JP4330190B2 - 混成回路基板上に装着可能な超小型電気機械要素 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
この発明は、超小型電気的機械要素に係り、特に、析出、ホトリソグラフィ、および一般にシリコン製（または、ガラスや水晶等他の物質）の基板上への連続層の超小型作成等の集積回路技術を利用して形成される超小型システムを内臓したチップに関する。
【０００２】
【発明の背景】
物理的な大きさを電気信号に変換すること（すなわち、超小型センサ、例えば超小型加速度計）と、一方で電気信号を応用することで、物理的大きさを可動部分の移動の形式で変化すること（すなわち、超小型作動器、例えば超小型ポンプ、典型的には超小型注射器、または超小型モータ）を行う要素に対して「超小型システム」という用語を適用する。
【０００３】
これらの要素は、しばしばマイクロメータの単位で動作（「マイクロ動作」）する可動部を含み、それ故に、その特性上、環境によって付加される機械的圧迫に対して極めて敏感である。
【０００４】
したがって、超小型加速度計の典型的な例において、その要素がエポキシ樹脂型の硬い接着で基盤上に直接接着されている場合、この接着により発生する単純な機械的圧迫は、超小型センサの感度を変えてしまい、過負荷を支えるその能力を減らし、おそらくはその機能を完全に妨害し得るであろう。
【０００５】
以上の理由から、本技術の現行の状態では混成回路基板上のこのような要素への直接の移着は、柔軟な接着剤と電気接続を防ぐシリコン基板の利用を必要とする精密な仕事である。
【０００６】
既知の直接移着技術において、まずチップキャリア上に装置を装着し、このキャリアを続いて基板上に装着することを必要とするが、空間の効率的使用が重要となる。
【０００７】
既知技術の進歩をもってしても、基板材料（セラミック、ガラス、エポキシ他）と要素（シリコン、水晶他）の間の膨張（拡大）係数の差を吸収するために、中間樹脂の存在は必要不可欠である。典型的には、中間のシリコン基板上への要素の第一の移着（膨張係数に関係する困難が存在しないシリコン／シリコン境界）に続いて、中間の基板から例えばセラミック製の混成回路の基板への移着がなされ、これら２つの基板間への樹脂の中間配置を伴う。
【０００８】
【発明の対象と概要】
本発明の目的は、前記の課題を解決し、中間樹脂の使用とその硬化によりもたらされる機械的な圧力から超小型システムを保護しながら、混成回路基板上へ要素を直接移着することを可能にする特殊な要素構造を提供することである。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、基板への移着後、１チップ単体の面積と同一の表面積の基板を占有しない要素を提供することである。言い換えれば、要素へ塗布するため、チップへの樹脂の付加が、基板上の要素により占有される表面積を増加させないことである。
【００１０】
「ＣＳＰ」（チップサイズ梱包）として知られる本技術は、心臓刺激装置のような、回路の小型化が、本質的な要件となる分野で特に有利である。
【００１１】
このため、本発明は、特に連続層の析出、ホトリソグラフィー、微細加工により形成される超小型システムを含むチップを備える超小型電気的機械要素を提供し、ここで超小型システムは電気的接続のための複数の接触パッドを備える。
【００１２】
本発明の一実施例によると、チップは、基板上への移着を可能にするための外部被覆材を備える。この被覆材は、その表面上に複数の外部金属部分を備え、これは被覆材料を通して反対側の接触パッドと電気的に接続され、被覆材料の厚さをもってはめ込まれている。
【００１３】
被覆された要素は、被覆される前のチップの寸法（長さと幅において）略同じ寸法である。被覆は、チップ上の縮小された部分のみ、実質的には接触パッドおよび金属部分の領域についてのみ形成され、被覆されない部分は超小型システムの敏感（すなわち、検出する）部分となり、これは被覆材料の付加および硬化によって生じる機械的圧力から保護される。
【００１４】
言い換えれば、被覆材は、基板と電気的および機械的に連結した超小型システムの電気的接合のみを被覆する。残りのセンサは典型的にはシリコン製であり、被覆する必要が無く、基板と固く接続することなく基板上に自由に設置することが可能である。
【００１５】
従って、好適には機械的に不活性な（電気的接続を支える）小さな部分のみが被覆され、樹脂が硬化することによって生じる機械的圧迫を最小化する。
【００１６】
付随的に、「被覆」という語句に制限的な感覚で、要素のチップの完全な包合を提案するものと解釈すべきでないことを理解する必要がある。ここで使用される用語は、特定の技術（すなわち、「被覆」）にのみ関連するものであり、前述したように、要素に面上（すなわち、表面に析出された物質の層）にのみ付加されるものであり、特にその局部的な領域にのみ付加される。
【００１７】
別の実施例において、本発明の種々の利点ならびに追加的な特性が理解されよう。
【００１８】
１つの実施例において、要素はチップの幅方向の溝を備え、これは特にチップの端に形成される横溝であるとともに被覆材料によって満たされ、好適には、被覆材料は被覆されていない部分の表面と同じレベルとなって均一な表面を形成し、これは平面的かつ平滑であることが好適である。
【００１９】
別の実施例において、接触パッドおよび金属部分は、同じ側に配置され、好適にはチップの小さい寸法の側に位置する。金属部分は、要素の斜角面である斜面上に配置され、基板上における要素の移着の構造、すなわち平らであるか側面上にあるかにかかわらず基板に対して一定角度をなす。
【００２０】
もう１つの実施例において、本チップは超小型システムを支える能動板である複数の重なった板から形成され、少なくとも一枚の能動板に密封接合し、接触パッドが受動板によって被覆されない領域を形成し、この領域内に被覆材料によって満たされる横溝を作成する。
【００２１】
本発明のその他の構造、特徴および利点は、添付図面を参照しながら以下に詳細に示す実施例により、当業者においては理解されよう。
【００２２】
【図面の詳細説明】
図１の参照１０は、本発明による超小型電気的機械要素、例えば比率適応ペースメーカー内の身体活動データの収集器（すなわち、センサ）として特に使用されている超小型加速器要素（チップ平面に１ないし２本の測定軸を有する）の実施例を示す。
【００２３】
実施例において、要素１０は、シリコン製の２つの板１２，１４（すなわち、「ウエハ」）から構成される（図１は、板全体を切った（すなわち、「ダイシング」）後に得られる、各要素のみを現す）。
【００２４】
板１２は、超小型システムを支え「能動」を示し、一方板１４は、電気的機械ないし電気的要素でなく、能動板１２の素子の防護フードとしての役割のみが想定されているために「受動的」といわれている。
【００２５】
これら２つの板は、例えば陽極の接続（すなわち、「結合」）により重ねて合わせて密封接合される。板１２、１４は、同材質であるために、この結合は２つの板の境界を原因として生じる機械的圧迫を伝達しない。
【００２６】
能動板１２は、複数の接触パッド（「パッド」）１６を含んでおり、露出（図１で説明されるとおり）しているか、または板１２のソケットの底部に位置する金属の領域である。
【００２７】
パッド１６へ結合するアクセスを可能にするために、受動的板１４は、パッドの前方に溝１８を備える。この溝は、適量の樹脂被覆２０によって充填されており、これは外部表面（すなわち受動的板１４と同じ高さの表面）上に一連の金属化部分２２（すなわち金属層パッド）を備えている。金属化部分はパッド１６と同数存在し、各金属化部分２２は各パッド１６に対応する。個々の金属化部分２２および該当する各パッド１６は、接続線２４によりそれぞれ接続されている。
【００２８】
これらの電気的接続は、特許第ＷＯ−Ａ−９３／２４９５６号において記述されている既知の技術に従って実現することが可能であって、この特許は通常通り譲受人であるＥＬＡメイディカル社によって所有されており、ここでは参照に組み入れられているが、要素の製造工程が記述されており、その要素の面は樹脂被覆層によって完全に被覆され、チップの接触パッドに接続された連続した一連の金属化部分が供給され、これらのパッドは樹脂層の下部に覆われ（または、「埋没し」）ている。この文献第ＷＯ−Ａ−９３／２４９５６号に記載された工程およびその変更例は、本発明要素を実現するのに適している。
【００２９】
ふたたび図１を参照すると、パッド１６を露出させるために外側の板１４内に溝を掘るかあるいは切ることにより積み重ねられた板を個々の要素に切断する前に溝１８を簡便な方法で完成させることができ、溝は外部に対して連続する溝のハッチング（あるいは要素が２つの隣接した接触部を備えている場合は格子）の形状となる。
【００３０】
被覆は、本質的に前記の第ＷＯ−Ａ−９３／２４９５６号に記載の方法により実行されるが、板に掘られた溝にのみ樹脂が流入する。
【００３１】
本実施例の樹脂は、ポリアミド、ポリマ・エポキシ等の重合可能な物質であり、本来流動しやすく、また、例えば紫外線照射あるいは温度（すなわち、熱）硬化により硬化しやすいものである。
【００３２】
重合化の後、硬化された材料は本質的には堅いものであるが、基板と要素間の膨張率の差異を吸収するために充分な柔軟性を排除するものではなく、これら二つの構成部材間の境界に生じ得る機械的圧力についても同様である。
【００３３】
この樹脂が固まった後に板に生じる機械的圧迫は充分に弱いため、その構造に損害を与えることはなく、文献第ＷＯ−Ａ−９３／２４９５６号に従って、工程の最終段階（すなわち、金属化部分２２の研磨、溝切り、析出等）を実行し得る。
【００３４】
重なった板が個々の要素に切断（または、「ダイス」）された後、組み立てにおける弱い圧迫が消滅し、要素（すなわち、被覆された超小型システム）は、仮に受けるとしてもその電気機械的な特徴に関して非常に弱い（小さい）変動を受ける。
【００３５】
従って、結果として、要素は、その側面の一方に金属化した樹脂からなる被覆領域を備え、これは板の材料とは異なる物質からなる主基板上に移着されることに適合する。この移着は、「ＣＭＳ」（「チップ表面装着」）として実施され、これは既知の技術であるため詳細には記述しない。
【００３６】
図２は、基板２８に装着された要素１０を示している。
【００３７】
ハンダ３０により表面のウェット領域を増加させることを可能にするために斜面２６を設けることが好適であり、特に、基板２８上への要素の移着を均等に平面状（１０Ｆ）または側面的（１０Ｓ）に形成することを可能にする。
【００３８】
最後に述べた特徴（側面および平面装着）は、例えば超小型加速度計装置に対して特に好適であり、ここで要素、例えばチップ面上の１ないし２軸測定の超小型加速度計要素は平面的に装着され、従って基板平面の軸について敏感であり、一方、例えば、チップの平面内の一測定軸を備える超小型加速度計装置における類似の要素は、側面的に装着され基板平面に垂直な軸に敏感である。この方法では、気密に装着された（一つは平面にそしてもう一つは側面に）２つの類似の要素と共に、垂直方向の３次元センサのシステムが得られる。
【００３９】
前記実施例は、本発明の好適な構成例を説明するものであり、これに限定するものではない。
【００４０】
確かに、接触パッド（これは、一般的に、超小型システムの場合、低く定義された数である）はチップの同じ側に集められることが好適であり、これにより超小型システム全体ではなく電気的な接続部のみを被覆することを容易にする。
【００４１】
一方で、圧迫に対する要素の感度を制限するために、幾つかの重ね合わせられた板から一般的に製造される超小型システムにおいて、超小型システムの能動的かつ機械的な部分は一つの板（すなわち、上述の例においては能動板１２）上にのみ配置し、表面上および／または内部に埋設することが好適であり、また、他の１枚または２枚の板（上および／または下）は、制限された電気的作用を有し、例えば雑音に対する防護等の能動板の機械的な保護を提供する。
【００４２】
この方法において、受動的な板上における微小な圧迫操作により、要素全体の機能においてより少ない摂動が発生する。
【００４３】
同様に、多層板構造から作成される要素において、超小型システムの総ての接触パッドを同一の能動板上に配置することが、被覆を容易にするために好適である。
【００４４】
以上、本発明を実施例を参照して説明してきた。当業者においては、これらが排他的な実施例でないことが理解され、また、前述の実施例においては特定の特徴について説明しているが、これらの実際的な詳細は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきものではなく、当業者においては、本発明の範囲から逸脱しその利点を減少させることなく、種々の設計変更、改変、ならびに均等な実施形態をなし得ることが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により実現された要素の透視図である。
【図２】基板に装着された図１の要素であり、側面および平面の２つの可能な構造によって基板に装着されたものである。

Claims (19)

1. 電気的結合部（１６）用の複数の接触パッドを有する超小型システムを備え、この超小型システムはチップ内に配置され；
   接触パッドを被覆するとともに外部表面を有する局部的な外部被覆材料（２０）を備え、被覆はチップの縮小された部分上の局部的な領域になされ、これは実質的に接触パッドの領域を被覆するものであり；
   被覆材料の表面に位置する外部の複数の金属化部分（２２）を備え、各金属化部分は、被覆材料を介して下にある各接触パッドと、接続線（２４）によりそれぞれ電気的に接続され；
   被覆されたチップは被覆する前のチップと近似的に同等な長さと幅からなる寸法を有することを特徴とする超小型電気機械要素（１０）。
2. チップは溝（１８）が配置される幅寸法を有し、溝は被覆材料によって満たされた局部的領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の要素。
3. 被覆材料が溝を満たすことにより均一な要素表面を形成することを特徴とする請求項２に記載の要素。
4. 溝がチップの横方向の端部に沿って形成される横方向溝であることを特徴とする請求項２に記載の要素。
5. チップが複数の側面を持ち、パッドと金属化部分がチップの同じ側面に位置することを特徴とする請求項１に記載の要素。
6. 同じ側面がより小さな面積を持つチップの側面であることを特徴とする請求項５に記載の要素。
7. 金属化部分が要素の斜角面である斜面（２６）上に配置され、斜面が下部の基板（２８）に対して常に一定の角度をなし、その下部基板に対して斜面が平面的にまたはその側面上に移着されることを特徴とする請求項５に記載の要素。
8. チップは複数の重ね合わされた板から形成され、これは超小型システムを支える能動板（１２）と能動板上に密封接合された少なくとも一枚の受動保護板（１４）を含んでおり、受動部の長さは活性部の長さよりも短く、したがって、接触パッドが受動板によって被覆されない局部的領域を、この領域内に制限されるとともに被覆材料（２０）によって満たされる横溝（１８）として形成することを特徴とする請求項１に記載の要素。
9. 超小型システムが超小型加速計である請求項８に記載の要素。
10. チップ上に配置された超小型システムを含む超小型電気機械要素（１０）であり：
    超小型システムを電気的に接続するための超小型システム接触手段を備え；
    チップの接触手段を被覆するための局部的な被覆手段を備え、被覆手段はチップの縮小された部分を覆う局部的な領域内に配置され、これは実質的に接触手段の領域であり；
    チップ表面上に配置された外部金属化手段を備え、被覆手段を介して下部にある各接触手段と、接続線（２４）によりそれぞれ電気的に接続し；
    被覆されたチップは被覆する前のチップと近似的に同等な長さと幅からなる寸法を有することを特徴とする超小型電気機械要素。
11. 被覆手段によって満たされた局部的領域を形成するチップの横断方向の溝をさらに備える請求項１０に記載の要素。
12. 接触手段と金属化手段がチップの同じ側に配置される請求項１０に記載の要素。
13. 金属化手段が要素の斜角面である斜面上に配置され、斜面が下部の基板に対して常に一定の角度をなし、その下部基板に対して斜面が平面的にまたはその側面上に移着されることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
14. チップは複数の重ね合わされた板から形成され、これは超小型システムを支える能動板上に密封接合された少なくとも一枚の受動保護板を含んでおり、受動部の長さは活性部の長さよりも短く、したがって、接触手段が受動板によって被覆されない局部的領域を、この領域内に制限されるとともに被覆手段によって満たされる横溝として形成することを特徴とする請求項１０に記載の要素。
15. 電気的結合部用の複数の接触パッド（１６）を有する超小型システムであって、複数の側面を持つチップ内に配置されてなる超小型システムと；
    接触パッドを被覆するとともに外部表面を有する局部的な外部被覆材料（２０）であって、被覆はチップの縮小された部分上の局部的な領域になされ、該被覆は実質的に接触パッド（１６）の領域を被覆するものであってなる外部被覆材料（２０）と；
    斜面（２６）を有する斜角面であって、該斜面（２６）は下部の基板（２８）に対して常に一定の角度をなし、該下部の基板に対して斜面が平面的にまたはその側面上に移着されてなる斜角面と；
    被覆材料の表面上におよび斜角面である斜面上に配置された外部の複数の金属化部分（２２）であって、各金属化部分（２２）は、被覆材料を介して下にある各接触パッドと、接続線（２４）によりそれぞれ電気的に接続されてなる金属化部分（２２）と
    を備えた超小型電気機械要素（１０）であって、
    接触パッドおよび金属部分は、チップの同じ側に配置され、
    被覆されたチップは被覆する前のチップと近似的に同等な長さと幅からなる寸法を有することを特徴とする超小型電気機械要素（１０）。
16. 電気的結合部用の複数の接触パッド（１６）を有する超小型システムであって、チップ内に配置されてなる超小型システムと；
    接触パッド（１６）を被覆するとともに外部表面を有する局部的な外部被覆材料（２０）であって、被覆はチップの縮小された部分上の局部的な領域になされ、該被覆は実質的に接触パッド（１６）の領域を被覆するものであってなる外部被覆材料（２０）と；
    被覆材料の外部表面上に配置された外部の複数の金属化部分（２２）であって、各金属化部分（２２）は被覆材料を介して、下にある各接触パッド（１６）と、接続線（２４）によりそれぞれ電気的に接続されてなる金属化部分（２２）と
    を備えた超小型電気機械要素（１０）であって、
    チップは複数の重ね合わされた板から形成され、該板は超小型システムを支える能動板と該能動板上に密封接合された少なくとも一枚の受動保護板とを含んでおり、受動部の長さは活性部の長さよりも短く、したがって、接触パッド（１６）が受動板によって被覆されない局部的領域を、この領域内に制限されるとともに被覆材料によって満たされる横溝として形成し、
    被覆されたチップは被覆する前のチップと近似的に同等な長さと幅からなる寸法を有することを特徴とする超小型電気機械要素（１０）。
17. 前記超小型システムが超小型加速度計装置であることを特徴とする請求項１６に記載の要素。
18. チップ上に配置された超小型システムを含む超小型電気機械要素（１０）であって、該超小型電気機械要素（１０）は
    超小型システムを電気的に接続するための超小型システム接触手段と；
    チップの接触手段を被覆するための局部的な外部被覆手段であって、該被覆手段は外部表面を有するとともに、チップの縮小された部分を覆う局部的な領域、実質的に接触手段の領域の内部に配置されてなる局部的な外部被覆手段と；
    斜面（２６）を有する斜角面であって、該斜面（２６）は下部の基板（２８）に対して常に一定の角度をなし、該下部の基板に対して斜面が平面的にまたはその側面上に移着されてなる斜角面と；
    被覆手段の外部表面上におよび斜角面である斜面上に配置された外部金属化手段であって、被覆手段を介して下にある各接触手段と、接続線（２４）によりそれぞれ電気的に接続する外部金属化手段と
    を備え、
    被覆されたチップは被覆する前のチップと近似的に同等な長さと幅からなる寸法を有することを特徴とする超小型電気機械要素（１０）。
19. チップ上に配置された超小型システムを含む超小型電気機械要素（１０）であって、該超小型電気機械要素（１０）は、
    超小型システムを電気的に接続するための超小型システム接触手段と；チップの接触手段を被覆するための局部的な外部被覆手段であって、該被覆手段は外部表面を有するとともに、チップの縮小された部分を覆う局部的な領域、実質的に接触手段の領域の内部に配置されてなる局部的な外部被覆手段と；被覆手段の外部表面上に配置された外部金属化手段であって、被覆手段を介して下にある各接触手段と、接続線（２４）によりそれぞれ電気的に接続する外部金属化手段と
    を備えており、
    チップは複数の重ね合わされた板から形成され、該板は超小型システムを支える能動板と該能動板上に密封接合された少なくとも一枚の受動保護板とを含んでおり、受動部の長さは活性部の長さよりも短く、したがって、接触手段が受動板によって被覆されない局部的領域を、この領域内に制限されるとともに被覆手段によって満たされる横溝として形成し、
    被覆されたチップは被覆する前のチップと近似的に同等な長さと幅からなる寸法を有することを特徴とする超小型電気機械要素（１０）。

Images