WO2007074846A1

WO2007074846A1 - 微小電子機械装置およびその製造方法

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Publication number: WO2007074846A1
Application number: PCT/JP2006/325979
Authority: WO
Inventors: Itaru Ishii
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2008-06-26
Also published as: CN101346815B; JP4675973B2; EP1978555A4; CN101346815A; US20100176468A1; KR100995301B1; JPWO2007074846A1; KR20080080413A; EP1978555A1; US8008739B2; EP1978555B1

Abstract

　微小電子機械装置Ｘは、微小電子機械部品１０と、絶縁基板２１と、絶縁基板２１に設けられる貫通導体２２ｃと、封止材３０と、導電性接続材４０とを有する。微小電子機械部品１０は、半導体基板１１、微小電子機械機構１２および微小電子機械機構１２に電気的に接続される電極１３を有する。封止材３０は、ガラスからなり、半導体基板１１と絶縁基板２１との間で、微小電子機械機構１２を取り囲むように配置され、微小電子機械機構１２を気密封止する。導電性接続材４０は、封止材３０から離間した位置で、電極１３と貫通導体２２ｃの一端とを電気的に接続する。

Description

明細書

微小電子機械装置およびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、微小電子機械部品の微小電子機械機構を気密封止してなる微小電気機械装置およびその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、半導体集積回路素子などの微細配線を形成する加工技術を応用してシリコンウェハなどの半導体基板の主面に形成される微小電子機械機構（MEMS (Micro Electro Mechanical System) )を含んでなる微小電子機械部品が注目され、実用化に向けて開発が進められている。微小電子機械機構としては種々のものが開発されており、例えば加速度計などのセンサが挙げられる。

そして、この微小電子機械機構を封止する技術としては、ウェハレベルでのパッケージ技術が盛んに研究開発されている。このパッケージ技術は、パッケージサイズを小さくできるという点で、ワイヤボンディングを用いた場合よりも有利である。

例えば、特開 2005— 251898号公報には、微小電子機械機構が設けられた第 1 基板と、微小電子機械機構を封止するように貼り合わされた第 2基板とを有し、第 1基板に設けられた電極と第 2基板に設けられた配線との接続、及び第 1基板と第 2基板との接合を、それぞれ半田を用いて行なう微小電子機械装置が記載されてレ、る。しかし、上記電極と配線とを接続する接続材及び第 1基板と第 2基板とを接合する封止材を、ともに半田を用レ、ると、接続材と封止材との間の距離であるピッチが狭くなると、半田を加熱溶融したときの広がりによって電気的ショートが発生する問題がある発明の開示

[0003] 本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、封止材及び導電性接続材の短絡を防止するとともに該微小電子機械機構の気密封止性に優れた、より小型の微小電子機械装置およびその製造方法を提供することを、目的とする。本発明に係る第 1の微小電子機械装置は、半導体基板、該半導体基板の一方主面に構成される微小電子機械機構、及び該微小電子機械機構に電気的に接続される電極を有する微小電子機械部品と、前記の半導体基板の一方主面に対向する第 1主面を有する絶縁基板と、前記の絶縁基板の内部に設けられるとともに、一端が前記の第 1主面に導出され前記の電極に電気的に接続される第 1配線導体と、前記の半導体基板の一方主面と前記の第 1主面との間で前記の微小電子機械機構を取り囲むように配置され、前記の微小電子機械機構を気密封止するガラスから成る封止材と、前記の封止材から離間した位置で、前記の電極と前記の第 1配線導体の前記の一端とを電気的に接続する導電性接続材とを備える。

本発明の第 2の微小電子機械装置は、上記第 1の微小電子機械装置において、好ましくは、前記の封止材が、陽極接合により前記半導体基板に接合可能である。本発明の第 3の微小電子機械装置は、上記第 1又は第 2の微小電子機械装置において、好ましくは、前記の導電性接続材が、前記の封止材の外側で、前記の電極と前記の第 1配線導体の前記の一端とを接続する。

本発明の第 4の微小電子機械装置は、上記第 1〜第 3のいずれかに微小電子機械装置において、好ましくは、前記の絶縁基板が、前記の第 1主面側に第 1凹部を有し、前記の微小電子機械機構の少なくとも一部は、前記の第 1凹部内に収容される。本発明の第 5の微小電子機械装置は、上記第 1〜第 4のいずれかの微小電子機械装置において、好ましくは、前記の絶縁基板が、前記の第 1主面側に第 2凹部を有し、前記の封止材の少なくとも一部は、前記の第 2凹部内に収容される。

本発明の第 6の微小電子機械装置は、上記第 5の微小電子機械装置において、好ましくは、前記の第 2凹部が、環状である。

本発明の第 ₇の微小電子機械装置は、上記第 1〜第 6のいずれかの微小電子機械装置が、好ましくは、前記の絶縁基板の内部に設けられるとともに、一端が前記の第 1主面に導出され前記の封止材に電気的に接続される少なくとも 1つの第 2配線導体と、前記の第 2配線導体の前記の一端と前記の封止材との間に設けられた導体バタ一ンとを備える。

本発明の第 8の微小電子機械装置は、上記第 7の微小電子機械装置において、好ましくは、前記の第 2配線導体は複数存在し、前記の絶縁基板の内部に設けられるとともに、複数の前記の第 2配線導体を電気的に接続する第 3配線導体を備える。本発明の第 9の微小電子機械装置は、上記第 7又は第 8の微小電子機械装置において、好ましくは、平面視したとき、前記の封止材の形状と前記の導体パターンの形状は重なる。

本発明の第 10の微小電子機械装置は、上記第 7〜第 9のいずれかの小電子機械部品が、好ましくは、前記の半導体基板の内部に設けられた電極層を備える。

本発明の第 11の微小電子機械装置は、上記第 10の微小電子機械装置において、好ましくは、前記の電極層が、前記の半導体基板の側面に導出される。

本発明の第 12の微小電子機械装置は、上記第 10又は第 11の微小電子機械部品が、好ましくは、前記の半導体基板の内部に設けられ、一端が前記の電極層に接続され、他端が前記の半導体基板の該一方主面に対向する他方主面または側面に導出される第 4配線導体を備える。

本発明に係る第 1の微小電子機械装置の製造方法は、上記第 10〜第 12のいずれかの微小電子機械装置の製造方法であって、前記の絶縁基板における前記の導体パターン上に前記の封止材を形成する形成工程と、前記の半導体基板の前記の一方主面と前記の絶縁基板の前記の第 1主面とを対向させるとともに、前記の電極層と前記の封止材、及び前記の電極と前記の導電性接続材をそれぞれ位置合わせする位置合わせ工程と、前記の半導体基板と前記の封止材とを陽極接合する接合工程と、前記の導電性接続材を加熱して前記の電極と前記の第 1配線導体の前記の一端とを接続する接続工程とを含む。

本発明の第 2の微小電子機械装置の製造方法は、上記第 1の製造方法において、好ましくは、前記の接合工程と前記の接続工程とを同時に行う。

本発明の第 3の微小電子機械装置の製造方法は、上記第 1又は第 2の製造穂方において、好ましくは、前記の接合工程が、前記の封止材を加熱する工程と、前記の半導体基板及び前記の絶縁基板を介して前記の封止材を加圧する工程と、前記の半導体基板内の前記の電極層及び前記の絶縁基板内の前記の第 2配線導体を介して前記の封止材に電圧を印加する工程とを含む。

本発明の第 4の微小電子機械装置の製造方法は、上記第 10〜第 12のいずれかの微小電子機械装置の製造方法であって、前記の微小電子機械部品を構成要素として含む微小電子機械部品領域を複数有する半導体母基板と、前記の絶縁基板を構成要素として含む絶縁基板領域を複数有し、前記の各絶縁基板に前記の封止材をそれぞれ形成してなる配線母基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、前記の半導体母基板における前記の各半導体基板と前記の各封止材とを陽極接合する接合工程と、前記の各導電性接続材を加熱して前記の電極と前記の第 1配線導体の前記の一端とを接続する接続工程と、各封止材による前記の半導体母基板と前記の配線母基板との接合体を切断する工程とを含む。

本発明の微小電子機械装置によれば、半導体基板、該半導体基板の一方主面に構成される微小電子機械機構、及び該微小電子機械機構に電気的に接続される電極を有する微小電子機械部品と、半導体基板の一方主面に対向する第 1主面を有する絶縁基板と、絶縁基板の内部に設けられるとともに、一端が第 1主面に導出され電極に電気的に接続される第 1配線導体と、半導体基板の一方主面と第 1主面との間で微小電子機械機構を取り囲むように配置され、微小電子機械機構を気密封止するガラスから成る封止材と、封止材から離間した位置で、電極と第 1配線導体の一端とを電気的に接続する導電性接続材とを備えることから、封止材と導電性接続材とのピッチを狭くすることができるため、小型の微小電子機械装置を実現することが可肯になる。

本発明の微小電子機械装置の製造方法によれば、絶縁基板における導体パターン上に封止材を形成する形成工程と、半導体基板の一方主面と絶縁基板の第 1主面とを対向させるとともに、電極層と封止材、及び電極と導電性接続材をそれぞれ位置合わせする位置合わせ工程と、半導体基板と封止材とを陽極接合する接合工程と

、導電性接続材を加熱して電極と第 1配線導体の一端とを接続する接続工程とを含むことから、半導体基板の一方主面と絶縁基板の上面とを接合する際に、封止材が溶融して広がるということがないことから、封止材と導電性接続材とのピッチが狭い、小型の微小電子機械装置を製造することができる。

本発明の微小電子機械装置の製造方法によれば、絶縁基板における導体パターン上に封止材を形成する形成工程と、半導体基板の一方主面と絶縁基板の第 1主面とを対向させるとともに、電極層と封止材、及び電極と導電性接続材をそれぞれ位置合わせする位置合わせ工程と、半導体基板と封止材とを陽極接合する接合工程と、導電性接続材を加熱して電極と第 1配線導体の一端とを接続する接続工程とを含むことから、半導体基板の一方主面と絶縁基板の上面とを接合する際に、封止材が溶融して広がるということがないことから、封止材と導電性接続材とのピッチが狭い、小型の微小電子機械装置を製造することができる。

本発明の微小電子機械装置の製造方法によれば、微小電子機械部品を構成要素として含む微小電子機械部品領域を複数有する半導体母基板と、絶縁基板を構成要素として含む絶縁基板領域を複数有し、各絶縁基板に封止材をそれぞれ形成してなる配線母基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、半導体母基板における各半導体基板と各封止材とを陽極接合する接合工程と、各導電性接続材を加熱して電極と第 1配線導体の一端とを接続する接続工程と、各封止材による半導体母基板と配線母基板との接合体を切断する工程とを含むことから、複数の微小電子機械装置を複数同時に得ることができるため、微小電子機械装置の生産性を高めるうえで好適である。

図面の簡単な説明

[0004] 本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

図 1A〜図 1Cは、本発明の第 1実施形態に係る微小電子機械装置を示す図である図 2は、図 1 A〜図 1 Cに示す微小電子機械装置の製造方法の一連の工程を示す断面図である。

図 3は、本発明の第 2実施形態に係る微小電子機械装置を示す断面図である。図 4は、本発明の第 3実施形態に係る微小電子機械装置を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0005] 以下図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図 1は、本発明の第 1実施形態に係る微小電子機械装置 Xを示す図であり、図 1A は微小電子機械装置 Xの断面図であり、図 1Bは微小電子機械機構用配線基板 20 に実装される微小電子機械部品 10の平面図であり、図 1Cは微小電子機械機構用配線基板 20の平面図である。なお図 1Aは、図 Cの Ia_Ia線に沿った断面図である。微小電子機械装置 Xは、微小電子機械部品 10と、微小電子機械機構用配線基板（以下、単に「配線基板」という。） 20と、封止材 30と、導電性接続材 40とを含んで構成される。

微小電子機械部品 10は、半導体基板 11と、微小電子機械機構 12と、電極 13とを備えている。半導体基板 11は、例えば四角板状であり、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、ガリウムアンチモン、インジウム砒素などにより構成される。微小電子機械機構 12は、半導体微細加工技術を基本としたいわゆるマイクロマシユング法により構成されるものであり、半導体基板 11の一方主面 11aに形成されている。微小電子機械機構 12としては、例えば光スィッチ、ディスプレイデバイス、加速度センサ、圧力センサなどの各種センサ、電気スィッチ、インダクタ、キャパシタ、共振器、アンテナ、マイクロリレー、ハードディスク用磁器ヘッド、マイク、バイオセンサ、 DNAチップ、マイクロリアクタ、プリントヘッドなどの機能を有するものが挙げられる。電極 13は、微小電子機械機構 12 に所定の電力を供給する機能、あるいは、微小電子機械機構 12と図示しない外部電気回路との間において電気信号を送受信する機能などを担う部位であり、半導体基板 11の一方主面 1 laに形成され、半導体基板 11の内部若しくは一方主面 1 laに設けられた配線導体 51を介して微小電子機械機構 12と電気的に接続されている。また、半導体基板 11の内部には、半導体基板 11を平面視したときに、電極 13と重なる領域以外の領域、好ましくは後述の封止材 30で囲まれた内側の領域、電極 13および配線導体 51と重なる領域以外の領域に、電極層 50が設けられる。すなわち、電極層 50は、図 1Aおよび図 1Bに示されるように、半導体基板 11を平面視したときに、封止材 30で囲まれた内側の領域、電極 13および配線導体 51を除く領域に全面にわたって設けられる。なお、この電極層 50は、半導体基板 11の側面に導出され、その導出部分を介して外部から電極層 50に電位が与えられる。

配線基板 20は、絶縁基板 21と、第 1配線導体群 22と、第 2配線導体群 23とを含んで構成され、微小電子機械部品 10の微小電子機械機構 12を封止する機能を担うとともに、微小電子機械部品 10と図示しない外部電気回路基板とを電気的に接続する機能を担う部材である。

絶縁基板 21には、微小電子機械部品 10の微小電子機械機構 12の少なくとも一部を収容するための第 1凹部 21 aが形成されている。絶縁基板 21を構成する材料としては、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体（窒化アルミニウムセラミックス）、炭化珪素質焼結体 (炭化珪素セラミックス）、窒化珪素質焼結体（窒化珪素セラミックス）、ガラスセラミック焼結体 (ガラスセラミックス）、若しくはムライト質焼結体などのセラミックス、又はエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アタリル樹脂、フエノール樹脂、若しくはポリエステル樹脂などの熱硬化型若しくは紫外線硬化型の樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ムライト質焼結体およびガラスセラミック焼結体 (例えば酸化アルミニウムホウ珪酸ガラス系ガラスセラミックス焼結体）は、半導体基板 11を構成する材料 (例えばシリコン)との熱膨張係数の差が相対的に小さぐ半導体基板 11との接合信頼性ひいては気密封止性の観点で好適である。また酸化アルミニウムフィラーにホウ珪酸ガラス系を含んだガラスを焼結してなるガラスセラミック焼結体は、第 1配線導体群 22および第 2配線導体群 23として電気抵抗が相対的に小さい材料 (例えば銅若しくは銀）を採用することができるのに加え、比誘電率が低く電気信号の遅延を防止することができるため、高周波信号用として使用する観点から好適である。

第 1配線導体群 22は、接続パッド 22aと、接続端子 22bと、第 1配線導体である複数の貫通導体 22cとを含んで構成され、微小電子機械部品 10と図示しない外部電気回路基板との間の電気的導通を得るための部材である。接続パッド 22aは、絶縁基板 21の第 1主面である上面 21bに形成されており、例えばはんだ等の導電性接続材 40を介して微小電子機械部品 10の電極 13に電気的接続される。接続パッド 22a は、第 1配線導体群 22における他の部位に比べて相対的に広面積に形成されている。このような構成によると、上記導電性接続材 40と電気的に接続するための領域をより大きく確保することができるため、電気的接続をより確実且つ容易に行うことができる。接続端子 22bは、絶縁基板 21の下面 21cに形成されており、はんだ等の導電性部材を介して図示しない外部電気回路基板の電極に電気的接続される。接続端子 22bは、第 1配線導体群 22における他の部位に比べて相対的に広面積に形成されている。このような構成によると、上記導電性接続材 40と電気的に接続するための領域をより大きく確保することができるため、電気的接続をより確実且つ容易に行うことができる。複数の貫通導体 22cは、絶縁基板 21の上面 21bから下面 21cにかけて延びるように形成されており、その一端部において接続パッド 22aと電気的に接続し、その他端部において接続端子 22bと電気的に接続している。また、第 1配線導体群 22を構成する材料としては、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、白金、若しくは金などの金属材料が挙げられる。

第 2配線導体群 23は、第 2配線導体である複数の貫通導体 23aと、導体パターン 2 3bと、導体層 23cとを含んで構成される。そして、この第 2配線導体群 23は、封止材 30に対して電圧を印加する機能を担う部材である。複数の貫通導体 23aは、絶縁基板 21の上面 21bから下面 21cにかけて延びるように形成されている。各貫通導体 23 aは、その一端部において導体パターン 23bと電気的に接続し、その一端部と他端部との間において導体層 23cと電気的に接続し、その他端部においてはんだボール 2 3dと電気的に接続している。ここで、はんだボール 23dは、外部電子回路基板と電気的接続を行うための接続端子として機能する。導体パターン 23bは、絶縁基板 21の上面 21bにおいて露出するように形成されており、電圧を印加する封止材 30に対して直接的に電圧を印加するための部位である。また、導体パターン 23bは、微小電子機械装置 Xを平面視したとき、第 1配線導体群 22の接続パッド 22aより内方 (微小電子機械機構が位置する方向側）に位置している。導体層 23cは、複数の貫通導体 23aと電気的に接続され且つ絶縁基板 21の内部において複数の貫通導体 23aと交差する方向に広がっている。ここで、導体層 23cは、各貫通導体 23a間における電位差を小さくするための機能を担う部位である。このような第 2配線導体群 23の形態としては、メタライズ層状、めっき層状、蒸着層状、若しくは金属箔層状などが挙げられる。第 2配線導体群 23を構成する材料としては、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、白金、若しくは金などの金属材料が挙げられる。

ここで、絶縁基板 21を構成する材料としてアルミナ質焼結体を採用し、且つ、第 1 配線導体群 22および第 2配線導体群 23を構成する材料として銅を採用した場合における配線基板 20の作製方法の一例について説明する。まず、酸化アルミニウム（アルミナ)やシリカなどの原料粉末を有機溶剤やバインダなどとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製する。次に、作製されたセラミックグリーンシートの一部を微小電子機械部品 10の微小電子機械機構 12の少なくとも一部が収容可能な所定寸法の長方形の板状に打ち抜く。また、作製されたセラミックグリーンシートの一部を貫通導体 22c， 23aが形成可能な所定寸法の形状に打抜く。次に、銅粉末およびガラス粉末を有機溶剤やバインダなどとともに混練して作製された金属ぺ一ストを所定の印刷方法 (例えば、スクリーン印刷法）により絶縁基板 21を構成するセラミックグリーンシートの表面あるいは貫通導体形成用打抜き部に対して印刷する。そして、この印刷とともに、打ち抜かれたセラミックグリーンシートを微小電子機械機構 12が収容可能で且つ適切な貫通導体 22c， 23aが形成可能な所定寸法まで積層し、且つ、打ち抜かれていないセラミックグリーンシートを所定寸法まで積層してなる積層体を形成する。次に、金属ペーストが印刷されている積層体を所定の焼成温度 (例えば 1300〜： 1600°C)で焼成する。以上のようにして、配線基板 20は作製される。なお、配線基板 20の作製方法としては、上述の方法に限られず、貫通導体形成用打抜き部が形成されていない焼成体を作製した後に所定の加工手段 (例えば機械的な切削加工若しくはレーザ光を用いた切削加工）により貫通導体形成用打抜き部を形成するようにしてもよレ、。また、配線基板 20の作製方法としては、上述の同時焼成による方法に限られず、板状の絶縁体の上面の外周部に、ろう材、ガラス、若しくは樹脂等の枠状の絶縁体を接合する方法を採用してもよい。

封止材 30は、微小電子機械部品 10および配線基板 20と協働して微小電子機械機構 12を封止するための封止空間を構成する部材であり、その一端部において半導体基板 11に接続し、且つ、その他端部において導体パターン 23bに接続している。なお、封止材 30は、平面視したとき、導体パターン 23bと重なる。これによつて、導体パターン 23bを介して封止材 30に均一に電圧を印加することができる。封止材 30 を構成する材料としては、電圧を印加することにより接合材として機能するものが挙げられ、具体的にはガラスに対してイオン伝導率の高いアルカリ金属、希土類、若しくはハロゲンィ匕合物などを添加してなるシリカ系ガラス、又はシリカ一ホウ素系ガラスなどが挙げられる。ここで、ガラスとは、シリカ若しくは酸化ビスマス（Bi)等の金属酸化物を内部に含む非結晶性の絶縁体構造である。

導電性接続材 40は、微小電子機械部品 10の電極 13と配線基板 20の接続パッド 2 2aとの間の電気的導通を得るための部材であり、その一端部において微小電子機械部品 10の電極 13に電気的に接続し、且つ、その他端部において配線基板 20の接続パッド 22aに接続している。本実施形態に係る微小電子機械部品 10のように、半導体基板 11と絶縁基板 21とをフリップチップ接合する際に用いられる導電性接続材 40としては、加熱溶融して用いるはんだ若しくはロウ材などが一般的である。具体的に、導電性接続材 40を構成する材料としては、錫-鉛系、錫-銀系、若しくは錫銀銅系などの非共晶型の半田材料、金錫ろうなどの低融点ろう材、銀ゲルマニウム系などの高融点ろう材、又は導電性有機樹脂などが挙げられる。

本実施形態に係る微小電子機械装置 Xでは、封止材 30としてガラスが用いられ、その封止材 30に電圧を印加することにより、封止材 30を介して半導体基板 11の一方主面 11aと絶縁基板 21の上面 21bとを接合する。よって、封止材 30としてはんだ若しくはろう材等を用いた場合と異なり、半導体基板 11の一方主面 11aと絶縁基板 2 1の上面 21bとを接合する際に、封止材 30が溶融して広がることが抑制される。また、封止材 30として別個に枠状の部材を用いる場合でも、半導体基板と枠状の部材との接合には、接合材としてはんだ若しくはろう材を用いることが一般的であるため、その接合の際に接合材が溶融して広がることが考えられるが、本実施形態に係る微小電子機械装置 Xでは、封止材 30に電圧を印加して半導体基板 11と接合させるため、接合材が溶融して広がることが抑制される。よって、封止材 30若しくは接合材が溶融して広がることによる導電性接続材 40と封止材 30との間の電気的短絡の発生を防止することができる。これにより、本実施形態に係る微小電子機械装置 Xでは、封止材 30と導電性接続材 40とのピッチを狭くすることができるため、小型の微小電子機械装置を実現することが可能になる。

また、半導体基板 11がシリコン力も成り、封止材 30としてガラスを用いる場合、アルカリ金属、希土類、若しくはハロゲン化合物を添加した、半導体基板 11と熱膨張係数が近いパイレックス（登録商標）ガラス等を用いることができるので、半導体基板 11と配線基板 20とを歪及び反りのない状態で接合することができる。

また、本実施形態に係る微小電子機械装置 Xは、半導体基板 11の一方主面 11a に構成される微小電子機械機構 12を有する微小電子機械部品 10と、封止材 30に電圧を印加する機能を担う第 2配線導体群 23を有する配線基板 20と、微小電子機械部品 10および配線基板 20と協働して微小電子機械機構 12を封止するための封止空間を構成し、且つ、電圧を印加することにより接合材として機能する封止材 30とを備えている。そのため、微小電子機械装置 Xでは、電圧を印加することにより接合材として機能する封止材 30に対して配線基板 20の第 2配線導体群 23により電圧を印加することができるので、封止材 30として有機成分を実質的に含有していないもの (例えば陽極接合用封止材)を採用して陽極接合により封止を行うことができる。このように、例えば陽極接合用封止材による陽極接合によって封止を行うと、有機成分の揮発などに起因して生じる残渣を実質的になくすことができるため、樹脂及びはんだなどに含まれる有機成分の揮発が生じ得る封止材による接合によって封止を行う場合に比べて、特に導電性接続材 40が封止材 30の外側にある場合に、微小電子機械機構 12の特性の劣化を抑制することができる。

また、本実施形態に係る微小電子機械装置 Xでは、半導体基板 11の内部において、電極 13に対向する領域以外の領域、好ましくは封止材 30で囲まれた内側の領域、電極 13および配線導体 51にそれぞれ対向する領域以外の領域に、電極層 50 が設けられるので、平面視したときに、半導体基板 11のほぼ全面が電極層 50によつて覆われることになり、封止材 30による陽極接合をより容易に行うことができる。微小電子機械装置 Xにおける配線基板 20は、封止材 30に電圧を印加するのに対して、リード線ではなぐ複数の貫通導体 23aおよび導体パターン 23bを含んでなる第 2配線導体群 23を採用しているため、微小電子機械装置 Xの小型化を図るうえで好適である。また、リード線を採用する場合は、封止材 30とリード線との位置関係（リード線からの距離など）に依存して接合状態 (接合強度）のバラツキが大きくなる傾向にあるため、例えば温度サイクル試験を行うと、相対的に接合強度の弱い部位においてリーク源となるクラックなどが発生し易くなる。しかし、微小電子機械装置 Xでは、上述のようにリード線を採用する場合に比べて小型化を図ることができるため、その分接合強度のバラツキが抑制され、ひいてはリーク源となるクラックなどの発生を抑制することができる。したがって、微小電子機械装置 Xでは、微小電子機械機構 12が位置する封止空間の気密封止性を充分に確保することができる。

微小電子機械装置 Xにおける配線基板 20の第 2配線導体群 23は、複数の貫通導体 23aと電気的に接続され且つ内部において複数の貫通導体 23aと交差する方向に広がる第 3配線導体である導体層 23cを更に含んでいる。そのため、微小電子機械装置 Xは、各貫通導体 23a間における電位差を小さくすることができるので、導体パターン 23bにおける電位のバラツキを低減することができる。すなわち、微小電子機械装置 Xでは、導体パターン 23bを介して封止材 30に対してより均等に電圧を印加することができるので、封止材 30による接合強度のバラツキが抑制され、ひいてはリーク源となるクラックなどの発生を抑制することができる。したがって、微小電子機械装置 Xでは、微小電子機械機構 12が位置する封止空間の気密封止性を充分に確保すること力 Sできる。

カロえて、微小電子機械装置 Xは、その内部において複数の貫通導体 23aと交差する方向に広がる導体層 23cを有しているため、封止材 30に電圧を印加して微小電子機械機構 2を封止した後は、第 2配線導体群 23を接地することにより導体層 23cの上方に位置する微小電子機械機構 12の収容領域 (封止空間）に外部から作用する電気的ノイズの影響を低減することができる。したがって、微小電子機械装置 Xでは、微小電子機械機構 12の収容領域 (封止空間）における電気的シールド機能を高めることがでさる。

微小電子機械装置 Xにおける配線基板 20の複数の貫通導体 23aは、各貫通導体 23aにより導体パターン 23bに生じる等電位線が略同形態となるように配置されている。このような構成によると、各貫通導体 23a間における電位差を実質的になくすことができるので導体パターン 23bにおける電位のバラツキをより低減することができる。すなわち、微小電子機械装置 Xでは、導体パターン 23bを介して封止材 30に対してより均等に電圧を印加することができるので、封止材 30による接合強度のバラツキが抑制され、ひいてはリーク源となるクラックなどの発生を抑制することができる。したがつて、微小電子機械装置 Xでは、微小電子機械機構 12が位置する封止空間の気密封止性を充分に確保することができる。

微小電子機械装置 Xは、平面視したとき、接続パッド 22aが導体パターン 23bの外方に位置している。すなわち、第 1配線導体群 22の一端は、半導体基板 11の一方主面 11aと第 1主面 21bとの封止材 30による接合部位よりも外側で、電極 13に電気的に接続される。このような構成によると、はんだなどに含まれる有機成分の揮発が生じ得る接合材により、接続パッド 22aと微小電子機械部品 10の電極 13とを電気的に接合しても、このはんだから生じる有機成分力導体パターン 23bより平面視したときに内方 (微小電子機械機構 12が位置している封止空間内）に拡散 (飛散)するのを防ぐこと力 Sできる。したがって、微小電子機械装置 Xでは、微小電子機械機構 12の特性の劣化を抑制することができる。

また、導電性接続材 40が封止材 30の外側にある場合には、接続パッド 22aと微小電子機械部品 10の電極 13との電気的接合状態を外観検査によって行うことができる。したがって、電気的接合状態を X線による接合検査などを行わなくて済むため、接合検査の作業性を高めることができる。

さらに、導電性接続材 40が封止材 30の外側にある場合には、導電性接続材 40が、微小電子機械機構 12が位置する封止空間に移動 (侵入)するのを防ぐことができる。したがって、微小電子機械装置 Xでは、導電性接続材 40が微小電子機械機構 12 に作用することに起因する問題の発生を防ぐことができるので、その信頼性を高めること力 Sできる。

なお、上述の説明では、封止材 30としてガラスを使用し、封止材 30に電圧を印加して封止材 30と半導体基板 11とを陽極接合した力ガラスからなる封止材 30を加熱用溶融して、再度固化することにより、半導体基板 11と絶縁基板 21とをフリット接合してもよレ、。この場合に、封止材 30は溶融して広がるが絶縁性材料であるため、導電性接続材 40と封止材 30との間の電気的短絡を防止することができる。よって、封止材 30と導電性接続材 40とのピッチを狭くすることができ、小型の微小電子機械装置を実現することが可能になる。また、半導体基板 11と絶縁基板 21とをフリット接合する場合には、封止材 30に電圧を印加する際に用いる電極層 50及び第 2配線導体群 23は不要となり、微小電子機械装置 Xをより簡単に製造することができる。なお、封止材 30による機械的な接合 (封止）と導電性接続材 40による電気的な接続とを同時に行なう場合、フリット接合させる封止材 30としては低軟ィ匕ガラスを、導電性接続材 4 0としては高融点金属をそれぞれ用いるのがよい。具体的には、封止材 30として、ビスマスガラス、リン酸ガラス、バナジウムガラス、ホウ珪酸ガラスなどの低軟ィ匕ガラスを用いることが好ましぐ導電性接続材 40として、 SnPb系高融点半田、 AnSn、 Au等を用いることが好ましい。なお、同時に接合を行わない場合は、一般に、導電性接続材 40による接続を行なった後、封止材 30によるフリット接合を行う。

また、微小電子機械装置 Xでは、絶縁基板 21が第 1主面 21b側に第 1凹部を有し、微小電子機械機構 12の少なくとも一部が第 1凹部 21a内に収容されるので、半導体基板 11の一方主面 11aと絶縁基板 21の第 1主面 21bとをより接近させることができ、これによつて、微小電子機械部品 10と配線基板 20とをより接近させることができ、装置の低背化を図り、小形化を図ることができる。

以下に、微小電子機械装置 Xの製造方法について説明する。なお、図 2A〜図 2D において、図解を容易にするために、電極層 50の図示を省略する。

まず、図 2Aに示すように、微小電子機械部品 10を構成要素として複数含む微小電子機械部品領域 A を有する半導体母基板 B を用意する。この各構成要素には

10 10

、それぞれ微小電子機械機構 12および電極 13が形成されている。

次に、図 2Bに示すように、絶縁基板 21を含む配線基板 20を構成要素として複数含む絶縁基板領域 A を有する配線母基板 B を用意する。この各構成要素には、

20 20

それぞれ接続パッド 22aおよび導体パターン 23bが形成されている。また、接続パッド 22a上には、導電性接続材 40が形成されており、導体パターン 23b上には、封止材 30が形成されている。接続パッド 22a上への導電性接続材 40の形成は、導電性接続材 40として錫—銀系などのはんだを採用する場合、はんだボールを接続パッド 22a上に位置決めし、加熱溶融させたうえで接合させることにより行われる。導体パターン 23b上への封止材 30の形成は、スパッタ法などによりガラス層を形成し、導体パターン 23bと同形状に形成されたガラスマスクを導体パターン 23bに対して位置合わせした後、露光およびエッチング処理することにより行われる。このようにして、予め、封止材 30および導電性接続材 40を所定位置に形成しておくと、封止材 30による機械的な接合 (封止）と導電性接続材 40による電気的な接続とを同時的に行うことができるため、微小電子機械装置 Xの製造作業性を向上させることができる。

次に、図 2Cに示すように、半導体母基板 B と配線母基板 B とを封止材 30を介し

10 20

て接合することにより接合体を形成する。具体的には、半導体母基板 B と配線母基

10 板 B との位置合わせ、すなわち、各電極層 50と各封止材 30、及び各電極 13と各導

20

電性接続材 40の位置合わせを行った後、半導体母基板 B の各電極 13と配線母基

10

板 B の各接続パッド 22aとを導電性接続材 40を介して接合するとともに、半導体母

20

基板 B と配線母基板 B の各導体パターン 23bとを封止材 30を介して接合すること

10 20

により接合体を形成する。半導体母基板 B の各電極 13と配線母基板 B の各接続

10 20 パッド 22aとの接合は、導電性接続材 40として錫—銀系はんだを採用し且つ導電性接続材 40と封止材 30との高さが略同一の場合、配線母基板 B の各接続パッド 22a

20

上に形成された導電性接続材 40上に半導体母基板 B の各電極 13を載置した後、

10

所定温度（例えば 250〜300°C)および所定圧力（例えば 0· IMPa)で熱圧着することにより行われる。一方、半導体母基板 B と配線母基板 B の各導体パターン 23bと

10 20

の接合は、封止材 30としてパイレックス（登録商標）ガラスを採用し且つ封止材 30と導電性接続材 40との高さが略同一の場合、配線母基板 B の各導体パターン 23b

20

上に形成された封止材 30上に半導体母基板 B を載置した後、所定温度 (例えば 2

10

00〜400°C)でカロ熱し、その後、加圧（例えば 0. OlMPa)しつつ、所定電圧（例えば 50〜300V)を印加することにより行われる。

なお、加圧しつつ所定電圧を印加する方法としては、配線母基板 B の下面全体

20

に電気的導通を行うための導電板 (カーボン樹脂などにより構成）配置し、この導電板により加圧しつつ、半導体母基板 B の電極層 50と導電板の間に電圧を印加する

10

方法などが挙げられる。このような方法によると、導電板により配線母基板 B を介し

20 て封止材 30の全体をより均等に加圧することができるのに加え、導電板により複数の貫通導体 23aおよび導体パターン 23bを介して封止材 30の全体に対してより均等に電圧を印加することができる。したがって、本方法を採用すると、封止材 30全体における接合強度のバラツキが抑制され、ひいてはリーク源となるクラックなどの発生を抑制することができるため、微小電子機械機構 12が位置する封止空間の気密封止性を充分に確保することができる。

また、導電性接続材 40としてはんだを採用する場合、このはんだとしては、はんだによる接合温度が封止材 30による接合温度よりも高くなる材料を選択するのが好ましい。このような材料選択を行うと、まず封止材 30により封止を行った後で、所定温度まで上げて導電性接続材 40による電気的接続を行うことができるため、導電性接続材 40としてのはんだに含まれる有機成分などが微小電子機械機構 12に付着してしまうのを効果的に防ぐことができる。

次に、図 2Dに示すように、半導体母基板 B および配線母基板 B の接合体を微

10 20

小電子機械装置 Xとなる構成要素ごとに、公知の分割手段 (例えばダイシング加工）によって分割する。以上のようにして、微小電子機械装置 Xを得ることができる。本実施形態に係る微小電子機械装置 Xの製造方法は、複数の微小電子機械装置 Xを同時集約的に得ることができるため、微小電子機械装置 Xの生産性を高めるうえで好適である。また、導電性接続材 40を用いて接続パッド 22aと微小電子機械部品 10の電極 13とを電気的に接合する場合に、封止材 30を加熱するための熱及びカロ圧するための圧力を利用することができるため、このような電気的接合と封止材 30による封止とを同時的に行うことができる。したがって、上述の製造方法は、微小電子機械装置 Xの生産性を高めるうえで好適である。

図 3は、本発明の第 2実施形態に係る微小電子機械装置 XIを示す断面図である。本実施形態において、上述の実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を付し、その説明を省略する。微小電子機械装置 XIは、微小電子機械部品 10Aと、配線基板 20と、封止材 30と、導電性接続材 40とを含む。微小電子機械部品 10Aは、半導体基板 11の内部に設けられ、一端が半導体基板 11の内部に設けられた電極層 50に導出され、他端が半導体基板 11の一方主面 11aに対向する他方主面 l ibまたは側面 (本実施形態では他方主面 l ib)に導出される第 5配線導体 60を備える。このように構成することによって、微小電子機械部品 10A側から第 5配線導体 60を介して封止材 30に電圧を印加することができ、微小電子機械部品 10Aと配線基板 20との封止材 30による陽極接合を行うことができる。

図 4は、本発明の第 3実施形態に係る微小電子機械装置 X2を示す断面図である。本実施形態において、上述の実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を付し、その説明を省略する。微小電子機械装置 X2は、微小電子機械部品 10と、配線基板 20Aと、封止材 30と、導電性接続材 40とを含む。配線基板 20Aを構成する絶縁基板 21Aは、第 1主面 21b側に、第 1凹部 21aとともに、第 2凹部 70と、第 3凹部 72とを有する。第 2凹部 70は、第 1凹部 21aの外側を環状に包囲して設けられる。封止材 30の少なくとも一部（本実施形態では全部）は、第 2凹部 70内に収容される。図 4に示された本実施形態では、第 1凹部 21aと第 2凹部 70とは連続しており、第 1凹部 21aと第 2凹部 70とで 1つの凹部 71を構成する。すなわち、この 1つの凹部 71には、該 1つの凹部 71を規定する絶縁基板 21Aの内周面に隣接して環状の封止材 30が収容される。また、第 3凹部 72は、凹部 71の外側に設けられる。そして、導電性接続材 40の少なくとも一部（本実施形態では全部）が、第 3凹部 72内に収容される。このように、封止材 30の少なくとも一部が第 2凹部 70、すなわち 1つの凹部 71に収容されるので、半導体基板 11の一方主面 11aと絶縁基板 21Aの第 1主面 21bとをより接近させることができ、これによつて、微小電子機械部品 10と配線基板 20Aとをより接近させることができ、装置の低背化を図り、装置の小形化を図ることができる。

なお、絶縁基板 21Aに第 2凹部 70を設けず、第 3凹部 72のみを設けた場合でも、第 3凹部 72の深さによって導電性接続材 40の量を調整することができるため、導電性接続材 40をより多く用いると、微小電子機械部品 10の電極 13と配線基板 20の接続パッド 22aとの間の接続強度を高くすることができる。

以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本実施形態において微小電子機械装置 Xは、各々 1つの微小電子機械機構 12が構成されているが、 1つの微小電子機械装置内に複数の微小電子機械機構 12を構成するようにしてもよい。

本実施形態において配線基板 20の絶縁基板 21には、第 1凹部 21aが形成されている力この第 1凹部 21aは必ずしも必要ではな例えば封止材 30の高さを適宜設定することにより、微小電子機械機構 12の駆動領域 (封止空間）を確保するようにしてもよい。また、本実施形態において微小電子機械装置 Xを平面視したとき、封止材 30の形状と導体パターン 23bの形状は重なる力必ずしもそうである必要はな封止材 30 と導体パターン 23bの少なくとも一部が重なっていればよレ、。ただし、重なる面積が大きいほど、導体パターン 23bを介して封止材 30に効率よく電圧を印加することができる。

本実施形態において、配線基板 20と図示しない外部電子回路基板との電気的な接続を行う外部端子としては、はんだボール 23dには限られず、リード端子、若しくは導電性接着剤などを採用してもよレ、。

本実施形態において、微小電子機械機構 12に対する電磁的な遮蔽効果を高めるベぐ配線基板 20における絶縁基板 21の内部に接地電位が供給される導体層を更に形成してもよい。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなぐ他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

Claims

請求の範囲

[1] 半導体基板、該半導体基板の一方主面に構成される微小電子機械機構、及び該微小電子機械機構に電気的に接続される電極を有する微小電子機械部品と、前記半導体基板の一方主面に対向する第 1主面を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の内部に設けられるとともに、一端が前記第 1主面に導出され前記電極に電気的に接続される第 1配線導体と、

前記半導体基板の一方主面と前記第 1主面との間で前記微小電子機械機構を取り囲むように配置され、前記微小電子機械機構を気密封止するガラスから成る封止材と、

前記封止材から離間した位置で、前記電極と前記第 1配線導体の前記一端とを電気的に接続する導電性接続材と

を備える微小電子機械装置。

[2] 前記封止材は、陽極接合により前記半導体基板に接合可能であることを特徴とする請求項 1に記載の微小電子機械装置。

[3] 前記導電性接続材は、前記封止材の外側で、前記電極と前記第 1配線導体の前記一端とを接続することを特徴とする請求項 1または 2に記載の微小電子機械装置。

[4] 前記絶縁基板は、前記第 1主面側に第 1凹部を有し、

前記微小電子機械機構の少なくとも一部は、前記第 1凹部内に収容されることを特徴とする請求項 1〜3のいずれかに記載の微小電子機械装置。

[5] 前記絶縁基板は、前記第 1主面側に第 2凹部を有し、

前記封止材の少なくとも一部は、前記第 2凹部内に収容されることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の微小電子機械装置。

[6] 前記第 2凹部は、環状であることを特徴とする請求項 5に記載の微小電子機械装置

[7] 前記絶縁基板の内部に設けられるとともに、一端が前記第 1主面に導出され前記封止材に電気的に接続される少なくとも 1つの第 2配線導体と、

前記第 2配線導体の前記一端と前記封止材との間に設けられた導体パターンとを備えることを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の微小電子機械装置。

[8] 前記第 2配線導体は複数存在し、

前記絶縁基板の内部に設けられるとともに、複数の前記第 2配線導体を電気的に接続する第 3配線導体を備えることを特徴とする請求項 7に記載の微小電子機械装置。

[9] 平面視したとき、前記封止材の形状と前記導体パターンの形状は重なることを特徴とする請求項 7または 8に記載の微小電子機械装置。

[10] 前記微小電子機械部品は、前記半導体基板の内部に設けられた電極層を備えることを特徴とする請求項 7〜9のいずれかに記載の微小電子機械装置。

[11] 前記電極層は、前記半導体基板の側面に導出されることを特徴とする請求項 10に記載の微小電子機械装置。

[12] 前記微小電子機械部品は、前記半導体基板の内部に設けられ、一端が前記電極層に接続され、他端が前記半導体基板の該一方主面に対向する他方主面または側面に導出される第 4配線導体を備えることを特徴とする請求項 10または 11に記載の微小電子機械装置。

[13] 請求項 10〜： 12のいずれかに記載の微小電子機械装置の製造方法であって、前記絶縁基板における前記導体パターン上に前記封止材を形成する形成工程と、前記半導体基板の前記一方主面と前記絶縁基板の前記第 1主面とを対向させるとともに、前記電極層と前記封止材、及び前記電極と前記導電性接続材をそれぞれ位置合わせする位置合わせ工程と、

前記半導体基板と前記封止材とを陽極接合する接合工程と、

前記導電性接続材を加熱して前記電極と前記第 1配線導体の前記一端とを接続する接続工程と

を含むことを特徴とする微小電子機械装置の製造方法。

[14] 前記接合工程と前記接続工程とを同時に行うことを特徴とする請求項 13に記載の微小電子機械装置の製造方法。

[15] 前記接合工程は、

前記封止材を加熱する工程と、

前記半導体基板及び前記絶縁基板を介して前記封止材を加圧する工程と、前記半導体基板内の前記電極層及び前記絶縁基板内の前記第 2配線導体を介して前記封止材に電圧を印加する工程と

を含むことを特徴とする請求項 13または 14に記載の微小電子機械装置の製造方法請求項 10〜： 12のいずれかに記載の微小電子機械装置の製造方法であって、前記微小電子機械部品を構成要素として含む微小電子機械部品領域を複数有する半導体母基板と、前記絶縁基板を構成要素として含む絶縁基板領域を複数有し、前記各絶縁基板に前記封止材をそれぞれ形成してなる配線母基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、

前記半導体母基板における前記各半導体基板と前記各封止材とを陽極接合する接合工程と、

前記各導電性接続材を加熱して前記電極と前記第 1配線導体の前記一端とを接続する接続工程と

前記各封止材による前記半導体母基板と前記配線母基板との接合体を切断する工程と

を含むことを特徴とする微小電子機械装置の製造方法。