[发明专利]一种圆片级真空封装结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种圆片级真空封装结构及其制作方法，涉及微电子机械系统与圆片级封装技术领域；包括第一圆片和第二圆片，第一圆片上设有空腔，第一圆片下部设有键合区，第一圆片与第二圆片通过键合区进行圆片键合；第二圆片上设有待封装的器件；第一圆片上设有排气通孔，排气通孔与空腔相靠近；方法简单，通过在空腔邻近区域制备排气通孔，可以在很短的时间内，使空腔内的真空达到或接近键合设备腔室的真空。

技术领域

本发明涉及MEMS（微电子机械系统）与圆片级封装技术领域。

背景技术

MEMS产品器件除了具有一定的电子性能特征外，更具有机械结构部件特征，其工作原理经常涉及到机械部件的运动，因此对于MEMS产品器件，封装技术是非常重要的。一方面封装可使产品避免受到灰尘、潮气等影响，另一方面，通过封装，在封装内部形成真空或一定气压的空气，对减小和控制可动结构的气体运动阻尼，是保证器件性能的必需工艺。对绝对压力传感器等器件，其内部也必须是真空状态，以准确测量外部的气压。目前多种多样的MEMS器件，以及部分微电子、光电子器件，都需要真空封装。器件的封装成本最多已经占到了产品总成本的95％，目前滞后的封装技术与高昂的封装成本严重制约了MEMS器件的产业化发展，优化加工技术方法、降低封装成本与真空封装技术是本发明的主要目的，对实现器件的真空或气密封装有重要意义。

圆片级封装技术是一种低成本和批量化的技术解决途径，圆片级封装是采用圆片键合技术，将MEMS器件封装在腔体内部的技术方法，因此具有批量的优点。多数情况下，圆片级封装形成的器件，可以直接应用，不需要每个器件再单独进行封装。

圆片级封装技术，利用一个制备有空腔的圆片，和另一个制备有器件的圆片，通过圆片键合技术结合在一起，同时完成了对圆片上所有器件的封装。然后可以通过切割等工艺，将圆片上的器件分割成一个个独立的器件。实现圆片键合的工艺技术，有很多种，包括阳极键合（硅-玻璃键合）、硅熔融键合、Glass frit键合、共晶键合、聚合物键合等；其中有些是圆片直接键合在一起，有些圆片键合工艺，需要在圆片表面待建合的区域制备金属或非金属薄膜，用来完成圆片键合。

圆片键合技术来实现器件的真空气密封装时，通常包含三个主要步骤。一是将需要键合的圆片，进行精密的对位操作，对位精度通常可达到几个微米或更小；二是将对位好的两个圆片放入键合设备内，键合设备的工作腔室抽真空，此时圆片处于真空环境下，彼此间的气体会排出，使内部的空腔形成真空；三是通过加热、加压等措施，完成圆片键合，使圆片界面处需要键合的区域形成气密的结合，则空腔形成真空气密封装。

在上述的圆片键合技术的第二步骤，为了顺利排出气体，圆片彼此间有一定的间隙，该间隙通常在100微米到1000微米的范围内。该间隙过大，会影响到圆片的对位精度。该间隙过小，则严重影响到了圆片彼此间的空隙和空腔处真空的形成。这主要是因为高真空下，气体分子彼此碰撞的平均自由程，大大增加了。在一个大气压760托时，分子平均自由程约为0.65微米；气压为1托时，分子平均自由程约为50微米；气压为1×10^-3托时，分子平均自由程约为50000微米。目前进行的圆片键合，直径通常为100厘米、150厘米、200厘米、300厘米。当圆片间距为数百微米时，在真空环境下，分子运动的平均自由程，远远大于圆片间的间隙，空腔内的气体分子难以通过圆片间的间隙排出，即使通过几十分钟或更长的时间，也难以在圆片彼此的空间内部形成良好的真空。圆片空腔内的真空，通常比所处设备腔室的真空，要低一个数量级或两个数量级，而且工艺时间很长。如图2所示，第一圆片和第二圆片内部的空腔内，难以形成良好的真空。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种圆片级真空封装结构及其制作方法，方法简单，通过在空腔邻近区域制备排气通孔，可以在很短的时间内，使空腔内的真空达到或接近键合设备腔室的真空。