[发明专利]一种微器件的真空封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微器件的封装方法，尤其是涉及一种采用微流道激光局部加热技术的微电子机械(MEMS)器件真空封装方法，可用于封装谐振式压力传感器、微陀螺仪等需要工作在高气密真空环境下的微小器件。

背景技术

MEMS技术主要用来制作微传感器、微电子、微制动器和微结构等。经过多年的发展，MEMS器件的设计与制造技术已经相当成熟，但是很多芯片仍未作为产品得到实际应用，其主要原因是未解决封装问题。MEMS真空封装是一种采用密封腔体提供高气密真空环境的封装技术，真空封装使MEMS器件的可动部分工作于真空环境下，大大的提高了MEMS器件的品质因数。如MEMS谐振器，在大气环境下的品质因数约为20～40，但当它工作在10^-5Pa的真空环境时，其品质因数可高达5000。随着MEMS技术的发展，越来越多的MEMS器件需要真空封装，如一些电子、机械以及光学传感器，包括微谐振器、微陀螺仪、薄膜压力传感器、射频MEMS元件、真空场发射器以及一些光学MEMS器件等。

MEMS器件的真空封装可以分为器件级和圆片级。所谓器件级真空封装，是指先将单个的芯片从硅圆片上分离出来，然后依次完成封装工序。如Druck公司的RPT200谐振式压力传感器采用玻璃管实现谐振子结构的真空封装，主要采用玻璃浆料键合工艺。晶圆级的真空封装是指以硅圆片为单位进行封装操作，芯片与封装之间的连接等所有封装工序全部以硅圆片为单位进行操作，与单个芯片封装相比，大大节省了封装的成本，并且芯片不受后道工序的影响，如划片等。目前常用的晶圆级真空封装技术包括硅硅直接键合、阳极键合和金硅共晶键合等。其中，硅硅直接键合对表面质量要求较高，需要高温退火以增加键合强度，容易破坏器件中的金属等结构；阳极键合主要应用于玻璃与硅、碳化硅等材料的键合，对衬底的依赖性较强；金硅共晶键合利用金硅共熔点低的特点将金作为中间层实现硅与硅的键合，只能封装硅材料，而且对键合界面要求比较高，必须首先去除SiO₂。以上三种键合方法可以应用在圆片级封装，但是很难引出器件所需要的电极，不利于后续的器件测试。玻璃浆料键合可以应用于圆片级封装，可以封装大部分材料，对表面质量要求也不高，但采用玻璃浆料直接封装，有机溶剂很容易残留在封装腔体内，从而影响器件的长期稳定性。目前，MEMS器件的器件级封装技术相对成熟，通常采用陶瓷外壳和金属外壳对单个器件进行封装，封装过程相对复杂，耗费时间长，封装成本占整个器件成本的50％～80％。Druck公司采用玻璃管对压力传感器进行真空封装，玻璃管长度在1cm以上，造成封装后的器件体积严重增加，而且需要火焰融合玻璃、器件支撑夹具等大型设备，且对单个器件逐一封装，严重降低了封装效率。

中国专利CN1561944公开一种可体内降解高分子材料微器件真空热融封装方法，首先采用准LIGA技术的厚胶紫外光刻微制造工艺制作带有凸台的微阵列结构的PDMS微器件模具，再用PDMS微器件模具建立带有凹槽的微阵列结构的可体内降解高分子材料微器件；将药物放入可体内降解高分子材料微器件的凹槽内，根据微器件的结构尺寸，制作封装垫板，将制成的可体内降解高分子材料微器件放入封装垫板中，连同垫板一并放入真空恒温槽中使真空度达到-0.1MPa；对真空恒温槽加温至40～45℃，保温25～35min，在真空干燥箱干燥即可。本发明利用高分子材料分子自身的扩散特性，经加温后，接触表面分子相互扩散，使接触面自身相互融合，达到密封目的，可防止封装中添加辅助材料所带来的不良影响。

中国专利CN101905855A公开一种晶片级微器件的封装方法。该方法包括：在第一硅晶片的顶面上制备微器件；在第一硅晶片的顶面上沉积第一遮蔽碳膜层，覆盖微器件；通过第一遮蔽碳膜层来支撑第一硅晶片的顶面，由此从第一硅晶片的底面来完成晶片背面制备工艺；通过与碳进行选择性气体反应将第一遮蔽碳膜层移除；将封装晶片封装在第一硅晶片的顶面。本发明通过化学方法沉积和移除第一遮蔽碳膜层，从而在进行晶片背面制备工艺时对晶片顶面的微器件进行保护，避免了机械损伤和背面制备工艺带来的化学污染。对晶片顶面的保护无需在进行晶片背面制备工艺之前就使用封装晶片进行封装，使得在随后的晶片背面制备工艺过程中转移的晶片很轻薄，转移操作便捷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS器件的晶圆级或器件级真空封装方法及其工艺，进一步降低MEMS器件真空封装的成本。