[发明专利]MEMS器件的封装相容晶片级封盖

说明书

相关申请的交叉引用

该申请要求于2011年12月7日提交的第61/567,877号美国临时申请的权益，将其全部内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)器件封装。更具体地，本发明涉及制造微机电系统(MEMS)器件封装的方法。

背景

最近，微机电系统(MEMS)结构和器件的制造已取得许多进步。然而，以降低的成本进行适当的封装仍然是实现其总体潜能的关键挑战(参见例如，Fritz等人,“Lead frame packaging of MEMS devices using wafer-level,air-gap structures,”NSTI-Nanotech2011,2,2011,第314-317页)。例如，基于MEMS的产品的一般封装费用可高达该产品总成本的20％至40％。因此，成本有效的集成电路(IC)相容的MEMS封装方法将显著改进MEMS器件的总体潜能。

附图的简要说明

图1显示根据本发明的实施方案的用于晶片级封装的工艺流程。

图2显示根据本发明的实施方案的在较小的模拟器件上形成的腔室的SEM显微照片，其显示牺牲层的无碎屑分解。

图3A、3B和3C分别显示在牺牲材料分解以形成腔室后的破裂的薄外涂层；具有由60％外涂材料溶液的单一旋转涂布形成的厚的未破裂的外涂层的腔室；以及具有由40％外涂材料溶液的多次旋转涂布形成的厚的未破裂的外涂层的腔室。

图4A、4B和4C分别显示在第一时间和温度下通过厚外涂层材料的不完全分解后具有残留牺牲材料的空气腔室；在比第一温度更高的第二温度下牺牲材料的分解后具有破裂的外涂层的空气腔室；和在优化的时间和温度下牺牲材料的分解后具有无残留物、机械稳固外观的空气腔室。

图5显示根据本发明的实施方案形成的用于封装压电器件的大腔室，其中该腔室显示宽的沟槽和不平坦的拓扑图(topography)，同时提供具有无残留物、机械稳固外观的腔室。

图6显示以4mN的力对具有1μm铝外涂层的20μm宽腔室进行纳米压痕会导致这样的腔室的完全塌陷(插图显示腔室上的纳米压痕点)。

图7A、7B和7C分别显示20μm宽的具有1μm Al外涂层的腔室在4MPa的压力下的挤压模塑下保持完整；50μm宽的腔室在10MPa的压力下的挤压模塑下完全塌陷；以及50μm宽的腔室在10MPa的压力下的挤压模塑下仅显示0.5μm的偏斜(deflection)，其中1μm Al外涂层被3μm的铜替换。

图8A和8B分别显示挤压腔室的归一化应力分布和有效腔室设计可以通过受控的牺牲材料分解导致在模塑过程中的更低的应力/损坏。

图9显示在8小时内分解的聚碳酸酯的等温TGA。

图10A和10B分别显示横截面原位分解/固化芯片级封装：通过在190℃下的PPC分解形成的2mm直径、18μm高的腔室(A)；通过在185℃下的PEC分解形成的2mm直径、12μm高的腔室(B)。

图11显示封装的电容谐振器器件：器件显示清洁感测电极(A)；且成功地测量器件性能(B)。

发明详述

如本文所使用，术语“腔室”将理解为是指由牺牲材料的分解产生的空间。此外，应理解该术语包括用于已知技术中的术语“空气腔室”、“气体腔室”、“真空腔室”、“空气隙”和其他类似术语。

如本文所使用，术语“渗透(permeate)”和“渗透(permeation)”是指气体材料溶于固体材料中，通过该固体材料扩散并从固体材料中蒸发的过程。