[实用新型]一种集成吸气剂的MEMS薄膜封装结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种MEMS薄膜封装结构，尤其是一种集成吸气剂的MEMS薄膜封装结构，属于MEMS封装的技术领域。

背景技术

随着物联网技术的发展，越来越多的MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）器件需要被应用于微传感器等器件和系统中，但是居高不下的成本阻碍了大批量MEMS产品进入市场，其中很大的一部分产品成本则来自于MEMS器件的封装。经过了多年的探索与研究，MEMS封装技术已经较初始阶段有了长足的发展和进步。传统的MEMS封装方式，如器件级焊接封装等，已经不能满足目前市场的需求，而基于晶圆键合技术的MEMS晶圆级、芯片尺寸封装开始逐步成为新型MEMS器件的封装方式。然而，晶圆键合封装技术还有着它弱点，如：需要两块匹配的衬底，需要特殊的晶圆键合设备，封装后MEMS器件体积较大等。于是，基于表面微加工工艺的薄膜密封技术的诞生解决了上述问题，成为继晶圆键合技术之后的下一代先进的MEMS封装技术。但是，由于使用薄膜密封技术封装的MEMS器件腔体较小，封装材料的放气或是外界环境的漏气均会对封装腔体的压力产生巨大的影响。在一些对封装密封程度有较高要求的场合（如：红外焦平面传感器的封装等），由于先进工艺带来的腔体减小无疑对器件可靠性的维持提出了更加苛刻的要求。于是，在晶圆键合工艺中常用的吸气剂正在被研究人员们设法应用到薄膜密封技术中。

比较典型的，2009年，德国博世公司的Peter Rothacher提出了一种带有腔体内部阻气层的MEMS薄膜封装结构，该方法较传统薄膜密封的工艺的优势在于内部添加的阻气层，能够有效地阻碍封装材料在使用过程中放气而导致的MEMS腔体压力变化，但该发明中并未提出在薄膜密封腔体内集成吸气剂的方法，而且使用了复杂的材料转印技术形成封帽结构。对于在薄膜密封的腔体内集成吸气剂的实例，如2002年Anil Raj Duggal 等人在衬底材料中掺入了吸气剂颗粒，用于LED的真空封装；2004年，Jay S. Lewis和Michael S. Weaver针对LED的真空封装，采用了两种在封装内集成吸气剂的方法：一种是使用薄膜沉积，依次进行LED功能层，吸气剂层和密封层的沉积，但该方案中吸气剂与LED结构接触，无腔体的形成；另一种是采用键合的方式，通过环氧树脂键合块形成在两块衬底间形成腔体，吸气剂则位于上盖板上；2006年，Markus Lutz等人提出了一种MEMS薄膜封装的结构，其中吸气剂位于MEMS器件衬底上，封装腔体侧壁与顶盖上无吸气剂应用；类似的,在2011年，G. Dumont等人在芯片尺寸薄膜封装的MEMS红外焦平面阵列中也集成了吸气剂薄膜，该结构位于MEMS器件衬底上，不仅用于吸收封装腔体内的残余气体，还作为光反射层使用；2010年，Pezhman Monadgemi等人将吸气剂薄膜制作在MEMS薄膜密封的封帽结构内，一定程度上起到了吸气与阻气的作用，但该结构的缺点在于：吸气剂被夹在两层密封材料之间，从而吸气性能受到影响，也无法有效阻挡内层密封材料在器件使用过程中的放气。

分析上述研究进展情况可知，在目前的LED封装中已有将吸气剂集成入薄膜密封结构的技术，该方案没有封装腔体的形成，难以应用到MEMS封装中；在MEMS薄膜封装技术中，还没有一种有效的方法将吸气剂层与封帽阻气层良好地结合起来，同时满足吸气与阻气的功能，虽然目前的封装方法能够满足一些MEMS产品的需求，但针对精度、可靠性要求很高的器件，仍然需要进一步的研究与开发。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种集成吸气剂的MEMS薄膜封装结构，其结构简单，能在不影响器件性能的情况下降低产品成本，适应范围广，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述集成吸气剂的MEMS薄膜封装结构，包括薄膜封帽及位于所述薄膜封帽下方的承载衬底；所述薄膜封帽与承载衬底间设有用于容纳MEMS结构的腔体，所述腔体中收纳有MEMS结构，所述MEMS结构与薄膜封帽或承载衬底相连；所述薄膜封帽包括位于内侧的吸气剂层及位于外侧的最终密封层，薄膜封帽通过薄膜封帽中的吸气剂层及最终密封层与承载衬底相连，并通过吸气剂层与承载衬底间形成腔体内壁；最终密封层位于吸气剂层外侧，并将MEMS结构密封于腔体内。

所述吸气剂层与最终密封层间设有一层或多层中间层，所述中间层与吸气剂层的形状相一致。

所述吸气剂层与腔体相接触的表面呈粗糙或多孔的表面，吸气剂层与腔体相接触的表面粗糙度的均方根值为5nm~1000nm。