CN107777656A - 一种mems器件及腔体气压控制方法 - Google Patents

一种mems器件及腔体气压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MEMS器件，包括相互配合密封的基底与上盖，基底的凹槽与上盖的凹槽相互配合能够形成两个或以上的封闭腔体，腔体内设置气体释放层。当基底与上盖相互密封形成封闭的空腔时，气体释放层被单独封装于一个腔体内，能够向外释放气体，使其所在的腔体气压升高，使腔体内的气压达到所需的数值。由于气体释放材料相对廉价易得，在指生产过程中能够极大地降低生产成本。由于不需要后期在基底或上盖上打孔，因此也不会对腔体内部造成污染。本发明还公开了一种MEMS器件的腔体气压控制方法，将基底和上盖分别加工出凹槽；在基底和/或上盖的内壁上设置气体释放层；将基底与上盖密封固定形成腔体。一次封装操作就能实现不同腔体的气压控制。

Description

一种MEMS器件及腔体气压控制方法
技术领域
本发明涉及传感器制造技术领域，更进一步是涉及一种MEMS器件及腔体气压控制方法。
背景技术
MEMS是Micro Electro Mechanical System的简称，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，MEMS器件由于体积小、成本低、集成性好等优点，越来越广泛地应用于消费电子、医疗、汽车等领域中。MEMS器件具有不同的空腔结构，对于特定的器件使用要求，需要设置两个或以上不同真空度的独立腔体。
现有技术中控制腔体气压的方法主要有两种：第一种方法是在一个腔体的底层或顶层打孔，通过加入或排出气体以改变腔体内部的气压以调节真空度；但这种方法的缺点在于，打孔及封孔的过程中容易对内部结构造成损伤，并且外界的污染物容易进入腔体中，影响内部的结构性能。
第二种方法是在其中一个腔体内加入吸气剂，MEMS器件密封后，由于吸气剂的作用，加入吸气剂的腔体内特定气体被吸收，从而改变不同腔体内的气压调节真空度；但吸气剂的成本较高，可选用的材料较少。
发明内容
本发明提供了一种MEMS器件，不需要打孔，避免对腔体内部造成污染，并且控制气压方式设置简便，材料廉价易得。本发明还提供了一种MEMS器件的腔体气压控制方法，一次键合密封后可以独立地控制不同腔体内的气压。具体方案如下：
一种MEMS器件，包括：相互配合密封的基底与上盖，所述基底与所述上盖上对应各自设置两个或以上的凹槽，形成两个或以上独立的密闭腔体，所述腔体内根据所需气压的要求设置气体释放层。
可选地，所述气体释放层采用涂装或建设工艺设置在所述腔体的内壁上。
可选地，所述气体释放层涂装于所述基底上凹槽的底部和/或涂装于所述上盖上凹槽的顶部。
可选地，所述气体释放层的材料为氧化物、金属或聚合物。
可选地，所述基底与所述上盖之间还密封设置器件层，所述器件层上对应开设连通所述基底与所述上盖上凹槽的通孔。
本发明还提供一种MEMS器件的腔体气压控制方法，包括：
将基底和上盖分别加工出凹槽；
在所述基底和/或所述上盖的内壁上设置气体释放层；
将所述基底与所述上盖密封固定形成腔体。
可选地，在所述基底和/或所述上盖的内壁上设置气体释放层包括：
所述气体释放层采用涂装或建设工艺设置在所述腔体的内壁上。
可选地，还包括：所述基底与器件层密封，将所述上盖固定于所述器件层的另一侧。
可选地，密封固定过程的气压与所述腔体所需最低气压相同。
可选地，气体释放层为能够吸附气体的材质。
本发明提供了一种MEMS器件，包括相互配合密封的基底与上盖，在基底上设置有凹槽结构，上盖设置有与基底的凹槽对应的凹槽结构，基底的凹槽与上盖的凹槽相互配合能够形成两个或以上数量的独立封闭腔体，腔体内设置气体释放层，气体释放层的结构厚度以及材料选择根据所需要达到的气压来确定。当基底与上盖相互密封形成封闭的空腔时，气体释放层被单独封装于一个腔体内，气体释放层能够向外释放气体，使其所在的腔体气压升高，通过控制气体释放层的材料选择与厚度的设置确定释放气体量的多少，使腔体内的气压达到所需的数值。由于气体释放材料相对廉价易得，在指生产过程中能够极大地降低生产成本。由于不需要后期在基底或上盖上打孔，因此也不会对腔体内部造成污染。
本发明还提供了一种MEMS器件的腔体气压控制方法，将基底和上盖分别加工出凹槽；在基底和/或上盖的内壁上设置气体释放层；将基底与上盖密封固定形成腔体。在基底与上盖密封形成腔体之前，先在基底和上盖、基底或上盖的凹槽内壁上预先设置气体释放层，在基底与上盖密封形成腔体后由气体释放层向腔体中释放气体，从而提高所在腔体的气压，只通过一次封装操作就能实现不同腔体的气压控制，并且不会对腔体内部造成污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的MEMS器件一种实施例的剖面结构图；
图2为本发明提供的MEMS器件另一种实施例的剖面结构图；
图3为本发明提供的MEMS器件基底与上盖分离的剖面结构图；
图4为MEMS器件的腔体气压控制方法一种具体的流程图。
其中：
基底1、上盖2、腔体3、气体释放层4、器件层5。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种MEMS器件及腔体气压控制方法，不需要打孔，避免对内部造成污染，并且控制气压方式设置简便，材料廉价易得。一次键合密封后可以独立地控制不同腔体内的气压。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的MEMS器件及腔体气压控制方法进行详细的说明介绍。
本发明提供的MEMS器件，包括相互配合密封的基底1与上盖2，基底1与上盖2上对应各自设置两个或以上的凹槽，形成两个或以上独立的密闭腔体3，腔体3内根据所需气压的要求设置气体释放层4。
基底1的表面上开设至少两个凹槽结构，同样地，在上盖2的表面开设对应的凹槽，基底1的凹槽与上盖2的凹槽相互对应配合，能够形成至少两个腔体3，每个腔体3为独立封闭的结构，与其他的腔体隔绝。由于不同的腔体3需要不同的气压值，在腔体3内设置的气体释放层4能够向其所在的腔体3中释放气体，提高所在腔体3的气压，没有设置气体释放层4的腔体3中气体的压强保持不变，以此实现一次封装不同腔体3不同气压的目的。腔体3内的气压由气体释放层4释放的气体量决定，因此腔体3中设置的气体释放层4的量不同，会达到不同的气压。若需要将多个不同的腔体3分别设置为不同的气压，可以调节气体释放层4的设置量。
在此基础上，本发明中的气体释放层4采用涂装或建设的工艺设置于腔体3的内壁上。
如图1和图2所示，分别表示气体释放层4设置于不同位置的MEMS器件剖面结构图。图3为基底1与上盖2相互分离的剖面结构图。一般地，基底1与上盖2上开设的凹槽均为浅槽，面积较大而深较小，可以将气体释放层4涂装于基底1上凹槽的底部和/或涂装于上盖2上凹槽的顶部，可以只在基底1或上盖2其中一个设置气体释放层4，也可以在两者的凹槽内同时设置。上述两种位置具有更大的面积，方便气体释放层4的布置，而气体释放层4设置在此位置能够拥有更大的表面积，更容易向外界释放气体，当然，若气体释放层4的面积较大，也可以设置在凹槽的侧壁上。需要注意的是，此处所说的顶部与底部是指以图中所示的方向进行说明的。
具体地，本发明所采用的气体释放层4材料可以为氧化物、金属或聚合物。这此材料都具有吸附某种气体的特性，在标准大气压下可以吸附气体，当气压较低时会向外释放所吸附的气体，释放气体的过程是自发进行的，不需要加热或其他的条件。上述的材料选择仅作为本发明的优选实施例，选用其他的材料也是可以的，都包含在本发明的核心思想之内的。通过改变气体释放层4的面积及厚度，达到不同的气压值，可调节多个不同腔体3内的真空度。
在上述任一实施例及其相互组合的基础上，本发明中的MEMS器件还包括密封设置于基底1与上盖2之间的器件层5，器件层5与两侧的基底1与上盖2分别密封。在基底1与上盖2上开设有通孔，通孔用于连通基底1与上盖2的凹槽，使基底1与上盖2对应的凹槽连通为贯通的腔体3。
不同腔体3内的器件层5可以为惯性器件，例如MEMS加速计，MEMS陀螺仪；也可以为压力器件，例如MEMS麦克风、MEMS压力传感器。或者其他地对真空度有要求的器件也可以，例如MEMS红外传感器、MEMS气体传感器等。
此外，本发明还提供了一种MEMS器件的腔体气压控制方法，具体步骤包括：步骤S1，将基底1和上盖2分别加工出凹槽；步骤S2，在基底1和/或上盖2的内壁上设置气体释放层4；步骤S3，将基底1与上盖2密封固定形成腔体3。如图4所示，为上述MEMS器件的腔体气压控制方法的流程图。
加工时，先将基底1与上盖2上分别对应加工出凹槽结构，基底1与上盖2上的凹槽分别对应配合固定能够形成完整的腔体3，一般情况下至少形成两个相互独立密封的腔体3，两个腔体3分别对应地设置为不同的气压值。当然，若仅有一个腔体3，能够本发明提供的气压控制方法调节内部的气压也是可以的。可仅在基底1与上盖2其中一个的内壁上设置气体释放层4，也可在基底1与上盖2上同时设置气体释放层4。
基底1和/或上盖2的内壁上设置气体释放层4这个过程包括：气体释放层4采用涂装或建设工艺设置在腔体3的内壁上。气体释放层4需要固定在基底1和/或上盖2的内壁上，可以采用不同的方式实现固定，上述方案仅作为优选的方案，其他地固定方式是本领域的技术人员很容易实现的，也包含在本发明的核心思想之内。
一般情况下，基底1与上盖2之间还要设置器件层5，先将基底1与器件层5固定密封设置，再将上盖2固定在器件层5的另一侧。基底1与上盖2将器件层5固定密封在中间。
具体地，在生产过程中，密封固定过程的气压与腔体3所需的最低气压相同，或者小于所需最低气压。若加工环境的气压与腔体3所需的最低气压相同，对于最低气压的腔体3不需要设置气体释放层4，根据气体释放层4可以提高其他腔体3内部的气压值。
气体释放层4的材质为能够吸附气体的材料，在标准大气压下可以吸附相应的气体，处于气压较低的环境时会向外界逐步地释放气压，以提高封闭腔体3内部的压强。
若需要在多个不腔体3内设置气体释放层4，一般采用相同的材料，可根据所要达到的气压值比例设置对应的材料用量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种MEMS器件，其特征在于，包括：相互配合密封的基底(1)与上盖(2)，所述基底(1)与所述上盖(2)上对应各自设置两个或以上的凹槽，形成两个或以上独立的密闭腔体(3)，所述腔体(3)内根据所需气压的要求设置气体释放层(4)。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述气体释放层(4)采用涂装或建设工艺设置在所述腔体(3)的内壁上。
3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述气体释放层(4)涂装于所述基底(1)上凹槽的底部和/或涂装于所述上盖(2)上凹槽的顶部。
4.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS器件，其特征在于，所述气体释放层(4)的材料为氧化物、金属或聚合物。
5.根据权利要求4所述的MEMS器件，其特征在于，所述基底(1)与所述上盖(2)之间还密封设置器件层(5)，所述器件层(5)上对应开设连通所述基底(1)与所述上盖(2)上凹槽的通孔。
6.一种MEMS器件的腔体气压控制方法，其特征在于，包括：
将基底(1)和上盖(2)分别加工出凹槽；
在所述基底(1)和/或所述上盖(2)的内壁上设置气体释放层(4)；
将所述基底(1)与所述上盖(2)密封固定形成腔体(3)。
7.根据权利要求6所述的MEMS器件的腔体气压控制方法，其特征在于，在所述基底(1)和/或所述上盖(2)的内壁上设置气体释放层(4)包括：
所述气体释放层(4)采用涂装或建设工艺设置在所述腔体(3)的内壁上。
8.根据权利要求6所述的MEMS器件的腔体气压控制方法，其特征在于，还包括：所述基底(1)与器件层(5)密封，将所述上盖(2)固定于所述器件层(5)的另一侧。
9.根据权利要求6所述的MEMS器件的腔体气压控制方法，其特征在于，密封固定过程的气压与所述腔体(3)所需最低气压相同。
10.根据权利要求6所述的MEMS器件的腔体气压控制方法，其特征在于，所述气体释放层(4)为能够吸附气体的材质。
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