基于bcb轉印工藝實現(xiàn)mems器件圓片級封裝的方法
【技術領域】
:
[0001]本發(fā)明屬于微機電系統(tǒng)(MEMS)加工工藝領域，特別應用于MEMS圓片級封裝工藝領域，具體涉及一種基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法。
【背景技術】
:
[0002]由于MEMS器件具有感應外界信號的可動部件，以及長時間接觸復雜的工作環(huán)境，所以MEMS器件的封裝很重要。近年來，圓片級封裝已成為MEMS技術發(fā)展和實際應用的關鍵技術。圓片級封裝既能滿足器件所要求的內部環(huán)境，又可以提高器件的性能，同時可以對器件內部環(huán)境進行調整，減少器件尺寸和降低封裝成本。隨著半導體技術向系統(tǒng)化、集成化的發(fā)展，圓片級氣密性封裝技術成為MEMS領域研究和探索的重要技術之一。
[0003]圓片級鍵合主要使用的技術包括硅-硅直接鍵合，陽極鍵合，共晶鍵合，玻璃粉鍵合及粘附劑鍵合。而粘附劑鍵合因為其鍵合溫度低，鍵合強度高，對圓片表面平坦度要求低等優(yōu)點，在MEMS器件封裝獲得越來越多的關注。
[0004]苯并環(huán)丁烯(Benzo-Cyclo-Butene, BCB)是一種目前常用于圓片級鍵合的有機粘結材料。BCB具有低的介電常數(shù)、低介電損耗，出色的熱學、化學和力學穩(wěn)定性，用于圓片級鍵合時，其優(yōu)點如下:(1)與集成電路工藝兼容性好；(2)相對較低的鍵合溫度(250°C )；
(3)鍵合過程中不需催化劑、不產生副產品；(4)良好的粘結性能，幾乎可以實現(xiàn)任何晶片間鍵合；(5)對晶片表面平整度要求不高。因此在微加速度沖擊開關中，結構片與頂蓋的粘結將采用BCB鍵合工藝。
[0005]對于簡單結構的頂蓋而言，采用一般的BCB鍵合工藝能夠實現(xiàn)圓片級封裝，不僅保護內部MEMS器件，還可以起到防水和限位作用。然而對于一些復雜結構的頂蓋，除了凹槽，還有一些引線孔等其他結構，很難在上面涂覆BCB膠并對其進行光刻和圖形化處理，這時一般的BCB鍵合工藝沒法實現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

:
[0006]針對現(xiàn)有BCB鍵合技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法，利用BCB轉印工藝的優(yōu)點，實現(xiàn)復雜結構的頂蓋與襯底圓片的鍵合。
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種:基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法。
[0008]本發(fā)明的技術方案是:
[0009]I)在輔助圓片上涂覆BCB膠。
[0010]2)將帶有三維結構的圓片與輔助片放在一起，進行BCB膠轉印。
[0011]3)從結構片上去掉轉印完的輔助片，然后對結構片上的BCB膠進行處理。
[0012]4)將轉印完的帶有BCB膠的結構片，與設置有MEMS器件的圓片放入鍵合機中進行對準并鍵合。
[0013]其中，在步驟I)中，光敏或非光敏BCB膠涂覆在輔助圓片上，之后預處理一段時間。一般，輔助圓片可以是PI或PDMS薄片。
[0014]在步驟2)中，將具有三維結構的圓片壓在輔助圓片上，并保持一段時間。因為BCB在兩個圓片表面的粘附力不同，BCB將保形性的沿著結構片的突出面邊緣轉印到突出面上。
[0015]在步驟3)中，從結構片上剝離輔助片，結構片突出面上將覆蓋BCB，腔槽底部沒有BCB，實現(xiàn)BCB的轉印。然后對結構片上BCB曝光或前烘，進行預固化，以便進行雙面對準操作。
[0016]在步驟4)中，結構片和設置有MEMS器件的圓片進行雙面對準和熱壓鍵合。鍵合機腔室可以設置一定的真空度，或者進行非真空的鍵合。
[0017]與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0018]本發(fā)明實現(xiàn)了一種復雜的頂蓋與襯底進行BCB鍵合的工藝方法——轉印工藝。先采用傳統(tǒng)加工工藝實現(xiàn)復雜的頂蓋結構，與此同時將BCB膠涂覆到輔助片上，然后將頂蓋與壓到輔助片上，通過轉印工藝，將BCB膠轉印到頂蓋上，然后經過預處理。最終將帶有BCB膠的頂蓋圓片與有MEMS器件的器件圓片進行對準鍵合。本發(fā)明采用BCB膠作粘附劑，鍵合溫度低，熱應力小，工藝實現(xiàn)方便，具有與集成電路兼容的特性；采用轉印工藝，可以將帶有貫穿孔、微空腔等復雜三維結構的頂蓋與帶有的結構的圓片直接進行BCB鍵合，這是實現(xiàn)帶有復雜結構的頂蓋與帶有精細結構的結構片進行BCB鍵合的唯一方法。通過選用合適的BCB膠預處理條件，完成BCB膠的部分聚合化，從而能有效降低BCB膠的形變，避免BCB膠流入腔體和粘附在MEMS器件上。
【附圖說明】
:
[0019]圖1為本發(fā)明的基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法的一個實施例的示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法的一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
:
[0021 ] 下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0022]圖1是本發(fā)明的基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法封裝的一個實施例的示意圖，包括:頂蓋晶片1、BCB膠2、器件晶片3、MEMS器件4、微空腔5和引線孔6。MEMS器件4設置在器件晶片3 ;引線孔6設置在頂蓋晶片I ;微空腔5與MEMS器件4相對應，置在頂蓋晶片I內；器件晶片3與頂蓋晶片I通過BCB I父2粘附在一起；頂蓋晶片I采用單晶硅。
[0023]如圖2所示，本實施例的基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法，包括以下步驟:
[0024]I)涂覆BCB膠:此時器件晶片3上的MEMS器件4已經完成，如圖2 (a)所示。此時頂蓋晶片I上的微空腔5和引線孔6已經完成，如圖2(b)所示。輔助晶片選用玻璃晶片7，在玻璃晶片7的正面，根據所需BCB膠2的厚度，I?20 μ m，調整轉速，旋涂BCB膠2，之后常溫放置1min,如圖2(c)所示。
[0025]2)BCB膠轉印:將頂蓋晶片I與玻璃晶片7壓在一起。施加在頂蓋晶片I和玻璃晶片7上的壓力大約為0.15MPa，持續(xù)240s。如圖2(d)所示。
[0026]3)去輔助片:采用小刀將頂蓋晶片I與玻璃晶片7分開，此時BCB膠2轉移到頂蓋晶片I，之后放入氮氣烘箱進行軟烘，軟烘溫度在180°C之間，時間為30min，完成BCB膠2的部分聚合化，如圖2(e)所示。
[0027]4) BCB鍵合:將轉印完的帶有BCB膠2的頂蓋晶片I倒扣過來，先采用光刻機進行對準，之后在鍵合機中將頂蓋晶片I與帶有MEMS器件4的器件晶片3進行BCB鍵合，控制鍵合條件為鍵合溫度250C，維持60分鐘，確保BCB膠完全聚合化，同時需要施加750mbar的鍵合壓力和保持腔室高真空度(le-4mbar)，完成鍵合，如圖2(f)所示。
[0028]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內容，本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
【主權項】
1.一種基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法，其特征在于，所述制作方法至少包含以下步驟: 1)在輔助圓片上涂覆BCB膠。 2)將帶有三維結構的圓片與輔助片放在一起，進行BCB膠轉印。 3)從結構片上去掉轉印完的輔助片，然后對結構片上的BCB膠進行處理。 4)將轉印完的帶有BCB膠的結構片，與設置有MEMS器件的圓片放入鍵合機中進行對準并鍵合。
2.根據權利要求1所述的制作工藝，其特征在于:在步驟I)中，選用合適的輔助片，然后采用一定方法將BCB膠涂覆在輔助片上，再對BCB膠進行預處理。
3.根據權利要求1所述的制作工藝，其特征在于:在步驟2)中，將結構片與輔助片放到一起，做必要的處理使它們粘附成一體。
4.根據權利要求1所述的制作工藝，其特征在于:在步驟3)中，采用一定的手段將結構片與輔助片分開，使BCB膠轉印到結構片上，然后對轉印后的BCB膠做進一步處理。
5.根據權利要求1所述的制作工藝，其特征在于:在步驟4)中，將兩圓片置于鍵合機中，在一定的溫度和壓力的條件下保持一段時間完成鍵合，鍵合腔內可以采用真空或非真空形式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于BCB轉印工藝實現(xiàn)MEMS器件圓片級封裝的方法。本發(fā)明采用先在輔助圓片上涂覆BCB膠，然后將帶有三維結構的圓片與輔助片放在一起，進行BCB膠轉印，之后去掉轉印完的輔助片，并對結構片上的BCB膠進行處理，最后將帶有BCB膠的結構片，與器件圓片放入鍵合機中進行對準并鍵合。本發(fā)明采用BCB膠作粘附劑，鍵合溫度低，熱應力小，工藝實現(xiàn)方便；采用轉印工藝，可以實現(xiàn)復雜結構的頂蓋與器件圓片直接進行BCB鍵合；選用合適的BCB預處理條件，完成BCB部分聚合化，能有效降低BCB的形變，避免BCB粘附到器件上。
【IPC分類】B81C3-00
【公開號】CN104555904
【申請?zhí)枴緾N201310479034
【發(fā)明人】張威, 李雷, 夏文, 蘇衛(wèi)國, 李宋
【申請人】北京大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月14日