專利名稱：一種微機(jī)電芯片的密封腔體制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)電芯片的密封腔體制作方法，更確切地說涉及一種用有機(jī)膠、金屬焊料或玻璃為微機(jī)電芯片提供密封環(huán)境的方法，屬于微機(jī)電器件封裝領(lǐng)域。
背景介紹微機(jī)電系統(tǒng)指體積微型化，構(gòu)成元件尺寸在微米、納米量級的可控制、可運動的微型機(jī)電系統(tǒng)。它集微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理、控制、通信等功能于一體。微機(jī)電器件在航空航天、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事和其他各種領(lǐng)域中都有著廣闊的應(yīng)用前景。近幾年來，各種微機(jī)電器件不斷涌現(xiàn)，并在許多場合得到實際應(yīng)用。
微機(jī)電系統(tǒng)中通常含有可動部件，這些部件可用來采集外部信息，包括各種物理量，如位置、速度、加速度、壓力、磁場、溫度和濕度等，是微機(jī)電系統(tǒng)的核心部分。有一部分的可動部件要求在真空環(huán)境中工作，一些需要為其提供一個能夠長久保證真空度的工作環(huán)境。
為解決上述問題，目前人們提出了多種微機(jī)電器件真空封裝的方法，其基本思想是將一個有腔體的蓋板鍵合到含可動部件的微機(jī)電芯片上，這樣就能為可動部件提供一個不受外界不利環(huán)境影響及內(nèi)部氣氛可控的工作環(huán)境，同時保證可動部件不被后續(xù)的封裝工藝如灌封或塑封等損傷?，F(xiàn)在存在的微機(jī)電器件氣密封裝的鍵合方法有硅-玻璃陽極鍵合、硅-硅熔融鍵合、焊料鍵合、低溫玻璃鍵合和有機(jī)粘接劑鍵合等。低溫玻璃和有機(jī)粘接劑鍵合是將玻璃漿料或有機(jī)膠用點膠或印刷的方法涂覆在蓋板或芯片的周邊區(qū)域，芯片和蓋板對位后在一定溫度下實現(xiàn)鍵合。目前，玻璃和有機(jī)膠鍵合存在缺點。玻璃和有機(jī)膠處于液體狀態(tài)，蓋板和芯片對準(zhǔn)壓合時后就已經(jīng)形成了密封腔體，然后抽真空并不能使它的真空度下降至需要的程度并且會使涂覆的玻璃漿料由于腔內(nèi)腔外的壓力差而變形。當(dāng)前解決這個問題的辦法為先抽真空，真空度達(dá)到要求后再進(jìn)行蓋板和芯片的對準(zhǔn)。這樣就需要能夠提供真空環(huán)境的專用對位設(shè)備，當(dāng)前廣泛使用的對位設(shè)備無此功能，因此大大提高了投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供了一種微機(jī)電芯片的密封腔體的制作方法，也即使用有機(jī)膠和玻璃為微機(jī)電芯片提供真空密封的方法。首先在已涂覆有密封介質(zhì)的下層基板上放置熔點低于或等于密封介質(zhì)實現(xiàn)和上下基板粘接溫度的支撐體，支撐體高度稍高于密封介質(zhì)，再用普通的對位設(shè)備將上層基板物對準(zhǔn)擱置在下層基板上面，然后將此結(jié)構(gòu)移入真空烘箱中抽真空，真空度滿足要求后加溫。加溫過程中，支撐體首先熔化，從而使上層基板下落至和下層基板上的密封介質(zhì)接觸并在隨后的處理過程中和上下基板粘接從而形成密封腔體。這里，上層基板可以是蓋板也可以是芯片，同樣，下層基板可以是芯片也可以是蓋板。在密封工藝中，芯片在蓋板上方還是在蓋板下方由具體情況決定。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是首先在已涂覆有密封介質(zhì)的下層基板上放置一些熔點低于密封介質(zhì)。實現(xiàn)和上下層基板粘接溫度的支撐體，支撐體高度稍高于密封介質(zhì)，再用普通的對位設(shè)備將上層基板物對準(zhǔn)擱置在下層基板上面，然后將此結(jié)構(gòu)移入真空烘箱中抽真空，開始抽真空的溫度為密封介質(zhì)的排氣溫度，真空度滿足要求后加溫。加溫過程中，支撐體首先熔化，從而使上層基板下落至和下層基板上的密封介質(zhì)接觸并在隨后的處理過程中和上下基板粘接從而形成密封腔體。其特征在于(1)在芯片或蓋板上涂覆密封介質(zhì)，并在芯片和蓋板間放置熔點低于或等于密封介質(zhì)粘接溫度的支撐體；(2)支撐體高度高于密封介質(zhì)，用普通對位設(shè)備將上層基板對準(zhǔn)擱置在下層基板上面，然后將其移入真空烘箱中；(3)在密封介質(zhì)排氣溫度下抽真空，真空度滿足要求后加溫到支撐體熔化溫度，支撐體首先熔化，從而使位于上層的芯片或蓋板下落至和位于下層的蓋板或芯片上的密封介質(zhì)接觸，再升高溫度到密封介質(zhì)的粘接溫度使上下基板粘接從而形成密封腔體。
(4)涂覆的密封介質(zhì)為有機(jī)膠或玻璃粉料或金屬焊料。
(5)支撐體的形狀和數(shù)量以能夠穩(wěn)定托起上方的芯片或蓋板為原則，并由芯片可利用面積所決定。
(6)支撐體為金屬或其他熔點滿足要求的物質(zhì)，支撐體或做在芯片上或做在蓋板上。
本發(fā)明的有益效果是能夠使用常用的對位和真空烘箱等設(shè)備完成微機(jī)電芯片的真空封裝，通過選擇熔點合適的支撐體使密封介質(zhì)和上基板在抽真空階段分離，而在密封介質(zhì)的實現(xiàn)粘接溫度支撐體熔化，上基板下落形成密封的真空腔體。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步作進(jìn)一步闡明。
圖1為蓋板2和芯片4對位但支撐體尚未熔化時的剖面機(jī)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中蓋板和芯片對位后支撐體熔化后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為實施例中的已涂覆玻璃漿料的蓋板結(jié)構(gòu)。
圖4為實施例中的芯片結(jié)構(gòu)。
圖5為圖4密封腔體的I-I剖面圖。
圖中1.熔化前的支撐體，2.蓋板，3.有機(jī)膠或玻璃，4.芯片，5.芯片需密封保護(hù)區(qū)，6.金屬布線，7.引線，8.蓋板開口。
圖1中，熔化前的支撐體1將蓋板2托起，其高度比密封介質(zhì)3高，這樣在蓋板2和密封介質(zhì)3間存在間隙，此時抽真空就不會有氣體被包圍在密封介質(zhì)3、蓋板2和芯片4之間。支撐體形狀和數(shù)量以能夠穩(wěn)定地托起蓋板2為原則，并由芯片上具體可利用的面積所決定。熔化前的支撐體1的高度應(yīng)保證密封介質(zhì)3和蓋板1間存在足夠間隙，這樣抽真空時腔體內(nèi)外氣壓能夠很快到達(dá)平衡。支撐體1的熔點應(yīng)低于或至少等于密封介質(zhì)3的粘接溫度，這樣在密封介質(zhì)3的粘接溫度前抽真空，而后升溫使支撐體熔化蓋板2下落并由密封介質(zhì)粘接芯片形成密封的真空腔體。
具體實施例方式
下面通過一個實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的特點和它的制作過程，但本發(fā)明絕非僅限于所述的實施例。
圖3為實施例中的芯片結(jié)構(gòu)，其由芯片4、芯片需保護(hù)區(qū)5和金屬布線6組成。芯片需保護(hù)區(qū)5通常就是微機(jī)電系統(tǒng)的可動部件，但也不限于可動部件，可以為任何需密封保護(hù)的區(qū)域。圖4本為實施例中的蓋板。蓋板上設(shè)有三個支撐物1和供引線進(jìn)入的蓋板開口8，并用點膠或印刷的方法將有機(jī)膠或玻璃漿料涂覆在蓋板上，圍住蓋板開口8和芯片需保護(hù)區(qū)域5在蓋板上的對應(yīng)區(qū)域。玻璃漿料的高度應(yīng)低于支撐物2的高度。支撐物5既可做在蓋板2上，也可做在芯片4上。本實施例中選用的低溫?zé)Y(jié)玻璃漿料的粘接溫度在450℃左右，因此可選用熔點為420℃的物質(zhì)充當(dāng)支撐體，如本例中可選用鋅，其熔點為421℃。本例的具體工藝如以下描述。首先將玻璃漿料用印刷或點膠的方法涂覆在蓋板上，并按要求擱置一定數(shù)量和形狀的支撐體，然后用對位設(shè)備將芯片放在支撐體上。將對位后的結(jié)構(gòu)移入真空烘箱中。由于玻璃漿料在一定溫度下有氣體產(chǎn)生，故在抽真空和粘接前要使其將氣體完全放出，因此首先將溫度升至玻璃漿料的排氣溫度，本例中為400℃左右，保溫數(shù)十分鐘直至氣體完全排出。本例中，支撐體的熔點應(yīng)高于玻璃漿料的氣體排出溫度。隨后抽真空，真空達(dá)到要求后，將溫度升至450℃并保溫至粘接過程完成。在450℃下，支撐體熔化，芯片下落和密封介質(zhì)接觸同時開始玻璃漿料粘接蓋板和芯片的過程。最后就形成芯片、蓋板和玻璃組成的密封真空腔體。圖5為本實施例的I-I剖面圖，從圖中可見，芯片4、蓋板1和玻璃3將芯片需保護(hù)區(qū)5密封起來。芯片需保護(hù)區(qū)5通過金屬布線6和穿過蓋板開口8的引線7和外界實現(xiàn)電連接。這種結(jié)構(gòu)即保護(hù)了芯片需保護(hù)區(qū)5，又實現(xiàn)了芯片和外界的電連接，并使后續(xù)的灌封和塑封等工藝得以實現(xiàn)。本實施例既可在單個芯片結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)，也可在圓片級的封裝結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)，在圓片級封裝結(jié)構(gòu)中，支撐體沒有必要在每一個芯片結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，只要其能夠托起整個圓片級的蓋板就能夠滿足要求。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電芯片的密封真空腔體制作方法，包括蓋板和芯片的對位，其特征在于(1)在芯片或蓋板上涂覆密封介質(zhì)，并在芯片和蓋板間放置熔點低于或等于密封介質(zhì)粘接溫度的支撐體；(2)支撐體高度高于密封介質(zhì)，用普通對位設(shè)備將上基板對準(zhǔn)擱置在下基板上面，然后將其移入真空烘箱中；(3)在密封介質(zhì)排氣溫度下抽真空，真空度滿足要求后加溫到支撐體熔化溫度，支撐體首先熔化，從而使位于上層的芯片或蓋板下落至位于下層的蓋板或芯片上的密封介質(zhì)接觸，再升高溫度到密封介質(zhì)的粘接溫度使上下基板粘接從而形成密封腔體。
2.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)電芯片的密封真空腔體制作方法，其特征在于涂覆的密封介質(zhì)為有機(jī)膠或玻璃粉料或金屬焊料中一種。
3.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)電芯片的密封真空腔體制作方法，其特征在于支撐體的形狀和數(shù)量以能夠穩(wěn)定托起上方的芯片或蓋板為原則，并由芯片可利用面積所決定。
4.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)電芯片的密封真空腔體制作方法，其特征在于所述的支撐體為金屬或其他熔點滿足要求的物質(zhì)，支撐體或做在芯片上或做在蓋板上。
5.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)電芯片的密封真空腔體制作方法，其特征在于(1)用點膠或印刷的方法將粘接溫度約為450℃的玻璃漿料涂覆在蓋板上；(2)支撐體或做在蓋板上或做在芯片上；其高度高于玻璃漿料的高度；(3)支撐體由熔點為421℃的金屬鋅制成；(4)先在400℃保溫抽真空，然后升至450℃，支撐體熔化，芯片下落和密封介質(zhì)接觸并開始玻璃漿料粘接蓋板和芯片的過程，形成芯片、蓋板和玻璃組成的密封真空腔體。
6.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)電芯片的密封真空腔體制作方法，或用于單芯片結(jié)構(gòu)上，或用于晶片級結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機(jī)電芯片的密封腔體的制作方法。其特征在于在已涂覆有密封介質(zhì)的下層基板上放置熔點低于或等于密封介質(zhì)實現(xiàn)和上下基板粘接溫度的支撐體，支撐體高度稍高于密封介質(zhì)，再用普通的對位設(shè)備將上層基板物對準(zhǔn)擱置在下層基板上面，然后將此結(jié)構(gòu)移入真空烘箱中抽真空，真空度滿足要求后加溫。加溫過程中，支撐體首先熔化，從而使上層基板下落至和下層基板上的密封介質(zhì)接觸并在隨后的處理過程中和上下基板粘接從而形成密封腔體。上層基板和下層基板可以是蓋板也可以是芯片，芯片在蓋板上方或在蓋板下方。本發(fā)明可使用常用的對位和真空烘箱設(shè)備完成微機(jī)電芯片的真空封裝且形成密封的真空腔體。
文檔編號B81C99/00GK1486922SQ0314199
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者肖克來提, 羅樂 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究, 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所