[发明专利]微机电系统器件的真空封装方法

说明书

技术领域：本发明属于微机电系统领域，尤其涉及一种射频、惯性、真空微电子等微机电系统(以下简称MEMS)器件的真空封装方法。

背景技术：在微电子技术的基础上发展而来的微机电系统(MEMS)技术是一个新兴的多学科交叉的高科技领域，相应的MEMS器件产品将在国民经济和国家安全等方面发挥越来越重要的作用。与微电子技术相类似，采用微机械加工技术制作的MEMS器件需要相应的、稳妥可靠的封装以保证其最终产品的性能，其形式多样，工艺要求高，难度大，费用在产品成本价格中占有很高的比例(超过50％)。封装的真空度保持性能在很大程度上决定了器件的最终性能、工作的可靠性及其寿命。

真空封装是MEMS封装的一种重要形式，它能在射频、惯性、真空微电子类MEMS产品芯片(chip)周围形成一个真空环境，可以使MEMS器件处于10^-2帕以下的高真空环境工作，并保证其中的微机械结构具有优良的振动性能(例如使各种机械谐振器有高的品质因数)或长期稳定工作(例如防止射频微机械开关运动触点的玷污、粘附或保证真空微电子器件的电流特性)，使其能正常工作，并提高其可靠性，是目前国际上正在积极研究开发的一项重要的MEMS封装技术。

MEMS的真空封装的实现，往往采用传统的用于混合集成电路的金属、陶瓷封装外壳或与之类似的专门加工的外壳，或者利用硅或玻璃等材料，以微机械方法制作出尺寸与MEMS器件大小相近的外壳，通过键合等方法与MEMS器件封接在一起。存在的困难是尺寸小，由于引线和管脚的存在，漏率偏高，真空度保持困难。

现有的MEMS器件真空封装技术主要有：

1、传统真空电子器件的封装真空度保持技术：大量采用蒸散型(如钡铝化合物等)和非蒸散型吸气剂(如锆铝化合物)来保持器件内部的真空状态。但都针对大尺寸(最小为厘米级)的封装外壳，外壳的形状、结构与微电子行业所用的外壳不同。蒸散型吸气剂需要放在天线状容器中置入外壳中进行蒸镀，非蒸散型吸气剂往往呈块状或条状，需要设法固定在外壳上。封装设备体积大，结构复杂，很难应用于小尺寸的MEMS封装外壳。其工艺属单件操作，与现有整个硅基微机械加工流程兼容性不好，特别对于采用非蒸散型吸气剂的工艺流程。

2、在片低压封装技术中的真空保持技术：在专用真空设备中，对其上已由微机械加工方法制作出相应结构的三层玻璃片/硅片/玻璃片、或硅片/硅片/硅片等进行对准和键合，从而形成三明治封装结构。键合前在每个器件对应的小腔体中依次置入小块非蒸散型吸气剂。这种封装工艺实际上采用了已有的微机械加工工艺，方便了MEMS器件的包封，但也存在如下问题：工艺复杂，与半导体加工工艺设备不兼容；对一个圆片上并行加工出来的成百上千个腔体，每个腔体都要置入一块吸气剂，效率低，而且腔体体积受到限制，不能过小；吸气剂的固定困难；成品率低，吸气剂的放置和加温激活时的高温容易损伤MEMS产品微小外壳中的活动结构；如何固定吸气剂是个问题。因此这种真空保持技术在体积越来越小的MEMS器件中应用将十分有限。

总体说来，这些问题妨碍了MEMS真空封装的效果，制约了相关MEMS研究的深入和器件的商品化。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型、低成本的MEMS器件芯片级和器件级真空封装方法，在无需对现有硅微机械加工及封装工艺进行较大改动的情况下，实现简便实用、高效可靠的芯片级和器件级MEMS真空封装中的真空保持。

本发明的微机电系统器件的真空封装方法，封装过程中将蒸散型吸气剂蒸镀在微机电系统器件一个或一批多个封装外壳的一部分或全部内壁上，形成吸气薄膜结构，并用此种封装外壳对微机电系统器件进行真空封装。

封装外壳采用传统的混合集成电路金属封装外壳，由管座和管帽构成，外形为矩形或圆形；或者已通过微机械加工方法制作出封装外壳管座和/或管帽的、尚未划片的硅或玻璃圆片(Wafer)。