一种适用于MEMS惯性开关的封装工艺的制作方法

本发明涉及一种适用于微机电系统(micro-electro-mechanical system,mems)惯性开关的封装工艺，属于mems。

背景技术：

1、微型惯性开关作为一种特殊的惯性传感器，其基本工作原理是用弹簧连接的(或悬臂梁)悬空的质量块作为可动电极，在有外界加速度作用时，质量块碰撞到另一固定电极，从而实现电路的通断。

2、释放完全的惯性开关芯片需进行封装键合，将惯性开关芯片的中心区域保护起来。国内大多数封装形式采用苯丙环丁烯(benzocyclobutene,bcb)为粘接剂的mems惯性开关的圆片级封装。使用bcb时，还要用到bcb的清洗剂和bcb的增粘剂。使用bcb为粘结剂有如下一些弊端：清洗剂涉及化学腐蚀，会对环境造成一定污染；粘接处的粘接质量无法评肉眼检查；最后，粘接剂的高温固化时间长。鉴于以上诸多弊端，研究开发一种更为简单且高效的金属热压键合封装工艺就显得非常必要。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种单质量块三轴惯性开关的金属热压键合封装工艺，本发明技术方案如下：

2、采用玻璃/电铸金属层/玻璃三层封装结构，是一种中心对称的“三明治”结构，主要包含以下三个部分：上部结构为：带有浅槽结构的玻璃盖板1；中间结构为：电铸金属层2；底部结构：带金属柱的玻璃通孔基片3。

3、由于mems惯性开关为可动结构，不能像半导体芯片一样进行塑封，封装时不仅需要将开关结构进行密封，而且不能影响开关的动作，这是mems封装的关键技术。本方案采用金属热压键合的方式，可实现对器件中心区域的完全密封，是晶圆级键合的简化新工艺。具体封装工艺流程如下：

4、a)通过腐蚀工艺在玻璃盖板上腐蚀出厚度约为100um的芯片保护浅槽，制作盖板玻璃片；

5、b)在盖板玻璃晶圆的正面溅射厚度为1um的金材料；

6、c)在玻璃基底电极上溅射厚度为1um的金材料；

7、d)对盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上的金表面进行ar+离子活化处理，增加表面活性，利于两晶圆键合；

8、e)图形对准，利用盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上各自的对准标记，可实现这两个晶圆图形的精确对准；

9、f)盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上金-金热压键合，键合在真空条件下进行。

10、可选地，前述对准操作是利用karl suss sb6键合机自带的夹具在光刻机上进行。

11、进一步地，前述真空条件为10-3mbar，键合温度为330℃，键合时间为10min，键合压力1000n。

12、为了有助于理解技术实现要素：，简单介绍一下微型惯性开关工作原理：当抗高过载低阈值mems惯性触发开关在z轴方向受到加速度阈值时，可动质量块与玻璃基片z轴固定电极接触，实现z轴方向的导通；其次，当惯性开关在xy平面内受到加速度阈值时，可动质量块与支撑层中的圆环状柔性固定接触电极接触，实现水平方向上360°导通。

13、有益效果：

14、(1)本方案设计了一种玻璃/电铸金属层/玻璃“三明治”结构的惯性开关结构，该结构通过叠层配置，可充分发挥非硅mems工艺的优势。弹簧-质量块可动电极通过中心固定电极固定，在受到xy平面内360°方向和z轴方向的冲击加速度时，分别与xy平面内柔性接触电极和z方向的固定电极接触，实现xy平面内360°和z轴敏感。

15、(2)金属热压键合是一种新型的一种晶圆级封装方式。相比于bcb粘接、直接键合等其他键合方法，热压键合的优点在于具有更强的键合力和更优良的密封性。

16、(3)该工艺方案实现简单，整个加工工序可控，键合强度高，气密性强，且非常容易实现。

技术特征：

1.一种适用于mems惯性开关的封装工艺，其特征在于：所述封装工艺包括如下步骤：s1，通过腐蚀工艺在玻璃盖板上腐蚀出厚度约为100um的芯片保护浅槽，制作盖板玻璃片；s2，在盖板玻璃晶圆的正面溅射厚度为1um的金材料；s3，玻璃基底电极上溅射厚度为1um的金材料；s4，对盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上的金表面进行ar+离子活化处理；s5，利用盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上各自的对准标记，实现所述两个晶圆图形的精确对准；s6，盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上金-金热压键合，键合在真空条件下进行。

2.根据权利要求1所述一种适用于mems惯性开关的封装工艺，起特征在于：键合温度为330℃，键合时间为10min，键合压力为1000n，所述真空条件为真空度10-3mbar。

3.根据权利要求1或2所述任意一种适用于mems惯性开关的封装工艺，起特征在于：所述对准操作是利用karl suss sb6键合机自带的夹具在光刻机上进行。

技术总结本发明涉及一种适用于MEMS惯性开关的封装工艺，属于微机电系统技术领域，所述封装工艺包括如下步骤：S1，通过腐蚀工艺在玻璃盖板上腐蚀出厚度约为100um的芯片保护浅槽，制作盖板玻璃片；S2，在盖板玻璃晶圆的正面溅射厚度为1um的金材料；S3，玻璃基底电极上溅射厚度为1um的金材料；S4，对盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上的金表面进行Ar+离子活化处理，增加表面活性，利于两晶圆键合；S5，利用盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上各自的对准标记，实现所述两个晶圆图形的精确对准；S6，盖板玻璃晶圆和玻璃基底电极上金‑金热压键合，键合在真空条件下进行。相较于现有技术，本发明整个加工工序可控，键合强度高，气密性强，且非常容易实现。技术研发人员：李瑞,付博,陈红,田珍珍,陈晓辉受保护的技术使用者：淮海工业集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/31