微型磁性闭锁继电器组件及封装方法技术

一种制造气密密封的ＭＥＭＳ组件（１０）的方法，其包括步骤为：提供ＧａＡｓ衬底（１２），在所述衬底（１２）的表面上至少有一个用于ＭＥＭＡ器件（１０）的触点（１７、１８），和在衬底（１２）的表面上形成悬臂（１６），悬臂位于能在一个取向上与触点（１７、１８）形成电接合的位置；将金属密封环（２０Ａ）环绕触点和悬臂（１６）固定在衬底（１２）的表面上；在硅片（１２）上蚀刻出腔形成盖元件（２２）；将金属密封环（２０Ａ）围绕腔固定在盖元件（２２）上；组件（１０）在惰性环境和不使用助焊剂的条件下，通过位于两个密封环（２０Ａ）之间的焊接合金的回流焊进行气密密封。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微型磁性闭锁继电器。尤其是，本专利技术涉及微型磁性闭锁继电器的封装方法和各种组件。
技术介绍
最近，发现了新型的微型磁性闭锁继电器。新型的微型磁性闭锁继电器以软磁性悬臂在永久外磁场中的优先磁化为基础。两种磁性状态之间的切换借助于短的电流脉冲通过与悬臂相邻的平面线圈使悬臂磁化方向的瞬时改变而完成。一旦继电器发生切换，其被永久外部磁场保持在这一非易失状态(自锁状态)。有关这种新型的微型磁性闭锁继电器的另外的构建和操作信息在2000年2月2日提交的、序列号为09/496,446的、尚未授权的美国专利申请题目为“电子切换的微型磁性闭锁继电器及其操作方法”中公开，其作为参考被并入本文。虽然上面描述了具体的微型磁性闭锁继电器，可以理解，其它的装有磁体的微机电系统(MEMS)器件也包括在本说明书内。在现有技术中，微磁开关用悬臂被制成整个开关部分，其制造方法是提供光致抗蚀剂牺牲层、把悬臂材料淀积在光致抗蚀剂表面上，然后蚀刻或使用其它方法溶解光致抗蚀剂层得到悬臂。这个现有技术方法的一个问题在于，在涂敷光致抗蚀剂层之后所实施的任何工序都被严格地限定，因为可能给光致抗蚀剂材料带来潜在的损伤，因此在最终产品中具有潜在的故障或缺陷。同样，在大多数现有技术的组装技术中，对于一些稍后的步骤需要相对高的温度。这些高温可严重地影响磁体和封闭在组件中的一些其它零件。另外，可用做用于MEMS器件的衬底的材料受到制造和组装技术的严格限定。因此弥补现有技术的上述和其它不足是非常有利的。因此，本专利技术的目的是，提供一种新型的和改进的微型磁性闭锁继电器和组件。本专利技术的另一个目的是，提供一种新型的和改进的微型磁性闭锁继电器组件，其可在多种衬底上制造。本专利技术的另一个目的是，提供一种新型的和改进的微型磁性闭锁继电器组件，其制造容易且廉价。本专利技术的另一个目的是，提供一种新型的和改进的微型磁性闭锁继电器组件，其使用低温设备制造。本专利技术的又一个目的是，提供一种新型的和改进的微型磁性闭锁继电器组件，其可使用相对低的温度在任何的多种改进的衬底上进行气密密封。专利技术公开简而言之，为实现本专利技术的预期的目的，根据本专利技术的一个优选实施方案，本专利技术提供一种制造组件和将MEMS器件密封在所述组件中的方法，其包括下列各步骤提供一个衬底；在衬底表面上形成至少一个用于MEMS器件的触点，并提供到触点的外部连接；在衬底表面上形成悬臂；悬臂位于能在一个取向上与触点形成电接合的位置；和在衬底表面上淀积一个环形围绕触点和悬臂的密封环。所述方法进一步包括下列步骤形成一个具有腔和环形围绕腔的连续边缘的盖元件，所述腔用来在其中容纳悬臂和触点；在盖元件的连续边缘上淀积一密封环。然后通过使盖元件的连续边缘上的密封环与衬底表面上的密封环进行密封接合从而使组件得以密封。在一个优选的和更具体的实施方案中，密封组件包括具有表面的衬底；衬底表面上的至少一个用于MEMS器件的触点，所述触点具有到触点的外部连接；和衬底表面上的悬臂，悬臂位于能在一个取向上与触点形成电接合的位置；固定在衬底表面上的一个环形围绕触点和悬臂的金属密封环；形成一个具有腔和环形围绕腔的连续边缘的盖元件，所述腔用来在其中容纳悬臂和触点，所述连续边缘与衬底表面上的金属密封环进行配合接合；固定在盖元件的连续边缘上的一个金属密封环；将盖元件的连续边缘上的金属密封环与衬底表面上的金属密封环进行密封接合。在优选实施方案中，两个金属密封环通过焊接合金被密封接合或固定在一起，所述焊接合金无需使用助焊剂在惰性环境下进行回流焊。附图简述通过以下本专利技术的一个优选实施方案的详细说明并结合附图，本专利技术的上述和其它的更具体的目的和优点对于本领域技术人员将变得更加明了，其中附图说明图1是表示用于微型磁性闭锁继电器的晶片规模组件工艺的一个实施方案的简化剖视图；图2是用于本专利技术的一对晶片的俯视图；图3是图2的对准的晶片在结合之前的简化剖视图；图4是图2的对准的晶片在结合之前的更详细和放大的剖视图；图5是图4的对准的晶片在结合之后的更详细和放大的剖视图；图6是切割之前的结合晶片的俯视图；图7是切割之后单个组件的放大的剖视图；和图8是表示用于微型磁性闭锁继电器晶片规模组件工艺的另一个实施方案的简化剖视图。优选实施方案现在参见图1，图1说明了装有磁体或其它热敏元件的微型磁性闭锁继电器或其它MEMS结构的晶片规模组件10。如以下所述，组件10的一个主要优点在于它可以使用焊接锭料和低温设备进行装配。期望使用低温设备，这是因为装入到MEMS结构中的磁体可容易地被太多的热量所破坏。以下讨论可清楚地表明，可在晶片格式中制造组件10而不需要将MEMS器件单独地装配成单个组件。结合上述结构的描述，通常在单个晶片上同时形成多个MEMS器件。如果晶片必须分成单个MEMS器件以及每个单个器件分别进行组装，则劳动力成本会很高。在这个具体实施方案中，使用砷化镓衬底12，但应该理解，衬底可由硅、玻璃、石英或任何其它可提供所需特征的方便材料形成，如任何的公知的半导体材料，如硅、砷化镓等，或它可以包括石英陶瓷、各种有机的或磁性的材料等。通常，本领域技术人员将理解，优选使用砷化镓衬底，因为其在更高频率可提供实质上的益处。然而，在半导体领域中硅工艺的技术已经发展到非常先进的地步，并且该技术在本专利技术中非常有用。同样，在一些具体应用中，可在相同的衬底上直接形成共同连接的或外部连接的电路以减少连接损失。如以下更详细的说明，衬底12通常作为大得多的晶片中的一个较小部分，单个组件10只是在制造的基本部分完成以后才被分离。在这个优选实施方案中，在衬底12中提供一对通孔14，其可由任何的多种公知的工艺形成，包括蚀刻、激光打孔等。通常，形成通孔14的方法由不同方法的成本决定。通孔14也用导电材料栓塞或填充。用于栓塞或填充GaAs、硅或玻璃内的通孔14的技术是存在的，在本公开中没有详细说明。通孔14的下面部分或外面部分为便于可焊性镀有阻挡层，允许焊料形成凸点或将焊料直接附着到印刷线路板、陶瓷线路板等上。通孔14的下面部分或外而部分也可在完成的格式中形成一个I/O界面，从而使得完成组件被从安装板(未显示)的表面上清除。通常，一旦衬底12内的通孔14被栓塞，则MEMS器件15在衬底12上的制造可以以正常方式进行。因为实际上任何类型的MEMS器件都可以被装入组件10中，如图1所示，MEMS器件15仅由悬臂16所表示，悬臂16位于使得可在间隔放置的导电焊盘17和18之间提供触点的位置，导电焊盘17和18处于激活状态。气密密封环20A位于晶片(衬底12)上每个MEMS器件15的周围。因为多个组件10在普通晶片上同时形成，使用普通的构图步骤使密封环20A完全在晶片表面上构成图形。密封环20A优选在晶片12的表面上金属化，密封环20通常包括与晶片12可很好地粘着的材料或金属(例如钨、钛或其组合)的薄部分或薄层；和密封或连接材料如镍/金、铬/金等的较厚部分或较厚层(封闭层)。通常，在每个MEMS器件15的周围提供至少一个0.5mm的密封环20A，用于气密密封。也可在相邻的管芯(die)之间提供锯缝，以便把晶片分离为单个组件。缺点是密封环20A和锯缝占用了大部分的晶片面积，但是可以引入多种方法和替代办法，以使这个问题变得最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造组件和将ＭＥＭＳ器件密封在所述组件中的方法，其包括下列各步骤：提供具有表面的衬底；在衬底的表面上形成至少一个用于ＭＥＭＳ器件的触点，并提供到触点的外部连接；在衬底的表面上形成悬臂，所述悬臂位于能在一个取向上与 触点形成电接合的位置；在衬底的表面上淀积一个环形围绕触点和悬臂的密封环；形成一个具有腔和环形围绕所述腔的连续边缘的盖元件，所述腔用来在其中容纳悬臂和触点；在盖元件的连续边缘上淀积一密封环；和使盖元件的连续边缘 上的密封环与衬底表面上的密封环进行密封接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰斯塔福德，戈登塔姆，申军，
申请(专利权)人：约翰斯塔福德，戈登塔姆，申军，
类型：发明
国别省市：US[美国]