一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的mems封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及MEMS器件封裝領(lǐng)域，具體涉及一種通過玻璃漿料鍵合實現(xiàn)的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）器件的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。在蓋帽硅晶圓片上緊鄰玻璃漿料密封環(huán)的兩側(cè)設(shè)置微凹凼，在內(nèi)側(cè)微凹凼里側(cè)設(shè)置微阻擋凸臺的微復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過微阻擋凸臺的精確高度控制鍵合間隙；多余的具有流動性的熔融漿料在延展過程中會垂直流入微凹凼中，有效地解決了多余漿料的處理問題；降低殘余應(yīng)力對鍵合強(qiáng)度和氣密性的影響。本發(fā)明的方法在絲網(wǎng)印刷前，在蓋帽晶圓片上刻蝕出微凹凼；在帶有微凹凼的蓋帽晶圓片上刻蝕出微阻擋凸臺；通過絲網(wǎng)印刷機(jī)的精密定位，將玻璃漿料精確地印刷兩側(cè)微凹凼之間；制作復(fù)合鍵合結(jié)構(gòu)的蓋帽晶圓片與帶有可動結(jié)構(gòu)的硅基底進(jìn)行真空鍵合。
【專利說明】一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)
構(gòu)及封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及MEMS器件封裝領(lǐng)域，具體涉及一種通過玻璃漿料鍵合實現(xiàn)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)主要用于制作微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微光學(xué)器件等。真空封裝對許多MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))器件而言是必不可少的，它不僅保護(hù)器件免受外部機(jī)械損壞從而保證器件的長期穩(wěn)定性和可靠性，同時降低了空氣阻尼對器件中的可動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的能量耗散，提高了器件的性能。封裝工藝通常作為MEMS器件制備的后端工序，在封裝溫度、封接界面的幾何形貌、器件結(jié)構(gòu)與外部電路的電互聯(lián)等方面都對封裝工藝提出了諸多要求或限制。正因為如此，在應(yīng)用于MEMS器件的眾多真空封裝技術(shù)中，玻璃漿料鍵合技術(shù)由于其具有的對表面粗糙度要求較低、材料兼容性好、不需要額外的電絕緣等優(yōu)點(diǎn)，成為MEMS器件真空封裝技術(shù)的首選。當(dāng)前，研究玻璃漿料鍵合結(jié)構(gòu)和工藝流程的合理設(shè)計、掌握玻璃漿料鍵合技術(shù)對MEMS真空封裝器件的穩(wěn)定性的影響因素和規(guī)律成為提高氣密性和鍵合強(qiáng)度從而推動玻璃漿料鍵合技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]鍵合結(jié)構(gòu)和工藝流程的不合理設(shè)計導(dǎo)致的殘余應(yīng)力過于集中、多余漿料大范圍擴(kuò)展和玻璃漿料中間層厚度無法精確控制三大問題是制約通過玻璃漿料鍵合進(jìn)行真空封裝的MEMS器件可靠性的直接原因。因此，必須在分析固有殘余應(yīng)力分布規(guī)律以及工藝參數(shù)對殘余應(yīng)力的影響機(jī)制的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計玻璃漿料的鍵合結(jié)構(gòu)和工藝流程，實現(xiàn)殘余應(yīng)力的調(diào)控、多余漿料的處理和鍵合間隙的精密可控，從而提高鍵合工藝的可靠性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一個通過鍵合結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和關(guān)鍵工藝參數(shù)的調(diào)整的有效的技術(shù)方案，來同時解決殘余應(yīng)力、多余漿料以及鍵合間隙可控這三個問題，這也是行業(yè)亟待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，在蓋帽硅晶圓片上緊鄰玻璃漿料密封環(huán)的兩側(cè)設(shè)置微凹凼，在內(nèi)側(cè)微凹凼里側(cè)設(shè)置微阻擋凸臺的微復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過微阻擋凸臺的精確高度控制鍵合間隙；多余的具有流動性的熔融漿料在延展過程中會垂直流入微凹凼中，有效地解決了多余漿料的處理問題；同時，鍵合界面處的微阻擋凸臺和微凹凼也是應(yīng)力調(diào)控微結(jié)構(gòu)，通過精心優(yōu)化微復(fù)合結(jié)構(gòu)，解決殘余應(yīng)力在鍵合界面處集中的問題，實現(xiàn)殘余應(yīng)力的調(diào)控，降低殘余應(yīng)力對鍵合強(qiáng)度和氣密性的影響。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，包括相配適的硅基底和硅蓋帽晶圓片，所述硅基底上設(shè)有凹腔，凹腔上設(shè)有可動微結(jié)構(gòu)及附屬引線，所述硅蓋帽晶圓片上開設(shè)有封閉的外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼，所述硅蓋帽晶圓片上以所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼為界分為外部區(qū)域、中部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域，所述中部區(qū)域上設(shè)有玻璃漿料密封環(huán)，所述內(nèi)部區(qū)域上設(shè)有微阻擋凸臺，當(dāng)硅基底和硅蓋帽晶圓片配合時，所述玻璃漿料密封環(huán)與該硅基底緊密貼合，且所述玻璃漿料密封環(huán)在硅基底的投影位于該凹腔外，所述微阻擋凸臺在硅基底的投影位于該凹腔外。
[0007]進(jìn)一步的，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼均為矩形封閉結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步的，所述玻璃漿料密封環(huán)也為矩形封閉環(huán)。
[0009]進(jìn)一步的，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的寬度為100-150 μ m，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的深度度為30-45μπι。
[0010]進(jìn)一步的，所述微阻擋凸臺的高度為8~12 μ m,寬度為50 μ m。
[0011]進(jìn)一步的，所述玻璃漿料密封環(huán)的高度和寬度分別為8~12μπι和200-300 μ m，且該玻璃漿料密封環(huán)與外側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-120 μ m,且該玻璃漿料密封環(huán)與內(nèi)側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-?20μπι。
[0012]本發(fā)明還提供了一種利用制作上述的可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)的MEMS封裝方法，包括以下步驟:
步驟1:在硅基底上設(shè)置凹腔，并在凹腔上制作可動微結(jié)構(gòu)及附屬引線，
步驟2:在硅蓋帽晶圓片制作封閉的外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼，用所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼將硅蓋帽晶圓片界定出外部區(qū)域、中部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域，
步驟3:在硅蓋帽晶圓片的中部區(qū)域上淀積玻璃漿料密封環(huán)，在所述內(nèi)部區(qū)域上制作微阻擋凸臺，形成具有微外側(cè)凹凼、玻璃漿料、內(nèi)側(cè)微凹凼和微阻擋凸臺的微復(fù)合結(jié)構(gòu)，
步驟4:將制作硅基底與微復(fù)合結(jié)構(gòu)的蓋帽晶圓片在鍵合機(jī)中進(jìn)行精確對準(zhǔn)，將所述玻璃漿料密封環(huán)與該硅基底緊密貼合，并加溫加壓進(jìn)行玻璃漿料密封性鍵合。
[0013]進(jìn)一步的，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼均為矩形封閉結(jié)構(gòu)。
[0014]進(jìn)一步的，所述玻璃漿料密封環(huán)也為矩形封閉環(huán)。
[0015]進(jìn)一步的，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的寬度為100-?50μπι，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的高度為30-45μπι。
[0016]進(jìn)一步的，所述微阻擋凸臺的高度和寬度分別為8~12μπι和50μπι。
[0017]進(jìn)一步的，所述玻璃漿料密封環(huán)的高度和寬度分別為8~12μπι和200-300 μ m，且該玻璃漿料密封環(huán)與外側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-120 μ m,且該玻璃漿料密封環(huán)與內(nèi)側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-?20μπι。
[0018]進(jìn)一步的，所述蓋帽晶圓片上的外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼是通過ICP刻蝕工藝加工而成。
[0019]進(jìn)一步的，所述蓋帽晶圓片上的微阻擋凸臺是通過ICP刻蝕工藝加工而成。
[0020]本發(fā)明通過采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)的有益效果是:在硅蓋帽晶圓片上設(shè)置微外側(cè)凹凼、玻璃漿料、內(nèi)側(cè)微凹凼和微阻擋凸臺，形成具有微外側(cè)凹凼、玻璃漿料、內(nèi)側(cè)微凹凼和微阻擋凸臺的微復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過玻璃漿料兩側(cè)的微凹凼來承接鍵合過程中外擴(kuò)的殘余漿料，避免殘余漿料對可動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生污染，能夠在鍵合時實現(xiàn)鍵合間隙的精確控制；通過微阻擋凸臺的精確高度控制玻璃漿料鍵合中間層的高度，實現(xiàn)密閉空間的可控性，能夠有效防止多余玻璃漿料對微腔內(nèi)部可控結(jié)構(gòu)的污染，提高玻璃漿料鍵合實現(xiàn)的MEMS器件封裝的可靠性度；由微凹凼、玻璃漿料層和微阻擋凸臺組成的微復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠極大降低玻璃漿料層的殘余熱應(yīng)力，提高通過玻璃漿料鍵合實現(xiàn)的MEMS器件封裝的可靠性和穩(wěn)定性，能夠有效降低玻璃漿料鍵合由于漿料與硅之間的熱膨脹系數(shù)的不匹配引入的殘余熱應(yīng)力從而增大MEMS器件的穩(wěn)定性；
2、本發(fā)明的封裝方法的有益效果是:本發(fā)明①在絲網(wǎng)印刷前，在蓋帽晶圓片上刻蝕出微凹凼；?在帶有微凹凼的蓋帽晶圓片上刻蝕出微阻擋凸臺；@通過絲網(wǎng)印刷機(jī)的精密
定位，將玻璃漿料精確地印刷兩側(cè)微凹凼之間；@制作有微凹凼(外側(cè))——玻璃漿料密
封環(huán)(中間)——微凹凼(內(nèi)側(cè))——微阻擋凸臺(里側(cè))復(fù)合鍵合結(jié)構(gòu)的蓋帽晶圓片與帶有可動結(jié)構(gòu)的硅基底進(jìn)行真空鍵合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的實施例的在硅基底結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的實施例的硅基底和蓋帽晶圓片鍵合的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2的剖視圖；
圖4為最大熱應(yīng)力隨著玻璃漿料寬度的變化趨勢；
圖5為最大熱應(yīng)力隨著凹凼深度和寬度的變化趨勢；
圖6為最大熱應(yīng)力隨著凹凼深度和玻璃漿料寬度的變化趨勢；
圖7為最大熱應(yīng)力隨著凸臺寬度的變化趨勢。
[0022]簡單符號說明
101硅基底102可動結(jié)構(gòu)(懸臂梁)103附屬引線 201硅蓋帽晶圓片
202外側(cè)微凹凼 203內(nèi)側(cè)微凹凼 204玻璃漿(密封)料環(huán) 205微阻擋凸臺。
【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0024]作為一個具體的實施例，如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，包括相配適的硅基底和硅蓋帽晶圓片，所述硅基底101上設(shè)有凹腔，凹腔上設(shè)有可動微結(jié)構(gòu)102及附屬引線103，可動微結(jié)構(gòu)102是通過光刻、刻蝕、擴(kuò)散等微加工工藝制作的，附屬引線103為金屬(Al)引線103，其為可動微結(jié)構(gòu)102與外部環(huán)境提供電氣連接。
[0025]所述硅蓋帽晶圓片201上開設(shè)有封閉的外側(cè)微凹凼202和內(nèi)側(cè)微凹凼203，所述外側(cè)微凹凼202和內(nèi)側(cè)微凹凼203均為矩形封閉結(jié)構(gòu)，外側(cè)的微凹凼202和內(nèi)側(cè)的微凹凼203是通過ICP刻蝕等工藝制作的，外側(cè)的微凹凼202和內(nèi)側(cè)的微凹凼203的深度和寬度通過優(yōu)化使得硅基底-玻璃漿料-硅蓋帽層三層鍵合結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力達(dá)到最小，具體的，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的寬度bl為100-?50μπι，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的高度h3為30~45 μ mD[0026]所述硅蓋帽晶圓片201上以所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼為界分為外部區(qū)域、中部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域，所述中部區(qū)域上設(shè)有玻璃漿料密封環(huán)，所述玻璃漿料密封環(huán)也為矩形封閉環(huán)，所述內(nèi)部區(qū)域上設(shè)有微阻擋凸臺，微阻擋凸臺205是通過ICP刻蝕等工藝制作的，其高度b4由鍵合間隙決定，典型值為8~12μπι，最優(yōu)值為IOym;其寬度通過優(yōu)化使得硅基底-玻璃漿料-硅蓋帽層三層鍵合結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力達(dá)到最小。所述微阻擋凸臺205的高度hi和寬度b4分別為10 μ m和50 μ m。
[0027]當(dāng)硅基底101和硅蓋帽晶圓片201配合時，所述玻璃漿料密封環(huán)204與該硅基底緊密貼合，且所述玻璃漿料密封環(huán)在硅基底的投影位于該凹腔外，所述微阻擋凸臺在硅基底的投影位于該凹腔外。玻璃漿料密封環(huán)204是通過精密絲網(wǎng)印刷工藝制得的，通過對準(zhǔn)精確地淀積外側(cè)微凹凼202與內(nèi)側(cè)微凹凼203之間，玻璃漿料選擇Ferro公司的FX-11036漿料所述玻璃漿料密封環(huán)204的高度hi和寬度b3分別為8~12 μ m和200~300 μ m,且該玻璃漿料密封環(huán)與兩側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離b2為80-120 μ m。
[0028]本實施例(1)在硅蓋帽晶圓片201上設(shè)置微外側(cè)凹凼、玻璃漿料、內(nèi)側(cè)微凹凼和微阻擋凸臺，形成具有微外側(cè)凹凼、玻璃漿料、內(nèi)側(cè)微凹凼和微阻擋凸臺的微復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過玻璃漿料兩側(cè)的微凹凼來承接鍵合過程中外擴(kuò)的殘余漿料，避免殘余漿料對可動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生污染，能夠在鍵合時實現(xiàn)鍵合間隙的精確控制；通過微阻擋凸臺的精確高度控制玻璃漿料鍵合中間層的高度，實現(xiàn)密閉空間的可控性，能夠有效防止多余玻璃漿料對微腔內(nèi)部可控結(jié)構(gòu)的污染，提高玻璃漿料鍵合實現(xiàn)的MEMS器件封裝的可靠性度；由微凹凼、玻璃漿料層和微阻擋凸臺組成的微復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠極大降低玻璃漿料層的殘余熱應(yīng)力，提高通過玻璃漿料鍵合實現(xiàn)的MEMS器件封裝的可靠性和穩(wěn)定性，能夠有效降低玻璃漿料鍵合由于漿料與硅之間的熱膨脹系數(shù)的不匹配引入的殘余熱應(yīng)力從而增大MEMS器件的穩(wěn)定性；
(2)本實施例通過在蓋帽硅晶圓片上設(shè)置內(nèi)側(cè)和外側(cè)微凹凼，能夠用于承載多余漿料的空間，其是通過硅微加工技術(shù)制作而成；
(3)本實施例通過在蓋帽晶圓片上設(shè)置微阻擋凸臺，能夠用于精確控制玻璃漿料鍵合間隙和防止多余漿料對預(yù)封裝的可動結(jié)構(gòu)的污染，其是通過硅微加工工藝制作而成；
(4)本實施例通過精密絲網(wǎng)印刷在制作有內(nèi)外微凹凼和微阻擋凸臺的蓋帽硅晶圓片的中部區(qū)域沉積玻璃漿料密封環(huán)，能夠?qū)⒉Ａ{料密封環(huán)精確沉積在兩側(cè)微凹凼之間的空間中；
(5)本實施例根據(jù)玻璃漿料高度的典型值為10Mm的控制要求，確定為阻擋凸臺的高度為10 Mm。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)整玻璃漿料環(huán)的寬度、微凹凼的寬度和深度、微阻擋凸臺的寬度來調(diào)控殘余熱應(yīng)力。
[0029]flJ沒有微凹凼和微阻擋凸臺時，最大熱應(yīng)力隨著玻璃漿料寬度的變化趨勢如附
圖4所示，兼顧玻璃漿料的絲網(wǎng)印刷工藝對線寬的要求，可確定玻璃漿料線寬的優(yōu)化尺寸范圍為200~300 Mm。
[0030]@再次，確定微凹凼的寬度。遵循由淺入深的原則，只在玻璃漿料環(huán)的外側(cè)設(shè)有
微凹凼和里側(cè)設(shè)有微阻擋凸臺(稱為單凹凼微復(fù)合結(jié)構(gòu))，得到最大熱應(yīng)力隨著微凹凼的寬度和深度的變化趨勢如附圖5所示，可以得出，當(dāng)凹凼寬度為450 μ m，凹凼深度為20μ m時，玻璃漿料環(huán)的熱應(yīng)力最小，但凹凼寬度過大會導(dǎo)致封裝尺寸太大。當(dāng)凹凼寬度為100μ m，凹凼深度為30 μ m時，玻璃漿料環(huán)的熱應(yīng)力值比較??；凹凼寬度為150 μ m，隨著凹凼深度的變化，其熱應(yīng)力變化比較平穩(wěn)。由此，確定微凹凼的寬度范圍為10(Tl50
[0031]@確定凹凼的深度。在以上尺寸和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了玻璃漿料內(nèi)側(cè)的微凹
凼，構(gòu)成雙凹凼微復(fù)合結(jié)構(gòu)。附圖5為熱應(yīng)力隨著玻璃漿料環(huán)的寬度以及兩側(cè)凹凼寬度的變化趨勢，由圖可知，與單凹凼微結(jié)構(gòu)相比，雙凹凼微結(jié)構(gòu)可以將熱應(yīng)力減小2個數(shù)量級；，隨著玻璃漿料環(huán)寬度的增大，同一凹凼深度下熱應(yīng)力增大了 ；同一玻璃漿料環(huán)寬度下，隨著兩側(cè)微凹凼深度的增加，最大熱應(yīng)力也呈現(xiàn)出增大的趨勢；微凹凼深度在30-45μπι時，最大熱應(yīng)力較小。
[0032]@確定微阻擋凸臺的寬度。附圖7為熱應(yīng)力隨著微阻擋凸臺的寬度的變化趨勢，由此可知，微阻擋凸臺寬度的優(yōu)化取值為50 μ m。
[0033]?考慮到對準(zhǔn)的精確性和絲網(wǎng)印刷等工藝的可控性和可操作性，玻璃漿料環(huán)邊緣與兩側(cè)微凹凼之間的間距定為80-120 μ m0
[0034]本發(fā)明還提供了一種利用制作上述的可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行MEMS封裝的方法，包括以下步驟:
步驟1:在硅基底上設(shè)置凹腔，并在凹腔上制作可動微結(jié)構(gòu)及附屬引線，
步驟2:在硅蓋帽晶圓片制作封閉的外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼，用所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼將硅蓋帽晶圓片界定出外部區(qū)域、中部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼均為矩形封閉結(jié)構(gòu)。所述蓋帽晶圓片上的外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼是通過ICP刻蝕等工藝加工而成。所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的寬度為100-?50μπι，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的深度為30-45μπι。
[0035]步驟3:在硅蓋帽晶圓片的中部區(qū)域上淀積玻璃漿料密封環(huán)，所述玻璃漿料密封環(huán)也為矩形封閉環(huán)，所述玻璃漿料密封環(huán)的高度和寬度分別為8~12μπι和200-300 μ m，且該玻璃漿料密封環(huán)與外側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-120 μ m,且該玻璃漿料密封環(huán)與內(nèi)側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-120 μ m，在所述內(nèi)部區(qū)域上制作微阻擋凸臺，所述微阻擋凸臺的高度和寬度分別為8~12 μ m和50 μ m。形成具有微外側(cè)凹凼、玻璃漿料、內(nèi)側(cè)微凹凼和微阻擋凸臺的微復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述蓋帽晶圓片上的微阻擋凸臺是通過ICP刻蝕等工藝加工而成。
[0036]步驟4:將硅蓋帽晶圓硅片201與承載著MEMS微結(jié)構(gòu)的硅基底101經(jīng)對準(zhǔn)鍵合，將所述玻璃漿料密封環(huán)與該硅基底緊密貼合，在約440 1:的鍵合溫度和約1000 mBar的鍵合壓力下熔化并濕潤鍵合區(qū)的表面，然后逐漸冷卻實現(xiàn)氣密性的圓片級鍵合。鍵合間隙由微阻擋凸臺205的高度精確控制，多余漿料在鍵合過程中擴(kuò)展流入兩側(cè)的微凹凼202、203中。同時，金屬(Al)引線103穿過玻璃漿料鍵合中間層，實現(xiàn)密閉微腔中的MEMS結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境之間的電氣連接。
[0037]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括相配適的硅基底和硅蓋帽晶圓片，所述硅基底上設(shè)有凹腔，凹腔上設(shè)有可動微結(jié)構(gòu)，所述硅蓋帽晶圓片上開設(shè)有封閉的外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼，所述硅蓋帽晶圓片上以所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼為界分為外部區(qū)域、中部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域，所述中部區(qū)域上設(shè)有玻璃漿料密封環(huán)，所述內(nèi)部區(qū)域上設(shè)有微阻擋凸臺，當(dāng)硅基底和硅蓋帽晶圓片配合時，所述玻璃漿料密封環(huán)與該硅基底緊密貼合，且所述玻璃漿料密封環(huán)在硅基底的投影位于該凹腔外，所述微阻擋凸臺在硅基底的投影位于該凹腔外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的寬度為100-?50μπι，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的深度度為30-45μπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述微阻擋凸臺的高度和寬度分別為8~12μπι和50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述玻璃漿料密封環(huán)的高度和寬度分別為8~12μπι和200-300 μ m，且該玻璃漿料密封環(huán)與外側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-120 μ m，且該玻璃漿料密封環(huán)與內(nèi)側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-?20μπι。
5.一種利用制作上述權(quán)利要求1至4任一項可實現(xiàn)鍵合間隙精確可控的高可靠性的MEMS封裝結(jié)構(gòu)的MEMS封裝方法，包括以下步驟: 步驟1:在硅基底上設(shè)置 凹腔，并在凹腔上制作可動微結(jié)構(gòu)及附屬引線， 步驟2:在硅蓋帽晶圓片制作封閉的外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼，用所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼將硅蓋帽晶圓片界定出外部區(qū)域、中部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域， 步驟3:在硅蓋帽晶圓片的中部區(qū)域上淀積玻璃漿料密封環(huán)，在所述內(nèi)部區(qū)域上制作微阻擋凸臺，形成具有微外側(cè)凹凼、玻璃漿料、內(nèi)側(cè)微凹凼和微阻擋凸臺的微復(fù)合結(jié)構(gòu)， 步驟4:將制作硅基底與微復(fù)合結(jié)構(gòu)的蓋帽晶圓片在鍵合機(jī)中進(jìn)行精確對準(zhǔn)，將所述玻璃漿料密封環(huán)與該硅基底緊密貼合，并加溫加壓進(jìn)行玻璃漿料密封性鍵合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的封裝方法，其特征在于:所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的寬度為100-?50μπι，所述外側(cè)微凹凼和內(nèi)側(cè)微凹凼的深度度為30-45μπι。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的封裝方法，其特征在于:所述微阻擋凸臺的高度和寬度分別為 8~12 μ m 和 50 μ Hio
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的封裝方法，其特征在于::所述玻璃漿料密封環(huán)的高度和寬度分別為8~12 μ m和200-300 μ m,且該玻璃漿料密封環(huán)與外側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-120 μ m，且該玻璃漿料密封環(huán)與內(nèi)側(cè)微凹凼最近邊緣之間的距離為80-?20μπι。
【文檔編號】B81C1/00GK103910325SQ201410067978
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】劉益芳, 杜曉輝, 于盟, 羅小健 申請人:廈門大學(xué)