帶有導通組件的微機械傳感器及其加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)中的微機械傳感器領域，尤其涉及一種帶有導通組件的微機械傳感器及其加工方法。
【背景技術】
[0002]以MEMS技術為基礎的微機械傳感器具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，在很多領域得到越來越廣泛的應用。以電容式微機械傳感器為例，傳統(tǒng)的電容式微機械傳感器通常是由具有敏感單元的硅結構和具有金屬電極的玻璃蓋板兩部分組成，用于形成檢測電容的兩個極板。由于硅和玻璃的材料屬性和熱特性不同，導致二者在加工中將產生結構應力和變形，嚴重影響器件的性能。
[0003]為了改善熱應力和機械變形，對稱布置的“三明治”結構被作為一種常用的形式用在微機械傳感器的結構設計中。公開號為CN102435780A的中國專利文獻《一種單片三軸微機械加速度計》中公開了一種“三明治”結構的微機械傳感器，通過在上、下玻璃蓋板上均制備金屬電極用以形成差分檢測，以提高傳感器敏感結構的靈敏度。但是這種結構設計方法會導致一些新的技術問題，即如何實現(xiàn)將上、下蓋板的電極同時引出，這在很大程度上影響了該項技術的拓展應用。目前，將上蓋板電極引出的方法有很多，常規(guī)的導通方式是基于TGVs (Through-Glass-Vias)的通孔技術。2013年Ju-Yong Lee等人在發(fā)表的((Through-glass copper via using the glass reflow and seedless electroplatingprocesses for wafer-level RF MEMS packaging》中介紹了一種應用于圓片級的玻璃通孔技術，通過在玻璃基板上開孔和金屬灌封的方式實現(xiàn)上玻璃蓋板電極從元件內部導出到外部。這種設計方法對加工設備要求高，工藝成本也較高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種簡便易行且成本低廉，可實現(xiàn)上蓋板電極引至下蓋，上、下蓋板的電極同時從下蓋引出的帶有導通組件的微機械傳感器及其加工方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種帶有導通組件的微機械傳感器，包括上蓋、敏感硅結構和下蓋，所述上蓋上設有上固定電容板，所述下蓋上設有與所述上固定電容板相對的下固定電容板，所述敏感硅結構設于上固定電容板和下固定電容板之間，其特征在于:所述上蓋和下蓋之間還設有用于將所述上固定電容板的金屬電極引至下蓋的導通組件。
[0006]作為上述技術方案的進一步改進:
所述導通組件包括導通硅橋、上金屬導線和下金屬導線，所述上固定電容板與導通硅橋通過上金屬導線電連接，所述下金屬導線一端與導通硅橋電連接，另一端于下蓋上設為引腳線。
[0007]所述上蓋與導通硅橋鍵合連接并壓緊上金屬導線，所述下蓋與導通硅橋鍵合連接并壓緊下金屬導線。
[0008]所述上蓋設有上鍵合凸臺，所述下蓋設有下鍵合凸臺，所述上鍵合凸臺與導通硅橋上側鍵合連接，所述下鍵合凸臺與導通硅橋下側鍵合連接，所述上金屬導線端部壓緊于所述上鍵合凸臺與導通硅橋之間，所述下金屬導線端部壓緊于所述下鍵合凸臺與導通硅橋之間。
[0009]所述下蓋設有第一金屬焊盤和第二金屬焊盤，所述下金屬導線的引腳引至所述第一金屬焊盤上，所述下固定電容板的金屬電極通過金屬導線引至所述第二金屬焊盤上。
[0010]所述上蓋開設有與所述第一金屬焊盤和第二金屬焊盤位置對應的缺口。
[0011]所述下蓋和上蓋均設有用于容納固定電容板的金屬電極和金屬導線的玻璃凹槽。
[0012]一種帶有導通組件的微機械傳感器的加工方法，其特征在于，包括以下步驟:
51:加工下蓋、上蓋、敏感硅結構和導通硅橋:在上蓋上制作上固定電容板和上金屬導線，在下蓋上制作下固定電容板和下金屬導線，在一硅片晶圓上加工敏感硅結構以及與敏感硅結構連接為一體的導通硅橋；
52:固連:上蓋、硅片晶圓和下蓋鍵合固連，得到三層結構，且上金屬導線和下金屬導線分別與導通硅橋電連接；
53:激光劃片加工:在所述三層結構上劃片得到單個的芯片結構，并實現(xiàn)敏感硅結構與導通硅橋的分離。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的帶有導通組件的微機械傳感器具有下述技術效果:
1、通過在上蓋和下蓋之間布置用于將上固定電容板的金屬電極引至下蓋的導通組件，只需在上蓋上開缺口，即可通過導通組件實現(xiàn)上、下蓋板的電極同時從下蓋導出，有效解決上蓋板電極的引出難題，結構簡單、成本低廉，無需進行玻璃打孔、金屬灌封等復雜工藝。
[0014]2、該導通組件進一步包括導通硅橋、上金屬導線和下金屬導線，上固定電容板、上金屬導線、導通硅橋和下金屬導線依次串接，有效實現(xiàn)上固定電容板的金屬電極引至下蓋，并將上蓋板電極電信號巧妙過渡到下玻璃蓋板。
[0015]3、上蓋、上金屬導線以及導通硅橋之間通過鍵合實現(xiàn)固連，導通硅橋、下金屬導線以及下蓋之間也通過鍵合實現(xiàn)固連，采用陽極鍵合技術將玻璃蓋板與金屬導線、金屬導線與導通硅橋鍵合在一起，不需要任何粘結劑，鍵合界面具有良好的氣密性和長期穩(wěn)定性，且金屬導線與導通硅橋在鍵合的壓力下形成較小的接觸電阻和可靠的電氣接觸，有效實現(xiàn)上固定電容板的金屬電極引至下蓋，避免了常規(guī)的TSV技術，降低了工藝難度。
[0016]本發(fā)明的帶有導通組件的微機械傳感器的加工方法具有以下技術效果:
1、通過在刻蝕敏感硅結構的同時刻蝕導通硅橋、加工上蓋和下蓋的同時布置金屬導線，再通過鍵合及激光劃片加工，即可完成帶有導通組件的微機械傳感器的加工，且實現(xiàn)上固定電容板的金屬電極引至下蓋，簡便易行，大大降低了加工成本和加工工藝難度。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明帶有導通組件的微機械傳感器的示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明帶有導通組件的微機械傳感器的拆分結構示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明帶有導通組件的微機械傳感器的導通結構截面示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明帶有導通組件的微機械傳感器導通結構的局部放大圖。
[0021]圖5是上蓋局部仰視圖。
[0022]圖6是下蓋局部俯視圖。
[0023]圖7是上蓋、上金屬導線和導通硅橋三者鍵合后的截面電鏡照片。
[0024]圖8是本發(fā)明的帶有導通組件的微機械傳感器的加工方法流程圖。
[0025]圖例說明:1、下蓋；2、上蓋；3、敏感娃結構；4、導通娃橋；501、下金屬導線；502、上金屬導線；601、下固定電容板；602、上固定電容板；701、第一金屬焊盤；702、第二金屬焊盤;901、下鍵合凸臺；902、上鍵合凸臺。
【具體實施方式】
[0026]以下結合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0027]圖1至圖7示出了本發(fā)明的一種帶有導通組件的微機械傳感器的實施例，下面以一種電容式“三明治”結構微機械加速度計為例進行說明，該“三明治”結構微機械加速度計包括上蓋2、敏感硅結構3和下蓋1，上蓋2上設有上固定電容板602，下蓋I上設有與上固定電容板602相對的下固定電容板601，敏感娃結構3設于上固定電容板602和下固定電容板601之間，上蓋2和下蓋I之間還設有用于將上固定電容板602的金屬電極引至下蓋I的導通組件，本實施例的微機械傳感器，通過在上蓋2和下蓋I之間設置導通組件，將上固定電容板602的金屬電極巧妙地引至下蓋1，即可實現(xiàn)上蓋2、下蓋I的電極同時從下蓋I導出，有效解決上蓋2電極的引出難題，結構簡單、成本低廉，無需進行玻璃打孔、金屬灌封等復雜工藝，大大降低了加工和封裝的難度，在微機械傳感器領域具有較高的實用和推廣價值。
[0028]本實施例中，導通組件包括導通娃橋4、上金屬導線502和下金屬導線501，上固定電容板602與導通娃橋4通過上金屬導線502電連接，下金屬導線501 —端與導通娃橋4電連接，另一端于下蓋I上設為引腳，有效實現(xiàn)上固定電容板602的金屬電極引至下蓋1，并將上蓋2電極電信號巧妙過渡到下蓋I。
[0029]本實施例中，上蓋2與導通硅橋4鍵合連接并壓緊上金屬導線502，下蓋I與導通硅橋4鍵合連接并壓緊下金屬導線501，如圖7所示，采用陽極鍵合技術將玻璃蓋板與導通硅橋鍵合在一起，不需要任何粘結劑，鍵合界面具有良好的氣密性和長期穩(wěn)定性，且金屬導線與導通娃橋4在娃和玻璃鍵合產生的壓力下形成較小的接觸電阻和可靠的電氣接觸，有效實現(xiàn)上固定電容板602的金屬電極引至下蓋1，避免了常規(guī)的TSV技術，降低了工藝難度。
[0030]本實施例中，上蓋2設有上鍵合凸臺902，下蓋I設有下鍵合凸臺901，上鍵合凸臺902與導通硅橋4上側鍵合連接，下鍵合凸臺901與導通硅橋4下側鍵合連接，上金屬導線502端部壓緊于上鍵合凸臺902與導通硅橋4之間，下金屬導線501端部壓緊于下鍵合凸臺901與導通硅橋4之間。
[0031]本實施例中，下蓋I設有第一