JP3826142B2

JP3826142B2 - Chip device

Info

Publication number: JP3826142B2
Application number: JP2004188416A
Authority: JP
Inventors: 理伊巻
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: JP2006013148A

Description

この発明はパッケージの内部空間に収容されるチップデバイスに関し、特に結露による絶縁破壊や性能劣化を防止し、耐環境性を向上させたチップデバイスに関する。 The present invention relates to a chip device accommodated in an internal space of a package, and more particularly to a chip device that prevents insulation breakdown and performance deterioration due to condensation and has improved environmental resistance.

微小な可動体とその制御回路等が集積化されてなる構造を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスと称されるチップデバイスがセンサやアクチュエータ等、各分野において使用される状況となってきている。ＭＥＭＳデバイスはＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によって作製されるもので、近年、単結晶シリコン層上に絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることによって作製されることが多くなっている。
図７はこのようにＳＯＩ基板を用いて作製されるＭＥＭＳデバイスの従来構成の一例として特許文献１に記載されている光スイッチの構成を示したものであり、図８はその光スイッチの特許文献１に示されている作製方法（作製工程）を示したものである。まず、図７を参照して、この光スイッチの構成を簡単に説明する。 Chip devices called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices having a structure in which a minute movable body and its control circuit are integrated are being used in various fields such as sensors and actuators. . A MEMS device is manufactured by a micromachining technology based on an IC manufacturing process. In recent years, a SOI (Silicon on SOI) having a three-layer structure in which a single crystal silicon layer is disposed on a single crystal silicon layer via an insulating layer. Insulator) is often produced by using a substrate.
FIG. 7 shows the configuration of the optical switch described in Patent Document 1 as an example of the conventional configuration of the MEMS device manufactured using the SOI substrate in this way, and FIG. 8 shows the patent document of the optical switch. 1 shows a production method (production process) shown in FIG. First, the configuration of this optical switch will be briefly described with reference to FIG.

板状の基体１１上に４本のファイバ溝１２ａ〜１２ｄが十字状に形成され、その互いに直角なファイバ溝１２ａ，１２ｂ間の基体１１が駆動体形成部１１′とされる。駆動体形成部１１′にはファイバ溝１２ａ，１２ｂに対しそれぞれ４５°をなすスロット１３が形成され、このスロット１３に可動ロッド１４が配されている。
可動ロッド１４の一端にはミラー１５が設けられており、このミラー１５は十字状をなすファイバ溝１２ａ〜１２ｄの中心部１６に位置されている。可動ロッド１４の延伸方向中間部の両側には支持ビーム１７ａ，１７ｂの一端がそれぞれ連結され、これら支持ビーム１７ａ，１７ｂの他端は板ばねヒンジ１８ａ，１８ｂを介して固定支持部１９ａ，１９ｂに固定されている。同様に、可動ロッド１４の延伸方向他端の両側にも支持ビーム１７ｃ，１７ｄの一端がそれぞれ連結され、これら支持ビーム１７ｃ，１７ｄの他端が板ばねヒンジ１８ｃ，１８ｄを介して固定支持部１９ａ，１９ｂに固定され、これにより可動ロッド１４はその延伸方向に移動可能に支持されている。 Four fiber grooves 12a to 12d are formed in a cross shape on the plate-like base body 11, and the base body 11 between the fiber grooves 12a and 12b perpendicular to each other is used as a driving body forming portion 11 '. A slot 13 that forms 45 ° with respect to each of the fiber grooves 12 a and 12 b is formed in the driver forming portion 11 ′, and a movable rod 14 is disposed in the slot 13.
A mirror 15 is provided at one end of the movable rod 14, and this mirror 15 is positioned at the center 16 of the fiber grooves 12a to 12d having a cross shape. One ends of support beams 17a and 17b are connected to both sides of the intermediate portion in the extending direction of the movable rod 14, and the other ends of these support beams 17a and 17b are connected to fixed support portions 19a and 19b via leaf spring hinges 18a and 18b. It is fixed. Similarly, one ends of the support beams 17c and 17d are connected to both sides of the other end of the movable rod 14 in the extending direction, and the other ends of the support beams 17c and 17d are fixed to the fixed support portion 19a via the leaf spring hinges 18c and 18d. , 19b, whereby the movable rod 14 is supported so as to be movable in the extending direction.

可動ロッド１４は櫛歯型静電アクチュエータによって駆動されるものとなっており、支持ビーム１７ａ〜１７ｄにはそれぞれ可動櫛歯電極２１ａ〜２１ｄが配列固定され、これらと組み合わされる固定櫛歯電極２２ａ〜２２ｄがそれぞれ駆動体形成部１１′に固定配置されている。
可動櫛歯電極２１ａ，２１ｂと固定櫛歯電極２２ａ，２２ｂとの間に電圧を印加することにより静電吸引力が発生し、この静電吸引力により可動ロッド１４は中心部１６に近づく方向に移動する。一方、可動櫛歯電極２１ｃ，２１ｄと固定櫛歯電極２２ｃ，２２ｄとの間に電圧を印加すれば静電吸引力により可動ロッド１４は中心部１６から遠ざかる方向に移動する。従って、このような櫛歯型静電アクチュエータによって可動ロッド１４を駆動することにより、ミラー１５を中心部１６に対して挿抜できるものとなっている。 The movable rod 14 is driven by a comb-shaped electrostatic actuator, and movable comb-shaped electrodes 21a to 21d are arranged and fixed on the support beams 17a to 17d, respectively. 22d is fixedly arranged on the driving body forming portion 11 '.
An electrostatic attraction force is generated by applying a voltage between the movable comb electrodes 21a and 21b and the fixed comb electrodes 22a and 22b, and the movable rod 14 approaches the central portion 16 by the electrostatic attraction force. Moving. On the other hand, if a voltage is applied between the movable comb electrodes 21c and 21d and the fixed comb electrodes 22c and 22d, the movable rod 14 moves away from the center portion 16 by electrostatic attraction. Therefore, the mirror 15 can be inserted into and removed from the central portion 16 by driving the movable rod 14 with such a comb-shaped electrostatic actuator.

４本のファイバ溝１２ａ〜１２ｄには光ファイバ２３ａ〜２３ｄがそれぞれ配置され、ミラー１５が中心部１６に挿入されている状態では例えば光ファイバ２３ａから出射した光はミラー１５で反射されて光ファイバ２３ｄに入射し、また光ファイバ２３ｂから出射した光はミラー１５で反射されて光ファイバ２３ｃに入射する。一方、ミラー１５を中心部１６から抜き出した状態では光ファイバ２３ａから出射した光は光ファイバ２３ｃに入射し、光ファイバ２３ｂから出射した光は光ファイバ２３ｄに入射するものとなり、このようにして光路切り替えが行われるものとなっている。 In the state where the optical fibers 23a to 23d are respectively disposed in the four fiber grooves 12a to 12d and the mirror 15 is inserted into the center portion 16, for example, light emitted from the optical fiber 23a is reflected by the mirror 15 and is reflected by the optical fiber. The light incident on 23d and emitted from the optical fiber 23b is reflected by the mirror 15 and enters the optical fiber 23c. On the other hand, when the mirror 15 is extracted from the central portion 16, the light emitted from the optical fiber 23a is incident on the optical fiber 23c, and the light emitted from the optical fiber 23b is incident on the optical fiber 23d. Switching is to be performed.

この光スイッチは図８に示したような作製方法によって作製される。即ち、図８（１）に示したように単結晶シリコン層（以下、ハンドル層と言う。）３１上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層３２を介して単結晶シリコン層（以下、デバイス層と言う。）３３が配置されてなるＳＯＩ基板３０を用意し、そのデバイス層３３上に所要のマスク３４をパターニングして形成する。そして、デバイス層３３のマスク３４から露出している部分を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングし、図８（２）に示したように絶縁層３２が露出するまでデバイス層３３を除去する。 This optical switch is manufactured by a manufacturing method as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 8A, a single crystal silicon layer (hereinafter referred to as a device layer) is disposed on a single crystal silicon layer (hereinafter referred to as a handle layer) 31 via an insulating layer 32 made of a silicon oxide film. .) The SOI substrate 30 on which 33 is arranged is prepared, and a required mask 34 is formed on the device layer 33 by patterning. Then, the portion of the device layer 33 exposed from the mask 34 is etched by reactive ion etching (RIE), and the device layer 33 is removed until the insulating layer 32 is exposed as shown in FIG.

図８（２）におけるデバイス層３３の幅狭部分３５は図７における可動ロッド１４、支持ビーム１７ａ〜１７ｄ、板ばねヒンジ１８ａ〜１８ｄなどの可動体に相当し、幅広部分３６は図７における固定支持部１９ａ，１９ｂなどの固定配置される構造体に相当する。この図８ではそれらを例示的に示している。
次に、図８（２）において、露出した絶縁層３２に対し、ウエットエッチングを施し、幅狭部分３５の下に位置する絶縁層３２がサイドエッチングにより除去されるまでエッチングを行う。これにより幅狭部分３５は図８（３）に示したように空隙を介してハンドル層３１上に位置するものとなり、つまりこのような絶縁層３２の除去によって幅狭部分３５で構成される可動体がハンドル層３１から離間されて移動自在とされる。なお、デバイス層３３のミラー１５をなす部分には、その壁面に反射膜が形成される。 The narrow portion 35 of the device layer 33 in FIG. 8 (2) corresponds to a movable body such as the movable rod 14, support beams 17a to 17d, and leaf spring hinges 18a to 18d in FIG. 7, and the wide portion 36 is fixed in FIG. This corresponds to a fixedly arranged structure such as the support portions 19a and 19b. FIG. 8 shows them by way of example.
Next, in FIG. 8B, wet etching is performed on the exposed insulating layer 32, and etching is performed until the insulating layer 32 located under the narrow portion 35 is removed by side etching. As a result, the narrow portion 35 is positioned on the handle layer 31 through the gap as shown in FIG. 8 (3), that is, the movable portion constituted by the narrow portion 35 by the removal of the insulating layer 32. The body is moved away from the handle layer 31. A reflective film is formed on the wall surface of the device layer 33 that forms the mirror 15.

このように図８に示した製造方法ではＳＯＩ基板３０の絶縁層３２を犠牲層として用いるものとなっており、デバイス層３３で構成された可動体の下に位置する絶縁層３２を、エッチング除去することによって可動体の移動を可能としている。また、絶縁層３２の存在により、デバイス層３３とハンドル層３１の絶縁が確保され、デバイス層３３で構成された各構造体に所要の電圧をそれぞれ印加できるものとなっている。
米国特許第６３１５４６２号明細書 As described above, in the manufacturing method shown in FIG. 8, the insulating layer 32 of the SOI substrate 30 is used as a sacrificial layer, and the insulating layer 32 located under the movable body constituted by the device layer 33 is removed by etching. By doing so, the movable body can be moved. The insulation of the device layer 33 and the handle layer 31 is ensured by the presence of the insulating layer 32, and a required voltage can be applied to each structure formed by the device layer 33.
US Pat. No. 6,315,462

上述したような光スイッチは例えば乾燥窒素を充填した金属製のパッケージに収容され、パッケージの光ファイバ導出部の孔を熱硬化型の接着剤等で封止して一般に使用されるが、完全な気密構造の実現は難しく、光ファイバ導出部の封止部分等から経時的に徐々に水蒸気が侵入するといった状況が生じ、よって例えば温度降下といった条件が加わると、チップデバイス表面に結露を生じる虞れがあるものとなっていた。
結露の発生は上述した光スイッチに限らず、この種のＳＯＩ基板を用いて作製されるＭＥＭＳデバイスにおいては重大な障害を引き起こすことにつながる。即ち、ＳＯＩ基板を用いるＭＥＭＳデバイスはＳＯＩ基板の中間の絶縁層を犠牲層としてデバイスから可動体を形成し、電気的に駆動するといった構成を採用している場合が多いが、ＳＯＩ基板の絶縁層の厚さは通常厚くても３μｍ程度であって、デバイス層よりなる可動体とハンドル層との間に構成される空隙は極めて狭いことから、電気的に駆動される可動体とハンドル層とが結露によって短絡してしまい、可動体の動作が不能になるといった状況が発生する。 The optical switch as described above is housed in, for example, a metal package filled with dry nitrogen, and is generally used by sealing the hole of the optical fiber lead-out portion of the package with a thermosetting adhesive or the like. It is difficult to realize an airtight structure, and there is a situation in which water vapor gradually enters from the sealed portion of the optical fiber lead-out portion over time. For example, if conditions such as a temperature drop are added, condensation may occur on the surface of the chip device. Was supposed to be.
The occurrence of dew condensation is not limited to the optical switch described above, and causes a serious failure in a MEMS device manufactured using this kind of SOI substrate. That is, a MEMS device using an SOI substrate often employs a configuration in which a movable body is formed from the device using an intermediate insulating layer of the SOI substrate as a sacrificial layer and is electrically driven. The thickness of the movable member is usually about 3 μm, and the gap formed between the movable member made of the device layer and the handle layer is extremely narrow. A short circuit occurs due to condensation, and a situation occurs in which the movable body cannot be operated.

また、可動体に限らず、固定配置される構造体もデバイス層によって一般に形成されるが、可動体下の絶縁層除去に伴い、構造体下の絶縁層もサイドエッチングされて構造体の周縁においてハンドル層との間に空隙が形成されるため、このような空隙に結露が捕獲されると、結露によってデバイス層とハンドル層とが短絡し、絶縁破壊を起こすといった状況が発生する。
さらに、このようなデバイス層とハンドル層間の絶縁破壊の発生に限らず、上述した光スイッチの櫛歯型静電アクチュエータのように極めて狭い間隙をもって配置される電気回路部分がデバイス層によって形成されている場合には、そのような電気回路部分も結露によって同様に絶縁破壊が発生する危険がある。 In addition, not only the movable body but also the structure that is fixedly arranged is generally formed by the device layer, but with the removal of the insulating layer under the movable body, the insulating layer under the structure is also side-etched at the periphery of the structure. Since a gap is formed between the handle layer and the dew condensation trapped in such a gap, a situation occurs in which the device layer and the handle layer are short-circuited due to the dew condensation, causing dielectric breakdown.
Furthermore, not only the dielectric breakdown between the device layer and the handle layer is generated, but also an electric circuit portion arranged with a very narrow gap is formed by the device layer like the comb-teeth electrostatic actuator of the optical switch described above. In such a case, there is a risk that such an electric circuit portion is similarly subject to dielectric breakdown due to condensation.

なお、このようなデバイス層よりなる構造体で構成される電気回路に限らず、ＭＥＭＳデバイスにおいて、あるいはＭＥＭＳデバイスに限定されない一般のチップデバイスにおいて、表面に形成される金属薄膜の回路パターンについても、パターン間隔の狭小な部分を有する場合には同様に結露による絶縁破壊の危険性を有することになる。
加えて、上述した光スイッチのような光学デバイスについて言えば、光学部品の光反射面等、光入出射端面を構成する部分に結露を生じると、結露によって光が散乱されて光損失が生じ、また光雑音の原因となる可能性もある。 The circuit pattern of the metal thin film formed on the surface of a general chip device not limited to an electric circuit composed of a structure composed of such a device layer is not limited to a MEMS device or a MEMS device. In the case where the pattern interval is narrow, there is a risk of dielectric breakdown due to condensation.
In addition, regarding the optical device such as the optical switch described above, when condensation occurs in a portion constituting the light incident / exit end surface, such as a light reflection surface of an optical component, light is scattered due to condensation, resulting in light loss. It may also cause optical noise.

この発明の目的はこのような状況に鑑み、結露による絶縁破壊や性能劣化を防止し、耐環境性を向上させたチップデバイスを提供することにある。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a chip device that prevents dielectric breakdown and performance deterioration due to condensation and has improved environmental resistance.

この発明によれば、内部空間を有するパッケージに収容され、基板上に電気回路を構成する構造体もしくは電気回路を構成する金属薄膜パターンの少なくとも一方を具備してなるチップデバイスにおいて、上記電気回路が設けられていない部位の表面に、金属薄膜よりなる結露発生部が設けられる。
また、この発明によれば、内部空間を有するパッケージに収容され、基板上に空中伝搬光が入射または出射する端面を有する光学部品を具備してなるチップデバイスにおいて、上記端面以外の部位であって、電気回路が設けられていない部位の表面に、金属薄膜よりなる結露発生部が設けられる。 According to the present invention, in a chip device housed in a package having an internal space and comprising at least one of a structure constituting an electric circuit or a metal thin film pattern constituting an electric circuit on a substrate, the electric circuit is A dew generation part made of a metal thin film is provided on the surface of the part not provided.
Further, according to the present invention, in a chip device including an optical component that is housed in a package having an internal space and has an end surface on which a propagating light enters or exits, a portion other than the end surface is provided. The dew generation part made of a metal thin film is provided on the surface of the part where the electric circuit is not provided.

この発明によれば、金属薄膜よりなる結露発生部を具備することにより、結露が生成されるような状況となった場合に、選択的・優先的に結露発生部に結露を生成させることができ、よって結露による絶縁破壊の危険のある箇所での結露を防止することができる。また、結露による信号光散乱といったような性能劣化の危険のある箇所での結露を防止することができる。よって、このような点でチップデバイスの耐環境性を向上させることができる。 According to the present invention, by providing the dew condensation generation part made of a metal thin film, it is possible to selectively and preferentially generate dew condensation in the dew generation part when the dew generation occurs. Therefore, it is possible to prevent condensation at a location where there is a risk of dielectric breakdown due to condensation. In addition, it is possible to prevent condensation at a place where there is a risk of performance degradation such as signal light scattering due to condensation. Therefore, the environmental resistance of the chip device can be improved in this respect.

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明によるチップデバイスの一実施例として光スイッチの構成を示したものであり、この光スイッチは図７及び８に示した従来の光スイッチと同様、ＳＯＩ基板３０を用いて作製されるものとなっている。図１中、４０はＳＯＩ基板３０のハンドル層３１よりなる基板を示し、３３はデバイス層を示す。デバイス層３３には４本のファイバ溝４２ａ〜４２ｄが十字状に形成され、これらファイバ溝４２ａ〜４２ｄにより４分割された１つの領域が駆動体形成部４１とされる。以下、デバイス層３３よりなる駆動体形成部４１の構成を説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the structure of an optical switch as an embodiment of a chip device according to the present invention. This optical switch is manufactured using an SOI substrate 30 as in the conventional optical switch shown in FIGS. Has become. In FIG. 1, reference numeral 40 denotes a substrate made of the handle layer 31 of the SOI substrate 30, and 33 denotes a device layer. Four fiber grooves 42 a to 42 d are formed in a cross shape in the device layer 33, and one region divided into four by these fiber grooves 42 a to 42 d is used as the drive body forming portion 41. Hereinafter, the structure of the drive body formation part 41 which consists of the device layer 33 is demonstrated.

駆動体形成部４１にはこれを２分するようにファイバ溝４２ａ〜４２ｄの中心部４３と連通したロッド溝４４が形成され、さらに凹部４５がこのロッド溝４４の他端と連通して形成されている。
ロッド溝４４には可動ロッド４６が配され、可動ロッド４６の中心部４３側の一端にはミラー４７が設けられている。可動ロッド４６の凹部４５内に位置する延伸方向中間部の両側には板ばねヒンジ４８ａ，４８ｂが連結され、さらに延伸方向他端の両側にも板ばねヒンジ４８ｃ，４８ｄが連結され、これら板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄにより、可動ロッド４６はその延伸方向に移動自在に支持されている。 A rod groove 44 that communicates with the central portion 43 of the fiber grooves 42 a to 42 d is formed in the drive body forming portion 41 so as to divide it into two, and a concave portion 45 is formed so as to communicate with the other end of the rod groove 44. ing.
A movable rod 46 is disposed in the rod groove 44, and a mirror 47 is provided at one end on the central portion 43 side of the movable rod 46. Leaf spring hinges 48a and 48b are connected to both sides of the intermediate portion in the extending direction located in the recess 45 of the movable rod 46, and further, leaf spring hinges 48c and 48d are connected to both sides of the other end in the extending direction. The movable rod 46 is supported by the hinges 48a to 48d so as to be movable in the extending direction.

板ばねヒンジ４８ａ，４８ｂと４８ｃ，４８ｄとの間において、櫛歯型静電アクチュエータが設けられ、その可動櫛歯電極４９が可動ロッド４６の両側に固定されている。可動櫛歯電極４９はその両側に、つまり可動ロッド４６の延伸方向両側に櫛歯を有するものとなっている。
可動櫛歯電極４９に対し、板ばねヒンジ４８ｃ，４８ｄ側と４８ａ，４８ｂ側にはそれぞれ可動櫛歯電極４９と組み合わされる第１固定櫛歯電極５１ａ，５１ｂと第２固定櫛歯電極５２ａ，５２ｂとが配置されている。これら第１固定櫛歯電極５１ａ，５１ｂ及び第２固定櫛歯電極５２ａ，５２ｂにはそれぞれ導電路５３が連結形成されており、各導電路５３の両側にはそれぞれ溝が設けられている。各導電路５３の他端にはそれぞれ端子部５４が設けられており、さらに板ばねヒンジ４８ｃ，４８ｄを支持している部分にも端子部５４が設けられ、これら５つの端子部５４は図１に示したように整列配置されている。 Comb-type electrostatic actuators are provided between the leaf spring hinges 48 a and 48 b and 48 c and 48 d, and the movable comb electrodes 49 are fixed to both sides of the movable rod 46. The movable comb electrode 49 has comb teeth on both sides thereof, that is, on both sides in the extending direction of the movable rod 46.
With respect to the movable comb electrode 49, the first fixed comb electrodes 51a and 51b and the second fixed comb electrodes 52a and 52b combined with the movable comb electrode 49 are respectively provided on the leaf spring hinges 48c and 48d side and 48a and 48b side. And are arranged. Conductive paths 53 are connected to the first fixed comb electrodes 51 a and 51 b and the second fixed comb electrodes 52 a and 52 b, and grooves are provided on both sides of each conductive path 53. Terminal portions 54 are provided at the other ends of the respective conductive paths 53, and terminal portions 54 are also provided at portions supporting the leaf spring hinges 48c and 48d. These five terminal portions 54 are shown in FIG. As shown in FIG.

このように、ハンドル層３１よりなる基板４０上に、その基板板面と平行に変位する可動ロッド４６、ミラー４７、板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄ、可動櫛歯電極４９といった可動体がデバイス層３３によって構成され、またこれら可動体以外の、第１、第２固定櫛歯電極５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ、導電路５３、端子部５４、さらにはファイバ溝４２ａ〜４２ｄ、ヒンジ溝４４、凹部４５を規定する構造体が可動体と同様、デバイス層３３によって構成されている。これら構造体は絶縁層３２を介して基板４０上に固定配置されている。 As described above, the movable body such as the movable rod 46, the mirror 47, the leaf spring hinges 48a to 48d, and the movable comb electrode 49, which are displaced in parallel with the substrate plate surface, are formed on the substrate 40 made of the handle layer 31 by the device layer 33. In addition to these movable bodies, the first and second fixed comb electrodes 51a, 51b, 52a, 52b, the conductive path 53, the terminal portion 54, and the fiber grooves 42a to 42d, the hinge groove 44, and the recess 45 are provided. Similar to the movable body, the structure to be defined is constituted by the device layer 33. These structures are fixedly disposed on the substrate 40 with the insulating layer 32 interposed therebetween.

４本のファイバ溝４２ａ〜４２ｄにはそれぞれ光ファイバ２３ａ〜２３ｄが配置され、図１のミラー４７が中心部４３に位置している初期状態（第１安定状態）では、例えば光ファイバ２３ａから出射された光はミラー４７によって反射されて光ファイバ２３ｄに入射し、光ファイバ２３ｂから出射された光は同様にミラー４７によって反射されて光ファイバ２３ｃに入射する。
可動櫛歯電極４９及び第２固定櫛歯電極５２ａ，５２ｂをそれぞれアースとした状態で第１固定櫛歯電極５１ａ，５１ｂに電圧を印加すれば、第１固定櫛歯電極５１ａ，５１ｂと可動櫛歯電極４９との間に静電吸引力が働き、その力が第１安定状態の保持力よりも大きい場合、板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄは反転して第２安定状態となり、その電圧の印加を絶ってもその状態で自己保持される。この時、ミラー４７は中心部４３から退避した状態となり、光ファイバ２３ａ，２３ｂからの各出射光は直進して光ファイバ２３ｃ，２３ｄにそれぞれ入射される。 In the initial state (first stable state) in which the optical fibers 23a to 23d are respectively disposed in the four fiber grooves 42a to 42d and the mirror 47 of FIG. The reflected light is reflected by the mirror 47 and enters the optical fiber 23d, and the light emitted from the optical fiber 23b is similarly reflected by the mirror 47 and enters the optical fiber 23c.
If a voltage is applied to the first fixed comb electrodes 51a and 51b with the movable comb electrode 49 and the second fixed comb electrodes 52a and 52b grounded, the first fixed comb electrodes 51a and 51b and the movable comb When an electrostatic attraction force acts between the tooth electrode 49 and the force is larger than the holding force in the first stable state, the leaf spring hinges 48a to 48d are reversed to the second stable state, and the voltage is applied. Even if it stops, it is self-held in that state. At this time, the mirror 47 is retracted from the central portion 43, and the outgoing lights from the optical fibers 23a and 23b go straight and enter the optical fibers 23c and 23d, respectively.

上記における第１安定状態及び第２安定状態は板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄの形状をその延伸方向に適切なＳ字形状とすることで得ることができる。なお、可動櫛歯電極４９及び第１固定櫛歯電極５１ａ，５１ｂをアースとした状態で第２固定櫛歯電極５２ａ，５２ｂに電圧を印加すれば、第２固定櫛歯電極５２ａ，５２ｂと可動櫛歯電極４９との間に静電吸引力が働き、その力が第２安定状態の保持力よりも大きい場合には再び第１安定状態へと戻る。
なお、電圧の印加は５つの端子部５４より行われ、これら端子部５４には金属薄膜よりなる電極パッド５５が形成されている。電極パッド５５はＡｕのスパッタ膜により形成されている。 The first stable state and the second stable state in the above can be obtained by making the shape of the leaf spring hinges 48a to 48d into an appropriate S shape in the extending direction. If a voltage is applied to the second fixed comb electrodes 52a and 52b with the movable comb electrode 49 and the first fixed comb electrodes 51a and 51b being grounded, the movable comb electrode 49 and the second fixed comb electrodes 52a and 52b are movable. When an electrostatic attraction force acts between the comb-tooth electrode 49 and the force is larger than the holding force in the second stable state, the state returns to the first stable state again.
The voltage is applied from five terminal portions 54, and electrode pads 55 made of a metal thin film are formed on these terminal portions 54. The electrode pad 55 is formed of a sputtered Au film.

ところで、デバイス層３３のファイバ溝４２ａ〜４２ｄにより４分割された領域のうち、駆動体形成部４１を除く３つの領域には何も形成されておらず、つまり可動体や電気回路を構成する構造体は何も存在せず、これら３つの領域５６の表面に、この例では選択的・優先的に結露を生成させるための結露発生部５７が形成されている。結露発生部５７は金属薄膜パターンよりなり、この例では図１に示したように大きな楕円形をなすものとされる。
この結露発生部５７は電極パッド５５と同様、Ａｕのスパッタ膜によって形成されており、このような結露発生部５７を具備することにより、この例では駆動体形成部４１の絶縁破壊や性能劣化の危険のある箇所での結露を防止できるものとなっている。なお、この点については実験データと共に後で詳述する。 By the way, among the regions divided into four by the fiber grooves 42a to 42d of the device layer 33, nothing is formed in the three regions excluding the drive body forming portion 41, that is, a structure constituting a movable body and an electric circuit. There is no body, and in this example, a dew condensation generating portion 57 for selectively and preferentially generating dew condensation is formed on the surface of these three regions 56. The dew condensation generating part 57 is made of a metal thin film pattern, and in this example, has a large oval shape as shown in FIG.
Like the electrode pad 55, the dew generation part 57 is formed of a sputtered film of Au. By providing such a dew generation part 57, in this example, the dielectric breakdown and performance deterioration of the driver formation part 41 are caused. Condensation can be prevented where there is danger. This point will be described later together with experimental data.

図２−１及び２−２は上記のような構成を有する光スイッチの作製方法を工程順に示したものであり、以下各工程（１）〜（８）について説明する。なお、図２−１及び２−２においては平面図、断面図共、簡略化し、模式的に示しており、また平面図には断面図と対応させてハッチング等を付している。
（１）ハンドル層（単結晶シリコン層）３１、シリコン酸化膜よりなる絶縁層３２、デバイス層（単結晶シリコン層）３３の三層構造よりなるＳＯＩ基板３０を用意する。
（２）デバイス層３３の上面にシリコン酸化膜６１を形成し、さらにその上にレジスト６２を塗布する。 FIGS. 2-1 and 2-2 show the manufacturing method of the optical switch having the above-described configuration in the order of steps, and each step (1) to (8) will be described below. In FIGS. 2A and 2B, both the plan view and the cross-sectional view are simplified and schematically shown, and the plan view is hatched or the like corresponding to the cross-sectional view.
(1) An SOI substrate 30 having a three-layer structure including a handle layer (single crystal silicon layer) 31, an insulating layer 32 made of a silicon oxide film, and a device layer (single crystal silicon layer) 33 is prepared.
(2) A silicon oxide film 61 is formed on the upper surface of the device layer 33, and a resist 62 is applied thereon.

（３）フォトリソグラフィによりレジスト６２をパターニングし、レジストパターンをマスクとしてシリコン酸化膜６１をドライエッチングする。
（４）レジスト６２を除去する。これによりシリコン酸化膜６１よりなる可動体用及びハンドル層３１上に固定配置される構造体用のマスクが完成する。
（５）デバイス層３３の、シリコン酸化膜６１よりなるマスクから露出している部分を絶縁層３２が露出するまでドライエッチングする。このエッチングにはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置を用いる。 (3) The resist 62 is patterned by photolithography, and the silicon oxide film 61 is dry-etched using the resist pattern as a mask.
(4) The resist 62 is removed. Thereby, the mask for the movable body made of the silicon oxide film 61 and the structure body fixedly disposed on the handle layer 31 is completed.
(5) The portion of the device layer 33 exposed from the mask made of the silicon oxide film 61 is dry etched until the insulating layer 32 is exposed. An ICP (Inductively Coupled Plasma) apparatus is used for this etching.

（６）絶縁層３２の露出した部分をドライエッチングにより除去する。
（７）さらに、ウエットエッチングにより絶縁層３２をエッチングし、可動体下の絶縁層３２を、つまり犠牲層をエッチング除去する。これにより、可動体とハンドル層３１との間には空隙が設けられ、また可動体以外の構造体は絶縁層３２を介してハンドル層３１上に固定された構造が完成する。
（８）最後に、メカマスクを使用してＡｕをスパッタし、電極パッド５５、結露発生部５７を形成し、同時にミラー４７の表面にＡｕよりなる反射膜を形成する。
上記のような作製方法によれば、結露発生部５７は電極パッド５５の形成時に、同時に成膜形成されるため、工数は増加せず、つまり結露発生部５７を光スイッチ作製時に同時に作り込むことができる。 (6) The exposed portion of the insulating layer 32 is removed by dry etching.
(7) Further, the insulating layer 32 is etched by wet etching, and the insulating layer 32 under the movable body, that is, the sacrificial layer is removed by etching. As a result, a gap is provided between the movable body and the handle layer 31, and a structure in which structures other than the movable body are fixed on the handle layer 31 via the insulating layer 32 is completed.
(8) Finally, Au is sputtered using a mechanical mask to form the electrode pad 55 and the dew generation part 57, and at the same time, a reflective film made of Au is formed on the surface of the mirror 47.
According to the manufacturing method as described above, since the dew generation part 57 is formed simultaneously with the formation of the electrode pad 55, the number of steps does not increase, that is, the dew generation part 57 is formed at the same time when the optical switch is manufactured. Can do.

次に、このようにして形成された結露発生部５７の効果を確認実験した結果について説明する。
〈１〉実験方法
Ａｕスパッタ面積の異なる２種類のチップにて実験を行う。２種類のチップは図１に示した構成を有するチップ（発明チップ）と、この図１のチップから結露発生部５７を削除した構成のチップ（従来チップ）とした。サンプルチップ７１と湿度センサ７２を図３に示したように同一気密パッケージ７３内に搭載し、パッケージ７３内部湿度とサンプルチップ７１の絶縁抵抗（Ω，４０Ｖ）との関係を調べる。図３中、７４はベース、７５はリッド、７６はリードピンを示す。
絶縁抵抗の測定は図４に示したように電極パッド５５とハンドル層３１との間で行った。結果を効果的に確認するために、恒温恒湿試験槽（８５℃，８５％ＲＨ）にパッケージ７３を投入し、パッケージ７３内への水蒸気の侵入を加速した。 Next, the result of confirming the effect of the dew generation part 57 formed in this way will be described.
<1> Experimental method An experiment is performed with two types of chips having different Au sputtering areas. The two types of chips are a chip (invention chip) having the configuration shown in FIG. 1 and a chip (conventional chip) having a configuration in which the dew condensation generation part 57 is removed from the chip of FIG. The sample chip 71 and the humidity sensor 72 are mounted in the same hermetic package 73 as shown in FIG. 3, and the relationship between the humidity inside the package 73 and the insulation resistance (Ω, 40V) of the sample chip 71 is examined. In FIG. 3, 74 is a base, 75 is a lid, and 76 is a lead pin.
The insulation resistance was measured between the electrode pad 55 and the handle layer 31 as shown in FIG. In order to confirm the results effectively, the package 73 was put into a constant temperature and humidity test tank (85 ° C., 85% RH), and the penetration of water vapor into the package 73 was accelerated.

〈２〉実験サンプル
１）チップ詳細
・寸法５．８５ｍｍ×５．８５ｍｍ×０．４５３ｍｍ
・Ａｕスパッタ膜面積（二次元的なスパッタ面積）
発明チップ：約７．０ｍｍ^２
従来チップ：約３．５ｍｍ^２
２）パッケージ
・内部容積（チップ，センサ容積を除く容積）：約１６０ｍｍ^３ <2> Experimental sample 1) Chip details-Dimensions 5.85mm x 5.85mm x 0.453mm
・ Au sputtering film area (two-dimensional sputtering area)
Invention chip: about 7.0 mm ²
Conventional chip: about 3.5mm ²
2) Package-Internal volume (volume excluding chip and sensor volume): Approximately 160mm ³

〈３〉結果
図５Ａ，Ｂにそれぞれのサンプルの恒温恒湿試験槽投入後の経過時間とパッケージ内部湿度、絶縁抵抗の関係をグラフ化して示す。
これらグラフより、従来チップは湿度の上昇と共に絶縁抵抗が低くなる傾向を示しているが、発明チップは実験の範囲（内部湿度約７５％ＲＨ）までは、絶縁抵抗の低下は見られなかった。なお、従来チップと発明チップのほぼ等しい内部湿度での絶縁抵抗の値を下記に示す。
湿度（％ＲＨ）絶縁抵抗（Ω）
・従来チップ６９．１９９．１４×１０^４
・発明チップ７１．７５１．００×１０¹⁰
（注）１．００×１０¹⁰Ωは使用装置の測定限界
上記実験結果からも明らかなように結露発生部５７を設けることによって絶縁抵抗の低下は発生しないものとなり、つまり絶縁破壊を防止することができる。 <3> Results FIGS. 5A and 5B are graphs showing the relationship between the elapsed time after the introduction of the constant temperature and humidity test tank of each sample, the package internal humidity, and the insulation resistance.
From these graphs, the conventional chip shows a tendency that the insulation resistance decreases as the humidity increases, but the inventive chip did not show a decrease in the insulation resistance until the experimental range (internal humidity of about 75% RH). The values of the insulation resistance at substantially the same internal humidity between the conventional chip and the inventive chip are shown below.
Humidity (% RH) Insulation resistance (Ω)
・ Conventional chip 69.19 9.14 × 10 ⁴
・ Invention chip 71.75 1.00 × 10 ¹⁰
(Note) 1.00 × 10 ¹⁰ Ω is the measurement limit of the equipment used. As can be seen from the above experimental results, by providing the condensation generation part 57, the insulation resistance does not decrease, that is, to prevent dielectric breakdown. Can do.

なお、本願発明は上述したように収容パッケージ内の限定された水分量の結露に対処するものであって、一定の容量限度でチップデバイスの危険箇所への結露を回避できる手段を設ければ、そのチップデバイスの耐環境性を飛躍的に向上させられるようなパッケージデバイスを発明の利用対象としており、結露による絶縁破壊の危険のある箇所を有するチップデバイスや結露による信号光散乱の危険のある箇所を有するチップデバイスに適用されて、そのような危険な箇所での結露を防止するものである。
なお、パッケージされたチップデバイスの表面に結露を生じる場合、金属薄膜のパターン上及びその辺縁の境界において、デバイス表面のシリコンやシリコン酸化物などでなる他の部分よりも選択的・優先的に結露を生成することが、上記実験からも確認されているが、金属薄膜表面で結露が優先的に誘起される現象の作用原理は明確には解っていない。 As described above, the present invention deals with the dew condensation of a limited amount of moisture in the accommodation package, and if a means capable of avoiding the dew condensation to the dangerous part of the chip device with a certain capacity limit is provided, A package device that can dramatically improve the environmental resistance of the chip device is an object of the invention, and a chip device having a location where there is a risk of dielectric breakdown due to condensation or a location where there is a risk of signal light scattering due to condensation It is applied to a chip device having the above to prevent dew condensation at such a dangerous place.
When condensation occurs on the surface of the packaged chip device, it is more selective and preferential than other parts made of silicon or silicon oxide on the surface of the device on the metal thin film pattern and at the border of its edge. Although it has been confirmed from the above experiment that condensation occurs, the principle of action of the phenomenon in which condensation is preferentially induced on the surface of the metal thin film is not clearly understood.

しかしながら、結露は例えばパッケージ内に高温高湿の気体が存在する状態で、ヒートシンクとして作用する外部に熱伝導するパッケージやチップが優先的に冷却される温度降下環境で生じるので、相対的に高温の基板上の空気と相対的に低温のチップのバルク深層部との温度勾配において、同一の温度勾配下でもより熱伝導率の高い金属薄膜層を介する部位の方がより大きな熱流束を生じて、その部位上の空気がより冷やされる作用が、少なくとも一因としてきいていると考えられる。
上述した例ではデバイス層３３の可動体や電気回路が形成されない領域５６の表面に楕円形の金属薄膜パターンよりなる結露発生部５７を設けたものとなっているが、結露発生部５７はこのような平面パターンに限らず、立体的としてもよく、つまりデバイス層３３により所望の基体を形成し、その上面や壁面（側壁面）等にわたって金属薄膜を形成することにより、結露発生部を形成するようにしてもよい。 However, dew condensation occurs, for example, in a temperature drop environment where the heat conducting package or chip acting as a heat sink is preferentially cooled in the presence of high temperature and high humidity gas in the package. In the temperature gradient between the air on the substrate and the bulk deep layer portion of the relatively low-temperature chip, the portion through the metal thin film layer having higher thermal conductivity produces a larger heat flux even under the same temperature gradient, It is thought that the effect | action which the air on the site | part is cooled more contributes to at least one cause.
In the above-described example, the condensation generation part 57 made of an elliptical metal thin film pattern is provided on the surface of the region 56 where the movable body or the electric circuit of the device layer 33 is not formed. It is possible to form a dew condensation generating part by forming a desired substrate by the device layer 33 and forming a metal thin film over the upper surface, wall surface (side wall surface), etc. It may be.

図６−１及び６−２はこのような結露発生部を楕円形の結露発生部５７に替えて具備するようにした図１の光スイッチと同様の光スイッチの作製方法を工程順に模式的に示したものであり、この例では工程（７），（８）に示しているように、デバイス層３３の３つの領域５６に「王」字型をなす基体８１が形成され、この基体８１の表面に形成された金属薄膜によって結露発生部８２が形成されているものとされる。以下、各工程（１）〜（８）について説明する。 FIGS. 6A and 6B schematically illustrate a manufacturing method of an optical switch similar to the optical switch of FIG. 1 in which such a dew condensation generation unit is provided in place of the elliptical dew condensation generation unit 57 in the order of steps. In this example, as shown in steps (7) and (8), a “king” -shaped substrate 81 is formed in the three regions 56 of the device layer 33. It is assumed that the dew generation part 82 is formed by the metal thin film formed on the surface. Hereinafter, each process (1)-(8) is demonstrated.

（１）ハンドル層３１、絶縁層３２、デバイス層３３の三層構造よりなるＳＯＩ基板３０を用意する。
（２）デバイス層３３の上面にシリコン酸化膜６１を形成し、さらにその上にレジスト６２を塗布する。
（３）フォトリソグラフィによりレジスト６２をパターニングし、レジストパターンをマスクとしてシリコン酸化膜６１をドライエッチングする。
（４）レジスト６２を除去する。これによりシリコン酸化膜６１よりなる可動体用、ハンドル層３１上に固定配置される構造体用及び領域５６に形成する基体８１用さらには基体８１の回りを囲む三角形の枠体８３用のマスクが完成する。 (1) An SOI substrate 30 having a three-layer structure including a handle layer 31, an insulating layer 32, and a device layer 33 is prepared.
(2) A silicon oxide film 61 is formed on the upper surface of the device layer 33, and a resist 62 is applied thereon.
(3) The resist 62 is patterned by photolithography, and the silicon oxide film 61 is dry-etched using the resist pattern as a mask.
(4) The resist 62 is removed. As a result, masks for the movable body made of the silicon oxide film 61, for the structure fixedly disposed on the handle layer 31, for the base body 81 formed in the region 56, and for the triangular frame 83 surrounding the base body 81 are provided. Complete.

（５）デバイス層３３の、シリコン酸化膜６１よりなるマスクから露出している部分を絶縁層３２が露出するまでドライエッチングする。このエッチングにはＩＣＰ装置を用いる。
（６）絶縁層３２の露出した部分をドライエッチングにより除去する。
（７）さらに、ウエットエッチングにより絶縁層３２をエッチングし、可動体下の絶縁層（犠牲層）３２をエッチング除去する。これにより、可動体とハンドル層３１との間には空隙が設けられ、また可動体以外の構造体（基体８１、枠体８３を含む）は絶縁層３２を介してハンドル層３１上に固定された構造が完成する。
（８）最後に、メカマスクを使用してＡｕをスパッタし、電極パッド５５、結露発生部８２及びミラー４７表面の反射膜を形成する。 (5) The portion of the device layer 33 exposed from the mask made of the silicon oxide film 61 is dry etched until the insulating layer 32 is exposed. An ICP apparatus is used for this etching.
(6) The exposed portion of the insulating layer 32 is removed by dry etching.
(7) Further, the insulating layer 32 is etched by wet etching, and the insulating layer (sacrificial layer) 32 under the movable body is removed by etching. As a result, a gap is provided between the movable body and the handle layer 31, and structures other than the movable body (including the base body 81 and the frame body 83) are fixed on the handle layer 31 via the insulating layer 32. The completed structure is completed.
(8) Finally, Au is sputtered using a mechanical mask to form a reflection film on the electrode pad 55, the dew generation part 82 and the mirror 47 surface.

なお、この例では枠体８３で囲まれる内側にＡｕがスパッタされるようにメカマスクの形状を選定するのが好ましく、これにより「王」字型をなす基体８１の上面、ハンドル層３１に略垂直な壁面のみならず、枠体８３の内側の凹部の底面、さらには枠体８３の内側の壁面にもＡｕの薄膜が形成され、つまり極めて広い表面積を有する結露発生部８２を形成できるものとなる。
なお、この例においても基体８１、枠体８３及び結露発生部８２は可動体や構造体の形成及び電極パッド５５の形成とそれぞれ同時に形成することができ、よって工数は増加しない。 In this example, it is preferable to select the shape of the mechanical mask so that Au is sputtered on the inner side surrounded by the frame body 83, and thereby, the upper surface of the base 81 having a “king” shape and the handle layer 31 are substantially perpendicular. The thin film of Au is formed not only on the inner wall surface, but also on the bottom surface of the recess inside the frame body 83 and also on the inner wall surface of the frame body 83, that is, the dew generation part 82 having an extremely large surface area can be formed. .
Also in this example, the base body 81, the frame body 83, and the dew condensation generating portion 82 can be formed simultaneously with the formation of the movable body and the structure body and the formation of the electrode pad 55, respectively, so that the number of man-hours does not increase.

この発明によるチップデバイスの一実施例を示す平面図。The top view which shows one Example of the chip device by this invention. 図１に示したチップデバイスの作製方法を示す工程図。FIG. 3 is a process diagram showing a method for manufacturing the chip device shown in FIG. 1. 図２−１の続き。Continuation of FIG. 実験サンプルの概略を示す図、Ａは斜視図、Ｂは内部を示す平面図。The figure which shows the outline of an experimental sample, A is a perspective view, B is a top view which shows an inside. 絶縁抵抗の測定箇所を示す図。The figure which shows the measurement location of insulation resistance. 実験結果を示すグラフ、Ａは従来チップ、Ｂは発明チップにおけるパッケージ内部湿度と絶縁抵抗の変化をそれぞれ示す。The graph which shows an experimental result, A is a conventional chip | tip, B shows the change of the package internal humidity and insulation resistance in an invention chip | tip, respectively. この発明によるチップデバイスの他の実施例の作製方法を示す工程図。Process drawing which shows the preparation methods of the other Example of the chip device by this invention. 図６−１の続き。Continuation of FIG. チップデバイスの従来構成例を示す平面図。The top view which shows the example of a conventional structure of a chip device. 図７に示したチップデバイスの作製方法を示す工程図。FIG. 8 is a process diagram showing a method for manufacturing the chip device shown in FIG. 7.

Claims

内部空間を有するパッケージに収容され、基板上に電気回路を構成する構造体もしくは電気回路を構成する金属薄膜パターンの少なくとも一方を具備してなるチップデバイスであって、
上記電気回路が設けられていない部位の表面に、金属薄膜よりなる結露発生部が設けられていることを特徴とするチップデバイス。 A chip device housed in a package having an internal space and comprising at least one of a structure constituting an electric circuit or a metal thin film pattern constituting an electric circuit on a substrate;
A chip device, characterized in that a dew condensation generating portion made of a metal thin film is provided on the surface of a portion where no electrical circuit is provided.

内部空間を有するパッケージに収容され、基板上に空中伝搬光が入射または出射する端面を有する光学部品を具備してなるチップデバイスであって、
上記端面以外の部位であって、電気回路が設けられていない部位の表面に、金属薄膜よりなる結露発生部が設けられていることを特徴とするチップデバイス。 A chip device comprising an optical component housed in a package having an internal space and having an end surface on which incident light is incident or emitted on a substrate,
A chip device, characterized in that a dew condensation generating part made of a metal thin film is provided on the surface of a part other than the end face and provided with no electrical circuit.

請求項１又は２記載のチップデバイスにおいて、
上記結露発生部は上記基板の板面に垂直な壁面を有する基体の表面に形成された金属薄膜よりなることを特徴とするチップデバイス。 The chip device according to claim 1 or 2,
2. The chip device according to claim 1, wherein the dew generation part is made of a metal thin film formed on a surface of a base having a wall surface perpendicular to the plate surface of the substrate.

請求項１乃至３記載のいずれかのチップデバイスにおいて、
上記金属薄膜はＡｕよりなり、その金属薄膜以外の表面を構成する部分にはシリコンが用いられていることを特徴とするチップデバイス。 The chip device according to any one of claims 1 to 3,
A chip device according to claim 1, wherein the metal thin film is made of Au, and silicon is used for a portion constituting the surface other than the metal thin film.