專利名稱：用于微結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體器件的新封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子器件封裝方法的技術(shù)，上述電子器件(例如接收或發(fā)送電子信號(hào)的任何器件)包括微機(jī)電器件、半導(dǎo)體器件、發(fā)光器件、光調(diào)制器件、或光檢測器件，而且本發(fā)明特別是涉及在封裝期間對溫度敏感的那些器件的封裝方法。
背景技術(shù)：
微結(jié)構(gòu)(例如微機(jī)電器件)在基本信號(hào)轉(zhuǎn)換中有許多用途。例如，基于微機(jī)電器件(MEMS)的空間光調(diào)制器會(huì)響應(yīng)電信號(hào)或光信號(hào)來調(diào)制光束。這種調(diào)制器可以是通信器件或信息顯示器的一部分。例如，微鏡或微反射鏡(micromirror)是基于MEMS的空間光調(diào)制器的關(guān)鍵部件。典型的基于MEMS的空間光調(diào)制器通常包括微型反射式可偏轉(zhuǎn)微反射鏡陣列。這些微反射鏡能夠響應(yīng)靜電力而被選擇性地偏轉(zhuǎn)，從而通過各個(gè)獨(dú)立微反射鏡來反射入射光，從而產(chǎn)生數(shù)字圖像。然而，這些微反射鏡對溫度及污染(例如濕氣和灰塵)敏感。這種污染會(huì)對微反射鏡表面的毛細(xì)凝聚(capillary-condensation)和釋放后靜摩擦(post-release stiction)直到劣化微反射鏡造成不同的影響，這會(huì)導(dǎo)致微反射鏡器件在工作中的機(jī)械故障。由于這一原因和其它原因，通常是在釋放后才對微反射鏡器件進(jìn)行封裝。
無論目前開發(fā)的微反射鏡陣列器件的封裝方法之間存在何種差異，它們都使用了兩個(gè)襯底——一個(gè)用來支撐器件而另一個(gè)用來覆蓋器件，以及一種或多種用于結(jié)合或粘結(jié)(bond)這兩個(gè)襯底的密封介質(zhì)。大多數(shù)密封介質(zhì)在結(jié)合和密封期間都要求進(jìn)行加熱。然而如果應(yīng)用不當(dāng)，熱量可能使得微反射鏡陣列器件惡化(degrade)，特別是對那些溫度敏感的微結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體器件而言。例如，應(yīng)用不當(dāng)?shù)臒崃靠墒刮⒔Y(jié)構(gòu)的期望性能改變。熱活性顆粒(thermally activate particles)，例如雜質(zhì)和構(gòu)成微結(jié)構(gòu)的功能部件的顆粒，將促使這些活性顆粒在微結(jié)構(gòu)內(nèi)擴(kuò)散，從而加劇微結(jié)構(gòu)的惡化?；蛘撸瑹崃靠上魅醴庋b內(nèi)的抗靜摩擦(anti-stiction)材料。
因此，需要一種用于封裝微結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體、發(fā)光器件、光調(diào)制器件、或光檢測器件(特別是那些在封裝期間對溫度敏感的器件)的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文所述，本發(fā)明提供了一種對封裝期間溫度敏感的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝的方法。
作為本發(fā)明的一個(gè)示例，提供了一種微機(jī)電器件的封裝件。該封裝件包括兩個(gè)襯底，其中的至少一個(gè)襯底具有一個(gè)容納所述微機(jī)電器件的空腔；其中所述兩個(gè)襯底是利用它們之間的至多一個(gè)氣密密封層進(jìn)行結(jié)合和氣密密封的。
作為本發(fā)明的另一個(gè)示例，公開了一種封裝微反射鏡陣列器件的方法。該方法包括將所述微反射鏡陣列器件附著到兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的空腔內(nèi)的支撐表面上，其中一個(gè)所述襯底的至少一部分可透射可見光；在所述兩個(gè)襯底中至少一個(gè)襯底的一個(gè)表面上沉積金屬化材料，以使該表面金屬化；在所述兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的一個(gè)表面上沉積氣密密封材料，其中所述氣密密封材料的焊接或軟焊溫度(solderingtemperature)等于或高于180℃；以及使所述兩個(gè)襯底結(jié)合，并對它們進(jìn)行氣密密封。
作為本發(fā)明的再一示例，提供了一種半導(dǎo)體器件的封裝件，該封裝件包括至少兩個(gè)襯底，其中的至少一個(gè)襯底具有一個(gè)容納所述半導(dǎo)體器件的空腔，所述兩個(gè)襯底是利用它們之間的至多一個(gè)氣密密封層結(jié)合在一起并進(jìn)行氣密密封的。
作為本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種封裝半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括將所述微反射鏡陣列器件附著到兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的空腔內(nèi)的支撐表面上，其中一個(gè)襯底的至少一部分可透射可見光；在所述兩個(gè)襯底中至少一個(gè)襯底的一個(gè)表面上沉積金屬化材料，以使該表面金屬化；在所述兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的表面上沉積氣密密封材料，其中所述氣密密封材料的焊接溫度等于或高于180℃；以及使所述兩個(gè)襯底結(jié)合，并對它們進(jìn)行氣密密封。
作為本發(fā)明的又一示例，提供了一種用于封裝半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在第一襯底和第二襯底上沉積由Ti、Cr、TiOx或CrOx制成的第一層；由Ni或Pt制成的第二層；以及由金制成的第三層；用焊接或軟焊材料(solder material)將所述第一和第二襯底結(jié)合在一起，該焊接材料的焊接溫度為至少180℃。
本發(fā)明的方法可實(shí)施于在封裝期間對溫度敏感的微結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體器件。


雖然所附權(quán)利要求給出了本發(fā)明中帶有特殊性的特征，但是根據(jù)下文結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述，可以更好地理解本發(fā)明以及本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1是一個(gè)示意圖，其示意性地說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一示例性微反射鏡陣列封裝件；圖2是圖1的剖視圖；圖3示意性地說明一個(gè)封裝襯底，其具有一個(gè)用于圖1中封裝件的嵌入式加熱器；圖4是圖3中的封裝襯底的剖視圖；圖5是一個(gè)示意圖，其示意性地說明用于封裝一個(gè)微反射鏡陣列器件的另一種封裝襯底，其所具有的加熱器是沿該封裝襯底的上表面的周邊形成的；圖6是圖5中的封裝襯底的剖視圖；圖7是一個(gè)已封裝的微反射鏡陣列器件的透視圖；圖8a是一個(gè)簡化的顯示系統(tǒng)，其采用了圖7中的已封裝微反射鏡陣列器件；
圖8b是一個(gè)方框圖，其說明了一個(gè)顯示系統(tǒng)的示例性操作，該顯示系統(tǒng)采用了圖7中的三個(gè)已封裝微反射鏡陣列器件；圖9a是一個(gè)示意圖，其示意性地說明一個(gè)示例性微反射鏡陣列的微反射鏡；圖9b是一個(gè)示意圖，其示意性地說明一示例性微反射鏡陣列，該微反射鏡陣列由圖9a中的微反射鏡組成；圖10a是一個(gè)示意圖，其示意性地說明另一示例性微反射鏡陣列的微反射鏡；且圖10b是一個(gè)示意圖，其示意性地說明一示例性微反射鏡陣列，該微反射鏡陣列由圖10a中的微反射鏡組成。
具體實(shí)施例方式
下面將參考微反射鏡陣列器件的封裝件及其封裝過程來討論本發(fā)明。下面的描述是基于本發(fā)明的選擇示例，不應(yīng)根據(jù)本說明書未曾明確描述的替換性實(shí)施例，將其解釋為對本發(fā)明的限定。特別地，盡管不限于此，本發(fā)明對封裝微結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件特別有用，諸如形成于半導(dǎo)體襯底上的電路，諸如LED和OLED之類的發(fā)光器件，諸如基于MEMS的微反射鏡、LCD、LCOS及光開關(guān)之類的光調(diào)制器，諸如圖像傳感器或探測器(例如CCD)的光檢測器件。也可采用不脫離本發(fā)明精神的其它變型。
參考圖1，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種微反射鏡陣列器件的一個(gè)示例性封裝件。該封裝件包括封裝襯底102和蓋襯底110。在這一特定示例中，封裝襯底具有一個(gè)用于容納微反射鏡陣列器件(例如微反射鏡陣列器件105)的空腔，而蓋襯底是玻璃板或石英板或優(yōu)選透射可見光的其它板。在另一示例中，蓋襯底可以是一個(gè)凹面罩蓋(圖中未示出)，其中蓋襯底的下表面朝向蓋襯底的相對表面(例如上表面)延伸。在此例中，罩蓋與封裝襯底能夠構(gòu)成一個(gè)容納微反射鏡陣列器件的空間。
為結(jié)合和密封(優(yōu)選為氣密密封)蓋襯底與封裝襯底，在襯底之間設(shè)置密封介質(zhì)106。密封介質(zhì)優(yōu)選為這樣一種材料其穩(wěn)定、可靠、成本低，且具有良好的熱學(xué)特性(例如熱膨脹系數(shù)(CTE)、熱導(dǎo)率等)，與其它部件如封裝襯底和/或蓋襯底兼容。密封材料可以是無機(jī)材料，如金屬、金屬合金、金屬化合物(例如金屬或類金屬(metalloid)氧化物)或玻璃粉或玻璃料(glass frit)。優(yōu)選地，為得到可靠的密封質(zhì)量，密封介質(zhì)的熔化溫度為160℃或更高，或180℃或更高，或甚至是200℃或更高?；蛘邇?yōu)選的是，密封介質(zhì)的焊接溫度為190℃或更高，或210℃或更高，或甚至是230℃或更高。使用具有高熔化(或焊接)溫度的密封介質(zhì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是密封質(zhì)量不會(huì)惡化，特別是在后續(xù)的封裝處理如封裝烘焙中不會(huì)退化。示例性的密封介質(zhì)包括玻璃料，如KyoceraKC-700、Bilnx、AuSnx、Au、BiSnx、InAgx、PbSnx、及銅。優(yōu)選的是，密封介質(zhì)包括錫或鉛。此外，玻璃料如Kyocera KC-700也可被用作密封介質(zhì)。然而對通常構(gòu)成襯底(例如封裝襯底和蓋襯底)表面的氧化物材料而言，大多數(shù)可焊接或可軟焊(solderable)金屬材料的粘附力不佳。為解決這一問題，可在應(yīng)用可焊接金屬密封介質(zhì)之前，向襯底的襯底結(jié)合表面設(shè)置金屬化層。
如本圖所示，金屬化層104被施加到封裝襯底的上表面，從而使所述上表面金屬化。由于多種原因，此金屬化層優(yōu)選由具有高焊接溫度如180℃或更高溫度的材料構(gòu)成。例如，密封材料的焊接溫度通常高于170℃。在焊接之后，如果需要，可在高于100℃，如140℃或更高、優(yōu)選在120℃到160℃的溫度下對封裝件進(jìn)行烘焙。示例性的金屬化材料是鋁、金、鎳，或兩種或更多種適當(dāng)金屬元素的合成物，如AuNix。這些材料可利用適當(dāng)?shù)某练e方法，如濺射印制(sputteringprinting)或粘貼(pasting)，被沉積在所述表面上成為厚膜或薄膜。在本發(fā)明的一個(gè)示例中，金屬化介質(zhì)層是諸如金之類的貴金屬材料制成的薄層。此金屬化介質(zhì)層優(yōu)選作為一層膜濺射到蓋襯底的下表面上。
金屬化層104使得封裝襯底102的上表面金屬化，從而增強(qiáng)密封介質(zhì)106對封裝襯底的上表面的粘附力。出于同樣的原因，可在密封介質(zhì)與蓋襯底110之間設(shè)置另一金屬化層108，以增強(qiáng)密封介質(zhì)對蓋襯底的下表面的粘附力。金屬化層108可以與金屬化層104相同或者不同，這取決于所選擇的密封介質(zhì)和蓋襯底。
在本發(fā)明的另一示例中，每個(gè)金屬化層104和108均可以是多層結(jié)構(gòu)，例如包含金屬氧化物(例如CrO2和TiO2)和/或元素金屬(elemental metal)(例如Cr、Au、Ni、及Ti)。如圖1所示，金屬化層可包括層122和126；而金屬化層可包括層128和132。這些金屬化層(104和108)可同時(shí)是或不是多層結(jié)構(gòu)。具體地說，上述兩個(gè)金屬化層中的一個(gè)可以是單層，而另一個(gè)則可以是多層結(jié)構(gòu)?；蛘邇蓚€(gè)金屬化層都可以是單層或多層結(jié)構(gòu)。
當(dāng)金屬化層包括金屬氧化物和金屬層時(shí)，金屬氧化物層被首先沉積到非金屬襯底(如陶瓷或玻璃)的表面上，因?yàn)樵搶訉τ谕ǔ１谎趸姆墙饘僖r底的表面具有強(qiáng)粘附力。隨后，金屬層被附著到金屬氧化物層上。作為另一示例，金屬化層(104和/或108)可各自包括一個(gè)CrOx層(例如層112)，繼之以一個(gè)Cr層(或Ti層)，又繼之以一個(gè)Ni層(或Pt層)，且隨后又繼之以一個(gè)Au層。CrO2層是作為光阻框架設(shè)置的，用于吸收散射光，設(shè)置Cr層是為了增強(qiáng)后續(xù)的金屬層對CrO2層的粘附力。Ni層是作為金屬化層來設(shè)置的，因?yàn)镹i層易于被氧化，設(shè)置Au層是為了防止這種氧化。Ni層可被沉積成一個(gè)厚層，以強(qiáng)化焊接層對襯底(或蓋襯底)的結(jié)合。然而，厚Ni層可能給封裝系統(tǒng)造成額外的應(yīng)力或變形。為避免這一問題，可在厚Ni層內(nèi)插入一個(gè)或多個(gè)Au層，從而產(chǎn)生交替的Ni、Au、Ni、Au層。同樣，可通過形成Cr層，并且其后使所形成的Cr層氧化(此層后也可再加上Ni(或Pt)層)來形成CrO2層。
除了光阻框架之外，可在玻璃蓋襯底上或者能透射光的窗口上(當(dāng)該蓋襯底不能透射光時(shí))用抗反射(AR)膜來改善光透射度。AR膜可被沉積到玻璃襯底(或玻璃窗口，或者玻璃襯底和玻璃窗口二者)的任一表面。當(dāng)在玻璃襯底的下表面上覆蓋AR膜時(shí)，優(yōu)選的是，AR膜不覆蓋要施加金屬化材料(108)的周邊部分，因?yàn)锳R膜可能使金屬化材料對蓋襯底表面的粘附力降低。在制造中，可在沉積金屬化材料之前或之后，將AR膜沉積到玻璃襯底的下表面上。
在結(jié)合過程中，可對蓋襯底施加外力(如外部壓力)、熱、或輻射，如圖2所示。在蓋襯底與封裝襯底被牢固結(jié)合一段預(yù)定時(shí)間后，可撤去外力，但不必同時(shí)撤去外力。如圖2所示，可在所述封裝件內(nèi)設(shè)置用于吸收氣體、水分和/或雜質(zhì)顆粒(例如有機(jī)顆粒)的吸氣劑118a，以及用于潤滑微結(jié)構(gòu)(例如微反射鏡陣列器件)表面的潤滑劑118b。
因一個(gè)或多個(gè)金屬化層(104和/或108)以及密封介質(zhì)(106)優(yōu)選具有高焊接或熔化溫度(例如180℃或更高)，可沿一個(gè)或多個(gè)襯底的周邊設(shè)置一個(gè)局部加熱裝置。該局部加熱裝置的顯著優(yōu)點(diǎn)是，熱量被局限于襯底的周邊附近，且在所述封裝中的溫度敏感微結(jié)構(gòu)不會(huì)受到熱干擾。能夠以許多方式形成所述局部加熱裝置，如2003年5月22日提交的、屬于Tarn的美國專利申請序列號(hào)10/443,318中所述的，在此以引用方式將該專利申請的主題并入本文。作為本發(fā)明的一個(gè)示例，局部加熱裝置是處于封裝襯底(102)上或之內(nèi)的整體式或嵌入式加熱器，下面將參考圖3至圖6來討論該局部加熱裝置。
參考圖3，圖中所示的是一個(gè)具有用于圖1封裝件的整體式加熱器的封裝襯底。封裝襯底102包括襯底層134和襯底層136。襯底層134具有一個(gè)形成空腔的凹面，微結(jié)構(gòu)(例如微反射鏡陣列器件)或半導(dǎo)體器件可被置于該空腔中。在襯底層134上，加熱器140是沿襯底層134的凹面的周邊形成的。來自外部電源的電流可經(jīng)兩個(gè)引線138引入加熱器中，從而產(chǎn)生熱。加熱器被層疊在襯底層134和136之間。圖4示出了封裝襯底200的剖視圖。
在這個(gè)特定示例中，加熱器具有曲折形(zigzag)邊緣?；蛘撸訜崞骺刹捎萌魏纹渌线m的形式，例如一組依次連接的直線線路(或各自在每端帶有引線的斷開線路)、線圈、或線路與線圈或曲折形線路的組合。而且，除了在襯底層140上形成加熱器之外(襯底層140包括容納微反射鏡陣列器件的空腔)，也可在襯底136上形成加熱器。特別是可在襯底136上和在面向襯底134的表面上形成加熱器。由圖5可見，襯底136可以不是必需的，而且如果不設(shè)置襯底136，那么就在襯底134上圖案化或形成(patterned)加熱器，或者以其它方式使加熱器與襯底134成為一體。加熱器可用任何合適的材料制成，如鎢，且可通過任何制造薄膜的合適方法(例如濺射和電鍍)以及標(biāo)準(zhǔn)方法(例如打印)來形成，從而制出厚膜。為產(chǎn)生熱，電流被驅(qū)動(dòng)通過兩個(gè)引線?；蛘撸娏饕部赏ㄟ^形成于襯底層134上并被分別連接到上述兩個(gè)引線的引線，引入加熱器中。
襯底層134和136可以是任何適當(dāng)?shù)膬?yōu)選非導(dǎo)電材料，優(yōu)選為陶瓷或玻璃，而更優(yōu)選則為陶瓷(例如A102)。也可采用其它材料(例如有機(jī)或有機(jī)-無機(jī)混合材料)，這取決于它們的熔點(diǎn)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，襯底層134和136均可是多層結(jié)構(gòu)，此多層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括多個(gè)襯底層。在此情況下，襯底134的頂層(此頂層上設(shè)置有加熱器)和襯底136的底層(此底層面向加熱器)優(yōu)選是不導(dǎo)電的。其它層，包括襯底134的頂層之下的襯底層以及襯底136的底層之上的襯底層，可以由任何需要的材料制成，如陶瓷、玻璃和金屬材料。
除了將加熱器嵌入于封裝襯底的表面下方之外，加熱器可形成于封裝襯底的表面上，如圖5和圖6所示。參考圖5，加熱器是沿襯底134的表面形成的，且在該表面上不形成其它襯底層。襯底134可以是多層結(jié)構(gòu)。加熱器直接暴露給其它材料如密封介質(zhì)，且暴露給其它結(jié)構(gòu)如其它封裝襯底。在此情況下，沉積到加熱器的密封介質(zhì)優(yōu)選為非導(dǎo)電材料如玻璃料。若選擇金屬密封材料，因加熱器暴露于封裝襯底表面上，希望以非導(dǎo)電層來覆蓋此表面，該非導(dǎo)電層優(yōu)選具有高熱導(dǎo)率。
再次參考圖1，在結(jié)合過程中，電流被驅(qū)動(dòng)經(jīng)由兩條加熱器引線(114)通過整體式加熱器從而產(chǎn)生熱。電壓的幅值是由下列因素決定的加熱器的電學(xué)特性(例如加熱器材料、加熱器形狀的電學(xué)特性)，封裝襯底102的襯底層的熱學(xué)特性和幾何結(jié)構(gòu)，以及封裝襯底表面上用以熔化金屬化層(例如層104)和密封介質(zhì)(例如密封介質(zhì)層106)的所需溫度。例如，密封介質(zhì)106的熔化溫度，還有封裝襯底的表面上的所需溫度是從100到300℃，優(yōu)選為180℃或更高，或270℃或更高。加熱器被嵌入封裝襯底的表面之下，距該表面距離優(yōu)選從1毫米到10毫米，優(yōu)選約7毫米。在此示例中，封裝襯底是陶瓷。此時(shí)這兩個(gè)加熱器引線114間產(chǎn)生的電壓優(yōu)選從40到100伏，優(yōu)選約70伏。換言之，這一電壓導(dǎo)致加熱器產(chǎn)生熱量，此熱量使封裝襯底的表面溫度上升至密封介質(zhì)層的熔化溫度。結(jié)果，密封介質(zhì)被熔化并用于結(jié)合蓋襯底與封裝襯底。同時(shí)，在微反射鏡器件處的溫度遠(yuǎn)低于導(dǎo)致微反射鏡器件中的微反射鏡發(fā)生機(jī)械故障的溫度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在結(jié)合期間微反射鏡器件處的溫度優(yōu)選低于70℃。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，蓋襯底(110)也可具有一加熱器。蓋襯底中的加熱器可沿蓋襯底的表面邊緣形成，且嵌入于蓋襯底的該表面之下。這個(gè)蓋襯底中的加熱器可被用來結(jié)合蓋襯底和封裝襯底。且它在焊接金屬化介質(zhì)層(例如層108)和密封介質(zhì)層時(shí)是特別有用的。
為進(jìn)一步避免作用在被封裝微結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體器件上的熱效應(yīng)，可用一外部冷卻裝置如冷卻板來使來自封裝的熱量散失。例如，可將冷卻板附著到封裝襯底上。
本發(fā)明的封裝件具有多種應(yīng)用(例如微結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體，諸如LED和OLED之類的發(fā)光器件，諸如LCOS器件、LCD器件、等離子體器件、以及微反射鏡器件之類的光調(diào)制器，諸如CCD之類的光檢測器件等等)，其中一種應(yīng)用是顯示系統(tǒng)。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性微反射鏡陣列封裝件。微反射鏡陣列器件被結(jié)合在封裝件內(nèi)，以便保護(hù)。入射光能夠穿過蓋襯底并照射到微反射鏡陣列器件中的微反射鏡上。此封裝隨后便可用于各種實(shí)際應(yīng)用中，其中一種實(shí)際應(yīng)用就是顯示系統(tǒng)。
參考圖8a，其中示出了一個(gè)采用圖7中微反射鏡陣列器件封裝件的典型顯示系統(tǒng)。在其最基本的配置中，顯示系統(tǒng)包括光源144、光學(xué)器件(例如光管148、透鏡150和154)、色輪146、顯示目標(biāo)156、及使用圖7中的微反射鏡陣列器件封裝的空間光調(diào)制器152。光源(例如弧光燈)引導(dǎo)入射光穿過色輪和光學(xué)器件(例如光管和物鏡)而照射到空間光調(diào)制器上?？臻g光調(diào)制器選擇性地向光學(xué)器件154反射入射光，并在顯示目標(biāo)上產(chǎn)生圖像。該顯示系統(tǒng)能夠以許多方式工作，如那些在美國專利6,388,661以及在2003年1月10日提交的美國專利申請序列號(hào)10/340,162(均屬于Richards)中提出的方式，在此以引用方式將上述專利申請的主題并入本文。
參考圖8b，其為一方框圖，示出了一個(gè)采用三個(gè)空間光調(diào)制器的顯示系統(tǒng)，每個(gè)空間光調(diào)制器具有一個(gè)圖7中微反射鏡陣列器件封裝件，其中每個(gè)空間光調(diào)制器預(yù)定用于分別調(diào)制三原色(即紅、綠和藍(lán))光束。如圖所示，來自光源144的光158穿過濾光器175并且被分成三個(gè)原色光束，即紅光160、綠光162及藍(lán)光164。每種顏色的光束照射一個(gè)空間光調(diào)制器，并因此而被調(diào)制。具體地說，紅光160、綠光162及藍(lán)光164分別照射空間光調(diào)制器(SLM)166、168和170且被調(diào)制。調(diào)制紅光172、綠光174、及藍(lán)光176在光組合器194處被重新組合，從而形成調(diào)制的彩色圖像。組合彩色光178被導(dǎo)向(例如通過投影透鏡)到顯示目標(biāo)上，以便觀看。
參考圖9a，其中示出了微反射鏡陣列器件中的一個(gè)示例性微反射鏡器件。如圖所示，微反射鏡板204被附著到鉸鏈206。該鉸鏈?zhǔn)怯稍谝r底210上形成的支柱202來固定。借助此配置，微反射鏡板能夠在襯底上沿鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)。作為一個(gè)替換性特征，可形成兩個(gè)停止器以控制微反射鏡板的轉(zhuǎn)動(dòng)。襯底優(yōu)選是玻璃制成的。另一方面，襯底210可以是半導(dǎo)體晶片，在該半導(dǎo)體晶片上可構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)DRAM電路和電極。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，微反射鏡襯底可形成于能透射光的轉(zhuǎn)遷襯底(transfer substrate)上。具體地說，可在轉(zhuǎn)遷襯底上形成微反射鏡板，且隨后將微反射鏡襯底連同轉(zhuǎn)遷襯底附著到另一襯底如能透射光的襯底，其后除去轉(zhuǎn)遷襯底并使微反射鏡襯底圖案化從而形成微反射鏡。圖9b示出了一個(gè)微反射鏡陣列的一部分，該微反射鏡陣列包括多個(gè)圖9a中的微反射鏡器件。該陣列形成在上層襯底上，該上層襯底是由透光玻璃制成的。下層襯底優(yōu)選為半導(dǎo)體晶片，其上形成有電極與電路陣列，用于以靜電方式控制上層襯底中的微反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)。除了如上所述在不同的襯底上形成微反射鏡陣列和電極與電路陣列之外，也可在同一襯底上形成微反射鏡陣列和電極與電路陣列。
圖9a和圖9b示出了一個(gè)示例性微反射鏡器件，其具有帶曲折形邊緣的微反射鏡板。該微反射鏡板可具有任何所需形狀。另一示例性的微反射鏡器件示于圖10a中，其具有不同結(jié)構(gòu)。參考圖10a，微反射鏡板具有“鉆石或菱形(diamond)”形狀。鉸鏈被設(shè)置成平行但偏離微反射鏡板的一個(gè)對角線。值得指出的是，該鉸鏈結(jié)構(gòu)具有一個(gè)臂，該臂朝向微反射鏡板的一端延伸。整個(gè)鉸鏈結(jié)構(gòu)和鉸鏈形成于微反射鏡板的下方。這種結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如通過鉸鏈和鉸鏈結(jié)構(gòu)減少了入射光的折射。圖10b示出了一個(gè)示例性的微反射鏡陣列器件，其含有多個(gè)圖10a中的微反射鏡器件。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，本文已描述了一種對微結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體器件進(jìn)行封裝的、新穎有用的方法。然而鑒于可應(yīng)用本發(fā)明原理的許多可能的實(shí)施例，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，此處參照附圖所描述的實(shí)施例僅用于說明，而不應(yīng)被視為對發(fā)明范圍的限定。例如本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可對所述實(shí)施例的配置和細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。特別是在所述封裝襯底和蓋襯底所形成的空間中，可填充其它保護(hù)材料，例如惰性氣體。再例如，封裝襯底，以及蓋襯底和隔離物，可以是其它合適的材料，如二氧化硅、碳化硅、氮化硅、及玻璃陶瓷。再例如，其它合適的輔助性方法和部件也是可應(yīng)用的，例如在結(jié)合時(shí)用紅外輻射來焊接密封介質(zhì)層，以及用柱形物或其它結(jié)構(gòu)來對準(zhǔn)襯底。而且，其它所需材料，如抗靜摩擦材料(其優(yōu)選處于氣態(tài)以減小微反射鏡陣列器件中的微反射鏡的靜摩擦)，也可沉積在封裝內(nèi)部?？稍诮Y(jié)合蓋襯底與下層襯底之前沉積抗靜摩擦材料。若蓋襯底是透射可見光的玻璃，可將其與微反射鏡陣列器件和封裝襯底平行地放置。另一方面，蓋襯底可被設(shè)置成與微反射鏡陣列器件或封裝襯底形成一定角度。因此，本文所描述的發(fā)明考慮到了落入所附權(quán)利要求及其等效方案范圍內(nèi)的所有此類實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種封裝電子器件的方法，包括在兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的空腔內(nèi)，將發(fā)射、調(diào)制或檢測可見光的所述電子器件附著到一支撐表面上，其中一個(gè)襯底的至少一部分可透射可見光；在所述兩個(gè)襯底中至少一個(gè)襯底的一個(gè)表面上沉積金屬化材料，以使該表面金屬化；在所述兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的一個(gè)表面上沉積氣密密封材料，其中所述氣密密封材料是在等于或高于190℃的焊接溫度被焊接的；以及對所述兩個(gè)襯底進(jìn)行結(jié)合和氣密密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述密封材料所具有的熔化溫度為150℃或更高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述密封材料所具有的熔化溫度為180℃或更高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述密封介質(zhì)包含錫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述密封介質(zhì)包含鉛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述電子器件附著到所述支撐表面上的步驟進(jìn)一步包括將LED器件附著到所述支撐表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述電子器件附著到所述支撐表面上的步驟進(jìn)一步包括將OLED器件附著到所述支撐表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述電子器件附著到所述支撐表面上的步驟進(jìn)一步包括將CCD器件附著到所述支撐表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述電子器件附著到所述支撐表面上的步驟進(jìn)一步包括將LCD器件附著到所述支撐表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述電子器件附著到所述支撐表面上的步驟進(jìn)一步包括將LCOS器件附著到所述支撐表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述電子器件附著到所述支撐表面上的步驟進(jìn)一步包括將微反射鏡陣列器件附著到所述支撐表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積氣密密封材料的步驟進(jìn)一步包括在所述襯底的所述表面上沉積焊接材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述沉積氣密密封材料的步驟進(jìn)一步包括在所述襯底的所述表面上沉積玻璃料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中沉積所述焊接材料的步驟進(jìn)一步包括在所述表面上沉積一個(gè)BiSnx層。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中沉積所述焊接材料的步驟進(jìn)一步包括在所述表面上沉積一個(gè)AuSnx層。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中沉積所述焊接材料的步驟進(jìn)一步包括沉積焊接溫度等于或高于180℃的焊接材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置所述兩個(gè)襯底，其中所述兩個(gè)襯底中的一個(gè)為平面形的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置所述兩個(gè)襯底，其中所述平面形的襯底是透光玻璃。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置所述兩個(gè)襯底，其中具有所述空腔的襯底是陶瓷的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述陶瓷是氧化鋁。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬化層為多層結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括由不同金屬化材料制成的至少兩個(gè)金屬化層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述金屬化層包括一個(gè)金層及一個(gè)鎳層。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括沿另一所述襯底的表面的周邊沉積另一金屬化層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述另一金屬化層為多層結(jié)構(gòu)，其包括由不同金屬化材料制成的至少兩層。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括在所述透光襯底的一個(gè)表面上沉積一個(gè)光吸收框架。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述光吸收框架是由早期過渡金屬氧化物或早期過渡金屬構(gòu)成的。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述早期過渡金屬是鉻。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述早期過渡金屬氧化物是氧化鉻。
29，根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述透光襯底還具有一個(gè)表面，該表面上覆蓋有一個(gè)抗反射層。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述抗反射層并不全部覆蓋其上設(shè)置有抗反射層的表面。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中未被所述抗反射層覆蓋的那部分表面上設(shè)置有一個(gè)金屬化層。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括環(huán)繞具有所述空腔的襯底的一個(gè)表面的周邊，形成一個(gè)加熱器。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述加熱器被置于具有所述空腔的襯底的所述表面的下方。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括環(huán)繞所述另一襯底的一個(gè)表面的周邊，形成另一加熱器。
35.一種用于封裝MEMS器件的方法，包括在第一襯底和第二襯底上沉積由Ti、Cr、TiOx或CrOx制成的第一層；Ni或Pt制成的第二層；以及金制成的第三層；用焊接材料將所述第一和第二襯底結(jié)合在一起，該焊接材料是在焊接溫度至少為180℃被焊接的。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括在所述結(jié)合步驟之前，沉積一個(gè)由Ni或Pt制層的附加層，繼之以一個(gè)由金制成的附加層。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述焊料是BiSnx或AuSnx。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第二層是Ni。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一層是Cr。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中在沉積由Ni或Pt制成的所述層之前，由Cr制成的所述層被氧化成CrOx。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一層是CrOx。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述MEMS器件是基于微反射鏡陣列的空間光調(diào)制器
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述微反射鏡陣列中的微反射鏡是基本正方形的。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述微反射鏡陣列的微反射鏡具有鉸鏈和反射鏡板，且其中所述鉸鏈被置于一個(gè)不同于所述反射鏡板的板中。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述微反射鏡是二元反射鏡，并且是以脈寬調(diào)制技術(shù)操作的。
46.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述微反射鏡包括一個(gè)有機(jī)的、或有機(jī)-無機(jī)混合的抗靜摩擦鍍層。
47.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一襯底是玻璃或石英。
48.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一襯底是平面形襯底。
49.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第二襯底是陶瓷襯底。
50.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第二襯底具有一個(gè)空腔，在結(jié)合之后，所述MEMS器件被置于所述空腔中。
51.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述由CrOx制成的層是以不透明框架的形式沉積在玻璃襯底上的，該框架具有矩形形狀。
52.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述MEMS器件是一個(gè)微反射鏡陣列，該微反射鏡陣列的長邊不平行于所述由CrOx制成的矩形框架的側(cè)邊。
53.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述MEMS器件是由至少1百萬個(gè)微反射鏡構(gòu)成的陣列。
54.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述結(jié)合步驟是在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行的。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其中所述環(huán)境是惰性氣體和抗靜摩擦有機(jī)蒸氣。
56.一種用于封裝電子器件的方法，該電子器件發(fā)射、調(diào)制或檢測可見光，所述方法包括在第一襯底和第二襯底上沉積一個(gè)CrOx層，或一個(gè)Cr層并且隨后將所述Cr層氧化成CrOx；一個(gè)Ni或Pt層；以及一個(gè)金層；且用氣密密封材料將所述第一和第二襯底結(jié)合在一起。
57.一種微機(jī)電器件的封裝件，包括至少兩個(gè)襯底，其中至少一個(gè)襯底具有一個(gè)容納所述微機(jī)電器件的空腔；其中所述兩個(gè)襯底是利用它們之間的至多一個(gè)氣密密封層結(jié)合在一起并進(jìn)行氣密密封的。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的封裝件，其中所述氣密密封材料是金屬焊料。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的封裝件，其中所述氣密密封材料是玻璃料。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的封裝件，其中所述焊料包括BiSnx。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的封裝件，其中所述焊料包括AuSnx。
62.根據(jù)權(quán)利要求58所述的封裝件，其中所述焊料的焊接溫度等于或高于180℃。
63.根據(jù)權(quán)利要求57所述的封裝件，其中所述兩個(gè)襯底中的一個(gè)為平面形。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的封裝件，其中所述平面形襯底是透光玻璃。
65.根據(jù)權(quán)利要求57所述的封裝件，其中具有所述空腔的所述襯底是陶瓷。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的封裝件，其中所述陶瓷是氧化鋁。
67.根據(jù)權(quán)利要求57所述的封裝件，進(jìn)一步包括一個(gè)金屬化層，其沿所述兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的一個(gè)表面的周邊設(shè)置，所述表面面向另一所述襯底。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的封裝件，其中所述金屬化層為多層結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括由不同金屬化材料制成的至少兩個(gè)金屬化層。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的封裝件，其中所述金屬化層包括一個(gè)金層及一個(gè)鎳層。
70.根據(jù)權(quán)利要求67所述的封裝件，進(jìn)一步包括沿所述另一襯底的一個(gè)表面的周邊設(shè)置的另一金屬化層。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的封裝件，其中所述另一金屬化層為多層結(jié)構(gòu)，其包括由不同金屬化材料制成的至少兩層。
72.根據(jù)權(quán)利要求64所述的封裝件，其中所述透光襯底進(jìn)一步包括一個(gè)光吸收框架，其位于所述透光襯底的一個(gè)表面上。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的封裝件，其中所述光吸收框架是由早期過渡金屬氧化物或早期過渡金屬構(gòu)成的。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的封裝件，其中所述早期過渡金屬是鉻。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的封裝件，其中所述早期過渡金屬氧化物是氧化鉻。
76.根據(jù)權(quán)利要求64所述的封裝件，其中所述透光襯底還具有一個(gè)表面，該表面上覆蓋有一個(gè)抗反射層。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的封裝件，其中所述抗反射層并不全部覆蓋其上設(shè)置有抗反射層的表面。
78.根據(jù)權(quán)利要求77所述的封裝件，其中未被所述抗反射層覆蓋的那部分表面上設(shè)置有一個(gè)金屬化層。
79.根據(jù)權(quán)利要求57所述的封裝件，進(jìn)一步包括一個(gè)加熱器，其環(huán)繞具有所述空腔的襯底的一個(gè)表面的周邊布置。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的封裝件，其中所述加熱器被置于具有所述空腔的襯底的所述表面的下方。
81.根據(jù)權(quán)利要求79所述的封裝件，進(jìn)一步包括另一加熱器，其環(huán)繞另一所述襯底的一個(gè)表面的周邊布置。
82.一種微機(jī)電器件的封裝件，包括至少兩個(gè)襯底，其中至少一個(gè)襯底具有一個(gè)容納所述微機(jī)電器件的空腔；其中所述兩個(gè)襯底是利用它們之間的至多一個(gè)氣密密封層結(jié)合在一起并進(jìn)行氣密密封的，其中密封層是金屬焊料或玻璃料。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的封裝件，其中所述半導(dǎo)體器件是一個(gè)微反射鏡陣列器件。
84.一種封裝半導(dǎo)體器件的方法，包括在兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的空腔內(nèi)，將所述微反射鏡陣列器件附著到一個(gè)支撐表面上，其中所述兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的至少一部分可透射可見光；在所述兩個(gè)襯底中至少一個(gè)襯底的一個(gè)表面上沉積金屬化材料，以使該表面金屬化；在所述兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的一個(gè)表面上沉積氣密密封材料，其中所述氣密密封材料的焊接溫度等于或高于180℃；且對所述兩個(gè)襯底進(jìn)行結(jié)合和氣密密封。
85.一種封裝半導(dǎo)體器件的方法，包括在第一襯底和第二襯底上沉積由Ti或TiOx制成的第一層；Ni或Pt制成的第二層；以及金制成的第三層；用焊接材料將所述第一和第二襯底結(jié)合在一起，該焊接材料的焊接溫度至少為180℃。
86.一種封裝件，包括至少兩個(gè)襯底，其中一個(gè)襯底包括一個(gè)具有支撐表面的空腔，該支撐表面上放置有電子器件，而另一襯底的至少一部分可透射可見光；處于所述兩個(gè)襯底中至少一個(gè)襯底的一個(gè)表面上的金屬化材料，用于使該表面金屬化；處于所述兩個(gè)襯底中一個(gè)襯底的一個(gè)表面上的氣密密封材料，其中所述氣密密封材料的熔化溫度為160℃或更高。
87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的封裝件，其中所述密封材料的熔化溫度為180℃或更高。
88.根據(jù)權(quán)利要求86所述的封裝件，其中所述密封材料包含錫。
89.根據(jù)權(quán)利要求86所述的封裝件，其中所述密封材料包含鉛。
90.根據(jù)權(quán)利要求86所述的封裝件，其中所述電子器件是空間光調(diào)制器。
91.根據(jù)權(quán)利要求90所述的封裝件，其中所述空間光調(diào)制器包括微反射鏡陣列。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種封裝電子器件(例如接收或發(fā)送電子信號(hào)的任何器件)的新方法，上述電子器件包括微機(jī)電器件、半導(dǎo)體器件、發(fā)光器件、光調(diào)制器件及光檢測器件。電子器件被置于兩個(gè)襯底之間，其中的至少一個(gè)襯底具有一個(gè)用于容納所述電子器件的空腔。隨后，兩個(gè)襯底被結(jié)合在一起，并用密封介質(zhì)對它們進(jìn)行氣密密封。密封介質(zhì)對襯底的粘附力，特別是當(dāng)兩個(gè)襯底中的一個(gè)為陶瓷時(shí)，可通過對該襯底的表面施加一個(gè)金屬化層而得到改善。
文檔編號(hào)H01L23/10GK1806339SQ200480016667
公開日2006年7月19日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
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