[发明专利]一种可用于气密性封装的低温共烧低电压可阳极键合微晶玻璃材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种可用于气密性封装的低温共烧低电压可阳极键合微晶玻璃材料及其制备方法和应用，其中，低温共烧的可阳极键合微晶玻璃材料为LAS基微晶玻璃，所述LAS基微晶玻璃的原料组成包括：40～67 wt%的SiO₂、16～24 wt%的Al₂O₃、2.7～7 wt%的Li₂O、0～5 wt%的B₂O₃、0～5 wt%的P₂O₅、0～4 wt%的TiO₂、0～6 wt%的ZrO₂、0～4 wt%的Na₂O、0～5 wt%的K₂O、0～4 wt%的Bi₂O₃和0～4 wt%的R_xO_y；其中，所述R_xO_y中的R为稀土元素或/和碱土金属元素，优选为Ce、Y、Ba、Mg、和La中的至少一种，x=1～2，y=2～5。

技术领域

本发明涉及一种微晶玻璃电子封装材料及其制备方法和应用，特别是一种可用于气密性封装的低温共烧低电压可阳极键合的微晶玻璃材料及其制备方法和应用。

背景技术

微机电系统(Micro Electro-mechanical System，MEMS)是指可以批量制造的集微传感器、微控制器、微执行器和信号处理于一体的器件或者系统，广泛应用于各个行业领域中，根据其应用领域，国际上通常在MEMS之前冠以Inertial-，Optical-，Chemical-，Bio-，RF-，Power-等来区分之。经过几十年的发展，目前已有大量的MEMS产品进入大规模的生产阶段，比如手机中的振荡器、陀螺仪、加速度传感器，喷墨打印机中的阵列喷嘴等消费电子产品和胎压检测系统传感器等汽车电子产品。一般而言，这些MEMS产品必须通过封装才能实现对这些产品而言，较大的封装体积和较低的封装成品率严重的限制了其在实际应用中的集成度，提高了其生产成本。目前，芯片封装主要通过减小器件的体积，增加封装引脚数来提高器件的集成度，然而随着实际应用对封装集成度要求的不断提高，传统的基于二维平面的封装技术已经无法有效的提高封装集成度，因而三维集成技术受到了非常广泛的关注。多芯片组件(Multi Chip Module，MCM)技术作为一种三维集成技术，可以将多个半导体集成电路原件以裸芯片的状态搭载在传统的厚膜及低温共烧陶瓷(Low TemperatureCo-fired Ceramic，LTCC)多层布线基板上，实现高密度垂直互联，极大的提高MEMS器件的封装集成度。

在MEMS中，由于硅具有特殊的电学性质和良好的机械性质以及强大的微电子基础工业设施，硅已经发展成为了MEMS系统的主流材料。而阳极键合技术可以将含有碱金属离子的玻璃与硅键合在一起，实现硅芯片与布线基板的异质集成。具体流程为将含有碱金属离子的玻璃加热到一定温度以后，将硅和玻璃堆叠在一起，并在其两端加大约500V～1000V的直流电压，其中硅端接直流电源正极，玻璃端接直流电源负极，在直流电场和热场的复合作用下，玻璃中的碱金属离子会开始移动并在玻璃中形成非桥氧离子，非桥氧离子会与硅形成强的静电吸引力并在硅和玻璃的界面互相结合形成非常强的硅-氧化学键，由此将硅和玻璃键合起来。阳极键合技术是一种广泛应用于微机电系统的集成封装中的技术，由于该键合过程不需要使用如胶黏剂等任何介质，因而可以极大的简化封装过程，减少封装过程中寄生效应的影响。然而，使用玻璃与硅进行键合封装时，玻璃基底必须能够实现贯通布线，这样MEMS器件中的电极引线就可以从封装基板的背面引出，并将MEMS芯片中的信号传导出来。为了实现上述功能，必须在玻璃上进行一定大小和数量的打孔操作，而在玻璃上进行打孔时通孔的大小和孔间距将会受到严格的限制，另外当孔的数量比较多的时候，后续玻璃的抛光也会受到严格的工艺限制。另外贯通布线对通孔的质量和形状有比较严格的要求，因此必须需要通过深活性离子刻蚀设备来对通孔进行长时间的处理，成本十分高昂。