[发明专利]一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法及封装器件有效
申请号: | 201510679727.1 | 申请日: | 2015-10-19 |
公开(公告)号: | CN105293428B | 公开(公告)日: | 2017-04-19 |
发明(设计)人: | 邢朝洋;胡启方;刘福民;刘国文;徐宇新;刘宇 | 申请(专利权)人: | 北京航天控制仪器研究所 |
主分类号: | B81C1/00 | 分类号: | B81C1/00;B81C3/00;B81B7/00;B81B7/02 |
代理公司: | 中国航天科技专利中心11009 | 代理人: | 褚鹏蛟 |
地址: | 100854 北京*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 mems 器件 全硅化圆片级 真空 封装 方法 | ||
1.一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法,其特征在于,包括如下步骤:
制备硅盖板(100);所述硅盖板包括硅衬底(3)、硅引线(4)、绝缘介质层(6)、焊点接触电极(9)、压焊电极(10)和真空封装焊料环(11),绝缘介质层(6)位于硅衬底(3)上方,硅引线(4)位于绝缘介质层(6)内部,焊点接触电极(9)通过接触焊点通孔(7)与硅引线(4)接触,压焊电极(10)通过压焊电极通孔(8)与硅引线(4)接触,真空封装焊料环(11)位于焊点接触电极(9)外侧,压焊电极(10)位于真空封装焊料环(11)外侧;
制备MEMS器件(200);所述MEMS器件包括器件衬底(23)、MEMS器件结构(20)、硅锚点(21)、硅密封环(22)以及SiO2绝缘子(24);MEMS器件结构(20)、硅锚点(21)、硅密封环(22)的上表面位于同一平面上,SiO2绝缘子(24)将器件衬底(23)与硅锚点(21)、硅密封环(22)隔离开;硅锚点(21)位于硅密封环(22)内,MEMS器件结构(20)位于硅锚点(21)内侧;
将硅盖板(100)和MEMS器件(200)在真空压力键合机中进行共晶键合完成全硅化圆片级真空封装,所述真空封装焊料环(11)和硅密封环(22)发生共晶反应,从而将硅盖板(100)和MEMS器件(200)粘接在一起,形成真空密封腔体(25),所述MEMS器件结构(20)结构密封在所述真空密封腔体(25)中;所述焊点接触电极(9)和硅锚点(21)发生共晶反应,形成机械和电学连接;真空封装焊料环(11)容纳在硅密封环(22)的凹槽内,焊点接触电极(9)容纳在硅锚点(21)的凹槽内;MEMS器件结构(20)上的电信号传输到相应的硅锚点(21)上,再转移到焊点接触电极(9)上并通过硅引线(4)和压焊电极(10)完成电信号引出;硅盖板(100)尺寸比MEMS器件(200)尺寸大,压焊电极(10)位于MEMS器件(200)外部。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法,其特征在于,制备硅盖板的方法如下:
形成硅盖板的加工基片,硅盖板的加工基片依次包括硅结构层(1)、氧化层(2)和硅衬底(3);
依次通过光刻工艺以及硅刻蚀工艺将硅结构层(1)进行图形化形成硅引线(4),从而获得硅盖板基片;
在所述硅盖板基片表面通过化学气相淀积生长绝缘层(5),绝缘层(5)保形的覆盖在氧化层(2)上方以及硅引线(4)的上方和侧壁,从而将硅引线(4)完全包裹在绝缘介质内;
将生长了绝缘层(5)的硅盖板基片在氮气环境下进行高温退火,使得绝缘层(5)致密化同时氧化层(2)和绝缘层(5)之间的边界在互扩散的作用下消失,通过化学机械抛光工艺对绝缘层(5)表面进行平坦化处理,最终形成绝缘介质层(6);
通过光刻及后续的刻蚀或腐蚀工艺在绝缘介质层(6)上制作接触焊点通孔(7)和压焊电极通孔(8);
通过磁控溅射或者电子束蒸发的方法在形成了接触焊点通孔(7)和压焊电极通孔(8)的硅盖板基片上生长复合金属层;然后进行复合金属层图形化后分别形成焊点接触电极(9)、压焊电极(10)和真空封装焊料环(11),最终制备完成硅盖板(100)。
3.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法,其特征在于,硅盖板的加工基片为单晶硅圆片,硅盖板的硅衬底(3)为单晶硅材料,硅引线(4)为单晶硅材料。
4.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法,其特征在于,所述复合金属层材料依次由Ti、Pt、Au组成。
5.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法,其特征在于,所述复合金属层材料依次由Cr、Au组成。
6.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法,其特征在于,所述绝缘层是SiO2、Si3N4或者SiO2和Si3N4的复合绝缘层。
7.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法,其特征在于,所述高温退火温度为1000-1400℃。
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