柱を付加したウエハレベル真空パッケージが開示されている。さらに、金属のような蒸着材料のスタンドオフを上記の支柱と同時に、半田接合部に対して形成することにより、トップキャップの表面にエッチングで凹部を形成しなくても済むようにしたウエハレベル真空パッケージが開示されている。

上記の真空パッケージの他に、気密封止パッケージには、所定の気体で封止が行われるものがある。たとえば、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)製品のうち光スイッチやＲＦ(Radio Frequency)−ＭＥＭＳのスイッチ、リレーなどは、窒素などによる気密封止が必要である。このような気密封止パッケージにおいては、たとえば、陽極接合によって２枚の基板の貼り合せを行っていた。
特表平９−５０６７１２号公報

内部が真空になるように密閉された真空パッケージにおいては、外側が大気圧であるため、２枚の基板は互いに近づく向きに力が加わる。このため、一方の基板が他方の基板に接触するという問題があった。たとえば、２枚の基板の間の真空空間にセンサが配置された真空パッケージセンサ素子においては、内部に配置されたセンサが一方の基板に接触して、正常な信号を得ることができないという問題があった。または、真空の空間に配置されたセンサが故障してしまうという問題があった。

また、真空パッケージセンサ素子において、２枚の基板の結合固定は、半田で行うことができる。しかし、基板同士の結合固定は、半田が溶融した状態で行われる。半田は、２枚の基板に挟まれると圧縮されてしまって、基板同士の間隔を大きくすることはできない。このため、２枚の基板同士の間隔を大きくしようとすると、半田で濡らすことができる金属リングやフレームなどの端囲いを、半田が配置される領域に沿って、該領域の内側と外側に形成しなければならないという問題があった。

上記の特許文献１に開示されたトップキャップに凹部を形成するウエハレベル真空パッケージにおいては、強アルカリ液のウエットエッチング法またはドライエッチング法により凹部を形成することが可能である。一方で、たとえば、センサが上記の赤外線センサであった場合には、入射する赤外光を透過させるために、凹部の底面は極力平滑にする必要がある。赤外線が透過する領域に、細かい凹凸などのいわゆる表面荒れや傷があると、正確な検知が行えないという問題があった。たとえば、凹部の表面荒れがあると、この領域に入射した赤外光は散乱してしまうという問題があった。

このように、センサを形成する板状部材に対向する板状部材の表面は、平滑であることが好ましいが、ウエットエッチング法やドライエッチング法などで凹部が形成された場合には、エッチングされた面が荒れることがあるという問題があった。また、上記の凹部を形成するためには、細心の注意が必要であるため、生産性が悪いという問題があった。

また、製造されるセンサ素子の品質面においても、凹部に表面荒れなどがあると、赤外線を正確に検知することができないため、検知される赤外線信号の精度が悪化したり、得られる赤外画像が不鮮明になったり、画像むらが発生したりするという問題があった。

また、上記の特許文献に開示されたトップキャップに１本の支柱が形成されたウエハレベル真空パッケージにおいては、支柱が封止されている部分の中央付近に形成されている。このため、赤外線センサの中央部分がこの支柱によって隠されてしまい、正確な検知を行うことができないという問題がある。たとえば、赤外線カメラにおいては、センサの中央部分にも画素が形成されているため、この領域に支柱を形成することは困難であると考えられる。

また、封止されている領域に支柱を設ける場合、２枚の板状部材を接合するためには、真空空間のまわりを取囲む半田接合部が、支柱よりも高くないと封止を行うことができない。しかし、このような高い半田接合部を形成することは困難であるという問題があった。また、支柱の高さを半田接合部の高さに合わせて低くすると、２枚の板状部材が接近して、２枚の板状部材同士の間隔を十分に空けることができないという問題があった。

さらに、上記の特許文献１に開示されている、半田接合部に対して蒸着材料のスタンドオフが形成されたウエハレベル真空パッケージにおいては、２枚の板状部材同士の間隙を十分に大きくすることができないという問題があった。

また、上記の特許文献１に開示されたゲッターについては、ゲッターをウエハレベル真空パッケージの内部に配置するためのマイクロブリッジを形成したり、ゲッターを加熱するための抵抗加熱素子を形成したりする必要があるため、製造工程が多くなって生産性が悪くなるという問題があった。

気密封止パッケージのうち、密閉された空間に窒素などが封入されるものにおいては、たとえば陽極接合によって封止を行うため、２枚の基板の接合時に接合部を高温にしなければならず、センサなどに悪影響を与える恐れがあるという問題があった。

本発明の目的は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、生産性および品質の優れた気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく気密封止パッケージは、主基板と、上記主基板に対して主表面がほぼ平行になるように配置された対向基板と、上記対向基板と上記主基板とを固定するための接合部とを備える。上記接合部は、低融点半田部と、上記低融点半田部より融点の高い高融点半田部とを含み、上記主基板、上記対向基板および上記接合部によって囲まれる空間が真空になるように形成されている。

上記目的を達成するため、本発明に基づくウエハレベル気密封止パッケージは、主ウエハと、上記主ウエハに対して主表面がほぼ平行になるように配置された対向板と、上記主ウエハと上記対向板とを固定するための接合部とを備える。上記接合部は、低融点半田部と、上記低融点半田部より融点の高い高融点半田部とを含む。上記対向板は、対向基板または対向ウエハを含む。上記ウエハレベル気密封止パッケージは、上記主ウエハ、上記対向板および上記接合部によって囲まれる空間が真空になるように形成されている。

上記目的を達成するため、本発明に基づくウエハレベル気密封止パッケージの製造方法は、主ウエハおよび対向板のうち少なくともいずれか一方に対して高融点半田を配置する工程と、低融点半田が溶融したときに上記高融点半田に接触するように、他方に対して上記低融点半田を配置する工程と、上記低融点半田を溶融させて、上記主ウエハと上記対向板とを固定する固定工程とを含み、上記対向板として、対向基板または対向ウエハを用いる。

上記目的を達成するため、本発明に基づく気密封止パッケージの製造方法は、対向ウエハおよび主ウエハのうち少なくともいずれか一方に対して高融点半田を配置する工程と、低融点半田が溶融したときに上記高融点半田に接触するように、他方に対して上記低融点半田を配置する工程と、上記低融点半田を溶融させて、上記主ウエハと上記対向ウエハとを固定する固定工程と、上記主ウエハのみを切断する第１の切断工程と、上記対向ウエハのみを切断する第２の切断工程とを含む。

または、本発明に基づく気密封止パッケージの製造方法は、上記主ウエハとして、貫通電極を有するものを用いて、上記主ウエハおよび上記対向ウエハを切断する切断工程を含む。

本発明によれば、生産性および品質の優れた気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法を提供することができる。

（実施の形態１）
（構成）
図１から図４を参照して、本発明に基づく実施の形態１における気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法について説明する。なお、本明細書および特許請求の範囲においては、１枚のウエハの表面に複数の気密封止パッケージが形成されたものを「ウエハレベル気密封止パッケージ」と言い、分断された単一のパッケージを「気密封止パッケージ」と言う。

図１に、本実施の形態における気密封止パッケージの概略断面図を示す。本実施の形態における気密封止パッケージは、赤外線センサを備える真空パッケージセンサ素子である。真空パッケージセンサ素子２０は、主基板１１と対向板としての対向基板１３とを備える。

本実施の形態においては、主基板１１および対向基板１３は、平面形状がほぼ長方形の板状に形成されている。特に、対向基板１３には、窪みや凹部などは形成されていない。主基板１１は、シリコンを含む基板から形成されている。対向基板１３は、赤外線に対して透明な基板（たとえば、シリコン基板など）から形成されている。主基板１１と対向基板１３とは、それぞれの主表面が互いにほぼ平行になるように配置されている。主基板１１と対向基板１３とは、互いに離れて固定されている。主基板１１と対向基板１３とは、接合部２５を介して固定されている。主基板１１、対向基板１３および接合部２５によって囲まれる空間は、真空空間になるように形成されている。

この真空空間の内部において、主基板１１の主表面には、赤外線センサ５が配置されている。また、真空空間の外部において、主基板１１の主表面には、赤外線センサ５からの信号を外部の電気回路に接続するためのパッド１０が形成されている。対向基板１３の表裏の主表面には、それぞれ反射防止膜１７および反射防止膜１８が形成されている。

接合部２５は、平面形状において枠形になるように形成されている。接合部２５は、対向基板１３の平面形状の外縁に沿うように形成されている。接合部２５は、高融点半田部２と低融点半田部４とを含む。高融点半田部２および低融点半田部４は、それぞれ半田によって形成されている。本実施の形態においては、高融点半田部２は、ＡｕＳｎ（金すず）共晶半田から形成され、融点は２８０℃である。低融点半田部４は、ＳｎＢｉ（すずビスマス）共晶半田から形成され、融点は１３９℃である。

このように、高融点半田部２は、低融点半田部４より融点が高くなるように形成されている。本実施の形態においては、高融点半田部２の融点は、低融点半田部４の融点よりも約１４０℃高くなるように形成されている。

高融点半田部２は、メタライズパターン６を介して主基板１１に接合され、低融点半田部４は、メタライズパターン９を介して対向基板１３に接合されている。高融点半田部２と低融点半田部４が互いに接合することによって、２枚の基板である主基板１１と対向基板１３とが固定されるとともに、内部が密閉されている。

メタライズパターン６，９は、対向基板１３の平面形状に沿うように形成されている。メタライズパターン６，９は、平面形状が枠形になるように形成されている。本実施の形態においては、メタライズパターン６，９は、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｒ膜から形成されている。

真空空間の内部には、ゲッター７が配置されている。ゲッター７は、真空パッケージセンサ素子の内部の真空度を維持するためのものであり、本実施の形態においては、バナジウム、ジルコニウムまたは鉄などからなる合金によって形成されている。ゲッター７は、接合部２５に接合している。ゲッター７の接合部２５と接合する面には、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｒ膜からなるメタライズパターンが形成されている（図示せず）。本実施の形態におけるゲッター７は、平板状に形成され、主表面が接合部２５に固定されることによって真空空間の内部に固定されている。特に、ゲッター７は、接合部２５のうち低融点半田部４に接合されている。

図２に、本実施の形態における第１のウエハレベル真空パッケージの概略断面図を示す。本実施の形態におけるウエハレベル気密封止パッケージは、１枚のウエハに図１に示した真空パッケージセンサ素子２０が複数形成されたウエハレベル真空パッケージである。ウエハレベル真空パッケージ２１は、主ウエハ１と対向ウエハ３とを含む。主ウエハ１と対向ウエハ３とは、それぞれの主表面が互いに平行になるように離間して配置されている。主ウエハ１と対向ウエハ３とは、接合部２５を介して固定されている。接合部２５は、高融点半田部２と低融点半田部４とを含む。主ウエハ１、対向ウエハ３および接合部２５によって囲まれる空間は、真空になるように形成されている。

図３に、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図を示す。主ウエハ１および対向ウエハは、平面形状がほぼ円形になるように形成さている。主ウエハの主表面上には、真空パッケージセンサ素子が整列するように形成されている。本実施の形態においては、真空パッケージセンサ素子の平面形状がほぼ長方形になるように形成され、それぞれが格子状に配置されている。ゲッター７は、接合部２５に接触するように固定されている。ゲッター７は、真空空間の平面形状における長方形の１辺に対応するように形成されている。

図４に、本実施の形態における第２のウエハレベル真空パッケージの概略断面図を示す。第２のウエハレベル真空パッケージにおいては、対向板として、対向ウエハの代わりに対向基板１３が配置されている。対向基板１３は、予め、真空パッケージセンサ素子に対応するように小さくチップ状に切断された基板である。対向基板１３は、平面形状がほぼ長方形になるように形成されている。対向基板１３は、それぞれの真空パッケージセンサ素子２０に１個ずつ配置されている。対向基板１３の表裏の主表面には、反射防止膜１７，１８が形成されている。主ウエハ１と対向基板１３とは、接合部２５を介して固定されている。その他の構成については、第１のウエハレベル真空パッケージと同様である。

（作用・効果、製造方法）
図１に示す真空パッケージセンサ素子２０において、検知する赤外線は、対向基板１３の側から真空パッケージセンサ素子２０の内部に進入して、赤外線センサ５で検知される。赤外線センサ５は、真空空間に配置されているため、断熱性を有する。また、真空空間の周りの部材から真空空間に放出される気体は、ゲッター７で吸収される。反射防止膜１７，１８は、対向基板１３が平板状でも赤外線の透過率が悪化しない機能を有する。

本実施の形態における真空パッケージセンサ素子２０は、接合部２５を備え、接合部２５は、低融点半田部４と低融点半田部４より融点の高い高融点半田部２とを含む。この構成を採用することにより、高融点半田部２を予め形成しておいて、低融点半田部４のみを溶融させることにより、主基板１１と対向基板１３とを固定することができる。すなわち、高融点半田部２を溶融させない状態で、低融点半田部４のみを溶融させて２枚の板状部材を接合することができる。

このため、高融点半田部２の厚さを調整することにより、２枚の基板同士の距離を調整することができる。特に、高融点半田部２を厚く形成することによって、２枚の基板同士の距離を大きくすることができる。このため、製造の途中や製品になった後に、主基板と対向基板とが接触することを防止でき、品質の優れた気密封止パッケージを提供することができる。

また、２枚の基板同士の距離を大きくすることができるため、主基板に凹部などを形成する必要はなく、主基板の主表面の平坦性を容易に高くすることができる。このため、たとえば赤外線センサ素子においては、対向基板の主表面における赤外線の散乱を防止して、精度の高い赤外線センサ素子を提供することができる。たとえば、赤外線カメラにおいては、画像むらなどのない良好な赤外画像を得ることができる。さらに、主基板に、凹部などを形成する必要がないため、生産性が向上する。

主基板と対向基板との距離は、接合部の厚さに依存するが、特に高融点半田部の厚さが支配的である。高融点半田部の厚さは、真空空間にゲッターを配置できる高さであればよい。高融点半田部の厚さは、平板状のゲッターの幅よりも大きくなるように形成されていることがより好ましい。この構成を採用することにより、ゲッターの幅方向が高融点半田部の厚さの方向と平行になるようにゲッターを配置することができ、小さな空間にゲッターを配置することができる。また、ゲッターの主表面と接合部とを接合することができ、大きな接合面積で接合することができる。高融点半田部の好ましい厚さは、たとえば、数十μｍから数百μｍである。

図１に示す真空パッケージセンサ素子２０においては、ゲッター７が配置され、ゲッター７は接合部２５に固定されている。この構成を採用することにより、真空空間にゲッターを固定することが容易になる。すなわち、後述する製造方法において、２枚の板状部材の貼り合せとゲッターの固定とを、一度の工程で行うことができる。また、ゲッターを固定するための固定手段が不要であるため、構成が簡単になるとともに生産性が向上する。

また、本実施の形態における真空パッケージセンサ素子２０は、主基板１１に高融点半田部２が接合され、対向基板１３に低融点半田部４が接合され、高融点半田部２と低融点半田部４とが接合されている。この構成を採用することにより、接合部の構成を簡単にすることができる。

本実施の形態におけるウエハレベル気密封止パッケージにおいては、上述の気密封止パッケージと同様の作用および効果を有する。すなわち、品質が高い気密封止パッケージを提供することができ、生産性の優れたウエハレベル気密封止パッケージを提供することができる。

本実施の形態における高融点半田は、ＡｕＳｎ共晶半田を用い、低融点半田にはＳｎＢｉ共晶半田を用いているが、特にこの形態に限らず、高融点半田部と低融点半田部とにおいて、融点の差があればよい。すなわち、相対的に融点の高い半田と、相対的に融点の低い半田が用いられていればよい。高融点半田部としては、ＡｕＳｎ共晶半田のほかに、たとえば、Ｓｎ／Ａｇ３ｗｔ％／Ｃｕ０．５ｗｔ％半田（融点２２０℃）などを用いることができる。鉛を含まない高融点半田部としては、本実施の形態におけるＡｕ／Ｓｎ系または上記のＳｎ−Ａｇ系の半田の他、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｓｎ−Ｚｎ系などの半田を用いることができる。鉛を含まない低融点半田部としては、本実施の形態におけるＳｎ−Ｂｉ系の半田の他、たとえば、Ｓｎ−Ｉｎ系の半田を用いることができる。

本実施の形態においては、高融点半田部と低融点半田部との融点の差は約１４０℃である。高融点半田部と低融点半田部とは、互いの融点差を有すればよいが、この融点差が、２０〜３０℃程度であることが好ましく、さらに、融点の差が５０℃以上あることが好ましい。この構成を採用することにより、２枚の板状部材を接合する際に、高融点半田部が固化している状態で、容易に低融点半田のみを溶融させることができて生産性が向上する。

また、融点の差が大きくなると、接合時における高融点半田部の溶融を確実に防止できるため、２枚の板状部材を接合した後に生じる熱歪みなどを小さくすることができ、気密封止パッケージの品質を向上させるとともに、生産時における歩留まりが向上する。

本実施の形態における２枚の板状部材に形成されたメタライズパターンは、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｒ膜から形成されているが、特にこの形態に限らず、Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ膜、Ａｕ／Ｎｉ膜、Ａｕ／Ｃｕ膜などの半田を接合できる膜であればよい。

また、ゲッターの接合部と接合する面には、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｒ膜からなるメタライズパターンが形成されているが、このメタライズパターンは、特にこの形態に限らず、Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ膜、Ａｕ／Ｎｉ膜、Ａｕ／Ｃｕ膜などの半田を接合することができる膜が形成されていればよい。本実施の形態においては、ゲッターは低融点半田部に接合しているが、特にこの形態に限らず、ゲッターは高融点半田部に接合していてもよい。

また、本実施の形態においては、主基板に高融点半田部が接合され、対向板に低融点半田部が接合されているが、特にこの形態に限らず、主基板に低融点半田部が接合され、対向板に高融点半田部が接合されていても構わない。

次に、本実施の形態における気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法について説明する。

図２に示す第１のウエハレベル真空パッケージの製造においては、２枚の板状部材として、主ウエハおよび対向ウエハを準備する。主ウエハに赤外線センサを形成する。また、対向ウエハの表裏の主表面を予め研磨しておき、表裏の主表面の真空空間に対応する位置に、反射防止膜を形成する。また、主ウエハの主表面において、メタライズパターンで囲まれる領域の外側には、外部との電気的な接続を行うためのパッドを形成しておく。

主ウエハ、対向ウエハの主表面に、メタライズパターンを形成する。主ウエハおよび対向ウエハには、接合部の平面形状に沿うようにメタライズパターンを形成する。また、ゲッターの主表面のうち接合部と接合する領域にメタライズパターンを形成する。上記のメタライズパターンは、めっき法、スパッタ法または蒸着法などの方法によって形成することができる。

次に、主ウエハにおいて、形成したメタライズパターンの上面に高融点半田を配置して、高融点半田部を形成する。高融点半田部は、厚さが２枚のウエハの距離に対応するように形成する。本実施の形態においては、ゲッターの幅方向の長さよりも高融点半田部の厚さが厚くなるように高融点半田部を形成する。対向ウエハには、形成したメタライズパターンの上面に、低融点半田を配置する。これらの半田の配置においては、溶融した半田ボールをメタライズパターンの表面に直接配置するソルダーシュート法や、半田ペーストの印刷法、または半田めっき法などで形成することができる。

次に、下部ヒータおよび上部ヒータを備える真空チャンバの内部に、主ウエハ、対向ウエハおよびゲッターを配置する。下部ヒータには、高融点半田部が形成された主ウエハおよびゲッターを配置する。上部ヒータには、低融点半田が配置された対向ウエハを配置する。この際に、低融点半田と高融点半田部とが互いに対向するように配置する。また、低融点半田が溶融したときに、低融点半田とゲッターの表面に形成されたメタライズパターンとが接触するようにゲッターを配置する。

次に、真空チャンバ内を真空に排気した後に、下部ヒータを高温にして、加熱することによってゲッターを活性化する。たとえば、下部ヒータの温度を４００℃にして、１０分間加熱を続ける。

次に、低融点半田を溶融させて、主ウエハと対向ウエハとを固定する固定工程を行う。下部ヒータおよび上部ヒータの温度を、低融点半田の融点よりも高く、さらに、高融点半田部の融点よりも低くなるようにする。すなわち、２つのヒータを、高融点半田部は溶融しないが、低融点半田が溶融する温度に設定する。この状態を維持して、上部ヒータを下方に移動するか、下部ヒータを上方に移動することによって、高融点半田部と低融点半田を接触させる。低融点半田は、高融点半田部の他にゲッターに形成されたメタライズパターンに接触する。高融点半田部と低融点半田との接合時の温度は、たとえば、１００℃〜３００℃である。

高融点半田部と低融点半田の接合を行った後に、上部ヒータおよび下部ヒータによる加熱を停止して、低融点半田の融点以下になるまで冷却を行う。低融点半田は固化して、高融点半田部に固定されるとともに低融点半田部が形成される。高融点半田部と低融点半田部が形成されることによって、２枚の板状部材の接合部が形成され、密閉された真空空間が形成される。ゲッターは、表面に形成されたメタライズパターンが、低融点半田部に接合することによって固定される。

このように、ウエハレベル気密封止パッケージを製造することができる。

図４に示す第２のウエハレベル真空パッケージの製造においては、２枚の板状部材として、主ウエハ１および対向基板１３を準備する。対向基板１３は、予めメタライズパターン９の形成や反射防止膜１７，１８の形成を行った後に、チップ状に切断しておく。２枚の板状部材の貼り合わせは、それぞれの真空パッケージセンサ素子２０ごとに行う。その他の工程は、上記の第１のウエハレベル真空パッケージの製造方法と同様である。

このように、主ウエハに高融点半田を配置する工程と、低融点半田が溶融したときに、高融点半田に接触するように対向ウエハに対して低融点半田を配置する工程と、低融点半田を溶融させて主ウエハと対向ウエハとを固定する固定工程を含むことによって、容易に２枚の板状部材を、十分な間隔をあけて固定することができ、品質および生産性の高い気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの生産方法を提供することができる。

本実施の形態においては、主ウエハに高融点半田を配置して、対向ウエハに低融点半田を配置したが、特にこの形態に限らず、主ウエハに低融点半田を配置して、対向ウエハに高融点半田を配置しても構わない。

また、固定工程の前に、低融点半田が溶融したときに低融点半田に接触するようにゲッターを配置する工程を含むことによって、２枚の板状部材の貼りあわせとゲッターの固定とを一度に行うことができ、容易にゲッターを真空空間に固定できるとともに生産性が向上する。

次に、ウエハレベル気密封止パッケージを切断して、気密封止パッケージを形成する方法について説明する。

図２に示すように、製造された第１のウエハレベル真空パッケージにおいて、切断線３２に沿って主ウエハ１のみを切断する第１の切断工程を行う。また、切断線３１に沿って対向ウエハ３のみを切断する第２の切断工程を行う。この２つの切断工程を行うことによって、ウエハレベル真空パッケージ２１から、図１に示す個々の真空パッケージセンサ素子２０を切り出すことができる。

また、２枚のウエハをそれぞれ切断することによって、気密封止パッケージにおける対向基板と主基板との大きさをそれぞれ調整することができる。たとえば、本実施の形態においては、外部の電気回路との接続を行うパッドの上方に、対向基板が形成されていない状態にすることができ、後の工程において外部の電気回路と容易にボンディングを行うことができる。

図４に示す第２のウエハレベル真空パッケージにおいては、切断線３３に沿って、主ウエハ１を切断する。この切断を行うことにより、個々の真空パッケージセンサ素子２０を切り出すことができる。また、ウエハレベル真空パッケージの製造において、対向板として対向基板を用いることによって、容易にウエハレベル真空パッケージから、真空パッケージセンサ素子を切り出すことができる。

上記のそれぞれの切断においては、シングルダイシングやステップダイシングなどの機械的なダイシング、水ガイドレーザ熱溶断、レーザアブレーション切断、レーザブレーク、液体エッジカットまたはドライエッジカットなどの方法を用いて行うことができる。

（実施の形態２）
（構成）
図５および図６を参照して、本発明に基づく実施の形態２における気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法について説明する。本実施の形態における気密封止パッケージは、赤外線センサ装置のための真空パッケージセンサ素子である。

図５は、本実施の形態における第１の真空パッケージセンサ素子の概略断面図である。主基板１１と対向基板１３とを備え、それぞれの主表面が互いに平行になるように離れて固定されていることは、実施の形態１における真空パッケージセンサ素子と同様である。

本実施の形態における第１の真空パッケージセンサ素子においては、主基板１１と対向基板１３とが、接合部２７を介して固定されている。接合部２７は、主基板１１に接合した第１の高融点半田部１２ａと、対向基板１３に接合した第２の高融点半田部１２ｂとを含む。接合部２７は、第１の高融点半田部１２ａと第２の高融点半田部１２ｂとを取囲むように配置された低融点半田部１４を含む。

第１の高融点半田部１２ａと第２の高融点半田部１２ｂは、断面の形状がほぼ半円になるように形成されている。また、第１の高融点半田部１２ａと第２の高融点半田部１２ｂとは、互いに対向するように形成されている。第１の高融点半田部１２ａと第２の高融点半田部１２ｂとは、２枚の基板の主表面に垂直な方向に並ぶように配置されている。第１の高融点半田部１２ａは、主基板１１の主表面に形成されたメタライズパターン１６の上面に形成されている。第２の高融点半田部１２ｂは、対向基板１３の主表面に形成されたメタライズパターン１９の上面に形成されている。

本実施の形態におけるメタライズパターン１６，１９は、それぞれが延在する方向に沿う分割線で３分割されている。第１の高融点半田部１２ａは、３分割されたメタライズパターン１６のうち、中央部のメタライズパターン１６に配置されている。同様に、第２の高融点半田部１２ｂは、３分割されたメタライズパターン１９のうち、中央部のメタライズパターン１９に配置されている。

低融点半田部１４は、３分割されたそれぞれのメタライズパターン１６，１９、第１の高融点半田部１２ａおよび第２の高融点半田部１２ｂを結合固定するように配置されている。

ゲッター７は、接合部２７の内側の面に沿うように配置されている。ゲッター７は、実施の形態１と同様に平板状に形成されている。ゲッター７は、接合部２７と接合する面に、図示しないメタライズパターンが形成され、該メタライズパターンを介して接合部２７に結合固定されている。

図６に、本実施の形態における第２の真空パッケージセンサ素子の概略断面図を示す。主基板１１および対向基板１３を備え、互いの主表面がほぼ平行になるように離れて固定されていることは、本実施の形態における第１の真空パッケージセンサ素子と同様である。

第２の真空パッケージセンサ素子においては、主基板１１と対向基板１３とが接合部２８を介して固定されている。接合部２８は、第１の高融点半田部２２ａ、第２の高融点半田部２２ｂ、および低融点半田部２４を含む。主基板１１の主表面には、メタライズパターン２６が形成されている。対向基板１３の主表面には、メタライズパターン２９が形成されている。メタライズパターン２６およびメタライズパターン２９は、それぞれが延在する方向に沿う分割線で３分割されている。

第１の高融点半田部２２ａは、主基板１１に形成されたメタライズパターン２６の表面に形成されている。第２の高融点半田部２２ｂは、対向基板１３に形成されたメタライズパターン２９の表面に形成されている。第１の高融点半田部２２ａは、第２の高融点半田部２２ｂよりも内側に配置されるように形成されている。低融点半田部２４は、第１の高融点半田部２２ａおよび第２の高融点半田部２２ｂを取り囲むように形成されている。低融点半田部２４は、メタライズパターン２６，２９、第１の高融点半田部２２ａおよび第２の高融点半田部２２ｂを互いに固定している。

第１の真空パッケージセンサ素子においては、第１の高融点半田部と第２の高融点半田部とが一直線状に配置されていたが、第２の真空パッケージセンサ素子においては、２つの高融点半田部が、真空空間の内側から外側に向かう方向において、ずれるように配置されている。メタライズパターン２６およびメタライズパターン２９は、それぞれの高融点半田部の位置に対応するように形成されている。３分割されたメタライズパターン２６のうち、中央部のメタライズパターン２６の表面に、第１の高融点半田部２２ａが形成されている。また、３分割されたメタライズパターン２９のうち、中央部のメタライズパターン２９の表面に、第２の高融点半田部２２ｂが形成されている。

ゲッター７は、平板状に形成され接合部２８の内側に沿うように配置されている。ゲッター７は、図示しない表面に形成されたメタライズパターンが低融点半田部２４に接合することによって固定されている。

その他の構成については、実施の形態１における気密封止パッケージと同様であるのでここでは説明を繰返さない。

本実施の形態におけるウエハレベル気密封止パッケージは、主ウエハと対向板（対向ウエハまたは対向基板）とを備え、主ウエハに上述の気密封止パッケージが複数形成された構成を備える。その他の構成については、実施の形態１におけるウエハレベル気密封止パッケージと同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（作用・効果、製造方法）
図５に示す第１の真空パッケージセンサ素子においては、主基板１１に接合した第１の高融点半田部１２ａと対向基板１３に接合した第２の高融点半田部１２ｂとを含み、第１の高融点半田部１２ａと第２の高融点半田部１２ｂとが低融点半田部２４によって固定されている。この構成を採用することにより、高融点半田部を小さくすることができる。特に、高融点半田部の幅方向の長さを小さくすることができる。したがって、封止を行うための接合部を小さくすることができ、より小さな封止代で真空封止などの気密封止を行うことができる。

実施の形態１における接合部においては、高融点半田部が２枚の板状部材のうち一方の板状部材にのみ形成されていたため、２枚の板状部材同士の距離を大きくすると高融点半田部もそれに伴って大きくする必要があり、高融点半田部の幅方向の長さが長くなる。しかし、本実施の形態においては、２枚の板状部材の両方に高融点半田部が形成されているため、高融点半田部の幅方向の長さを小さくすることができる。したがって、接合部の幅方向の長さを小さくすることができる。

特に、真空空間に配置されるゲッターを大きくするときなど、２枚の基板同士の距離を大きくする場合には、本実施の形態における気密封止パッケージが有利である。

図５に示す第１の真空パッケージセンサ素子においては、第１の高融点半田部と第２の高融点半田部とが互いに対向するように形成されている。この構成を採用することにより、接合部２７の幅をより小さくすることができる。また、図６に示す第２の真空パッケージセンサ素子においては、第１の高融点半田部と第２の高融点半田部が、気密封止パッケージの内側から外側に向かう方向において、ずれるように配置されている。この構成を採用することにより、第１の高融点半田部と第２の高融点半田部との位置合せを容易にすることができ、生産性が向上する。

また、本実施の形態においては、主基板および対向基板に形成されているメタライズパターンが３分割され、中央部のメタライズパターンに、それぞれの高融点半田部が形成されている。この構成を採用することにより、高融点半田をそれぞれのメタライズパターンに配置する際に、高融点半田が側方に流れてしまって高融点半田の厚さが薄くなることを防止できる。

その他の気密封止パッケージの作用および効果、ウエハレベル気密封止パッケージの作用および効果については、実施の形態１における気密封止パッケージおよびウエハレベル気密封止パッケージと同様であるので、ここでは説明を繰返さない。

本実施の形態における気密封止パッケージの製造およびウエハレベル気密封止パッケージ製造においては、板状部材としてのウエハまたは基板上に、３分割されたメタライズパターンを形成しておき、中央部のメタライズパターンの表面に第１の高融点半田部および第２の高融点半田部を形成する。ゲッターの表面にはメタライズパターンを形成する。また、高融点半田部の近傍には、低融点半田部を配置する。

２枚の板状部材を結合する固定工程においては、高融点半田部は溶融せずに低融点半田のみが溶融する温度に保ちながら、２枚の板状部材を近づける。低融点半田を２つの高融点半田部に接触させて、第１の高融点半田部と第２の高融点半田部とを固定する。また、低融点半田がゲッターに接触して、２枚の板状部材の固定と共に、ゲッターが低融点半田部に固定される。

本実施の形態においては、第１の高融点半田部と第２の高融点半田部とが接触するように接続固定されているが、特にこの形態に限らず、第１の高融点半田部と第２の高融点半田部とが離れていても構わない。

また、本実施の形態における基板の表面に形成されたメタライズパターンは、それぞれが３分割されているが、特にこの形態に限らず、分割されていなくても構わない。または、メタライズパターンがより多くに分割されていても構わない。

その他の製造方法については、実施の形態１における気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（実施の形態３）
（構成）
図７および図８を参照して、本発明に基づく実施の形態３における気密封止パッケージ、ウエハレベル気密封止パッケージ、気密封止パッケージの製造方法およびウエハレベル気密封止パッケージの製造方法について説明する。本実施の形態における気密封止パッケージは、赤外線センサ装置のための真空パッケージセンサ素子である。

図７は、本実施の形態における真空パッケージセンサ素子の概略断面図である。主基板４１および対向基板４３を備え、それぞれの主表面が互いにほぼ平行になるように固定されていることは、実施の形態１における真空パッケージセンサ素子と同様である。２枚の板状部材が、接合部２５を介して固定され、接合部２５が高融点半田部２と低融点半田部４とを含むことは、実施の形態１における真空パッケージセンサ素子と同様である。

本実施の形態における真空パッケージセンサ素子は、主基板４１に、貫通電極４５が形成されている。貫通電極４５は、主基板４１の主表面にほぼ垂直になるように形成されている。貫通電極４５は、主基板に貫通孔が形成され、該貫通孔の内部に銅や半田などの導電性物質が充填されている。貫通電極４５は、赤外線センサ５などの電気信号を取出すための電極である。

本実施の形態における真空パッケージセンサ素子は、主基板４１の主表面において、接合部２５の外側にはパッドなどは形成されていない。したがって、主基板４１は、実施の形態１における主基板よりも小さくなるように形成されている。

図８に、本実施の形態におけるウエハレベル真空パッケージの概略断面図を示す。主ウエハ１および対向ウエハ３を備え、接合部２５を介して互いの主表面がほぼ平行になるように固定されていることは、実施の形態１における第１のウエハレベル真空パッケージと同様である。

本実施の形態におけるウエハレベル真空パッケージは、主ウエハ１に、貫通電極４５が形成されている。また、それぞれの真空パッケージセンサ素子同士の距離が近くなるように形成されている。

上記以外の構成については、実施の形態１における気密封止パッケージおよびウエハレベル気密封止パッケージと同様であるので、ここでは説明を繰返さない。

（作用・効果、製造方法）
図７において、本実施の形態における真空パッケージセンサ素子は、主基板を貫通するように貫通電極が形成されている。この構成を採用することにより、主基板の主表面において、接合部の外側にパッドなどの電極を形成する必要がなくなる。したがって、主基板の大きさを小さくすることができ、真空パッケージセンサ素子の小型化を図ることができる。

また、主基板に貫通電極が形成されているため、パッケージの裏側から外部の電気回路に対してボンディングなどの電気的な接続を行うことができる。

また、図８に示すように、本実施の形態におけるウエハレベル真空パッケージにおいては、真空パッケージセンサ素子同士の距離を近くすることができ、同じ大きさのウエハレベル真空パッケージから数多くの真空パッケージセンサ素子を製造することができる。したがって、生産性が向上する。

本実施の形態における真空パッケージセンサ素子の製造方法においては、主ウエハに対して、予め形成した貫通孔に銅などの導電性材料を充填して、貫通電極を形成する。ウエハレベル真空パッケージを形成したのちに、主ウエハおよび対向ウエハを切断して、真空パッケージセンサ素子を取出す切断工程を行う。この切断工程においては、図８に示すように、切断線３４に沿って主ウエハおよび対向ウエハを１つの工程で切断することができる。このように、本実施の形態においては、１つの切断工程で気密封止パッケージを形成することができる。

その他の作用、効果および製造方法については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。

（実施の形態４）
（構成）
図９を参照して、本発明に基づく実施の形態４における気密封止パッケージについて説明する。

図９は、本実施の形態における気密封止パッケージの概略断面図である。上記の実施の形態１から実施の形態３においては、気密封止パッケージのうち真空パッケージセンサ素子について説明を行ってきたが、本実施の形態においては、内部空間に窒素などの気体が封入された気密封止パッケージについて説明する。このような気密封止パッケージは、たとえば、光スイッチ、ＲＦスイッチまたはリレーなどのＭＥＭＳ製品に用いられている。

本実施の形態における気密封止パッケージは、主基板１１と対向基板１３とを備え、主基板１１および対向基板１３は、接合部２５を介して固定されている。また、主基板１１、対向基板１３および接合部２５に囲まれる空間には、窒素などの気体が封入されている。図示しない光スイッチ、ＲＦスイッチまたはリレーなどは、湿気などを防止するために、この密閉された空間に配置される。

本実施の形態におけるウエハレベル気密封止パッケージは、図９に示した気密封止パッケージの構造を有するパッケージが、１枚のウエハに複数形成されている。

その他の構成については、実施の形態１における気密封止パッケージおよびウエハレベル気密封止パッケージと同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（作用・効果、製造方法）
本実施の形態における気密封止パッケージは、たとえば、窒素などの気体で封止が行われている。ＭＥＭＳ製品においては、陽極接合などで基板同士の固定を行うため、基板を高温にする必要がある。しかし、本願発明においては、接合部が高温になることを防止でき、２つの板状部材の熱歪みの発生を防止することができる。たとえば、陽極接合においては、約４００℃の加熱を行わなければならないが、本発明においては、１００℃〜３００℃で接合を行うことができる。

製造方法においては、２枚の板状部材を貼りあわせる固定工程を、封じ込める気体の雰囲気中で行う。

上記以外の作用、効果および製造方法については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明は、２つの板状部材を備え、接合部と２枚の板状部材とによって囲まれる空間が密閉された気密封止パッケージに対して適用することができる。

実施の形態１における真空パッケージセンサ素子の概略断面図である。 実施の形態１における第１のウエハレベル真空パッケージの一の概略断面図である。 実施の形態１における第１のウエハレベル真空パッケージの他の概略断面図である。 実施の形態１における第２のウエハレベル真空パッケージの概略断面図である。 実施の形態２における第１の真空パッケージセンサ素子の概略断面図である。 実施の形態２における第２の真空パッケージセンサ素子の概略断面図である。 実施の形態３における真空パッケージセンサ素子の概略断面図である。 実施の形態３におけるウエハレベル真空パッケージの概略断面図である。 実施の形態４における気密封止パッケージの概略断面図である。

符号の説明

１ 主ウエハ、２ 高融点半田部、１２ａ，２２ａ 第１の高融点半田部、１２ｂ，２２ｂ 第２の高融点半田部、３ 対向ウエハ、４，１４，２４ 低融点半田部、５ 赤外線センサ、６，９，１６，１９，２６，２９ メタライズパターン（膜）、７ ゲッター、１０ パッド、１１，４１ 主基板、１３，４３ 対向基板、１７，１８ 反射防止膜、２０ 真空パッケージセンサ素子、２１ ウエハレベル真空パッケージ、２５，２７，２８ 接合部、４５ 貫通電極、３１〜３４ 切断線。

Claims (10)

1. 主基板と、
   前記主基板に対して主表面がほぼ平行になるように配置された対向基板と、
   前記対向基板と前記主基板とを固定するための接合部と
   を備え、前記接合部は、
   低融点半田部と、
   前記低融点半田部より融点の高い高融点半田部と
   を含み、
   前記主基板、前記対向基板および前記接合部によって囲まれる空間が真空になるように形成された、気密封止パッケージ。
2. ゲッターを備え、
   前記接合部に前記ゲッターが固定された、請求項１に記載の気密封止パッケージ。
3. 前記接合部は、前記主基板および前記対向基板のうちいずれか一方に前記高融点半田部が接合され、他方に前記低融点半田部が接合され、
   前記高融点半田部と前記低融点半田部とが接合された、請求項１または２に記載の気密封止パッケージ。
4. 前記接合部は、前記主基板に接合した第１の高融点半田部と、
   前記対向基板に接合した第２の高融点半田部と
   を含み、
   前記第１の高融点半田部と前記第２の高融点半田部とが前記低融点半田部によって固定されている、請求項１または２に記載の気密封止パッケージ。
5. 前記主基板を貫通するように貫通電極が形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の気密封止パッケージ。
6. 主ウエハと、
   前記主ウエハに対して主表面がほぼ平行になるように配置された対向板と、
   前記主ウエハと前記対向板とを固定するための接合部と
   を備え、前記接合部は、
   低融点半田部と、
   前記低融点半田部より融点の高い高融点半田部と
   を含み、
   前記対向板は、対向基板または対向ウエハを含み、
   前記主ウエハ、前記対向板および前記接合部によって囲まれる空間が真空になるように形成された、ウエハレベル気密封止パッケージ。
7. 主ウエハおよび対向板のうち少なくともいずれか一方に対して高融点半田を配置する工程と、
   低融点半田が溶融したときに前記高融点半田に接触するように、他方に対して前記低融点半田を配置する工程と、
   前記低融点半田を溶融させて、前記主ウエハと前記対向板とを固定する固定工程と
   を含み、
   前記対向板として、対向基板または対向ウエハを用いる、ウエハレベル気密封止パッケージの製造方法。
8. 前記固定工程の前に、前記低融点半田が溶融したときに前記低融点半田に接触するようにゲッターを配置する工程を含む、請求項７に記載のウエハレベル気密封止パッケージの製造方法。
9. 対向ウエハおよび主ウエハのうち少なくともいずれか一方に対して高融点半田を配置する工程と、
   低融点半田が溶融したときに前記高融点半田に接触するように、他方に対して前記低融点半田を配置する工程と、
   前記低融点半田を溶融させて、前記主ウエハと前記対向ウエハとを固定する固定工程と、
   前記主ウエハのみを切断する第１の切断工程と、
   前記対向ウエハのみを切断する第２の切断工程と
   を含む、気密封止パッケージの製造方法。
10. 対向ウエハおよび主ウエハのうち少なくともいずれか一方に対して高融点半田を配置する工程と、
    低融点半田が溶融したときに前記高融点半田に接触するように、他方に前記低融点半田を配置する工程と、
    前記低融点半田を溶融させて、前記主ウエハと前記対向ウエハとを固定する固定工程と、
    前記主ウエハおよび前記対向ウエハを切断する切断工程と
    を含み、
    前記主ウエハとして、貫通電極を有するものを用いる、気密封止パッケージの製造方法。

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