本發(fā)明涉及一種mems芯片射頻封裝方法，尤其是一種微流控mems芯片封裝方法，屬于芯片封裝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微流控技術(shù)是目前迅速發(fā)展的高新技術(shù)和多學(xué)科交叉科技前沿領(lǐng)域之一，是生化檢測(cè)、化學(xué)科學(xué)與信息科學(xué)信號(hào)檢測(cè)和處理方法研究的重要技術(shù)平臺(tái)。微流控芯片是基于mems（microelectromechanicalsystems，微電子機(jī)械系統(tǒng)）加工技術(shù)，研究微流控通道表面性能、微流控系統(tǒng)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)和控制規(guī)律，建立樣品預(yù)處理、混合、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等功能單元為一體的微流控芯片集成技術(shù)。

微流控芯片是生物醫(yī)療、精細(xì)化工、快速檢測(cè)領(lǐng)域中關(guān)鍵器件之一。一般來(lái)講，微流控芯片主要由上、下基板組成，上、下基板結(jié)合后會(huì)產(chǎn)生密閉的微流道、儲(chǔ)液池或反應(yīng)池，導(dǎo)致微流控芯片通常含有多個(gè)不同形狀的微流道，這既可以使用微泵使待檢測(cè)液體在不同的流道中與不同的試劑進(jìn)行復(fù)雜的生化反應(yīng)，也可以進(jìn)行計(jì)數(shù)或直接觀察結(jié)果。另外，由于微流控芯片采用更為先進(jìn)的微加工技術(shù)，使原有的檢測(cè)儀器更為小型化、集成化，同時(shí)大大降低了生化檢測(cè)時(shí)間，使生化檢測(cè)更為簡(jiǎn)單、快捷、全面。

在微流控芯片制作過(guò)程中，芯片封裝是一個(gè)重要步驟?，F(xiàn)有的芯片封裝技術(shù)主要有低溫鍵合和高溫溶合兩種。低溫鍵合是指兩個(gè)基板疊合在一起后，其表面在低溫條件下受范德華力作用相互吸引而鍵合在一起的技術(shù)，低溫鍵合前基板均需經(jīng)過(guò)表面活化處理，而高溫溶合所需溫度一般較高，且加熱方式是整體加熱，加熱過(guò)程中芯片產(chǎn)品和微流道結(jié)構(gòu)不僅會(huì)有很大的變形，還會(huì)產(chǎn)生牛頓環(huán)。另外，這兩種方法均存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，品質(zhì)無(wú)法保證等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種采用新型鍵合技術(shù)的微流控mems芯片封裝方法，該方法采用射頻局部加熱技術(shù)解決了現(xiàn)有技術(shù)中溫度鍵合存在的很多不可控因素，實(shí)現(xiàn)上、下層基板穩(wěn)定可靠的封裝。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種微流控mems芯片封裝方法，用于對(duì)具有微流道結(jié)構(gòu)的上層基板和與上層基板相層疊連接的下層基板進(jìn)行封裝得到微流控mems芯片，該方法包括以下步驟：

第一步、制備下層基板——，在玻璃材質(zhì)的下層基板上表面鍍一層200±50nm厚的金屬膜，利用mems工藝，在下層基板的金屬膜上制作微流道；

第二步、制備上層基板——在玻璃材質(zhì)的上層基板下表面鍍一層200±50nm厚的金屬膜，在上層基板的金屬膜上涂勻光刻膠后，進(jìn)行光刻曝光、顯影，刻蝕形成與下層基板的微流道相同的圖案；

第三步、制備芯片半成品——將上層基板與下層基板對(duì)準(zhǔn)后，靠機(jī)械力壓緊形成芯片半成品；

第四步、芯片半成品預(yù)加熱——將芯片半成品置于真空度小于0.0001pa的真空腔中，照射遠(yuǎn)紅外預(yù)加熱至350±50℃保溫2±1分鐘；

第五步、射頻電源轟擊芯片半成品——射頻電源產(chǎn)生13.56±5mhz的電磁波，并在電磁波上調(diào)制200±50w的能量，電磁波穿過(guò)上、下層基板聚集于金屬膜，金屬膜吸收電磁波能量后升溫，在比玻璃軟化點(diǎn)高的溫度下使上、下層基板的表面融化，上層基板與下層基板熔接形成微流控mems芯片。

本發(fā)明在超高真空環(huán)境中采用射頻電源對(duì)芯片進(jìn)行轟擊，根據(jù)物理學(xué)原理射頻電源產(chǎn)生的電磁波會(huì)穿透玻璃基板而不會(huì)對(duì)玻璃基板產(chǎn)生影響，電磁波聚集于玻璃基板附著的金屬膜上，電磁波會(huì)加速金屬表面的原子運(yùn)動(dòng)速度從而使金屬表面的溫度升高，另外由于金屬膜經(jīng)光刻處理后呈線條狀，金屬膜吸收能量后會(huì)使芯片的局部溫度升高（金屬膜覆蓋的部分溫度會(huì)升高），由于金屬膜的熔點(diǎn)高于玻璃軟化點(diǎn)，當(dāng)局部溫度升高至玻璃軟化點(diǎn)以上時(shí)，芯片半成品的玻璃基板表面融化，使高溫金屬膜與玻璃相互熔接，最終達(dá)到上下層基板的金屬膜熔融焊接的目的。

進(jìn)一步的，第一、第二步中，采用磁控濺射、蒸發(fā)或電鍍方法對(duì)上、下層基板進(jìn)行金屬鍍膜處理，在上、下層基板表面形成金屬膜。金屬膜采用鉻或鋁，金屬膜的厚度和均一性會(huì)對(duì)后續(xù)射頻熔接時(shí)的升溫速度和工件溫差產(chǎn)生影響，金屬膜太厚會(huì)導(dǎo)致上、下層基板貼合不好，進(jìn)而導(dǎo)致芯片鍵合不牢靠，金屬膜太薄會(huì)導(dǎo)致射頻信號(hào)吸收不完全。金屬膜能夠?qū)ι漕l產(chǎn)生的微波能量進(jìn)行屏蔽和吸收，從而使芯片的局部溫度升高。

進(jìn)一步的，第一步中制作微流道的具體方法如下：在下層基板的金屬膜上鍍一層2000埃米厚的金屬掩蔽材料后，在金屬掩蔽層上旋涂一層光刻膠，并通過(guò)光刻曝光、顯影在光刻膠上形成所需微流道圖案，然后采用干法或濕法刻蝕技術(shù)在下層基板上形成微流道。

進(jìn)一步的，所述金屬掩蔽材料為金或鉻。

進(jìn)一步的，第五步中，射頻電源對(duì)芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行轟擊時(shí)，采用紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)檢測(cè)玻璃材質(zhì)的上、下層基板表面的溫度，并將紅外測(cè)溫儀采集的溫度信號(hào)輸送至射頻電源控制器，射頻電源控制器通過(guò)微調(diào)射頻電源的輸出功率對(duì)上、下層基板表面溫度進(jìn)行控制。這樣，通過(guò)調(diào)整射頻電源的功率能夠快速精確地控制芯片的局部溫度。

進(jìn)一步的，所述上、下層基板的材料為高硼玻璃、硼硅玻璃或石英玻璃。

進(jìn)一步的，當(dāng)上、下層基板的材料為高硼玻璃時(shí)，其軟化點(diǎn)為580℃；當(dāng)上、下層基板的材料為硼硅玻璃時(shí)，其軟化點(diǎn)為660℃；當(dāng)上、下層基板的材料為石英玻璃時(shí)，其軟化點(diǎn)為1200℃。

進(jìn)一步的，當(dāng)上、下層基板的材料為高硼玻璃時(shí)，射頻電源的轟擊時(shí)間為30秒，射頻功率為200w；當(dāng)上、下層基板的材料為硼硅玻璃時(shí)，射頻電源的轟擊時(shí)間為50秒，射頻功率為185w；當(dāng)上、下層基板的材料為石英玻璃時(shí)，射頻電源的轟擊時(shí)間為66秒，射頻功率為300w。

綜上可知，根據(jù)玻璃材質(zhì)的不同，射頻電源的輸出功率不同，溫度也不同。

進(jìn)一步的，第二步中，在所述上層基板上還制有兩個(gè)貫穿厚度方向的接頭連接孔，兩接頭連接孔分別與微流道的兩端對(duì)應(yīng)，且所述接頭連接孔中可插拔連接接頭，所述接頭通過(guò)線路與mems連接。

進(jìn)一步的，第三步中上、下層基板之間有1.2mpa/cm²的壓力。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用射頻技術(shù)作用于上下層基板的金屬膜，使金屬膜表面形成局部高溫，導(dǎo)致基板表面融化后與金屬膜熔接，進(jìn)而使上、下層基板更好的緊密結(jié)合在一起，大大提高了產(chǎn)品的鍵合精度，避免了封裝過(guò)程妨礙微流道結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高了芯片封裝的成品率，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中下層基板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中上層基板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

本實(shí)施例的微流控mems芯片封裝方法，用于對(duì)具有微流道結(jié)構(gòu)的上層基板2和與上層基板2相層疊連接的下層基板1進(jìn)行封裝得到微流控mems芯片（見(jiàn)圖1）。該方法包括以下步驟：

第一步、制備下層基板1（下層基板如圖2所示）——采用鍍膜法（磁控濺射、蒸發(fā)或電鍍方法）在玻璃材質(zhì)的下層基板1上表面鍍一層200±50nm厚（優(yōu)選200nm）的金屬膜，利用mems工藝在下層基板1的金屬膜上制作微流道3，微流道3圖案根據(jù)客戶要求設(shè)計(jì)。制作微流道3的方法具體如下：在下層基板1的金屬膜上鍍一層2000埃米厚的金屬掩蔽材料后，在金屬掩蔽層上旋涂一層光刻膠，并通過(guò)光刻曝光、顯影在光刻膠上形成所需的微流道膠膜圖案，然后采用干法或濕法刻蝕技術(shù)在下層基板1上形成微流道3,即先采用金屬刻蝕劑在金屬掩蔽材料上刻蝕出與微流道膠膜圖案一致的金屬圖形，再采用玻璃刻蝕劑在下層基板1上刻蝕出與金屬圖形一致的微流道3，其中金屬刻蝕劑為購(gòu)自天津川思化工產(chǎn)品有限公司的金蝕刻劑（型號(hào)為tfa），玻璃刻蝕劑為購(gòu)自江陰化學(xué)試劑廠有限公司的氟化銨腐蝕液（型號(hào)為boe7：1cmos-ⅲ級(jí)）。金屬掩蔽材料為耐玻璃刻蝕劑腐蝕的金、鉻等金屬。

第二步、制備上層基板2（上層基板結(jié)構(gòu)如圖3所示）——采用鍍膜法（磁控濺射、蒸發(fā)或電鍍方法）在玻璃材質(zhì)的上層基板2下表面鍍一層200±50nm厚（優(yōu)選200nm）的金屬膜，在上層基板2的金屬膜上涂勻光刻膠，進(jìn)行光刻曝光、顯影，刻蝕形成與下層基板1的微流道3相同的圖案。

第三步、制備芯片半成品——將上層基板2與下層基板1對(duì)準(zhǔn)后，靠機(jī)械力壓緊形成面面貼合式的芯片半成品。機(jī)械力壓緊是采用夾具夾緊上、下層基板1，使上層基板、下層基板1之間有1.2mpa/cm²的壓力。上、下基板壓緊是為了保證后面熱熔鍵合時(shí)兩層基板之間沒(méi)有空隙，提高鍵合品質(zhì)。

第四步、芯片半成品預(yù)加熱——將芯片半成品置于真空度小于0.0001pa的超高真空腔中，照射遠(yuǎn)紅外預(yù)加熱至350±50℃（優(yōu)選350℃）保溫2±1分鐘（優(yōu)選2分鐘），以提高玻璃基板的粘附力。遠(yuǎn)紅外線由功率為500w的熱板提供。超高真空環(huán)境的真空度在0.0001pa以下，超高真空環(huán)境的制造方法如下：首先使用羅茨泵作為前級(jí)泵對(duì)不銹鋼腔體抽真空，再使用分子泵或冷泵抽真空至0.0001pa以下。

第五步、射頻電源（型號(hào)為rfpp/10s）轟擊芯片半成品——射頻電源轟擊芯片半成品——射頻電源產(chǎn)生13.56±5mhz（優(yōu)選13.56mhz）的電磁波，并在電磁波上調(diào)制200±50w（優(yōu)選200w）的能量，電磁波穿過(guò)上層基板、下層基板1聚集于金屬膜，金屬膜吸收電磁波能量后導(dǎo)致芯片局部溫度升高，在金屬膜上，在比玻璃軟化點(diǎn)高的溫度下使上層基板2、下層基板1的表面融化，上層基板2與下層基板1熔接形成微流控mems芯片。由于金屬膜的熔點(diǎn)高于玻璃軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度達(dá)到玻璃軟化點(diǎn)后，上層基板2、下層基板1的玻璃表面開(kāi)始融化，并粘接于金屬膜使得上層基板2與下層基板1相互熔接，獲得微流控mems芯片。

射頻電源對(duì)芯片半成品進(jìn)行轟擊時(shí)，采用紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)檢測(cè)玻璃材質(zhì)的上層基板2、下層基板1表面的溫度，并將紅外測(cè)溫儀采集的溫度信號(hào)輸送至射頻電源控制器，射頻電源控制器與紅外測(cè)溫儀閉環(huán)連接，射頻電源控制器通過(guò)微調(diào)射頻電源的輸出功率對(duì)上層基板2、下層基板1表面溫度進(jìn)行控制。射頻電源控制器設(shè)定玻璃軟化點(diǎn)，并將紅外測(cè)溫儀采集的溫度與玻璃軟化點(diǎn)進(jìn)行比較，當(dāng)該溫度小于玻璃軟化點(diǎn)時(shí)，射頻電源控制器控制射頻電源的輸出功率增大，當(dāng)該溫度達(dá)到軟化點(diǎn)時(shí)，射頻電源控制器控制射頻電源的輸出功率減小，當(dāng)該溫度超過(guò)軟化點(diǎn)20℃時(shí)，控制關(guān)閉射頻電源，從而實(shí)現(xiàn)芯片局部控溫。其中，上層基板2、下層基板1的材料為高硼玻璃、硼硅玻璃（肖特bf33）或石英玻璃。當(dāng)上層基板2、下層基板1的材料為高硼玻璃時(shí)，其軟化點(diǎn)為580℃，射頻電源的輸出功率為200w，轟擊時(shí)間為30秒；當(dāng)上層基板2、下層基板1的材料為硼硅玻璃時(shí)，其軟化點(diǎn)為660℃，射頻電源的輸出功率為185w，轟擊時(shí)間為50秒；當(dāng)上層基板2、下層基板1的材料為石英玻璃時(shí)，其軟化點(diǎn)為1200℃，射頻電源的輸出功率為300w，轟擊時(shí)間為66秒。

另外，在上層基板2上還制有兩個(gè)貫穿厚度方向的接頭連接孔，兩接頭連接孔分別與微流道3的兩端對(duì)應(yīng)，且接頭連接孔中可插拔連接接頭，接頭通過(guò)線路與mems連接。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。