一种微机电芯片的密封腔体制作方法技术

一种微机电芯片的密封真空腔体制作方法，包括盖板和芯片的对位，其特征在于：　　　　（１）在芯片或盖板上涂覆密封介质，并在芯片和盖板间放置熔点低于或等于密封介质粘接温度的支撑体；　　　（２）支撑体高度高于密封介质，用普通对位设备将上基板对准搁置在下基板上面，然后将其移入真空烘箱中；　　　　（３）在密封介质排气温度下抽真空，真空度满足要求后加温到支撑体熔化温度，支撑体首先熔化，从而使位于上层的芯片或盖板下落至位于下层的盖板或芯片上的密封介质接触，再升高温度到密封介质的粘接温度使上下基板粘接从而形成密封腔体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更确切地说涉及一种用有机胶、金属焊料或玻璃为微机电芯片提供密封环境的方法，属于微机电器件封装领域。背景介绍微机电系统指体积微型化，构成元件尺寸在微米、纳米量级的可控制、可运动的微型机电系统。它集微型结构、微型传感器、微型执行器以及信号处理、控制、通信等功能于一体。微机电器件在航空航天、工业、医学、军事和其他各种领域中都有着广阔的应用前景。近几年来，各种微机电器件不断涌现，并在许多场合得到实际应用。微机电系统中通常含有可动部件，这些部件可用来采集外部信息，包括各种物理量，如位置、速度、加速度、压力、磁场、温度和湿度等，是微机电系统的核心部分。有一部分的可动部件要求在真空环境中工作，一些需要为其提供一个能够长久保证真空度的工作环境。为解决上述问题，目前人们提出了多种微机电器件真空封装的方法，其基本思想是将一个有腔体的盖板键合到含可动部件的微机电芯片上，这样就能为可动部件提供一个不受外界不利环境影响及内部气氛可控的工作环境，同时保证可动部件不被后续的封装工艺如灌封或塑封等损伤。现在存在的微机电器件气密封装的键合方法有硅-玻璃阳极键合、硅-硅熔融键合、焊料键合、低温玻璃键合和有机粘接剂键合等。低温玻璃和有机粘接剂键合是将玻璃浆料或有机胶用点胶或印刷的方法涂覆在盖板或芯片的周边区域，芯片和盖板对位后在一定温度下实现键合。目前，玻璃和有机胶键合存在缺点。玻璃和有机胶处于液体状态，盖板和芯片对准压合时后就已经形成了密封腔体，然后抽真空并不能使它的真空度下降至需要的程度并且会使涂覆的玻璃浆料由于腔内腔外的压力差而变形。当前解决这个问题的办法为先抽真空，真空度达到要求后再进行盖板和芯片的对准。这样就需要能够提供真空环境的专用对位设备，当前广泛使用的对位设备无此功能，因此大大提高了投资。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供了一种微机电芯片的密封腔体的制作方法，也即使用有机胶和玻璃为微机电芯片提供真空密封的方法。首先在已涂覆有密封介质的下层基板上放置熔点低于或等于密封介质实现和上下基板粘接温度的支撑体，支撑体高度稍高于密封介质，再用普通的对位设备将上层基板物对准搁置在下层基板上面，然后将此结构移入真空烘箱中抽真空，真空度满足要求后加温。加温过程中，支撑体首先熔化，从而使上层基板下落至和下层基板上的密封介质接触并在随后的处理过程中和上下基板粘接从而形成密封腔体。这里，上层基板可以是盖板也可以是芯片，同样，下层基板可以是芯片也可以是盖板。在密封工艺中，芯片在盖板上方还是在盖板下方由具体情况决定。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是首先在已涂覆有密封介质的下层基板上放置一些熔点低于密封介质。实现和上下层基板粘接温度的支撑体，支撑体高度稍高于密封介质，再用普通的对位设备将上层基板物对准搁置在下层基板上面，然后将此结构移入真空烘箱中抽真空，开始抽真空的温度为密封介质的排气温度，真空度满足要求后加温。加温过程中，支撑体首先熔化，从而使上层基板下落至和下层基板上的密封介质接触并在随后的处理过程中和上下基板粘接从而形成密封腔体。其特征在于(1)在芯片或盖板上涂覆密封介质，并在芯片和盖板间放置熔点低于或等于密封介质粘接温度的支撑体；(2)支撑体高度高于密封介质，用普通对位设备将上层基板对准搁置在下层基板上面，然后将其移入真空烘箱中；(3)在密封介质排气温度下抽真空，真空度满足要求后加温到支撑体熔化温度，支撑体首先熔化，从而使位于上层的芯片或盖板下落至和位于下层的盖板或芯片上的密封介质接触，再升高温度到密封介质的粘接温度使上下基板粘接从而形成密封腔体。(4)涂覆的密封介质为有机胶或玻璃粉料或金属焊料。(5)支撑体的形状和数量以能够稳定托起上方的芯片或盖板为原则，并由芯片可利用面积所决定。(6)支撑体为金属或其他熔点满足要求的物质，支撑体或做在芯片上或做在盖板上。本专利技术的有益效果是能够使用常用的对位和真空烘箱等设备完成微机电芯片的真空封装，通过选择熔点合适的支撑体使密封介质和上基板在抽真空阶段分离，而在密封介质的实现粘接温度支撑体熔化，上基板下落形成密封的真空腔体。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术的实质性特点和显著的进步作进一步阐明。图1为盖板2和芯片4对位但支撑体尚未熔化时的剖面机构示意图。图2为图1中盖板和芯片对位后支撑体熔化后的剖面结构示意图。图3为实施例中的已涂覆玻璃浆料的盖板结构。图4为实施例中的芯片结构。图5为图4密封腔体的I-I剖面图。图中1.熔化前的支撑体，2.盖板，3.有机胶或玻璃，4.芯片，5.芯片需密封保护区，6.金属布线，7.引线，8.盖板开口。图1中，熔化前的支撑体1将盖板2托起，其高度比密封介质3高，这样在盖板2和密封介质3间存在间隙，此时抽真空就不会有气体被包围在密封介质3、盖板2和芯片4之间。支撑体形状和数量以能够稳定地托起盖板2为原则，并由芯片上具体可利用的面积所决定。熔化前的支撑体1的高度应保证密封介质3和盖板1间存在足够间隙，这样抽真空时腔体内外气压能够很快到达平衡。支撑体1的熔点应低于或至少等于密封介质3的粘接温度，这样在密封介质3的粘接温度前抽真空，而后升温使支撑体熔化盖板2下落并由密封介质粘接芯片形成密封的真空腔体。具体实施例方式下面通过一个实施例进一步说明本专利技术的特点和它的制作过程，但本专利技术绝非仅限于所述的实施例。图3为实施例中的芯片结构，其由芯片4、芯片需保护区5和金属布线6组成。芯片需保护区5通常就是微机电系统的可动部件，但也不限于可动部件，可以为任何需密封保护的区域。图4本为实施例中的盖板。盖板上设有三个支撑物1和供引线进入的盖板开口8，并用点胶或印刷的方法将有机胶或玻璃浆料涂覆在盖板上，围住盖板开口8和芯片需保护区域5在盖板上的对应区域。玻璃浆料的高度应低于支撑物2的高度。支撑物5既可做在盖板2上，也可做在芯片4上。本实施例中选用的低温烧结玻璃浆料的粘接温度在450℃左右，因此可选用熔点为420℃的物质充当支撑体，如本例中可选用锌，其熔点为421℃。本例的具体工艺如以下描述。首先将玻璃浆料用印刷或点胶的方法涂覆在盖板上，并按要求搁置一定数量和形状的支撑体，然后用对位设备将芯片放在支撑体上。将对位后的结构移入真空烘箱中。由于玻璃浆料在一定温度下有气体产生，故在抽真空和粘接前要使其将气体完全放出，因此首先将温度升至玻璃浆料的排气温度，本例中为400℃左右，保温数十分钟直至气体完全排出。本例中，支撑体的熔点应高于玻璃浆料的气体排出温度。随后抽真空，真空达到要求后，将温度升至450℃并保温至粘接过程完成。在450℃下，支撑体熔化，芯片下落和密封介质接触同时开始玻璃浆料粘接盖板和芯片的过程。最后就形成芯片、盖板和玻璃组成的密封真空腔体。图5为本实施例的I-I剖面图，从图中可见，芯片4、盖板1和玻璃3将芯片需保护区5密封起来。芯片需保护区5通过金属布线6和穿过盖板开口8的引线7和外界实现电连接。这种结构即保护了芯片需保护区5，又实现了芯片和外界的电连接，并使后续的灌封和塑封等工艺得以实现。本实施例既可在单个芯片结构上实现，也可在圆片级的封装结构中实现，在圆片级封装结构中，支撑体没有必要在每一个芯片结构中出现，只要其能够托起整个圆片级的盖板就能够满足要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电芯片的密封真空腔体制作方法，包括盖板和芯片的对位，其特征在于(1)在芯片或盖板上涂覆密封介质，并在芯片和盖板间放置熔点低于或等于密封介质粘接温度的支撑体；(2)支撑体高度高于密封介质，用普通对位设备将上基板对准搁置在下基板上面，然后将其移入真空烘箱中；(3)在密封介质排气温度下抽真空，真空度满足要求后加温到支撑体熔化温度，支撑体首先熔化，从而使位于上层的芯片或盖板下落至位于下层的盖板或芯片上的密封介质接触，再升高温度到密封介质的粘接温度使上下基板粘接从而形成密封腔体。2.按权利要求1所述的微机电芯片的密封真空腔体制作方法，其特征在于涂覆的密封介质为有机胶或玻璃粉料或金属焊料中一种。3.按权利要求1所述的微机电芯片的密封真空腔体制作方法，其特征在于支撑体的形状和数量以能够稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖克来提，罗乐，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：