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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-7079(P2017-7079A)
(43)【公開日】2017年1月12日
(54)【発明の名称】ＭＥＭＳパッケージ構造およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
B81B 7/02 20060101AFI20161216BHJP
B81C 3/00 20060101ALI20161216BHJP
【ＦＩ】
B81B7/02
B81C3/00
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2015-225735(P2015-225735)
(22)【出願日】2015年11月18日
(31)【優先権主張番号】14/743,678
(32)【優先日】2015年6月18日
(33)【優先権主張国】US
(71)【出願人】
【識別番号】507111368
【氏名又は名称】立景光電股▲ふん▼有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】100105050
【弁理士】
【氏名又は名称】鷲田 公一
(72)【発明者】
【氏名】呉東峯
(72)【発明者】
【氏名】陳維孝
(72)【発明者】
【氏名】蘇俊豪
(72)【発明者】
【氏名】陳瑞文
(72)【発明者】
【氏名】鄭貿謙
【テーマコード（参考）】
3C081
【Ｆターム（参考）】
3C081AA01
3C081BA30
3C081CA05
3C081CA20
3C081CA32
3C081DA07
3C081DA22
(57)【要約】
【課題】より優れた耐湿特性を有するＭＥＭＳパッケージ構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳパッケージ構造は、ベースと、ＭＥＭＳ装置と、第１カバーと、第２カバーと、ガラスフリットとを含む。ベースは、凹部を含む。ＭＥＭＳ装置は、凹部の中に配置される。第１カバーは、凹部の中に配置され、ＭＥＭＳ装置を覆う。第２カバーは、ベースの上に配置され、凹部を覆う。ガラスフリットは、ベースと第２カバーの間に配置される。ＭＥＭＳパッケージ構造は、ベースと、ＭＥＭＳ装置と、第１カバーと、第２カバーと、第１金属フレームと、第１封止材とを含む。第１金属フレームは、第２カバーの周辺に配置され、第２カバーおよび第１金属フレームは、合わせてベースの上に配置され、凹部を覆う。第１封止材は、第１金属フレームとベースの間に配置される。さらに、上述したＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法を提供する。
【選択図】図１ｄ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
凹部を含むベースと、
前記凹部の中に配置されたＭＥＭＳ装置と、
前記凹部の中に配置され、前記ＭＥＭＳ装置を覆う第１カバーと、
前記ベースの上に配置され、前記凹部を覆う第２カバーと、
前記ベースと前記第２カバーの間に配置され、前記凹部を密封するガラスフリットと、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造。
前記凹部の中に配置されたＭＥＭＳ装置と、
前記凹部の中に配置され、前記ＭＥＭＳ装置を覆う第１カバーと、
前記ベースの上に配置され、前記凹部を覆う第２カバーと、
前記ベースと前記第２カバーの間に配置され、前記凹部を密封するガラスフリットと、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造。
【請求項2】
前記ベース、前記ガラスフリットおよび前記第２カバーの熱膨張係数が、実質的に類似する請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ構造。
【請求項3】
凹部を含むベースと、
前記凹部の中に配置されたＭＥＭＳ装置と、
前記凹部の中に配置され、前記ＭＥＭＳ装置を覆う第１カバーと、
第２カバーと、
前記第２カバーの周辺に配置され、前記第２カバーと合わせて前記ベースの上に配置されるとともに、前記凹部を覆う第１金属フレームと、
前記第１金属フレームと前記ベースの間に配置された第１封止材と、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造。
前記凹部の中に配置されたＭＥＭＳ装置と、
前記凹部の中に配置され、前記ＭＥＭＳ装置を覆う第１カバーと、
第２カバーと、
前記第２カバーの周辺に配置され、前記第２カバーと合わせて前記ベースの上に配置されるとともに、前記凹部を覆う第１金属フレームと、
前記第１金属フレームと前記ベースの間に配置された第１封止材と、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造。
【請求項4】
前記第１金属フレームが、前記第２カバーに直接固定された請求項３に記載のＭＥＭＳパッケージ構造。
【請求項5】
前記第１金属フレームが、ガラスフリットを介して前記第２カバーに固定された請求項３または４に記載のＭＥＭＳパッケージ構造。
【請求項6】
前記第１金属フレーム、前記ガラスフリットおよび前記第２カバーの熱膨張係数が、実質的に類似する請求項５に記載のＭＥＭＳパッケージ構造。
【請求項7】
前記第１金属フレームと前記第１封止材の間に配置された第２金属フレームと、
前記第１金属フレームと前記第２金属フレームの間に配置された第２封止材と、
をさらに含む請求項３、４、５または６に記載のＭＥＭＳパッケージ構造。
前記第１金属フレームと前記第２金属フレームの間に配置された第２封止材と、
をさらに含む請求項３、４、５または６に記載のＭＥＭＳパッケージ構造。
【請求項8】
凹部を含むベースを提供することと、
前記凹部の中に第１カバーで覆われたＭＥＭＳ装置を配置することと、
第２カバーまたは前記ベースの上にガラスフリットを配置することと、
前記ベースの上に前記凹部を覆う前記第２カバーを配置して、前記ベースと前記第２カバーの間に前記ガラスフリットを配置することと、
前記ガラスフリットを溶融して、前記凹部を密封することと、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
前記凹部の中に第１カバーで覆われたＭＥＭＳ装置を配置することと、
第２カバーまたは前記ベースの上にガラスフリットを配置することと、
前記ベースの上に前記凹部を覆う前記第２カバーを配置して、前記ベースと前記第２カバーの間に前記ガラスフリットを配置することと、
前記ガラスフリットを溶融して、前記凹部を密封することと、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項9】
前記溶融ステップの前に、
前記ガラスフリットの溶融温度よりも低い中間温度まで前記ガラスフリットを加熱することをさらに含む請求項８に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
前記ガラスフリットの溶融温度よりも低い中間温度まで前記ガラスフリットを加熱することをさらに含む請求項８に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項10】
前記ベース、前記ガラスフリットおよび前記第２カバーの熱膨張係数が、実質的に類似する請求項８または９に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項11】
凹部を含むベースを提供することと、
前記凹部の中に第１カバーで覆われたＭＥＭＳ装置を配置することと、
第２カバーを提供し、前記第２カバーの周辺に第１金属フレームを配置することと、
前記ベースまたは前記第１金属フレームの上に第１封止材を配置することと、
前記ベースの上に前記凹部を覆う前記第２カバーおよび前記第１金属フレームを合わせて配置し、前記第１金属フレームと前記ベースの間に前記第１封止材を配置することと、
前記第１封止材を加熱して、前記第１金属フレームおよび前記ベースを密封することと、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
前記凹部の中に第１カバーで覆われたＭＥＭＳ装置を配置することと、
第２カバーを提供し、前記第２カバーの周辺に第１金属フレームを配置することと、
前記ベースまたは前記第１金属フレームの上に第１封止材を配置することと、
前記ベースの上に前記凹部を覆う前記第２カバーおよび前記第１金属フレームを合わせて配置し、前記第１金属フレームと前記ベースの間に前記第１封止材を配置することと、
前記第１封止材を加熱して、前記第１金属フレームおよび前記ベースを密封することと、
を含むＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項12】
前記第２カバーの周辺に前記第１金属フレームを配置するステップにおいて、
前記第２カバーの軟化温度まで加熱して、前記第２カバーを前記第１金属フレームに固定することと、
前記第２カバーを研磨することと、
をさらに含む請求項１１に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
前記第２カバーの軟化温度まで加熱して、前記第２カバーを前記第１金属フレームに固定することと、
前記第２カバーを研磨することと、
をさらに含む請求項１１に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項13】
前記第２カバーの前記軟化温度まで加熱するステップの前に、
前記第１金属フレームの高温酸化プロセスを行うことをさらに含む請求項１２に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
前記第１金属フレームの高温酸化プロセスを行うことをさらに含む請求項１２に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項14】
前記第２カバーの周辺に前記第１金属フレームを配置するステップにおいて、
前記第１金属フレームと前記第２カバーの間にガラスフリットを配置することと、
前記ガラスフリットを溶融して、前記第１金属フレームを前記第２カバーに固定することと、
をさらに含む請求項１１、１２または１３に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
前記第１金属フレームと前記第２カバーの間にガラスフリットを配置することと、
前記ガラスフリットを溶融して、前記第１金属フレームを前記第２カバーに固定することと、
をさらに含む請求項１１、１２または１３に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項15】
前記第１金属フレーム、前記ガラスフリットおよび前記第２カバーの熱膨張係数が、実質的に類似する請求項１４に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【請求項16】
前記第１封止材の上に第２金属フレームを配置することと、
前記第２金属フレームの上に第２封止材を配置して、前記第１金属フレームと前記第２金属フレームの間に前記第２封止材を配置することと、
前記第２封止材を加熱して、前記第１金属フレームおよび前記第２金属フレームを密封することと、
をさらに含む請求項１１、１２、１３、１４または１５に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
前記第２金属フレームの上に第２封止材を配置して、前記第１金属フレームと前記第２金属フレームの間に前記第２封止材を配置することと、
前記第２封止材を加熱して、前記第１金属フレームおよび前記第２金属フレームを密封することと、
をさらに含む請求項１１、１２、１３、１４または１５に記載のＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パッケージ構造およびその製造方法に関するものであり、特に、微小電気機械システム（microelectromechanical system, MEMS）パッケージ構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ＭＥＭＳは、超小型パッケージ構造内に製造される微小電気機械装置であり、その製造技術は、集積回路（integrated circuit, IC）の製造技術と非常によく似ている。しかしながら、ＭＥＭＳ装置と周辺環境の間の力学、光学または磁力等の相互作用は、従来のＩＣの相互作用よりも大きい。
【0003】
ＭＥＭＳ装置は、微小サイズの電気機械部品（例えば、スイッチ、ミラー、コンデンサ、加速度計、センサ、静電容量センサまたはアクチュエータ等）を含むことができ、ＭＥＭＳ装置をシングルブロック方式でＩＣに統合することによって、固体素子全体の挿入損失や電気分離効果を大幅に修正することができる。しかしながら、全体のパッケージ構造のマクロの世界において、ＭＥＭＳ装置は、非常にもろく、いつでもわずかな静電気や表面張力によって衝撃を受け、故障する可能性がある。そのため、ＭＥＭＳ装置を汚染や損傷から守るために、現在、シングルブロック方式でＩＣに統合したＭＥＭＳ装置をベースとカバーの間の空間に接着剤（glue）で密封している。しかしながら、接着剤は、高温や高湿度の環境において亀裂やガス放出現象が生じやすいため、高温や高湿度の環境で長期間使用すると、ベースとカバーの間の空間に湿気が浸透しやすく、それにより、ＭＥＭＳ装置の正常操作に影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、本発明は、より優れた耐湿特性を有するＭＥＭＳパッケージ構造を提供する。
【0005】
したがって、本発明は、上述したＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、ベースと、ＭＥＭＳ装置と、第１カバーと、第２カバーと、ガラスフリット（glass frit）とを含むＭＥＭＳパッケージ構造を提供する。ベースは、凹部を含む。ＭＥＭＳ装置は、凹部の中に配置される。第１カバーは、凹部の中に配置され、ＭＥＭＳ装置を覆う。第２カバーは、ベースの上に配置され、凹部を覆う。ガラスフリットは、ベースと第２カバーの間に配置され、凹部を密封する。
【0007】
本発明の１つの実施形態において、ベース、ガラスフリットおよび第２カバーの熱膨張係数は、実質的に類似する。
【0008】
本発明は、ベースと、ＭＥＭＳ装置と、第１カバーと、第２カバーと、第１金属フレームと、第１封止材（sealing medium）とを含むＭＥＭＳパッケージ構造を提供する。ベースは、凹部を含む。ＭＥＭＳ装置は、凹部の中に配置される。第１カバーは、凹部の中に配置され、ＭＥＭＳ装置を覆う。第１金属フレームは、第２カバーの周辺に配置され、第２カバーおよび第１金属フレームは、合わせてベースの上に配置され、凹部を覆う。第１封止材は、第１金属フレームとベースの間に配置される。
【0009】
本発明の１つの実施形態において、第１金属フレームは、第２カバーに直接固定される。
【0010】
本発明の１つの実施形態において、第１金属フレームは、ガラスフリットを介して第２カバーに固定される。
【0011】
本発明の１つの実施形態において、第１金属フレーム、ガラスフリットおよび第２カバーの熱膨張係数は、実質的に類似する。
【0012】
本発明の１つの実施形態において、ＭＥＭＳパッケージ構造は、さらに、第２金属フレームと、第２封止材とを含む。第２金属フレームは、第１金属フレームと第１封止材の間に配置される。第２封止材は、第１金属フレームと第２金属フレームの間に配置される。
【0013】
本発明は、凹部を含むベースを提供することと、凹部の中に第１カバーで覆われたＭＥＭＳ装置を配置することと、第２カバーまたはベースの上にガラスフリットを配置することと、ベースの上に凹部を覆う第２カバーを配置して、ベースと第２カバーの間にガラスフリットを配置することと、ガラスフリットを溶融して、凹部を密封することとを含むＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法を提供する。
【0014】
本発明の１つの実施形態において、溶融ステップの前に、製造方法は、さらに、ガラスフリットの溶融温度よりも低い中間温度までガラスフリットを加熱することを含む。
【0015】
本発明の１つの実施形態において、ベース、ガラスフリットおよび第２カバーの熱膨張係数は、実質的に類似する。
【0016】
本発明は、凹部を含むベースを提供することと、凹部の中に第１カバーで覆われたＭＥＭＳ装置を配置することと、第２カバーを提供し、第２カバーの周辺に第１金属フレームを配置することと、ベースまたは第１金属フレームの上に第１封止材を配置することと、ベースの上に凹部を覆う第２カバーおよび第１金属フレームを合わせて配置し、第１金属フレームとベースの間に第１封止材を配置することと、第１封止材を加熱して、第１金属フレームおよびベースを密封することとを含むＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法を提供する。
【0017】
本発明の１つの実施形態において、第２カバーの周辺に第１金属フレームを配置するステップにおいて、製造方法は、さらに、第２カバーの軟化温度まで加熱して、第２カバーを第１金属フレームに固定することと、第２カバーを研磨（polishing）することとを含む。
【0018】
本発明の１つの実施形態において、第２カバーの軟化温度まで加熱するステップの前に、製造方法は、さらに、第１金属フレームの高温酸化プロセスを行うことを含む。
【0019】
本発明の１つの実施形態において、第２カバーの周辺に第１金属フレームを配置するステップにおいて、製造方法は、さらに、第１金属フレームと第２カバーの間にガラスフリットを配置することと、ガラスフリットを溶融して、第１金属フレームを第２カバーに固定することとを含む。
【0020】
本発明の１つの実施形態において、第１金属フレーム、ガラスフリットおよび第２カバーの熱膨張係数は、実質的に類似する。
【0021】
本発明の１つの実施形態において、製造方法は、さらに、第１封止材の上に第２金属フレームを配置することと、第２金属フレームの上に第２封止材を配置して、第１金属フレームと第２金属フレームの間に第２封止材を配置することと、第２封止材を加熱して、第１金属フレームおよび第２金属フレームを密封することとを含む。
【発明の効果】
【0022】
以上のように、本発明のＭＥＭＳパッケージ構造は、ＭＥＭＳ装置を覆う第１カバーを適用して、ＭＥＭＳ装置を汚染から守り、且つＭＥＭＳ装置に対して第１防湿保護を提供する。また、ＭＥＭＳ装置および第１カバーをベースの凹部の中に配置し、ガラスフリットを介して第２カバーをベースに密封する、あるいは、第１封止材を介して第２カバーの周辺の第１金属フレームをベースに固定することにより、第２カバー、ベースおよびガラスフリットの組み合わせ、または、第２カバー、ベース、第１金属フレームおよび第１封止材の組み合わせにより、ＭＥＭＳ装置に対して第２防湿保護を提供する。従来、第２カバーは、接着剤でベースに接着されるため、高温環境において、接着剤の湿気浸透問題やガス放出問題が生じる可能性があった。本発明のＭＥＭＳパッケージ構造は、接着剤をガラスフリット、第２カバーの周辺の第１金属フレームおよび第１封止材に置き換えることにより、凹部の密封性が向上し、ガス放出問題を防ぐことができる。そのため、本発明のＭＥＭＳパッケージ構造は、より優れた耐湿特性を提供する。また、上述したＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法をさらに提供する。
【0023】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1a】本発明の１つの実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図1b】本発明の１つの実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図1c】本発明の１つの実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図1d】本発明の１つの実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図2a】本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図2b】本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図2c】本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図2d】本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【図2e】本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
【0026】
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の１つの実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。ＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法は、以下のステップを含む。図１（ａ）を参照すると、凹部１１２を含むベース１１０を提供する。本実施形態において、ベース１１０の材料は、セラミックであるが、ベース１１０の材料は、これに限定されない。
【0027】
そして、図１（ｂ）を参照すると、第１カバー１３０で覆われた少なくとも１つのＭＥＭＳ装置１２０をベース１１０の凹部１１２の中に配置する。ＭＥＭＳ装置１２０の上を覆う第１カバー１３０は、ＭＥＭＳ装置１２０を汚染（例えば、粒子等）から守ることができる。詳しく説明すると、本実施形態において、ＭＥＭＳ装置１２０は、チップ１１５のアクティブ面１１７に配置される。チップ１１５は、例えば、ＣＣＤ（charge couple device）またはＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）等の光センサーチップであり、アクティブ面１１７は、例えば、光感応領域である。しかし、チップ１１５およびアクティブ面１１７の種類は、これに限定されない。本実施形態において、ＭＥＭＳ装置１２０は、ミラーであるが、ＭＥＭＳ装置１２０は、スイッチ、コンデンサ、加速度計、センサまたはアクチュエータであってもよく、ＭＥＭＳ装置１２０の種類は、これに限定されない。
【0028】
第１カバー１３０は、透明であるため、外部光線（図示せず）は、第１カバー１３０を通ってＭＥＭＳ装置１２０およびチップ１１５のアクティブ面１１７に通過することができる。第１カバー１３０は、ガラスカバーであるが、第１カバー１３０の材料は、これに限定されない。図１（ｂ）に示すように、第１カバー１３０は、チップ１１５の上を覆い、キャビティ（cavity）１３０を含み、ＭＥＭＳ装置１２０は、キャビティ１３０の中にある。キャビティ１３２は、アクティブ面１１７の反対側に上面１３２ａを有する。本実施形態において、上面１３２ａとアクティブ面１１７の間の距離Ｄは、ミラー傾きの高さよりも大きく、例えば、１０μｍであり、チップ１１５と第１カバー１３０の間の周辺ギャップの高さＨは、約１μｍ〜１０μｍである。つまり、チップ１１５と第１カバー１３０の間の周辺ギャップの高さＨは、上面１３２ａとアクティブ面１１７の間の距離Ｄよりも小さい。
【0029】
チップ１１５と第１カバー１３０の間の周辺ギャップにシール材（sealant）１３４を配置して、キャビティ１３２を密封する。図１（ｂ）に示すように、シール材１３４の厚さは、ＭＥＭＳ装置１２０の高さよりも小さい。シール材１３４の厚さは、チップ１１５と第１カバー１３０の間の周辺ギャップの高さＨにより制限される。そのため、シール材１３４の厚さは、チップ１１５と第１カバー１３０の間の周辺ギャップの高さＨにより約１μｍ〜１０μｍの間で異なる。
【0030】
言及すべきこととして、シール材１３４は、例えば、エポキシ樹脂等の有機高分子化合物である。有機高分子化合物の分子構造は、多くの親水基（hydrophilic group）を有するため、外部の汚染や湿気を遮断する能力を有するが、分子構造は、親水基と湿気の反応を完全に阻止することはできない。そのため、本実施形態は、チップ１１５、シール材１３４および第１カバー１３０の周辺に湿気バリア（moisture barrier）１３６をコーティングすることにより、シール材１３４の親水基と湿気の反応を効果的に阻止し、さらに、キャビティ１３２の不浸透性を向上させる。このようにして、ＭＥＭＳ装置１２０は、ＭＥＭＳパッケージ構造１００において正常に操作することができる。
【0031】
本実施形態において、湿気バリア１３６は、化学蒸着（chemical vapor deposition, CVD）または物理蒸着（physical vapor deposition, PVD）技術により形成することができるが、湿気バリア１３６の形成方法は、これに限定されない。また、湿気バリア１３６の材料は、より高い圧縮を有する無機断熱材、例えば、シリカ、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または親水基を含有しない他の窒素、酸素および酸窒化物等であるため、湿気バリア１３６の耐水性は、シール材１３４の耐水性よりも強い。つまり、無機断熱材は、親水基を有さず、湿気と反応しないため、湿気を効果的に遮断することができる。そのため、湿気バリア１３６は、二重の保護を提供することができ、湿気の浸透可能性を減らすことができる。
【0032】
言及すべきこととして、図１（ｂ）のＭＥＭＳ装置１２０および第１カバー１３０の構成は、実施形態のうちの１つであるため、ＭＥＭＳ装置１２０および第１カバー１３０の構成は、これに限定されない。
【0033】
そして、図１（ｃ）を参照すると、第２カバー１４０の上にガラスフリット１５０を配置する。第２カバー１４０は、ガラスカバーであり、ガラスフリット１５０は、第２カバー１４０の底面に適用される。本実施形態において、ガラスフリット１５０は、リング状であるが、ガラスフリット１５０の形状は、これに限定されない。ガラスフリット１５０は、第２カバー１４０およびベース１１０を固定して、凹部１１２を密封するために使用される。ガラスフリット１５０の材料特性により、ガラスフリット１５０は、より優れた湿気遮断効果を提供することができる。本実施形態において、高温環境におけるガラスフリット１５０の亀裂可能性を減らすため、ガラスフリット１５０中のガス有機添加剤を除去しなければならない。本実施形態において、ガラスフリット１５０中のガス有機添加剤は、二段階加熱でガス放出手順を行い、除去する。まず、ガラスフリット１５０をガラスフリット１５０の溶融温度よりも低い中間温度まで加熱する。このステップにおいて、ガラスフリット１５０は、この時点では、まだ完全に溶融していない。その後、ガラスフリット１５０を溶融温度まで加熱して完全に溶融し、ガスを含まないガラスフリット１５０を形成する。別の実施形態において、ガラスフリット１５０をベース１１０の上に配置してもよい。
【0034】
図１（ｄ）を参照すると、ベース１１０の上に、凹部１１２を覆う第２カバー１４０を配置し、ベース１１０と第２カバー１４０の間にガラスフリット１５０を配置する。そして、ガラスフリット１５０を溶融温度まで加熱して、凹部を密封し、ＭＥＭＳパッケージ構造１００を形成する。本実施形態において、ガラスフリット１５０は、レーザにより溶融されるが、ガラスフリット１５０の加熱方法は、これに限定されない。言及すべきこととして、ベース１１０、ガラスフリット１５０および第２カバー１４０の熱膨張係数は、実質的に類似する。このようにして、ＭＥＭＳパッケージ構造１００が高温環境においてわずかに変形しても、ガラスフリット１５０に亀裂が生じにくいため、外のガスや蒸気をガラスフリット１５０で遮断することができる。
【0035】
図１（ｄ）に示すように、ＭＥＭＳパッケージ構造１００は、ベース１１０と、ＭＥＭＳ装置１２０と、第１カバー１３０と、第２カバー１４０と、ガラスフリット１５０とを含む。ベース１１２は、凹部１１２を含む。ＭＥＭＳ装置１２０は、凹部１１２の中に配置される。第１カバー１３０は、凹部１１２の中に配置され、ＭＥＭＳ装置１２０を覆う。第２カバー１４０は、ベース１１０の上に配置され、凹部１１２を覆う。ガラスフリット１５０は、ベース１１０と第２カバー１４０の間に配置され、凹部１１２を密封する。
【0036】
ＭＥＭＳパッケージ構造１００は、ＭＥＭＳ装置１２０を覆う第１カバー１３０を適用して、ＭＥＭＳ装置１２０を汚染から守り、且つＭＥＭＳ装置１２０に対して第１防湿保護を提供する。また、ＭＥＭＳ装置１２０および第１カバー１３０は、ベース１１０の凹部１１２の中に配置され、第２カバー１４０は、ガラスフリット１５０を介してベース１１０に密封されるため、第２カバー１４０、ガラスフリット１５０およびベース１１０の構成により、ＭＥＭＳパッケージ構造１００に対して第２防湿保護を提供することができる。
【0037】
図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。ＭＥＭＳパッケージ構造の別の製造方法をさらに提供する。製造方法は、以下のステップを含む。
【0038】
図２（ａ）において、凹部２１２を含むベース２１０を提供する。本実施形態において、ベース２１０の材料は、セラミックであるが、ベース２１０の材料は、これに限定されない。そして、図２（ｂ）を参照すると、ベース２１０の上に第１封止材２８０を配置し、第１封止材２８０の上に第２金属フレーム２９０を配置する。そして、第１封止材２８０を加熱して、第２金属フレーム２９０およびベース２１０を固定する。本実施形態において、第１封止材２８０は、金属、金属合金、金属化合物（例えば、金属または半金属酸化物）またはガラスフリット等の無機材料であってもよい。さらに具体的に説明すると、第１封止材２８０の材料は、ＡｇＣｕ、ＡｕＳｎ、ＢｉＳｎ、ＩｎＡｇまたはガラスフリットであってもよい。第１封止材２８０の融点は、材料によって異なるが、第１封止材２８０の融点は、一般的に、約１６０℃〜約４００℃である。また、本実施形態において、第２金属フレーム２９０の材料は、例えば、コバール（Kovar）合金である。コバール合金は、ニッケル、銅、コバルト、鉄およびマンガンで作られる。もちろん、第２金属フレーム２９０の材料は、これに限定されない。
【0039】
図２（ｃ）を参照すると、凹部２１２の中に第１カバー２３０で覆われた少なくとも１つのＭＥＭＳ装置２２０を配置する。本実施形態のＭＥＭＳ装置２２０および第１カバー２３０の種類および構成は、上述した実施形態のＭＥＭＳ装置１２０および第１カバー１３０の種類および構成に類似するため、ここでは、ＭＥＭＳ装置２２０および第１カバー２３０について詳しく説明しない。もちろん、別の実施形態において、ＭＥＭＳ装置２２０および第１カバー２３０の種類および構成は、図１（ｂ）のＭＥＭＳ装置１２０および第１カバー１３０の種類および構成と異なってもよい。
【0040】
図２（ｄ）を参照すると、第２カバー２４０を提供し、第２カバー２４０の周辺に第１金属フレーム２７０を配置する。本実施形態において、第１金属フレーム２７０の材料は、例えば、コバール合金である。コバール合金は、ニッケル、銅、コバルト、鉄およびマンガンで作られる。もちろん、第１金属フレーム２７０の材料は、これに限定されない。本実施形態において、第１金属フレーム２７０は、高温融解により第２カバー２４０の周辺に直接固定される。第１金属フレーム２７０を第２カバー２４０に固定する前に、第１金属フレーム２７０は、まず、高温酸化プロセスを行ってもよい。高温酸化プロセスにおいて、第１金属フレーム２７０は、約６００℃まで加熱される。第１金属フレーム２７０の高温酸化プロセスによって、第１金属フレーム２７０および第２カバー２４０の後の融解が改善されるため、第１金属フレーム２７０および第２カバー２４０を密封して固定することができる。
【0041】
高温酸化プロセスの後、第１金属フレーム２７０および第２カバー２４０を第２カバー２４０の軟化温度まで加熱して、第２カバー２４０を第１金属フレーム２７０に固定する。本実施形態において、第１金属フレーム２７０および第２カバー２４０を約９００℃まで加熱して、第２カバー２４０を第１金属フレーム２７０に融解および溶接する。もちろん、第２カバー２４０の軟化温度の温度は、これに限定されない。
【0042】
固定ステップの後、第２カバー２４０の分子配置が高温環境で変化することにより、第２カバー２４０の透過率が減少する可能性がある。そのため、第２カバー２４０の上面および底面を研磨して、透過率を上げてもよい。その後、第２カバー２４０の上面および底面にブラックパターン（光学のＣｒパターンおよびＡＲ等、図示せず）をコーティングして、遮光してもよい。
【0043】
そして、図２（ｅ）を参照すると、第２金属フレーム２９０の上に第２封止材２８５を配置して、第２封止材２８５の上に第１金属フレーム２７０を配置することにより、第２カバー２４０および第１金属フレーム２７０を合わせてベース２１０に固定して、凹部２１２を覆うことができる。具体的に説明すると、本実施形態において、第１金属フレーム２７０の厚さは、第２カバー２４０の厚さよりも小さいため、第１金属フレーム２７０を第１封止材２８０の上に直接配置した場合、第２カバー２４０の下部が凹部２１２の中に位置し、第１カバー２３０に当たる。そのため、本実施形態において、第２金属フレーム２９０を第１封止材２８０の上に配置し、第２封止材２８５を第１封止材２９０の上に配置し、第１金属フレーム２７０を第２封止材２８５の上に配置する。第２金属フレーム２９０は、第１金属フレーム２７０の延長とみなすことができるため、第１カバー２３０と第２カバー２４０の間に空間が生じる。その後、第２封止材２８５を加熱し、第１金属フレーム２７０および第２金属フレーム２９０を密封することによって、凹部２１２を密封した後、ＭＥＭＳパッケージ構造２００が形成される。
【0044】
言及すべきこととして、第１封止材２８０および第２金属フレーム２９０をベース２１０の上に配置するステップの順番は、第１金属フレーム２７０をベース２１０に固定するステップの前であれば、特に限定されない。また、別の実施形態において、第２封止材２８５、第２金属フレーム２９０および第１封止材２８０を順番に第１金属フレーム２７０の底面に配置してもよく、その後、第２カバー２４０、第１金属フレーム２７０、第２封止材２８５、第２金属フレーム２９０および第１封止材２８０は、全体としてベース２１０の上に配置される。
【0045】
また、言及すべきこととして、凹部２１２の密封性を維持するため、ベース２１０、第１封止材２８０および第２金属フレーム２９０の熱膨張係数は、実質的に類似し、第１金属フレーム２７０、第２封止材２８５および第２金属フレーム２９０の熱膨張係数は、実質的に類似する。
【0046】
図２（ｅ）に示すように、ＭＥＭＳパッケージ構造２００は、ベース２１０と、ＭＥＭＳ装置２２０と、第１カバー２３０と、第２カバー２４０と、第１金属フレーム２７０と、第１封止材２８０と、第２金属フレーム２９０と、第２封止材２８５とを含む。ベース２１０は、凹部２１２を含む。ＭＥＭＳ装置２２０は、凹部２１２の中に配置される。第１カバー２３０は、凹部２１２の中に配置され、ＭＥＭＳ装置２２０を覆う。第１金属フレーム２７０は、第２カバー２４０の周辺に配置され、第１金属フレーム２７０は、第２カバー２４０に直接固定される。第１封止材２８０は、ベース２１０の上に配置される。第２金属フレーム２９０は、第１封止材２８０の上に配置される。第２封止材２８５は、第２金属フレーム２９０の上に配置される。第２カバー２４０および第１金属フレーム２７０は、合わせて第２封止材２８５の上に配置され、凹部２１２を覆う。
【0047】
ＭＥＭＳパッケージ構造２００は、ＭＥＭＳ装置２２０を覆う第１カバー２３０を適用して、ＭＥＭＳ装置２２０を汚染から守り、且つＭＥＭＳ装置２２０に対して第１防湿保護を提供する。また、ＭＥＭＳ装置２２０および第１カバー２３０は、ベース２１０の凹部２１２の中に配置され、第２カバー２４０の周辺の第１金属フレーム２７０は、第１封止材２８０、第２金属フレーム２９０および第２封止材２８５を介して、ベース２１０に密封される。本実施形態において、第２カバー２４０、ベース２１０、第１金属フレーム２７０、第１封止材２８０、第２金属フレーム２９０および第２封止材２８５の構成により、ＭＥＭＳ装置２２０に対して第２防湿保護を提供する。
【0048】
もちろん、第２カバー２４０の周辺に配置される第１金属フレーム２７０の形式は、これに限定されない。図２（ｄ’）〜図２（ｅ’）は、本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。本実施形態において、上述した実施形態に類似する素子には、同じ番号を使用する。図２（ｄ’）および図２（ｅ’）を参照すると、図２（ｅ’）のＭＥＭＳパッケージ構造２００ａと図２（ｅ）のＭＥＭＳパッケージ構造２００の間の主な相違点は、本実施形態において、第１金属フレーム２７０が第２カバー２４０に直接接触しないことである。具体的に説明すると、第１金属フレーム２７０と第２カバー２４０の間にガラスフリット２５０を配置する。つまり、第１金属フレーム２７０は、ガラスフリット２５０によって第２カバー２４０に固定される。本実施形態において、ガラスフリット２５０は、リング状である。第１金属フレーム２７０と第２カバー２４０の固定ステップにおいて、第１金属フレーム２７０と第２カバー２４０の間にガラスフリット２５０を配置した後、ガラスフリット２５０を加熱して溶融することにより、第１金属フレーム２７０を第２カバー２４０に固定する。ガラスフリット２５０の加熱温度は、約３５０℃〜５５０℃である。また、第１金属フレーム２７０、ガラスフリット２５０および第２カバー２４０の熱膨張係数は、実質的に類似するため、高温におけるガラスフリット２５０の亀裂可能性を減らすことができる。
【0049】
図２（ｄ”）〜図２（ｅ”）は、本発明の別の実施形態に係るＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法の概略図である。本実施形態において、上述した実施形態に類似する素子には、同じ番号を使用する。図２（ｄ”）および図２（ｅ”）を参照すると、図２（ｅ”）のＭＥＭＳパッケージ構造２００ｂと図２（ｅ）のＭＥＭＳパッケージ構造２００の間の主な相違点は、第１金属フレーム２７０ｂが第１封止材２８０のみによってベース２１０に固定されることである。本実施形態において、第１金属フレーム２７０ｂの少なくとも一部の厚さは、第２カバー２４０の厚さよりも小さくないため、第１金属フレーム２７０ｂを第１封止材２８０の上に直接配置した時に、第２カバー２４０が第１カバー２３０に接触しない。そのため、ＭＥＭＳパッケージ構造２００ｂは、第２金属フレームと第２封止材を必要とせず、第１カバー２３０と第２カバー２４０の間の空間を増やすことができるため、ＭＥＭＳパッケージ構造２００ｂは、上述した実施形態で言及した第２金属フレームと第２封止材を省略することができる。
【0050】
以上のように、本発明のＭＥＭＳパッケージ構造は、ＭＥＭＳ装置を覆う第１カバーを適用して、ＭＥＭＳ装置を汚染から守り、且つＭＥＭＳ装置に対して第１防湿保護を提供する。また、ＭＥＭＳ装置および第１カバーをベースの凹部の中に配置し、ガラスフリットを介して第２カバーをベースに密封する、あるいは、第１封止材を介して第２カバーの周辺の第１金属フレームをベースに固定することにより、第２カバー、ベースおよびガラスフリットの組み合わせ、または、第２カバー、ベース、第１金属フレームおよび第１封止材の組み合わせにより、ＭＥＭＳ装置に対して第２防湿保護を提供する。従来、第２カバーは、接着剤でベースに接着されるため、高温環境において、接着剤の湿気浸透問題やガス放出問題が生じる可能性があった。本発明のＭＥＭＳパッケージ構造は、接着剤をガラスフリット、第２カバーの周辺の第１金属フレームおよび第１封止材に置き換えることにより、凹部の密封性が向上し、ガス放出問題を防ぐことができる。そのため、本発明のＭＥＭＳパッケージ構造は、より優れた耐湿特性を提供する。また、上述したＭＥＭＳパッケージ構造の製造方法をさらに提供する。
【0051】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明は、ＭＥＭＳパッケージ構造およびその製造方法を提供する。ＭＥＭＳパッケージ構造は、より優れた耐湿特性を提供する。
【符号の説明】
【0053】
Ｄ 距離Ｈ 高さ
１００、２００、２００ａ、２００ｂ ＭＥＭＳパッケージ構造
１１０、２１０ ベース
１１２、２１２ 凹部
１１５ チップ
１１７ アクティブ面
１２０、２２０ ＭＥＭＳ装置
１３０、２３０ 第１カバー
１３２ キャビティ
１３２ａ 上面
１３４ シール材
１３６ 湿気バリア
１４０、２４０ 第２カバー
１５０ ガラスフリット
２７０、２７０ｂ 第１金属フレーム
２８０ 第１封止材
２８５ 第２封止材
２９０ 第２金属フレーム
【外国語明細書】