[發明專利]一種基于鍵合密封技術的硅振蕩器

在審

• 申請號: 201710080015.7
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106887417A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 孫明
• 申請（專利權）人: 西安賽創半導體有限公司
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31;H01L21/60;H03B5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種硅振蕩器，特別是一種基于鍵合密封技術的硅振蕩器。

背景技術

大部分的電子產品都需要頻率信號作為時鐘參考，精度高，穩定性好的頻率信號時系統能夠達到高效能，穩定持續工作的基礎。目前可以提供頻率信號的振蕩器有很多種類型，根據振動器工作原理主要可以劃分為電子振蕩器、石英晶體振蕩器和硅振蕩器。

電子振蕩器由各種電子元件構成，利用電容、電感或電阻構成自激振蕩系統，振蕩頻率由電子元件的參數決定。電子振蕩器能夠快速啟動，成本也比較低，但其性能受環境條件和電路元件選擇的影響，通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內精度較差，會在標稱輸出頻率的5%至50%范圍內變化。不適合在高精度系統中應用。

石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應制成，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。晶體振蕩器具有頻率準確，穩定性好，功耗低等優點，但由于石英加工工藝比較復雜，體積較大，不利于降低成本，無法實現靈活配置。

硅振蕩器是指通過微機電系統技術制作的一種可編程的振蕩器，它是對傳統石英晶振產品的一個升級更新換代產品，具有體積小、不受振動影響、不易碎的特點。硅振蕩器的溫度穩定性也比傳統石英晶振更好，受環境溫度高低變化的影響很小。另外硅振蕩器的輸出頻率可以通過程序進行設定，可提供不同應用領域的需求。

硅振蕩器的難點主要在于其制作工藝和結構設計，振蕩器需要工作在高真空環境中，封裝后的振蕩器體積應盡可能小，振蕩器的振蕩品質因數應盡量高。SiTime公司提出的硅振蕩器制作工藝通過外延生長多晶硅層來實現真空密封，制作出的振蕩器工作可靠，性能良好，但該工藝比較復雜，難度較大。

發明內容

為了降低工藝難度，本發明提出一種基于鍵合密封技術的真空封裝硅振蕩器結構。

本發明提出的一種基于鍵合密封技術的硅振蕩器，包括頂層硅、結構層硅、氧化層和底層硅。振蕩器結構利用結構層硅制作，頂層硅上制作有硅柱結構。制作過程中結構層硅與底層硅通過鍵合結合在一起，頂層硅與結構層硅也通過鍵合結合在一起。振蕩器結構密封在鍵合形成的真空腔內。振蕩器結構包含兩個質量塊，每個質量塊上包含一組驅動梳齒和兩組檢測梳齒。驅動和檢測梳齒的動齒與質量塊相連，定齒與相應電極相連，電極通過硅柱連接到外部焊盤。振蕩器結構中的兩個質量塊結構相同或相似，相對于振蕩器結構中心對稱。各個質量塊結構之間通過至少一個彈性結構相連。振蕩器工作時，兩個質量塊運動方向為同時背離結構中心或者同時朝向結構中心。

附圖說明

圖1所示是一種硅振蕩器的真空封裝剖面圖；

圖2所示是一種硅振蕩器的結構示意圖。

附圖標記說明：

1為頂層硅，2為結構層硅，3為氧化層，4為底層硅，5為結構層電極，6為硅柱結構，7和8為兩個金屬電極，9為真空腔，10和11為振蕩器的兩個質量塊，12為驅動梳齒，13和14為兩組檢測梳齒，15為驅動電極，16和17為檢測電極，18為彈性結構。

具體實施方式

振蕩器制作時主要用到頂層硅1、結構層硅2、氧化層3和底層硅4。振蕩器結構利用結構層硅2制作，頂層硅1上制作有硅柱結構6。制作過程中結構層硅2與底層硅4通過鍵合結合在一起，頂層硅1與結構層硅2也通過鍵合結合在一起。振蕩器結構密封在鍵合形成的真空腔9內。振蕩器結構包含兩個質量塊10和11，每個質量塊上包含一組驅動梳齒12和兩組檢測梳齒13和14。驅動梳齒12和檢測梳齒13、14的動齒與質量塊10相連，定齒與相應電極15、16、17相連，電極通過硅柱連接到外部焊盤7、8。振蕩器結構中的兩個質量塊10和11結構相同或相似，相對于振蕩器結構中心對稱。兩個質量塊結構之間通過一個彈性結構18相連。振蕩器工作時，兩個質量塊10和11運動方向為同時背離結構中心或者同時朝向結構中心。