[发明专利]一种微电子机械系统圆片级真空封装及倒装焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子机械系统，特别是关于一种微电子机械系统的圆片级真空封装及倒装焊方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)的封装技术是目前MEMS研究的一项重要内容。MEMS器件特征尺寸微小，一般在微米量级，容易受到外界环境噪声的影响，或受空气中湿气、灰尘的玷污，以致器件性能下降，严重时甚至失效，因而绝大多数情况下需要密闭性或真空封装以保证器件的正常工作。对于一些MEMS传感器，例如谐振器和微陀螺，真空封装能够显著提高器件的品质因数Q值和灵敏度，降低环境噪声的影响，大幅度提高器件的整体性能。

MEMS器件封装可以分为系统级封装、圆片级封装和器件级封装。目前，圆片级真空封装实现方法主要有三类，包括硅片直接键合、阳极键合和中间层辅助键合，其中阳极键合又称静电键合，它将玻璃与金属或硅等半导体材料直接键合起来，不用任何粘合剂，是目前比较流行的一种封装方式。圆片级封装具有批量生产的特点，并且能够保护器件在后续加工、存储和运输过程中不受沾污和破坏，提高成品率，是目前MEMS研究的热点。另外倒装焊技术目前已广泛用于集成电路中，但是在MEMS器件中的应用却少见报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种微电子机械系统的圆片级真空封装及倒装焊方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种微电子机械系统的圆片级真空封装及倒装焊的方法，其特征在于：它包括如下步骤：(1)在用于制作盖帽玻璃片的玻璃片上加工作为引线孔的盲孔；(2)对经步骤(1)的所述玻璃片进行清洗，在所述玻璃片上未打所述引线孔的一面溅射金和钨或金和铬，其中钨或铬作为金与所述玻璃片的黏附层，金为掩膜，光刻形成掩膜图形；(3)分别用金腐蚀液和钨或铬腐蚀液腐蚀掉将要形成的玻璃腔体所在部位的所述掩膜和所述黏附层，采用干法刻蚀或湿法腐蚀制作所述玻璃腔体，并且将作为引线孔的盲孔腐蚀穿通，形成通孔；(4)腐蚀掉经步骤(3)的所述玻璃片上剩余的所述掩膜和所述黏附层，所述盖帽玻璃片制作完成；(5)在所述盖帽玻璃片的所述腔体内溅射或涂覆吸气剂；(6)采用键合机将现成的MEMS器件结构圆片与经溅射或涂覆吸气剂的所述盖帽玻璃片进行对位静电键合，与此同时所述吸气剂被激活；(7)在所述盖帽玻璃片的表面和所述引线孔内制作电极引线，并连通所有相同的电极引线；(8)在所述电极引线上制作用于倒装焊的金属凸点；(9)采用切片机对经步骤(8)的所述MEMS器件结构圆片和盖帽玻璃片的封装结构进行切片；并将切片后得到的单个MEMS芯片与外围处理电路进行倒装焊连接。

加工所述引线孔采用喷砂、激光或精密机械打孔的方法，所述喷砂打孔方法包括如下步骤：首先制作一个金属模具，用精密机械加工方法在所述金属模具上制作数量和位置都确定的通孔，然后将所述金属模具对准所述玻璃片进行喷砂打盲孔，所述盲孔呈圆锥形，锥度为60°～80°。

所述玻璃片上的盲孔底部与所述玻璃片底面间的厚度值不大于所述玻璃腔体的高度值。

所述湿法腐蚀为：利用氢氟酸对所述玻璃腔体进行腐蚀，在腐蚀所述玻璃腔体的同时，将采用所述喷砂打孔方法所打的所述盲孔腐蚀通，形成通孔。

所述MEMS器件结构圆片与所述盖帽玻璃片的静电键合压力100～5000Pa、温度350～450℃，持续时间为30～50分钟。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明中MEMS采用喷砂打孔和圆片级封装，所以它能进行批量生产，并且能够保护器件在后续加工、存储和运输过程中不受外界的污染和破坏，提高MEMS器件的精度和成品率。2、由于本发明中圆片级封装的阳极键合将玻璃与硅材料直接键合起来，不用任何粘合剂，所以键合界面气密性和稳定性很好。3、由于本发明采用了盖帽玻璃片和吸气剂，所以能保护MEMS器件的结构，并提供一个稳定的低压真空环境。4、由于本发明中的盖帽玻璃片作为电极引线的布线层，所以简化了外围电路的连线。5、由于本发明中的电极引线间互连采用纵向互连和倒装焊技术，充分利用了MEMS器件面积，所以占用体积小、互连线短且封装密度高，增加了器件电极布局的灵活性，引入的寄生电容较小，提高了器件的总体性能和成品率。6、由于本发明采用湿法工艺腐蚀玻璃腔体，所以腐蚀速率较快，设备简单，操作容易且成本较低。本发明可广泛应用于MEMS系统中。

附图说明

图1是单个MEMS器件芯片与处理电路倒装焊连接后的示意图

图2是Corning Pyrex 7740玻璃片示意图

图3是在图2的玻璃片上打盲孔后的效果示意图