[發(fā)明專(zhuān)利]一種封裝間距可高精度控制的MEMS封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710725952.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107572474B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范繼;伍文杰;涂良成;劉金全;邱文瑞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B81B7/00
• 分類(lèi)號(hào): B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發(fā)明公開(kāi)一種封裝間距可高精度控制的MEMS封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，包括：硅基底、限位裝置、第一封裝環(huán)、上蓋帽以及第二封裝環(huán)，限位裝置的高度大于第一封裝環(huán)和第二封裝環(huán)的高度之和；限位裝置和第一封裝環(huán)設(shè)置在硅基底上，第二封裝環(huán)設(shè)置在上蓋帽上，第一封裝環(huán)與第二封裝環(huán)的位置相對(duì)應(yīng)；限位裝置與上蓋帽制備封裝環(huán)的一面接觸，第一封裝環(huán)上承載有流動(dòng)性的封裝焊料，以使第一封裝環(huán)與第二封裝環(huán)在流動(dòng)性的封裝焊料的作用下進(jìn)行鍵合封裝；限位裝置的熔點(diǎn)高于焊料以及焊料與第一封裝環(huán)、第二封裝環(huán)所形成的合金的熔點(diǎn)，以使第一封裝環(huán)與第二封裝環(huán)進(jìn)行鍵合封裝時(shí)，限位裝置保持固態(tài)，固定封裝間距。本發(fā)明通過(guò)限位裝置實(shí)現(xiàn)封裝間距的高精度控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子器件封裝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種封裝間距可高精度控制的MEMS封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)，最早的微機(jī)電器件可追朔至1966年。在經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展之后，MEMS的市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)，前景令人鼓舞，但是“封裝”這個(gè)MEMS工藝的一直存在各種各樣的問(wèn)題。從事MEMS器件研發(fā)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)大多忽略封裝，而從事封裝技術(shù)研究的單位提出的方法又無(wú)法做到對(duì)所有的器件兼容。擁有自己產(chǎn)品的商業(yè)集團(tuán)處于成本的考慮，都對(duì)這樣的困難和挑戰(zhàn)保持了沉默。大量的產(chǎn)品構(gòu)想陷入困境甚至失敗，很大的原因就是沒(méi)有找到有效并且合適的封裝方法。在當(dāng)今大多數(shù)MEMS產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，封裝、組合、測(cè)試以及調(diào)試依然是最昂貴的部分之一，其成本最高可達(dá)總成本的95％，可見(jiàn)封裝的發(fā)展和應(yīng)用將決定一個(gè)MEMS產(chǎn)品的成敗，MEMS封裝也是一種極度復(fù)雜且涉及多種學(xué)科以及工藝的過(guò)程。

現(xiàn)階段電容位移傳感技術(shù)在MEMS領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。一般說(shuō)來(lái)，在消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域，由于檢測(cè)精度要求不高，對(duì)封裝間距高精度控制的需求不明顯。但是在精密測(cè)量領(lǐng)域，由于測(cè)量的本來(lái)就是一些小量，所以對(duì)封裝也有具體的高精度的要求。例如美國(guó)航天局計(jì)劃發(fā)射的洞察號(hào)火星探測(cè)器中就攜帶了由英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)研制的高性能微振儀。該微振儀由一個(gè)高性能的MEMS加速度計(jì)構(gòu)成，它在其工作頻段的分辨率優(yōu)于2ng/√Hz(參考文獻(xiàn)：W.T.Pike et al.，A self-levelling nano-g silicon seismometer，IEEE Sensor 2014，pp.1599-1602)。它的電容位移傳感是通過(guò)檢驗(yàn)質(zhì)量上的電容極板與上蓋帽上的電容極板，通過(guò)變面積的方式實(shí)現(xiàn)。要使該器件能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的測(cè)量就必須對(duì)封裝提出高指標(biāo)的要求。該小組是通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算封裝焊料的體積實(shí)現(xiàn)間距的精確可控，由于該器件并沒(méi)有要求氣密或者真空封裝，所以是采用的焊點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)的鍵合，整個(gè)鍵合面較小，且焊料的控制依靠手工操作。如果鍵合面積一旦發(fā)生變化，整個(gè)計(jì)算就必須重復(fù)，如果鍵合面積過(guò)大手工放置焊料的方法將不再適用，所以該方法缺少普適性。

公開(kāi)號(hào)為CN 103910325A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)報(bào)道了一種可實(shí)現(xiàn)鍵合間隙精確控制的封裝方法。該封裝方法通過(guò)在被封裝單元硅基與蓋帽硅基間加入微阻擋凸臺(tái)，利用微阻擋凸臺(tái)的高度實(shí)現(xiàn)鍵合間隙的精確控制，最后通過(guò)玻璃漿料鍵合完成封裝。此方法所運(yùn)用的微阻擋凸臺(tái)為通過(guò)對(duì)蓋帽硅基結(jié)構(gòu)干法刻蝕制備而得，如果蓋帽結(jié)構(gòu)為玻璃片，這種間隙精確控制的封裝方法就會(huì)完全的失效，因此無(wú)法做到對(duì)所有的器件兼容。這種方法僅僅局限于運(yùn)用玻璃漿料封裝，對(duì)其他鍵合方法無(wú)法有效地兼容，并且需要在封裝區(qū)域分多次干法刻蝕制備內(nèi)側(cè)凹凼、外側(cè)凹凼以及微阻擋凸臺(tái)，工藝較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種封裝間距可高精度控制的MEMS封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，旨在解決當(dāng)鍵合材料具有一定流動(dòng)性時(shí)，封裝間距無(wú)法控制的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種封裝間距可高精度控制的MEMS封裝結(jié)構(gòu)，包括：硅基底、限位裝置、第一封裝環(huán)、上蓋帽以及第二封裝環(huán)，所述限位裝置的高度大于所述第一封裝環(huán)和所述第二封裝環(huán)的高度之和；

所述限位裝置和第一封裝環(huán)設(shè)置在所述硅基底上，所述第二封裝環(huán)設(shè)置在所述上蓋帽上，所述第一封裝環(huán)與所述第二封裝環(huán)的位置相對(duì)應(yīng)；