雙壓力mems芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種雙壓力MEMS芯片，由蓋板、MEMS結構層和底板組成，蓋板上有密封層密封，蓋板上至少有兩個上腔體，底板上至少有兩個下腔體，上腔體和下腔體形成至少兩個相互獨立的密封腔，不同的MEMS結構分別位于該密封腔內，MEMS結構層的密封區內有通氣槽，通氣槽的內端位于其中一個密封腔內，可與該密封腔通氣，使該密封腔內壓力升高，滿足組合式運動傳感器芯片中MEMS陀螺儀和MEMS加速度計對不同壓力的要求，通氣槽的外端位于MEMS結構層外露區，由密封層覆蓋密封。本芯片不需要增加圖形化工序，也不需要在密封腔內放入吸氣劑，就可以滿足不同壓力的需要，制作工藝簡單，成本低。
【專利說明】雙壓力MEMS芯片
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于芯片封裝領域，具體是一種雙壓力MEMS芯片。
【背景技術】
[0002]電子封裝是將一個或多個電子元器件芯片相互電連接，然后封裝在一個保護結構中，其目的是為電子芯片提供電連接、機械保護、化學腐蝕保護等。對于某些電子產品，芯片表面不能與封裝材料接觸，特別是對那些有可動結構的MEMS器件，需要用陶瓷管殼，金屬管殼，預成型塑料管殼等進行氣密性封裝，但這些封裝方法成本高，體積大，不適用于消費類電子產品中。隨著MEMS器件在消費領域中使用越來越廣泛，成本低、體積小的塑料封裝方法，如LGA (柵格陣列封裝)、QFN (方形扁平無引腳封裝)、DFN (雙邊無鉛封裝)等被廣泛采用。但這些封裝方法中，塑封料是直接與芯片接觸的。所以對那些表面有可動部件的MEMS芯片，表面必須先通過圓片級封裝的方法為MEMS結構加個蓋板，將可動部分保護起來，然后再進行一般的塑料封裝。圓片級封裝技術是對整個制作有電子器件的圓片進行封裝測試后再切割成單個成品電子器件的加工技術。圓片級封裝后的成品具有重量輕、體積小、厚度薄、價格低的優點，是電子元器件封裝技術的發展趨勢。另外，圓片級封裝后的芯片后續加工方便，不需要超凈環境，圓片切割時也不需要特殊保護，節約了加工成本。
[0003]在消費電子市場的的應用中，特別是便攜式電子產品，如手機、平板電腦等，一個MEMS器件需要感應X、Y、Z三個軸向的信號，如三軸加速度計、三軸陀螺儀等。隨著便攜式電子產品，特別是可穿戴式電子產品，對運動傳感器的要求越來越嚴，既要體積小、性能高，又要價格低，組合式運動傳感器的市場份額越來越大，即將三軸加速度計和三軸陀螺儀芯片做在同一個MEMS芯片中。但由于他們的工作原理不一樣，陀螺儀需要一定的真空度，也就是較低壓力，一般在0.001大氣壓以下；加速度計需要非真空，也就是較高壓力，一般在0.1大氣壓以上。在圓片加工過程中同時滿足兩者要求，即將MEMS陀螺儀結構通過圓片級封裝方法密封在較低壓力中，同時，將MEMS加速度計結構封裝在較高壓力中，做成雙壓力MEMS
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[0004]現有的雙壓力MEMS芯片是由德國Fraunhofer-1nstitut fiirSiliziumtechnologie 的K.Reimer, Ch.Schroder, M.Weifl等人在〈〈Dual pressure chipcapping technology)) 一文中提出的，即在一個密封腔中制作有吸氣劑，在另一個密封腔中沒有吸氣劑，當他們在圓片鍵合時密封腔中封入活性氣體和惰性氣體的混合物，然后加熱后處理，有吸氣劑的密封腔內的活性氣體被吸收，只剩下惰性氣體，內部壓力較低，根據混合氣體的比例不同，壓力可接近真空；而沒有吸氣劑的密封腔內活性氣體不會被吸收，氣體壓力不會變化，壓力較高，這樣達成雙壓力圓片級封裝目的。此方法需要用到吸氣劑，而且吸氣劑還需要圖形化，成本較高。
實用新型內容
[0005]本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種雙壓力MEMS芯片，該芯片不需要在密封腔內放入吸氣劑，也不需要增加圖形化工序，就可以滿足組合式運動傳感器芯片中MEMS陀螺儀和MEMS加速度計對不同壓力的要求，而且本芯片厚度薄，制作成本低，市場競爭力強。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種雙壓力MEMS芯片，由蓋板、MEMS結構層和底板組成，蓋板包括蓋板表面和蓋板斜側面，蓋板表面和蓋板斜側面上有密封層密封，蓋板上至少有一個第一上腔體和一個第二上腔體，底板上至少有一個第一下腔體和一個第二下腔體，第一上腔體和第一下腔體形成第一密封腔，第二上腔體和第二下腔體形成第二密封腔，MEMS結構層至少分為第一密封區、第一 MEMS結構、第二密封區、第二 MEMS結構和第三密封區，第一密封腔與第二密封腔由第二密封區隔離，第一 MEMS結構位于第一密封腔內，第二 MEMS結構位于第二密封腔內，第三密封區內有通氣槽，通氣槽的內端位于第二密封腔內，可與第二密封腔通氣，用于由外界向第二密封腔內充氣，從而增大第二密封腔內壓力，使第二密封腔內壓力大于第一密封腔內壓力，通氣槽的外端位于MEMS結構層外露區，由密封層覆蓋密封，從而使第二密封腔內壓力維持恒定；蓋板與MEMS結構層間有蓋板絕緣層隔離，MEMS結構層與底板之間有底板絕緣層，底板絕緣層通過焊料層與MEMS結構層連接，焊料層密封住通氣槽的外端，底板上至少有一個外凹腔，外凹腔的底板絕緣層上至少有一個壓焊塊，用于后續二次封裝時打金屬線引出MEMS信號到引線框上，壓焊塊與MEMS結構層電連接。
[0007]所述壓焊塊與MEMS結構層通過導線電連接，所述導線位于底板絕緣層內。
[0008]本實用新型的雙壓力MEMS芯片具有兩個獨立的密封腔，第二密封腔由通氣槽與外界連通，可向第二密封腔內充氣，增大第二密封腔內壓力，而第一密封腔內壓力不變，從而在不需要放入吸氣劑，也不需要增加圖形化工序的情況下，使第二密封腔內壓力大于第一密封腔內壓力，將第一 MEMS結構和第二 MEMS結構分別密封于不同壓力的第一密封腔和第二密封腔中，就可以滿足組合式運動傳感器芯片中MEMS陀螺儀和MEMS加速度計對不同壓力的要求，而且本芯片厚度薄，制作成本低，市場競爭力強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型【具體實施方式】的結構示意圖。
[0010]圖2是通氣槽的俯視放大圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0012]如圖1所示，雙壓力MEMS芯片，由蓋板1、MEMS結構層5和底板11組成，蓋板I的材料為重慘雜的〈100〉晶向的單晶Si,蓋板I包括蓋板表面Ia和蓋板斜側面Ib,蓋板表面Ia和蓋板斜側面Ib上有密封層2密封，密封層2是絕緣層和金屬層的復合層；蓋板I下部有一個開口向下的倒梯形第一上腔體3a和一個開口向下的倒梯形第二上腔體3b，底板11上部有一個開口向上的梯形第一下腔體3c和一個開口向上的梯形第二下腔體3d，第一上腔體3a和第一下腔體3c形成第一密封腔31，第二上腔體3b和第二下腔體3d形成第二密封腔32，MEMS結構層5材料是單晶Si，其厚度一般在10 Mm到100 Mm之間，MEMS結構層5分為第一密封區5a、第一 MEMS結構5b、第二密封區5c、第二 MEMS結構5d和第三密封區5e，第一密封腔31和第二密封腔32由第二密封區5c隔離，蓋板I與MEMS結構層5間有蓋板絕緣層4隔離，蓋板絕緣層4是氧化蓋板形成，其材料是SiO2，第一密封區5a、第二密封區5c和第三密封區5e與蓋板絕緣層4通過S1-O-Si鍵合在一起，第一 MEMS結構5b位于第一密封腔31內，第二 MEMS結構5d位于第二密封腔32內；第三密封區5e內有通氣槽6，通氣槽6是一條窄長槽，其深度與MEMS結構層5的厚度相同，如圖2所示，通氣槽6的內端6a位于第二密封腔32內，可與第二密封腔32通氣，用于由外界向第二密封腔32內充氣，增大第二密封腔32內壓力，而第一密封腔31內壓力不變，從而在不放入吸氣劑的情況下，使第二密封腔32內壓力大于第一密封腔31內壓力，滿足組合式運動傳感器芯片中MEMS陀螺儀和MEMS加速度計對不同壓力的要求。通氣槽6的外端6b位于MEMS結構層5的外露區，由密封層2覆蓋密封；MEMS結構層5與底板11之間有底板絕緣層10，底板絕緣層10通過焊料層7與MEMS結構層5連接，焊料層5密封住通氣槽6的外端，從而維持第二密封腔32內壓力恒定。底板11上有一個外凹腔，外凹腔的底板絕緣層10上有一個壓焊塊9，用于后續二次封裝時打金屬線引出MEMS信號到引線框上，壓焊塊9與MEMS結構層5通過底板絕緣層10內的導線8和焊料層7實現電連接，不僅可以縮小MEMS芯片的體積，導線8還不易脫落。
【權利要求】
1.雙壓力MEMS芯片，由蓋板、MEMS結構層和底板組成，蓋板包括蓋板表面和蓋板斜側面，蓋板表面和蓋板斜側面上有密封層密封，蓋板上至少有一個第一上腔體和一個第二上腔體，底板上至少有一個第一下腔體和一個第二下腔體，第一上腔體和第一下腔體形成第一密封腔，第二上腔體和第二下腔體形成第二密封腔，MEMS結構層至少分為第一密封區、第一 MEMS結構、第二密封區、第二 MEMS結構和第三密封區，第一密封腔與第二密封腔由第二密封區隔離，第一 MEMS結構位于第一密封腔內，第二 MEMS結構位于第二密封腔內，第三密封區內有通氣槽，通氣槽的內端位于第二密封腔內，可與第二密封腔通氣，使第二密封腔內壓力大于第一密封腔內壓力，通氣槽的外端位于MEMS結構層外露區，由密封層覆蓋密封，蓋板與MEMS結構層間有蓋板絕緣層隔離，MEMS結構層與底板之間有底板絕緣層，底板絕緣層通過焊料層與MEMS結構層連接，焊料層密封住通氣槽的外端，底板上至少有一個外凹腔，外凹腔的底板絕緣層上至少有一個壓焊塊，壓焊塊與MEMS結構電連接。
2.根據權利要求1所述的雙壓力MEMS芯片，其特征在于:壓焊塊與MEMS結構層通過導線電連接，所述導線位于底板絕緣層內。
【文檔編號】B81B7/00GK203768004SQ201420081248
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月22日 優先權日:2014年2月22日
【發明者】華亞平 申請人:安徽北方芯動聯科微系統技術有限公司