[发明专利]包括双密封环的晶片级MEMS封装件

说明书

本发明提供一种微机电系统(MEMS)封装件，其包括在用以限定长度的第一对外边缘与用以限定宽度的第二对外边缘之间延伸的基底。基底上设置有密封环组件并且该密封环组件包括至少一个密封环，所述至少一个密封环产生与至少一个MEMS器件相邻的第一边界点以及与所述外边缘中的至少一个外边缘相邻的第二边界点。该封装件还包括位于密封环组件上的窗盖件，以限定包含至少一个MEMS器件的密封间隙。密封环组件在第二边界点处将窗盖件锚固至基底，使得窗盖件向密封间隙中的偏转减小。

政府许可权限

本发明是在政府支持下按政府颁布的HR0011-11-C-0125做出的。政府对本发明享有特定权利。

背景技术

本公开涉及微机电系统(MEMS)，更具体地，本发明涉及微辐射热计封装件设计。

微机电系统(MEMS)由一个或更多个非常小规模的电气部件组成。例如，包括在MEMS中的MEMS器件的尺寸范围可以从例如约20微米(μm)至约1毫米(mm)。微辐射热计是一种包括具有温度依赖性电阻的热敏材料的MEMS器件类型。微辐射热计的一个特征是响应于接收的热能量或辐射能量对入射电磁辐射的功率进行测量的能力。实质上，微辐射热计表现为图像像素，其中，像素的输出强度是基于所接收的热/辐射能量的量。因此，微辐射热计广泛用于各种能量感测器件——比如红外(IR)传感器、热成像照相机和夜视照相机——以响应于热/辐射能量刺激而产生图像。

微辐射热计的一个设计特征是需要将微辐射热计与外部环境温度——即，外部热能——热隔离的高真空环境。参照图1，例如，MEMS封装件5包括微辐射热计封装件10。微辐射热计封装件10通常包括真空区域15，该真空区域15通过经由单个窄密封环30将晶片级封装件(WLP)20密封至窗盖晶片25(即，窗盖件25)而产生。WLP 20包括设置在WLP 20上的一个或更多个基准像素(RP)35。因而，真空区域15限定了RP 35与窗盖件25之间的间隙(d)。然而，真空区域15内的真空相对于外部大气压力产生压力差，从而导致窗盖件25朝向WLP 20变形/偏转并进入到真空区域15中。

常规微辐射热计封装件10仅使用形成在WLP 20与窗盖件25之间的金属底层(U/L)上的单个窄密封环30来减小窗盖件25的应力和偏转。针对1D的情况，我们可以将1D视为简单的梁，以了解接合点处的偏转和应力如何是焊接点之间的距离(跨度)的强函数。窗的偏转可以和以下公式相关联：

在X＝L/2(1)

其中，

针对1D的情况，W_a是单位长度的力，

E是杨氏模量并且是窗的材料性能，并且

I是面积惯性矩，I可以被进一步描述为:其中，h是窗的厚度。

从等式1，可以理解的是，偏转随着至第四功率的跨度(长度)而增大，使得跨度的小的增加导致偏转大大增大。接合点上的弯矩是由施加在窗上的力引起的。该弯矩直接与窗的面积成比例。针对1D的情况，该弯矩直接与跨度成比例。此外，压力被定义为P＝F/A，其中，“F”是力，“A”是面积，并且压力被固定为1个大气压。然而，面积“A”将随着跨度的增加而改变。因而，由于面积“A”改变，力“F”也改变。由于在真空区域15处存在真空，则跨度越大，力(F)就越大。引起力矩的力(F)越大，接合点处的应力就越大。

参照图2A至图2B，实验结果进一步说明了压力差随着真空区域15的尺寸增加而增加，从而增大了窗盖件25的偏转。如果真空区域15形成为太大，则允许窗盖件25绕密封环30枢转并且可以接触和/或挤压RP 35(参见图1)。一种抵消偏转增大的常规解决方案是增加窗盖件25的厚度。然而，由于窗盖件25的厚度增加，入射电磁辐射被阻止到达WLP 20。因此，常规微辐射热计封装件设计受限于腔区域的尺寸及窗盖件的厚度，这最终限制了成像器件的整体热敏性和图像质量。

发明内容