CN1755431A - 用于密封一衬底的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本文描述一种将一微机电系统(MEMS)装置76与环境条件隔绝的方法，其中所述MEMS装置76形成于一衬底72上，且一基本上呈气密性的密封件78作为所述MEMS装置制造工艺的一部分形成。所述方法包括使用诸如光刻等方法在所述衬底上靠近所述MEMS装置76的一周边形成一金属密封件78。所述金属密封件78形成于所述衬底上，同时所述MEMS装置76在MEMS元件的导电部件之间保留一牺牲层，且所述牺牲层在形成所述密封件之后且在附装一背板74之前被移除。

Description

用于密封一衬底的方法及系统

技术领域

本发明的技术领域涉及微机电系统(MEMS)，且更具体而言，涉及一种将一MEMS装置与环境条件隔绝的方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激励及电子元件。微机械元件可采用沉积、蚀刻或其它可蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的若干部分或可添加若干层以形成电和机电装置的微机械加工工艺制成。一种类型的MEMS装置被称为干涉式调制器。干涉式调制器可包含一对导电板，其中之一或二者均可全部或部分地透明及/或为反射性，且在施加一个适当的电信号时能够相对运动。其中一个板可包含一沉积在一衬底上的静止层，另一个板可包含一通过一空气间隙与该静止层隔开的金属隔板。上述装置具有广泛的应用范围，在此项技术中，利用及/或修改这些类型装置的特性、以使其性能可用于改善现有产品及制造目前尚未开发的新产品将颇为有益。

发明内容

本发明的系统、方法及装置均具有多个方面，任一单个方面均不能单独决定其所期望特性。现在，对其更主要的特性进行简要论述，此并不限定本发明的范围。在查看这一论述，尤其是在阅读了标题为“具体实施方式”的部分之后，人们即可理解本发明的特征如何提供优于其它显示装置的优点。

一种将一微机电系统(MEMS)装置与环境条件隔绝的方法的一实施例包括在一包含一MEMS装置的衬底上形成一实质为金属的密封件，及将一背板附装至所述金属密封件以将所述MEMS装置与环境条件隔绝。

形成实质为金属的密封件可包括在衬底上形成一绝缘体层，及在所述绝缘体层上形成一金属密封壁，且该方法可进一步包括在所述金属密封件上形成一用于附装背板的附着层。在某些实施例中，附装所述背板包括焊接。

一种将一MEMS装置与环境条件隔绝的方法的另一实施例包括：在一衬底上形成一MEMS装置，其中所述MEMS装置包括一牺牲层；在所述MEMS装置及所述衬底上沉积一绝缘体层；在所述绝缘体层上沉积一或多个金属层；及在所述一个或多个金属层上形成一具有一个或多个空腔的掩膜，其中所述空腔界定一围绕所述MEMS装置的周边。该方法进一步包括在所述掩膜的一个或多个空腔中形成一个或多个金属密封层，由此靠近MEMS装置的周边形成一基本上气密的密封件；移除所述掩膜层、所述一个或多个金属层、及所述绝缘层，以围绕所述MEMS装置的周边形成一密封壁；自所述MEMS装置移除所述牺牲层；及将一背板附装至所述密封壁以将所述MEMS装置与环境条件隔绝。

在某些实施例中，形成所述一个或多个金属密封层包括在所述掩膜层上进行电镀。在某些实施例中，所述掩膜包含光阻剂，其中形成所述掩膜包括UV光的使用。

该方法可进一步包括在一个或多个金属密封层上形成一个或多个附着金属层，其中所述一个或多个附着金属层配置成用于附装至所述背板。所述一个或多个附着层可包括(例如)一种焊料。

在某些实施例中，沉积在所述绝缘体层上的所述一个或多个金属层包括一金属籽晶层及一附着层中的至少一个。在某些实施例中，所述背板包括一配置用于附着至所述密封壁的预沉积附着层。

将所述背板附装至所述密封壁可包括焊接，且所述背板可包括靠近一用于附装至所述密封壁的区域的一附着层及一焊料层，其中所述附着层包含(例如)金属。

一种封装一MEMS装置的方法的又一实施例包括在一形成于一衬底上的MEMS装置上沉积一绝缘体，其中所述MEMS装置包括一牺牲层；在所述绝缘体上沉积一个或多个金属层；及在所述金属层上形成一具有一个或多个空腔的掩膜。该方法进一步包括在所述一个或多个空腔中形成一个或多个金属密封层，由此靠近所述MEMS装置的一周边形成一基本上气密的密封件；移除所述掩膜层、所述一个或多个金属层、及所述绝缘层；自所述MEMS装置移除所述牺牲层；及将一背板定位成与所述密封件接触以将所述MEMS装置与环境条件隔绝。

在某些实施例中，形成一个或多个金属密封层包括在掩膜层上进行电镀，且所述掩膜可包括光阻剂，其中形成所述掩膜包括UV光的使用。

该方法可进一步包括在一个或多个金属密封层上形成一个或多个附着金属层，其中所述一个或多个附着金属层配置成用于附装至所述背板，且所述一个或多个附着层可包括(例如)一种焊料。

沉积在所述绝缘体层上的所述一个或多个金属层包括一金属籽晶层及一附着层中的至少一个，且所述背板可包括一配置用于附着至所述密封壁的预沉积附着层。

在某些实施例中，将所述背板附装至所述密封壁包括焊接。所述背板可包括靠近一用于附装至所述密封壁的区域的一附着层及一焊料层，且所述附着层可包含(例如)金属。

一种用于将一MEMS装置与环境条件隔绝的系统的一实施例包括一形成于一衬底上的MEMS装置；用于在所述衬底上且靠近所述MEMS装置的一周边提供一实质为金属的密封件的构件，由此靠近所述MEMS装置的一周边形成一基本上气密的密封件；及一与所述实质为金属的密封件接触的背板，由此将所述MEMS装置封闭在所述衬底、所述实质为金属的密封件、及所述背板内。

该系统可进一步包括用于在所述一个或多个金属密封层上形成一个或多个附着金属层的构件，其中所述一个或多个附着金属层配置用于附装至一背板。所述一个或多个附着层可包括(例如)一种焊料。另外，所述金属密封件可包括一金属籽晶层及一附着层中的至少一个。

在某些实施例中，所述系统进一步包括用于将所述背板附装至所述金属密封件的构件。所述用于附装背板的构件可包括一配置用于附着至所述金属密封件的预沉积附着层。所述用于附装背板的构件可包括一焊料。在某些实施例中，所述用于附装背板的构件包括位于所述背板上且靠近一用于附装至金属密封件的区域的一附着层及一焊料层，且所述附着层可包括(例如)金属。

将一MEMS装置与环境条件隔绝的一个实施例包括一形成于一衬底上的MEMS装置；一形成于所述衬底上且靠近所述MEMS装置的一周边的实质为金属的密封件；及一与所述实质为金属的密封件接触的背板，由此将所述MEMS装置封闭在所述衬底、所述实质为金属的密封件、及所述背板内。

附图说明

图1为一等轴图，其显示一干涉式调制器显示器的一实施例的一部分，其中一第一干涉式调制器的一可移动反射层处于一释放位置，且一第二干涉式调制器的一可移动反射层处于一受激励位置。

图2为一系统方块图，其显示一包含一3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一实施例。

图3为图1所示干涉式调制器的一实例性实施例的可移动镜位置与所施加电压的关系图。

图4为一组可用于驱动干涉式调制器显示器的行和列电压的示意图。

图5A显示在图2所示的3×3干涉式调制器显示器中的一个实例性显示数据帧。

图5B显示可用于写入图5A所示帧的行信号及列信号的一个实例性时序图。

图6A为一图1所示装置的剖面图。

图6B为一干涉式调制器的一替代实施例的一剖面图。

图6C为一干涉式调制器的另一替代实施例的一剖面图。

图7A为一用于一干涉式调制器装置的基本封装结构的一剖面视图。

图7B为图7A所示一带有一金属密封件的封装结构的一等轴视图。

图8A至图8E为剖面视图，其显示一种形成一金属密封件及封装一MEMS装置的方法的一实施例的各进程阶段。

图9为一流程图，其显示一种形成一用于一MEMS封装结构的敷镀金属密封件的一实施例。

图10A及10B为系统方块图，其显示一包含复数个干涉式调制器的视觉显示装置的一实施例。

具体实施方式

本发明的一实施例为一基于MEMS的装置的封装，其包括位于一衬底上的一个MEMS装置，其中一密封件定位成靠近所述MEMS装置的一周边，且一背板结合至所述密封件以产生一封闭所述MEMS装置的空腔。所述密封件较佳地包括与所述衬底绝缘的一个或多个金属层，其中所述密封件配置用于防止水分进入所述封装。

以下详细说明涉及本发明的某些具体实施例。不过，本发明可通过许多种不同的方式实施。在本说明中，会参照附图，在附图中，相同的部件自始至终使用相同的编号标识。根据以下说明容易看出，本发明可在任一配置用于显示图像(无论是动态图像(例如视频)还是静态图像(例如静止图像)，也无论是文字图像还是图片图像)的装置中实施。更具体而言，本发明可在例如(但不限于)以下众多种电子装置中实施或与这些电子装置相关联：移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式计算机或便携式计算机、GPS接收器/导航器、照像机、MP3播放器、摄录机、游戏机、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如里程表显示器等)、驾驶舱控制装置及/或显示器、照像机景物显示器(例如车辆的后视照像机显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、包装及美学结构(例如，一件珠宝的图像显示器)。与本文所述MEMS装置具有类似结构的MEMS装置也可用于非显示应用，例如用于电子切换装置。

图1中显示一个含有一干涉式MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素处于亮状态或暗状态。在亮(“on(开)”或“open(打开)”)状态下，显示元件将入射可见光的一大部分反射至用户。在暗(“off(关)”或“closed(关闭)”)状态下，显示元件几乎不向用户反射入射可见光。视不同的实施例而定，可颠倒“on(开)”及“off(关)”状态的光反射性质。MEMS像素可配置成主要在所选色彩下反射，以除黑色和白色之外还可实现彩色显示。

图1为一等轴图，其显示一视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素，其中每一像素包含一MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，一干涉式调制器显示器包含一由这些干涉式调制器构成的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层，该对反射层定位成彼此相距一可变且可控的距离，以形成一具有至少一个可变尺寸的光学谐振空腔。在一实施例中，其中一个反射层可在两个位置之间移动。在本文中称为释放状态的第一位置上，该可移动层的位置距离一固定的局部反射层相对远。在第二位置上，该可移动层的位置更近地靠近该局部反射层。根据可移动反射层的位置而定，从这两个层反射的入射光会以相长或相消方式干涉，从而形成各像素的总体反射或非反射状态。

在图1中显示的像素阵列部分包括两个相邻的干涉式调制器12a和12b。在左侧的干涉式调制器12a中，显示一可移动的高度反射层14a处于一释放位置，该释放位置距一固定的局部反射层16a一预定距离。在右侧的干涉式调制器12b中，显示一可移动的高度反射层14b处于一受激励位置处，该受激励位置靠近固定的局部反射层16b。

固定层16a、16b导电、局部透明且局部为反射性，并可通过例如在一透明衬底20上沉积将一个或多个各自为铬及氧化铟锡的层而制成。所述各层被图案化成平行条带，且可形成一显示装置中的行电极，如将在下文中所进一步说明。可移动层14a、14b可形成为由沉积在支柱18顶部的一或多个沉积金属层(与行电极16a、16b正交及一沉积在支柱18之间的中间牺牲材料构成的一系列平行条带。在牺牲材料被蚀刻掉以后，这些可变形的金属层与固定的金属层通过一规定的气隙19隔开。这些可变形层可使用一具有高度导电性及反射性的材料(例如铝)，且该些条带可形成一显示装置中的列电极。

在未施加电压时，空腔19保持位于层14a、16a之间，且可变形层处于如图1中像素12a所示的一机械释放状态。然而，在向一所选行和列施加电位差之后，在所述行和列电极相交处的对应像素处形成的电容器被充电，且静电力将这些电极拉向一起。如果电压足够高，则可移动层发生形变，并被压到固定层上(可在固定层上沉积一介电材料(在该图中未示出)，以防止短路，并控制分隔距离)，如图1中右侧的像素12b所示。无论所施加的电位差极性如何，该行为均相同。由此可见，可控制反射与非反射像素状态的行/列激励与传统的LCD及其它显示技术中所用的行/列激励在许多方面相似。

图2至图5B显示一个在一显示应用中使用一干涉式调制器阵列的实例性过程及系统。图2为一系统方框图，该图显示一可体现本发明各方面的电子装置的一个实施例。在该实例性实施例中，所述电子装置包括一处理器21-其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器，例如ARM、Pentium、Pentium II、PentiumIII、Pentium IV、Pentium Pro、8051、MIPS、Power PC、ALPHA，或任何专用微处理器，例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列。按照所属技术领域的惯例，可将处理器21配置成执行一个或多个软件模块。除执行一个操作系统外，还可将该处理器配置成执行一个或多个软件应用程序，包括网页浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。

在一实施例中，处理器21还配置成与一阵列控制器22进行通信。在一实施例中，该阵列控制器22包括向一像素阵列30提供信号的一行驱动电路24及一列驱动电路26。图1中所示的阵列剖面图在图2中以线1-1示出。对于MEMS干涉式调制器，所述行/列激励协议可利用图3所示的这些装置的滞后性质。其可能需要例如一10伏的电位差来使一可移动层自释放状态变形至受激励状态。然而，当所述电压自该值降低时，在所述电压降低回至10伏以下时，所述可移动层将保持其状态。在图3的实例性实施例中，在电压降低至2伏以下之前，可移动层不会完全释放。因此，在图3所示的实例中，存在一大约为3-7伏的电压范围，在该电压范围内存在一施加电压窗口，在该窗口内所述装置稳定在释放或受激励状态。在本文中将其称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于一具有图3所示滞后特性的显示阵列而言，行/列激励协议可设计成在行选通期间，向所选通行中将被激励的像素施加一约10伏的电压差，并向将被释放的像素施加一接近0伏的电压差。在选通之后，向像素施加一约5伏的稳态电压差，以使其保持在行选通使其所处的任何状态。在被写入之后，在该实例中，每一像素均承受一处于3-7伏的“稳定窗口”内的电位差。该特性使图1所示的像素设计在相同的所施加电压条件下稳定在一既有的激励状态或释放状态。由于干涉式调制器的每一像素，无论处于激励状态还是释放状态，基本上均是一由所述固定反射层及移动反射层所构成的电容器，因此，该稳定状态可在一滞后窗口内的电压下得以保持而几乎不消耗功率。如果所施加的电位恒定，则基本上没有电流流入像素。

在典型应用中，可通过根据第一行中所期望的一组受激励像素确定一组列电极而形成一显示帧。此后，将一行脉冲施加于第1行的电极，从而激励与所确定的列线对应的像素。此后，将所确定的一组列电极变成与第二行中所期望的一组受激励像素对应。此后，将一脉冲施加于第2行的电极，从而根据所确定的列电极来激励第2行中的相应像素。第1行的像素不受第2行的脉冲的影响，因而保持其在第1行的脉冲期间所设定到的状态。可按顺序性方式对全部系列的行重复上述步骤，以形成所述的帧。通常，通过以某一所需帧数/秒的速度连续重复该过程来用新显示数据刷新及/或更新这些帧。还有很多种用于驱动像素阵列的行及列电极以形成显示帧的协议为人们所熟知，且可与本发明一起使用。

图4、5A及图5B显示一种用于在图2所示的3×3阵列上形成一显示帧的可能的激励协议。图4显示一组可用于具有图3所示滞后曲线的像素的可能的行及列电压电平。在图4的实施例中，激励一像素包括将相应的列设定至-V_bias，并将相应的行设定至+ΔV-其可分别对应于-5伏及+5伏。释放像素则是通过将相应的列设定至+V_bias并将相应的行设定至相同的+ΔV、由此在所述像素两端形成一0伏的电位差来实现。在那些其中行电压保持0伏的行中，像素稳定于其最初所处的状态，而与该列处于+V_bias还是-V_bias无关。

图5B为一显示一系列行及列信号的时序图，该些信号施加于图2所示的3×3阵列，其将形成图5A所示的显示布置，其中受激励像素为非反射性。在写入图5A所示的帧之前，像素可处于任何状态，在该实例中，所有的行均处于0伏，且所有的列均处于+5伏。在这些所施加电压下，所有的像素稳定于其现有的受激励状态或释放状态。

在图5A所示的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3，3)受到激励。为实现这一点，在第1行的一行时间将第1列及第2列设定为-5伏，将第3列设定为+5伏。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持处于3-7伏的稳定窗口内。此后，通过一自0伏上升至5伏然后又下降回至0伏的脉冲来选通第1行。由此激励像素(1，1)和(1，2)并释放像素(1，3)。阵列中的其它像素均不受影响。为将第2行设定为所期望状态，将第2列设定为-5伏，将第1列及第3列被设定为+5伏。此后，向第2行施加相同的选通脉冲将激励像素(2，2)并释放像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列中的其它像素均不受影响。类似地，通过将第2列和第3列设定为-5伏，并将第1列设定为+5伏对第3行进行设定。第3行选通脉冲如图5A所示对第3行像素进行设定。在写入帧之后，行电位为0，而列电位可保持在+5或-5伏，且此后显示将稳定于图5A所示的布置。应了解，可对由数十或数百个行和列构成的阵列使用相同的程序。还应了解，用于实施行和列激励的电压的定时、顺序及电平可在以上所述的一般原理内变化很大，且上述实例仅为实例性，任何激励电压方法均可与本发明一起使用。

按照上述原理运行的干涉式调制器的详细结构可千变万化。例如，图6A-6C显示移动镜结构的三种不同实施例。图6A为图1所示实施例的剖面图，其中在正交延伸的支撑件18上沉积一金属材料条带14。在图6B中，可移动的反射材料14仅在隅角处在系链32上附接至支撑件。在图6C中，可移动的反射材料14悬吊在一可变形层34上。由于反射材料14的结构设计及所用材料可在光学特性方面得到优化，且可变形层34的结构设计和所用材料可在所期望机械特性方面得到优化，因此该实施例具有若干优点。在许多公开文件中，包括例如第2004/0051929号美国公开申请案中，描述了各种不同类型干涉装置的生产。可使用很多种人们所熟知的技术来制成上述结构，此包括一系列材料沉积、图案化及蚀刻步骤。

一MEMS装置的移动部件，例如一千涉式调制器阵列，较佳地具有一可在其中移动的受保护空间。在下文中将对用于一MEMS装置的封装技术进行更详细的描述。在图7A中显示了用于一MEMS装置(例如一干涉式调制器阵列)的一基本封装结构的一示意图。如在图7A中所示，一基本封装结构70包括一衬底72及一背板盖或“帽”74，其中一千涉式调制器阵列76形成于所述衬底72上。所述帽74也被称为一“背板”。

衬底72与背板74通过一密封件78结合以形成封装结构70，从而使干涉式调制器阵列76被衬底72、背板74、及密封件78所封闭。由此在背板74与衬底72之间形成一空腔79。密封件78可为一非气密性密封件，例如一传统的环氧基粘着剂。在其他实施例中，密封件78可为聚异丁烯(有时称作丁烯橡胶，且在其他时候称作PIB)、O形圈、聚氨基甲酸酯、薄膜金属焊、液体旋涂玻璃、焊料、聚合物、或塑料、以及水蒸汽渗透率范围约为0.2-4.7g mm/m²kPa天的其他类型的密封件。在又一些实施例中，密封件78可为气密性密封件。

在某些实施例中，封装结构70包括一配置成减少空腔79内的水分的干燥剂80。熟练的技术人员将知道，干燥剂对于以气密方式密封的封装可能不是必需的，但是对于控制留存在封装内的水分而言则是合乎需要的。在一实施例中，干燥剂80定位在干涉式调制器阵列76与背板74之间。干燥剂既可用于具有气密性密封件的封装，也可用于具有非气密性密封件的封装。在具有一气密性密封件的封装中，干燥剂通常用于控制留存在封装内的水分。在具有非气密性密封件的封装中，干燥剂可用于控制自环境中进入封装内的水分。一般而言，任何可捕获水分而不会干扰干涉式调制器阵列的光学性质的物质均可用作干燥剂80。合适的干燥剂材料包括但不限于沸石、分子筛、表面吸附剂、体吸附剂、及化学反应剂。

干燥剂80可具有不同的形式、形状及尺寸。除了为固体形式外，干燥剂80也可为粉末形式。可将这些粉末直接放入封装内，也可将其与一粘着剂混合使用。在一替代实施例中，在应用于封装内之前，可将干燥剂80制成不同的形状，例如柱状或片状。

熟练的技术人员将知道，可以不同的方式应用干燥剂80。在一实施例中，干燥剂80沉积为干涉式调制器阵列76的一部分。在另一实施例中，干燥剂80作为一种喷剂或一种浸渍涂层应用于封装70内部。

衬底72可为一种能够在上面形成薄膜、MEMS装置的半透明或透明物质。此等透明物质包括但不限于玻璃、塑料及透明聚合物。干涉式调制器阵列76可包括薄膜调制器或可拆式调制器。所属技术领域的技术人员将了解，背板74可由任一合适材料制成，例如由玻璃、金属、箔、聚合物、塑料、陶瓷或半导体材料(例如硅)制成。

封装过程可在真空中、在真空直至且包括环境压力的压力下、或者在高于环境压力的压力下实现。封装过程也可在密封过程中在变化且受控的高压力或低压力环境中实现。在完全干燥的环境中对干涉式调制器阵列76进行封装可能较为有利，但并非必须如此。同样地，封装环境可为处于环境条件下的惰性气体环境。在环境条件下进行封装可降低工艺成本并更可能实现设备选择的多样性，这是因为装置可在环境条件下运输而不会影响装置的运行。

一般而言，期望使渗透入封装结构内的水蒸汽最少化，且由此控制封装结构70内的环境，并对其进行气密性密封以确保所述环境保持恒定。当封装内的湿度超过某一等级时，因水分而引起的表面张力变得高于干涉式调制器10中可移动元件(未图示)的恢复力，因而可移动元件可能变得永久性粘滞至所述表面上。

如上所述，可使用干燥剂来控制存留于封装结构70内的水分。不过，通过建置一气密性密封件78来阻止水分由大气进入封装结构70内可降低或消除对干燥剂的需求。

显示装置尺寸的不断缩小限制了可用于控制封装结构70内的环境的方法，因为封装结构70内放置干燥剂80的区域较小。随着封装结构尺寸的缩小，尽管封装结构易受进入水蒸汽影响的区域可保持不变或略有缩小，但是相比较而言，可用于干燥剂的区域显著地缩小了。消除对干燥剂的需求还可使封装结构70更薄，这一点在某些实施例中是人们所期望的。通常，在含有干燥剂的封装中，封装装置的预期寿命可取决于干燥剂的寿命。当干燥剂完全耗尽时，随着有足够多的水分进入封装结构并对干涉式调制器阵列造成损坏，干涉式调制器装置将失效。

在一实施例中，密封件78包括一形成一屏障的敷镀金属，其配置成用作一环境屏障来禁止或阻止水分流过。图7B为具有一金属密封件78的封装结构70的一等轴图。在一实施例中，密封件78为一防止空气和水蒸汽流过密封件78的气密性密封件。金属密封件78较佳地通过一光刻工艺形成，且可将密封件78定位在一期望位置的+/-1μm内。

图8A至图8E为剖面视图，其显示一种形成图7B所示的密封件78、及封装一MEMS装置(例如干涉式调制器阵列76)的方法的一实施例的不同阶段。

图8A为一剖面视图，其显示形成于衬底72上的干涉式调制器阵列76。在一实施例中，干涉式调制器阵列76还包括位于阵列76的干涉式调制器元件的导电部件(如图1所示的导电部件14、16)之间的牺牲层(未示出)。所述牺牲层可包括(例如)钼。参考图8B，通过在衬底72上沉积一绝缘体802将衬底72上的导电引线801与所述密封件电隔离。在某些实施例中，如图8B所示，绝缘体802也沉积在干涉式调制器阵列76上。在某些实施例中，绝缘体802可实施在衬底72上拟形成密封件78的一位置上。不过，通过如图8B所示在衬底72及干涉式调制器阵列76的顶部进行沉积、并随后移除绝缘体802的不期望部分来形成绝缘体802可能更为实际可行。所述绝缘体可(例如)通过薄膜沉积方法，例如溅射或化学蒸气沉积(CVD)方法形成。在一实施例中，所述绝缘体为SiO₂或其他绝缘氧化物或氮化物，且具有一约2000埃或更小、或约1000埃或更小的厚度。那些所属技术领域的技术人员将了解，其它沉积所述绝缘体或替代绝缘体材料的方法属于本发明的范围以内。

在沉积绝缘体802之后，将一个或多个用于电镀的金属层804直接沉积在绝缘体802的顶部。金属层804可包括复数个层，且在一实施例中，金属层804包括一附着层及一金属籽晶层。所述附着层较佳地促进了绝缘体与金属籽晶层之间的附着。在某些实施例中，所述金属籽晶层为其上形成有电沉积物的导电性敷镀基体，且不需要为与电沉积物相同的材料。在一实施例中，所述金属籽晶层具有一约500埃至2000埃的厚度，且所述附着层具有一约50埃至100埃的厚度。在一实施例中，附着层与金属籽晶层的组合厚度为约100埃至500埃。在某些实施例中，附着层包括不同种类的金属，例如钛(Ti)或铬(Cr)。熟练的技术人员将理解，(例如)如果拟附装金属籽晶层的表面是粗糙的，也可省略附着层。

如图8C所示，在金属层804上将一掩膜806图案化成界定一个或多个空腔808以供靠近干涉式调制器阵列76的一周边形成密封壁。所述周边空腔808可为正方形或长方形，或可具有其它几何形状。在包含一个以上的干涉式调制器阵列76的封装结构70的一实施例中，密封件78定位成围绕所述复数个干涉式调制器阵列的一整个周边。在一实施例中，是在对掩膜806进行图案化之后沉积金属层804，以使金属层804仅沉积在空腔808中的绝缘体802上。

掩膜806较佳地包含光阻剂，且可使用(例如)UV光进行图案化。所述光阻剂可包含一在受到紫外光辐照时变为可溶并阻止对其覆盖的区域进行蚀刻或敷镀的有机聚合物(其也被称为抗蚀剂)。光阻剂及其用途在不同的行业中为人们所熟知，例如半导体、生物医学工程、全息照相、电子、及纳米制造行业。在某些实施例中，较佳将光阻剂用作掩膜以精确地界定厚层。

如图8D中所示，一个或多个金属层沉积在空腔808中暴露的金属籽晶层804上，由此形成一密封壁810。一个或多个金属层的沉积较佳地包括使用一电镀槽进行电镀。可以预期其它沉积或形成金属层的方法，包括(例如)无电极敷镀。

在一实施例中，掩膜806的厚度取决于密封壁810的期望厚度或高度，其中掩膜806的厚度基本上相同于或稍大于密封壁810的期望高度。在某些实施例中，掩膜806厚于密封壁810的期望高度，或薄于密封壁810的期望高度。在一实施例中，密封壁810的高度约为10微米至70微米。在某些实施例中，密封壁810的高度约为30微米至50微米。可以预期密封壁810的其它高度。

如图8E中所示，通过诸如湿化学蚀刻等方法移除未被电镀金属808覆盖的区域中的掩膜806、金属层804、及绝缘体802。或者，可分别在单独的步骤中移除金属层804及绝缘体802。在其中金属籽晶层沉积在掩膜806的顶部的实施例中，金属籽晶层与掩膜806一起被移除。在将背板74结合至密封件78之前，使用(例如)XeF2气体对存在于干涉式调制器阵列76中的牺牲层进行蚀刻，以释放阵列76的干涉式调制器元件的薄膜或导电部件。

在将牺牲层自干涉式调制器阵列76移除之后，将背板74结合至包括绝缘体802及密封壁810的密封件78，以形成封装结构70。所属技术领域的技术人员将了解，背板74可由任一合适材料制成，例如由玻璃、金属、箔、聚合物、塑料、陶瓷或半导体材料(例如硅)制成。

参见图7A，所属技术领域的技术人员可将密封件78的高度及背板74的形貌选择成使干燥剂80距离干涉式调制器阵列76足够远。密封件78的高度与密封壁810的高度成正比。在某些实施例中，密封件78较佳地形成为一约100微米至300微米的高度。在其它实施例中，密封件78较佳地形成为一小于约400微米的高度。在其它实施例中，密封件78较佳地形成为一大于约50微米的高度。熟练的技术人员将知密封件78的厚度可取决于不同的因素，例如干涉式调制器阵列76的期望寿命、密封件78的材料、在阵列76的寿命期间预计渗透至封装结构70内的污染物及水分的量、周围环境的湿度、及/或封装结构70内是否包括干燥剂80。

图9为一工艺流程图，其显示一种形成一金属密封件及封装一MEMS装置的方法的一实施例。在某些实施例中，在图8A中所示的结构为执行图9所示方法900的初始结构，方法900开始于步骤902。方法900进行至步骤902，在步骤902中，通过如图8B所示在衬底及干涉式调制器阵列上沉积一绝缘体将密封件与位于衬底上的导电引线电隔离。

在步骤904中沉积绝缘体之后，在步骤906中，将一个或多个用于电镀的金属层直接沉积在绝缘体的顶部。如以上参考图8B所述，一个或多个金属层可包括复数个层，且在一实施例中，所述金属层包括一附着层及一金属籽晶层。在步骤908中，在步骤906中所形成的金属层上对一掩膜进行图案化，以界定一个或多个用于靠近干涉式调制器阵列的一周边形成密封壁的空腔808。

在步骤910中，使用一电镀槽进行电镀，以在步骤908中所形成的空腔中的暴露金属籽晶层上沉积一层或多层金属，由此形成一密封壁。电镀能够沉积周期表中一半以上的元素。在一实施例中，较佳的电镀金属为镍，不过，也可使用铜和锡。电镀是一种获得约为数十至数百微米的期望密封件厚度的有效方法。可使用电镀以外的其它方法沉积密封壁金属，包括(例如)无电极敷镀、蒸发、及溅射。

步骤910也可包括将一背板附着层电镀至密封壁，其中所述背板附着层包含一种焊料，例如PbSn、InSb、SnBi或其它能够被电镀的焊料。在某些实施例中，背板附着层包括多个层，例如一可润湿金属层或一焊料层。

在步骤912中，通过诸如湿化学蚀刻等方法将未被电镀金属覆盖的区域中的掩膜、金属层、及绝缘体移除。或者，可分别在单独的步骤中移除金属层804及绝缘体802。金属籽晶层可通过(例如)离子研磨移除。在其中金属籽晶层沉积在掩膜806的顶部的实施例中，金属籽晶层与掩膜806一起被移除。

在步骤914中，在将背板结合至密封壁之前，使用(例如)XeF2气体对存在于干涉式调制器阵列中的牺牲层进行蚀刻，以释放阵列的干涉式调制器元件的薄膜或导电部件。较佳地，可在密封件形成过程900中保留牺牲层，以防止阵列受到在密封件形成过程900的任何步骤中可能发生的损伤。不过，牺牲钼可在制造过程中的任何其它时间移除。

在步骤916中，当牺牲层在步骤914中被移除之后，将背板结合至密封壁以形成封装结构。在一实施例中，所述背板通过焊料结合至密封壁以形成一气密性结合。所述焊料可如参考步骤910所述沉积在密封壁上，可在步骤912及/或914之后施加，或可施加至背板。所述焊料较佳地在一低于约250℃的温度下熔化和流动，以避免对干涉式调制器阵列76造成热损伤。

背板可具有一个或多个沉积在其上的背板附着层，以用于附着至密封壁，或沉积在密封壁上的可润湿金属及/或焊料。在一实施例中，背板包括一附着层，例如配置成可耐受焊接温度的一薄层金属(例如铬或锡)或其他材料，且焊料沉积在所述附着层上以用于将背板附装至密封壁。在一实施例中，背板包括一易于实施焊接的金属。在另一实施例中，背板包括焊接至密封壁或使用一接缝密封结合的一金属薄膜或一金属路径。密封件78的形成可通过使密封件的形成成为阵列工艺的一部分来降低封装工艺的复杂度。

图10A及10B为显示一显示装置2040的一实施例的系统方块图。显示装置2040例如可为蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置2040的相同组件及其稍作变化的形式也可作为例如电视及便携式媒体播放器等各种类型显示装置的例证。

显示装置2040包括一外壳2041、一显示器2030、一天线2043、一扬声器2045、一输入装置2048及一麦克风2046。外壳2041通常由所属技术领域的技术人员所熟知的众多种制造工艺中的任一种工艺制成，包括注射成型及真空成形。此外，外壳2041可由众多种材料中的任一种材料制成，包括但不限于塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷、或其一组合。在一实施例中，外壳2041包括可拆式部分(未图示)，这些可拆式部分可与其它具有不同颜色的、或包含不同标识、图片或符号的可拆式部分换用。

实例性显示装置2040的显示器2030可为众多种显示器中的任一种，包括本文所述的双稳显示器。在其它实施例中，显示器2030包括例如上文所述的等离子体显示器、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD等平板显示器、或例如CRT或其它管式装置等非平板显示器，这些显示器为所属技术领域的技术人员所熟知。然而，出于描述本实施例的目的，显示器2030包括一如本文所述的干涉式调制器显示器。

图10B示意性地显示实例性显示装置2040的一实施例中的组件。所示实例性显示装置2040包括一外壳2041，并可包括其它至少部分地封闭于其中的附加组件。例如，在一实施例中，实例性显示装置2040包括一网络接口2027，该网络接口2027包括一耦接至一收发器2047的天线2043。收发器2047连接至处理器2021，处理器2021又连接至调节硬件2052。调节硬件2052可配置成对一信号进行调节(例如，对一信号进行滤波)。调节硬件2052连接至一扬声器2045及一麦克风2046。处理器2021还连接至一输入装置2048及一驱动控制器2029。驱动控制器2029耦接至一帧缓冲器2028并耦接至阵列驱动器2022，阵列驱动器2022又耦接至一显示阵列2030。一电源2050根据具体实例性显示装置2040的设计的要求为所有组件供电。

网络接口2027包括天线2043及收发器2047，以使实例性显示装置2040可通过网络与一个或多个装置通信。在一实施例中，网络接口2027还可具有某些处理功能，以降低对处理器2021的要求。天线2043是所属技术领域的技术人员所知的用于发射及接收信号的任一种天线。在一实施例中，该天线根据IEEE802.11标准(包括IEEE 802.11(a)，(b)，或(g))来发射及接收RF信号。在另一实施例中，该天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射及接收RF信号。倘若为蜂窝式电话，则该天线被设计成接收CDMA、GSM、AMPS或其它用于在无线蜂窝电话网络中进行通信的已知信号。收发器2047对自天线2043接收的信号进行预处理，以使其可由处理器2021接收及进一步操纵。收发器2047还处理自处理器2021接收到的信号，以使其可通过天线2043自实例性显示装置2040发射。

在一替代实施例中，可由一接收器取代收发器2047。在又一替代实施例中，可由一图像源取代网络接口2027，该图像源可存储或产生拟发送至处理器2021的图像数据。例如，该图像源可为一含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器、或一产生图像数据的软件模块。

处理器2021通常控制实例性显示装置2040的总体运行。处理器2021自网络接口2027或一图像源接收数据(例如压缩的图像数据)，并将该数据处理成原始图像数据或处理成一种易于处理成原始图像数据的格式。然后，处理器2021将处理后的数据发送至驱动控制器2029或发送至帧缓冲器2028进行存储。原始数据通常是指可识别一图像内每一位置处的图像特性的信息。例如，所述图像特性可包括颜色、饱和度及灰度级。

在一实施例中，处理器2021包括一微控制器、CPU、或用于控制实例性显示装置2040的运行的逻辑单元。调节硬件2052通常包括用于向扬声器2045发送信号及从麦克风2046接收信号的放大器及滤波器。调节硬件2052可为实例性显示装置2040内的离散组件，或者可并入处理器2021或其它组件内。

驱动控制器2029直接自处理器2021或自帧缓冲器2028接收由处理器2021产生的原始图像数据，并适当地将原始图像数据重新格式化以便高速传输至阵列驱动器2022。具体而言，驱动控制器2029将原始图像数据重新格式化成一具有光栅状格式的数据流，以使其具有一适合于扫描显示阵列2030的时间次序。然后，驱动控制器2029将格式化后的信息发送至阵列驱动器2022。尽管驱动控制器2029(例如LCD控制器)通常是作为一独立的集成电路(IC)与系统处理器2021相关联，然而这些控制器也可按许多种方式进行构建。其可作为硬件嵌入处理器2021中、作为软件嵌入处理器2021中、或以硬件形式与阵列驱动器2022完全整合。

通常，阵列驱动器2022自驱动控制器2029接收格式化后的信息并将视频数据重新格式化成一组平行的波形，该组平行的波形每秒许多次地施加至来自显示器的x-y像素阵列的数百条、有时数千条引线。

在一实施例中，驱动控制器2029、阵列驱动器2022、及显示阵列2030适用于本文所述的任一类型的显示器。举例而言，在一实施例中，驱动控制器2029是一传统的显示控制器或一双稳显示控制器(例如一干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器2022是一传统驱动器或一双稳显示驱动器(例如一干涉式调制器显示器)。在一实施例中，一驱动控制器2029与阵列驱动器2022相整合。这种实施例在例如蜂窝式电话、手表及其它小面积显示器等高度集成的系统中很常见。在又一实施例中，显示阵列2030是一典型的显示阵列或一双稳显示阵列(例如一包含一干涉式调制器阵列的显示器)。

输入装置2048使用户能够控制实例性显示装置2040的运行。在一实施例中，输入装置2048包括一小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、一按钮、一开关、一触敏屏幕、一压敏或热敏薄膜。在一实施例中，麦克风2046是实例性显示装置2040的输入装置。当使用麦克风2046向该装置输入数据时，可由用户提供语音命令来控制实例性显示装置2040的运行。

电源2050可包含许多种能量存储装置，此在业内众所周知。例如，在一实施例中，电源2050为一可再充电的蓄电池，例如一镍-镉蓄电池或一锂离子蓄电池。在另一实施例中，电源2050是一可再生能源、电容器或太阳能电池，包括塑料太阳能电池及太阳能电池漆。在另一实施例中，电源2050配置成自墙上插座接收电力。

在某些实施方案中，控制可编程性如上文所述存在于一驱动控制器中，该驱动控制器可位于电子显示系统中的数个位置上。在某些情形中，控制可编程性存在于阵列驱动器2022中。所属技术领域的技术人员将知，可在任意数量的硬件及/或软件组件中及在不同的配置中实施上述优化。

尽管上文详细说明是显示、说明及指出本发明的适用于各种实施例的新颖特征，然而应了解，所属技术领域的技术人员可在形式及细节上对所示装置或工艺的作出各种省略、替代及改变，此并不背离本发明的精神。另外，本文所描述和显示的步骤并不限于所述行为的严格顺序，也不必局限于实施所述的所有行为。在实施本发明的所述实施例时，可采用其它事件或行为顺序、或少于全部事件或所述事件同时发生的顺序。应知道，由于某些特征可与其它特征相独立地使用或付诸实践，因而可在一并不提供本文所述的所有特征及优点的形式内实施本发明。

Claims (50)

1、一种将一微机电系统(MEMS)装置与环境条件隔绝的方法，其包括：

在一包含一MEMS装置的衬底上形成一实质为金属的密封件；及

将一背板附装至所属金属密封件以将所述MEMS装置与环境条件隔绝。

2、如权利要求1所述的方法，其中形成所述实质为金属的密封件包括：在所述衬底上形成一绝缘体层，及在所述绝缘体层上形成一金属密封壁。

3、如权利要求2所述的方法，其中形成所述实质为金属的密封件进一步包括在所述绝缘体上沉积一个或多个金属层，且其中所述金属密封壁形成于所述一个或多个金属层上。

4、如权利要求3所述的方法，其中所述一个或多个金属层包括一金属籽晶层及一附着层中的至少一层。

5、如权利要求1所述的方法，其中附装所述背板包括焊接。

6、如权利要求1所述的方法，其中所述MEMS装置包括一牺牲层，且其中所述方法进一步包括在形成所述实质为金属的密封件后自所述MEMS装置移除所述牺牲层。

7、如权利要求1所述的方法，其中形成所述实质为金属的密封件包括：在所述衬底上形成一具有一个或多个空腔的掩膜，其中所述空腔界定一围绕所述MEMS装置的周边；及在所述掩膜的所述一个或多个空腔中形成一个或多个金属密封层；及移除所述掩膜层以围绕所述MEMS装置的所述周边形成一密封壁。

8、如权利要求7所述的方法，其中所述掩膜包含光阻剂，且其中形成所述掩膜包括使用UV光。

9、如权利要求1所述的方法，其中形成所述实质为金属的密封件包括电镀。

10、如权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述金属密封件上形成一个或多个附着金属层，其中所述一个或多个附着金属层配置成用于附装至所述背板。

11、如权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个附着层包含一焊料。

12、如权利要求1所述的方法，其中所述背板包括一配置成附着至所述金属密封件的预沉积附着层。

13、如权利要求1所述的方法，其中将所述背板附装至所述金属密封件包括焊接。

14、如权利要求13所述的方法，其中所述背板包括靠近一用于附装至所述金属密封件的区域的一附着层及一焊料层。

15、如权利要求14所述的方法，其中所述附着层包括金属。

16、一种制作一微机电系统(MEMS)装置的方法，其包括：

在一形成于一衬底上的MEMS装置上沉积一绝缘体，其中所述MEMS装置包括一牺牲层；

在所述绝缘体上沉积一个或多个金属层；

在所述金属层上形成一具有一个或多个空腔的掩膜；

在所述一个或多个空腔内形成一个或多个金属密封层，由此靠近所述MEMS装置的一周边形成一基本上呈气密性的密封件；

移除所述掩膜层、所述一个或多个金属层、及所述绝缘层；

自所述MEMS装置移除所述牺牲层；及

将一背板定位成与所述密封件接触，以将所述MEMS装置与环境条件隔绝。

17、如权利要求16所述的方法，其中形成一个或多个金属密封层包括在所述掩膜层上进行电镀。

18、如权利要求16所述的方法，其进一步包括在所述一个或多个金属密封层上形成一个或多个附着金属层，其中所述一个或多个附着金属层配置成用于附装至所述背板。

19、如权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个附着层包括一焊料。

20、如权利要求16所述的方法，其中所述掩膜包含光阻剂，且其中形成所述掩膜包括使用UV光。

21、如权利要求16所述的方法，其中所述沉积在所述绝缘体层上的一个或多个金属层包括一金属籽晶层及一附着层中的至少一层。

22、如权利要求16所述的方法，其中所述背板包括一配置成附着至所述密封壁的预沉积附着层。

23、如权利要求16所述的方法，其中将所述背板附装至所述密封壁包括焊接。

24、如权利要求23所述的方法，其中所述背板包括靠近一用于附装至所述密封壁的区域的一附着层及一焊料层。

25、如权利要求24所述的方法，其中所述附着层包括金属。

26、一种电子装置，其包括：

用于支撑一MEMS装置的构件；

用于在所述支撑构件上提供一MEMS装置的构件；

用于在所述支撑构件上且靠近所述MEMS装置的一周边提供一实质为金属的密封件的构件，由此靠近所述MEMS装置的一周边形成一基本上呈气密性的密封件；及

用于密封所述MEMS装置的构件，其与所述实质为金属的密封件接触，由此将所述MEMS装置封闭在所述支撑构件、所述实质为金属的密封件、及所述密封构件内。

27、如权利要求26所述的电子装置，其中所述支撑构件包括一透明衬底。

28、如权利要求26或27所述的电子装置，其中所述用于提供一MEMS装置的构件包括一干涉式调制器阵列。

29、如权利要求26、27、或28所述的电子装置，其中所述密封构件包括一背板。

30、如权利要求26、27、28、或29所述的电子装置，其中所述用于提供一实质为金属的密封件的构件包括一焊料层。

31、如权利要求26所述的电子装置，其进一步包括用于在所述实质为金属的密封件上形成一个或多个附着金属层的构件，其中所述一个或多个附着金属层配置成用于附装至一背板。

32、如权利要求31所述的电子装置，其中所述一个或多个附着层包括焊料。

33、如权利要求26所述的电子装置，其中所述用于提供一实质为金属的密封件的构件包括一金属籽晶层及一附着层中的至少一层。

34、如权利要求26所述的电子装置，其进一步包括用于将所述密封构件附装至所述金属密封件的构件。

35、如权利要求34所述的电子装置，其中所述附装构件包括一配置成附着至所述金属密封件的预沉积附着层。

36、如权利要求26所述的电子装置，其中所述MEMS装置包括一干涉式调制器。

37、一种与环境条件隔绝的微机电系统(MEMS)装置，其包括：

一形成于一衬底上的MEMS装置；

一形成于所述衬底上靠近所述MEMS装置的一周边的实质为金属的密封件；及

一背板，其与所述实质为金属的密封件接触，由此将所述MEMS装置封闭在所述衬底、所述实质为金属的密封件、及所述背板内。

38、如权利要求37所述的装置，其进一步包括一个或多个沉积在所述实质为金属的密封件上的附着金属层，其中所述一个或多个附着金属层配置成用于附装至所述背板。

39、如权利要求38所述的装置，其中所述一个或多个附着层包含一焊料。

40、如权利要求37所述的装置，其中所述实质为金属的密封件包括一金属籽晶层及一附着层中的至少一层。

41、如权利要求37所述的装置，其进一步包括：

一与所述MEMS装置电连通的处理器，所述处理器配置成用于处理图像数据；及

一存储装置，其与所述处理器电连通。

42、如权利要求41所述的装置，其进一步包括一驱动电路，所述驱动电路配置成向所述MEMS装置发送至少一信号。

43、如权利要求42所述的装置，其进一步包括一控制器，所述控制器配置成将所述图像数据的至少一部分发送至所述驱动电路。

44、如权利要求41所述的装置，其进一步包括一图像源模块，所述图像源模块配置成将所述图像数据发送至所述处理器。

45、如权利要求44所述的装置，其中所述图像源模块包括一接收器、收发器、及发射器中的至少一个。

46、如权利要求41所述的装置，其进一步包括一输入装置，所述输入装置配置成接收输入数据并将所述输入数据传送至所述处理器。

47、一种制造一微机电系统(MEMS)装置的方法，其包括：

在一包含一MEMS装置的衬底上形成一实质为金属的密封件；及

将一背板附装至所述金属密封件以将所述MEMS装置与环境条件隔绝。

48、如权利要求47所述的方法，其中形成所述实质为金属的密封件包括：在所述衬底上形成一绝缘体层；及在所述绝缘体层上形成一金属密封壁。

49、如权利要求48所述的方法，其中形成所述实质为金属的密封件进一步包括在所述绝缘体上沉积一个或多个金属层，且其中所述金属密封壁形成于所述一个或多个金属层上。

50、一种根据权利要求16或47所述的方法形成的MEMS装置。

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