[實用新型]一種集成吸氣劑的MEMS薄膜封裝結構

有效

• 申請號: 201220366633.0
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN202687944U
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 秦毅恒;歐文;張昕
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本實用新型涉及一種MEMS薄膜封裝結構，尤其是一種集成吸氣劑的MEMS薄膜封裝結構，屬于MEMS封裝的技術領域。

背景技術

隨著物聯網技術的發展，越來越多的MEMS（Micro-Electro-Mechanical?Systems）器件需要被應用于微傳感器等器件和系統中，但是居高不下的成本阻礙了大批量MEMS產品進入市場，其中很大的一部分產品成本則來自于MEMS器件的封裝。經過了多年的探索與研究，MEMS封裝技術已經較初始階段有了長足的發展和進步。傳統的MEMS封裝方式，如器件級焊接封裝等，已經不能滿足目前市場的需求，而基于晶圓鍵合技術的MEMS晶圓級、芯片尺寸封裝開始逐步成為新型MEMS器件的封裝方式。然而，晶圓鍵合封裝技術還有著它弱點，如：需要兩塊匹配的襯底，需要特殊的晶圓鍵合設備，封裝后MEMS器件體積較大等。于是，基于表面微加工工藝的薄膜密封技術的誕生解決了上述問題，成為繼晶圓鍵合技術之后的下一代先進的MEMS封裝技術。但是，由于使用薄膜密封技術封裝的MEMS器件腔體較小，封裝材料的放氣或是外界環境的漏氣均會對封裝腔體的壓力產生巨大的影響。在一些對封裝密封程度有較高要求的場合（如：紅外焦平面傳感器的封裝等），由于先進工藝帶來的腔體減小無疑對器件可靠性的維持提出了更加苛刻的要求。于是，在晶圓鍵合工藝中常用的吸氣劑正在被研究人員們設法應用到薄膜密封技術中。

比較典型的，2009年，德國博世公司的Peter?Rothacher提出了一種帶有腔體內部阻氣層的MEMS薄膜封裝結構，該方法較傳統薄膜密封的工藝的優勢在于內部添加的阻氣層，能夠有效地阻礙封裝材料在使用過程中放氣而導致的MEMS腔體壓力變化，但該發明中并未提出在薄膜密封腔體內集成吸氣劑的方法，而且使用了復雜的材料轉印技術形成封帽結構。對于在薄膜密封的腔體內集成吸氣劑的實例，如2002年Anil?Raj?Duggal?等人在襯底材料中摻入了吸氣劑顆粒，用于LED的真空封裝；2004年，Jay?S.?Lewis和Michael?S.?Weaver針對LED的真空封裝，采用了兩種在封裝內集成吸氣劑的方法：一種是使用薄膜沉積，依次進行LED功能層，吸氣劑層和密封層的沉積，但該方案中吸氣劑與LED結構接觸，無腔體的形成；另一種是采用鍵合的方式，通過環氧樹脂鍵合塊形成在兩塊襯底間形成腔體，吸氣劑則位于上蓋板上；2006年，Markus?Lutz等人提出了一種MEMS薄膜封裝的結構，其中吸氣劑位于MEMS器件襯底上，封裝腔體側壁與頂蓋上無吸氣劑應用；類似的,在2011年，G.?Dumont等人在芯片尺寸薄膜封裝的MEMS紅外焦平面陣列中也集成了吸氣劑薄膜，該結構位于MEMS器件襯底上，不僅用于吸收封裝腔體內的殘余氣體，還作為光反射層使用；2010年，Pezhman?Monadgemi等人將吸氣劑薄膜制作在MEMS薄膜密封的封帽結構內，一定程度上起到了吸氣與阻氣的作用，但該結構的缺點在于：吸氣劑被夾在兩層密封材料之間，從而吸氣性能受到影響，也無法有效阻擋內層密封材料在器件使用過程中的放氣。

分析上述研究進展情況可知，在目前的LED封裝中已有將吸氣劑集成入薄膜密封結構的技術，該方案沒有封裝腔體的形成，難以應用到MEMS封裝中；在MEMS薄膜封裝技術中，還沒有一種有效的方法將吸氣劑層與封帽阻氣層良好地結合起來，同時滿足吸氣與阻氣的功能，雖然目前的封裝方法能夠滿足一些MEMS產品的需求，但針對精度、可靠性要求很高的器件，仍然需要進一步的研究與開發。

發明內容

本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種集成吸氣劑的MEMS薄膜封裝結構，其結構簡單，能在不影響器件性能的情況下降低產品成本，適應范圍廣，安全可靠。

按照本實用新型提供的技術方案，所述集成吸氣劑的MEMS薄膜封裝結構，包括薄膜封帽及位于所述薄膜封帽下方的承載襯底；所述薄膜封帽與承載襯底間設有用于容納MEMS結構的腔體，所述腔體中收納有MEMS結構，所述MEMS結構與薄膜封帽或承載襯底相連；所述薄膜封帽包括位于內側的吸氣劑層及位于外側的最終密封層，薄膜封帽通過薄膜封帽中的吸氣劑層及最終密封層與承載襯底相連，并通過吸氣劑層與承載襯底間形成腔體內壁；最終密封層位于吸氣劑層外側，并將MEMS結構密封于腔體內。

所述吸氣劑層與最終密封層間設有一層或多層中間層，所述中間層與吸氣劑層的形狀相一致。

所述吸氣劑層與腔體相接觸的表面呈粗糙或多孔的表面，吸氣劑層與腔體相接觸的表面粗糙度的均方根值為5nm~1000nm。