[发明专利]利用球形玻璃微腔进行气密性封装的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS(微电子机械系统)制造技术，尤其涉及一种利用球形 玻璃微腔进行气密性封装的方法。

背景技术

在MEMS封装领域，由于器件普遍含有可动部件，在封装时需要使用微米尺 寸的微腔结构对器件进行密闭封装，让可动部件拥有活动空间，并且对器件起到 物理保护的作用，一些如谐振器、陀螺仪、加速度计等器件，还需要真空气密的 封装环境。目前我们常用的键合封装工艺有硅玻璃阳极键合，硅硅热键合，熔融 玻璃封接和有机粘接键合。其中硅硅热键合的温度太高且时间较长，工艺难以把 握；有机粘接键合的强度小、气密性差，难以对可动器件做到很好的保护。

在MEMS制造技术领域，Pyrex7740玻璃(一种含有碱性离子的玻璃，Pyrex 是Corning公司的产品品牌)是一种重要的材料，它有着和Si材料相近的热膨胀 系数，有着高透光率和较高的强度，并且可以通过使用阳极键合工艺与Si衬底形 成高强度的键合连接，在键合表面产生了牢固的Si-O共价键，其强度甚至高于Si 材料本身。由于这样的特性，使得Pyrex7740玻璃广泛应用于MEMS封装、微流 体和MOEMS(微光学机电系统)等领域。阳极键合工艺可以提供非常好的气密 性，是最常用的真空密封键合工艺。在Pyrex7740玻璃上形成微腔结构，再与含 有可动部件的Si衬底进行阳极键合，便可以实现MEMS器件的真空封装。所以， 如何在Pyrex7740玻璃上制造精确图案结构的微腔，是实现此种封装工艺的重点。 传统采用湿法腐蚀Pyrex7740玻璃工艺，由于是各向同性腐蚀，所以无法在提供 深腔的同时精确控制微腔尺寸。如果采用DRIE的方法利用SF₆气体对Pyrex7740 玻璃进行刻腔，则需要用金属Cu、Cr等做掩膜进行刻蚀，效率低且成本高。

球形微腔和微流道玻璃热成型可以采用的技术是负压成型和正压成型。负压 成型受玻璃厚度影响较大，很难制备球形微腔等腔内高度较高的微腔和尺寸较小 的微腔和微流道。正压自膨胀热成型玻璃微流道也是在硅上刻蚀微流道图形，将 硅与玻璃阳极键合，根据理想气体状态方程：PV＝nRT，通过气体膨胀高温热成型。 但是，成型球形度较高的球形玻璃微腔，需要用成本较高且容易造成污染的DRIE 刻蚀深的硅腔和高的深宽比以提供足够的气体，使得玻璃气泡充分形成，具有较 高的高度，以形成较高的弧形；甚至采用在另外一个腔上刻蚀较大的孔，再与带 有通孔的硅片键合，从而提供足够的气体以成型高度较高，弧形度较好的玻璃微 流道。这些方法比较复杂，成本较高。采用DRIE刻蚀也需要较长的时间，进一步 增加成本。

在获得高度较高，尺寸较大的玻璃微腔后，由于商用加速度计等MEMS芯片或 者需要气密封装的芯片上通常有较厚的绝缘层，甚至有其它复杂电路，使得直接 利用玻璃微腔与载有MEMS芯片的硅衬底阳极键合难以进行。因此急需一种能够封 装多种具有不同设计的MEMS芯片的封装方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法简单、通用性好的利用球形玻璃微腔进行气密 性封装的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种利用球形玻璃微腔进行气密性封装的方法，包括以下步骤：

第一步：在玻璃圆片上制备密封芯片用玻璃微腔和引线玻璃微腔；

第二步，芯片贴装：在具有薄二氧化硅层的硅衬底圆片上制作引线，将芯 片粘贴在与密封芯片用玻璃微腔对应的硅衬底上，并与引线相连，铝引线的两 端分别对应于密封芯片用玻璃微腔和引线玻璃微腔，

第三步，将上述带有玻璃微腔和引线玻璃微腔的玻璃圆片与所述载有芯片 和引线的硅衬底圆片对准，并键合密封；

第四步，去除引线玻璃微腔上的玻璃，使引线的引出端裸露从而实现芯片 的引出。