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摘要

? ? ? 本文介紹了一種低成本低溫封裝技術(shù)，用于在任意基板上制造的 MEMS 器件的晶圓級封裝。此處介紹的封裝工藝不涉及晶圓鍵合，并且可以在其制造序列完成后應(yīng)用于各種 MEMS 器件。我們的技術(shù)通過聚合物涂層帽利用犧牲聚合物材料的熱分解，并且可以應(yīng)用于表面和本體微機(jī)械結(jié)構(gòu)。介紹了高 Q 絕緣體上硅諧振器、厚硅陀螺儀和加速度計的封裝。

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簡介

? ? ? 晶圓級封裝是微系統(tǒng)制造中一項具有挑戰(zhàn)性且成本高昂的任務(wù) [1]。已經(jīng)報道了幾種用MEMS 器件晶圓級封裝的技術(shù)，包括各種晶圓鍵合 [2-6] 和基于犧牲膜的方法。大多數(shù)報道的技術(shù)要么成本高昂（需要晶圓鍵合、研磨和帽蓋形成），要么需要高溫，要么是特定于設(shè)備的。

圖案化包裝 (PVP)

? ? ? 第一種方法更適用于表面微加工器件，例如 SOI 諧振器。圖 1(a) 顯示了封裝工藝順序，稱為通過圖案化 (PVP) 封裝。光可定義犧牲材料 Unity 2000P [9] 首先進(jìn)行旋涂和軟烤。然后使用深紫外曝光 (248nm) 對 Unity 聚合物進(jìn)行圖案化，然后在 110°C 下烘烤顯影以分解曝光區(qū)域。圖案化的犧牲材料被負(fù)性光可定義聚合物涂層 Avatrel 覆蓋。封裝后，通過 Avatrel 的圖案化打開焊盤。覆蓋MEMS結(jié)構(gòu)的外涂層下的犧牲材料然后在200-300°C熱分解以產(chǎn)生氣腔。這是該過程中溫度最高的步驟。熱分解的副產(chǎn)物很容易滲透到聚合物外涂層中。最終，鋁層可以被濺射和圖案化，以密封封裝的 MEMS 器件。

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點膠包裝 (PVD)

? ? ? 第二個序列稱為通過分配封裝 (PVD)，在圖 1(b) 中進(jìn)行了描述，用于封裝具有寬而深的腔體和/或易碎元件的散裝微機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這種方法中，犧牲材料（不必是光可定義的）可以通過注射器分配工具涂抹，液滴尺寸可調(diào)（0.5 毫米到 1 厘米）以覆蓋空腔。軟烘焙后，Unity 變得堅固，并將在后續(xù)步驟中支撐釋放的 MEMS 結(jié)構(gòu)。然后使用 Avatrel 對犧牲材料進(jìn)行外涂層，工藝順序繼續(xù)類似于 PVP。最后的金屬化步驟可以實現(xiàn)密封封裝。

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結(jié)論

? ? ? 介紹了一種用于硅襯底上制造的 MEMS 器件的晶圓級封裝的低成本低溫封裝技術(shù)。封裝過程不涉及晶圓鍵合或犧牲薄膜的濕法蝕刻。它利用介電聚合物涂層分解犧牲材料，并已成功應(yīng)用于封裝表面/體微機(jī)械結(jié)構(gòu)；SOI 襯底上的 SCS 光束諧振器、HARPSS 硅陀螺儀和加速度計。對于 2.6MHz SCS 光束諧振器，通過在真空探針臺中直接探測晶片，在封裝前后測量了大約 5000 的品質(zhì)因數(shù)。

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