TWI564238B - 微機電封裝結構及其製作方法 - Google Patents

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Description

微機電封裝結構及其製作方法
本發明是關於一種微機電(microelectromechanical systems,MEMS)封裝結構及其製作方法，尤指一種具有濕氣阻隔層之微機電封裝結構。
MEMS裝置包括具有微機電的基板與微電子電路整合在一起。此種裝置可形成例如微感應器(microsensors)或微驅動器(microactuators)，其係基於例如電磁、電致伸縮(electrostrictive)、熱電、壓電、壓阻(piezoresistive)等效應來操作。MEMS裝置可藉由微電子技術例如微影、氣相沉積、及蝕刻等，於絕緣層或其他之基板上製得。近來，有使用與習知之類比及數位CMOS(互補式金氧半)電路之同類型的製造步驟(例如材料層的沉積與材料層的選擇性移除)來製造MEMS。
然而現行微機電結構與一基底，例如玻璃基板進行組裝時通常會遇到高溫與高濕度等問題。隨著濕度增加，空氣中的水分子與濕氣容易進入元件中並影響整個元件的運作。因此如何改良現有微機電結構與其製作方法來阻隔濕氣即為現今一重要課題。
因此本發明是揭露一種微機電封裝結構以解決上述習知 問題。
本發明較佳實施例是揭露一種製作微機電封裝結構的方 法。首先提供一微機電結構，然後利用一封膠將一第一玻璃基板設置於微機電結構上，之後再塗佈一濕氣阻隔層於該第一玻璃基板、該封膠以及該微機電結構之側壁。
本發明另揭露一種微機電封裝結構，其包含一第一玻璃基 板設於一微機電結構上，一封膠設於該第一玻璃基板與該微機電結構之間，以及一第一濕氣阻隔層設於該第一玻璃基板、該封膠以及該微機電結構之側壁。
12‧‧‧微機電結構
14‧‧‧第一玻璃基板
16‧‧‧封膠
18‧‧‧透鏡陣列
20‧‧‧黑色矩陣
22‧‧‧金屬框架
24‧‧‧基底
26‧‧‧導線
28‧‧‧濕氣阻隔層
30‧‧‧防濕層
32‧‧‧保護層
34‧‧‧防水層
36‧‧‧框膠
38‧‧‧第二玻璃基板
40‧‧‧黑色矩陣
62‧‧‧第一玻璃基板
64‧‧‧微機電結構
66‧‧‧封膠
68‧‧‧濕氣阻隔層
70‧‧‧透鏡陣列
72‧‧‧黑色矩陣
74‧‧‧防濕層
76‧‧‧保護層
78‧‧‧防水層
80‧‧‧基底
82‧‧‧基座
84‧‧‧階梯部
86‧‧‧第二玻璃基板
88‧‧‧黑色矩陣
90‧‧‧框膠
92‧‧‧濕氣阻隔層
94‧‧‧導線
第1圖為本發明較佳實施例製作一微機電結構之方法示意圖。
第2圖本發明另一實施例之一微機電封裝結構之結構示意圖。
請參照第1圖，第1圖為本發明較佳實施例製作一微機電結構之方法示意圖。如第1圖所示，首先提供一微機電結構12，然後利用一封膠(sealant)16將一第一玻璃基板14設置於微機電結構12上。在本實施例中，微機電結構12表面可設置一透鏡陣列18，且複數個黑色矩陣20可鑲嵌於第一玻璃基板14內來調整照射至透鏡陣列18之光線的方向。在本實施例中，封膠16較佳由環氧樹脂所構成，但不侷限於此。
接著於第一玻璃基板14與微機電結構12組裝在一起的時 候將一金屬框架22設置於一基底24上，其中基底24較佳由陶瓷所構成。隨後將組裝後的第一玻璃基板14與微機電結構12設置於基底24上，然後進行一打線(wire bonding)製程以形成複數條導線26與一密封膠(encapsulant)(圖未示)電連接微機電結構12與基底24。
然後可選擇性進行一表面處理，以於第一玻璃基板14與微機電結構12表面產生OH鍵。在本實施例中，表面處裡可包含一氧氣電漿處理或一紫外線臭氧處理，但不侷限於此。
接著於第一玻璃基板14與微機電結構12之上表面與側壁產生足夠的OH鍵結後塗佈一濕氣阻隔層28於第一玻璃基板14、封膠16以及微機電結構12側壁。塗佈濕氣阻隔層28的方式可先用一膠布遮住第一玻璃基板14上表面，然後進行一原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)製程，通入三甲基鋁(trimethylaluminum)及水並將溫度控制介於100℃至150℃，且較佳於100℃以形成一由AlOx所構成的防濕層30於第一玻璃基板14、封膠16以及微機電結構12側壁。另外所形成的防濕層30厚度較佳介於5埃至200埃。
隨後進行另一原子層沉積製程，通入1,2-雙(三氯甲矽基)乙烷(1,2-Bis(trichlorosilyl)ethane)與水，並將溫度控制介於25℃至50℃，且較佳於35℃以形成一由SiOx所構成的保護層32於防濕層30上。需注意的是，除了以原子層沉積製程形成保護層32，本發明又可選擇以SiOx蒸鍍或濺鍍方式形成保護層32，該些變化型均屬本發明所涵蓋的範圍。另外所形成的保護層32厚度較佳介於20埃至200埃。
之後進行一化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)製程，通入辛基三乙氧基矽烷(Octyltriethoxysilane)並將溫度控制介於25℃至150℃以形成一由自組單分子層(self-assembly monolayer,SAM)所構成的防水層34於保護層32上。在本實施例中所形成的防水層34厚度較佳介於20埃至200埃。
藉由防水層34來隔絕大部分的水分子，利用保護層32來吸收外在應力並同時維持微機電結構的整體形狀，最後利用防濕層30防止剩餘較小的水分子進入整個元件內，本發明可利用由防濕層30、保護層32與防水層34所組成的濕氣阻隔層28來防止外在水氣或濕氣影響到微機電結構12與第一玻璃基板14之間的元件。例如，本發明可藉此維持微機電結構12上透鏡陣列18的移動與運作，進而確保整個元件的整體效能不受影響。
需注意的是，本實施例雖依序形成防濕層30、保護層32以及防水層34，但不侷限於此，本發明又可依據製程需求先重複進行形成防濕層30與保護層32的步驟，例如形成複數層交錯之防濕層30與保護層32之後才形成防水層34，此實施例也屬本發明所涵蓋的範圍。
另外，本實施例雖較佳於第一玻璃機板14與微機電結構12黏著於金屬框架22之後將包含防濕層30、保護層32與防水層34等三者的濕氣阻隔層28塗佈於第一玻璃基板14、封膠16以及微機電結構12側壁，但不侷限於此順序，本發明又可於第一玻璃機板14及微機電結構12與金屬框架22及基底24結合之前便先塗佈濕氣阻隔層28，此變化型也屬本發明所涵蓋的範圍。
在結合上述元件後，可選擇性塗上一框膠(molding glue)36於基底24上並填滿濕氣阻隔層28與金屬框架22之間的縫隙，然後再將一第二玻璃基板38設置於金屬框架22上。至此即完成本發明較佳實施例之一微機電封裝結構的製作。
請再參照第1圖，其另揭露一種微機電封裝結構之結構示 意圖。如圖中所示，本發明之微機電封裝結構較佳包含一第一玻璃基板14設於一微機電結構12上、一封膠16設於第一玻璃基板14與微機電結構12之間以及一濕氣阻隔層28設於第一玻璃基板14、封膠16以及微機電結構12側壁。在本實施例中，微機電結構12表面另設置一透鏡陣列18，且複數個黑色矩陣20較佳鑲嵌於第一玻璃基板14內來調整照射至透鏡陣列18的光線方向。在本實施例中，封膠16較佳由環氧樹脂所構成，但不侷限於此。
濕氣阻隔層28較佳包含一防濕層30設於第一玻璃基板 14、封膠16以及微機電結構12之側壁、一保護層32設於防濕層30上以及一防水層34設於保護層32上。在本實施例中，防濕層30較佳由AlOx所構成，且其厚度較佳介於5埃至200埃，保護層32較佳由SiOx所構成，且其度較佳介於20埃至200埃，而防水層34則較佳由自組單分子層(self-assembly monolayer,SAM)所構成，且其厚度較佳介於20埃至200埃。
本發明之微機電封裝結構另包含一具有階梯部之金屬框 架22設於一基底24上，且第一玻璃基板14與微機電結構12結合後之組件均設於基底24上。基底24較佳由陶瓷所構成，一框膠36 可選擇性設於基底24上並填滿濕氣阻隔層28與金屬框架22之間的縫隙，以及一具有黑色矩陣40的第二玻璃基板38另設置於金屬框架22的階梯部上。
請參照第2圖，第2圖本發明另一實施例之一微機電封裝 結構之結構示意圖。如同先前之實施例，本實施例之微機電封裝結構較佳包含一第一玻璃基板62設於一微機電結構64上、一封膠66設於第一玻璃基板62與微機電結構64之間以及一濕氣阻隔層68設於第一玻璃基板62、封膠66以及微機電結構64側壁。在本實施例中，微機電結構64表面另設置一透鏡陣列70，且複數個黑色矩陣72較佳鑲嵌於第一玻璃基板62內來調整照射至透鏡陣列70的光線方向。在本實施例中，封膠66較佳由環氧樹脂所構成，但不侷限於此。
濕氣阻隔層68較佳包含一防濕層74設於第一玻璃基板 62、封膠66以及微機電結構64之側壁、一保護層76設於防濕層74上以及一防水層78設於保護層76上。在本實施例中，防濕層74較佳由AlOx所構成，且其厚度較佳介於5埃至200埃，保護層76較佳由SiOx所構成，且其度較佳介於20埃至200埃，而防水層78則較佳由自組單分子層(self-assembly monolayer,SAM)所構成，且其厚度較佳介於20埃至200埃。
雖然本實施例之基底80也由陶瓷所構成，但本實施例的 基底80經過再設計後可同時具有基底與金屬框架的特徵及優點，如此便可省略前述實施例中金屬框架。在本實施例中，基底80具有一基座82與一階梯部84設於基座82上，其中基座82與階梯部84 較佳為一體成形。其次，基底80的階梯部84由上往下俯視時較佳為一環形結構，且一具有黑色矩陣88的第二玻璃基板86較佳設置於基底80的階梯部84上並同時遮蔽住基底80與第一玻璃基板62之間的空隙。
另外本實施例之結構又可形成複數條導線94電連接微機 電結構64與基底80的基座82，一框膠90可選擇性設於基座82上並填滿濕氣阻隔層68與階梯部84之間的空隙，以及另一濕氣阻隔層92可選擇性設於第二玻璃基板86與階梯部84之間用來防止濕氣進入元件內。其中濕氣阻隔層92之組成可比照設於第一玻璃基板62與微機電結構64側壁的濕氣阻隔層68組成，在此不另加贅述。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
12‧‧‧微機電結構
14‧‧‧第一玻璃基板
16‧‧‧封膠
18‧‧‧透鏡陣列
20‧‧‧黑色矩陣
22‧‧‧金屬框架
24‧‧‧基底
26‧‧‧導線
28‧‧‧濕氣阻隔層
30‧‧‧防濕層
32‧‧‧保護層
34‧‧‧防水層
36‧‧‧框膠
38‧‧‧第二玻璃基板
40‧‧‧黑色矩陣

Claims (20)

  1. 一種製作微機電封裝結構的方法，包含：提供一微機電結構；利用一封膠將一第一玻璃基板設置於該微機電結構上；塗佈一濕氣阻隔層於該第一玻璃基板、該封膠以及該微機電結構之側壁，其中該濕氣阻隔層包含一自組單分子層(self-assembly monolayer,SAM)；以及在該濕氣阻隔層上形成一框膠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另包含：將一金屬框架黏著至一基底；將該第一玻璃基板及該微機電結構設置於該基底及該金屬框架上；以及設置一第二玻璃基板於該金屬框架上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該封膠包含環氧樹脂且該基底包含一陶瓷基底。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中塗佈該濕氣阻隔層之步驟包含：(a)形成一防濕層於該第一玻璃基板、該封膠以及該微機電結構之側壁；(b)形成一保護層於該防濕層上；以及(c)形成一防水層於該保護層上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該防濕層包含AlOx。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該保護層包含SiOx。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該防水層包含該自組單分子層。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之方法，另包含於進行步驟(c)之前重複進行步驟(a)及步驟(b)。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之方法，另包含進行一原子層沉積製程以形成該防濕層及該保護層。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之方法，另包含進行一化學氣相沉積製程以形成該防水層。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另包含於塗佈該濕氣阻隔層之前於該第一玻璃基板及該微機電結構上進行一表面處裡以產生OH鍵。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該表面處理包含一氧氣電漿處理或一紫外線臭氧處理。
  13. 一種微機電封裝結構，包含：一第一玻璃基板設於一微機電結構上；一封膠設於該第一玻璃基板與該微機電結構之間；一第一濕氣阻隔層設於該第一玻璃基板、該封膠以及該微機電結構之側壁，其中該濕氣阻隔層包含一自組單分子層(self-assembly monolayer,SAM)；以及在該濕氣阻隔層上形成一框膠。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之微機電封裝結構，另包含：一金屬框架設於一基底上；該第一玻璃基板及該微機電結構設於該基底上；以及一第二玻璃基板設於該金屬框架上。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之微機電封裝結構，另包含：該基底具有一基座與一階梯部設於該基座上；該第一玻璃基板及該微機電結構設於該基座上並被該階梯部環繞；以及一第二玻璃基板設於該階梯部上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之微機電封裝結構，另包含一第二濕氣阻隔層設於該第二玻璃基板及該階梯部之間。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之微機電封裝結構，其中該第一濕氣阻隔層包含：一防濕層設於該第一玻璃基板、該封膠以及該微機電結構之側壁；一保護層設於該防濕層上；以及一防水層於該保護層上。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之微機電封裝結構，其中該防濕層包含AlOx。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之微機電封裝結構，其中該保護層包含SiOx。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之微機電封裝結構，其中該防水層包含該自組單分子層。
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