CN111392688A - 基于阳极键合的封装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种基于阳极键合的封装装置及方法，本申请基于阳极键合的封装装置包括玻璃片部、硅片部，所述玻璃片部与所述硅片部构成封装空腔，封装空腔内部的硅片上设置有芯片，芯片连接电极一端，电极另一端设置于玻璃片部与硅片部的接触面处；具体的，玻璃片部的内部设置有导电通道，导电通道的第一开口设置于接触面的电极处，导电通道的第二开口设置于玻璃片部的外表面；导电通道内设置有导电介质，导电介质通过第一开口连接所述电极，通过第二开口连接外部电路。本申请避免了电极裸露在大气内，解决了因键合界面缝隙暴露在空气中而影响封装空腔真空度的问题。

Description

基于阳极键合的封装装置及方法

技术领域

本申请属于真空封装技术领域，具体地，涉及一种基于阳极键合的封装装置及方法。

背景技术

阳极键合技术在微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)的器件的制作、组装及封装等环节中具有重要的作用。可以实现MEMS器件的真空密封、圆片级封装等。阳极键合一般在一定的温度、压力和电压条件下进行，键合过程中需要将要键合的硅片接电源正极，玻璃接负极，然后施加一定的压力和温度，紧密接触的硅/玻璃界面会发生化学反应，形成牢固的化学键，从而使硅片与玻璃二者紧密接触。阳极键合主要应用于硅/玻璃之间的键合、非硅材料与玻璃材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。

对于真空电子器件，像X射线源、原子钟、振动加速度计以及陀螺仪等器件，需要在真空环境下进行阳极键合封装工作。这类器件需要在真空环境下工作，若无法保持长期真空度，器件就会坏掉，影响使用寿命。

如图4所示，通常，真空电子器件通过电极与外接电路导通，目前采用跨电极阳极键合的方式进行封装，但是这种键合方式的主要特点是电极3的端部位于键合界面之外，使电极一端暴露在外界大气中，如图4所示，这种方式下通常阳极键合会在键合界面A与电极3之间形成缝隙8，若电极3一端暴露在大气中则会导致缝隙8内进入空气，从而降低了真空电子器件封装的密封性，非常不利于真空电子器件在真空环境下长期工作。

因此，亟需一种在通过阳极键合方式进行封装时，可以提高真空电子器件封装密封性的技术和封装装置。

发明内容

本发明提出了一种基于阳极键合的封装装置及方法，旨在解决现有技术中因电极端部暴露在空气中而影响封装空腔真空度的问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于阳极键合的封装装置，包括玻璃片部、硅片部，所述玻璃片部与所述硅片部构成封装空腔，所述封装空腔内部的硅片上设置有芯片，所述芯片连接电极一端，所述电极另一端设置于所述玻璃片部与硅片部的接触面处；其中，

所述玻璃片部的内部设置有导电通道，所述导电通道的第一开口设置于所述接触面的电极处，所述导电通道的第二开口设置于所述玻璃片部的外表面；

所述导电通道内设置有导电介质，所述导电介质通过第一开口连接所述电极，通过第二开口连接外部电路。

可选地，导电通道的第一开口的孔直径小于电极的宽度。

可选地，导电通道的第一开口的开口面积完全覆盖在所述电极的表面。

可选地，导电通道设置于玻璃片部的侧壁内。

可选地，芯片连接多个电极，导电通道的数量与电极数量相同。

可选地，电极数量为两个，两个电极分别设置于芯片的两端，导电通道分别设置于玻璃片部相对的两个侧壁内。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种基于阳极键合的封装方法，具体包括以下步骤：

将芯片和电极设置于硅片部上，芯片和电极相连接；

将硅片部与玻璃片部进行阳极键合封装芯片和电极，使电极一端设置于硅片部与玻璃片部的接触面；

在玻璃片部的内部设置导电通道，导电通道的第一开口设置于位于接触面处的电极处，导电通道的第二开口设置于玻璃片部的外表面处并于大气相连通；

在导电通道内设置导电介质，导电介质连接电极及外部电路。

可选地，芯片连接两个电极，两个电极分别设置于芯片的两端，导电通道分别设置于玻璃片部相对的两个侧壁内。

采用本申请实施例中的基于阳极键合的封装装置及方法，通过将硅片部与玻璃片部进行阳极键合，以封装芯片和电极一端，使电极另一端设置于硅片部与玻璃片部的接触面处；在玻璃片部的内部设置导电通道，导电通道的第一开口设置于接触面处的电极，导电通道的第二开口设置于玻璃片部的外表面；最后在导电通道内设置导电介质，导电介质通过第一开口连接所述电极，通过第二开口连接外部电路。这样就避免了电极端部裸露在大气中，从而解决了因键合界面缝隙暴露在空气中而影响封装空腔真空度的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1中示出了现有技术的无电极硅玻璃阳极键合的结构示意图；

图2中示出了现有技术的跨电极硅玻璃阳极键合封装装置的主视结构示意图；

图3中示出了现有技术的跨电极硅玻璃阳极键合封装装置的正面剖视结构示意图；

图4中示出了现有技术的跨电极硅玻璃阳极键合封装装置的左视结构示意图；

图5中示出了根据本申请实施例的基于阳极键合的封装装置的主视结构示意图；

图6中示出了根据本申请实施例的基于阳极键合的封装装置的正面剖视结构示意图；

图7中示出了根据本申请实施例的基于阳极键合的封装装置的左视结构示意图；

图8中示出了根据本申请另一实施例的基于阳极键合的封装装置的主视结构示意图；

图9中示出了根据本申请另一实施例的基于阳极键合的封装装置的正面剖视结构示意图；

图10中示出了根据本申请另一实施例的基于阳极键合的封装装置的左视结构示意图；

图11中示出了根据本申请实施例的基于阳极键合的封装方法的步骤示意图。

其中，1-硅片部，2-芯片，3-电极，4-玻璃片部，5-封装空腔，6-第二开口，7-导电介质，71-第一开口，8-缝隙，A-局部放大的键合界面。

具体实施方式

在实现本申请的过程中，发明人发现对于真空电子器件需要在真空环境下进行阳极键合进行封装工作。如图1所示，在一定真空环境下，通过在玻璃片(Glass)和硅片(Silion)上施加一定的压力、电压和温度下，玻璃片和硅片产生离子移动，在界面处因范德华力而紧密地粘在一起。目前采用跨电极阳极键合的方式进行封装时，使电极的端部位于键合界面之外，暴露在外界大气中，从而使阳极键合会在键合界面与电极之间形成的缝隙进入空气，降低真空电子器件封装的密封性，非常不利于真空电子器件在真空环境下长期工作。因此现有技术的阳极键合封装装置存在严重的封装不严密问题。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种基于阳极键合的封装装置及方法，将侧面缝隙埋在键合界面的内部，而且导电介质的通道口直径小于电极宽度，避免了通道口与侧面孔隙接触，从而保障了侧面缝隙内的真空度。

具体的，通过将硅片部与玻璃片部进行阳极键合封装芯片和电极，使电极一端设置于硅片部与玻璃片部的接触面处；在玻璃片部的内部设置导电通道，导电通道的第一开口设置于位于接触面处的电极处，导电通道的第二开口设置于玻璃片部的外表面处并于大气相连通；最后在导电通道内设置导电介质，导电介质连接电极及外部电路。避免了电极裸露在大气内，解决了因键合界面缝隙暴露在空气中而影响封装空腔真空度的问题。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

图2、图3及图4分别中示出了现有技术的跨电极硅玻璃阳极键合封装装置的主视结构示意图、正面剖视结构示意图以及左视结构示意图。

如图2-4所示，现有技术的跨电极阳极键合的方式进行封装时，电极3的端部位于键合界面之外，使电极一端暴露在外界大气中，若电极3的端部位于阳极键合界面的外部，即电极3暴露在大气中，当硅片1和玻璃片4发生阳极键合时，键合界面与电极3之间存有缝隙8，而且缝隙8的两端分别与外界空气和封装空腔5导通，这样就导致外界空气通过缝隙8进入到封装空腔5内，从而影响真空电子器件在真空环境下的运行。

图5、图6及图7分别示出了根据本申请实施例的基于阳极键合的封装装置的主视结构示意图、正面剖视结构示意图以及左视结构示意图。

如图5-7所示，本实施例的基于阳极键合的封装装置，具体包括：

玻璃片部4、硅片部1以及玻璃片部4与硅片部1构成的封装空腔5，封装空腔5内部的硅片上设置有芯片2，芯片2连接电极3一端，电极3另一端设置于玻璃片部4与硅片部1的接触面处；具体的，

玻璃片部4的内部设置有导电通道，导电通道的第一开口71设置于接触面处的电极3处，导电通道的第二开口6设置于玻璃片部4的外表面处并于大气相连通；导电通道内设置有导电介质7，导电介质7连接电极3及外部电路。导电介质7通过第一开口71连接所述电极3，通过第二开口6连接外部电路。

具体的，如图5所示，通过在真空环境下阳极键合，将玻璃片部与硅片部对准键合，此时芯片位于硅片部与玻璃片部的封装空腔内。

优选地，导电通道的第一开口71的孔直径小于电极3的宽度。本实施例中，导电通道的第一开口71的开口面积完全覆盖在电极3的表面处。硅片部1和玻璃片部4阳极键合时，导电通道的第一开口71与电极3的上表面紧密接触，而且由于导电通道的第一开口71的直径小于电极3的宽度，这样就避免了导电通道与缝隙8接触，从而避免了外界空气通过导电通道进入到缝隙8内，进而进入到封装空腔5内。

其中，导电通道设置于玻璃片部4的侧壁内。导电通道的第二开口6位于电极3的正上方。

本实施例中，不要求导电介质7在导电通道内有很高的密实性，只要保证导电介质7与电极3电连接即可，这样外电路就可以通过导电介质7与芯片2电连接，从而保证芯片2正常运行。

其它实施例中，芯片2可连接多个电极3，导电通道的数量与电极3数量相同。

图8、图9及图10中分别示出了根据本申请另一实施例的基于阳极键合的封装装置的主视结构示意图、正面剖视结构示意图以及左视结构示意图。

另一种实施例中，如图8-10所示，电极3数量为两个，即一对电极，两个电极3分别设置于芯片2的两端，导电通道分别设置于玻璃片部4相对的两个侧壁内。相对应的，玻璃片部4相对的两个侧壁内分别设置有一个导电通道，内部分别设置一个导电介质7，在玻璃片部的外表面设置有两个第二开口6。

一对电极的封装装置的封装原理与单电极的封装装置类似，此处不再叙述。

本申请实施例中的基于阳极键合的封装装置将电极3的端部设于阳极键合界面的内部，虽然键合界面与电极3之间仍存有缝隙8，但外围硅片1和玻璃片4的阳极键合能将缝隙8掩埋于内部，避免了缝隙8与外界空气直接接触，从而避免了封装空腔漏气。

通过氦质谱检漏仪分别对现有技术的封装装置以及本申请实施例中的封装装置的器件进行了气密性检测，经检测发现，本申请实施例中的封装装置的器件的气密性优于现有技术的器件的气密性，进而验证了本申请实施例中的基于阳极键合的封装装置的可靠性和实用性。

实施例2

图11中示出了根据本申请实施例的基于阳极键合的封装方法的步骤示意图。

如图11所示，本实施例提供的基于阳极键合的封装方法，包括以下步骤：

S101：将芯片和电极设置于硅片部上，芯片和电极相连接；

S102：将硅片部与玻璃片部进行阳极键合，以封装芯片和电极，使电极一端设置于硅片部与玻璃片部的接触面处；

S103：在玻璃片部的内部设置导电通道，导电通道的第一开口设置于接触面的电极处，导电通道的第二开口设置于玻璃片部的外表面；

S104：在导电通道内设置导电介质，导电介质通过第一开口连接电极，通过第二开口连接外部电路。

其中，通过在真空环境下阳极键合，将玻璃片部与硅片部对准键合，此时芯片位于硅片部与玻璃片部的封装空腔内。

可选地，芯片连接两个电极，两个电极分别设置于芯片的两端，导电通道分别设置于玻璃片部相对的两个侧壁内。玻璃片部相对的两个侧壁内分别设置有一个导电通道，内部分别设置一个导电介质，在玻璃片部的外表面设置有两个第二开口。

本申请实施例中的基于阳极键合的封装装置及方法，通过将硅片部与玻璃片部进行阳极键合封装芯片和电极，使电极一端设置于硅片部与玻璃片部的接触面处；在玻璃片部的内部设置导电通道，导电通道的第一开口设置于位于接触面处的电极处，导电通道的第二开口设置于玻璃片部的外表面处并于大气相连通；最后在导电通道内设置导电介质，导电介质连接电极及外部电路。避免了电极裸露在大气内，解决了现有技术因键合界面缝隙暴露在空气中而影响封装空腔真空度的问题，提高了封装密封性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“连接”、“相连接”为电连接、信号连接或者物理上的结构连接，，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于阳极键合的封装装置，其特征在于，包括玻璃片部、硅片部，所述玻璃片部与所述硅片部构成封装空腔，所述封装空腔内部的硅片上设置有芯片，所述芯片连接电极一端，所述电极另一端设置于所述玻璃片部与硅片部的接触面处；其中，

所述玻璃片部的内部设置有导电通道，所述导电通道的第一开口设置于所述接触面的电极处，所述导电通道的第二开口设置于所述玻璃片部的外表面；

所述导电通道内设置有导电介质，所述导电介质通过第一开口连接所述电极，通过第二开口连接外部电路。

2.根据权利要求1所述的基于阳极键合的封装装置，其特征在于，所述导电通道的第一开口的孔直径小于电极的宽度。

3.根据权利要求1所述的基于阳极键合的封装装置，其特征在于，所述导电通道的第一开口的开口面积完全覆盖所述电极的表面。

4.根据权利要求1所述的基于阳极键合的封装装置，其特征在于，所述导电通道设置于所述玻璃片部的侧壁内。

5.根据权利要求1所述的基于阳极键合的封装装置，其特征在于，所述芯片连接多个电极，所述导电通道的数量与电极数量相同。

6.根据权利要求5所述的基于阳极键合的封装装置，其特征在于，所述电极数量为两个，所述两个电极分别设置于所述芯片的两端，所述导电通道分别设置于所述玻璃片部相对的两个侧壁内。

7.一种基于阳极键合的封装方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

将芯片和电极设置于硅片部上，所述芯片和电极相连接；

将所述硅片部与玻璃片部在真空环境下进行阳极键合，以封装所述芯片和电极，使所述电极一端设置于所述硅片部与玻璃片部的接触面；

在所述玻璃片部的内部设置导电通道，所述导电通道的第一开口设置于所述接触面的电极处，所述导电通道的第二开口设置于所述玻璃片部的外表面；

在导电通道内设置导电介质，所述导电介质通过第一开口连接所述电极，通过第二开口连接外部电路。

8.根据权利要求7所述的基于阳极键合的封装方法，其特征在于，所述芯片连接两个电极，所述两个电极分别设置于所述芯片的两端，所述导电通道分别设置于所述玻璃片部相对的两个侧壁内。

Images