一种MEMS器件的圆片级真空封装方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102351141A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102351141A(43)申请公布日2012.02.15(21)申请号201110338989.3(22)申请日2011.11.01(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号北京大学(72)发明人于晓梅周晓雄袁明泉杨建成(51)Int.Cl.B81C3/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种MEMS器件的圆片级真空封装方法(57)摘要本发明的目的是提供一种MEMS器件的圆片级真空封装的方法。该圆片级真空封装的器件主要包括MEMS器件、支撑器件的底座基片、带过孔的中间垫层基片、盖帽基片、焊料和吸气剂。封装基本步骤包括：在底座基片上制备出MEMS器件；在底座基片的器件面、中间垫层基片的双面和盖帽基片的一面淀积复合金属层，形成键合区域图形；在其任一种基片上溅射吸气合金作为吸气剂；加工中间垫层基片形成过孔；把三种基片按顺序对准组合，并在基片之间夹入焊料；放入键合炉，焊料熔融后将这三种基片粘合在一起，形成密封腔；划片形成单个器件。该圆片级封装方法能提高封装内外部环境的密封性能和封装器件的可靠性、成品率高，且工艺简单、成本低，适用于工业大批量生产。CN102354ACCNN110235114102351146A权利要求书1/2页1.一种圆片级真空封装方法，该圆片级真空封装的器件主要包括MEMS器件、支撑MEMS器件的底座基片、带过孔的中间垫层基片、盖板基片、焊料和吸气剂。封装基本步骤包括：在底座基片上制备出需要的MEMS器件；在底座基片的器件面、中间垫层基片的两个面和盖帽基片的一面淀积一层复合金属层，并形成键合区域图形，该复合金属层作为焊接中间层，在实现粘附的同时还作为气密性阻绝层；在盖帽或中间垫层或底座基片上溅射吸气合金作为吸气剂；加工中间垫层基片形成过孔：把底座基片、中间垫层基片、盖帽基片按顺序对准组合在一起，并在底座基片和中间垫层基片、中间垫层基片和盖帽基片之间夹入一定厚度的焊料；把组合器件放入具有一定真空度的键合炉内，焊料在一定温度和压力下熔融，使底座基片、中间垫层基片、盖帽基片粘合在一起，形成器件密封腔；划片形成单个器件。该圆片级封装方法能提高封装内外部环境的密封性能，封装器件的可靠性和成品率高，且工艺简单、成本低，适用于工业大批量生产。2.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述MEMS器件可以是陀螺、加速度计、压力计、红外焦平面阵列等MEMS器件。3.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述底座基片是支撑MEMF器件的衬底，可以是直径为4寸、8寸和12寸等规格的硅片、石英片、蓝宝石、陶瓷等圆形基片，也可以是其它规格和尺寸的基片。4.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述中间垫层基片可以是与底座基片相同规格的圆形或其它形状的基片，尺寸与底座基片基本相同，材料可以是陶瓷、玻璃、石英、硅片等材料，厚度根据封装器件的要求选择500nm-1mm。5.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述中间垫层过孔可以是方形、圆形等，尺寸与MEMS器件尺寸对应，可采用激光划片、干法刻蚀、湿法腐蚀等工艺加工。6.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述盖帽基片可以是与底座基片相同规格的玻璃、石英片、陶瓷片等，可在所述盖帽基片与中间垫层的接触面上加工一定深度的槽，形状与中间垫层过孔基本一致，与中间垫层共同形成MEMS器件的密封腔。7.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述复合金属层可以是多种类型，如Cr/Cu，Cr/Au，Cr/Ni/Au，Ti/Ni/Au，Cr/Ni/Cu/Ag等，其中的底层是粘附层，实现中间层与基片的粘附；中间层是阻挡层，防止顶层金属扩散进基片，顶层金属是粘附层，实现与焊料的共融钎焊。所述复合金属层厚度在100nm-10μm。8.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述焊料可以是多种合金焊料，如Sn-Ph，Sn-ln，Sn-Ag，Sn-Au，Sn-Cu，Sn-Ag-Bi，Sn-Ag-Cu，Sn-Ag-ln，Sn-Ag-Sb，Sn-Cu-Ni等焊料，根据复合金属层材料来选择。所述焊料一般加工成厚度在5μm-100μm的片状，尺寸与被键合区域的尺寸基本一致。9.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述吸气剂可选择非蒸散型吸气剂(NEG)，如锆(Zr)合金，锆铝合金，Ti-Mo，Ti-Zr-V，Zr-V-Fc，纳米吸气剂等。10.如权利要求1所述的圆片级真空封装的方法，其特征在于，所述键合炉的真空度应高于器件封装所需真空度，所需温度和压力应能使焊料