[發明專利]利用球形玻璃微腔進行氣密性封裝的方法

有效

• 申請號: 201010148436.7
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101804961A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 尚金堂;張迪;陳波寅;徐超
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81C3/00
• 分類號: B81C3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種MEMS(微電子機械系統)制造技術，尤其涉及一種利用球形 玻璃微腔進行氣密性封裝的方法。

背景技術

在MEMS封裝領域，由于器件普遍含有可動部件，在封裝時需要使用微米尺 寸的微腔結構對器件進行密閉封裝，讓可動部件擁有活動空間，并且對器件起到 物理保護的作用，一些如諧振器、陀螺儀、加速度計等器件，還需要真空氣密的 封裝環境。目前我們常用的鍵合封裝工藝有硅玻璃陽極鍵合，硅硅熱鍵合，熔融 玻璃封接和有機粘接鍵合。其中硅硅熱鍵合的溫度太高且時間較長，工藝難以把 握；有機粘接鍵合的強度小、氣密性差，難以對可動器件做到很好的保護。

在MEMS制造技術領域，Pyrex7740玻璃(一種含有堿性離子的玻璃，Pyrex 是Corning公司的產品品牌)是一種重要的材料，它有著和Si材料相近的熱膨脹 系數，有著高透光率和較高的強度，并且可以通過使用陽極鍵合工藝與Si襯底形 成高強度的鍵合連接，在鍵合表面產生了牢固的Si-O共價鍵，其強度甚至高于Si 材料本身。由于這樣的特性，使得Pyrex7740玻璃廣泛應用于MEMS封裝、微流 體和MOEMS(微光學機電系統)等領域。陽極鍵合工藝可以提供非常好的氣密 性，是最常用的真空密封鍵合工藝。在Pyrex7740玻璃上形成微腔結構，再與含 有可動部件的Si襯底進行陽極鍵合，便可以實現MEMS器件的真空封裝。所以， 如何在Pyrex7740玻璃上制造精確圖案結構的微腔，是實現此種封裝工藝的重點。 傳統采用濕法腐蝕Pyrex7740玻璃工藝，由于是各向同性腐蝕，所以無法在提供 深腔的同時精確控制微腔尺寸。如果采用DRIE的方法利用SF₆氣體對Pyrex7740 玻璃進行刻腔，則需要用金屬Cu、Cr等做掩膜進行刻蝕，效率低且成本高。

球形微腔和微流道玻璃熱成型可以采用的技術是負壓成型和正壓成型。負壓 成型受玻璃厚度影響較大，很難制備球形微腔等腔內高度較高的微腔和尺寸較小 的微腔和微流道。正壓自膨脹熱成型玻璃微流道也是在硅上刻蝕微流道圖形，將 硅與玻璃陽極鍵合，根據理想氣體狀態方程：PV＝nRT，通過氣體膨脹高溫熱成型。 但是，成型球形度較高的球形玻璃微腔，需要用成本較高且容易造成污染的DRIE 刻蝕深的硅腔和高的深寬比以提供足夠的氣體，使得玻璃氣泡充分形成，具有較 高的高度，以形成較高的弧形；甚至采用在另外一個腔上刻蝕較大的孔，再與帶 有通孔的硅片鍵合，從而提供足夠的氣體以成型高度較高，弧形度較好的玻璃微 流道。這些方法比較復雜，成本較高。采用DRIE刻蝕也需要較長的時間，進一步 增加成本。

在獲得高度較高，尺寸較大的玻璃微腔后，由于商用加速度計等MEMS芯片或 者需要氣密封裝的芯片上通常有較厚的絕緣層，甚至有其它復雜電路，使得直接 利用玻璃微腔與載有MEMS芯片的硅襯底陽極鍵合難以進行。因此急需一種能夠封 裝多種具有不同設計的MEMS芯片的封裝方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種方法簡單、通用性好的利用球形玻璃微腔進行氣密 性封裝的方法。

本發明采用如下技術方案：

一種利用球形玻璃微腔進行氣密性封裝的方法，包括以下步驟：

第一步：在玻璃圓片上制備密封芯片用玻璃微腔和引線玻璃微腔；

第二步，芯片貼裝：在具有薄二氧化硅層的硅襯底圓片上制作引線，將芯 片粘貼在與密封芯片用玻璃微腔對應的硅襯底上，并與引線相連，鋁引線的兩 端分別對應于密封芯片用玻璃微腔和引線玻璃微腔，

第三步，將上述帶有玻璃微腔和引線玻璃微腔的玻璃圓片與所述載有芯片 和引線的硅襯底圓片對準，并鍵合密封；

第四步，去除引線玻璃微腔上的玻璃，使引線的引出端裸露從而實現芯片 的引出。