CN104192790A - 一种mems器件热应力隔离结构 - Google Patents

一种mems器件热应力隔离结构 Download PDF

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王文婧
郭群英
黄斌
王鹏
陈博
陈璞
何凯旋
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Abstract

一种MEMS器件热应力隔离结构，a、隔热结构体（1）四角分别设有一个凸起的键合面（3），隔热结构体（1）中部形成贯通的空腔（2），空腔中设有纵横交错并且贯通的散热槽（1b）；b、隔热结构体（1）四角的键合面（3）通过硅硅键合工艺与MEMS器件的衬底（4）连接，隔热结构体的空腔（2）与MEMS器件中的可动结构（6）对应配合。本发明的优点在于：该热隔离结构简单、易于加工，制作完成后直接与器件层键合即可，大大提高了封装产品的可靠性和器件性能。在封装中，与直接贴片到管壳底部相比，MEMS器件底面键合热隔离结构再贴到管壳底部封装热应力可大大减小。

Description

一种MEMS器件热应力隔离结构
技术领域
本发明涉及MEMS器件结构领域，特别涉及一种实现MEMS热应力隔离结构。
背景技术
面对芯片尺寸越来越小、集成难度越来越高、圆片尺寸越来越大的发展趋势，高精度的MEMS器件优势愈发明显。热应力对MEMS器件的力学性能、可靠性和寿命都有较大影响。热应力广泛存在与封装和多层器件中。封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一，热应力主要来自贴片工艺和键合工艺中，前者中基板的热膨胀系数和贴片胶的弹性模量、热膨胀系数及厚度是封装热应力的主要因素，后者中基板和键合温度主要影响到热应力的大小。热应力也是MEMS器件多层结构界面裂纹疲劳扩展的主要原因之一，在热应力的作用下裂纹易沿界面方向扩展；温度幅值升高，裂纹疲劳扩展速率呈指数关系增大，最终导致分层失效；通过对热应力的影响进行仿真分析、实验验证，结果表明热应力隔离结构可以大大降低温度对器件性能的影响。
在现有技术中，由于热传导带来的应力对器件性能造成了很大的影响，器件性能普遍低下。已有的相关专利都是在器件层结合敏感部位制作热隔离结构的方法，且制作工艺较为复杂。
发明内容
本发明的目的就是为了解决热应力对MEMS器件的不利影响，提出的一种实现MEMS热应力隔离结构，将热应力隔离结构与MEMS器件结构层进行键合从而实现提高MEMS器件性能的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种MEMS器件热应力隔离结构，包括MEMS器件，其特征在于：
a、制作一个与MEMS器件配合的隔热结构体，隔热结构体四角处是凸起的键合面，隔热结构体中部形成贯通的空腔，空腔中设有纵横交错并且贯通的散热槽；
b、隔热结构体四角的键合面通过硅硅键合工艺与MEMS器件的衬底连接，隔热结构体的空腔与MEMS器件中的可动结构对应配合。
本发明中独立制作完隔热结构后，根据其背面的对准标记，与器件层硅硅键合，最终实现器件降低热应力的目的。
本发明的优点在于：在不需要改变器件结构的情况下，通过添加一个独立的隔离结构来达到有效降低热应力、提高器件性能的效果；且该热隔离结构简单、易于加工，制作完成后直接与器件层键合即可，大大提高了封装产品的可靠性和器件性能。在封装中，与直接贴片到管壳底部相比，MEMS器件底面键合热隔离结构再贴到管壳底部封装热应力可大大减小。
附图说明
图1—图4为本发明的热应力隔离结构（即隔热结构）制作流程图；
图5是本发明的结构剖视图。
具体实施方式
如图1、图2所示，在清洁后的双抛硅片1上进行正面光刻、刻蚀制作贯通的空腔2，四个角为键合面3。空腔2的位置对应MEMS器件层的可动部件；同时，为了减小热传递键合面，只在硅片1的四个拐角分别设置了凸起的键合面3，尽量减小键合面积，在确保器件可靠性的同时又减少了热传递。
如图3、图4所示，在空腔处继续光刻、刻蚀制作纵横交错并且贯通的散热槽1b，以保证MEMS器件的热量在垂直传递过程中横向消散，大大减小热传递。
如图5所示，隔热结构体1制作完成后与MEMS器件结构键合，隔热结构体的空腔2的位置对应MEMS器件中可动结构6的位置，完成了器件的热隔离处理。具体是利用双面对准键合夹具，将隔热结构的正面与MEMS器件层的背面（衬底4）进行键合。1是隔热结构体，2是空腔，3是隔热结构与MEMS器件层键合面，4是MEMS器件结构衬底，5是MEMS器件的埋氧层，6是MEMS器件的可动结构，7是MEMS器件的盖帽。

Claims (1)

1.一种MEMS器件热应力隔离结构，包括MEMS器件，其特征在于：
a、设置一个与MEMS器件配合的隔热结构体（1），隔热结构体（1）四角分别设有一个凸起的键合面（3），隔热结构体（1）中部形成贯通的空腔（2），空腔中设有贯通的散热槽（1b）；
b、隔热结构体（1）四角的键合面（3）通过硅硅键合工艺与MEMS器件的衬底（4）连接，隔热结构体的空腔（2）与MEMS器件中的可动结构（6）对应配合。
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