[发明专利]一种高稳定性MEMS谐振器件的制造方法

说明书

本发明公开了一种高稳定性MEMS谐振器件的制造方法，采用与谐振芯片热膨胀系数相同材料制造芯片支架，并通过所述芯片支架将谐振芯片固定安装在MEMS谐振器件的封装外壳内，然后对封装外壳进行密封加工，完成EMS谐振器件的制造。该方法制造出的MEMS谐振器件，受外部形变或温度变化产生的应力影响小，稳定性好，环境适应性强，同时降低了制造工艺难度。

技术领域

本发明涉及MEMS谐振器件技术领域，尤其是一种高稳定性MEMS谐振器件的制造方法。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是微机电系统的缩写，MEMS芯片制造利用微电子加工技术，特别是三维微细体加工技术，制造出各种微型机械结构敏感芯片，再与专用集成电路集成，组成微型化、智能化的传感器、执行器、光学器件等MEMS器件及组件，如晶体谐振器、角速度传感器、加速度传感器、压力传感器以及温度传感器等。MEMS器件及组件具有体积小、可靠性高、环境适应能力强、功耗低、成本低等特点，在航天、航空、电子等领域广泛应用，如手机、玩具、数码相机、无人飞机、汽车、机器人、智能交通、工业自动化、现代化农业等。

MEMS谐振器件的性能主要取决于MEMS谐振芯片的加工、组装及封装工艺，特别是谐振器件的频率稳定性。MEMS谐振器工作时谐振芯片处于振动状态，在将芯片组装封装时，需要将谐振芯片悬空，让谐振梁可自由谐振。现有MEMS谐振器通常在芯片上制作凸出的固支点，通过凸出的固支点与封装外壳（通常为金属、陶瓷等材料）贴装，通过设置凸出的固支点的高度，使谐振芯片悬空，形成谐振空间；或者制作一个垫片，先将垫片粘贴到封装外壳（通常为金属、陶瓷等材料）上，再在垫片上组装谐振芯片，通过设置垫片的高度，使谐振芯片悬空，形成一个谐振空间。上述两种MEMS谐振器结构，当温度发生变化时，由于谐振芯片材料、垫片材料与外壳材料的热膨胀系数不同，会产生热应力，引起谐振芯片结构形变，导致谐振频率发生变化；同时，当器件封装结构受到外力产生形变时，这种形变也会传到谐振芯片上，引起芯片结构形变，导致谐振频率发生变化，影响谐振频率的稳定性。

现有技术中减小组装封装对MEMS谐振芯片性能影响的方法有以下几种：其一是选用与谐振芯片材料（通常为石英晶体或硅晶体）的热膨胀系数相近的材料制作封装外壳，然而，封装外壳通常采用金属或陶瓷材料制作，与谐振芯片材料热膨胀系数相差较大，如采用与芯片相同材料来制作外壳，工艺难度大，且不能避免由于外壳变形导致的芯片结构形变的问题；其二是采用与芯片材料相同的材料制作垫片，这种方法仍不能避免由于外壳变形导致的芯片结构形变的问题；其三是增加外壳的强度，避免其变形，然而，由于受到体积、材料及工艺等的限制，外壳的结构强度不能无限制增加。

因此，如何提供一种新的技术方案，提高MEMS谐振器件的频率稳定性，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明需要解决的问题是：如何减少因热应力或其他原因导致的外壳底座形变对谐振芯片的影响，提高MEMS谐振器件的环境适应性，保证谐振芯片谐振频率的稳定性。

为解决现有技术中的问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种高稳定性MEMS谐振器件的制造方法，采用与谐振芯片热膨胀系数相同材料制造芯片支架，并通过所述芯片支架将谐振芯片固定安装在MEMS谐振器件的封装外壳内，然后对封装外壳进行密封加工，完成EMS谐振器件的制造。

优选的，该方法具体包括如下步骤：

制造封装外壳，所述封装外壳包括敞口向上的外壳底座及用于密封外壳底座的盖帽；

基于三维微细加工工艺制造谐振芯片，所述谐振芯片包括谐振梁及谐振梁两侧的谐振芯片固定部；

采用与谐振芯片热膨胀系数相同材料进行光刻及腐蚀形成芯片支架，芯片支架包括两下支撑脚、两与谐振芯片固定部对应的上支撑脚及连接两下支撑脚及两上支撑脚的横梁；