ＭＥＭＳデバイス

【課題】第１の基板と第２の基板との体積が違っていても、第１の基板と第２の基板との接合部において、所望な機械的強度を確保することができるＭＥＭＳデバイスを提供すること。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイス１０は、第１の接合パッド４を有する第１の基板１と、第２の接合パッド５を有し、第１の基板１に積層する第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２との間に介在し、第１の接合パッド４と第２の接合パッド５接合することで、第１の基板と第２の基板２とを接合させる接合部材３と、第１の基板１と第２の基板２との少なくとも一方に配設され、第１の基板１と第２の基板２との熱容量差を均一にする温度変化急峻領域６と、を具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、マイクロミラー素子及びその製造方法が開示されている。このマイクロミラー素子及びその製造方法は、はんだバンプの指示荷重に応答した熱溶融時の変形量を制御することでマイクロミラーチップと電極基板との間の距離を設定し、所望の距離に調整を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マイクロミラー素子及びその製造方法では、低融点ハンダのＳｎＢｉを溶融させ固化させる際に、マイクロミラーチップはリフロー加熱のような自然冷却によって緩やかに冷却する。この場合、第１の基板である例えばマイクロミラーチップと第２の基板である例えば電極基板との体積が違うことで、熱容量が違い、ハンダを固化させる冷却速度が異なる。これにより接合界面でハンダが固まる時間に差が生じ、硬化収縮により接合界面に対して応力が偏り、接合界面で機械的にもろい箇所が発生する。よって第１の基板と第２の基板との接合部において、機械的強度が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、第１の基板と第２の基板との体積が違っていても、第１の基板と第２の基板との接合部において、所望な機械的強度を確保することができるＭＥＭＳデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は目的を達成するために、第１の接合パッドを有する第１の基板と、第２の接合パッドを有し、前記第１の基板に積層する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在し、前記第１の接合パッドと前記第２の接合パッドと接合することで、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させる接合部材と、前記第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方に配設され、前記第１の基板と前記第２の基板との熱容量差を均一にする温度変化急峻領域と、を具備することを特徴とするＭＥＭＳデバイスを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１の基板と第２の基板との体積が違っていても、第１の基板と第２の基板との接合部において、所望な機械的強度を確保することができるＭＥＭＳデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの分解斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、裏面側からみた電極基板の斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、ＭＥＭＳデバイスの斜視図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ｃに示すＡ−Ａ線におけるＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合前の断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ｄに示すＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合後の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施形態における第１の変形例のＭＥＭＳデバイスの分解斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、裏面側からみた電極基板の斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ＭＥＭＳデバイスの斜視図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃに示すＢ−Ｂ線におけるＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合前の断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ｄに示すＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合後の断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、図２Ｃに示すＢ−Ｂ線におけるＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合前の断面図であり、開口溝がマイクロミラーチップにのみ配設されている状態を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施形態における第２の変形例を示す図であり、図２Ｃに示すＢ−Ｂ線におけるＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合前の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示すＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合後の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合前の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示すＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合後の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２の実施形態における変形例のＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合前の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示すＭＥＭＳデバイスの接合構造の接合後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１Ａ乃至図１Ｅを参照して第１の実施形態について説明する。
図１Ａに示すＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）デバイス１０は、例えば半導体などである。このＭＥＭＳデバイス１０は、第１の基板であるＭＥＭＳ基板（マイクロミラーチップ）１と、マイクロミラーチップ１に積層する第２の基板である電極基板２と、マイクロミラーチップ１と電極基板２との間に介在し、マイクロミラーチップ１と電極基板２とを接合させる接合部材であるはんだ３とを有している。はんだ３が所望する熱と例えばマイクロミラーチップ１の自重により、はんだ３がマイクロミラーチップ１と電極基板２とに接合することによって、マイクロミラーチップ１と電極基板２とは電気的且つ機械的に接合する。本実施形態では、電極基板２は、マイクロミラーチップ１よりも厚い。
【００１０】
マイクロミラーチップ１は、図１Ｄに示すように平板状の接合パッド４を有している。電極基板２は、接合パッド４と対向するように配置されている平板状の接合パッド５を有している。接合パッド４，５は、対向し同数であれば数は限定されなく、また対向すれば所望に配置される。接合パッド５には、マイクロミラーチップ１の自重により、接合パッド４と接合するはんだ３が形成されている。はんだ３は、接合パッド４，５と接合することで、マイクロミラーチップ１と電極基板２とを電気的、且つ機械的に接合させる。
【００１１】
接合パッド４と接合パッド５とは、はんだ３が接合可能な例えば金メッキ、はんだメッキ、錫メッキ等が好適である。なおはんだ３が接合パッド４と接合パッド５とに接合する際に、はんだ３は溶融し、はんだ３の熱は接合パッド４と接合パッド５とに伝わり、接合パッド４と接合パッド５とには、はんだ３の熱が溜まる。そのため、接合パッド４と接合パッド５とは、マイクロミラーチップ１や電極基板２よりも薄く形成され、マイクロミラーチップ１や電極基板２よりも熱を放熱しやすくなっている。
【００１２】
またはんだ３は、ＳｎＡｇＣｕ等のフリーはんだ等が好適であるが、マイクロミラーチップ１の耐熱性を考慮して、低融点鉛フリーはんだのＳｎＢｉはんだが特に好適である。
【００１３】
マイクロミラーチップ１は、可動部である複数の可動ミラー部１１と、可動ミラー部１１を接続支持する可動支持部１２と、可動ミラー部１１と可動支持部１２とを機械的且つ連続的に接合しているヒンジ部１３とを有している。可動ミラー部１１は、所望する方向と角度で駆動するように設置される。
【００１４】
可動ミラー部１１は、可動支持部１２の長手方向に沿って２列配置されている。可動ミラー部１１は、電極基板２における静電引力によって可動する（傾く）。可動支持部１２の裏面１２ｂには、マイクロミラーチップ１を電極基板２に接合保持させる上述した平面状の接合パッド４が所望の位置に配設されている。
【００１５】
なお所望のミラー駆動特性が得られ、可動ミラー部１１が可動支持部１２に設置できれば、可動ミラー部１１は、２列に限定する必要はなく、また長手方向に沿って設置される必要もなく、所望な状態に設置でき、所望の方向に傾いてもよい。
【００１６】
電極基板２は、例えばシリコンで形成された半導体基板などである。
電極基板２は、上述した接合パッド５と、可動ミラー部１１を可動させる駆動電圧を印加可能な駆動電極１４とを、電極基板２の表面２ａに有している。接合パッド５は接合パッド４に対向して表面２ａに配設され、駆動電極１４は可動ミラー部１１に対向して表面２ａに配設されている。
【００１７】
また図１Ｂに示すように例えば電極基板２の裏面２ｂ側には、マイクロミラーチップ１（接合パッド４）と電極基板２（接合パッド５）との熱容量差を均一にする温度変化急峻領域６が配設されている。温度変化急峻領域６は、マイクロミラーチップ１と電極基板２とが溶融したはんだ３によって接合する際に、接合部材（はんだ３）及びその周囲における冷却速度が均一に変化する領域である。具体的には、温度変化急峻領域６は、図１Ｄに示すように、例えばはんだ３の配設位置である接合パッド５の界面を中心とした位置に配設されており、この位置に開口溝７を有している。
【００１８】
この開口溝７は、マイクロミラーチップ１に対向する電極基板２の一方の面である表面２ａから電極基板２の他方の面である裏面２ｂに向かって開口するように形成されている。つまり開口溝７は、電極基板２を貫通しておらず、裏面２ｂに向けて開口している凹部である。本実施形態では開口溝７は、立方体または直方体形状を有しているが、この形状に限定される必要はない。開口溝７は、表面２ａ側（接合パッド５側）にまで深さが達している。
【００１９】
次に本実施形態の製造方法について説明する。
接合パッド５には、予めはんだ３が形成されている。なお接合パッド５には、はんだ３の代わりに、はんだボールが配設される、またははんだペーストが塗布されていても良い。
【００２０】
接合パッド４と接合パッド５とは対向するように位置あわせされ、マイクロミラーチップ１が電極基板２に配設（積層）される。
【００２１】
この状態でマイクロミラーチップ１と電極基板２とはんだ３とは、リフロー炉に投入される。これによりはんだ３は、所望の温度によって溶融する。はんだ３が溶融した後、リフロー炉の冷却が開始され、はんだ３が接合パッド４と接合パッド５とに接合し、マイクロミラーチップ１と電極基板２とは、はんだ３によって電気的、且つ機械的に接合する。
【００２２】
なお開口溝７が裏面２ｂに形成され、接合パッド４と接合パッド５とはマイクロミラーチップ１や電極基板２よりも薄く形成され、マイクロミラーチップ１や電極基板２よりも熱を放熱しやすくなっている。そのためはんだ３が溶融した際にはんだ３から接合パッド５に伝わる熱において、マイクロミラーチップ１（接合パッド４）と電極基板２（接合パッド５）との熱容量が均一になるよう開口溝７を電極基板２に形成する。
【００２３】
このように本実施形態では、接合パッド４と接合パッド５とを薄くして放熱をさせやすくし、開口溝７によって裏面２ｂ側に放熱させやすくしているために、マイクロミラーチップ１と電極基板２との体積が違っていても、マイクロミラーチップ１と電極基板２との接合部（接合パッド４，５）において、放熱しやすくしているために、マイクロミラーチップ１と電極基板２との体積が違っていても、マイクロミラーチップ１と電極基板２との接合部（接合パッド４，５）において、熱容量差を均一にすることができ温度差を低減し、はんだ３の硬化収縮による応力が均一にかかることで、所望な機械的強度を確保することができる。
【００２４】
また本実施形態では、開口溝７によって裏面２ｂ側に放熱させやすくしているために、マイクロミラーチップ１と電極基板２との材質による熱容量の差を均一となるように調節（熱容量の差を解消）できる。また本実施形態では、開口溝７によって裏面２ｂ側に放熱しやすくさせているために、はんだ３を溶融した後、接合パッド４，５を冷却することができ、冷却した接合パッド４，５を通じてはんだ３を冷却することができる。これにより本実施形態では、はんだ接合界面での温度差を低減し、硬化収縮による応力の偏りをなくすことができ、マイクロミラーチップ１と電極基板２との接合部（接合パッド４，５）において、所望な機械的強度を確保することができる。
【００２５】
次に第１の実施形態に関する第１の変形例について図２Ａ乃至図２Ｅを参照して説明する。第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態と同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
温度変化急峻領域６（開口溝７）は、裏面２ｂ側に限定して配設される必要はない。温度変化急峻領域６（開口溝７）は、マイクロミラーチップ１（接合パッド４）と電極基板２（接合パッド５）との熱容量差を均一にするのであれば、図２Ａと図２Ｃとに示すようにマイクロミラーチップ１（可動支持部１２）の裏面１２ｂ側にも配設されていてもよい。この場合、温度変化急峻領域６は、図２Ｄに示すように例えばはんだ３の配設位置である接合パッド４の界面を中心とした位置に配設されている。
【００２６】
裏面１２ｂ側にも配設されている開口溝７は、電極基板２に対向するマイクロミラーチップ１の一方の面である裏面１２ｂ側からマイクロミラーチップ１の他方の面である表面１２ａ側に向かって開口するように形成されている。つまり開口溝７は、マイクロミラーチップ１を貫通しておらず、マイクロミラーチップ１（可動支持部１２）の裏面１２ｂに向けて開口している凹部である。開口溝７は、裏面１２ｂ側（接合パッド４側）にまで深さが達している。
【００２７】
このように温度変化急峻領域６（開口溝７）は、マイクロミラーチップ１（接合パッド４）と電極基板２（接合パッド５）との熱容量差を均一にするのであれば、表面１２ａ側と裏面２ｂ側との両方に配設されていてもよい。
【００２８】
これにより本変形例では、マイクロミラーチップ１と電極基板２との接合部（接合パッド４，５）において、第１の実施形態よりも放熱することができ、第１の実施形態よりも冷却時間を低減することができる。
【００２９】
なお開口溝７は、図２Ｆに示すように、マイクロミラーチップ１（接合パッド４）と電極基板２（接合パッド５）との熱容量差を均一にするのであれば、マイクロミラーチップ１（可動支持部１２）の裏面１２ｂ側にのみ配設されていてもよい。この場合、上述した変形例と同様に、温度変化急峻領域６は、例えばはんだ３の配設位置である接合パッド５の界面を中心とした位置に配設されており、この位置に開口溝７を有している。
【００３０】
このように温度変化急峻領域６（開口溝７）は、マイクロミラーチップ１と電極基板２との少なくとも一方に配設され、マイクロミラーチップ１と電極基板２との熱容量差を均一にする。より詳細には、温度変化急峻領域６は、接合パッド４の界面を中心とした位置と接合パッド５の界面とを中心とした位置との少なくとも一方に配設されており、この位置に開口溝７を有している。
【００３１】
次に第１の実施形態に関する第２の変形例について図３Ａと図３Ｂとを参照して説明する。第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態と同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
上述した第１の実施形態と、第１の実施形態の各変形例では、開口溝７は、凹部であり、立方体または直方体形状を有しているが、これに限定する必要はない。
【００３２】
マイクロミラーチップ１に配設されている開口溝７は、例えば、裏面１２ｂ側から表面１２ａ側に向かって拡径している。
【００３３】
電極基板２に配設されている開口溝７は、例えば、表面２ａ側から裏面２ｂ側に向かって拡径している。
【００３４】
この場合、開口溝７は、開口溝７の底面７ａ側よりも開口溝７の開口部７ｂ側の方が拡径している形状を有している。より詳細には、この開口溝７は、台形形状の断面を有している。開口溝７は、例えば円錐台形形状を有していてもよい。
【００３５】
これにより変形例では、拡径している開口溝７によってより放熱することができ、所望な機械的強度を確保することができる。
【００３６】
次に図４Ａと図４Ｂとを参照して第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態と同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
マイクロミラーチップ１に配設されている開口溝７は、マイクロミラーチップ１に比べて熱伝導性が良く、表面１２ａにまで延設されている膜７ｃを有している。つまり開口溝７の内壁７ｄ（底面７ａと開口溝７の側面７ｆ）と開口溝７の外部である表面１２ａとには、熱伝導性の良い膜７ｃが配設されている。
【００３７】
また電極基板２に配設されている開口溝７は、電極基板２に比べて熱伝導性が良く、裏面２ｂにまで延設されている膜７ｃを有している。つまり開口溝７の内壁７ｄ（底面７ａと側面７ｆ）と開口溝７の外部である裏面２ｂとには、熱伝導性の良い膜７ｃが配設されている。
【００３８】
マイクロミラーチップ１と電極基板２とに配設され、隣接する開口溝７同士において、膜７ｃ同士は接続していない。このような膜７ｃは、例えば銅配線のような配線である。
【００３９】
膜７ｃが接合パッド５近傍から裏面２ｂと接合パッド４近傍から表面１２ａとにまで配設されているために、熱は局所的にＭＥＭＳ基板１の外部に放熱される。
このように本実施形態では、膜７ｃを裏面２ｂと表面１２ａとにまで延設しているために、放熱性を向上させることができ、開口溝７のみでの冷却よりもより高い冷却効果を得ることができる。
【００４０】
なお膜７ｃは、電気的に接合パッド４，５と配線されていてもよい。これにより本実施形態では、ＭＥＭＳデバイス１０の設計の自由度を向上させることができる。
【００４１】
なお図５Ａと図５Ｂとに示すように、開口溝７は、底面７ａと側面７ｆとの接続部にて曲面（アール、フィレット）７ｇを有していてもよい。曲面７ｇが形成されることで、開口溝７の底面７ａと、側面７ｆとの角への応力集中を低減することができる。
【００４２】
本発明は、上述した各実施形態とその変形例とを組みあわてもよい。
【００４３】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…マイクロミラーチップ（ＭＥＭＳ基板）、２…電極基板、２ａ…表面、２ｂ…裏面、４，５…接合パッド、６…温度変化急峻領域、７…開口溝、７ａ…底面、７ｂ…開口部、７ｃ…膜、７ｄ…内壁、７ｆ…側面、７ｇ…曲面、１０…ＭＥＭＳデバイス、１１…可動ミラー部、１２…可動支持部、１２ａ…表面、１２ｂ…裏面、１３…ヒンジ部、１４…駆動電極。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接合パッドを有する第１の基板と、
第２の接合パッドを有し、前記第１の基板に積層する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在し、前記第１の接合パッドと前記第２の接合パッドと接合することで、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させる接合部材と、
前記第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方に配設され、前記第１の基板と前記第２の基板との熱容量差を均一にする温度変化急峻領域と、
を具備することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記温度変化急峻領域は、前記第１の接合パッドの界面を中心とした位置と前記第２の接合パッドの界面とを中心とした位置との少なくとも一方に配設され、前記位置に開口溝を有していることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記第１の基板に配設されている前記開口溝は、前記第２の基板に対向する前記第１の基板の一方の面側から前記第１の基板の他方の面側に向かって開口するように形成され、
前記第２の基板に配設されている前記開口溝は、前記第１の基板に対向する前記第２の基板の一方の面側から前記第２の基板の他方の面側に向かって開口するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記第１の基板に配設されている前記開口溝は、前記第１の基板に比べて熱伝導性が良く、前記第１の基板の前記他方の面にまで延設されている膜を有し、
前記第２の基板に配設されている前記開口溝は、前記第２の基板に比べて熱伝導性が良く、前記第２の基板の前記他方の面にまで延設されている膜を有していることを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記第１の基板に配設されている前記開口溝は、前記第２の基板に対向する前記第１の基板の一方の面側から前記第１の基板の他方の面側に向かって拡径し、
前記第２の基板に配設されている前記開口溝は、前記第１の基板に対向する前記第２の基板の一方の面側から前記第２の基板の他方の面側に向かって拡径していることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記開口溝は、前記開口溝の底面と前記開口溝の側面との接続部にて曲面を有していることを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳデバイス。

【図１Ａ】