本發明屬于光學器件,具體而言,涉及一種基于su8膠的mems器件及封裝方法。
背景技術:
1、微機電系統(mems)通常利用硅或者非硅材料作為其機械結構,利用微機械加工工藝制作的具有機械特性的傳感器系統。該系統包括傳感器、執行器等微機械部分以及高性能的電子集成線路,是一種收集、分析處理信息和執行動作指令的集成器件。mems器件是在微電子技術的基礎上發展起來的,除了電子器件的基本功能外,mems器件通常還包括可動結構、光學元件、微腔體以及各種功能薄膜等結構,因此對mems器件的封裝也提出了特殊的使用需求,如:大多數mems封裝都需要制作封裝微腔為可動結構提供活動空間;陀螺、紅外傳感器、壓力傳感器等器件需要進行真空封裝,以滿足器件工作的基本條件;光學器件、濾波器、加速度計等需要氣密封裝,防止外界水汽等對器件性能、可靠性產生影響。基于mems封裝技術的特殊性,mems的封裝成本占整個mems器件成本的70%以上,成為mems技術發展和產業化的瓶頸。
2、mems器件的封裝方式主要有圓片級封裝、器件級封裝和系統級封裝。相比與其他封裝方式,圓片級封裝通過一次鍵合完成晶圓上所有器件的封裝,便于批量制造、效率高,極大地降低了mems器件的封裝成本,已經成為mems器件封裝的一個重要發展方向。
3、mems器件圓片級封裝主要采用晶圓鍵合技術,如直接鍵合、陽極鍵合、共晶鍵合、聚合物黏著鍵合等。直接鍵合和陽極鍵合需要借助高溫和強電場實現高性能的鍵合,容易引起摻雜源擴散、金屬引線熔化變形等問題,共晶鍵合工藝復雜、成本高,而采用聚合物作為中間層的黏著鍵合具有鍵合溫度低、工藝靈活、對晶圓表面要求低等優點,非常適合于對封裝真空度要求不高的mems器件。su8膠是一種常用于黏著鍵合的光敏材料,可以通過光刻工藝在封裝晶圓上制作鍵合環,實現器件的氣密封裝,同時su8膠具有良好的絕緣性和流動性,方便mems器件的引線接出。然而,一般需要在mems封裝晶圓上制作幾十甚至幾百微米的微腔為mems器件提供運動空間,對于一些復雜結構的mems器件,還需要制作引線和微孔等,這些復雜結構使得在封裝晶圓上旋涂su8膠非常困難、均勻性差。
技術實現思路
1、有鑒于此,本發明提供了一種基于su8膠的mems器件及封裝方法,以解決上述問題。
2、為解決以上技術問題,本發明提供了一種基于su8膠的mems器件,包括:
3、通過su8膠鍵合環陽極鍵合的結構襯底與封裝晶圓;封裝晶圓開設有凹槽,用于形成運動微腔;吸氣劑沉積于封裝晶圓的運動微腔內;運動微腔還用于容納結構襯底表面設置的mems可動結構;運動微腔外側鋪設有芯片焊盤和金屬引線;封裝晶圓還設置有抗回流凹槽,抗回流凹槽設置在封裝晶圓靠近su8膠鍵合環的一端。
4、作為一種可選方式,芯片焊盤設置在結構襯底的兩端。
5、作為一種可選方式,回流凹槽至少包括兩個。
6、作為一種可選方式,吸氣劑沉積于運動微腔靠近封裝晶圓一側的拐角處。
7、另一方面,本發明還提供了一種基于su8膠的mems器件封裝方法,作為一種可選方式,包括如下步驟:
8、s1、在結構襯底上制作mems可動結構和引線;
9、s2、在封裝晶圓上制作抗回流凹槽、mems器件運動微腔和劃片槽;
10、s3、采用硬掩模在封裝晶圓運動微腔內制作吸氣劑;
11、s4、將su8膠涂敷于封裝晶圓上;
12、s5、對su8膠進行曝光與顯影處理,以在封裝晶圓上形成su8膠鍵合環;
13、s6、將帶有su8膠鍵合環的封裝晶圓與結構襯底對準、鍵合,以進行封裝;
14、s7、沿劃片槽劃片形成獨立封裝的芯片單元。
15、作為一種可選方式,上述s1中的結構襯底為基于體硅工藝制作的mems器件或基于表面工藝制作的mems器件。
16、作為一種可選方式,上述s2中的封裝晶圓為硅晶圓或玻璃晶圓;抗回流凹槽和運動微腔采用刻蝕工藝制作。
17、作為一種可選方式,上述s4中su8膠通過壓膜機涂敷或通過滾筒涂敷,涂敷溫度為50-70℃;
18、其中,su8膠包括三層:pp保護膜、su8膠以及pet襯底;涂敷時,先去除pp保護膜,將露出的su8膠與封裝晶圓面貼合;涂敷結束后,去除pet襯底。
19、作為一種可選方式,上述s5中,對涂敷好的su8膠在紫外光刻機中進行曝光,曝光劑量為50-800mj/cm2;
20、隨后,將su8膠在熱板或烘箱中進行后烘處理,溫度85-95℃,時間5-40分鐘;采用pgmea或環己酮顯影,最終在封裝晶圓上形成su8膠鍵合環。
21、作為一種可選方式,上述s7中,通過兩次劃片實現芯片的分離;
22、其中第一次劃片沿鍵合環外邊緣,劃片深度為封裝晶圓厚度;第二次劃片沿芯片外邊緣,劃片深度為結構襯底、封裝晶圓以及su8膠的厚度值的和。
23、本發明的有益效果為:
24、本發明采用su8膠在帶有微腔的復雜封裝晶圓上制作聚合物鍵合環,工藝簡單、靈活。通過優化su8膠預處理工藝并設計抗回流結構,避免由于su8膠的流動對器件的污染;采用聚合物圓片級鍵合實現mems器件的封裝,通過兩次劃片實現芯片的分離,具有溫度低、應力小、工藝靈活、成本低等優點。
1.一種基于su8膠的mems器件,其特征在于,包括:
2.根據權利要求1所述的一種基于su8膠的mems器件,其特征在于,所述芯片焊盤設置在所述結構襯底的兩端。
3.根據權利要求1所述的一種基于su8膠的mems器件,其特征在于,所述回流凹槽至少包括兩個。
4.據權利要求1所述的一種基于su8膠的mems器件,其特征在于,所述吸氣劑沉積于所述運動微腔靠近所述封裝晶圓一側的拐角處。
5.一種基于su8膠的mems器件封裝方法,其特征在于,包括如下步驟:
6.根據權利要求5所述的一種基于su8膠的mems器件封裝方法,其特征在于,上述s1中的結構襯底為基于體硅工藝制作的mems器件或基于表面工藝制作的mems器件。
7.根據權利要求5所述的一種基于su8膠的mems器件封裝方法,其特征在于,上述s2中的封裝晶圓為硅晶圓或玻璃晶圓;抗回流凹槽和運動微腔采用刻蝕工藝制作。
8.根據權利要求5所述的一種基于su8膠的mems器件封裝方法,其特征在于,上述s4中su8膠通過壓膜機涂敷或通過滾筒涂敷,涂敷溫度為50-70℃;
9.根據權利要求5所述的一種基于su8膠的mems器件封裝方法,其特征在于,上述s5中,對涂敷好的su8膠在紫外光刻機中進行曝光,曝光劑量為50-800mj/cm2;
10.根據權利要求5所述的一種基于su8膠的mems器件封裝方法,其特征在于,上述s7中,通過兩次劃片實現芯片的分離;