[發明專利]基于硅基的氣密性封裝外殼

無效

• 申請號: 201210056917.4
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102583218A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 劉勝;汪學方;方靖;呂植成
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于MEMS封裝技術領域，具體涉及一種基于硅基的氣密性封裝外殼，用于MEMS芯片的氣密性封裝。

背景技術

封裝技術一直是困擾MEMS器件開發和實用化的關鍵技術之一，氣密性封裝尤其困難。然而，許多包含高速運動結構器件的工作特性強烈依賴于密封腔室的真空度，因此，氣密性好壞對這類器件的使用性能具有決定性作用。一些特殊用途的MEMS器件，如諧振梁式MEMS器件、微加速度計、微熱輻射儀、芯片級原子鐘的氣體盒等，由于其物理工作原理、穩定運行和低漂移的要求，要求氣密性封裝。

氣密性封裝常用的材料是金屬封裝和陶瓷封裝。金屬氣密性封裝中常用的材料是可伐合金。管座、玻璃絕緣子和引線要高溫燒結在一起，而且管座和管帽要求表面鍍金或者鎳，成本較高。

陶瓷封裝工藝中要將陶瓷和金屬化圖形在高溫下燒結，工藝溫度高，封裝成本也相對較高。

硅是一種價格低廉的氣密性封裝材料。用硅做氣密性封裝，采用共晶鍵合的方式封接管座和管帽，封裝溫度較低，無論從原材料還是工藝上成本都具有優勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于硅基的氣密性封裝外殼結構，它不需要高溫燒結工藝，并且可以降低封裝成本。

本發明提供的一種基于硅基的氣密性封裝外殼，其特征在于，該外殼采用單晶硅作為氣密性封裝材料，用于對MEMS芯片進行氣密性封裝。

作為上述技術方案的改進，所述外殼包括管座和蓋帽，管座為帶有凹槽的單晶硅片，凹槽槽底帶有通孔，通孔內鍍有導電金屬材料，通孔作為TSV信號通道，凹槽內用于放置待封裝的MEMS芯片，蓋帽為單晶硅片，用于與管座鍵合。

作為上述技術方案的進一步改進，蓋帽與管座鍵合采用硅-硅直接鍵合，或者共晶鍵合的方式。

作為上述技術方案的更進一步改進，作為管座的單晶硅厚度為600μm～800μm；凹槽深度為200μm～300μm，凹槽用各向異性濕法腐蝕的方式加工得到，凹槽槽底采用化學機械拋光，通孔采用干法刻蝕的方法得到，通孔直徑為10μm～30μm，用做信號傳輸通道；通孔用甲基硫酸銅電鍍體系電鍍有金屬銅。

作為上述技術方案的再進一步改進，蓋帽厚度為500μm～600μm之間。

硅作為一種氣密性材料，可以用于氣密性封裝。本發明與傳統的金屬或者陶瓷氣密性封裝相比，有如下優點：

(1)金屬或者陶瓷氣密性封裝要高溫燒結，要用到高溫燒結爐，成本較高。本發明用硅作為氣密性封裝的材料，不需要高溫燒結工藝，可以降低成本。

(2)金屬氣密性封裝中的管座和蓋帽常用可伐合金，價格較高。本發明中采用單晶硅作為管座和蓋帽材料，而單晶硅容易獲得，成本比金屬氣密性封裝要低。

(3)金屬或陶瓷氣密性封裝工藝較復雜，周期長。本發明中，管座和蓋帽的鍵合采用硅-硅直接鍵合，或者共晶鍵合，工藝簡單。

附圖說明

圖2為管座及其附著結構示意圖。

圖1為硅基氣密性封裝外殼的結構示意圖。

圖中代號說明：1管座，2蓋帽，3MEMS芯片，4信號通道，5引腳，6芯片與管座鍵合層，7焊盤(用于引線鍵合)，8焊盤(用于引腳焊接)，9管座與蓋帽鍵合層

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明采用單晶硅作為氣密性封裝的管座、蓋帽材料，可以實現低成本的MEMS芯片氣密性封裝，其具體實施方式如下：

如圖1所示，管座1為帶有凹槽的單晶硅片，凹槽槽底帶有通孔。通孔電鍍后形成信號通道4。信號通道4兩端都有焊盤，在凹槽一側制作有焊盤7用以與MEMS芯片引線鍵合，導通信號；在管座底部(管座無凹槽的一側)，制作有焊盤8。