一种具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法和MEMS封装结构技术

本发明专利技术公开了一种具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法、及利用该方法制成的MEMS封装结构，包括：制备盖板圆片；在盖板圆片刻蚀键合用空腔及止挡结构，其中，止挡结构构造为空腔凹槽内侧的凸起部，且止挡结构的设置位置与在完成键合后MEMS器件可动结构在Z轴方向上的活动位置相对应；在盖板圆片的表面制备介质层；去除止挡结构表面的介质层；在盖板圆片中制备用来实现键合的键合区，以及在空腔内制备吸气剂；将经过一系列处理的盖板圆片与结构圆片进行键合实现圆片级真空封装；对封装好的MEMS器件进行引线孔刻蚀。本发明专利技术在实现圆片级真空封装的同时，还解决了Z轴方向上的过载问题，具有工艺兼容性强、成本低、可实现批量生产的特点。可实现批量生产的特点。可实现批量生产的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法和MEMS封装结构


[0001]本专利技术涉及MEMS圆片级封装
，尤其是涉及一种具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法和MEMS器件。

技术介绍

[0002]MEMS器件的封装成本最多已经占到了产品总成本的95％，目前滞后的封装技术与高昂的封装成本严重制约了MEMS器件的产业化发展。圆片级封装技术利用键合技术在制备有MEMS器件的圆片上加装盖板来完成对圆片上所有器件的封装，然后通过切割等工艺，将圆片上的器件分割成一个个独立的器件。多数情况下圆片级封装形成的器件可以直接应用，不需要每个器件再单独进行封装，具有低成本和可批量的优点。
[0003]MEMS产品器件大多是三维结构，除了具有微电子产品的电性能指标外还具有可动微结构的机械性能指标。由于工作原理经常涉及到机械部件的运动，对于具有可动结构的MEMS器件如加速度计、陀螺仪等，在应用中常会遇到冲击、振动等恶劣环境，从而可能导致活动结构断裂失效，继而影响器件乃至系统的整体可靠性。
[0004]因此，为了提高MEMS器件抗过载能力，可以增加止档结构设计，止档结构是在MEMS器件固定部分增加的限位结构，当MEMS器件受到较大过载时，其活动结构的位移量将被止档结构限制，从而避免了因位移过大而导致活动结构断裂。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现：常规的止档结构加工工艺，是在MEMS活动结构加工时同时制作出来的，这种止档结构只能对活动结构在平面内的位移进行限位，当器件受到垂直于平面的过载时，仍会导致结构断裂。因而，现有加工工艺无法解决MEMS结构在Z轴方向上的过载问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法，包括：制备盖板圆片；在所述盖板圆片刻蚀键合用空腔及止挡结构，其中，所述止挡结构构造为空腔凹槽内侧的凸起部，且所述止挡结构的设置位置与在完成键合后MEMS器件可动结构在Z轴方向上的活动位置相对应；在所述盖板圆片的表面制备介质层；去除止挡结构表面的介质层；在所述盖板圆片中制备用来实现键合的键合区，以及在所述空腔内制备吸气剂；将经过一系列处理的盖板圆片与结构圆片进行键合实现圆片级真空封装；对封装好的MEMS器件进行引线孔刻蚀。
[0006]优选地，所述止挡结构的端面用来限制所述MEMS器件可动结构在Z轴方向上的活动范围。
[0007]优选地，根据所述MEMS器件可动结构在Z轴方向上的允许活动范围确定所述介质层的厚度。
[0008]优选地，使用RIE刻蚀机或湿法腐蚀工艺去除止挡结构表面的介质层。
[0009]优选地，采用热氧化工艺、或低压化学气相沉积工艺、或等离子体增强化学气相沉积工艺来制备介质层。
[0010]优选地，在实现圆片级真空封装过程中，包括：将经过一系列处理的盖板圆片与结构圆片的表面进行清洁、激活处理，而后进行圆片对位；将完成对位的圆片放置真空键合设备中，采用圆片级真空键合技术进行键合；激活所述吸气剂实现圆片级真空封装。
[0011]优选地，使用干法在完成真空封装的圆片的上表面进行刻蚀，刻蚀穿透盖板圆片暴露出金属焊盘，从而形成引线孔。
[0012]优选地，所述圆片级真空键合技术，包括但不限于：共晶键合、热压键合、直接键合、瞬态液相键合和粘接键合。
[0013]优选地，所述盖板圆片的材料采用硅双抛片。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了一种MEMS封装结构，所述MEMS封装结构利用如上述所述的圆片级真空封装方法而制成。
[0015]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0016]本专利技术公开了一种具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法、以及利用该方法制成的MEMS封装结构。该方案包括：1)盖板圆片材料准备；2)同时制备键合空腔及空腔内的Z轴止挡结构；3)介质层制备；4)去除止挡结构表面的介质层；5)键合区制备；6)吸气剂制备；7)将待键合圆片对准后进行键合，并激活吸气剂实现圆片级真空封装；8)引线孔刻蚀。这样，本专利技术利用不同区域间的介质层厚度差实现MEMS可动结构在Z轴方向上的止挡功能，从而在实现圆片级真空封装的同时，还解决了Z轴方向上的过载问题，相对于没有Z轴止挡设计的圆片级真空封装工艺，仅增加了两步光刻、介质腐蚀工艺即可加工出高精度的Z轴方向止挡结构，增加的工序对于整体工艺难度没有提升，具有工艺兼容性强、成本低、可实现批量生产的特点。
[0017]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0018]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0019]图1是本申请实施例的具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法的步骤图。
[0020]图2是本申请实施例的具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法的工艺流程图。
[0021]图3是本申请实施例的具有Z轴止挡的圆片级真空封装MEMS器件可动结构的剖面示意图。
具体实施方式
[0022]以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。
[0023]MEMS器件的封装成本最多已经占到了产品总成本的95％，目前滞后的封装技术与
高昂的封装成本严重制约了MEMS器件的产业化发展。圆片级封装技术利用键合技术在制备有MEMS器件的圆片上加装盖板来完成对圆片上所有器件的封装，然后通过切割等工艺，将圆片上的器件分割成一个个独立的器件。多数情况下圆片级封装形成的器件可以直接应用，不需要每个器件再单独进行封装，具有低成本和可批量的优点。
[0024]MEMS产品器件大多是三维结构，除了具有微电子产品的电性能指标外还具有可动微结构的机械性能指标。由于工作原理经常涉及到机械部件的运动，对于具有可动结构的MEMS器件如加速度计、陀螺仪等，在应用中常会遇到冲击、振动等恶劣环境，从而可能导致活动结构断裂失效，继而影响器件乃至系统的整体可靠性。
[0025]因此，为了提高MEMS器件抗过载能力，可以增加止档结构设计，止档结构是在MEMS器件固定部分增加的限位结构，当MEMS器件受到较大过载时，其活动结构的位移量将被止档结构限制，从而避免了因位移过大而导致活动结构断裂。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现：常规的止档结构加工工艺，是在MEMS活动结构加工时同时制作出来的，这种止档结构只能对活动结构在平面内的位移进行限位，当器件受到垂直于平面的过载时，仍会导致结构断裂。因而，现有加工工艺无法解决MEMS结构在Z轴方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有Z轴止挡的圆片级真空封装方法，包括：制备盖板圆片；在所述盖板圆片刻蚀键合用空腔及止挡结构，其中，所述止挡结构构造为空腔凹槽内侧的凸起部，且所述止挡结构的设置位置与在完成键合后MEMS器件可动结构在Z轴方向上的活动位置相对应；在所述盖板圆片的表面制备介质层；去除止挡结构表面的介质层；在所述盖板圆片中制备用来实现键合的键合区，以及在所述空腔内制备吸气剂；将经过一系列处理的盖板圆片与结构圆片进行键合实现圆片级真空封装；对封装好的MEMS器件进行引线孔刻蚀。2.根据权利要求1所述的圆片级真空封装方法，其特征在于，所述止挡结构的端面用来限制所述MEMS器件可动结构在Z轴方向上的活动范围。3.根据权利要求2所述的圆片级真空封装方法，其特征在于，根据所述MEMS器件可动结构在Z轴方向上的允许活动范围确定所述介质层的厚度。4.根据权利要求1～3中任一项所述的圆片级真空封装方法，其特征在于，使用RIE刻蚀机或湿法腐蚀工艺去除止挡结构表面的介质层。5.根据权利要求1所述的圆片级真空封装方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁士东，胡越发，郑奕挺，郑俊华，罗蓉，盛百城，王宁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：