[发明专利]基于硅玻璃阳极键合的圆片级高真空无引线封装方法

说明书

本公开提供了一种基于硅玻璃阳极键合的圆片级高真空无引线封装方法，在玻璃片上制作振动空腔、预通孔以及连通振动空腔与预通孔的通气槽；在振动空腔内制作玻璃通孔，形成金属填充电极；将玻璃片的预通孔制作成锥形通孔；通过阳极键合，将玻璃片与待封装硅结构对准键合；将硅玻璃键合片放入电子束蒸发设备中，依次淀积金属钛和表层金属；图形化金属钛和表层金属，划片成独立器件，直接形成无金丝引线的贴片元器件。

技术领域

本公开涉及微纳电子器件加工、圆片级高真空封装、无引线封装领域，尤其涉及一种基于硅玻璃阳极键合的圆片级高真空无引线封装方法。

背景技术

MEMS封装技术作为MEMS技术中的一大难点，多年来一直制约着MEMS技术的发展。据国外多项统计表明，MEMS封装的成本占MEMS产品的70％-90％，之所以出现这种情况，主要是由于MEMS器件的复杂性所造成的。与已拥有标准封装规范的微电子器件不同，MEMS系统是一个含有三维微结构和活动组件，多种材料组成，并且常常要处于各种高温、高湿或酸碱性恶劣环境下的组织结构，这种复杂的结构对封装技术提出很高的要求。

MEMS系统结构常常包括可动部件，如微型阀、微型泵、微齿轮、微电机、频率微传感器，MEMS陀螺仪和非冷却红外线传感器阵列等，为了保证这些可动部件运动自如。需要采用真空封装，减小摩擦，降低能源消耗，使可动部件能长期可靠工作。合适的I/O接口、低应力、材料的兼容性等，都是封装必须考虑的问题。真空封装能大大的提高MEMS器件性能，例如，一些谐振效应的MEMS器件(如振动加速度计或陀螺仪中的一些基本元件)在大气环境下的品质因素约为几十，在真空环境下，其品质因数可高达几万，3-4个量级的提高决定了器件能不能正常工作，以及器件性能的优越程度。

MEMS真空封装可以分为器件级真空封装和圆片级真空封装。所谓器件级真空封装，是指先将单个的芯片从硅圆片上分离出来，然后依次分别完成封装工序。一般是采用焊接的方法将芯片密封于金属或陶瓷外壳内，焊接的方法包括电阻焊，激光焊，低熔点的玻璃熔融焊及焊料焊接等。圆片级的真空封装是指以硅圆片为单位进行封装操作，芯片与封装外壳之间的连接等所有封装工序，全部都以硅圆片为单位进行操作。与器件级的一个一个封装相比，圆片级封装大大节省了成本，并且使芯片性能的一致性大大提高。在前道工序完成包封，保护了芯片不受后道工序如划片等的影响，增强了芯片性能的稳定性。圆片级的真空封装常用的方法有阳极键合、金-硅共晶键合等。

阳极键合是一种利用热和电共同作用来实现异质材料层片间低温连接的一种方法，1968年该技术被D.I.Pomerantz首次发现，阳极键合不需要黏胶剂，在350℃左右(与绝大多数微电子器件、MEMS器件兼容)进行，对材料表面清洁度和光洁度要求不高，键合质量好，工艺和设备简单，在微传感器、微型机械等部件的封装方面得到广泛的应用。阳极键合本质是，在电场作用下，界面处形成强的静电吸引，一定温度下，界面间直接形成了键合互联的化学键。阳极键合强度一般大于10Mpa，键合后密封腔的漏率一般小于1E-8Pa.m3/s。阳极键合腔室真空一般在1E-3Pa左右，但是，键合反应过程中，随着化学键形成，同时生成一些气体，降低了密封腔内真空度。一般通过直接阳极键合，形成的密封腔内压强在几帕至几百帕，这对一些谐振式器件，还达不到工作条件需求。为了获得较高真空，通常需要采用增加吸气剂工艺，相应的封装盖板制作工艺及封装流程变得十分复杂。

无引线封装就是在芯片中不再使用金丝压焊互联，这不仅仅大大简化工艺，减低成本，还大大提高了器件的可靠性及综合性能。目前的无引线封装主要用在微电子器件封装中，多数采用硅通孔技术。一般利用硅通孔技术进行的无引线封装还不能进行真空封装。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开的目的在于克服现有技术存在的上述缺点，提供一种基于硅玻璃阳极键合的圆片级高真空无引线封装方法。

(二)技术方案