[发明专利]用于封装MEMS器件的封装结构、MEMS芯片及微执行器

说明书

本发明公开了一种用于封装MEMS器件的封装结构，封装结构包括第一衬底、第一布线层、导电柱和第一键合环，第一衬底包括彼此相对的第一表面和第二表面以及贯穿第一表面和第二表面的背通孔，第一布线层设置于第一表面上，导电柱设置于背通孔内且导电柱与第一布线层接触，第一键合环设置于第一布线层上。本发明公开了一种MEMS芯片，包括MEMS器件以及封装结构，MEMS器件包括第二衬底、器件导出线和第二键合环，器件导出线设置于第二衬底上，第二键合环设置于第二衬底上且第二键合环与器件导出线连接，第二键合环与第一键合环键合连接，采用层叠的方式，使得封装结构和MEMS器件纵向连接，减小了两者之间的连线电阻，封装结构易于加工，成本较低。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)器件领域，尤其涉及一种用于封装MEMS器件的封装结构及MEMS芯片。

背景技术

微机电(MEMS)包括多个功能单元，涉及学科和应用领域十分广泛，对其做一个系统的分类是比较困难的。根据组成单元的功能不同，MEMS大体可以分为微传感器、微执行器、微结构以及包括多个单元的集成系统。根据加工的材料分类，MEMS加工技术主要包括硅基和非硅基两种加工技术。现在微机电系统已经远远超越了“机”和“电”的概念，将处理热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微纳加工工艺制造在芯片上，并通过与电路的集成甚至相互间的集成来构筑复杂微型系统，根据应用领域不同，将MEMS应用于通信、光学、生物医学、能源等领域，就分别产生了RF MEMS，Optical MEMS，BIOMEMS和Power MEMS等。其中流体是MEMS领域重要的基础科学和应用方向，包括气体传感器、生物芯片、流体传感器等。

封装是芯片从测试到产品的最后一个作业流程，有效的封装能实现芯片与环境的交互和隔离，提高芯片的可靠性。MEMS器件的封装形式是把基于MEMS的系统方案推向市场的关键因素，也是MEMS设计与制造中的一个关键因素。很多MEMS芯片由于没有解决封装问题，而导致其不能成为产品投入市场进行实际应用。最佳的封装能使MEMS产品发挥其应有的功能，MEMS封装应满足以下要求：

(1)封装应至少提供一个器件与外界环境交互作用的通道，并保护器件敏感结构不因外界作用而损坏，使器件性能保持稳定；

(2)考虑到对应力特别敏感的微传感器和MEMS器件中使用的精度高但十分脆弱的微米或纳米尺度的零部件，MEMS封装带来的应力应尽可能的小；

(3)封装结构应满足高真空、高气密度、高隔离度等不同要求以保证器件免遭环境不利影响，能长期稳定地工作；

(4)对于工作在气体或液体等特殊环境的MEMS器件，封装必须提供稳定的工作环境和与外界的通路。

为了实现器件与外界电路的电信号导通，目前常采用横向互连方法，但是横向互连方法需要在键合面上制备金属电极，导致键合接触面存在高度差，使封装的气密性受到直接影响，因此不适于需要真空工作环境的MEMS器件的封装，同时该方法中连线长度较长，增大了器件与外界电路之间的电阻。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种气密性较好、电阻较小的用于封装MEMS器件的封装结构。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于封装MEMS器件的封装结构，所述封装结构包括第一衬底、第一布线层、导电柱和第一键合环，所述第一衬底包括彼此相对的第一表面和第二表面以及贯穿所述第一表面和所述第二表面的背通孔，所述第一布线层设置于所述第一表面上，所述导电柱设置于所述背通孔内且所述导电柱与所述第一布线层接触，所述第一键合环设置于所述第一布线层上且所述第一键合环用于键合封装所述MEMS器件。

优选地，所述封装结构还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖所述第一表面和所述背通孔的孔内壁，覆盖所述第一表面的绝缘层位于所述第一布线层和所述第一表面之间，覆盖所述孔内壁的绝缘层位于所述孔内壁和所述导电柱之间。