[发明专利]密封方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种密封方法。它可用于密封封装微型尺度的电学，光学，射频及流体器件和传感器，以及药物传输器件的加工，类如在医学吸入器中用于配制悬浮微粒的接受器。更确切的说本发明是关系到一种用于提高应用于上述器件的聚合物密封结构的密封性的方法。这个方法使用包含一个附加的隔离材料的聚合物密封材料。

背景技术

微机械器件（MEMS），微光学机械器件（MOEMS）以及其它的微电子元件普遍地应用于传感器，传动器，数字光投影仪以及陀螺仪。这类微电子元件可以用很多种适合的材料以及多阶段加工技术来制造包括微模压，浮雕，微机械加工以及光刻技术来达到足够的分辨率，功能性以及批量生产。

微机械器件用于许多产品之中。举例来说，微机械器件用于防止事故发生的微型加速器中，医疗器械，通讯和低成本印刷。尽管经过了变化和先进发展后这些器件已用于广泛的产品之中，但这些器件的封装技术还没有发展到同样的先进水平。

微电子加工包括很多填加或减少的步骤，就是用已知的工艺去增加或减少物质。

由于它们体积微小，微机械系统相关的器件很易碎及易损。这种损坏会影响器件功能性或导致失效。为了保护这些敏感器件，它们经常被置于一个起保护作用的封壳或腔体之中。

因此在半导体工业总体来讲，腔体加工或封装是一个必要的加工步骤而且经常占有一个完成的器件的成本的一个重要部分。与微机械系统器件及半导体工业相关的一个问题是能否在恰当地完成表面（界面）键合的同时尽可能减少或避免键和对表面及微系统器件及其相关的类似体积的器件造成损害。

尽管焊料，电焊，碎玻璃及阴极键和等已经是应用于微电子工业的封装中熟知的键和方法，而且当正确使用时它们能够用来制备不透气的（密封的）腔体，但这些技术经常需要高温或者强电场去促使键合过程的完成。这是一个缺点因为在封装过程中最后的热或者电应力会导致微系统及相关的器件的失效，因而会增加重新制作的费用同时（或者）降低器件的生产效率。

另外的已知的应用于微系统器件的低温或者临界温度键合工艺使用辐射固化材料，热固化材料，热塑性材料或者自粘合材料。这些材料及工艺的益处是费用低，能够提供在低或者无需热能力情况下实现微机械器件的封装，因而能减少损坏和增加产出。但是这样的密封体可能是透气的或者是不完全密封的，致使外界的因子诸如液体或气体进入腔体。

以前的用于实现以聚合物为粘接材料的密封封装方法，也称作晶圆范围粘合键合，采用在腔体外用真空办法蒸镀的金属或介质薄膜（J. Oberhammer, F. Nicklaus and G. Stemme, Sensors and Actuators, A. 110(2), 407-412, 2004; 和美国专利申请序列号11/113，545 (发表号码 US2005/0263866)）。WO2004/025727描述了一个类似的方法。但由于聚合物侧壁面的表面粗糙而造成的薄膜层的裂缝，这些文件里叙述的工艺过程可能是繁琐的及不足够可靠的。

WO 2004/025727 叙述了使用另一个键合材料来连接第一个和第二个晶圆的方法。除了键合材料，这个方法使用一个扩散阻止层。很多不同的材料可以用作密封材料，但是它不同于所用的键合材料。扩散阻止层可以用在封闭环体的外面或里面。

发明内容

我们意外地发现使用一个金属阻止层作为一个复合键合材料中的一部分去键合两个衬底可以得到适当的不透气密封封装但没有镀金属阻止层的缺点，也没有使用分离阻止层的缺点。另外分离的阻止层可能在封装过程中受到损坏。使用复合键合材料的另一个优点是可以用多层的金属阻止层和多层粘合材料来得到更好的不透气密封。由于用粘合层材料在键合过程中及其之后来支撑金属阻止层，这种方法可以最大程度地降低金属层的裂缝及损坏的可能性。由于使用金属隔离层，因此可以使密封度改善10 到10000 倍。其他的优点及益处将在以下的讨论中体现出来。

从一个方面来看，本发明给MEMS器件提供一个包含腔体的封装结构，包括含有一个对着腔体的表面的第一个衬底，一个对着腔体的表面的第二衬底以及一个复合材料环。这个环的一个表面对着腔体，一个表面背对着腔体，另两个表面与两个衬底对接。这个环包含一层聚合物材料和一个金属层。聚合物和金属层的上下表面对着所说的面向腔体的用复合材料环连续地沿着整个连在一起的衬底的表面。所述的对着腔体的衬底表面和复合材料环构成一个腔体。

从进一个角度来看，本发明提供一个制造一个包含腔体的一个封装方法，包括：

（i）提供带有第一个表面的第一个衬底和带有第二个表面的第二个衬底。