适于MEMS器件的悬挂绝热封装结构及制备方法

技术领域

本发明涉及一种悬挂绝热封装结构及制备方法，尤其是一种适于MEMS器件的悬挂绝热封装结构及制备方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿学科，其制备的微器件具有成本低、体积小和重量轻等很多优点，因此，在汽车、航空航天、信息通讯、生物化学、医疗、自动控制和国防等诸多领域都得到了广泛的应用。

近年来，随着MEMS技术的发展，出现了一些新型MEMS器件，它们需要在一定温度下工作。为了满足器件的正常工作，其在工作时需维持一定温度，导致了器件的功耗增加。然而，低功耗是便携式、航空航天等仪器仪表应用的基本要求，因此，器件需进行绝热封装。

传统的绝热封装的方法主要有以下几种：1)、使用热传导小的陶瓷管壳封装；2)、填充热隔离层；3)、减少热对流的真空封装。所述绝热封装结构中，其加热器和温度传感器需要独立装配，导致整个封装体积较大。此外，传统的绝热封装结构，使得MEMS器件难以将电信号引出实现电连通。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种适于MEMS器件的悬挂绝热封装结构及制备方法，其能有效实现对MEMS器件的绝热封装，且在满足绝热封装情况下，有效实现电信号的引出，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，一种适于MEMS器件的悬挂绝热封装结构，所述悬挂绝热封装结构包括：

MEMS器件本体，包括若干用于将所述MEMS器件本体引出的器件焊盘；

绝缘绝热薄膜，覆盖于MEMS器件本体的正面，并与所述MEMS器件本体的正面固定连接，器件焊盘包裹于所述绝缘绝热薄膜内；

引出金属单元，包括若干金属引出铆钉，其中，金属引出铆钉与器件焊盘呈一一对应，一金属引出铆钉通过绝缘绝热薄膜内的薄膜引出孔与正对应的器件焊盘电连接。

所述金属引出铆钉包括填充在薄膜引出孔内的铆钉柱以及覆盖于绝缘绝热薄膜上的铆钉冒，其中，

铆钉冒的外径大于铆钉柱的外径，铆钉冒通过铆钉柱与正对应的器件焊盘连接。

所述绝缘绝热薄膜包括光刻胶层、干膜或光敏胶带，其中，

绝缘绝热薄膜具有光敏性时，在绝缘绝热薄膜内制备薄膜引出孔的工艺包括光刻；

绝缘绝热薄膜不具备光敏性时，在绝缘绝热薄膜内制备薄膜引出孔的工艺包括激光打孔。

对金属引出铆钉，所述金属引出铆钉的铆钉柱以及铆钉冒的制备工艺包括电镀。

所述MEMS器件本体包括器件基底以及与所述MEMS器件本体适配的背腔，其中，

器件焊盘通过金属种子层与器件基底适配电连接；

所述背腔包括贯通器件基底的基底孔以及贯通金属种子层的种子层孔，基底孔与种子层孔正对应，且基底孔与种子层孔连通。

一种适于MEMS器件悬挂绝热封装结构的制备方法，用于制备所述的悬挂绝热封装结构，所述制备方法包括如下步骤：

提供MEMS器件本体，并制备若干用于将所述MEMS器件本体引出的器件焊盘，其中，器件焊盘位于MEMS器件本体的正面；

在上述MEMS器件本体上制备绝缘绝热薄膜，其中，所述绝缘薄膜覆盖于MEMS器件本体的正面，并与所述MEMS器件本体的正面固定连接，器件焊盘包裹于所述绝缘绝热薄膜内；

制备若干位于绝缘绝热薄膜内的薄膜引出孔，其中，薄膜引出孔与器件焊盘呈一一对应，利用正对应的薄膜引出孔将器件焊盘露出；

制备引出金属单元，其中，所述引出金属单元包括若干金属引出铆钉，金属引出铆钉与器件焊盘呈一一对应，一金属引出铆钉通过一薄膜引出孔与正对应的器件焊盘电连接。

所述绝缘绝热薄膜包括光刻胶层、干膜或光敏胶带，其中，

绝缘绝热薄膜具有光敏性时，在绝缘绝热薄膜内制备薄膜引出孔的工艺包括光刻；

绝缘绝热薄膜不具备光敏性时，在绝缘绝热薄膜内制备薄膜引出孔的工艺包括激光打孔。

对金属引出铆钉，所述金属引出铆钉的制备工艺包括电镀；

所述金属引出铆钉包括填充在薄膜引出孔内的铆钉柱以及覆盖于绝缘绝热薄膜上的铆钉冒，其中，

铆钉冒的外径大于铆钉柱的外径，铆钉冒通过铆钉柱与正对应的器件焊盘连接。

所述MEMS器件本体包括器件基底以及与所述MEMS器件本体适配的背腔，其中，

器件焊盘通过金属种子层与器件基底适配电连接；

所述背腔包括贯通器件基底的基底孔以及贯通金属种子层的种子层孔，基底孔与种子层孔正对应，且基底孔与种子层孔连通。

所述背腔的制备工艺包括：

在器件基底的背面涂覆背腔掩膜层；

对背腔掩膜层进行选择性地掩蔽和刻蚀，以得到贯通背腔掩膜层的背腔掩膜层窗口；

利用背腔掩膜层以及背腔掩膜层窗口对器件基底以及金属种子层刻蚀，以分别得到贯通器件基底的基底孔以及贯通金属种子层的种子层孔；

去除上述的背腔掩膜层。

本发明的优点：利用器件焊盘将MEMS器件本体引出，利用绝缘绝热薄膜对器件焊盘覆盖与保护，通过金属引出铆钉实现与器件焊盘的接触电连接，即进一步实现封装引出；利用MEMS器件本体的背腔实现进一步的绝热，即得到适于MEMS器件的悬挂绝热封装，在满足绝热封装情况下，有效实现电信号的引出，安全可靠。

附图说明

图1为本发明封装结构的一种实施例示意图。

图2～图8为本发明封装工艺的一种实施例步骤剖视图，其中，

图2为本发明制备得到器件焊盘的剖视图。

图3为本发明制备得到绝缘绝热薄膜后的剖视图。

图4为本发明制备得到薄膜引出孔后的剖视图。

图5为本发明制备得到金属引出铆钉后的剖视图。

图6为本发明制备得到背腔掩膜层后的剖视图。

图7为本发明制备得到背腔掩膜层窗口后的剖视图。

图8为本发明制备得到背腔后的剖视图。

附图标记说明：1-器件基底、2-金属种子层、3-器件焊盘、4-绝缘绝热薄膜、5-金属引出铆钉、6-薄膜引出孔、7-背腔掩膜层、8-背腔掩膜层窗口、9-基底孔以及10-种子层孔。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

为了能有效实现对MEMS器件的绝热封装，且在满足绝热封装情况下，有效实现电信号的引出，对适于MEMS器件的悬挂绝热封装结构，本发明的一种实施例中，所述悬挂绝热封装结构包括：

MEMS器件本体，包括若干用于将所述MEMS器件本体引出的器件焊盘3；

绝缘绝热薄膜4，覆盖于MEMS器件本体的正面，并与所述MEMS器件本体的正面固定连接，器件焊盘3包裹于所述绝缘绝热薄膜4内；

引出金属单元，包括若干金属引出铆钉5，其中，金属引出铆钉5与器件焊盘3呈一一对应，一金属引出铆钉5通过绝缘绝热薄膜4内的薄膜引出孔6与正对应的器件焊盘3电连接。

具体地，MEMS器件本体可为现有常用的MEMS器件，MEMS器件本体的具体形式可根据实际需要选择，以能满足实际的需求为准。对MEMS器件进行悬挂绝热封装时，需要将MEMS器件引出，其中，在引出时，需要设置引出用的器件焊盘3，器件焊盘3的数量以及分布位置具体以能满足将MEMS器件引出为准。

利用绝缘绝热薄膜4覆盖MEMS器件本体，此时，绝缘绝热薄膜4实现对器件焊盘3的包裹，绝缘绝热薄膜4具有绝缘绝热能力，即绝缘绝热薄膜4不会影响MEMS器件本体的工作，也不会影响利用器件焊盘3对MEMS器件本体的引出状态。绝缘绝热薄膜4制备于MEMS器件本体上时，绝缘绝热薄膜4固定在MEMS器件本体上，即处于与MEMS器件本体固定连接状态。

由上述说明可知，绝缘绝热薄膜4对器件焊盘3包裹，因此，通过器件焊盘3将MEMS器件本体电信号引出时，需要在绝缘绝热薄膜4内制备若干薄膜引出孔6，利用一薄膜引出孔6能将与所述薄膜引出孔6正对应的器件焊盘3露出。

引出金属单元包括若干金属引出铆钉5，金属引出铆钉5的数量与器件焊盘3的数量相一致，一金属引出铆钉5通过一薄膜引出孔6与器件焊盘3正对应，且与正对应的器件焊盘3接触后电连接，如图1和图8所示。

本发明的一种实施例中，所述金属引出铆钉5包括填充在薄膜引出孔6内的铆钉柱以及覆盖于绝缘绝热薄膜4上的铆钉冒，其中，

铆钉冒的外径大于铆钉柱的外径，铆钉冒通过铆钉柱与正对应的器件焊盘3连接。

图1和图8中，金属引出铆钉5包括铆钉柱以及铆钉冒，铆钉柱填充在薄膜引出孔6内，铆钉冒支撑于绝缘绝热薄膜4上，铆钉冒与铆钉柱一般为一体成型，即通过铆钉冒能实现封装后的引出连接。具体实施时，对金属引出铆钉5，所述金属引出铆钉5的铆钉柱以及铆钉冒的制备工艺包括电镀；当然，还可以采用其他工艺形式制备得到所需的金属引出铆钉5，具体工艺以能满足金属引出铆钉5的制备为准。

本发明的一种实施例中，所述绝缘绝热薄膜4包括光刻胶层、干膜或光敏胶带，其中，

绝缘绝热薄膜4具有光敏性时，在绝缘绝热薄膜4内制备薄膜引出孔6的工艺包括光刻；

绝缘绝热薄膜4不具备光敏性时，在绝缘绝热薄膜4内制备薄膜引出孔6的工艺包括激光打孔。

由上述说明可知，绝缘绝热薄膜4厚度大于器件焊盘3的高度，绝缘绝热薄膜4可采用现有绝缘绝热的材料，一般可为光刻胶层、干膜或光敏胶带；当然，也可以为其他绝缘绝热的材料形式，具体材料以能满足绝缘绝热的需求为准。

具体实施时，绝缘绝热薄膜4具有光敏性时，选优采用光刻工艺实现薄膜引出孔6的制备，而当绝缘绝热薄膜4不具备光敏性时，则优选采用激光打孔的工艺。具体采用光刻、激光打孔制备薄膜引出孔6的具体工艺条件以及过程可根据实际需要选择，以能满足制备薄膜引出孔6为准。

本发明的一种实施例中，所述MEMS器件本体包括器件基底1以及与所述MEMS器件本体适配的背腔，其中，

器件焊盘3通过金属种子层2与器件基底1适配电连接；

所述背腔包括贯通器件基底1的基底孔9以及贯通金属种子层2的种子层孔10，基底孔9与种子层孔10正对应，且基底孔9与种子层孔10连通。

为了进一步绝热，对MEMS器件本体可设置背腔结构。图1和图8中，MEMS器件本体包括器件基底1，器件基底1可为常用的硅衬底，当然，器件基底1还可以采用其他的衬底材料，具体可根据需要选择。MEMS器件的结构具体制备在器件基底1上。在制备有MEMS器件结构的器件基底1上制备金属种子层2，金属种子层2在器件基底1上的分布位置具体以能满足对MEMS器件的引出为准，当然，金属种子层2在器件基底1上的分布位置以不影响MEMS器件正常的工作为准。

金属种子层2可采用现有的金属，如铜等，金属种子层2的具体制备工艺等可根据需要选择。在制备金属种子层2后，器件焊盘3制备在金属种子层2上，此时，即实现器件焊盘3对MEMS器件本体的引出。

对于背腔，包括基底孔9以及种子层孔10，基底孔9以及种子层孔10的分布位置以不影响MEMS器件为准。一般地，器件焊盘4分布于背腔的外圈。

对于上述的悬挂绝热封装结构，可通过下述工艺步骤制备得到，本发明的一种实施例中，所述制备方法包括如下步骤：

提供MEMS器件本体，并制备若干用于将所述MEMS器件本体引出的器件焊盘3，其中，器件焊盘3位于MEMS器件本体的正面；

在上述MEMS器件本体上制备绝缘绝热薄膜4，其中，所述绝缘薄膜4覆盖于MEMS器件本体的正面，并与所述MEMS器件本体的正面固定连接，器件焊盘3包裹于所述绝缘绝热薄膜4内；

制备若干位于绝缘绝热薄膜4内的薄膜引出孔6，其中，薄膜引出孔6与器件焊盘3呈一一对应，利用正对应的薄膜引出孔6将器件焊盘3露出；

制备引出金属单元，其中，所述引出金属单元包括若干金属引出铆钉5，金属引出铆钉5与器件焊盘3呈一一对应，一金属引出铆钉5通过一薄膜引出孔6与正对应的器件焊盘3电连接。

图2中，为在器件基底1上制备金属种子层2，并在金属种子层2上制备器件焊盘3，器件基底1、金属种子层2以及器件焊盘3的具体情况可参考上述说明，此处不再赘述。

图3中，制备绝缘绝热薄膜4，绝缘绝热薄膜4支撑在器件基底1以及金属种子层2上，并能对器件焊盘3覆盖，绝缘绝热薄膜4的具体情况可参考上述说明，具体以能实现绝缘绝热为准，绝缘绝缘薄膜4的厚度大于器件焊盘3的在金属种子层2上的高度。

图4中，对上述绝缘绝热薄膜4进行开孔工艺，以制备得到薄膜引出孔6，薄膜引出孔6的制备工艺以与能与绝缘绝热薄膜4的材料适配为准，具体可以参考上述说明。

图5中，采用电镀等工艺制备金属引出铆钉5，利用所制备的金属引出铆钉5形成金属引出单元，由上述说明可知，所述金属引出铆钉5包括填充在薄膜引出孔6内的铆钉柱以及覆盖于绝缘绝热薄膜4上的铆钉冒。

图2～图5中示出了正面引出工艺的一种实施例。图6～图8中示出了背腔的一种实施例，所述背腔的制备工艺包括：

在器件基底1的背面涂覆背腔掩膜层7；

对背腔掩膜层7进行选择性地掩蔽和刻蚀，以得到贯通背腔掩膜层7的背腔掩膜层窗口8；

利用背腔掩膜层7以及背腔掩膜层窗口8对器件基底1以及金属种子层2刻蚀，以分别得到贯通器件基底1的基底孔9以及贯通金属种子层2的种子层孔10；

去除上述的背腔掩膜层7。

图6中，在器件基底1的背面涂覆背腔掩膜层7，背腔掩膜层7可为光刻胶层，背腔掩膜层7采用光刻胶层时，背腔掩膜层7可采用现有常用的光刻胶涂覆工艺制备形成。

图7中，对背腔掩膜层7进行选择性地掩蔽和刻蚀，得到背腔掩膜层窗口8，通过背腔掩膜层窗口8使得与所述背腔掩膜层窗口8正对应的器件基底1露出。

图8中，利用背腔掩膜层7以及背腔掩膜层窗口8对器件基底1以及金属种子层2刻蚀，以分别得到贯通器件基底1的基底孔9以及贯通金属种子层2的种子层孔10；即利用基底孔9以及与所述基底孔9正对准连通的种子层孔10形成背腔，背腔的具体情况可参考上述说明，此处不再赘述。

在制备得到种子层孔10后，将背腔掩膜层7从器件基底1上去除，具体去除可采用与现有常用的工艺形式，以能实现对背腔掩膜层7的去除，且不影响MEMS器件等为准。

本发明利用器件焊盘3将MEMS器件本体引出，利用绝缘绝热薄膜4对器件焊盘3覆盖与保护，通过金属引出铆钉5实现与器件焊盘3的接触电连接，即进一步实现封装引出；利用MEMS器件本体的背腔实现进一步的绝热，即得到适于MEMS器件的悬挂绝热封装，在满足绝热封装情况下，有效实现电信号的引出，安全可靠。