對封裝應力不敏感的mems芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種MEMS芯片，特別是涉及一種對封裝應力不敏感的MEMS芯片。
【背景技術】
[0002]MEMSCMicro-Electro-Mechanical Systems)是微機電系統的縮寫，MEMS 芯片制造技術利用微細加工技術，特別是半導體圓片制造技術，制造出各種微型機械結構，結合專用控制集成電路(ASIC)，組成智能化的微傳感器、微執行器、微光學器件等MEMS元器件。MEMS元器件具有體積小、成本低、可靠性高、抗惡劣環境能力強、功耗低、智能化程度高、易校準、易集成的優點，被廣泛應用于消費類電子產品，如手機、平板電腦、玩具、數碼相機、游戲機、空中鼠標、遙控器、GPS等；在國防工業，如智能炸彈、導彈、航空航天、航海、潛水、無人飛機等，以及工業類產品，如汽車、通訊、機器人、智能交通、工業自動化、環境監測、平臺穩定控制、現代化農業、安全監控等，MEMS元器件是物聯網技術的基石，是工業現代化的核心元器件。
[0003]MEMS器件的性能很大程度取決于MEMS芯片的加工工藝和封裝工藝，特別是MEMS器件的溫度特性。現有的MEMS芯片中通常MEMS活動結構與底板接觸面積大，垂直方向的電極直接制作在底板上作為下電極，在后續的MEMS芯片封裝時，芯片的底板必須與封裝材料接觸，例如MEMS芯片底板通過粘片膠安裝在封裝管座上，這樣，當周圍溫度變化時，由于粘片膠與封裝管殼的材料與MEMS芯片的材料(通常為Si)的熱膨脹系數不同，由封裝材料產生的應力就會傳導到MEMS芯片的底板上，再由MEMS的底板傳導到MEMS結構和下電極上，引起MEMS結構的微小形變，從而產生假信號，影響MEMS器件的性能。減少封裝對MEMS性能的影響現有幾種方法，其一是盡量選用與Si材料相近的熱膨脹系數的材料做封裝管殼；其二是選用比較軟的裝片膠；其三是減少MEMS芯片與封裝管殼的接觸面積。但這些方法的缺點是:一，無法利用與Si材料熱膨脹系數一樣的材料來制作管殼；二，軟的裝片膠會導致某些MEMS器件無法工作，因為管殼需要為活動的MEMS結構提供反作用力，而且軟膠不能承受太高溫度，與某些封裝工藝不兼容，如金屬熔封；三，MEMS芯片與封裝管殼的接觸面積過小會影響MEMS器件抵抗機械沖擊的能力。所以上述這些方法無法從根本上解決問題，要從根本上解決問題，必須將MEMS結構設計得對封裝材料引起的應力不敏感，其中一個最有效的方法是MEMS活動結構與MEMS芯片底板只有一個接觸點，而且MEMS的垂直方向的感應或驅動電極與MEMS芯片底板也只有一個接觸點，這二個接觸點挨得足夠近。這樣，封裝材料熱膨脹產生的應力引起MEMS芯片底板的形變只有很小一部分傳導到MEMS結構中，MEMS芯片的性能受封裝材料影響非常小。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種對封裝應力不敏感的MEMS芯片，尺寸小、性能好、成本低。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種對封裝應力不敏感的MEMS芯片，包括有至少一個下空腔的底板、下電極層、MEMS活動結構層、至少有一個上空腔的蓋板，下電極層中的下電極和MEMS活動結構層中的MEMS活動結構被密封在從下至上依次由底板、第二氧化層、下導電區和下密封區、低溫玻璃、蓋板圍成的一個密封腔內，蓋板通過低溫玻璃與下電極層的下導電區、下密封區結合，底板與下電極層通過硅-二氧化硅鍵合工藝結合，下電極層與MEMS活動結構層相互平行，下電極層包括至少兩個下壓焊座、至少兩個下導電區、下密封區、下電極、下鍵合區、密封區隔離溝、下電極隔離溝、至少兩個導電條，下鍵合區包括導電鍵合柱、下電極錨區，導電鍵合柱中包括第二導電塞，下壓焊座中包括第一導電塞，下電極包括凸塊塞，下電極上有凸塊，通過下電極錨區固定在底板的底板鍵合柱上；MEMS活動結構層包括MEMS活動結構、至少兩個上壓焊座、密封擋塊、第一密封槽、第二密封槽、分隔槽、錨區，密封擋塊分別位于下密封區與下導電區的上方，MEMS活動結構通過錨區、中間氧化層、導電鍵合柱固定在底板鍵合柱上，與導電鍵合柱通過第一導電塞電連接；每個上壓焊座上均設有金屬壓焊塊。
[0006]在本實用新型一個較佳實施例中，MEMS活動結構與下電極固定在同一個底板鍵合柱上，二者與底板的接觸點面積很小，在水平方向相距很近，由封裝引力引起的底板形變只有非常小的一部分傳導到MEMS結構上。
[0007]在本實用新型一個較佳實施例中，下導電區包括由密封區隔離溝分割成的第一下導電區、第二下導電區，下電極層還包括第一導電條、第二導電條，第一導電條與第一下導電區相連，第二導電條與第二下導電區相連，第一導電條與第二導電條呈彈簧狀，用以傳輸電信號，同時大大降低封裝引起的應力傳導到下電極或MEMS活動結構上。
[0008]在本實用新型一個較佳實施例中，上壓焊座包括第一上壓焊座、第二上壓焊座，因此其上的金屬壓焊塊包括第一金屬壓焊塊、第二金屬壓焊塊。
[0009]在本實用新型一個較佳實施例中，下電極的電信號傳導路徑是第一導電條、第一下導電區、第一下壓焊座、第一導電塞、第一上壓焊座、第一金屬壓焊塊;MEMS活動結構的電信號傳導路徑是錨區、第二導電塞、導電鍵合柱、第二導電條、第二下導電區、第二下壓焊座、第一導電塞、第二上壓焊座、第二金屬壓焊塊。
[0010]本實用新型的有益效果是:本實用新型提供的對封裝應力不敏感的MEMS芯片，下電極和MEMS活動結構被密封在一個密封腔內，且下電極和MEMS活動結構與底板的接觸面積都非常小，在后續封裝時，MEMS芯片底板通過裝片膠安裝在封裝基座上，由于封裝材料與MEMS芯片底板Si材料之間的熱膨脹系數不同而引起的應力只有非常小的一部分傳導到下電極和MEMS活動結構上，這樣，MEMS芯片的信號受環境溫度的影響非常小，也即提高了MEMS芯片的性能，而且降低了對后續封裝的要求，降低了封裝成本。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型對封裝應力不敏感的MEMS芯片一較佳實施例的剖面結構示意圖。
[0012]圖2是去除蓋板與低溫玻璃的MEMS芯片的剖面結構示意圖。
[0013]圖3是圖2中所述MEMS活動結構層的俯視圖。
[0014]圖4是圖2中所述下電極層的俯視圖。
[0015]圖5是電信號在下電極、MEMS活動結構、下電極與MEMS活動結構中的傳導路徑圖。
[0016]附圖中各部件的標記如下:2’、底板，4’、蓋板，10、下電極層，14、中間氧化層，14a、垂直電極間距，16b、第一導電塞，16c、第二導電塞，17b、凸塊塞，17c、凸塊，19a、密封區隔離溝，19b、下電極隔離溝，20a、下壓焊座，20a’、第一下壓焊座俯視圖，20a’’、第二下壓焊座俯視圖，20b、下導電區，20b’、第一下導電區俯視圖，20b’’、第二下導電區俯視圖，20c、導電鍵合柱，20d、下密封區，20e、下電極，20f、下電極錨區，21、下空腔，22、第二氧化層，23、底板密封區，24、底板鍵合柱，25、下鍵合區，30、MEMS活動結構層，30a、上壓焊座，30a’、第一上壓焊座俯視圖，30a’ ’、第二上壓焊座俯視圖，30b、密封擋塊，30b’、密封擋塊俯視圖，30c、錨區，30e、MEMS活動結構，31a、第一密封槽，31b、分隔槽，31c、第二密封槽，32、光刻膠圖形，33、金屬壓焊塊，33a’、第一金屬壓焊塊俯視圖，33b’、第二金屬壓焊塊俯視圖，35a、第一導電條，35b、第二導電條，38、第二密封區，38’、第二密封區俯視圖，40、壓焊腔，41、上空腔，50、低溫玻璃，51、密封腔，53、壓焊窗。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0018]請參閱圖1，本實用新型實施例包括:
[0019]一種對封裝應力不敏感的MEMS芯片，包括有兩個下空腔21的底板2’、下電極層10、MEMS活動結構層30、有一個上空腔41的蓋板4’，下電極層10中的下電極20e和MEMS活動結構層30中的MENS活動結構30e被密封在從下至上依次由底板2’、第二氧化層22(厚度一般在I?2微米)、下導電區20b、下密封區20d、低溫玻璃50、蓋板4’圍成的一個密封腔51內，蓋板4’通過低溫玻璃50與下電極層10的下導電區20b、下密封區20d結合，底板2’與下電極層10通過硅-二氧化硅鍵合工藝結合，密封腔51內的氣氛、壓力可以根據MEMS芯片的功能不同而不同，例如加速度計需要一定氣壓的惰性氣體，陀螺儀需要真空等。所述底板2’為MEMS結構提供機械支撐和機械保護，由Si材料制成；所述蓋板4’為MEMS結構提供機械保護，它可以是