[發明專利]一種圓片級真空封裝結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201710374845.0
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107188110B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 胡小東;楊志;胥超;張丹青
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 夏素霞

本發明公開了一種圓片級真空封裝結構及其制作方法，涉及微電子機械系統與圓片級封裝技術領域；包括第一圓片和第二圓片，第一圓片上設有空腔，第一圓片下部設有鍵合區，第一圓片與第二圓片通過鍵合區進行圓片鍵合；第二圓片上設有待封裝的器件；第一圓片上設有排氣通孔，排氣通孔與空腔相靠近；方法簡單，通過在空腔鄰近區域制備排氣通孔，可以在很短的時間內，使空腔內的真空達到或接近鍵合設備腔室的真空。

技術領域

本發明涉及MEMS（微電子機械系統）與圓片級封裝技術領域。

背景技術

MEMS產品器件除了具有一定的電子性能特征外，更具有機械結構部件特征，其工作原理經常涉及到機械部件的運動，因此對于MEMS產品器件，封裝技術是非常重要的。一方面封裝可使產品避免受到灰塵、潮氣等影響，另一方面，通過封裝，在封裝內部形成真空或一定氣壓的空氣，對減小和控制可動結構的氣體運動阻尼，是保證器件性能的必需工藝。對絕對壓力傳感器等器件，其內部也必須是真空狀態，以準確測量外部的氣壓。目前多種多樣的MEMS器件，以及部分微電子、光電子器件，都需要真空封裝。器件的封裝成本最多已經占到了產品總成本的95％，目前滯后的封裝技術與高昂的封裝成本嚴重制約了MEMS器件的產業化發展，優化加工技術方法、降低封裝成本與真空封裝技術是本發明的主要目的，對實現器件的真空或氣密封裝有重要意義。

圓片級封裝技術是一種低成本和批量化的技術解決途徑，圓片級封裝是采用圓片鍵合技術，將MEMS器件封裝在腔體內部的技術方法，因此具有批量的優點。多數情況下，圓片級封裝形成的器件，可以直接應用，不需要每個器件再單獨進行封裝。

圓片級封裝技術，利用一個制備有空腔的圓片，和另一個制備有器件的圓片，通過圓片鍵合技術結合在一起，同時完成了對圓片上所有器件的封裝。然后可以通過切割等工藝，將圓片上的器件分割成一個個獨立的器件。實現圓片鍵合的工藝技術，有很多種，包括陽極鍵合（硅-玻璃鍵合）、硅熔融鍵合、Glass frit鍵合、共晶鍵合、聚合物鍵合等；其中有些是圓片直接鍵合在一起，有些圓片鍵合工藝，需要在圓片表面待建合的區域制備金屬或非金屬薄膜，用來完成圓片鍵合。

圓片鍵合技術來實現器件的真空氣密封裝時，通常包含三個主要步驟。一是將需要鍵合的圓片，進行精密的對位操作，對位精度通常可達到幾個微米或更小；二是將對位好的兩個圓片放入鍵合設備內，鍵合設備的工作腔室抽真空，此時圓片處于真空環境下，彼此間的氣體會排出，使內部的空腔形成真空；三是通過加熱、加壓等措施，完成圓片鍵合，使圓片界面處需要鍵合的區域形成氣密的結合，則空腔形成真空氣密封裝。

在上述的圓片鍵合技術的第二步驟，為了順利排出氣體，圓片彼此間有一定的間隙，該間隙通常在100微米到1000微米的范圍內。該間隙過大，會影響到圓片的對位精度。該間隙過小，則嚴重影響到了圓片彼此間的空隙和空腔處真空的形成。這主要是因為高真空下，氣體分子彼此碰撞的平均自由程，大大增加了。在一個大氣壓760托時，分子平均自由程約為0.65微米；氣壓為1托時，分子平均自由程約為50微米；氣壓為1×10^-3托時，分子平均自由程約為50000微米。目前進行的圓片鍵合，直徑通常為100厘米、150厘米、200厘米、300厘米。當圓片間距為數百微米時，在真空環境下，分子運動的平均自由程，遠遠大于圓片間的間隙，空腔內的氣體分子難以通過圓片間的間隙排出，即使通過幾十分鐘或更長的時間，也難以在圓片彼此的空間內部形成良好的真空。圓片空腔內的真空，通常比所處設備腔室的真空，要低一個數量級或兩個數量級，而且工藝時間很長。如圖2所示，第一圓片和第二圓片內部的空腔內，難以形成良好的真空。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種圓片級真空封裝結構及其制作方法，方法簡單，通過在空腔鄰近區域制備排氣通孔，可以在很短的時間內，使空腔內的真空達到或接近鍵合設備腔室的真空。