CN104555904A - 基于bcb转印工艺实现mems器件圆片级封装的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法。本发明采用先在辅助圆片上涂覆BCB胶，然后将带有三维结构的圆片与辅助片放在一起，进行BCB胶转印，之后去掉转印完的辅助片，并对结构片上的BCB胶进行处理，最后将带有BCB胶的结构片，与器件圆片放入键合机中进行对准并键合。本发明采用BCB胶作粘附剂，键合温度低，热应力小，工艺实现方便；采用转印工艺，可以实现复杂结构的顶盖与器件圆片直接进行BCB键合；选用合适的BCB预处理条件，完成BCB部分聚合化，能有效降低BCB的形变，避免BCB粘附到器件上。

Description

基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法

技术领域：

本发明属于微机电系统(MEMS)加工工艺领域，特别应用于MEMS圆片级封装工艺领域，具体涉及一种基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法。

背景技术：

由于MEMS器件具有感应外界信号的可动部件，以及长时间接触复杂的工作环境，所以MEMS器件的封装很重要。近年来，圆片级封装已成为MEMS技术发展和实际应用的关键技术。圆片级封装既能满足器件所要求的内部环境，又可以提高器件的性能，同时可以对器件内部环境进行调整，减少器件尺寸和降低封装成本。随着半导体技术向系统化、集成化的发展，圆片级气密性封装技术成为MEMS领域研究和探索的重要技术之一。

圆片级键合主要使用的技术包括硅-硅直接键合，阳极键合，共晶键合，玻璃粉键合及粘附剂键合。而粘附剂键合因为其键合温度低，键合强度高，对圆片表面平坦度要求低等优点，在MEMS器件封装获得越来越多的关注。

苯并环丁烯(Benzo-Cyclo-Butene，BCB)是一种目前常用于圆片级键合的有机粘结材料。BCB具有低的介电常数、低介电损耗，出色的热学、化学和力学稳定性，用于圆片级键合时，其优点如下：(1)与集成电路工艺兼容性好；(2)相对较低的键合温度(250℃)；(3)键合过程中不需催化剂、不产生副产品；(4)良好的粘结性能，几乎可以实现任何晶片间键合；(5)对晶片表面平整度要求不高。因此在微加速度冲击开关中，结构片与顶盖的粘结将采用BCB键合工艺。

对于简单结构的顶盖而言，采用一般的BCB键合工艺能够实现圆片级封装，不仅保护内部MEMS器件，还可以起到防水和限位作用。然而对于一些复杂结构的顶盖，除了凹槽，还有一些引线孔等其他结构，很难在上面涂覆BCB胶并对其进行光刻和图形化处理，这时一般的BCB键合工艺没法实现。

发明内容：

针对现有BCB键合技术中存在的问题，本发明提供一种基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法，利用BCB转印工艺的优点，实现复杂结构的顶盖与衬底圆片的键合。

本发明的目的在于提供一种：基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法。

本发明的技术方案是：

1)在辅助圆片上涂覆BCB胶。

2)将带有三维结构的圆片与辅助片放在一起，进行BCB胶转印。

3)从结构片上去掉转印完的辅助片，然后对结构片上的BCB胶进行处理。

4)将转印完的带有BCB胶的结构片，与设置有MEMS器件的圆片放入键合机中进行对准并键合。

其中，在步骤1)中，光敏或非光敏BCB胶涂覆在辅助圆片上，之后预处理一段时间。一般，辅助圆片可以是PI或PDMS薄片。

在步骤2)中，将具有三维结构的圆片压在辅助圆片上，并保持一段时间。因为BCB在两个圆片表面的粘附力不同，BCB将保形性的沿着结构片的突出面边缘转印到突出面上。

在步骤3)中，从结构片上剥离辅助片，结构片突出面上将覆盖BCB，腔槽底部没有BCB，实现BCB的转印。然后对结构片上BCB曝光或前烘，进行预固化，以便进行双面对准操作。

在步骤4)中，结构片和设置有MEMS器件的圆片进行双面对准和热压键合。键合机腔室可以设置一定的真空度，或者进行非真空的键合。

与现有的技术相比，本发明的优点是：

本发明实现了一种复杂的顶盖与衬底进行BCB键合的工艺方法——转印工艺。先采用传统加工工艺实现复杂的顶盖结构，与此同时将BCB胶涂覆到辅助片上，然后将顶盖与压到辅助片上，通过转印工艺，将BCB胶转印到顶盖上，然后经过预处理。最终将带有BCB胶的顶盖圆片与有MEMS器件的器件圆片进行对准键合。本发明采用BCB胶作粘附剂，键合温度低，热应力小，工艺实现方便，具有与集成电路兼容的特性；采用转印工艺，可以将带有贯穿孔、微空腔等复杂三维结构的顶盖与带有的结构的圆片直接进行BCB键合，这是实现带有复杂结构的顶盖与带有精细结构的结构片进行BCB键合的唯一方法。通过选用合适的BCB胶预处理条件，完成BCB胶的部分聚合化，从而能有效降低BCB胶的形变，避免BCB胶流入腔体和粘附在MEMS器件上。

附图说明：

图1为本发明的基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法的一个实施例的示意图。

图2为本发明的基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式：

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明的基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法封装的一个实施例的示意图，包括：顶盖晶片1、BCB胶2、器件晶片3、MEMS器件4、微空腔5和引线孔6。MEMS器件4设置在器件晶片3；引线孔6设置在顶盖晶片1；微空腔5与MEMS器件4相对应，置在顶盖晶片1内；器件晶片3与顶盖晶片1通过BCB胶2粘附在一起；顶盖晶片1采用单晶硅。

如图2所示，本实施例的基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法，包括以下步骤：

1)涂覆BCB胶：此时器件晶片3上的MEMS器件4已经完成，如图2(a)所示。此时顶盖晶片1上的微空腔5和引线孔6已经完成，如图2(b)所示。辅助晶片选用玻璃晶片7，在玻璃晶片7的正面，根据所需BCB胶2的厚度，1～20μm，调整转速，旋涂BCB胶2，之后常温放置10min，如图2(c)所示。

2)BCB胶转印：将顶盖晶片1与玻璃晶片7压在一起。施加在顶盖晶片1和玻璃晶片7上的压力大约为0.15MPa，持续240s。如图2(d)所示。

3)去辅助片：采用小刀将顶盖晶片1与玻璃晶片7分开，此时BCB胶2转移到顶盖晶片1，之后放入氮气烘箱进行软烘，软烘温度在180℃之间，时间为30min，完成BCB胶2的部分聚合化，如图2(e)所示。

4)BCB键合：将转印完的带有BCB胶2的顶盖晶片1倒扣过来，先采用光刻机进行对准，之后在键合机中将顶盖晶片1与带有MEMS器件4的器件晶片3进行BCB键合，控制键合条件为键合温度250C，维持60分钟，确保BCB胶完全聚合化，同时需要施加750mbar的键合压力和保持腔室高真空度(1e-4mbar)，完成键合，如图2(f)所示。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种基于BCB转印工艺实现MEMS器件圆片级封装的方法，其特征在于，所述制作方法至少包含以下步骤：

1)在辅助圆片上涂覆BCB胶。

2)将带有三维结构的圆片与辅助片放在一起，进行BCB胶转印。

3)从结构片上去掉转印完的辅助片，然后对结构片上的BCB胶进行处理。

4)将转印完的带有BCB胶的结构片，与设置有MEMS器件的圆片放入键合机中进行对准并键合。

2.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于：在步骤1)中，选用合适的辅助片，然后采用一定方法将BCB胶涂覆在辅助片上，再对BCB胶进行预处理。

3.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于：在步骤2)中，将结构片与辅助片放到一起，做必要的处理使它们粘附成一体。

4.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于：在步骤3)中，采用一定的手段将结构片与辅助片分开，使BCB胶转印到结构片上，然后对转印后的BCB胶做进一步处理。

5.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于：在步骤4)中，将两圆片置于键合机中，在一定的温度和压力的条件下保持一段时间完成键合，键合腔内可以采用真空或非真空形式。