CN101704497B - Mems圆片级气密封装的单腐蚀槽结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MEMS圆片级气密封装的单腐蚀槽结构及方法，其特征在于在硅盖板上，在玻璃浆料密封环落入的区域内有一条环状的腐蚀槽。所述的环状腐蚀槽的宽度为玻璃浆料密封环宽度的1.3-1.5倍。所述腐蚀槽的深度为8-12μm。所述的封装方法是先在丝网印刷前，硅盖板上用刻蚀工艺刻蚀出环状的腐蚀槽阵列，然后丝网印刷机定位印刷到硅盖板的单腐蚀槽内，然后与带有MEMS器件阵列的硅片实现键合。由于单腐蚀槽的结构严格限制了玻璃浆料的键合尺寸，因而大大提高气密封装的成品率。

Description

MEMS圆片级气密封装的单腐蚀槽结构及方法
技术领域
本发明涉及一种可实现玻璃浆料在MEMS圆片级气密封装的单腐蚀槽结构及方法，更确切地说涉及一种可使低温玻璃浆料用于微机电系统(MEMS)器件气密封装的单腐蚀槽结构及方法，属于MEMS器件封装领域。
背景技术
MEMS(microelectromechanical system)是指采用微细加工技术制作的、集微型传感器、微型构件、微型执行器、信号处理、控制电路等于一体的系统。MEMS器件在许多领域都有十分广阔的应用前景。然而，在MEMS器件中，含有可动部件，这些可动部件很脆弱，极易受到划片和装配过程中的灰尘、气流、湿度、机械等因素的影响，从而造成器件的毁坏或器件的整体性能的下降，因此，必须采用气密封装措施，保护这些关键部位。
为了实现MEMS器件的气密封装，人们提出了多种MEMS器件气密封装的结构和方法，其基本思想是将一个带腔体的盖板键合到另一个含MEMS器件晶片上，从而保护MEMS器件的可动部件。目前，MEMS器件气密封装的键合方法主要有：硅玻璃阳极键合、硅硅熔融键合、玻璃直接键合、有机粘结剂键合和低温玻璃浆料键合等。其中，硅玻璃阳极键合、硅硅熔融键合和玻璃直接键合工艺常需要在较高的温度下才能够实现，如硅玻璃阳极键合温度为450℃，硅硅熔融键合温度高达1000℃，这样高的温度对要求低应力气密封装的MEMS器件是不适宜的，硅玻璃阳极键合、硅硅熔融键合要求键合的表面平整而光滑，表面上任何微小的机械划痕将会产生漏气，并影响气密特性。有机粘结剂可实现在较低的温度下气密封装MEMS器件，但在键合的过程中要释放一些溶剂和小分子气体，很难获得很好的气密性。
低温玻璃浆料键合实现在较低的温度下气密封装MEMS器件，通常使用印刷的方法将玻璃浆料印刷在盖板上形成玻璃浆料密封环，与带有MEMS器件的硅片对准，使玻璃浆料处于MEMS器件的周边。在键合过程中，玻璃浆料熔化，在键合压力的作用下向两侧延展。显然，难以控制键合后的玻璃浆料宽度，极易发生玻璃浆料流到MEMS器件的凹槽处，冷却后浆料就会牢牢固定MEMS器件可动部件，造成MEMS器件功能失效。所以能否提供一种结构，以方便地利用低温玻璃浆料实现带有MEMS器件圆片级气密封装，从而引导出本发明的目的。
发明内容
为了保证圆片级封装的键合质量，必须严格控制键合后的玻璃浆料的宽度，避免键合后的玻璃浆料接触到MEMS器件，本发明提供一种实现玻璃浆料圆片级气密封装MEMS器件的单腐蚀槽结构及方法。该构造能够在较低温度下实现MEMS器件圆片级气密封装，不仅能够有效地控制键合后的玻璃浆料宽度，而且提高MEMS器件圆片级封装的成品率。
所述的MEMS圆片级气密封装的单腐蚀槽是指在硅盖板上，在玻璃浆料密封环落入的区域有一条密封环状的腐蚀槽，玻璃浆料经丝网印刷后落入到该腐蚀槽内，形成密封环；
硅盖板上的玻璃浆料密封环与MEMS器件阵列相对应，经对位和键合，MEMS器件阵列是通过Al金属引线穿过玻璃浆料键合层，可以实现外部与MEMS器件的电连接；
键合时玻璃浆料填满于腐蚀槽内，由于腐蚀槽侧壁的阻挡，限制了玻璃浆料向两侧延展，有效控制了玻璃浆料键合后的宽度。
所述的硅盖板的腐蚀槽的宽度为玻璃浆料密封环宽度的1.3～1.5倍、密封环状腐蚀槽的深度为8～12μm。
所述的硅盖板上的腐蚀槽的中心与玻璃浆料密封环位置的中心相重合。
本发明提出的圆片级气密封装的工艺步骤是：①在进行丝网印刷前，在硅盖板上玻璃浆料密封环落入的区域刻蚀密封环状的腐蚀槽阵列；②通过丝网印刷机的定位印刷将玻璃浆料密封环精确地印刷到硅盖板上的腐蚀槽内，与带有MEMS器件阵列的硅片键合，形成封装腔体。在与带有MEMS器件阵列的硅片进行键合时，处于熔融状态的玻璃浆料密封环受到键合压力的作用向两侧延展，且由于浆料处于熔融状态而具有流动性，在浆料延展的过程中会被腐蚀槽阻挡，其宽度延展受到限制，可以有效地控制玻璃浆料的键合宽度。
本实用新型的有益效果：能够在较低温度下实现MEMS器件圆片级气密封装，不仅能够有效地控制键合后的玻璃浆料宽度，而且提高MEMS器件圆片级封装的成品率。
附图说明
图1为带有MEMS器件阵列的硅片俯视图。
图2是未带有腐蚀槽的玻璃浆料密封环阵列的硅盖板俯视图。
图3是带有腐蚀槽阵列的硅盖板俯视图。
图4是带有腐蚀槽的盖板上经丝网印刷后玻璃浆料密封环的截面构造图。
图5是带有MEMS器件阵列的硅片与盖板玻璃浆料密封环键合后的封装单元的截面结构图。
图中，101硅片；102MEMS器件阵列；103金属引线；201硅盖板；202玻璃浆料密封环；301密封环状腐蚀槽。
具体实施方式
为了能使本发明的优点和积极效果得到充分体现，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但决非限制本发明。
首先，在硅片101上，MEMS器件102是用半导体工艺制作的，Al金属引线103与MEMS器件形成电连接。(图1)
在图2中，硅盖板201上，玻璃浆料密封环202通过丝网印刷工艺印刷得到，与MEMS器件102是相互对应的。
在图3中，事先在硅盖板201玻璃浆料印刷落入区域，采用刻蚀技术制作一条深度为的8～12μm密封环状腐蚀槽301，该槽的宽度为玻璃浆料宽度1.3～1.5倍。
丝网印刷机将玻璃浆料密封环202印刷至硅盖板201的指定位置，玻璃浆料落入到环状的腐蚀槽301内。(图4)
带有MEMS器件的硅片101与硅盖板201对准键合，玻璃浆料密封环202在键合压力的作用下向两边延展的过程中，由于浆料处于熔融状态而具有流动性，但被环状腐蚀槽301阻挡，进而填满于腐蚀槽，从而有效地控制玻璃浆料键合后的宽度。此外，Al金属引线103穿过玻璃浆料键合层，实现了封装腔体内部的MEMS器件与外部的电连接。

Claims (2)

1.MEMS圆片级气密封装的方法，其特征在于封装的工艺步骤是：
a)在进行丝网印刷前，硅盖板上玻璃浆料密封环落入的区域内，用刻蚀工艺刻蚀出环状的腐蚀槽阵列；
b)通过丝网印刷机的定位印刷，将玻璃浆料密封环印刷到硅盖板的单腐蚀槽内，与带有MEMS器件阵列的硅盖板键合，从而形成气密封装腔体。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于封装腔体内的MEMS器件阵列与外部的电连接是由穿过玻璃浆料键合层的Al金属引线实现的。
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