JP2017534178A - 非磁性パッケージおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

非磁性気密パッケージ（４００）は、開放した空洞（２０４）を取り囲む壁（２０１）であり、壁の上縁（２０２）に連続ループ状に略平面状の非磁性金属シールリング（２５０）が配置された壁（２０１）と、空洞（２０４）内で接合された敏感な構成要素（２１０）と、シールリング（２５０）にシールされて金属シール（４５０）によって空洞を閉鎖する非磁性蓋（１００）と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、概して、温度、湿度および／または大気成分に敏感なデバイスの包装に関する。具体的な実施形態は、磁気共鳴画像化（「ＭＲＩ」）デバイスでの使用および非磁性構成要素を必要とする他の用途での使用に適した微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）のパッケージに関する。

微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）は、約２０マイクロメートルから約１ミリメートル（０．０２〜１．０ｍｍ）までの範囲内の最大寸法を有するデバイスである。これらの非常に小さな電気機械は、例えば、インクジェットプリンタのカートリッジからインクを吐出してページに文字を記入する、車両または携帯電話もしくはゲームコントローラなどのハンドヘルドデバイスの加速度を測定する、空気圧力波または表面振動を変換して音を記録する、ファイバアレイ間で光信号をスイッチングするなどの、多くの用途で役に立つ。

一般に、ＭＥＭＳは、小さなフットプリントまたは体積エンベロープ（ｖｏｌｕｍｅ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）内で、動作検知など、高い応答性（小さな時間定数）の電気機械的機能を高い信頼性でもたらすのに役立つ。したがって、ＭＲＩシステム内の検知および制御にＭＥＭＳを用いることが、数年にわたって望まれてきた。しかし、ＭＲＩシステムには、「非磁性」である、すなわち強磁性でも常磁性でもない、構成要素を設ける必要がある。

今日まで、ＭＥＭＳの包装は、強磁性および／または常磁性のいずれかである材料に依存してきた。このことは、非磁性材料、例えば、セラミックまたはプラスチックから製作されたパッケージが、パッケージ内に囲まれたＭＥＭＳに対して、熱的損傷を及ぼす虞れがある、例えばロウ付けなどの閉鎖方法、および／または、化学的損傷を及ぼす虞れがある、例えば、揮発性または水分透過性の接着剤などの閉鎖方法を必要とすると理解されていたことに部分的による。ＭＥＭは、環境、粒子または化学的に敏感であり、包装加工条件にも敏感である、よって、条件およびパッケージ環境を制御する工程が必要である。実際、ＭＥＭＳは、包装に際して特別な配慮を必要とする「敏感な」構成要素のカテゴリの典型である。このカテゴリの他の構成要素には、圧電性、常磁性、および形状記憶合金のデバイスが含まれ得る。

上記をふまえると、非磁性気密パッケージ内の敏感な構成要素を提供することが望ましい。このようなパッケージの提供に際しては、敏感な構成要素に対する熱的および／または化学的損傷を引き起こさずに、敏感な構成要素を非磁性パッケージの開放した空洞に接合し、次いでパッケージの空洞をシールする方法を考案することが主要な困難とされてきた。

米国特許出願公開第２０１４−０１２６１６７号明細書

本発明の実施形態は、空洞を取り囲む壁であり、壁の上縁に略平面状の非磁性金属シールリングが配置された壁と、空洞内でパッケージ本体に接合された損傷していないＭＥＭＳデバイスと、パッケージ本体のシールリングにシールされて気密性金属シールによって空洞を閉鎖する非磁性蓋と、を有する非磁性セラミックパッケージ本体を含む、非磁性気密ＭＥＭＳパッケージを提供する。

本発明の他の実施形態は、空洞を取り囲む壁と、壁の上縁に連続ループ状に配置された略平面状の非磁性金属シールリングと、空洞内でパッケージ本体に接合されたＭＥＭＳデバイスと、を含む非磁性セラミックパッケージ本体を提供する。

本発明の他の態様は、開放した空洞を取り囲む壁を有する非磁性セラミックパッケージ本体を形成することと、パッケージ本体壁の上縁に連続ループ状に略平面状の非磁性金属シールリングを組み込むことと、空洞内でパッケージ本体にＭＥＭＳデバイスを接合することと、シールリングに非磁性蓋をシールすることと、を含む方法に従って非磁性気密ＭＥＭＳパッケージを製作することを規定する。

本発明のまた他の態様は、ＭＥＭＳデバイスをパッケージ本体にフラックスレス半田接合するための方法であって、ＭＥＭＳデバイスおよびパッケージ本体の対向面の間にインジウムプリフォームを設けることと、フラックスを導入せずにインジウムプリフォームをリフロー温度範囲内で加熱および保持することと、インジウムプリフォームに対してＭＥＭＳデバイスをスクラブして、ＭＥＭＳデバイスおよびパッケージ本体に対してインジウムプリフォームをリフローおよび付着させることと、を含む方法を提供する。

本発明は、添付図面を参照して非限定的な実施形態の以下の説明を読むことによって、よりよく理解されるであろう。

非磁性パッケージ本体にシールされた例示的な非磁性蓋を含む、本発明の実施形態による非磁性パッケージの部分斜視断面図である。 図１の非磁性蓋の部分斜視断面図である。 本発明の実施形態を製作するのに用いるグローブボックス、タッカー、オーブンおよび継目シーラの斜視図である。 本発明の実施形態を製作するのに用いるグローブボックス、タッカー、オーブンおよび継目シーラの斜視図である。 本発明の実施形態を製作するのに用いるグローブボックス、タッカー、オーブンおよび継目シーラの斜視図である。 非磁性蓋と図１の非磁性パッケージ本体との間の継目シールの詳細な部分断面図である。

以下では、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照しており、それらの例を添付図面に例示している。可能である場合には、図面全体を通して用いる同一の参照文字によって、説明を繰り返さずに同一または同様の部品を参照している。本発明の例示的な実施形態をＭＲＩシステムでの使用に関して説明するが、本発明の実施形態は、非磁性のスイッチまたはセンサの恩恵を受け得る任意の状況での使用に適用することができる。

本明細書において、用語「実質的に」、「略」および「約」は、構成要素または組立体の機能的目的を達成するのに適した理想的な所望の条件に対して、無理なく実現できる製造および組立公差内の条件を示している。

例示的なある実施形態では、図１に示すように、非磁性ＭＥＭＳパッケージ本体２００は、略平面状の金属シールリング２５０によって上部が覆われた壁２０１を含む。壁２０１は、空洞２０４を囲む。空洞２０４の内部には、複数のレベルまたはステップを有し得る、パッケージ本体２００内の床２０６に、フラックスレスインジウム低温半田付け工程によって、ＭＥＭＳ（微小電気機械）デバイス２１０が実装されている。例示的な「低温」半田付け工程は、パッケージ本体２００内にインジウムプリフォーム２１２を配置することと、パッケージ本体をボンディングステージ上に配置することと、インジウムプリフォーム上にＭＥＭＳデバイス２１０を配置することと、ＭＥＭＳデバイスおよびパッケージ本体を約１５０℃であるが約２００℃以下のリフロー温度まで加熱することと、リフロー温度で少なくとも約１５秒間保持することと、（任意選択的に冷却ブローを用いて）リフロー温度から冷却することと、を含む。典型的に、ＭＥＭＳデバイス２１０の下面（「裏面」）およびパッケージ本体床２０６の結合領域のうちの一方または両方は、ＴｉＷ／Ａｕ、Ｗ／Ｃｕ／ＡｕまたはＷ／Ｃｕ／Ｐｄ／Ａｕなどの半田付け可能な非磁性コーティング（不図示）でプレコートされている。

ＭＥＭ構造体を、約２００℃を超えると劣化または変形し易い、感温材料またはＡｕＮｉ、ＮｉＷなどの合金から製作することができる。よって、低温、例えば、約２１０℃を超えないボンディングステージヘッド温度での半田付けによって、ＭＥＭＳデバイス２１０に対する損傷が避けられる。その上、フラックスを用いない半田付けによって、フラックスガス放出による揮発性化学物質の潜在的な供給源が排除され、よって、継目シーリング後のＭＥＭＳパッケージ４００内で化学的に不活性な乾燥空気環境を維持することができる。しかし、典型的に酸化物分解および表面汚染を少なくして半田の濡れ性／表面張力および表面付着を高めるフラックスを用いなければ、所定の位置にある酸化不純物との良好な半田接合を得ることが困難となる可能性がある。

したがって、リフロー温度で保持している間に、ピックアンドプレースツールを用いて、インジウムプリフォーム全体にＭＥＭＳデバイス２１０をスクラブし振動させ、それによって、フラックスまたは不活性雰囲気、すなわちフォーミングガスを用いずに、ＭＥＭＳデバイスとパッケージ本体２００との間の良好な機械的接合を実現するために、酸化物を分解し、プリフォームのリフローを向上させる。ＭＥＭＳデバイス２１０のスクラブ動作は、単なる横方向の往復動作でもよく、回旋動作もしくはサイドステップ動作もしくは面積エンベロープ（ａｒｅａｌ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）内でのランダム動作もしくは厳密なＺ動作、すなわち、タッピング動作、もしくは鋳型に対する半田酸化物層の表面張力および初期付着を壊し得る単一の上下動作とすることができる。ＭＥＭＳデバイス２１０のスクラブ動作は、リフロー温度プロファイルの等温保持段階中に遂行されてもよい。約３ｍｍ四方のＭＥＭＳデバイスを用いるある実施形態では、ＭＥＭＳデバイス２１０に対するピックアンドプレースツールの接触荷重は、リフローを実現するために少なくとも約０．２ニュートンであり得るが、ＭＥＭＳデバイスまたは基板の設計荷重を超えることを避けるために約６ニュートン以下であり得る。いくつかの実施形態では、接触荷重は、約５ニュートンであってもよい。適切な接触荷重は、ＭＥＭＳデバイス２１０のサイズおよび耐久性に応じて変化する。ピックツールは、スクラブ動作中を通じてＭＥＭＳデバイス２１０と接触しており、ピックツールヘッドは、ＭＥＭＳデバイスを通じた半田への熱伝達を支援するために加熱される。例えば、ピックツールヘッドは、ＭＥＭＳデバイスに隣接する半田を完全に加熱するために少なくとも約１５０℃または約１８０℃程度まで加熱され得るが、ＭＥＭＳデバイス２１０に対する損傷を避けるために約２１０℃以下まで加熱され得る。

ある実施形態では、シールリング２５０は、３つの層、すなわち、タングステンの遷移層２５２、銅のシード層２５４、および金のシール層２５６で形成される。シールリング層の各材料は、隣接層に対する最適な接合のために選択され、例えば、タングステン遷移層２５２は、セラミック壁２０１に対する接合に最適である一方、銅シード層２５４は、タングステンと金シール層との両方に最適に適合する。ＭＥＭＳデバイス２１０の温度制限によって、シールリング２５０は、ＭＥＭＳデバイスが空洞２０４内に実装される前にセラミック壁２０１の上縁に形成される。任意選択的に、銅と金との間にパラジウムの層を設けることができる。

ＭＥＭＳデバイス２１０が空洞２０４の床２０６でパッケージ本体２００に機械的に半田接合されると、次いで、空洞２０４の内側からパッケージ本体２００を通って外部ピン２２２まで延びる接点２２０にＭＥＭＳデバイス２１０を電気的にワイヤボンディングすることができる。いくつかの実施形態では、組み込まれたＭＥＭＳデバイス２１０を通じた外部ピン２２２の各対の間における組込み容量は、約２ｐＦ未満である。上で説明した半田接合工程およびワイヤボンディング工程の代わりに、パッケージ本体に形成された金電気接点２２０にＭＥＭＳデバイス２１０の外部金接点を超音波溶接してもよい。

ワイヤボンディングに続いて、（半田プリフォームの取付け前に）ＭＥＭＳパッケージ本体２００、ＭＥＭＳデバイス２１０、および蓋１００を真空焼成して、水分および他の揮発性成分を除去してもよい。例えば、真空オーブン内で１００℃／３０分の等温保持を実施してもよい。真空焼成の直後に、商業上利用可能な酸素灰化工程によってパッケージ本体２００およびＭＥＭＳデバイス２１０を灰化してもよい。

パッケージ本体２００の酸素灰化後の約１時間以内、典型的には灰化後の約３０分以内に、（任意選択的なタッキング予備工程を伴う）継目シーリングによって、パッケージ本体に蓋１００が結合される。継目シーリングおよびタッキングは、清浄な「乾燥空気」、すなわち、粒子が除かれ、−４０℃未満の露点または１０，０００ｐｐｍ未満まで水蒸気が除去された標準空気で満たされた、グローブボックス環境内で遂行される。例えば、少なくともＩＳＯクラス８、一部の実施形態では少なくともＩＳＯクラス６、いくつかの実施形態では少なくともＩＳＯクラス４を満たすために、清浄な乾燥空気を濾過してもよい。かなりの割合（約２１％）の酸素を含む空気下での継目シーリングは、完成したデバイスの特定の性能目標を達成するために有用であることに注意されたい。

例えば、いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳデバイス２１０のオン抵抗は、初期バーンイン後に１オーム以下で変動する。低いドリフトを実現することができ、これは、パッケージ４００内での清浄な乾燥標準空気の気密シールによって、ＭＥＭＳスイッチデバイスの接点および他の表面の平衡酸化が生じるためである。シールされていないパッケージでは、平衡酸化を起こすことができない一方、酸素がない（例えば、不活性ガスまたは真空）シールされたパッケージ内でも起こすことができない。平衡酸化物層は、ＭＥＭＳスイッチ接点の機械的および電気的性能を安定化させるように作用し、それによって、オン抵抗のドリフトを１オーム未満に維持する。

引き続き図１を参照すると、非磁性蓋１００（その例示的なある実施形態を図２により詳細に示している）を非磁性ＭＥＭＳパッケージ本体２００に継目シールして、気密性の非磁性ＭＥＭＳパッケージ４００を提供することができる。非磁性蓋１００は、最低でも、モリブデン基板１１０と、蓋のシール面１０４の外周１０２に延びる金／スズ半田プリフォーム１５０と、を含む。図４は、上で議論したような、蓋１００のプリフォーム１５０とパッケージ本体２００のシールリング２５０との間に形成された気密性継目シール４５０の概略部分断面図を示している。本明細書において、「気密性」とは、少なくとも６０ｐｓｉのヘリウム下で２時間保持した後に、ヘリウム微小リークテスタ（例えば、Ａｌｃａｔｅｌ（登録商標）ＡＳＭ１８０モデル）を用いて、３×１０＾−８ｍＢａｒｒ Ｌ／ｓ以下のヘリウム漏出速度が得られること、かつＦＣ−４０の１２５Ｃ溶液中に気泡が見られないこと、または同等のテスト結果が得られることを意味する。

次に図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、非磁性蓋１００は、乾燥空気グローブボックス３１０内に収容された、継目シーラ３００およびタック溶接機３２０を用いて、非磁性ＭＥＭＳパッケージ本体２００にシールされる。継目シーラ３００は、その電極３０２から蓋１００とパッケージ本体２００のパターン化された金属シールリング２５０とに電流を徐々に加え、それによって、Ａｕ／Ｓｎプリフォームを局所的にリフローさせ、蓋１００を金属シールリング２５０と共にシールする。特に、蓋１００の縁１０２にパラジウム層１４０および／または金コーティング１６０を付着させることによって、蓋の縁を越えてフィレット４５０を上方に延ばすことができ、それによって継目シーリングが向上する。

特に図２を参照すると、蓋１００の例示的なある実施形態は、モリブデン基板１１０を含む。例えば、基板１１０を平坦形状にプレス加工または切削してもよく、凹面形状または階段形状にプレス加工または引き抜き加工してもよい。基板は、少なくとも約５ミル（０．００５インチ）の厚さであり、通常約１０ミルの厚さであるが、より厚くすることもできる。一般に、基板１１０の最小厚さは、減圧状態となる航空貨物輸送中でも、基板の恒久的な変形を伴わずに、パッケージ４００内の乾燥空気（例えば、約１０，０００ｐｐｍ未満の水蒸気または−４０℃未満の露点）を大気圧に維持するという要求によって設定され、最大厚さは、製造の実現性によって、および組立体の総重量を抑制するという一般的な要求によって制限される。モリブデン基板も、上で説明したように、局所的な電気加熱によって継目シーリングを容易にする熱的および電気的なバルク抵抗を好適にもたらす。

蓋１００の例示的な実施形態は、モリブデン基板１１０の上に、少なくとも約５００オングストロームの厚さであり、最大約２０００オングストロームの厚さとすることができる接着層１２０も含む。チタンまたはタンタルもしくはクロムなどのモリブデン互換性の類似金属により、接着層を基板１１０上にスパッタリングすることができる。いくつかの実施形態では、スパッタリングの代わりに物理蒸着（ＰＶＤ）の同等な方法を用いることができる。ＰＶＤ工程には、陰極アーク、電子ビーム、抵抗加熱、パルスレーザおよび磁気スパッタリングの蒸着手法が含まれる。いくつかの実施形態では、磁気スパッタリングは、電気メッキまたは化学蒸着（ＣＶＤ）の化学的な困難性に主に起因するコーティング方法である。スパッタリングされた接着層は、より均一であることが知られており、メッキまたはＣＶＤされた接着層よりも良好な付着をもたらし、スパッタリングシステムは、付着を更に高めるバックスパッタ機能を提供する。他のＰＶＤ手法は、電気化学的手法またはＣＶＤ手法と同等に適していると信じられている。接着層１２０は、基板の対向する幅広面にスパッタリングされ、スパッタリング領域の縁同士が結合して基板の縁を覆うのに少なくとも十分な厚さでスパッタリングされ、よって、接着層の最小許容厚さは、基板の厚さによって変化する。接着層１２０は、一般に、２つの幅広面により基板の縁を覆うのに必要とされるよりも厚すぎない。

接着層１２０の上に、蓋は、少なくとも約１０００オングストロームの厚さまでスパッタリングされた銅シード層１３０を有する。銅は、チタン／タンタル／クロムの接着層との適合性の観点、およびパラジウム電気メッキの許容性の観点で、シード層１３０に適していることが知られている。シード層１３０は、モリブデンに直接スパッタリングされず、これは、接着層１２０によって、基板１１０に対するシード層１３０の取付けが大幅に向上することが知られているためである。一部の実施形態では、シード層１３０は、約２０００オングストロームの厚さでもよく、いくつかの実施形態では、約６０００オングストローム程度の厚さでもよい。シード層が厚いほど、次の電気メッキ工程からのバックエッチを緩和するのに役立ち、基板の縁を覆うのに役立つ。一方、厚さが大きくなると、コストおよび重量が増加し、熱伝導性が高い厚すぎる銅によって、蓋を継目シーリングしてＭＥＭＳパッケージを閉鎖する後工程に問題が生じることがある。

シード層１３０の外側に、蓋１００は、約１〜２μｍの厚さのパラジウム半田ベース層１４０を含み、そこでも、厚さは、基板１１０の縁を確実に覆うように選ばれる。パラジウム半田ベース層１４０は、典型的に銅シード層１３０に電気メッキされる。したがって、パラジウム半田ベース層１４０は、銅シード層の変色を和らげるように蓋１００の全面を覆う。他の実施形態では、半田ベース層１４０を蓋１００の一方の面（シール面１０４）のみにスパッタリングしてもよい。

蓋１００のシール面１０４には、次いで、その縁の近くで、例えばタック溶接によって、金／スズ半田プリフォーム１５０が半田ベース層１４０に取り付けられる。概して、蓋１００の材料および様々な層厚は、蓋自体を溶接するのとは対照的に、蓋が、半田プリフォーム１５０のスポット継目シーリングのための電流を集中させるのに十分高いバルク抵抗を有するように選ばれる。よって、本発明の蓋１００は、蓋または蓋が取り付けられる構造体のバルク加熱を課さない低電力継目シーリング工程を可能にする。したがって、パッケージ内のＭＥＭＳデバイスに熱的損傷を及ぼす虞れなしに、蓋を用いてＭＥＭＳパッケージを気密シールすることができる。蓋１００は、パラジウム半田ベース層１４０と半田プリフォーム１５０との間に金フラッシュ層１６０を含んでもよい。

再び図３を参照すると、タッキング工程および継目シーリング工程は、清浄空気を乾燥状態（約−４０℃未満の露点、相対湿度０％、約１０，０００ｐｐｍ未満の水蒸気）に維持するグローブボックス３１０内で遂行される。タッキング中に、蓋１００は、パッケージ本体２００上に配置され、２つの構成要素は、一緒にグローブボックス内のタック溶接機３２０内に配置される。タック溶接機３２０は、蓋１００を軽く押圧し、金／スズ半田プリフォーム１５０によって１または２箇所で蓋を金属シールリング２５０上にタックするために用いられる。タッキングの前に、蓋１００およびパッケージ本体２００をＯ２灰化／清浄化し、次いでＣＤＡ（以下で議論するような清浄な乾燥空気）でパージし、グローブボックス３１０と接続され同ボックス内に開放している真空オーブン３３０内で加熱してもよい。継目シーリングのために、パッケージ本体２００は、グローブボックス内で継目シーラ３００の回転自在ステージ３０４に移送される。

継目シーラ３００は、次いで、電極３０２を収縮および拡張させながら、蓋および本体と共にステージ３０４を回転させるように動作し、もって、プリフォーム１５０およびシールリング２５０が、局所的に徐々に加熱され溶接されて、半田ベース層と対向するシールリングとの間に気密性の溶接または半田フィレットを形成するように、蓋１００の縁１０２に沿って電極接点を移動させる。この点に関して、図４（蓋の上側の縁まで延びるフィレットを示すように図を更新する必要がある）に示すように、均一なフィレット４５０を形成するように、半田ベース層１４０および下位層１２０、１３０によって完全に覆われた基板１１０の縁を有することが有用である。加えて、電極３０２が継目シーリング工程を開始する１箇所のみで一緒にタックされた蓋およびパッケージ本体を有することが有用である。

本発明のある態様によれば、局所的な抵抗溶接／加熱工程である継目シーリングは、（半田プリフォームのシーリングに関してよく知られている）ロウ付けとは対照的に役に立つ。ロウ付けおよび炉半田リフローは、従来、本発明のパッケージ４００などのパッケージをシールするためのものであったが、ロウ付け中に得られた概ね高い温度によって、気密性ＭＥＭＳパッケージ内に囲まれる予定であるＭＥＭＳデバイスを損傷させ変形させる可能性があることが分かっている。また炉内では、ＣＤＡ環境を確立するのは困難である。炉は、典型的に、対流加熱のためのフォーミングガスまたは不活性雰囲気を有し、グローブボックスおよび継目シーリングによって、対流加熱の必要性が排除され、それによって清浄な乾燥空気の使用が可能となる。しかし、継目シーリングを実施するために、蓋１００によって局所的な抵抗加熱を可能にする必要がある。多くの非磁性金属は、局所エリアのみを加熱することを非常に困難とし、これは、そのような金属は、熱的および／または電気的な伝導性が非常に高い傾向にあるためである。したがって、蓋１００の材料および層厚は、これまでに考慮されなかったような方法で、継目シーリングを最適化するために注意深く選択される。

上で説明した工程によって、ＭＲＩ筐体内を含む様々な用途で役に立つ気密性の非磁性ＭＥＭＳパッケージ４００がもたらされる。大気圧の乾燥空気がパッケージ４００の内側に捕捉されるため、ＭＥＭがこれまで考慮されなかった他の環境でも役に立ち得る。

本発明の実施形態は、内部空洞を画定する壁であり、壁の上縁に略平面状の非磁性金属シールリングが配置された壁と、内部空洞内の少なくとも１つの電気接点であり、内部から壁を通って外部ピンまで延びる電気接点と、空洞内でパッケージ本体に接合された損傷していない敏感な構成要素と、パッケージ本体のシールリングにシールされて、気密性金属シールによって空洞を閉鎖する非磁性蓋と、を含む非磁性気密パッケージを提供する。シールリングは、パッケージ本体壁に接合されたタングステン層と、タングステン層の上の銅層と、金属シールに接合された、銅層の上の金層と、を含んでもよい。代わりに、シールリングは、Ｗ／Ｃｕ／Ｐｄ／Ａｕ層を含むことができる。金属シールは、金／スズ半田によって形成されてもよい。例えば、金属シールは、金／スズ半田を金属シールリングの金層に継目シーリングすることによって形成されてもよい。よって、非磁性蓋は、蓋のシール面に金／スズ半田プリフォームを含んでもよい。パッケージは、敏感な構成要素と電気的に接続された、空洞の内側の電気接点を含んでもよく、パッケージ壁に形成され敏感な構成要素を介して互いに電気的に接続された外部ピンと、空洞の内側の電気接点と、を更に含んでもよく、敏感な構成要素を介した外部ピン同士の間のキャパシタンスは、約２ｐＦ未満である。敏感な構成要素は、ＭＥＭＳデバイスであってもよく、特に、バーンイン後に１オーム未満で変動する安定したオン抵抗および／または少なくとも約２５０Ｖの阻止電圧を有するスイッチであってもよい。非磁性蓋は、ほぼ大気酸素濃度の清浄な乾燥空気中でシールリングに継目シールされてもよい。

本発明の他の実施形態は、空洞を取り囲む壁と、壁の上縁にある略平面状の非磁性金属シールリングと、内部空洞内の少なくとも１つの電気接点であり、内部から壁を通って外部ピンまで延びる電気接点と、を含む非磁性セラミックパッケージを提供する。シールリングは、パッケージ本体壁に接合されたタングステン層と、タングステン層の上の銅層と、銅層の上の金層と、を含む。シールリングは、金層と銅層との間にパラジウム層を含んでもよい。敏感な構成要素は、フラックスレス低温半田工程によってパッケージ本体に接合されていてもよい。半田工程にはインジウムが用いられていてもよい。

本発明の他の態様は、開放した空洞を取り囲む壁を有する非磁性セラミックパッケージ本体であり、パッケージ本体壁の上縁に連続ループ状にある略平面状の非磁性金属シールリングを有する非磁性セラミックパッケージ本体を形成することと、敏感な構成要素を空洞内でパッケージ本体に接合することと、シールリングに非磁性蓋をシールすることと、を含む方法に従って非磁性気密パッケージを製作することを規定する。シールリングの組込みには、パッケージ本体壁に接合されるタングステン層を最初に形成し、次いでタングステン層に銅層を堆積させ、次いで銅層の上に金層を堆積させることによって、略平面状の非磁性金属シールリングを形成することが含まれてもよい。一部の態様では、シールリングの組込みには、パッケージ本体壁の上縁に連続ループ状にタングステン層を堆積させ、次いでタングステン層に銅層を堆積させ、次いで銅層の上に金層を堆積させることが含まれてもよい。敏感な構成要素を接合することには、低温半田としてインジウムを用い得るフラックスレス低温半田工程が含まれてもよい。低温半田工程は、パッケージ本体に対する敏感な構成要素のスクラブ動作を含んでもよい。方法のいくつかの態様は、本質的にＴｉＷ／ＡｕまたはＷ／Ｃｕ／Ａｕから成る半田付け可能な非磁性コーティングで、敏感な構成要素およびパッケージ本体空洞の対向面をプレコートすることを含んでもよい。非磁性蓋のシーリングを継目シーリング工程として行ってもよい。任意選択的に、パッケージ本体および敏感な構成要素は、非磁性蓋を非磁性金属シールリングにシールする前に灰化および／または真空焼成されてもよい。任意選択的に、非磁性蓋の継目シーリングを約１ａｔｍの乾燥空気下で遂行してもよい。加えて、非磁性蓋を非磁性金属シールリングにシールする前に、パッケージ本体、敏感な構成要素、および蓋を約１ａｔｍの乾燥空気下のオーブン内で加熱してもよい。

本発明の他の態様は、ＭＥＭＳデバイスをパッケージ本体にフラックスレス半田接合するための方法であって、ＭＥＭＳデバイスおよびパッケージ本体の対向面の間にインジウムプリフォームを設けることと、フラックスまたはフォーミングガスを導入せずに、インジウムプリフォームをリフロー温度範囲内で加熱および保持することと、インジウムプリフォームに対してＭＥＭＳデバイスをスクラブして、ＭＥＭＳデバイスおよびパッケージ本体に対してインジウムプリフォームをリフローおよび付着させることと、を含む方法を提供する。方法は、対向面のうちの少なくとも一方を半田付け可能な非磁性コーティングでプレコートすることも含んでもよい。例えば、半田付け可能な非磁性コーティングは、ＴｉＷ／ＡｕまたはＷ／Ｃｕ／Ａｕのいずれかを含んでもよい。リフロー温度の範囲は、約１５０℃と約２１０℃との間であってもよい。例えば、インジウムプリフォームを約２００℃であるが約２１０℃未満で保持してもよい。パッケージ本体およびＭＥＭＳデバイスを介してインジウムプリフォームを加熱してもよい。

上記の説明が制限ではなく例示を意図していることを理解されたい。例えば、上で説明した実施形態（および／またはそれらの態様）を互いに組み合わせて用いてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに、それらの教示に特定の状況または材料を適応させる多くの修正を施してもよい。本明細書で説明した材料の寸法および種類は、本発明のパラメータを規定することを意図しており、決して限定ではなく、単なる例示的な実施形態である。他の多くの実施形態は、上記の説明を検討する際に当業者にとって明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項を参照して、そのような請求項が権利を与える十分な均等物の範囲と共に決定されるべきである。添付の請求項において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「それには（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」を用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」それぞれの平易な英語の同義語として用いている。また、以下の請求項では、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上部の」、「下部の」、「底部の」、「頂部の」等は、単なる目印として用いられており、それらの対象に数値的または位置的な要件を課すことを意図してはいない。さらに、以下の請求項の限定事項は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、そのような請求項の限定事項が、更なる構造を欠いた機能の文言が続く、「〜する手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」というフレーズを明示的に用いない限りおよび用いるまでは、米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されることを意図してはいない。

本明細書では、本発明のいくつかの実施形態をベストモードを含めて開示するために、ならびに、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、および組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本発明の実施形態を実践することも可能にするために例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文言とは相違しない構成要素を有する場合、または、請求項の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、請求項の範囲内であることを意図している。

本明細書において、単数形で記載され用語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」が先行する要素またはステップは、明示的に記されない限り、複数の要素またはステップを除外しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、記載した特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図してはいない。また、明示的に反対に記さない限り、特定の性質を有する１つまたは複数の要素を「備える「（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その性質を有しない追加的なそのような要素を含んでもよい。

本明細書に込められた本発明の主旨および範囲から逸脱せずに、上で説明した物品および製作方法にいくらかの変更を施し得るので、上記の説明の主題または添付図面に示す主題の全ては、本明細書における本発明の概念を例示する単なる例として解釈されるべきであり、本発明を限定するものとみなされるべきではないことを意図している。
［実施態様１］
開放した空洞（２０４）を取り囲む壁（２０１）であり、前記壁（２０１）の上縁に連続ループ状に略平面状の非磁性金属シールリング（２５０）が配置された壁（２０１）と、
前記空洞（２０４）内で接合された敏感な構成要素（２１０）と、
前記シールリング（２５０）にシールされて金属シール（４５０）によって前記空洞（２０４）を閉鎖する非磁性蓋（１００）と、を備える非磁性気密パッケージ（４００）。
［実施態様２］
前記シールリング（２５０）は、前記パッケージ本体壁（２０１）に接合されたタングステン層（２５２）と、前記タングステン層（２５２）の上の銅層（１３０、２５４）と、前記金属シール（４５０）に接合された、前記銅層（１３０、２５４）の上の金層（２５６）と、を含む、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様３］
前記シールリング（２５０）は、前記壁（２０１）に接合されたタングステン層（２５２）と、前記タングステン層（２５２）の上の銅層（１３０、２５４）と、前記銅層（１３０、２５４）の上のパラジウム層（１４０）と、前記金属シール（４５０）に接合された金層（２５６）と、を含む、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様４］
前記金属シール（４５０）は、金／スズ半田によって形成される、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様５］
前記敏感な構成要素（２１０）と電気的に接続された、前記空洞（２０４）の内側の電気接点（２２０）を更に備える、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様６］
前記パッケージ壁（２０１）に形成され前記敏感な構成要素（２１０）を介して互いに電気的に接続された外部ピン（２２２）と、前記空洞（２０４）の内側の前記電気接点（２２０）と、を更に備え、前記敏感な構成要素（２１０）を介した前記外部ピン（２２２）同士の間のキャパシタンスが約２ｐＦ未満である、実施態様５に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様７］
前記敏感な構成要素（２１０）は、ＭＥＭＳデバイス（２１０）である、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様８］
前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）は、バーンイン後に１オーム未満で変動する安定したオン抵抗を有するスイッチである、実施態様７に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様９］
前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）は、少なくとも約２５０Ｖの阻止電圧を有するスイッチである、実施態様７に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１０］
前記非磁性蓋（１００）は、ほぼ大気酸素濃度の清浄な乾燥空気中で前記シールリング（２５０）に対して継目シールされる、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１１］
前記パッケージ（４００）は、ガス状の酸素を含有する、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１２］
前記パッケージ（４００）は、約−４０℃未満の露点を有する清浄な乾燥空気を含有する、実施態様１１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１３］
前記蓋（１００）は非磁性である、実施態様１に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１４］
前記蓋（１００）は金属製である、実施態様１３に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１５］
前記蓋（１００）は、モリブデンを含む、実施態様１４に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１６］
内部空洞（２０４）を画定する壁（２０１）と、
前記壁（２０１）の上縁にある略平面状の非磁性金属シールリング（２５０）と、
前記内部空洞（２０４）内の少なくとも１つの電気接点（２２０）であり、前記内部から前記壁（２０１）を通って外部ピン（２２２）まで延びる電気接点（２２０）と、を備え、
前記シールリング（２５０）は、タングステン層（２５２）、銅層（１３０、２５４）、パラジウム層（１４０）および金層（２５６）を含む、非磁性パッケージ（４００）。
［実施態様１７］
フラックスレス低温工程によって前記空洞（２０４）内に接合された敏感な構成要素（２１０）を更に備える、実施態様１６に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１８］
前記接合する工程にインジウム半田が用いられた、実施態様１７に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様１９］
前記接合する工程には、前記パッケージ本体（２００）内での前記敏感な構成要素（２１０）のスクラブ動作が含まれた、実施態様１８に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様２０］
前記接合する工程には、前記少なくとも１つの電気接点（２２０）に対する前記敏感な構成要素（２１０）の超音波溶接が含まれた、実施態様１７に記載のパッケージ（４００）。
［実施態様２１］
非磁性気密パッケージ（４００）を製作するための方法であって、
開放した空洞（２０４）を取り囲む壁（２０１）を有する非磁性セラミックパッケージ本体（２００）であり、前記パッケージ本体壁（２０１）の上縁に連続ループ状にある略平面状の非磁性金属シールリング（２５０）を有するパッケージ本体（２００）を入手する工程と、
前記空洞（２０４）内で敏感な構成要素（２１０）を接合する工程と、
前記シールリング（２５０）に非磁性蓋（１００）をシールする工程と、を含む方法。
［実施態様２２］
前記敏感な構成要素（２１０）を接合する工程は、フラックスレス低温半田工程を含む、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２３］
前記低温半田としてインジウムを用いる、実施態様２２に記載の方法。
［実施態様２４］
前記接合する工程は、前記パッケージ本体（２００）に対する前記敏感な構成要素（２１０）のスクラブ動作を含む、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２５］
前記非磁性蓋（１００）のシーリングは、酸素下で遂行される、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２６］
前記非磁性蓋（１００）のシーリングは、継目シーリング工程である、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２７］
前記敏感な構成要素（２１０）および前記空洞（２０４）の対向面を、ＴｉＷ／ＡｕまたはＷ／Ｃｕ／Ａｕを本質的に含有する半田付け可能な非磁性コーティングでプレコートすることを更に含む、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２８］
前記非磁性蓋（１００）を前記非磁性金属シールリング（２５０）にシールする前に前記パッケージ本体（２００）および前記敏感な構成要素（２１０）を灰化および真空焼成することを更に含む、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２９］
ＭＥＭＳデバイス（２１０）をパッケージ本体（２００）にフラックスレス半田接合するための方法であって、
前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）および前記パッケージ本体（２００）の対向面の間にインジウムプリフォーム（２１２）を設けることと、
フラックスまたはフォーミングガスを導入せずに、前記インジウムプリフォーム（２１２）をリフロー温度範囲内で加熱および保持することと、
前記インジウムプリフォーム（２１２）に対して前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）をスクラブして、前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）および前記パッケージ本体（２００）に対して前記インジウムプリフォーム（２１２）をリフローおよび付着させることと、を含む方法。

１００ 非磁性蓋
１０２ 外周、縁
１０４ シール面
１１０ モリブデン基板
１２０ 接着層
１３０ 銅シード層
１４０ パラジウム半田ベース層
１５０ 金／スズ半田プリフォーム
１６０ 金コーティング、金フラッシュ層
２００ 非磁性ＭＥＭＳパッケージ本体
２０１ セラミック壁
２０４ 空洞
２０６ パッケージ本体床
２１０ ＭＥＭＳデバイス
２１２ インジウムプリフォーム
２２０ 金電気接点
２２２ 外部ピン
２５０ 金属シールリング
２５２ タングステン遷移層
２５４ 銅シード層
２５６ 金シール層
３００ 継目シーラ
３０２ 電極
３０４ 回転自在ステージ
３１０ 乾燥空気グローブボックス
３２０ タック溶接機
３３０ 真空オーブン
４００ 非磁性ＭＥＭＳパッケージ
４５０ 気密性継目シール、フィレット

Claims (15)

1. 開放した空洞（２０４）を取り囲む壁（２０１）であり、前記壁（２０１）の上縁に連続ループ状に略平面状の非磁性金属シールリング（２５０）が配置された壁（２０１）と、
   前記空洞（２０４）内で接合された敏感な構成要素（２１０）と、
   前記シールリング（２５０）にシールされて金属シール（４５０）によって前記空洞（２０４）を閉鎖する非磁性蓋（１００）と、を備える非磁性気密パッケージ（４００）。
2. 前記シールリング（２５０）は、前記パッケージ本体壁（２０１）に接合されたタングステン層（２５２）と、前記タングステン層（２５２）の上の銅層（１３０、２５４）と、前記金属シール（４５０）に接合された、前記銅層（１３０、２５４）の上の金層（２５６）と、を含む、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
3. 前記シールリング（２５０）は、前記壁（２０１）に接合されたタングステン層（２５２）と、前記タングステン層（２５２）の上の銅層（１３０、２５４）と、前記銅層（１３０、２５４）の上のパラジウム層（１４０）と、前記金属シール（４５０）に接合された金層（２５６）と、を含む、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
4. 前記金属シール（４５０）は、金／スズ半田によって形成される、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
5. 前記敏感な構成要素（２１０）と電気的に接続された、前記空洞（２０４）の内側の電気接点（２２０）と、前記パッケージ壁（２０１）に形成され前記敏感な構成要素（２１０）を介して互いに電気的に接続された外部ピン（２２２）と、前記空洞（２０４）の内側の前記電気接点（２２０）と、を更に備え、前記敏感な構成要素（２１０）を介した前記外部ピン（２２２）同士の間のキャパシタンスが約２ｐＦ未満である、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
6. 前記敏感な構成要素（２１０）は、ＭＥＭＳデバイス（２１０）である、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
7. 前記非磁性蓋（１００）は、ほぼ大気酸素濃度の清浄な乾燥空気中で前記シールリング（２５０）に対して継目シールされる、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
8. 前記パッケージ（４００）は、ガス状の酸素を含有する、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
9. 前記パッケージ（４００）は、約−４０℃未満の露点を有する清浄な乾燥空気を含有する、請求項１１に記載のパッケージ（４００）。
10. 前記蓋（１００）は非磁性金属であり、モリブデンを含む、請求項１に記載のパッケージ（４００）。
11. 内部空洞（２０４）を画定する壁（２０１）と、
    前記壁（２０１）の上縁にある略平面状の非磁性金属シールリング（２５０）と、
    前記内部空洞（２０４）内の少なくとも１つの電気接点（２２０）であり、前記内部から前記壁（２０１）を通って外部ピン（２２２）まで延びる電気接点（２２０）と、を備え、
    前記シールリング（２５０）は、タングステン層（２５２）、銅層（１３０、２５４）、パラジウム層（１４０）および金層（２５６）を含む、非磁性パッケージ（４００）。
12. フラックスレス低温工程によって前記空洞（２０４）内に接合された敏感な構成要素（２１０）を更に備える、請求項１１に記載のパッケージ（４００）。
13. 前記接合する工程には、前記パッケージ本体（２００）内での前記敏感な構成要素（２１０）のスクラブ動作が含まれた、請求項１２に記載のパッケージ（４００）。
14. 前記接合する工程には、前記少なくとも１つの電気接点（２２０）に対する前記敏感な構成要素（２１０）の超音波溶接が含まれた、請求項１２に記載のパッケージ（４００）。
15. ＭＥＭＳデバイス（２１０）をパッケージ本体（２００）にフラックスレス半田接合するための方法であって、
    前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）および前記パッケージ本体（２００）の対向面の間にインジウムプリフォーム（２１２）を設けることと、
    フラックスまたはフォーミングガスを導入せずに、前記インジウムプリフォーム（２１２）をリフロー温度範囲内で加熱および保持することと、
    前記インジウムプリフォーム（２１２）に対して前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）をスクラブして、前記ＭＥＭＳデバイス（２１０）および前記パッケージ本体（２００）に対して前記インジウムプリフォーム（２１２）をリフローおよび付着させることと、を含む方法。