JP7056853B2 - Mounting structure of MEMS element - Google Patents
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Description
本発明は、MEMS素子の実装構造に関する。 The present invention relates to a mounting structure of a MEMS device .
例えばMEMS素子を用いたマイクロフォン装置では、図5に示すように実装基板1上にMEMS素子2やこのMEMS素子2から出力された信号を処理する集積回路3のような電子部品を実装し、全体を金属製の蓋部4で覆う構造を採用している。図5に示す例では、MEMS素子2に音圧等が伝搬するように蓋部4に孔部5を形成している。集積回路3の表面は樹脂6で覆い保護している。この孔部5は、蓋部4に設ける代わりにMEMS素子2のバックチャンバーに連通するように実装基板1に設ける場合もある。
For example, in a microphone device using a MEMS element, as shown in FIG. 5, electronic components such as a
図6は、図5に示すMEMS素子2の一部を拡大した図である。MEMS素子2は、ハンドル基板7上に絶縁膜8を介して可動電極を含む可動電極膜9が積層し、さらにスペーサー10を介して固定電極を含む固定電極膜11が積層形成されている。なお図6では、集積回路3との接続等は図示を省略している。この種のMEMS素子は、例えば特許文献1に記載されている。
FIG. 6 is an enlarged view of a part of the
ところで図6に示すように、実装基板1上にハンドル基板7を接着部材12によって接合した後、実装基板1上に集積回路3を実装したり、蓋部4を取り付ける組立工程では、100℃を超えるような加熱処理が行われる場合がある。その際、ハンドル基板7には大きく開口したバックチャンバー13が形成されているため、実装基板1とハンドル基板7との熱膨張や熱収縮の物性の違いにより、図6に示す矢印方向の力や逆方向の力がハンドル基板7に加わってしまい、特性変動や破損が生じるおそれがある。
By the way, as shown in FIG. 6, in the assembly process in which the integrated
そこでハンドル基板7に加わる力を少なくするため、実装基板1とハンドル基板7との接合面積を小さくすることが考えられる。しかし、接着部材12の塗布量の制御や塗布位置の制御の難しさ、接着部材12とハンドル基板7の位置合わせの難しさ等があり、実装基板1とハンドル基板7とが接着部材12によって接合されない領域ができてしまう場合もある。この接合されない領域は、音圧等が漏れる通路となってしまい、感度が低下するという新たな問題が発生してしまう。
Therefore, in order to reduce the force applied to the
また接着部材12の塗布量が多すぎると、接着部材12がハンドル基板7を這い上がってしまったり、実装基板1に孔部5が形成されている場合には、孔部5内に接着部材12が流れ出てしまう等の問題が発生してしまう。このような問題は、MEMS素子が小型化、低背化するに従い、大きな課題となっている。
Further, if the coating amount of the
従来のMEMS素子の実装構造では、実装基板1とハンドル基板7との接合面積が広くなると実装基板1の熱膨張や熱収縮によりハンドル基板7へ力が加わり、MEMS素子の特性変動等の問題があった。一方接合面積を小さくしてそれらの影響を回避しようとすると、接着部材12の塗布量を制御しなければならないが、塗布量の制御ができずに接着部材12が少なくなると実装基板1とハンドル基板7との接合面積が小さくなり十分な接合強度が保てなかったり、接合しない領域が発生してMEMS素子の感度が著しく低下してしまうという問題があった。一方接着部材12が多すぎるとハンドル基板7への這い上がり等が発生し、MEMS素子の小型化、低背化の妨げになるという問題があった。本発明はこれらの問題点を解消し、接合面積を広くすることなく確実な接合を形成することができるMEMS素子の実装構造を提供することを目的とする。
In the conventional mounting structure of the MEMS element, when the bonding area between the
上記目的を達成するため、本願請求項1に係るMEMS素子の実装構造は、バックチャンバーを備えたハンドル基板と、該ハンドル基板上に、スペーサーを挟んで固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とが対向配置し、前記ハンドル基板の実装基板との接合面に、少なくとも前記ハンドル基板の外周側の一部が切り欠かれた切欠き部と、少なくとも前記ハンドル基板の前記バックチャンバー側に残る凸部とを備えたMEMS素子を、実装基板上に実装するMEMS素子の実装構造であって、前記実装基板は、前記MEMS素子との接合面に凹部を備え、該凹部の底部に前記MEMS素子の前記凸部が当接し、前記凹部の底部と前記切欠き部との間を接着部材により接合して前記MEMS素子が前記基板上に接合されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the mounting structure of the MEMS element according to
本願請求項2に係るMEMS素子の実装構造は、請求項1記載のMEMS素子の実装構造において、前記実装基板の前記凹部は、前記MEMS素子の前記凸部が当接する底部を有する凹部と、前記MEMS素子の切欠き部と対向する前記底部を有する凹部とが、それぞれ分離していることを特徴とする。
The mounting structure of the MEMS element according to
本願請求項3に係るMEMS素子の実装構造は、請求項1または2いずれか記載のMEMS素子の実装構造において、前記ハンドル基板および前記実装基板とをそれぞれシリコンで構成したことを特徴とする。
The mounting structure of the MEMS element according to
本発明のMEMS素子の実装構造は、実装基板に設けた凹部の底部とMEMS素子の切欠き部との間を接着部材により接合する構成とすることで、MEMS素子が実装基板上に確実に接着するとともに、ハンドル基板の凸部が実装基板に当接することで、接合面積を制限し、接着部材が凸部より内側に入り込むことを防止できる。 The mounting structure of the MEMS element of the present invention is such that the bottom of the recess provided in the mounting substrate and the notch of the MEMS element are joined by an adhesive member to ensure that the MEMS element is mounted on the mounting substrate. By adhering and contacting the convex portion of the handle substrate with the mounting substrate, the joining area can be limited and the adhesive member can be prevented from entering the inside of the convex portion.
さらに実装基板に形成する凹部を、MEMS素子の凸部が当接する底部を有する凹部と、MEMS素子の切欠き部と対向する底部を有する凹部とに分離するように構成すると、分離された凹部間に凸部が配置する構造となり、接着部材がMEMS素子の凸部と実装基板と当接部に入り込むことがなくなり、MEMS素子の切欠き部と実装基板の凹部の底部との間に塗布する接着部材の量の制御が容易になるという利点がある。 Further, when the concave portion formed on the mounting substrate is configured to be separated into a concave portion having a bottom portion with which the convex portion of the MEMS element abuts and a concave portion having a bottom portion facing the notch portion of the MEMS element, the separated concave portions are separated. The structure is such that the convex portion is arranged on the surface, so that the adhesive member does not enter the convex portion of the MEMS element, the mounting substrate, and the contact portion, and the bonding is applied between the notch portion of the MEMS element and the bottom portion of the concave portion of the mounting substrate. There is an advantage that the amount of members can be easily controlled.
本発明のMEMS素子のハンドル基板と実装基板とを同一素材、特にシリコンで形成することで、熱膨張や熱収縮の物性の違いによりハンドル基板に加わる力が小さくなり、MEMS素子の特性が安定化できるとともに、半導体装置の製造方法に従い、簡便に形成できるという利点がある。 By forming the handle substrate and the mounting substrate of the MEMS element of the present invention with the same material, particularly silicon, the force applied to the handle substrate due to the difference in the physical properties of thermal expansion and contraction is reduced, and the characteristics of the MEMS element are stabilized. In addition, there is an advantage that it can be easily formed according to the manufacturing method of the semiconductor device.
本発明のMEMS素子の実装構造は、実装基板に設けた凹部の底部とMEMS素子の切欠き部との間を接着部材により接合する構成とすることで、MEMS素子が実装基板上に確実に接着するとともに、ハンドル基板の凸部が実装基板に当接することで、接合面積を制限し、接着部材が凸部より内側に入り込むことを防止する構造となっている。以下、本発明の実施例について製造工程に従い、詳細に説明する。 The mounting structure of the MEMS element of the present invention is such that the bottom of the recess provided in the mounting substrate and the notch of the MEMS element are joined by an adhesive member to ensure that the MEMS element is mounted on the mounting substrate. At the same time as adhering, the convex portion of the handle substrate abuts on the mounting substrate, thereby limiting the joining area and preventing the adhesive member from entering the inside of the convex portion. Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail according to the manufacturing process.
まず、本発明のMEMS素子について説明する。図1は、第1の実施例のMEMS素子2の説明図である。従来のMEMS素子同様、例えばシリコン基板からなるハンドル基板7上に絶縁膜8を介して、可動電極を含む可動電極膜9と固定電極を含む固定電極膜11が、スペーサー10を挟んで対向配置している。ハンドル基板7には、バックチャンバー13が形成されている。
First, the MEMS device of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of the
本実施例のMEMS素子2は、後述する実装基板との接合面が、一般的なMEMS素子と相違している。具体的には、図1に示すように、ハンドル基板7の外周側に切欠き部14が形成されており、ハンドル基板7のバックチャンバー13側には切欠き部14が形成されず凸部15が残る構成とすることで、バックチャンバー13に連通しない構造となっている。
The
例えば切欠き部14は、バックチャンバー13に沿って凸部15が残るようにハンドル基板7の外周側を全て切り欠いた構造としても、一部の凸部15がハンドル基板7の外周側まで延びた構造とし、バックチャンバー13の周りに凸部15で区画された複数の切欠き部14が配置された構造としても良い。
For example, even if the
ここで凸部15は、図1に示すバックチャンバー13に沿った比較的幅の狭い形状に限定されるものではない。しかしながら後述するように、実装基板との接着部材は切欠き部14の位置に形成されるため、十分な接着強度が得られるように切欠き部14の面積を確保する必要がある。また凸部15は実装基板に当接することで、実装基板上の所望の位置、高さで、水平に配置されるような実装姿勢を決めるため、所望の大きさに設定することが必要である。凸部15は実装基板の表面に当接した際、隙間が形成されない程度の平坦性を有するように形成する必要もある。
Here, the
次に第1の実施例で説明したMEMS素子を実装基板に接合する実装構造に係る実施例について説明する。図2は、本発明のMEMS素子の実装構造の説明図である。図2に示すように本発明の実装基板1は、MEMS素子2との接合部に凹部16を備えた構造となっている。このような構造の実装基板1にMEMS素子2を実装する場合、MEMS素子2の凸部15が実装基板1の凹部16の底部に当接し、MEMS素子2の切欠き部14と実装基板1の凹部16の底部とで隙間が形成される。本発明の実装構造では、この隙間に接着部材12を入り込み、MEMS素子2と実装基板1とを接合する。
Next, an example relating to the mounting structure for joining the MEMS element described in the first embodiment to the mounting substrate will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of the mounting structure of the MEMS element of the present invention. As shown in FIG. 2, the mounting
MEMS素子2と実装基板1とを接合する際には、凹部16内に所定の量の接着部材12塗布し、MEMS素子2を載置すればよい。所望の接着強度が得られれば、図2に示すようにMEMS素子2の切欠き部14と実装基板1の凹部16の底部とで形成される隙間に接着部材12を完全に充填する必要は無い。
When joining the
一方、切欠き部14と凹部16の底部との間隙に接着部材12を完全に充填する場合には、凸部15が凹部16の底部と隙間なく接しているため、接着部材12がさらに内側に入り込むことはない。
On the other hand, when the
従って本発明のMEMS素子を本発明の実装構造とすることで、接着部材12が形成される領域を所定の範囲に制限することが可能となり、実装基板とハンドル基板との熱膨張や熱収縮の違いによりMEMS素子の特性変動を抑えることが可能となる。特に実装基板をハンドル基板と同じ素材のシリコン基板で構成すれば、特性変動をさらに抑えることが可能となる。
Therefore, by adopting the MEMS element of the present invention as the mounting structure of the present invention, it is possible to limit the region where the
次に上記第1の実施例で説明したMEMS素子を実装基板に接合する別の実装構造に係る実施例について説明する。図3は、本発明のMEMS素子の別の実装構造の説明図である。図3に示すように本発明の実装基板は、MEMS素子との接合部に二つの凹部16a、16bを備える構造となっている。凹部16aと凹部16bの間に残る実装基板1は凸部17となっている。このような構造の実装基板1にMEMS素子2を実装する場合、MEMS素子2の凸部15が実装基板1の凹部16aの底部に当接し、実装基板1の凸部17がMEMS素子2の切欠き部14に当接し、MEMS素子2の切欠き部14と実装基板1の凹部16bの底部とで隙間が形成される。本発明の実装構造では、この隙間に接着部材12が入り込み、MEMS素子2と実装基板1が接合する。
Next, an embodiment relating to another mounting structure for joining the MEMS element described in the first embodiment to the mounting substrate will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of another mounting structure of the MEMS element of the present invention. As shown in FIG. 3, the mounting substrate of the present invention has a structure in which two
MEMS素子2と実装基板1とを接合する際には、凹部16b内に所定の量の接着部材12を塗布し、MEMS素子2を載置すれば良い。所望の接合強度が得られれば、図3に示すようにMEMS素子2の切欠き部14と実装基板1の凹部16bの底部とで形成される隙間に接着部材12を完全に充填する必要は無い。
When joining the
一方、切欠き部14と凹部16bの底部との間隙に接着部材12を完全に充填する場合には、凸部17が切欠き部14と隙間なく接するとともに、MEMS素子2の凸部15が凹部16aの底部と隙間なく接しているため、接着部材12がさらに内部に入り込むことはない。
On the other hand, when the
従って、本発明のMEMS素子を本発明の実装構造とすることで、接着部材12が形成される領域を所定の範囲に制限することが可能となり、実装基板とハンドル基板との熱膨張や熱収縮の違いによりMEMS素子の特性変動を抑えることが可能となる。特に実装基板をハンドル基板と同じ素材のシリコン基板で構成すれば、特性変動をさらに抑えることが可能となる。
Therefore, by adopting the MEMS element of the present invention as the mounting structure of the present invention, it is possible to limit the region where the
上記実施例において、実装基板1に孔部5を形成しても良い。例えば上記第2の実施例で説明した構造の実装構造を、基板1の孔部5を備えた実装基板1に実装する場合を図4に示す。図3で説明した実装基板1に孔部5を形成する場合も同様である。
In the above embodiment, the
上記説明した実装構造では蓋部を形成する際、シリコン基板の一部を切欠き、この切欠き部にMEMS素子2や集積回路3のような電子部品が収容されるように蓋部4で覆う構造とすると、ハンドル基板7、実装基板1をそれぞれシリコン基板で形成する場合に熱膨張や熱収縮の影響が少なくなり好ましい。
In the mounting structure described above, when forming the lid portion, a part of the silicon substrate is cut out, and the cutout portion is covered with the
以上説明したように、本発明によれば、MEMS素子と実装基板について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。たとえば、切欠き部14、凸部15、凹部16、16a、16b、凸部17の配置は適宜設定すればよい。また、接着部材12も適宜選定することができる。
As described above, according to the present invention, the MEMS element and the mounting substrate have been described, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples. For example, the arrangement of the
1: 実装基板、2:MEMS素子、3:集積回路、4:蓋部、5:孔部、6:樹脂、7:ハンドル基板、8:絶縁膜、9:可動電極膜、10:スペーサー、11:固定電極膜、12:接着部材、13:バックチャンバー、14:切欠き部、15:凸部、16、16a、16b:凹部、17:凸部 1: Mounting board 2: MEMS element 3: Integrated circuit 4: Lid part 5: Hole part, 6: Resin, 7: Handle board, 8: Insulation film, 9: Movable electrode film, 10: Spacer, 11 : Fixed electrode film, 12: Adhesive member, 13: Back chamber, 14: Notch, 15: Convex, 16, 16a, 16b: Concave, 17: Convex
Claims (3)
前記実装基板は、前記MEMS素子との接合面に凹部を備え、
該凹部の底部に前記MEMS素子の前記凸部が当接し、前記凹部の底部と前記切欠き部との間を接着部材により接合して前記MEMS素子が前記基板上に接合されていることを特徴とするMEMS素子の実装構造。 A handle substrate provided with a back chamber, a fixed electrode film including a fixed electrode and a movable electrode film including a movable electrode are arranged to face each other on the handle substrate with a spacer interposed therebetween, and a bonding surface with the mounting substrate of the handle substrate. In addition, a MEMS element having a notch portion in which at least a part of the outer peripheral side of the handle substrate is cut out and a convex portion remaining on the back chamber side of the handle substrate is mounted on the mounting substrate. It is a mounting structure of the element,
The mounting substrate has a recess on the joint surface with the MEMS element.
The convex portion of the MEMS element is in contact with the bottom portion of the concave portion, and the bottom portion of the concave portion and the notch portion are bonded by an adhesive member so that the MEMS element is bonded on the substrate. The mounting structure of the MEMS element .
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