JP2008135594A - 微小電子機械部品封止用基板及び複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板、並びに微小電子機械装置及び微小電子機械装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 搭載される電子部品の実装熱履歴による残留応力、及びそれらの電子部品から発生する熱により微小電子機械機構に歪や応力が加わることを防止することができるとともに、薄型化を実現することができる微小電子機械部品封止用基板を提供する。
【解決手段】 半導体基板と該半導体基板の主面に形成される微小電子機械機構と該微小電子機械機構に電気的に接続される第１電極とを有する微小電子機械部品の微小電子機械機構を気密封止するとともに、第１電極に電気的に接続される第２電極を有する電子部品を搭載する微小電子機械部品封止用基板であって、絶縁基板の第１主面は、半導体基板の主面に接合される第１領域と電子部品が搭載される第２領域とを有し、絶縁基板の内部に形成された配線導体は、第１主面における第１領域に導出され第１電極に電気的に接続される一端と、第１主面における第２領域に導出され第２電極に電気的に接続される他端とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微小電子機械部品を気密封止するとともに、その微小電子機械部品に電気的に接続された電子部品を搭載する微小電子機械部品封止用基板、及び複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板、並びにそのような微小電子機械部品封止用基板と微小電子機械部品とを備える微小電子機械装置とその製造方法に関するものである。

近年、シリコンウェーハ等の半導体基板の主面に、半導体集積回路素子等の微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を形成した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。

このような微小電子機械機構としては、加速度計、圧力センサ、アクチュエータ等のセンサや、微細な鏡面体を可動式に形成したマイクロミラーデバイス、光デバイス、あるいはマイクロポンプ等を組み込んだマイクロ化学システム等、非常に広い分野にわたるものが試作、開発されている。

そのような微小電子機械機構を形成した微小電子機械部品を用いて微小電子機械装置を構成するための従来の微小電子機械部品封止用基板及びそれを用いて成る微小電子機械装置の一例を図５に断面図で示す。

図５に示す例では、微小電子機械機構１２２が形成された半導体基板１２１の主面には、微小電子機械機構１２２に電力を供給したり、微小電子機械機構１２２から外部の電気回路に電気信号を送り出したりするための電極１２３が微小電子機械機構１２２と電気的に接続されて形成されており、これら半導体基板１２１、微小電子機械機構１２２及び電極１２３により、１つの微小電子機械部品１２４が構成される。

なお、このような微小電子機械部品１２４は、通常、後述するように、半導体基板１２１の主面に多数個が縦横に配列形成された多数個取りの形態で形成した後、個々の半導体基板１２１に切断することにより製作されるので、この切断の際に切削粉等の異物が微小電子機械機構１２２に付着して作動の妨げになることを防止するために、ガラス板１２５等で覆われて保護されている。

そして、この微小電子機械部品１２４を、微小電子機械部品収納用の凹部Ａを有するパッケージ１３１の凹部Ａ内に収納するとともに、微小電子機械部品１２４の電極１２３をパッケージ１３１の電極パッド１３２にボンディングワイヤ１３３等の導電性接続材を介して接続した後、パッケージ１３１の凹部Ａを蓋体１３４で覆って微小電子機械部品１２４を凹部Ａ内に気密封止することにより、微小電子機械装置として完成する。この場合、微小電子機械部品１２４は、微小電子機械機構１２２の動作を妨げないようにするため、中空状態で気密封止する必要がある。

この微小電子機械装置について、あらかじめパッケージ１３１の電極パッド１３２から外表面に導出するようにして形成しておいた配線導体１３５の導出部分を外部電気回路に接続することにより、気密封止された微小電子機械機構１２２が、電極１２３、ボンディングワイヤ１３３、電極パッド１３２及び配線導体１３５を介して外部の電気回路と電気的に接続される。

また、このような微小電子機械部品１２４は、通常、広面積の半導体基板の主面に多数個を縦横に配列形成させることにより製作されており、この場合の微小電子機械装置の製造方法は、従来、以下のようなものであった。

すなわち、
１、半導体基板の主面に、微小電子機械機構１２２及びこれに電気的に接続された電極１２３が形成されて成る微小電子機械部品領域を多数個、縦横に配列形成した微小電子機械部品を準備する工程と、
２、各微小電子機械部品の微小電子機械機構１２２を、その周囲が中空状態となるようにして、ガラス板１２５等で覆って封止する工程と、
３、半導体基板にダイシング加工等の切断加工を施して、個々の微小電子機械部品１２４に分割する工程と、
４、個々の微小電子機械部品１２４を、微小電子機械部品収納用パッケージ１３１内に気密封止する工程と、により製作される。

このような従来の製造方法においては、半導体基板の主面に配列形成された多数の微小電子機械部品領域の１個ずつをガラス板１２５等で封止して保護しておく必要があること、また、一旦ガラス板１２５で封止した微小電子機械部品を、個片の微小電子機械部品１２４に分割した後、改めてパッケージ１３１内に気密封止するとともに、その電極１２３をパッケージ１３１の電極パッド１３２等に接続して外部接続させる必要があること、等のため、生産性が悪く、実用化が難しいという問題があった。

この問題に対し、半導体基板の主面に配列形成された多数個の微小電子機械機構１２２を一括して覆い、封止するような基板が提案されている。

このような封止用の基板としては、半導体基板を材料とするものや導電性の金属板等を材料にするもの等が知られている。

封止用の基板が半導体基板から成る場合、例えば、主面に多数個の微小電子機械部品領域が配列形成された第１の半導体基板とは別に、この微小電子機械部品領域の配列に対応させて多数の凹部を配列形成した封止用の第２の半導体基板を準備し、第１の半導体基板の主面上に第２の半導体基板を、第２の半導体基板の凹部が第１の半導体基板の微小電子機械部品領域を覆うようにして接合し、第２の半導体基板の内側に第１の半導体基板の微小電子機械部品領域（特に微小電子機械機構）を封止するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、封止用の基板が導電性を有する金属板から成る場合、導電性を有するカバー用の金属板に所定パターンの溝を形成するとともに、この溝をガラスやセラミック材料で充填して平坦化させた後、その上にボンディング用の導体パターン（電極パッド等）を形成し、この導体パターンに微小電子機械部品の電極を接続するとともに金属板を半導体基板の主面に接合し、その後、微小電子機械部品領域をセラミックやガラス等で封着するとともに、導体パターンを外部に導出するための外部配線用電極パターンを形成するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、微小電子機械機構、いわゆるＭＥＭＳを成した電子デバイスにおいては、ＭＥＭＳ素子と電気的に接続された端子と、半導体回路やキャパシタ、レジスタ等の受動素子とを接続するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００１−１４４１１７号公報 特開２００２−４３４６３号公報 特開２００４−２０９５８５号公報

しかしながら、このような従来の技術においては、近年、センサ用途等で使用される微小電子機械機構等において次のような不具合を十分に抑制しきれない可能性が生じてきた。

すなわち、センサ用途等で使用される微小電子機械機構は、近年、微小電子機械機構の応答精度の高精度化、長時間駆動などが行われることから、微小電子機械機構の電力応答性の向上、低消費電力化が求められてきている。

また、センサ用途等で使用される微小電子機械機構は民生機器や携帯機器への適用が期待されており、微小電子機械機構でセンシングした信号を高速に信号処理するＩＣやインダクタ、キャパシタ等の微小電子機械部品と合わせてより一層の薄型化が求められている。

これに対し、上記特許文献３に記載のＭＥＭＳ素子搭載電子デバイスにおいては、ＭＥＭＳ素子と電気的に接続された端子と、半導体回路やキャパシタ、レジスタ等の受動素子とを縦方向に接続実装する構成が開示されている（段落００９６及び図１５参照）。このようにＭＥＭＳ素子と半導体回路や受動素子とを縦方向に実装した場合、電子デバイスの薄型化が難しいという問題があった。

また、微小電子機械部品封止用基板の他方主面（特許文献３の図１５では、蓋体２の上面）にＩＣ等の電子素子やインダクタ、キャパシタ等の電気素子が実装されているため、実装熱履歴による残留応力の影響で、微小電子機械機構に歪や応力が発生し、センサ応答精度の劣化や微小電子機械機構の誤動作が発生するという問題があった。

さらには、微小電子機械機構でセンシングした信号を高速に信号処理する電子素子やインダクタ、キャパシタ等の電気素子から発生する熱が、微小電子機械機構に歪や応力を与えることにより、センサ応答精度の劣化や微小電子機械機構の誤動作が発生するという問題もあった。

本発明は、上記従来の技術における諸問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、搭載される電子部品の実装熱履歴による残留応力、及びそれらの電子部品から発生する熱により微小電子機械機構に歪や応力が加わることを防止することができるとともに、薄型化を実現することができる微小電子機械部品封止用基板、及び複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板、並びにそのような微小電子機械部品封止用基板を有する微小電子機械装置、及びそのような微小電子機械装置の製造方法を提供することにある。ここで、電子部品とは、電気素子も電気素子も含むものとする。

本発明の微小電子機械部品封止用基板は、半導体基板と該半導体基板の主面に形成される微小電子機械機構と該微小電子機械機構に電気的に接続される第１電極とを有する微小電子機械部品の前記の微小電子機械機構を気密封止するとともに、前記の第１電極に電気的に接続される第２電極を有する電子部品を搭載する微小電子機械部品封止用基板であって、前記の微小機械機構を気密封止するように前記の半導体基板の前記の主面に接合される第１主面を備えた絶縁基板と、前記の絶縁基板の内部に形成された配線導体とを備え、前記の第１主面は、前記の半導体基板の前記の主面に接合される第１領域と前記の電子部品が搭載される第２領域とを有し、前記の配線導体は、前記の第１主面における前記の第１領域に導出され前記の第１電極に電気的に接続される一端と、前記の第１主面における前記の第２領域に導出され前記の第２電極に電気的に接続される他端とを備えることを特徴とするものである。この微小電子機械部品封止用基板を、「第１の微小電子機械部品封止用基板」という。

また、第１の微小電子機械部品封止用基板において、好ましくは、前記の第１及び第２の電極がそれぞれ複数存在し、前記の配線導体は、それぞれ複数配置されており、前記絶縁基板を平面透視して、前記の配線導体は、前記の微小電子機械部品と前記の電子部品の中心を通る直線に関して線対称に配置されていることを特徴とするものである。この微小電子機械部品封止用基板を、「第２の微小電子機械部品封止用基板」という。

また、第２の微小電子機械部品封止用基板において、好ましくは、前記絶縁基板を平面透視して、複数の前記の配線導体うち前記の直線に最も近い位置に配置された少なくとも１つの配線は、該複数の前記の配線導体のうち最も長さが短いことを特徴とするものである。この微小電子機械部品封止用基板を、「第３の微小電子機械部品封止用基板」という。

また、第１から第３のいずれかの微小電子機械部品封止用基板において、好ましくは、前記の第１電極及び第２電極はそれぞれ複数存在し、前記の絶縁基板の内部に形成された接地用導体を備え、前記の接地用導体は、前記の第１主面における前記の第１領域に導出され前記の第１電極の少なくとも１つに電気的に接続される第１端部と、前記の第１主面における前記の第２領域に導出され前記の第２電極の少なくとも１つに電気的に接続される第２端部とを備えることを特徴とするものである。この微小電子機械部品封止用基板を、「第４の微小電子機械部品封止用基板」という。

また、第４の微小電子機械部品封止用基板において、好ましくは、前記の接地用導体は、前記の絶縁基板の前記の第１主面に対向する第２主面又は前記の絶縁基板の側面に導出される第３端部を備えることを特徴とするものである。この微小電子機械部品封止用基板を、「第５の微小電子機械部品封止用基板」という。

また、第５の微小電子機械部品封止用基板において、好ましくは、前記の半導体基板の前記の主面と前記の絶縁基板の前記の第１主面における前記の第１領域とは、導電性接合材を介して接合されており、前記の接地用導体は、前記の絶縁基板の前記の一方主面における前記の第１領域と前記の半導体基板の主面との接合部位に導出される第４端部を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板は、微小電子機械部品封止用基板を構成する封止領域を複数有してなることを特徴とするものである。

また、本発明の微小電子機械装置は、前記の微小電子機械部品封止用基板と、前記の微小電子機械部品と、前記の電子部品とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の微小電子機械装置の製造方法は、微小電子機械機構と該微小電子機械機構に電気的に接続された第１電極とが形成されている複数の微小電子機械部品領域が半導体基板上において少なくとも一方向に配列形成されてなり、前記の微小電子機械部品領域は、該一方向に一定の間隔で配列されている複数個取り形態の微小電子機械部品基板を準備する工程と、複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板を準備する工程と、対応する前記の第１電極に接続される第２電極をそれぞれ有する複数の電子部品を準備する工程と、前記の微小電子機械部品基板の前記の各第１電極と対応する前記の第１配線導体の一端とを電気的に接続するとともに、前記の複数個取り形態の微小電子機械部品基板と前記の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板とを接合して前記の各微小電子機械機構をそれぞれ気密封止する工程と、前記の複数個取り形態の微小電子機械部品基板における前記の微小電子機械部品領域以外の領域を除去する工程と、前記の除去により露出した前記の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板の前記の一方主面に前記の複数の電子部品を搭載する工程と、前記の複数個取り携帯の微小電子機械部品封止用基板を、前記の封止領域毎に分割する工程とを備えることを特徴とするものである。

本発明の微小電子機械部品封止用基板によれば、半導体基板と該半導体基板の主面に形成される微小電子機械機構と該微小電子機械機構に電気的に接続される第１電極とを有する微小電子機械部品の前記の微小電子機械機構を気密封止するとともに、前記の第１電極に電気的に接続される第２電極を有する電子部品を搭載する微小電子機械部品封止用基板であって、前記の微小機械機構を気密封止するように前記の半導体基板の前記の主面に接合される第１主面を備えた絶縁基板と、前記の絶縁基板の内部に形成された配線導体とを備え、前記の第１主面は、前記の半導体基板の前記の主面に接合される第１領域と前記の電子部品が搭載される第２領域とを有し、前記の配線導体は、前記の第１主面における前記の第１領域に導出され前記の第１電極に電気的に接続される一端と、前記の第１主面における前記の第２領域に導出され前記の第２電極に電気的に接続される他端とを備えるようにしたことから、搭載される電子部品の実装熱履歴による残留応力、及びそれらの電子部品から発生する熱により微小電子機械機構に歪や応力が加わることを防止することができるとともに、薄型化を実現することができる。

また、本発明の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板は、微小電子機械部品封止用基板を構成する封止領域を複数有してなることから、半導体基板の主面に形成された微小電子機械機構を一括して封止することができるため、搭載される電子部品の実装熱履歴による残留応力、及びそれらの電子部品から発生する熱により微小電子機械機構に歪や応力が加わることを防止することができるとともに、薄型化を実現することができる微小電子機械装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。

また、本発明の微小電子機械装置は、前記の微小電子機械部品封止用基板と、前記の微小電子機械部品と、前記の電子部品とを備えることを特徴とすることから、半導体基板の主面に形成された微小電子機械機構を容易かつ確実に封止することができるとともに、この微小電子機械機構と接続された電極を容易かつ確実に、例えば表面実装が可能な形態で外部接続でき、電子部品と合わせてより一層の薄型化が可能な微小電子機械部品封止用基板を提供することができる。

また、搭載される電子部品の実装熱履歴による残留応力、及びそれらの電子部品から発生する熱により微小電子機械機構に歪や応力が加わることを防止することができる。

また、本発明の微小電子機械装置の製造方法は、微小電子機械機構と該微小電子機械機構に電気的に接続された第１電極とが形成されている複数の微小電子機械部品領域が半導体基板上において少なくとも一方向に配列形成されてなり、前記の微小電子機械部品領域は、該一方向に一定の間隔で配列されている複数個取り形態の微小電子機械部品基板を準備する工程と、複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板を準備する工程と、対応する前記の第１電極に接続される第２電極をそれぞれ有する複数の電子部品を準備する工程と、前記の微小電子機械部品基板の前記の各第１電極と対応する前記の第１配線導体の一端とを電気的に接続するとともに、前記の複数個取り形態の微小電子機械部品基板と前記の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板とを接合して前記の各微小電子機械機構をそれぞれ気密封止する工程と、前記の複数個取り形態の微小電子機械部品基板における前記の微小電子機械部品領域以外の領域を除去する工程と、前記の除去により露出した前記の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板の前記の一方主面に前記の複数の電子部品を搭載する工程と、前記の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板を、前記の封止領域毎に分割する工程とを備えることから、複数の微小電子機械部品領域において、複数の微小電子機械機構を同時に気密封止することができるので、微小電子機械機構に歪や応力が加わることが防止されるとともに、互いに接合された微小電子機械部品及び微小電子機械部品封止用基板からなる薄型の微小電子機械装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による微小電子機械部品封止用基板を有する微小電子機械装置の構成例を示す断面図である。図１に示されるように、微小電子機械装置１は、微小電子機械部品２と微小電子機械部品封止用基板３と電子部品４とを備える。微小電子機械部品２は、半導体基板５と、該半導体基板５の一方主面（図１では、半導体基板５の下面）に形成される微小電子機械機構６と、該微小電子機械機構６に電気的に接続される電極（以下、「第１電極」という。）７とを有する。一方、微小電子機械部品封止用基板３は、絶縁基板８と、第１配線導体９と、第２配線導体１０と、第３配線導体１１とを備える。

ここで、電子部品４は、微小電子機械機構６でセンシングした信号を信号処理する、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の電子素子であってよい。

この微小電子機械部品封止用基板６を用いて、半導体基板５の主面（図１では、半導体基板５の下面）に設けられた微小電子機械機構６を封止するとともに、微小電子機械部品封止用基板６上に、第１電極７に電気的に接続される電極（以下、「第２電極」という。）１２を有する電子部品４が搭載され、微小電子機械機構６が外部接続可能な状態で封止されてなる微小電子機械装置１が形成される。

絶縁基板８の一方主面（以下、「第１主面」という。）は、半導体基板５の微小電子機械機構６が形成された主面に接合される第１領域と、電子部品４が搭載される第２領域とを有する。また、第１配線導体９は、絶縁基板８の内部に形成され、一端は第２配線導体１０に接続される一方、他端は第３配線導体１１に接続される。第２配線導体１０は、絶縁基板８を貫通する貫通導体であり、その一端は絶縁基板８の第１主面における第１領域に導出され、その他端は絶縁基板８の他方主面、すなわち第１主面に対向する主面（以下、「第２主面」という。）に導出される。第３配線導体１１は、絶縁基板８の内部に形成され、一端が絶縁基板８の第１主面における第２領域に導出される一方、他端は第１配線導体９に接続される。

絶縁基板８の第２主面に導出された第２配線導体１０の他端は、外部端子１３に接続され、その外部端子１３を介して、外部の電気回路に接続される。

微小電子機械機構６は、例えば電気スイッチ、インダクタ、キャパシタ、共振器、アンテナ、マイクロリレー、光スイッチ、ハードディスク用磁気ヘッド、マイク、バイオセンサー、ＤＮＡチップ、マイクロリアクタ、プリントヘッド、加速度センサ、圧力センサなどの各種センサ、ディスプレイデバイスなどの機能を有する微小電子機械部品であり、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ニングで作る部品であり、１素子あたり１０μｍ〜数１００μｍ程度の寸法を有する。

絶縁基板８は、微小電子機械機構６を封止するための蓋体として機能するとともに、第１配線導体９、第２配線導体１０、及び第３配線導体１１を形成するための基体として機能する。

絶縁基板８の第１主面は、半導体基板５の一方主面に、例えば接合材１４によって接合されている。ここで、接合材１４は、絶縁基板８の第１主面上に、微小電子機械機構６を気密封止するように微小電子機械機構６を取り囲んで配置されている。また、絶縁基板８の第１主面に、微小電子機械部品２の微小電子機械機構６を内側に収めるような凹部を形成しておいてもよい。凹部内に微小電子機械機構６の一部を収めるようにしておくと、微小電子機械機構６を取り囲む接合材１４の高さを低く抑えることができ、微小電子機械装置１の低背化に有利なものとなる。

この絶縁基板８は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料や、ポリイミド、ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材等により形成される。

絶縁基板８は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムとガラス粉末等の原料粉末をシート上に成形して成るグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される。

なお、絶縁基板８は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途や気密封止する微小電子機械機構６の特性等に応じて適したものを選択することが好ましい。

例えば、絶縁基板８は、半導体基板５と機械的に接合されるので、半導体基板５との接合の信頼性、つまり微小電子機械機構６の封止の気密性を高くするためには、ムライト質焼結体や、例えばガラス成分の種類や添加量を調整することにより熱膨張係数を半導体基板５に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような半導体基板５との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。

また、絶縁基板８は、第１配線導体９、第２配線導体１０、及び第３配線導体１１により伝送される電気信号の遅延を防止するような場合には、ポリイミド、ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材、または、酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系や酸化リチウム系等のガラスセラミックス焼結体等のような比誘電率の小さい材料で形成することが好ましい。

絶縁基板８は、封止する微小電子機械機構６の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とするような場合には、窒化アルミニウム質焼結体等のような熱伝導率の大きな材料で形成することが好ましい。

これらの第１配線導体９、第２配線導体１０、及び第３配線導体１１は、絶縁基板８内部に形成されており、絶縁基板８における第１領域に導出された第２配線導体１０の一端は、第１電極７を介して、微小電子機械機構６に電気的に接続される。また、絶縁基板８における第２領域に導出された第３配線導体１１の一端は、第２電極１２を介して電子部品４に電気的に接続される。

これらの第１配線導体９、第２配線導体１０、及び第３配線導体１１は、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料により形成される。

この形成の手段としては、メタライズ、めっき、蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手段を用いることができる。

例えば、絶縁基板８内の配線導体がタングステンから成る場合であれば、タングステンのペーストを絶縁基板８となるグリーンシートに印刷してこれをグリーンシートとともに焼成することにより形成されてよい。

第１電極７及び第２電極１２は、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、銅、アルミニウムなどの金属材料により形成され、錫−銀系、錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、導電性有機樹脂、あるいはシーム溶接、電子ビーム溶接等の溶接法による接合を可能とするような金属材料等により、対応する微小電子機械部品２及び電子部品４とそれぞれ接続される。

また、絶縁基板８の第１主面と半導体基板５の主面は接合されて、微小電子機械機構６を気密封止している。絶縁基板８の第１主面と半導体基板５の主面とを接合する接合材１４としては、錫−銀系，錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材のような接合部材として知られる金属材料、金属粉末を含有したエポキシ樹脂等の導電性接着材、あるいはエポキシ樹脂接着材等の樹脂材料等が挙げられる。

また、上記接合材１４として、さらに、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の鉄−ニッケル系合金，無酸素銅，アルミニウム，ステンレス鋼，銅−タングステン合金，銅−モリブデン合金等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等の無機系材料にＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属層をめっき法等で形成した導電性被膜等を形成したものに、錫−銀系，錫−銀−銅系等の半田を塗布したものを使用することができる。

絶縁基板８の主面に半導体基板５を接合する方法としては、錫−銀系等の半田，金−錫ろう等の低融点ろう材，銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材，導電性有機樹脂等の接合材を介して接合する方法、あるいはシーム溶接、電子ビーム溶接等の溶接法を用いることができる。

この微小電子機械装置１のうち第２配線導体１０の導出部分を、半田ボール等の外部端子１３を介して外部の電気回路に接続することにより、微小電子機械機構６を含む微小電子機械部品２、及び電子部品４が外部電気回路にそれぞれ電気的に接続される。

本実施の形態による微小電子機械部品封止用基板によれば、半導体基板の主面に形成された微小電子機械機構を容易かつ確実に封止することができるとともに、この微小電子機械機構と接続された半導体基板の主面に形成されている第１電極を容易かつ確実に、例えば表面実装が可能な形態で外部接続でき、微小電子機械装置の生産性を高くすることができる。

また、本実施の形態による微小電子機械部品封止用基板によれば、微小電子機械部品の半導体基板に接合される面と同一平面上に電子部品が搭載されるので、微小電子機械部品の微小電子機械機構を封止するとともに電子部品を搭載することができる、より薄型化された微小電子機械部品封止用基板を実現することができる。また、絶縁基板において、微小電子機械機構に対向する第１領域と、電子部品が搭載される第２領域とは対向せず、隣り合っていることから、電子部品を微小電子機械部品封止用基板に実装する際に、微小電子機械機構に歪や応力を与えないので、微小電子機械機構の誤動作を防止し、センサ応答精度が高い微小電子機械部品封止用基板及び微小電子機械装置を得ることができる。

また、微小電子機械機構６でセンシングした信号を高速に信号処理する電子素子やインダクタ、キャパシタ等の電気素子から発生する熱が、微小電子機械機構６に歪や応力などの悪影響を与えることがないので、センサ応答精度が高い微小電子機械部品封止用基板６及び微小電子機械装置１を得ることができる。

なお、微小電子機械部品２の第１電極７及び電子部品４の第２電極１２はそれぞれ複数存在してもよい。また、微小電子機械部品封止用基板３の内部には、図１に示されるように、第１配線導体９、第２配線導体１０、及び第３配線導体１１の他に、別の配線導体が形成されていてもよい。そのような配線導体は、例えば貫通導体であってもよく、一端が微小電子機械部品２の第１電極７又は電子部品４の第２電極１２に接続されると共に、他端が外部端子１３に接続されてもよい。

さらに、第１電極７及び第２電極９がそれぞれ複数存在し、一端が第１電極７に接続されるとともに、他端が第２電極９に接続される配線導体が複数配置されている場合、配線導体は、絶縁基板８を平面透視して、微小電子機械部品２と電子部品４との配列方向に平行な、微小電子機械部品２と電子部品４の中心を通る直線に関して線対称に配置されていることが好ましい。このように配線導体が線対称に配置されていると、多数の端子を有する微小電子機械部品２及び電子部品４を実装、搭載することができ、さらに微小電子機械部品２及び電子部品４を実装した際に発生する応力分布が、微小電子機械部品２と電子部品４との配列方向に平行な、微小電子機械部品２と電子部品４の中心を通る直線に関して線対称になることから、局所的な応力集中が緩和できるので、微小電子機械機構６の誤動作を防止し、センサ応答精度が高い微小電子機械部品封止用基板及び微小電子機械装置を得ることができる。

また、絶縁基板８を平面透視した場合に、複数の配線導体うち、微小電子機械部品２と電子部品４の中心を通る上記直線に最も近い位置に配置された少なくとも１つの配線は、該複数の配線導体のうち長さが最も短いことが好ましい。例えば、微小電子機械部品２でセンシングした信号を電子部品４へ伝送するための配線導体は、通常、微小電子機械部品２と電子部品４の中心を通る上記直線に最も近い位置に配置される。よって、微小電子機械部品２でセンシングした信号を電子部品４へ伝送するための配線導体において、配線長を極力短く形成することができ、伝送ロスを極力小さくすることが可能になるので、微小電子機械機構６や微小電子機械部品２を作動させるための電源の省電力化が図れるため、長時間駆動及び、電源部品の小型化、小規模化が実現できる。また、微小電子機械機構６で検知した信号を素早く正確に電子部品４へ伝送することができるので、センサ応答特性が向上する。よって、近年、センサモジュールなどで問題になっている電源部品の大型化によるモジュールサイズの大型化、高コスト化、高発熱化を防ぐことができ、微小電子機械装置の小型化、薄型化、高性能化が実現できる。なお、絶縁基板８の内部に形成された複数の配線導体は、絶縁基板８を平面透視して、微小電子機械部品２と電子部品４の中心を通る上記直線に平行に配置されることが好ましい。この際、配線導体の長さとは、上記直線に平行な方向における長さである。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態による微小電子機械部品封止用基板、及びその微小電子機械部品封止用基板を用いた微小電子機械装置について説明する。

図２は、本実施の形態による微小電子機械部品封止用基板を有する微小電子機械装置の構成例を示す断面図である。図２において、図１に示された微小電子機械装置と同一の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。図２に示された微小電子機械装置２１が、図１に示された微小電子機械装置１と異なる点は、絶縁基板８の内部に接地用導体２２が配置されている点、及び絶縁基板８の第１主面に導出された接地用導体２２の端部上に接続パッド２３，２４が設けられている点である。なお、ここでいう接地用導体２２とは、必ずしも接地電位が供給される導体に限らず、基準電位が供給される導体をいう。

接地用導体２２は、先述の第１配線導体９、第２配線導体１０、及び第３配線導体１１と同様に、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料により形成される。

この形成の手段としては、メタライズ、めっき、蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手段を用いることができる。

例えば、接地用導体２２が、タングステンから成る場合であれば、タングステンのペーストを絶縁基板８となるグリーンシートに印刷してこれをグリーンシートとともに焼成することにより形成されてもよい。

第１接続パッド２３及び第２接続パッド２４は、先述の第１電極７及び第２電極１２と同様に、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、銅、アルミニウムなどの金属材料により形成され、錫−銀系、錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、導電性有機樹脂、あるいはシーム溶接、電子ビーム溶接等の溶接法による接合を可能とするような金属材料等により成る。

本実施の形態による微小電子機械部品封止用基板３は、第１電極７及び第２電極１２が、それぞれ複数存在し、絶縁基板８の内部に形成された接地用導体２２を備え、接地用導体２２は、絶縁基板８の第１主面における第１領域に導出され第１電極７の少なくとも１つに電気的に接続される第１端部３１と、絶縁基板８の第１主面における第２領域に導出され第２電極１２の少なくとも１つに電気的に接続される第２端部３２とを備える。そして、第１端部３１上に第１接続パッド２３が設けられ、第２端部３２上に第２接続パッド２４が設けられる。このような構成において、接地用導体２２に接地電位を供給すると、微小電子機械機構６を有する微小電子機械部品２と電子部品４との接地状態を安定化することができるので、微小電子機械機構６の外部から第１配線導体９、第２配線導体１０、及び第３配線導体１１を伝わり外部より伝播してきた高周波ノイズによる電気特性の変化や微小電子機械機構６の破壊などが起こりにくく、微小電子機械装置２１をより一層正常かつ安定的に作動させることができる。

また、本実施の形態による微小電子機械部品封止用基板３において、接地用導体２２は、絶縁基板８の第１主面に対向する第２主面又は絶縁基板８の側面に導出される第３端部３３を備えることが好ましい。このような構成にすれば、第３端部を介して、接地用導体２２に接地電位を供給することができるため、高周波グランドの不安定性から誘発される伝播モードのミスマッチが軽減される。よって、微小電子機械機構６を形成した微小電子機械装置の外部から侵入する高調波ノイズを有効に除去することができ、微小電子機械装置を正常かつ安定に作動させるとともに、微小電子機械装置を伝播する信号に含まれる高調波ノイズが微小電子機械装置の外部に対して放出されにくい微小電子機械装置を提供することができる。

また、本実施の形態による微小電子機械部品封止用基板３は、絶縁基板８の内部に形成された接地用貫通導体３４を備える。接地用貫通導体３４は、絶縁基板８の第１主面における第１領域と半導体基板５の主面との接合部位に導出される第１端部３５と、絶縁基板８の第１主面に対向する第２主面又は絶縁基板８の側面に導出される第２端部３６とを備える。なお、ここでいう接地用貫通導体３４とは、必ずしも接地電位が供給される貫通導体に限らず、基準電位が供給される貫通導体をいう。ここで、半導体基板５の主面と絶縁基板８の第１主面における第１領域とを接合する接合材１４は、導電性から成る。また、接地用導体２２は、接地用貫通導体３４に電気的に接続されることが好ましい。このような構成により、例えば、第２端部３６に外部端子１３を介して接地電位が供給されると、安定したグランドネットワークが形成できるので、良好なシールド性を得ることができる。また、グランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、安定して接地状態を構成することができ、良好な電磁シールド性を保持することができる。よって、微小電子機械機構６を形成した微小電子機械装置の外部から侵入する高調波ノイズの影響を受けにくいと同時に、微小電子機械装置を伝播する信号に含まれる高調波ノイズが微小電子機械装置の外部に対して放出されにくい微小電子機械装置を提供することができる。

なお、絶縁基板８内に接地用導体２２のみ、又は接地用貫通導体３４のみを設けてもよいが、接地用導体２２と接地用貫通導体３４とを共に設けると、半導体基板５の主面と絶縁基板８の第１主面とを接合する導電性接合材をも加えたグランドネットワークが形成されるため、良好なシールド性を得ることができる。ここで、接地用貫通導体３４を接地用導体２２と区別して説明したが、接地用貫通導体３４は、接地用導体２２の一部とみなすこともできる。この場合、接地用導体２２が、絶縁基板８の第１主面における第１領域と半導体基板５の主面との接合部位に導出される第４端部３６を有するとみなすことができる。

図３は、本発明の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図３において図１と同じ構成には同じ符号を付している。

図３に示された複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板４１は、微小電子機械部品封止用基板６を構成する封止領域４２を複数有してなる。この複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板４１は、半導体母基板の主面に形成される複数個縦横に配列形成された微小電子機械機構６と微小電子機械機構６に電気的に接続される複数個縦横に配列形成された第１電極７とを有する複数個取り形態の微小電子機械部品基板における各微小電子機械機構６を気密封止することができる。

この複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板４１によれば、複数個取り形態の微小電子機械部品基板の主面に形成された微小電子機械機構６を一括して封止することができるため、微小電子機械部品封止用基板６を有する微小電子機械装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができ、生産性を優れたものとすることができる。

次に、上述の微小電子機械装置の製造方法について、図４（ａ）〜（ｆ）に基づいて説明する。

図４は、実施の形態１による微小電子機械装置１の製造方法の一例を工程順に示した図であり、図４において図１及び図２と同じ構成には同じ符号を付してある。

まず、図４（ａ）に示すように、複数個取り形態の微小電子機械部品基板５１を準備する。複数個取り形態の微小電子機械部品基板５１は、半導体基板５の主面に、微小電子機械機構６及びこれに電気的に接続された第１電極７が形成されて成る微小電子機械部品領域５２を複数個、縦横に配列形成されて成る。

半導体基板５は、例えば単結晶や多結晶等のシリコン基板から成る。このシリコン基板の表面に酸化シリコン層を形成するとともに、フォトリソグラフィ等の微細配線加工技術を応用して、微小な振動体等の微小電子機械機構６及び円形状パターン等の導体から成る第１電極７が形成された微小電子機械部品領域５２を複数個配列形成することにより複数個取り形態の微小電子機械部品基板５１が形成される。

なお、この例においては、微小電子機械機構６と第１電極７とは、それぞれ半導体基板５の主面に形成された微細配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。

次に、図４（ｂ）に示すように、絶縁母基板の一方主面に複数個縦横に配列形成された、
複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板５３を準備する。

例えば、絶縁母基板が酸化アルミニウム質焼結体から成り、第１配線導体９、第２配線導体１０及び第３配線導体１１がタングステンから成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウム等の原料粉末を、有機樹脂、バインダとともに混練してスラリーを得て、このスラリーをドクターブレード法やリップコータ法等によりシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面に、及び必要に応じてグリーンシートにあらかじめ形成しておいた貫通孔内に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布、充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより形成することができる。

なお、これらのグリーンシートのうち、一部のものに打ち抜き加工を施して四角形状等の開口部を縦横に配列形成しておき、これを絶縁母基板の一方主面側の最表層に配置し、または最表層から内部に向かって数層積層するようにして、焼成後の絶縁母基板の一方主面にそれぞれ凹部が形成されていてもよい。この凹部内に微小電子機械機構６の一部を収めるようにしておくと、微小電子機械機構６を取り囲むための接合材１１の高さを低く抑えることができ、微小電子機械装置１の低背化に有利なものとなる。

次に、図４（ｃ）に示すように、対応する第１電極７に接続される第２電極１２をそれぞれ有する複数の電子部品４と、微小電子機械部品基板５１の各第１電極７と対応する配線導体の一端とを電気的に接続するとともに、複数個取り形態の微小電子機械部品基板５１と複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板５３とを接合して各微小電子機械機構６をそれぞれ気密封止する。

複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板５３と複数個取り形態の微小電子機械部品基板５１との接合は、錫−銀系等の半田，金−錫ろう等の低融点ろう材や銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材，導電性有機樹脂等の接合材を介して接合する方法、あるいはシーム溶接、電子ビーム溶接等の溶接法により行なうことができる。

次に、図４（ｄ）に示すように、複数個取り形態の微小電子機械部品基板５１における微小電子機械部品領域５２以外の領域をダイシング加工等の切断加工を施すことにより除去する。

次に、図４（ｅ）に示すように、除去により露出した複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板５３の一方主面に電子部品４を搭載する。電子部品４は、信号処理回路を形成した半導体素子や、コンデンサ、インダクタなどの部品にて構成される。電子部品４の搭載方法は、例えば、錫−銀系半田から成る場合であれば、これらを約２５０℃〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。

次に、図４（ｆ）に示すように、複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板５３を、封止領域５４毎にダイシング加工等の切断加工を施すことにより分割する。

本発明の微小電子機械装置の製造方法によれば、複数の微小電子機械部品領域において、複数の微小電子機械機構を同時に気密封止することができるので、互いに接合された微小電子機械部品及び微小電子機械部品封止用基板からなる微小電子機械装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。

また、この分割の際、微小電子機械機構６は、複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板４１により封止されているので、ダイシング加工等による分割で発生するシリコン等の半導体基板５の切削屑が微小電子機械機構６に付着するようなことはなく、分割後の微小電子機械装置において微小電子機械機構６を確実に作動することができる。

また、このようにして製造された微小電子機械装置は、すでに気密封止されているとともに、その電極が第１配線導体９、第２配線導体１０及び第３配線導体１１を介して外部に導出された状態であるので、これを別途パッケージ内に実装するような工程を追加する必要はなく、外部の電気回路に半田ボールや金属バンプ等を介して接続するだけで、外部電気回路基板に実装して使用することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形は可能である。

例えば、上述の実施の形態の例では一つの微小電子機械装置内に一つの微小電子機械機構を気密封止したが、一つの微小電子機械装置内に複数の微小電子機械機構を気密封止してもよい。

また、図１に示した例では、配線導体は絶縁基板８の他方主面側に導出しているが、これを、側面に導出したり、側面及び他方主面の両方に導出したりしてもよい。

また、この導出された部分の外部電気回路への電気的な接続は、外部端子として半田ボールを介して行なうものに限らず、リード端子や導電性接着剤等を介して行なってもよい。

本発明の微小電子機械部品封止用基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の微小電子機械部品封止用基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の微小電子機械装置の製造方法の一例をそれぞれ工程順に示した図である。 従来の微小電子機械部品封止用基板及びそれを用いて成る微小電子機械装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：微小電子機械装置
２：微小電子機械部品
３：微小電子機械部品封止用基板
４：電子部品
５：半導体基板
６：微小電子機械機構
７：第１電極
８：絶縁基板
９：第１配線導体
１０：第２配線導体
１１：第３配線導体
１２：第２電極
２２：接地用導体
２３：第１接続パッド
２４：第２接続パッド
３４：接地用貫通導体

Claims (9)

1. 半導体基板と該半導体基板の主面に形成される微小電子機械機構と該微小電子機械機構に電気的に接続される第１電極とを有する微小電子機械部品の前記微小電子機械機構を気密封止するとともに、前記第１電極に電気的に接続される第２電極を有する電子部品を搭載する微小電子機械部品封止用基板であって、
   前記微小機械機構を気密封止するように前記半導体基板の前記主面に接合される第１主面を備えた絶縁基板と、
   前記絶縁基板の内部に形成された配線導体と
   を備え、
   前記第１主面は、前記半導体基板の前記主面に接合される第１領域と前記電子部品が搭載される第２領域とを有し、
   前記配線導体は、前記第１主面における前記第１領域に導出され前記第１電極に電気的に接続される一端と、前記第１主面における前記第２領域に導出され前記第２電極に電気的に接続される他端とを備えることを特徴とする微小電子機械部品封止用基板。
2. 前記第１及び第２の電極がそれぞれ複数存在し、前記配線導体は複数配置されており、前記絶縁基板を平面透視して、前記配線導体は、該微小電子機械部品と前記電子部品の中心を通る直線に関して線対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の微小電子機械部品封止用基板。
3. 前記絶縁基板を平面透視して、複数の前記配線導体うち前記直線に最も近い位置に配置された少なくとも１つの配線は、該複数の前記配線導体のうち最も長さが短いことを特徴とする請求項２記載の微小電子機械装置。
4. 前記第１電極及び第２電極はそれぞれ複数存在し、
   前記絶縁基板の内部に形成された接地用導体を備え、
   前記接地用導体は、前記第１主面における前記第１領域に導出され前記第１電極の少なくとも１つに電気的に接続される第１端部と、前記第１主面における前記第２領域に導出され前記第２電極の少なくとも１つに電気的に接続される第２端部とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の微小電子機械部品封止用基板。
5. 前記接地用導体は、前記絶縁基板の前記第１主面に対向する第２主面又は前記絶縁基板の側面に導出される第３端部を備えることを特徴とする請求項４に記載の微小電子機械部品封止用基板。
6. 前記半導体基板の前記主面と前記絶縁基板の前記第１主面における前記第１領域とは、導電性接合材を介して接合されており、
   前記接地用導体は、前記絶縁基板の前記一方主面における前記第１領域と前記半導体基板の主面との接合部位に導出される第４端部を備えることを特徴とする請求項５に記載の微小電子機械部品封止用基板。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の微小電子機械部品封止用基板を構成する封止領域を複数有してなることを特徴とする複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の微小電子機械部品封止用基板と、前記微小電子機械部品と、前記電子部品とを備えることを特徴とする微小電子機械装置。
9. 微小電子機械機構と該微小電子機械機構に電気的に接続された第１電極とが形成されている複数の微小電子機械部品領域が半導体基板上において少なくとも一方向に配列形成されてなり、前記微小電子機械部品領域は、該一方向に一定の間隔で配列されている複数個取り形態の微小電子機械部品基板を準備する工程と、
   請求項７に記載の複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板を準備する工程と、
   対応する前記第１電極に接続される第２電極をそれぞれ有する複数の電子部品を準備する工程と、
   前記微小電子機械部品基板の前記各第１電極と対応する前記第１配線導体の一端とを電気的に接続するとともに、前記複数個取り形態の微小電子機械部品基板と前記複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板とを接合して前記各微小電子機械機構をそれぞれ気密封止する工程と、
   前記複数個取り形態の微小電子機械部品基板における前記微小電子機械部品領域以外の領域を除去する工程と、
   前記除去により露出した前記複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板の前記一方主面に前記複数の電子部品を搭載する工程と、
   前記複数個取り形態の微小電子機械部品封止用基板を、前記封止領域毎に分割する工程と
   を備えることを特徴とする微小電子機械装置の製造方法。

Images