[发明专利]一种封装间距可高精度控制的MEMS封装结构的封装方法

说明书

本发明公开一种封装间距可高精度控制的MEMS封装结构及封装方法，包括：硅基底、限位装置、第一封装环、上盖帽以及第二封装环，限位装置的高度大于第一封装环和第二封装环的高度之和；限位装置和第一封装环设置在硅基底上，第二封装环设置在上盖帽上，第一封装环与第二封装环的位置相对应；限位装置与上盖帽制备封装环的一面接触，第一封装环上承载有流动性的封装焊料，以使第一封装环与第二封装环在流动性的封装焊料的作用下进行键合封装；限位装置的熔点高于焊料以及焊料与第一封装环、第二封装环所形成的合金的熔点，以使第一封装环与第二封装环进行键合封装时，限位装置保持固态，固定封装间距。本发明通过限位装置实现封装间距的高精度控制。

技术领域

本发明属于微电子器件封装技术领域，更具体地，涉及一种封装间距可高精度控制的MEMS封装结构的封装方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，最早的微机电器件可追朔至1966年。在经过了半个多世纪的发展之后，MEMS的市场不断增长，前景令人鼓舞，但是“封装”这个MEMS工艺的一直存在各种各样的问题。从事MEMS器件研发的学术机构大多忽略封装，而从事封装技术研究的单位提出的方法又无法做到对所有的器件兼容。拥有自己产品的商业集团处于成本的考虑，都对这样的困难和挑战保持了沉默。大量的产品构想陷入困境甚至失败，很大的原因就是没有找到有效并且合适的封装方法。在当今大多数MEMS产品的生产环节中，封装、组合、测试以及调试依然是最昂贵的部分之一，其成本最高可达总成本的95％，可见封装的发展和应用将决定一个MEMS产品的成败，MEMS封装也是一种极度复杂且涉及多种学科以及工艺的过程。

现阶段电容位移传感技术在MEMS领域被广泛地应用。一般说来，在消费类电子领域，由于检测精度要求不高，对封装间距高精度控制的需求不明显。但是在精密测量领域，由于测量的本来就是一些小量，所以对封装也有具体的高精度的要求。例如美国航天局计划发射的洞察号火星探测器中就携带了由英国帝国理工大学研制的高性能微振仪。该微振仪由一个高性能的MEMS加速度计构成，它在其工作频段的分辨率优于2ng/√Hz(参考文献：W.T.Pike et al.，A self-levelling nano-g silicon seismometer，IEEE Sensor 2014，pp.1599-1602)。它的电容位移传感是通过检验质量上的电容极板与上盖帽上的电容极板，通过变面积的方式实现。要使该器件能够实现高精度的测量就必须对封装提出高指标的要求。该小组是通过严格的计算封装焊料的体积实现间距的精确可控，由于该器件并没有要求气密或者真空封装，所以是采用的焊点的方式实现的键合，整个键合面较小，且焊料的控制依靠手工操作。如果键合面积一旦发生变化，整个计算就必须重复，如果键合面积过大手工放置焊料的方法将不再适用，所以该方法缺少普适性。

公开号为CN 103910325A的中国专利公开报道了一种可实现键合间隙精确控制的封装方法。该封装方法通过在被封装单元硅基与盖帽硅基间加入微阻挡凸台，利用微阻挡凸台的高度实现键合间隙的精确控制，最后通过玻璃浆料键合完成封装。此方法所运用的微阻挡凸台为通过对盖帽硅基结构干法刻蚀制备而得，如果盖帽结构为玻璃片，这种间隙精确控制的封装方法就会完全的失效，因此无法做到对所有的器件兼容。这种方法仅仅局限于运用玻璃浆料封装，对其他键合方法无法有效地兼容，并且需要在封装区域分多次干法刻蚀制备内侧凹凼、外侧凹凼以及微阻挡凸台，工艺较为复杂。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种封装间距可高精度控制的MEMS封装结构的封装方法，旨在解决当键合材料具有一定流动性时，封装间距无法控制的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种封装间距可高精度控制的MEMS封装结构，包括：硅基底、限位装置、第一封装环、上盖帽以及第二封装环，所述限位装置的高度大于所述第一封装环和所述第二封装环的高度之和；

所述限位装置和第一封装环设置在所述硅基底上，所述第二封装环设置在所述上盖帽上，所述第一封装环与所述第二封装环的位置相对应；