專利名稱：一種mems密封封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于MEMS的制備技術(shù)，具體涉及一種MEMS密封封裝方法。
背景技術(shù)：
在微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的微機電系統(tǒng)(以下簡稱MEMS)技術(shù)是一個新興的多 學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域，相應(yīng)的MEMS器件產(chǎn)品將在國民經(jīng)濟和國家安全等方面發(fā)揮越來越 重要的作用。對于MEMS微型器件，無論結(jié)構(gòu)尺寸還是氣隙都非常小，通常在微米量級，此 時即便是環(huán)境中普通的水分、灰塵等微小顆粒對MEMS器件都可能是致命的，因此往往需要 密封封裝，為其穩(wěn)定的工作、高的可靠性、小的漂移以及抵抗各種惡劣環(huán)境提供保證。而 大多MEMS器件都包含可動的機械結(jié)構(gòu)，有的MEMS器件更是工作在諧振狀態(tài)下，空氣阻尼直 接影響其性能，因此一定真空下的密封封裝對這類微型MEMS器件的最終性能將起到?jīng)Q定性 作用。MEMS密封封裝體積小并且一次可以同時封裝許多個微傳感器和執(zhí)行器，它不僅能提 高系統(tǒng)集成度，而且能降低測試和封裝成本、降低引線電感、提高電容特性、改良散熱通 道和降低貼裝高度等。但是，MEMS器件形式多樣、工藝要求高、難度大，其封裝費用在產(chǎn) 品成本價格中占有很高的比例(超過50%)。因此，MEMS密封封裝是目前MEMS研究中的 熱點。
目前，MEMS密封封裝工藝上與該發(fā)明相類似的技術(shù)主要有兩類， 一類是熔融焊接密封 封蓋技術(shù)，另一類是先進(jìn)微加工的鍵合密封封蓋技術(shù)。
熔融焊接微封蓋技術(shù)是利用熔融焊料直接將封蓋與襯底焊接在一起，實現(xiàn)MEMS器件 的密封封裝。這種密封技術(shù)需要高溫，容易使得MEMS器件或者周邊的控制電路產(chǎn)生不良 的熱力學(xué)效應(yīng)。另外，熔融焊料流動無法控制，容易造成器件區(qū)域的污染。局部加熱焊接 法是對這種技術(shù)的改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)是在封裝體的周圍布有一圈微加熱器，微加熱器上有焊料， 當(dāng)微加熱器里通有電流時，焊料融化完成焊接，這樣避免了對整個襯底的加熱，較有效的 彌補了高溫對器件不良影響這一缺陷，但該方法大大增加了工藝的復(fù)雜性，也無法控制焊 料的流動。
鍵合微封蓋密封封裝技術(shù)是利用鍵合工藝使封蓋與襯底牢固結(jié)合，實現(xiàn)密封封裝。此 方法步驟簡單，與MEMS體加工工藝完全兼容，應(yīng)用范圍較廣。但其有一明顯缺點，在電 極引線線兩側(cè)的封蓋與襯底鍵合處無法實現(xiàn)完全密封，會有微小縫隙影響密封的性能。一
種改進(jìn)的方法是，在MEMS器件周圍用多晶硅淀積一圈用于鍵合的墻，采用鍵合進(jìn)行封蓋 密封。此方法雖彌補了連線和硅表面的不平整造成的密封性能不足，但其多晶硅引線電阻 較大，且只能用于Si襯底，并且嚴(yán)重限制了器件結(jié)構(gòu)厚度。另一改進(jìn)的方法是將體加工 封裝工藝中的平面引線改為襯底背面通孔引線，該方法工藝復(fù)雜，降低了封裝結(jié)構(gòu)強度， 增大了寄生效應(yīng)。
總之，現(xiàn)有MEMS密封封裝技術(shù)還非常不成熟，其密封性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足MEMS器件 的應(yīng)用需要，在可集成制造性、封裝結(jié)構(gòu)強度和承受力、工藝的復(fù)雜度和成本方面都有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種密封效果好的MEMS密封封裝方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種MEMS密封封裝方法，其步驟包括
1) 制備微封蓋，即在玻璃片或者硅片上腐蝕出與MEMS器件相匹配的底部開口的微封 蓋結(jié)構(gòu)，在該微封蓋墻體的底端腐蝕出一凹槽；
2) MEMS器件及其電極制備在一襯底上，在上述MEMS器件周圍襯底的鍵合密封區(qū)域制 備一隔離層；
3) 在上述隔離層上或者微封蓋墻體底端的凹槽內(nèi)設(shè)置填充物；
4) 將上述微封蓋與所述襯底鍵合，微封蓋墻體底端的凹槽位于所述隔離層上，形成一 填充密封腔，上述填充物位于該填充密封腔內(nèi)；
5) 加熱使上述填充物熔融，實現(xiàn)微封蓋密封MEMS器件。 步驟1)所述微封蓋的凹槽可采用ICP工藝或RIE工藝制備。
步驟2)所述隔離層可為Si02或Si3N4，制備方法采用化學(xué)氣相沉積或濺射。 步驟3)所述填充物可為銦或錫以及上述金屬的合金材料，或填充物為玻璃，上述填 充物制備采用化學(xué)氣相沉積、濺射、蒸發(fā)、絲網(wǎng)印刷、旋涂或噴涂方法。
步驟4)所述鍵合采用陽極鍵合、硅片直接鍵合或者中間層輔助鍵合方法。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明中微封蓋與被密封器件的襯底對準(zhǔn)鍵合實現(xiàn)了初次鍵合密封；同時，微封蓋底
部的凹槽與襯底上的隔離層形成一填充物的密閉腔，加溫填充物使填充物熔融并在密閉腔 體中漫延，冷卻后該填充物使襯底和微封蓋的墻體緊密結(jié)合實現(xiàn)了二次填充熔融密封，因
此最終實現(xiàn)雙重密封。本發(fā)明將現(xiàn)代微加工鍵合密封技術(shù)和傳統(tǒng)熔融填充密封技術(shù)結(jié)合在 一起，從而既可以保留平面引線工藝，利于集成制造，并能提高密封結(jié)構(gòu)的強度和密封性 能，而且該技術(shù)具有廣泛適用性，不受封蓋和襯底材料以及被密封器件制造工藝的限制。


圖l為本發(fā)明的處理流程圖。
(a) 為MEMS器件及其電極的結(jié)構(gòu)示意(b) 為制備微封蓋結(jié)構(gòu)的示意(C)為制備隔離層的示意(d) 為在隔離層上制備填充物的示意(e) 為微封蓋和襯底鍵合的示意(f) 為填充物熔融的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖1和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
步驟l、制備微封蓋在一玻璃片或者硅片上腐蝕出與MEMS器件相匹配的底部開口的 微封蓋結(jié)構(gòu)，并在該微封蓋墻體的底端腐蝕出一凹槽，腐蝕工藝為ICP或RIE方法。
步驟2、制備隔離層利用化學(xué)氣相沉積、濺射等方法，在MEMS器件周圍的電極上制 備Si02或Si扎隔離層，該隔離層位于微封蓋將與襯底相密封結(jié)合區(qū)域。
步驟3、制備填充物利用化學(xué)氣相沉積、濺射、蒸發(fā)、絲網(wǎng)印刷、旋涂、噴涂等方
法在隔離層上制備圖形化的填充物，填充物材料采用錫、銦及其合金、玻璃等，要求其熔
點低于450度。
步驟4、鍵合密封利用對準(zhǔn)鍵合技術(shù)，如采用陽極鍵合、硅片直接鍵合或者中間層 輔助鍵合方法，將微封蓋與MEMS器件襯底鍵合在一起，且微封蓋墻體底端的凹槽位于隔 離層上，形成一填充密封腔，上述填充物位于該填充密封腔內(nèi)；
步驟5、熔融填充密封加熱使填充物熔融，然后冷卻，實現(xiàn)填充物與微封蓋凹槽以
及MEMS器件襯底緊密結(jié)合。
在上述實施例中，本發(fā)明填充物的制備是在隔離層上制備圖形化的填充物，除此之外， 還可以通過在微封蓋墻體底端的凹槽內(nèi)填置填充物來實現(xiàn)。
此外，在真空密封封裝時，微封蓋與MEMS器件襯底的對準(zhǔn)鍵合技術(shù)可采用在一定真 空度下進(jìn)行上述鍵合方法。
以上通過詳細(xì)實施例描述了本發(fā)明所提供的MEMS密封封裝方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方 法也不限于實施例中所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種MEMS密封封裝方法，其步驟包括1)制備微封蓋，即在玻璃片或者硅片上腐蝕出與MEMS器件相匹配的底部開口的微封蓋結(jié)構(gòu)，在該微封蓋墻體的底端腐蝕出一凹槽；2)MEMS器件及其電極制備在一襯底上，在上述MEMS器件周圍襯底的鍵合密封區(qū)域制備一隔離層；3)在上述隔離層上或者微封蓋墻體底端的凹槽內(nèi)設(shè)置填充物；4)將上述微封蓋與所述襯底鍵合，微封蓋墻體底端的凹槽位于所述隔離層上，形成一填充密封腔，上述填充物位于該填充密封腔內(nèi)； 5)加熱使上述填充物熔融，實現(xiàn)微封蓋密封MEMS器件。
2、 如權(quán)利要求1所述的MEMS密封封裝方法，其特征在于，步驟1)所述微封蓋的凹 槽采用ICP工藝或RIE工藝制備。
3、 如權(quán)利要求1所述的MEMS密封封裝方法，其特征在于，步驟2)所述隔離層為Si02 或Si3N4，制備方法采用化學(xué)氣相沉積或濺射。
4、 如權(quán)利要求1所述的MEMS密封封裝方法，其特征在于，步驟3)所述填充物為銦 或錫以及上述金屬的合金材料，或填充物為玻璃，上述填充物制備采用化學(xué)氣相沉積、濺 射、蒸發(fā)、絲網(wǎng)印刷、旋涂或噴涂方法。
5、 如權(quán)利要求1所述的MEMS密封封裝方法，其特征在于，步驟4)所述鍵合采用陽 極鍵合、硅片直接鍵合或者中間層輔助鍵合方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MEMS密封封裝方法，該方法包括在玻璃片或者硅片上腐蝕出與MEMS器件相匹配的底部開口的微封蓋結(jié)構(gòu)，在該微封蓋墻體的底端腐蝕出一凹槽；MEMS器件及其電極制備在一襯底上，在上述MEMS器件周圍襯底的鍵合密封區(qū)域制備一隔離層，在隔離層上或者微封蓋的底端凹槽內(nèi)設(shè)置填充物；將上述微封蓋與襯底鍵合，微封蓋的底端凹槽位于隔離層上，形成一填充密封腔；上述填充物位于該填充密封腔內(nèi)，加熱使上述填充物熔融，實現(xiàn)微封蓋密封MEMS器件。本發(fā)明既可以保留平面引線工藝，利于集成制造，又提高了密封的強度和性能。
文檔編號B81C3/00GK101362586SQ20081022228
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者張錦文, 欣 王 申請人:北京大學(xué)