JP5227834B2 - Method for manufacturing functional device package - Google Patents
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Description
本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術等により、Si基板(ここで、Si基板とは、Siウェハ、SiO2、あるいは内部にSiO2絶縁層を有するSi/SiO2/Siのサンドイッチ構造を有するウェハも含む(以下同じ))をエッチングにより加工し、製造される各種のセンサ、アクチュエータ等の機能素子パッケージに関する。 The present invention is based on MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology or the like, and a Si substrate (here, Si substrate is a Si wafer, SiO 2 , or a Si / SiO 2 / Si sandwich structure having an SiO 2 insulating layer inside). In addition, the present invention relates to a functional element package such as various sensors and actuators that are manufactured by etching (including the same wafers) (hereinafter the same).
MEMS技術を用いた各種のセンサや高周波フィルタ、ミラー機能素子などの機能素子が製造されている。例えば加速度のセンサでは、一般的に、錘を含む構造体をエッチング技術を駆使して形成し、錘に連結した電極における静電容量変化や、錘に連結した薄い梁上に形成した歪み検出素子の抵抗変化などを読み取ることで、錘に加わった加速度を読み取ることができる。高周波フィルタでは、例えばFBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)と呼ばれる構造では、Si基板上に空洞が形成され、この空洞をまたぐように、電極に挟まれたAlN圧電膜が形成される。ミラーデバイスでは、Siのミラー部が駆動され、光路を調整することで画像を発生させる。いずれのMEMS機能素子においても、錘、圧電膜、あるいはミラーなどの可動部を含む。このような可動部の動作特性は、当然のことながら、可動部を取り巻く雰囲気の影響を受ける。したがって可動部の存在する空間の気圧は一定に保つ必要があり、気密封止が必要となる。 Various sensors using MEMS technology, high frequency filters, functional elements such as mirror functional elements are manufactured. For example, in an acceleration sensor, generally, a structure including a weight is formed by making full use of an etching technique, and a capacitance detection at an electrode connected to the weight or a strain detection element formed on a thin beam connected to the weight. By reading the resistance change, the acceleration applied to the weight can be read. In a high-frequency filter, for example, in a structure called FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator), a cavity is formed on a Si substrate, and an AlN piezoelectric film sandwiched between electrodes is formed so as to straddle the cavity. In the mirror device, an Si mirror is driven, and an image is generated by adjusting the optical path. Any MEMS functional element includes a movable part such as a weight, a piezoelectric film, or a mirror. Such operating characteristics of the movable part are naturally influenced by the atmosphere surrounding the movable part. Therefore, the air pressure in the space where the movable part exists needs to be kept constant, and hermetic sealing is required.
これまでは、気密封止を行いつつ、機能素子からの電気信号を外に取り出すために、セラミック製のパッケージと蓋が用いられていた。このセラミックパッケージには、内部にワイヤーボンディングを接続するための電極パッドが形成され、この電極と連結し、かつリークを起こさないように、セラミックパッケージ内から外へ配線が取り出されている。セラミックパッケージの外側では、この内部から出てきた配線と連結した電極パッドが形成されている。 Until now, ceramic packages and lids have been used to take out electrical signals from the functional elements while performing hermetic sealing. In this ceramic package, an electrode pad for connecting wire bonding is formed inside, and wiring is taken out from the inside of the ceramic package so as to be connected to this electrode and not to leak. Outside the ceramic package, an electrode pad connected to the wiring coming out from the inside is formed.
しかし近年、小形化、低価格化への要求は強く、それを実現する手段として、ウェハレベルでのパッケージングが必要とされている。ウェハレベルでのパッケージングとは、各種の機能素子を形成したウェハに、封止のための別のウェハを接合してパッケージングを完了する方法である。ウェハの接合により、何千、何万という機能素子の封止を一括して行うことができるので、低コスト化に有利である。また、フォトリソグラフィー技術により、精密な封止部の設計ができるので、パッケージの小形化にも有利である。 However, in recent years, there is a strong demand for downsizing and cost reduction, and packaging at the wafer level is required as a means for realizing it. Packaging at the wafer level is a method of completing packaging by bonding another wafer for sealing to a wafer on which various functional elements are formed. Thousands or tens of thousands of functional elements can be collectively sealed by bonding the wafers, which is advantageous for cost reduction. In addition, since a precise sealing portion can be designed by photolithography technology, it is advantageous for downsizing of the package.
ウェハを接合する手段としては、Si−Siの直接接合、ガラスウェハとSiの陽極接合など、いくつかの新しい方法も発表されているが、従来、半導体部品のパッケージングで用いられ、実績のある接合方法としては、はんだ接合を挙げることができる。 Several new methods, such as direct bonding of Si-Si and anodic bonding of glass wafer and Si, have been announced as means for bonding wafers, but they have been used for packaging semiconductor components and have a proven track record. Examples of the joining method include solder joining.
ここで、これまでに開示された技術として、ウェハレベルパッケージではないが、はんだ接合により機能素子をパッケージ化する方法と、ウェハレベルでのはんだによるパッケージ方法の二つについて説明する。 Here, as a technique disclosed so far, two methods, that is, not a wafer level package but a method of packaging a functional element by solder bonding and a method of packaging by solder at a wafer level will be described.
下記の特許文献1には、特に発振回路を形成する高周波ICを気密封入するパッケージに好適であり、振動対策としてキャップの肉厚を厚くしてヘッダ側との接合面積が増大しても、充分な接着強度を得て所用の気密封止を維持するパッケージ構造が記載されている。その方法として、キャップに接合するヘッダの接合面の内周側と外周側に二重に環状凹溝を設け、この内外周の環状凹溝で囲まれる内側接合部のヘッダとキャップとをろう材によって溶着すると共に、外周側の環状凹溝よりも外部の外側接合のヘッダとキャップとをレーザ溶接によって溶着している。そして、この接合部に形成された内外周の環状凹溝は、ろう材の高周波IC部への流れ込みを防止するための溝であることが示されている。
The following
また、下記の特許文献2においては、大口径のウェハどうしを良好に接合したマイクロパッケージを提供することを課題として、マイクロセンサまたはマイクロアクチュエータの複数の能動部分をウェハに形成した素子ウェハと、蓋部材とを、接合部により素子ウェハの各能動部分の周囲で気密に封止する方法が記載されている。この接合には、はんだが使用されることが開示されている。
Further, in
特許文献1においては、ヘッダとキャップの接合部の内外周に、環状凹溝を形成することにより、ろう材のはみ出しを抑制することが特徴である。しかしウェハレベルでの接合材の濡れ性を確保した接合により、機能素子の気密封止を実現することは考慮されていない。
また特許文献2は、ウェハレベルではんだ接合を行いパッケージ化するものであるが、高い歩留りで気密封止を実現するために、はんだの濡れ性を確保することに関しては充分に考慮されていない。マイクロセンサやマイクロアクチュエータのパッケージングでは、ごみや異物の混入を防ぐために、はんだ接合時にフラックスを使用することは一般的には困難である。したがって、フラックスレスではんだの充分な濡れを実現し、はんだ接合を行うことが必須である。 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-228561 discloses solder packaging at the wafer level, but in order to achieve hermetic sealing with a high yield, sufficient consideration is not given to ensuring solder wettability. In the packaging of microsensors and microactuators, it is generally difficult to use a flux at the time of soldering in order to prevent dust and foreign matters from entering. Therefore, it is essential to achieve sufficient solder wettability and solder bonding without flux.
本発明は、上記のような課題を解決するために為されたものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems.
上記課題を解決するために、本発明は、機能素子パッケージの製造方法を、複数の凹部が形成され、この複数の凹部の内側及び複数の凹部の間の凸部と複数の凹部の外側を含む面に形成された第1のメタライズとを有する第1のSi基板を準備する工程と、表面に第2のメタライズが形成され、この第2のメタライズ上に形成されてその厚さが第1のSi基板の凹部の深さよりも小さいはんだとを有する第2のSi基板を準備する工程と、第2のSi基板のはんだが第1のSi基板の複数の凹部の第1のメタライズを形成した領域と対応して向き合うように第1のSi基板と第2のSi基板とを対向させる工程と、対向した第1のSi基板及び第2のSi基板とを接近させて複数の凹の間の凸部の角部を第2のSi基板のはんだに押しつけて加圧し、次に加圧した状態ではんだの融点以上まで加熱することにより第1のSi基板に形成した第1のメタライズの複数の凹部の外側の面と第2のSi基板に形成した第2のメタライズとを前記はんだで接合する工程とを含んで構成した。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for manufacturing a functional device package, wherein a plurality of recesses are formed, and includes the inside of the plurality of recesses and the protrusions between the plurality of recesses and the outside of the plurality of recesses. Preparing a first Si substrate having a first metallization formed on the surface, forming a second metallization on the surface, and forming the first metallization on the second metallization with a thickness of the first metallization. A step of preparing a second Si substrate having a solder smaller than the depth of the recess of the Si substrate, and a region in which the solder of the second Si substrate forms the first metallization of the plurality of recesses of the first Si substrate The first Si substrate and the second Si substrate facing each other so as to face each other, and the opposing first Si substrate and the second Si substrate are brought close to each other to project between the plurality of recesses. Press the corner of the part against the solder on the second Si substrate. And then heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder in a pressurized state and the second surface formed on the second Si substrate and the outer surface of the plurality of recesses of the first metallization formed on the first Si substrate. Metallizing and joining with the solder .
また、記課題を解決するために、本発明は、機能素子パッケージの製造方法を、複数の凹部が形成され、この複数の凹部の内側及び複数の凹部の間の凸部と複数の凹部の外側を含む面に形成された第1のメタライズと、この第1のメタライズ上に形成されたはんだとを有する第1のSi基板を準備する工程と、第2のメタライズが形成された第2のSi基板を準備する工程と、第1のSi基板のはんだが第2のSi基板の第2のメタライズを形成した領域と対応して向き合うように、第1のSi基板と第2のSi基板とを対向させる工程と、対向した第1のSi基板及び第2のSi基板とを接近させて第1のSi基板の第1のメタライズ上に形成されたはんだを複数の凹部の間の凸部で第2のSi基板に形成された第2のメタライズに押しつけて加圧し、次に加圧した状態ではんだの融点以上まで加熱することにより第1のSi基板に形成した第1のメタライズの複数の凹部の外側の面と第2のSi基板に形成した第2のメタライズとをはんだで接合する工程とを含んで構成した。 In order to solve the serial object, the present invention provides a method of producing a functional device package, a plurality of recesses are formed, the outer convex portions and a plurality of concave portions between the inner and the plurality of recesses of the plurality of recesses first and metallization formed on a surface comprising the steps of preparing the first first Si substrate having a solder formed on the metallized second Si second metallization is formed A step of preparing the substrate, and the first Si substrate and the second Si substrate so that the solder of the first Si substrate faces the region corresponding to the second metallized region of the second Si substrate. The step of making the first Si substrate and the second Si substrate opposed to each other close to each other and solder formed on the first metallization of the first Si substrate at the convex portions between the plurality of concave portions. Push against the second metallization formed on the Si substrate And then heated to the melting point of the solder or higher in the pressurized state, the outer surface of the plurality of recesses of the first metallization formed on the first Si substrate and the second Si substrate formed on the second Si substrate. And a step of joining the metallization of 2 with solder .
本発明によれば、MEMS等による機能素子をウェハ状態で一括して気密封止を行うことができ、信頼性が高く、低価格の機能素子パッケージを提供することができる。 According to the present invention, functional elements such as MEMS can be collectively hermetically sealed in a wafer state, and a highly reliable and low-priced functional element package can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施例を図1と図2を用いて説明する。図1は、ウェハレベルで気密封止を行う様子を示すウェハ状態での接合の模式図である。図2は気密封止部の接続プロセスを示す詳細な断面構造図である。 First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view of bonding in a wafer state showing a state of hermetic sealing at a wafer level. FIG. 2 is a detailed cross-sectional structure diagram showing the connection process of the hermetic sealing portion.
図1において、2は機能素子1個分のパターンを表している。Si基板(機能素子側)1に設けられた機能素子4の外周に気密封止部(機能素子側)3が形成されている。一方、蓋側のSi基板(蓋側)5には、機能素子側の気密封止部(機能素子側)3と接続できるように、対向する位置に気密封止部(蓋側)6が形成されている。Si基板(機能素子側)1とSi基板(蓋側)5の気密封止部が重なるように位置合わせを行い、これをクランプ、あるいは螺子止めなどで治具に仮固定する。この治具を接合装置のチャンバ内にセットし、基板全体に数1000N〜10000N(数100kgf〜1020kgf)程度の荷重を負荷し、気密封止部に形成されたはんだの融点以上に加熱することで、はんだを溶融させて接続を行い、ウェハレベルで気密封止を行うことができる。このウェハレベルで気密封止した後、個々に切断・分離し、1個毎の製品として、機能素子2をパッケージングした構造を有する機能素子パッケージを製造する。
In FIG. 1, 2 represents a pattern for one functional element. A hermetic seal (functional element side) 3 is formed on the outer periphery of the functional element 4 provided on the Si substrate (functional element side) 1. On the other hand, on the Si substrate (lid side) 5 on the lid side, a hermetic seal portion (lid side) 6 is formed at an opposing position so as to be connected to the hermetic seal portion (functional element side) 3 on the functional element side. Has been. Positioning is performed so that the hermetic sealing portions of the Si substrate (functional element side) 1 and the Si substrate (lid side) 5 overlap, and this is temporarily fixed to a jig by clamping or screwing. This jig is set in the chamber of the bonding apparatus, a load of about several thousand N to 10,000 N (several hundred kgf to 1020 kgf) is applied to the entire substrate, and heated to the melting point or higher of the solder formed in the hermetic sealing portion. The solder can be melted for connection and hermetic sealing can be performed at the wafer level. After hermetically sealing at the wafer level, the device is cut and separated individually, and a functional device package having a structure in which the
ここで、Si基板として、要求されるSi基板の特性によって、Siウェハあるいは内部にSiO2絶縁層を有するSi/SiO2/Siのサンドイッチ構造を有するウェハを使いわけると、より低価格にすることができる。 Here, if the Si substrate or the wafer having the Si / SiO 2 / Si sandwich structure having the SiO 2 insulating layer is used depending on the required characteristics of the Si substrate as the Si substrate, the cost becomes lower. Can do.
次に、気密封止部の詳細構造を、その接続プロセスもあわせて、図2(a)〜(d)に基づき詳細に説明する。まず接合前の状態を図2(a)により説明する。Si基板(機能素子側)1には、フォトリソグラフィー技術によるパターン形成と、ドライエッチングやウェットエッチングの技法を用いて、凹部25が形成される。単結晶のSiウェハの場合は、凹部下面が曲面になることも考えられるが、凹部下面の細かい形状は、本実施例の効果には大きな影響を及ぼさないので、曲面形状の凹部も本実施例に含まれる。また、凹部は垂直な側面を有するが、エッチング工程におけるサイドエッチの影響などにより、多少斜めになることもあるが、これらも本実施例に含まれる。なお、本実施例のような、比較的垂直な側面で、底面が平坦な凹部は、MEMSでは頻繁に用いられるSOI(Silicon On Insulator)基板を用いて、高速なドライエッチングを行った場合に形成できる。
Next, the detailed structure of the hermetic seal will be described in detail based on FIGS. 2A to 2D together with the connection process. First, the state before joining will be described with reference to FIG. On the Si substrate (functional element side) 1, a
本実施例では二列の凹部25が機能素子の外周に形成されており、図2(a)はその一部の断面を示している。凹部25の深さは、はんだ膜23の厚さ、体積に依存して設計する必要があるが、概ね、数μm〜20μm程度の深さが好適である。
In this embodiment, two rows of
凹部25を形成後、Si基板(機能素子側)1は熱酸化などの処理が施され、Si酸化膜21Aが形成される。Si酸化膜21Aは、一般的に機能素子を形成した場合に、ウェハ上の配線間の電気的な短絡を防止するために、Si基板(機能素子側)1の表面を絶縁するために形成されるので図示したが、接合へ特別な効果は特になく、気密封止のみが目的の場合は、Si酸化膜21Aは形成しななくても良い。
After the
次に、気密封止部(機能素子側)3の領域にメタライズ22Aを施す。メタライズ22Aのパターン形成は、主に二つの方法を用いることができる。まず、フォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、その上からメタライズして、レジスト上の余分なメタライズを除去するリフトオフ法がある。次に、最初に、Si酸化膜21A上にメタライズを形成し、その上からレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、レジストパターンの開口部のメタライズをミリングにより除去する方法がある。あるいは、ミリングの代わりに、ウェットエッチングによってレジスト開口部のメタライズを除去することもできる。
Next, metallization 22 </ b> A is applied to the region of the hermetic sealing portion (functional element side) 3. There are mainly two methods for forming the pattern of the
例えばリフトオフでメタライズパターンを形成する場合、レジストパターンは、凹部25の外側でパターンを形成する。その理由は、凹部25の内部では、露光されるレジスト厚が他の場所と異なり、明瞭なパターンが得られないためである。また、後述するように、本実施例では凹部25、あるいは凸部26の側面にメタライズされていることが、効果を生み出す重要なポイントでもある。このため、この側面部に確実にメタライズが形成されるためには、凹部25の外側で、正確にレジストパターンを形成する必要がある。したがって、図中の22Cのように、必ず、凹部25の外側で、かつSi基板(機能素子側)1の表面に、メタライズ22Aが形成される。
For example, when a metallized pattern is formed by lift-off, the resist pattern is formed outside the
ミリングやウェットエッチングによりメタライズパターンを形成する場合も、22Cの
ように、Si基板(機能素子側)1の表面で凹部25の外側にメタライズ22Aが形成される。これらの工程では、まずメタライズ22AがSi基板(機能素子側)1の全面に形成され、次に、レジスト塗布、レジストパターン形成が行われるが、やはり凹部25の内部では、明瞭なパターン形成は困難である。凹部25の外側までレジストパターンを残しておかないと、凹部25の内部までミリングのイオンや、ウェットエッチングの液が侵入し、凹部25や凸部26の側面のメタライズを除去してしまう可能性が極めて高い。したがって、これらの工程でも、必ず22Cのように、凹部25の外側で、かつSi基板(機能素子側)1の表面の部分に、メタライズ22Aが連続して形成されることになる。
Also when the metallized pattern is formed by milling or wet etching, the metallized 22A is formed outside the
次に、メタライズ22Aの構成について説明する。メタライズ22Aは、Si酸化膜21Aとの接着層として、Ti、Cr、W、Vなどの金属の少なくとも一つを含む薄膜が、スパッタあるいは蒸着で形成される。それらの厚さは、0.1μm〜0.3μm程度が好適である。その上に、これら接着層の保護膜として、Ni、Cu、Pt、Pdなどの金属の薄膜が形成される。これらの厚さは、0.2〜5μmなどの厚さが好適である。このプロセスでもスパッタや蒸着を使用することができるが、NiやCuのメタライズの場合は、めっき法の適用も可能である。スパッタや蒸着の場合は、保護膜の厚さは薄くなり、めっきの場合は、比較的厚くなる傾向がある。最後に、表面にAuを成膜する。Auメタライズもスパッタや蒸着法により成膜することができるが、それ以外には電界、または無電解でのめっきを行うことができる。Auの厚さは、スパッタや蒸着の場合は0.2〜0.5μm、めっきの場合は0.1〜3μmなどが好適である。
Next, the configuration of the
これらの工程は、全てスパッタや蒸着で行う場合は、成膜装置に投入した後は、大気中に取り出すことなく、連続して成膜を行うのが一般的である。めっき法を用いる場合は、始めに接着層のTi、Cr、W、Vなどの金属をスパッタあるいは蒸着で形成し、その後の保護膜および表面のAu膜は、めっき法で形成されるのが一般的である。 When these processes are all performed by sputtering or vapor deposition, it is general that the films are continuously formed without being taken out into the atmosphere after being put into the film forming apparatus. In the case of using a plating method, first, a metal such as Ti, Cr, W, or V of the adhesive layer is first formed by sputtering or vapor deposition, and the subsequent protective film and the Au film on the surface are generally formed by the plating method. Is.
蓋側のSi基板(蓋側)5も、機能素子側のSi基板(機能素子側)1と同様に、Si酸化膜21B上に、メタライズ22Bを形成する。さらに、はんだ膜23を形成する。
Similarly to the Si substrate (functional element side) 1 on the functional element side, the
はんだ膜の形成方法には、フォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、蒸着、スパッタなどの方法ではんだ膜を堆積後、リフトオフ法によりはんだパターンを形成する方法が適用できる。この他には、スクリーンマスクやメタルマスクを使用して、はんだペーストを印刷し、Si基板(蓋側)5全体をリフローしてはんだ膜23を形成することもできる。あるいは、メタライズ22上に、はんだめっきを施すことで形成することも可能である。また、溶融吐出法と呼ばれる方法で、溶融したはんだの微粒を直接メタライズに吹き付けてはんだ膜を形成する方法を適用することもできる。
As a solder film forming method, a resist pattern is formed by a photolithography technique, a solder film is deposited by a method such as vapor deposition or sputtering, and then a solder pattern is formed by a lift-off method. In addition, the
はんだとして用いることのできる金属は、例えば、Au−20〜37.6Sn(wt%)、Au−90Sn、Sn−9Zn、Sn−3.5Ag、Sn−3Ag−0.5Cu、Pb-5Sn、Pb-10Sn、Sn−37Pb、Sn−57Biなど、電子部品実装に広く用いられるはんだ材を適用することができる。はんだの組成はこれらに限定されるものではなく、微量な合金元素を含むものや、多少組成がずれたものも含まれる。 Examples of metals that can be used as solder include Au-20 to 37.6Sn (wt%), Au-90Sn, Sn-9Zn, Sn-3.5Ag, Sn-3Ag-0.5Cu, Pb-5Sn, and Pb. -10Sn, Sn-37Pb, Sn-57Bi, and other solder materials widely used for electronic component mounting can be applied. The composition of the solder is not limited to these, and includes those containing a small amount of alloy elements and those slightly deviated in composition.
上記はんだ組成について説明する。Au−Snの二元系のはんだでは、一般的にAu−20Sn共晶が使用される。しかし、本実施例のような微量のはんだを使用する接合では、はんだとメタライズとの反応を考慮したはんだ組成の設計が必要となる。すなわち、メタライズ22A、あるいはメタライズ22Bの表面にはAuが存在するため、このAuがはんだ中に溶解することで、はんだの濡れ性が変化することがある。一般的には、はんだの組成がAu−20SnよりもAuリッチなレベルになると濡れ性が低下する。したがって、その分、組成をSn側にずらしておくことが有効であり、それはAu−20Snでの共晶反応が含まれる範囲では、Au−37.6Snまで可能である。これらのはんだでの接続温度は、一般的には280℃(共晶温度)から350℃程度までの範囲が選択される。 The solder composition will be described. In the case of Au—Sn binary solder, Au-20Sn eutectic is generally used. However, in joining using a very small amount of solder as in this embodiment, it is necessary to design a solder composition in consideration of the reaction between the solder and metallization. That is, since Au is present on the surface of the metallized 22A or the metallized 22B, the wettability of the solder may change when the Au is dissolved in the solder. In general, the wettability decreases when the composition of the solder is Au richer than that of Au-20Sn. Accordingly, it is effective to shift the composition to the Sn side accordingly, which is possible up to Au-37.6Sn in the range including the eutectic reaction with Au-20Sn. The connection temperature of these solders is generally selected from a range of 280 ° C. (eutectic temperature) to about 350 ° C.
これ以外の組成、すなわち、Au−90Sn、Sn−9Zn、Sn−3.5Ag、Sn−3Ag−0.5Cuなどは、概ね、接続温度が220℃から260℃程度の範囲のものである。これらのはんだは、元々はんだ中にSnが多いので、Au−20Sn近傍の組成のはんだのような、Auの溶解に対する詳細な組成の設計は、一般的には不要である。 Compositions other than this, that is, Au-90Sn, Sn-9Zn, Sn-3.5Ag, Sn-3Ag-0.5Cu, and the like generally have a connection temperature in the range of about 220 ° C to 260 ° C. Since these solders originally have a lot of Sn in the solder, it is generally unnecessary to design a detailed composition for dissolution of Au, such as a solder having a composition in the vicinity of Au-20Sn.
Pb-5Sn、Pb-10Snは、高Pbで300℃付近で接続を行う高融点のはんだである。このようなはんだ材を適用することも可能であるが、環境への影響を考慮してPbフリー化を考えた場合、Pb含有はんだを使用することは望ましいことではない。 Pb-5Sn and Pb-10Sn are high melting point solders that are connected at about 300 ° C. with high Pb. Although it is possible to apply such a solder material, it is not desirable to use Pb-containing solder when considering Pb-free considering the influence on the environment.
Sn−37Pbは、220℃程度で接続でき、かつては最も一般的なはんだであった。したがって、このはんだを適用することも可能ではあるが、やはりPbフリー化の観点からは、望ましいことではない。 Sn-37Pb could be connected at about 220 ° C. and was once the most common solder. Therefore, although it is possible to apply this solder, it is not desirable from the viewpoint of making Pb free.
Sn−57Biは、融点が138℃近傍の低融点はんだである。接続温度を160〜180℃程度に下げることができる。機能素子への熱影響を低減できることが利点であるが、パッケージされた機能素子を電子機器に実装する際に、はんだ接合部の耐熱性を考慮した実装設計にしなければならない。 Sn-57Bi is a low melting point solder having a melting point near 138 ° C. The connection temperature can be lowered to about 160 to 180 ° C. Although it is an advantage that the thermal influence on the functional element can be reduced, when the packaged functional element is mounted on an electronic device, the mounting design must consider the heat resistance of the solder joint.
以上、はんだ材について説明したが、これらはんだ材には共通の課題がある。図2のはんだ膜23を形成した場合、一般的には、Snや合金元素の酸化膜が表面に形成されることが多い。これが酸化膜24である。この酸化膜24は、フラックスレスで接合する場合、濡れ不良を引き起こす原因となる。
As mentioned above, although the solder material was demonstrated, these solder materials have a common subject. When the
冒頭でも述べたように、MEMS機能素子の気密封止でのはんだ接合は、完全なフラックスレスが前提となる。したがって、この酸化膜24による濡れ不良の回避が必要となる。
As described at the beginning, the soldering in the hermetic sealing of the MEMS functional element is premised on complete fluxless. Therefore, it is necessary to avoid wet defects caused by the
本実施例では、このための手段として、まずSi基板(機能素子側)1とSi基板(蓋側)5を正確に位置を合わせ、仮固定後、チャンバ内のヒータ上にセットし、雰囲気を真空か不活性なガスで満たす。雰囲気の種類、気圧は、MEMS機能素子の特性から決定されるが、少なくとも、接続時には、はんだの酸化を起こさない雰囲気とする。この状態が図2(a)である。 In the present embodiment, as means for this purpose, first, the Si substrate (functional element side) 1 and the Si substrate (lid side) 5 are accurately aligned, temporarily fixed, then set on the heater in the chamber, and the atmosphere is changed. Fill with vacuum or inert gas. The atmosphere type and atmospheric pressure are determined from the characteristics of the MEMS functional element, but at least at the time of connection, the atmosphere does not cause oxidation of the solder. This state is shown in FIG.
次に、凹部25により形成されたエッジ、本実施例の場合は凸部26の角の部分を含む上面となるが、これをはんだ膜23に押し付ける。まずはんだ溶融前に、数1000N〜10000N(数100〜1020kgf)の荷重を矢印の方向に負荷し、凸部26をはんだ膜23にめり込ませる。この過程で、酸化膜24が破れる。雰囲気が不活性なので、酸化膜が破けた部分は酸化しない。これが図2(b)である。
Next, the edge formed by the
更に、荷重を負荷したまま加熱し、はんだの融点以上まで加熱する。はんだは溶融し、溶融したはんだ27がメタライズ22AおよびBへ濡れ広がる。この状態が図2(c)である。
Furthermore, it heats with a load applied, and heats up to the melting point or higher of the solder. The solder is melted and the melted
そして、凸部26上に元々存在した酸化膜24が、はんだ接続部の内部に一部取り残される場合があるが、大部分のはんだ表面に元々存在する酸化膜24は、凸部26の側面にはんだが濡れ広がる過程で、はんだ内に取り込まれることなく、はんだの外へ排出される
。酸化膜の比重は、はんだに比べて小さいので、はんだ内に沈降することはない。凹部およびその間の凸部は、MEMS機能素子の外周を取り囲むように形成されているので、凹部(凸部)の側面にはんだが濡れ広がることにより、MEMS機能素子の外周に連続したはんだによる気密封止構造が形成される。これにより、ウェハレベルでの接合材の濡れ性を確保した接合により、確実な機能素子の気密封止を実現することができる。これが図2(d)である。
In some cases, the
このように、本実施例の構造で、はんだの濡れ性が良くなるのは、上記に述べたことに加え、凹部25のエッジ(本実施例の場合は、凸部26のエッジでもある)と、メタライズ22Aで囲まれた領域にはんだがフィレットを形成して濡れ広がることが一つの理由である。このようなメタライズに囲まれた領域では、はんだの表面張力による、いわゆる毛細管現象により、はんだが濡れ広がりやすい。したがって、そのようなフィレットが、機能素子を取り囲んだ凹部のエッジに沿って形成されるので、高い歩留りで気密封止を行うことが出来る。このフィレット形成を積極的に引き起こすためには、凹部25および凸部26の側面にメタライズされていることが必須の条件となる。このためには、22Cのように、元々メタライズを形成する際に、メタライズが凹部25の外側まで形成されるようにする必要がある。この結果、はんだは、接続中に濡れ広がり、図2の(d)のように、凹部25の外側のメタライズ22A、すなわち22Cの位置まで濡れ広がるため、ウェハレベルでの確実な機能素子の気密封止を実現することができるのである。
As described above, in the structure of this embodiment, the wettability of the solder is improved in addition to the above, in addition to the edge of the recess 25 (in this embodiment, the edge of the protrusion 26). One reason is that the solder forms a fillet in the region surrounded by the
特許文献1では、環状凹溝をろう材のはみ出し防止に使用していたが、本実施例は、ろう材、すなわちはんだのはみ出し防止のために凹部25を形成するものではない。凹部、および凸部を形成する目的は、その側面にもメタライズを形成することにより、はんだのフィレット形成を利用して、高歩留りで気密封止を実現することであり、また実際に凹部25の外側まではんだがはみ出すことも、特許文献1とは異なる。
In
また特許文献2は、ウェハレベルではんだ接合を行うものであるが、はんだの表面酸化による濡れ不良が考慮されていない。フラックスレス接合が前提の機能素子では、はんだの表面酸化は濡れ性を低下させ、歩留りを低下させる決定的な因子である。 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228561 performs solder bonding at the wafer level, but does not consider a wetting defect due to surface oxidation of the solder. In a functional element premised on fluxless bonding, the surface oxidation of solder is a decisive factor for reducing wettability and yield.
したがって、本実施例は、ウェハレベルでのはんだ接合で、かつ高歩留りなはんだ接合を実現するものであって、上記特許文献1や特許文献2とは、その原理と構造が異なる。
Therefore, this embodiment realizes solder bonding at a wafer level and with high yield, and the principle and structure are different from those of
なお本実施例では、凹部25が二列の場合を示したが、凹部25は一列、あるいはもっとたくさんの列が存在しても構わない。一列の場合は、凹部25のエッジ部分がはんだ膜23にめり込み、はんだが凹部25の側面に濡れ広がる過程で気密封止が行われる。凹部25がもっと多くの列で形成される場合は、全体としての封止幅が広がるが、より気密封止の歩留りが向上する。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施例では、機能素子側のSi基板(機能素子側)1に凹部を形成したが、蓋側のSi基板(蓋側)5に凹部を形成し、Si基板(機能素子側)1にはんだ膜を形成しても、本実施例の効果は全く問題なく得られる。 In this embodiment, the concave portion is formed in the Si substrate (functional element side) 1 on the functional element side. However, the concave portion is formed in the Si substrate (lid side) 5 on the lid side, and the Si substrate (functional element side) 1 is formed. Even if a solder film is formed, the effect of this embodiment can be obtained without any problem.
以上、述べたように本実施例によれば、はんだのフィレットが、機能素子を取り囲んだ凹部のエッジに沿って形成されるので、高い歩留りで気密封止を行うことが出来、ウェハレベルでの確実な機能素子の気密封止を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, since the solder fillet is formed along the edge of the concave portion surrounding the functional element, hermetic sealing can be performed at a high yield, and at the wafer level. A reliable hermetic sealing of functional elements can be realized.
次に、本発明の実施例2について、図3(a)〜(d)を用いて説明する。本実施例は、凹部の内部にはんだ膜を形成して接続する構成である。図3(a)のように、蓋側のSi基板(蓋側)5に凹部25および凸部26が形成され、それらの表面に、メタライズ22Bおよびはんだ膜23が形成されている。はんだ膜23には、基本的には酸化膜24は無い方がはんだの濡れが良好であるが、本実施例では、はんだ形成方法にも依存するが酸化膜24が表面に存在する場合を説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a solder film is formed inside the recess and connected. As shown in FIG. 3A, the
ここで、メタライズの構成や形成工程、はんだの組成や形成方法については、実施例1と同様であるので、説明は省略する。 Here, the configuration of metallization, the forming process, the composition of the solder, and the forming method are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
なお、はんだ膜23は、リフトオフやめっきなどの方法で供給する場合、レジストパターンを凹部25の内部で精密に形成することは難しいので、一部、凹部25の外側に形成される場合も考えられる。この場合、はんだのはみ出しが大きくなると予想される。したがって、はんだパターンのためのレジストパターンは、なるべく、凹部25の側面と一致するように形成し、図3のようにはんだ膜23が、ちょうど凹部25の底面と、凸部26の上面および側面に形成されるようにすることが望ましい。
Note that, when the
接合では、基板を位置合わせ後、クランプ、ねじ止め等を用いて仮固定し、チャンバ内にセットする。雰囲気は不活性な状態とする。このような工程は実施例1と同様である。 In bonding, the substrates are aligned, temporarily fixed using clamps, screws, etc., and set in the chamber. The atmosphere is inert. Such a process is the same as that of Example 1.
はんだ溶融前に基板同士に荷重を負荷すると、図3(b)のように、はんだ膜23が塑性変形する。はんだが横に広がる過程で表面積が増大し、そこで酸化膜24が破れる。雰囲気が不活性なので、酸化膜24が破れた部分で新たな酸化は発生しない。
When a load is applied between the substrates before the solder is melted, the
この状態で加熱を開始し、さらに矢印の方向に荷重をかけたままにしておくと、図3(c)のようにはんだが溶融し、酸化膜24が破けた部分からはんだがメタライズ22A、Bに濡れ広がる。一部に酸化膜24は取り残されるが、最終的には、凹部25の中心にボイド51を残す状態で、凹部内をはんだ接続することができ、図3(d)のように気密封止を行うことができる。このウェハレベルで気密封止した後、個々に切断・分離して、1個毎の製品としてのパッケージ構造を有する機能素子パッケージを製造する。
When heating is started in this state and a load is applied in the direction of the arrow, the solder is melted as shown in FIG. 3C, and the solder is metallized 22A, B from the portion where the
なお本実施例では、凹部25が二列の場合を示したが、実施例1と同様に、凹部25は一列、あるいはもっとたくさんの列が存在しても構わない。一列の場合は、凹部25のエッジ部分がはんだ膜23にめり込み、はんだが凹部25の側面に濡れ広がる過程で気密封止が行われる。凹部25がもっと多くの列で形成される場合は、全体としての封止幅が広がるが、より気密封止の歩留りが向上する。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施例では、蓋側のSi基板(蓋側)5に凹部を形成したが、機能素子側のSi基板(機能素子側)1に凹部を形成し、Si基板(機能素子側)1にはんだ膜を形成しても、本実施例の効果は全く問題なく得られる。 In this embodiment, the concave portion is formed on the Si substrate (lid side) 5 on the lid side, but the concave portion is formed on the Si substrate (functional element side) 1 on the functional element side, and the Si substrate (functional element side) 1 is formed. Even if a solder film is formed, the effect of this embodiment can be obtained without any problem.
本実施例で得られる効果としては、実施例1の効果に加え、はんだ接合のための凹部や、はんだ膜形成を、蓋側のSi基板5に行うことで、実施例1に比べて、機能素子を形成するSi基板1の工程を削減することができることである。機能素子を形成後に、はんだ膜などを形成する場合には、レジスト塗布、はんだ膜形成、洗浄などのプロセスに耐えられないような機能素子を形成してしまうと、Si基板1側に、はんだ膜を形成するのが難しい。このような場合には、蓋側のSi基板5にはんだ膜を形成する必要があるので、本実施例の構造が好適である。
As an effect obtained in the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the concave portion for solder bonding and the formation of the solder film are performed on the
本発明の実施例3について、図4を用いて説明する。ここで、メタライズの構成や形成工程、はんだの組成や形成方法については、実施例1と同様であるので、説明は省略するが、凹部25の形成方法がこれまでの実施例と異なる。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the structure of metallization, the formation process, the composition of the solder, and the formation method are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. However, the formation method of the
実施例1でも述べたように、凹部25は、Si基板(機能素子側)1をドライエッチングやウェットエッチングで形成することができる。特に、Si基板の表面が(100)面が露出したウェハを用いた場合、ウェットエッチングでは、本実施例のように、最密な(111)面が露出し、V型の溝を形成することができる。この結果、隣り合う前記凹部の側面により山型の凸部26を形成している。この場合でも、これまでの実施例1や2と同様に、凸部26を、はんだ溶融前にはんだ膜23にめり込ませることで、酸化膜24の一部を破壊し、その後の溶融したはんだの濡れ広がりにより酸化膜24の巻き込みが少ない接合部が形成され、気密封止を行うことができる。このウェハレベルで気密封止した後、個々に切断・分離して、1個毎の製品としてのパッケージ構造を有する機能素子パッケージを製造する。
As described in the first embodiment, the
なお本実施例では、凹部25が二列の場合を示したが、実施例1や実施例2と同様に、凹部25は一列、あるいはもっとたくさんの列が存在しても構わない。一列の場合は、凹部25のエッジ部分がはんだ膜23にめり込み、はんだが凹部25の側面に濡れ広がる過程で気密封止が行われる。凹部25がもっと多くの列で形成される場合は、全体としての封止幅が広がるが、より気密封止の歩留りが向上する。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施例では、機能素子側のSi基板(機能素子側)1に凹部を形成したが、蓋側のSi基板(蓋側)5に凹部を形成し、Si基板(機能素子側)1にはんだ膜を形成しても、本実施例の効果は全く問題なく得られる。 In this embodiment, the concave portion is formed in the Si substrate (functional element side) 1 on the functional element side. However, the concave portion is formed in the Si substrate (lid side) 5 on the lid side, and the Si substrate (functional element side) 1 is formed. Even if a solder film is formed, the effect of this embodiment can be obtained without any problem.
本実施例で得られる効果としては、実施例1の効果に加え、凸部26が山型であり、先が尖っているため、はんだ膜23にめり込みやすく、酸化膜24を容易に突き破ることができることである。したがって、比較的低い荷重で接合することが可能になる。
As an effect obtained in the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, since the
本発明の実施例4について、図5および図6を用いて説明する。本実施例は、これまでの封止構造を適用したMEMS機能素子パッケージを説明するものである。図5はSOIウェハを使用したピエゾ抵抗型の3軸加速度センサ1個分の模式図で、図6はその断面構造を示す図である。ピエゾ抵抗型の加速度センサの動作原理や従来の実装構造については多くの文献で説明されているので、ここでは省略する。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example describes a MEMS functional element package to which the conventional sealing structure is applied. FIG. 5 is a schematic view of one piezoresistive triaxial acceleration sensor using an SOI wafer, and FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure thereof. The operation principle of the piezoresistive acceleration sensor and the conventional mounting structure have been described in many documents, and will not be described here.
SOI基板71には、凹部72が二列形成され、その上にメタライズ74Aが形成される。凹部72の内側には、ピエゾ素子75、配線76が形成される。またSOI基板71の下面には、ガラス基板77が接合されている。
In the
一方のSiキャップ基板78には、メタライズ74B上に、はんだ膜79が形成され、またキャビティ80も形成されている。
On one
図6はこれらの断面構造を示すが、機能素子側のSi基板71に、凹部72より内側(ピエゾ素子75側)に電極メタライズ73が設けられている。この電極メタライズ73の下には貫通電極81が形成され、電極82につながる。はんだ膜79は、これまでの実施例と同様に、凹部72に押し付けられ、その状態で、はんだの融点以上に加熱されて接合、および気密封止が行われる。
FIG. 6 shows these cross-sectional structures, in which an
なお、気密封止部の構造は、実施例1から実施例3で述べた、いずれの構造を適用することが可能である。 As the structure of the hermetic sealing portion, any structure described in the first to third embodiments can be applied.
以上述べたように、本実施例によれば、ウェハ状態で一括して確実な気密封止を行うことができるため、信頼性が高く、小形で低価格の機能素子パッケージを実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, since reliable hermetic sealing can be performed collectively in a wafer state, it is possible to realize a functional element package that is highly reliable, small, and inexpensive. .
本発明の実施例5について、図7を用いて説明する。図7は、本実施例におけるMEMS機能素子(加速度センサ)1個分の断面構造を示す図である。本実施例は、実施例4において形成されていた貫通電極81を不要とする構造に関するものである。なお、図6と同符号のものは同じ構成要素を示し、説明上、一部省略している。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of one MEMS functional element (acceleration sensor) in the present embodiment. The present embodiment relates to a structure that does not require the through
Siキャップ基板78に、貫通穴91がエッチング、あるいはサンドブラスト、レーザ加工などの手法を用いて形成されている。Siキャップ基板78の下面、すなわち接合面側には、貫通穴91の周囲はメタライズ74Bで囲まれており、はんだ膜79も形成されている。これは、ピエゾ素子75に配線76を介して連結した電極メタライズ73に接続される。
A through
機能素子側のSi基板71に、凹部72より内側(ピエゾ素子75側)に電極メタライズ73が設けられている。この電極メタライズ73には、あらかじめ凹部形状に形成されているので、メタライズ74Bと電極メタライズ73との間でも、これまでの実施例で述べたように、はんだの濡れ広がりやフィレット形成により、高歩留りで気密封止のはんだ接合を行うことができる。実施例4と同様に、実施例1〜3のいずれの構造も全て適用することができる。
An
本実施例で得られる効果としては、実施例4の効果に加え、まず、機能素子を形成するSi基板71への貫通穴加工が不要となることである。このため、Siキャップ基板78は、機能素子を形成するSi基板71に比べて薄くすることができるので、貫通穴の加工は実施例4に比べて容易になる。また、一般的に深い穴をあける場合は、深くなるほど穴が小さくなっていくので、大きめの開口部が必要となる。貫通穴が浅くなる本実施例では、貫通穴の開口部の径を小さくすることができるので、更なる小形化にも有利である。
As an effect obtained in the present embodiment, in addition to the effect of the fourth embodiment, first, it is not necessary to process a through hole in the
1…Si基板(機能素子側)、2…機能素子1個分のパターン、3…気密封止部(機能素子側)、4…機能素子、5…Si基板(蓋側)、6…気密封止部(蓋側)、
21A…Si酸化膜(機能素子側)、21B…Si酸化膜、22A…メタライズ、22B…メタライズ、22C…凹部25の外側かつSi基板表面のメタライズ、23…はんだ膜、24…酸化膜、25…凹部、26…凸部、27…溶融したはんだ、28…凝固したはんだ、
31…Auバンプ、32…Au−Si共晶融体、33…Au−Si共晶はんだ(凝固)、
41…Ge膜、42…Au−Ge共晶融体、43…Au−Ge共晶はんだ(凝固)、51…ボイド、
71…SOI基板、72…凹部、73…電極メタライズ、74A…メタライズ、74B…メタライズ、75…ピエゾ素子、76…配線、77…ガラス基板、78…Siキャップ基板、79…はんだ膜、80…キャビティ、81…貫通電極、82…電極、91…貫通穴。
DESCRIPTION OF
21A ... Si oxide film (functional element side), 21B ... Si oxide film, 22A ... metallized, 22B ... metallized, 22C ... metallized outside the
31 ... Au bump, 32 ... Au-Si eutectic melt, 33 ... Au-Si eutectic solder (solidification),
41 ... Ge film, 42 ... Au-Ge eutectic melt, 43 ... Au-Ge eutectic solder (solidification), 51 ... void,
71 ... SOI substrate, 72 ... recess, 73 ... electrode metallization, 74A ... metallization, 74B ... metallization, 75 ... piezo element, 76 ... wiring, 77 ... glass substrate, 78 ... Si cap substrate, 79 ... solder film, 80 ... cavity , 81 ... through electrode, 82 ... electrode, 91 ... through hole.
Claims (14)
表面に第2のメタライズが形成され、当該第2のメタライズ上に形成されてその厚さが前記第1のSi基板の凹部の深さよりも小さいはんだとを有する第2のSi基板を準備する工程と、
当該第2のSi基板のはんだが当該第1のSi基板の前記複数の凹部の前記第1のメタライズを形成した領域と対応して向き合うように、前記第1のSi基板と前記第2のSi基板とを対向させる工程と、
前記対向した第1のSi基板及び前記第2のSi基板とを接近させて前記複数の凹部の間の凸部の角部を前記第2のSi基板のはんだに押しつけて加圧し、次に該加圧した状態で前記はんだの融点以上まで加熱することにより前記第1のSi基板に形成した第1のメタライズの前記複数の凹部の外側の面と前記第2のSi基板に形成した第2のメタライズとを前記はんだで接合する工程と
を含むことを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 A first Si substrate having a plurality of recesses and having a first metallization formed on a surface including the inside of the plurality of recesses, a protrusion between the plurality of recesses, and the outside of the plurality of recesses. A preparation process;
A step of preparing a second Si substrate having a second metallization formed on the surface and having a solder formed on the second metallization and having a thickness smaller than the depth of the recess of the first Si substrate When,
The first Si substrate and the second Si so that the solder of the second Si substrate faces the region corresponding to the region where the first metallization of the plurality of recesses of the first Si substrate is formed. A step of facing the substrate;
The opposing first Si substrate and the second Si substrate are brought close to each other, the corners of the convex portions between the plurality of concave portions are pressed against the solder of the second Si substrate, and then pressed. The second metal surface formed on the second Si substrate and the outer surface of the plurality of recesses of the first metallization formed on the first Si substrate by heating up to the melting point of the solder in a pressurized state. And a step of joining the metallization with the solder.
第2のメタライズが形成された第2のSi基板を準備する工程と、
当該第1のSi基板のはんだが当該第2のSi基板の前記第2のメタライズを形成した領域と対応して向き合うように、前記第1のSi基板と前記第2のSi基板とを対向させる工程と、
前記対向した第1のSi基板及び前記第2のSi基板とを接近させて前記第1のSi基板の前記第1のメタライズ上に形成されたはんだを前記複数の凹部の間の凸部で前記第2のSi基板に形成された第2のメタライズに押しつけて加圧し、次に該加圧した状態で前記はんだの融点以上まで加熱することにより前記第1のSi基板に形成した第1のメタライズの前記複数の凹部の外側の面と前記第2のSi基板に形成した第2のメタライズとを前記はんだで接合する工程と
を含むことを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 A plurality of recesses are formed, a first metallization formed on a surface including the inside of the plurality of recesses, a convex part between the plurality of recesses and the outside of the plurality of recesses, and on the first metallization Preparing a first Si substrate having the formed solder;
Preparing a second Si substrate on which a second metallization is formed;
The first Si substrate and the second Si substrate are made to face each other so that the solder of the first Si substrate faces the region corresponding to the second metallized region of the second Si substrate. Process,
Solder formed on the first metallization of the first Si substrate by bringing the first Si substrate and the second Si substrate facing each other closer to each other at the convex portions between the plurality of concave portions. The first metallization formed on the first Si substrate by pressing and pressing the second metallization formed on the second Si substrate, and then heating to the melting point of the solder or higher in the pressurized state. A method of manufacturing a functional device package, comprising: joining the outer surface of the plurality of recesses and a second metallization formed on the second Si substrate with the solder.
前記接合する工程では、前記加圧し、次に該加圧した状態で前記はんだの融点以上まで加熱することにより前記はんだが前記複数の凹部の側面の前記第1のメタライズ上を濡れ広がることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In either claim 1 or 2,
In the bonding step, the solder is wet-spread on the first metallization on the side surfaces of the plurality of recesses by applying the pressure and then heating to the melting point of the solder or higher in the pressurized state. A method for manufacturing a functional device package.
前記接合する工程では、前記加圧し、次に該加圧した状態で前記はんだの融点以上まで加熱することにより前記はんだが前記複数の凹部の底面を濡らすことを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
In the joining step, the solder is wetted on the bottom surfaces of the plurality of recesses by performing the pressurization and then heating to the melting point or higher of the solder in the pressurized state. .
前記接合する工程では、前記複数の凹部の表面に沿ってはんだのフィレットが形成されることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
In the bonding step, a solder fillet is formed along the surfaces of the plurality of recesses.
前記第1のSi基板と第2のSi基板とを対向させる工程及び前記接合する工程は、不活性雰囲気中で行うことを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The method of manufacturing a functional device package, wherein the step of facing the first Si substrate and the second Si substrate and the step of bonding are performed in an inert atmosphere.
機能素子が前記第1のメタライズ又は前記第2のメタライズに囲まれて前記第1のSi基板または前記第2のSi基板に形成されていることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
A method of manufacturing a functional element package, wherein a functional element is formed on the first Si substrate or the second Si substrate surrounded by the first metallization or the second metallization.
前記複数の凹部がV型の溝であり、隣り合う前記凹部の側面により山型の凸部を形成していることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
The method of manufacturing a functional device package, wherein the plurality of recesses are V-shaped grooves, and a mountain-shaped protrusion is formed by a side surface of the adjacent recess.
前記凹部の深さが20μm以下であることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
A method for manufacturing a functional device package, wherein the depth of the recess is 20 μm or less.
前記はんだが、Au−Sn、Sn−Ag、Sn−Cu、Sn−Ag−Cu、Sn−Zn、Sn−Pb、Sn−Biの合金の少なくとも一つを主成分とするはんだ材であることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
The solder is a solder material mainly composed of at least one of an alloy of Au—Sn, Sn—Ag, Sn—Cu, Sn—Ag—Cu, Sn—Zn, Sn—Pb, and Sn— Bi. A method of manufacturing a functional device package.
前記第1のメタライズ又は前記第2のメタライズが、Si基板との接着層として形成されるTi、Cr、W、Vの少なくとも一つを含む薄膜の表面に、前記はんだとの反応を抑制するためにNi、Cu、Pt、Pdの少なくとも一つを含む薄膜を形成し、さらにその表面に酸化防止のためのAu膜を形成した構成であることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
The first metallization or the second metallization suppresses a reaction with the solder on the surface of a thin film including at least one of Ti, Cr, W, and V formed as an adhesive layer with the Si substrate. A method of manufacturing a functional device package, characterized in that a thin film containing at least one of Ni, Cu, Pt, and Pd is formed, and an Au film for preventing oxidation is formed on the surface of the thin film.
前記第1のSi基板の表面の前記複数の凹部の外側に形成された第1のメタライズと、前記複数の凹部の内側に形成された第1のメタライズと、前記第1のSi基板の表面の前記複数の凹部の外側に形成された第1のメタライズが連結していることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
A first metallization formed outside the plurality of recesses on the surface of the first Si substrate; a first metallization formed inside the plurality of recesses; and a surface of the surface of the first Si substrate. A method of manufacturing a functional device package, wherein the first metallization formed outside the plurality of recesses is connected.
前記はんだで接合する工程において、前記第1のSi基板の前記複数の凹部の内側に形成された第1のメタライズ、および前記第1のSi基板の表面の前記複数の凹部の外側に形成された第1のメタライズと、前記複数の凹部に対向する前記第2のSi基板の位置に施された前記第2のメタライズとの間を前記はんだを前記加圧した状態で溶融して接続し、前記第1のSi基板と第2のSi基板とを接合して前記機能素子を気密封止することを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
In the step of joining with the solder, the first metallization formed inside the plurality of recesses of the first Si substrate, and formed outside the plurality of recesses on the surface of the first Si substrate. The solder is melted and connected between the first metallization and the second metallization applied to the second Si substrate facing the plurality of recesses in the pressurized state, A method of manufacturing a functional device package, wherein the functional device is hermetically sealed by bonding a first Si substrate and a second Si substrate.
前記第1のSi基板及び前記第2のSi基板が、Siウェハまたは内部にSiO2絶縁層を有するSi/SiO2/Siのサンドイッチ構造を有するウェハであることを特徴とする機能素子パッケージの製造方法。 In claim 1 or 2,
Manufacturing of a functional device package, wherein the first Si substrate and the second Si substrate are Si wafers or wafers having a Si / SiO 2 / Si sandwich structure having an SiO 2 insulating layer therein. Method.
Priority Applications (1)
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