基于中间层键合的mems光学芯片的封装结构及封装方法_3

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所述密封环的外侧,如图6e所示。
[0084]具体地,本步骤包括:
[0085]如图6c所示,首先进行3-1),于所述光学透明基体101下表面涂覆光敏BCB胶104,并采用光刻工艺形成对应于MEMS光学芯片的密封环图形。
[0086]如图6d?图6e所示,然后进行步骤3_2),采用BCB键合工艺将所述光学透明基体101及MEMS光学芯片的圆片进行对准键合,为每个MEMS光学芯片形成独立的具有气密性、透光性、及电连接的密封腔体,该密封腔体可提供可动光学微镜106的运动空间。
[0087]另外,需要说明的是,所述中间层的高度取决于光敏BCB胶104的涂覆厚度及工艺参数,可以通过工艺实验确定。在本实施例中,所述中间层选用的高度为30微米,宽度为20微米?40微米。
[0088]如图6f所示,接着进行步骤4),电极裸露:采用划片机的宽刀片沿键合晶圆片划片槽在光学透明基体101上进行划片操作,控制划片机的划片深度,使得划片操作将整个键合晶圆片中所有MEMS光学芯片单元的电极焊盘108暴露,并不划伤电极焊盘108 ;
[0089]或者采用喷沙工艺将电极焊盘108处的光学透明基体101去除,露出电极焊盘108。
[0090]在本实施例中,采用划片机的宽刀片沿键合晶圆片划片槽在光学透明基体101上进行划片操作,控制划片机的划片深度,使得划片操作将整个键合晶圆片中所有MEMS光学芯片单元的电极焊盘108暴露,由于中间层的存在,因此,可以容易地控制宽刀片不划伤电极焊盘108。
[0091]如图6f所示,然后进行步骤5),芯片分离:采用划片机的窄刀片沿划片槽将整个键合晶圆片分隔成各个独立的封装单元。
[0092]在本实施例中,芯片分离仍然采用电极裸露时所设计好的键合晶圆片划片槽,并不需要重新设计。具体地,进行芯片分离时仍然沿着设计好的键合晶圆片划片槽划片,深度上为调整为整个键合晶圆片的厚度,最终得到单个封装好的MEMS光学芯片单元。
[0093]如图6g所示,为在裸露的电极焊盘108上进行金属引线键合完成电互连的示意图。
[0094]综上所述,本发明具有以下优点:1.采用微机械的光刻、键合等常规工艺实现对MEMS光通信器件的封装;2.采用设计一定厚度的中间层实现可动光学微镜106的扭转或平动的运动空间;3.采用键合或粘结的方式实现玻璃光窗与MEMS光学芯片的装配;4.采用划片或者玻璃穿孔方式实现MEMS光学芯片电极焊盘108的裸露;5.具有较好的密封性及光信号无损特性。本发明能够有效地将基于微镜的MEMS光芯片独立封装,能够极大地提高光学微镜的表面洁净度,实现圆片级光芯片的封装,具有较高的气密性。所封装的MEMS光学芯片比现有的同类产品相比具有更高的洁净度,更稳定光学特性,光学损耗也很低。同时该封装技术采用MEMS基本工艺,充分利用晶圆划片的特征实现封装结构的焊盘暴露,具有易批量制作的优势,可广泛应用于光通信器件、光电器件及其他光学传感芯片的圆片级封装。
[0095]实施例2
[0096]如图2及图4?图5所示,本实施例提供一种基于中间层键合的MEMS光学芯片的封装结构,所述封装结构包括:
[0097]第一部件,包括光学透明基体101,所述光学透明基体101上表面及下表面分别镀制上光学增透膜103及图形化的下光学增透膜102。
[0098]作为示例,所述光学透明基体101为对通信波长透明的基片材料。在本实施例中所述光学透明基体101为玻璃基体。所述图形化的下光学增透膜102之间,裸露出与各MEMS光学芯片对应的玻璃基体表面,即所述玻璃基体下表面上具有无光学薄膜覆盖的裸露面,作为后续中间层的键合面。
[0099]第三部件,包括MEMS光学芯片,所述MEMS光学芯片在MEMS驱动器的作用下实现对光束的操控。具体地,所述MEMS光学芯片包括体硅衬底105、活动腔体、位于所述活动腔体内并由硅弹性梁机构107固接于体硅衬底105上的可动光学微镜106、位于所述可动光学微镜106表面的高反射膜109、以及设置于所述活动腔体外侧的电极焊盘108,其中,所述电极焊盘108与活动腔体之间的体硅衬底105具有裸露的硅表面。
[0100]第二部件,包括中间层;所述中间层将所述光学透明基体101与MEMS光学芯片连接在一起,实现第一部件及第三部件的圆片级键合,并为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。
[0101]具体地,所述中间层键合于所述光学透明基体101的裸露面以及所述体硅衬底105裸露的硅表面之间,形成密封环,所述密封环使得所述光学透明基体101及每个MEMS光学芯片间形成独立的密封腔体。通过所述中间层键合后,所述电极焊盘108位于所述密封环的外侧。
[0102]在本实施例中,所述中间层的材料为玻璃浆料204,所形成的密封腔体的漏率为10 5?10 9atm.cc/s。
[0103]作为示例,所述中间层的高度为50微米,宽度为100微米。
[0104]本实施例的基于中间层键合的MEMS光学芯片的封装结构的基本工作原理为:构成第一部件的光学透明基体101(如玻璃基体)对一定范围内的光线透明(如光通信中的1.3 μ m和1.55 μ m的红外光),第三部件中的可动光学微镜106通过MEMS驱动器实现某一运动(如空间扭转、垂直镜面平动等非平面内运动等),入射光线沿着垂直方向实现反射、透射或干涉,最终由光学透明基体101透射到空气中,从而实现特定的光学性能。所述中间层提供镜面非平面运动的空间,从而实现了对光芯片的封装。
[0105]图2所示为MEMS光学芯片的封装结构的主视图,其俯视结构图如图4所示。另外,图2及图4均仅示意为I个MEMS光学芯片的封装结构,然而,在实际的封装过程中,本实施例的封装结构可用于对MEMS光学芯片的圆片级封装,如图5所示,这种封装结构可以大大简化封装难度,降低封装成本,提高封装的质量,在光通信、光电子领域有着极为广阔的应用前景。
[0106]如图7a?图7g所示,本实施例还提供一种基于中间层键合的MEMS光学芯片的封装方法,包括步骤:
[0107]如图7a?图7b所示,首先进行步骤I),第一部件的制备:采用硬掩膜选择性蒸镀方法于光学透明基体101的下表面蒸镀图形化的下光学增透膜102,并于所述光学透明基体101的上表面蒸镀上光学增透膜103。
[0108]具体地,首先提供一玻璃基体,作为光学透明基体101,然后对所述玻璃基体采用标准清洗工艺进行清洗,如图7a所示;然后,采用硬掩膜选择性蒸镀方法于光学透明基体101的下表面蒸镀图形化的下光学增透膜102,所述下光学增透膜102的图形与MEMS光学芯片的可动光学微镜106可以保持一致或略大于所述可动光学微镜106,如图7b所不。
[0109]然后进行步骤2),第三部件的制备:采用MEMS工艺制备出的MEMS光学芯片的圆片。
[0110]在本实施例中,所述的MEMS光学芯片包括:体硅衬底105、活动腔体、位于所述活动腔体内并由硅弹性梁机构107固接于体硅衬底105上的可动光学微镜106、位于所述可动光学微镜106表面的高反射膜109、以及设置于所述活动腔体外侧的电极焊盘108,其中,所述电极焊盘108与活动腔体之间的体硅衬底105具有裸露的硅表面。
[0111]如图7c?图7e所示,接着进行步骤3),中间层键合:采用中间层将所述光学透明基体101及MEMS光学芯片的圆片进行对准键合,为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。
[0112]作为示例,所述光学透明基体101下表面具有裸露面,所述中间层键合于所述光学透明基体101的裸露面以及所述体硅衬底105裸露的硅表面之间,形成密封环,所述密封环使得所述光学透明基体101及每个MEMS光学芯片间形成独立的密封腔体,并使得所述电极焊盘108位于所述密封环的外侧,如图7e所示。
[0113]具体地,本步骤包括:
[0114]如图7c所示,首先进行3-1),采用丝网印刷工艺将玻璃浆料204印刷于所述光学透明基体101下表面,形成对应于MEMS光学芯片的密封环图形。
[0115]如图7d?图7e所示,然后进行步骤3_2),将所述光学透明基体101及MEMS光学芯片的圆片进行玻璃浆料204对准键合,为每个MEMS光学芯片形成独立的具有气密性、透光性、及电连接的密封腔体,该密封腔体可提供可动光学微镜106的运动空间。
[0116]另外,需要说明的是,所述中间层的高度取决于玻璃浆料204的印刷厚度及工艺参数,可以通过工艺实验确定。在本实施例中,所述中间层选用的高度为50微米,宽度为100微米。
[0117]如图7f所示,接着进行步骤4),电极裸露:采用划片机的宽刀片沿键合晶圆片划片槽在光学透明基体101上进行划片操作,控制划片机的划片深度,使得划片操作将整个键合晶圆片中所有MEMS光学芯片单元的电极焊盘108暴露,并不划伤电极焊盘108 ;
[0118]或者采用喷沙工艺将电极焊盘108处的光学透明基体101去除,露出电极焊盘108。
[0119]在本实施例中,采用划片机的宽刀片沿键合晶圆片划片槽在光学透明基体101上进行划片操作,控制划片机的划片深度,使得划片操作将整个键合晶圆片中所有MEMS光学芯片单元的电极焊盘108暴露,由于中间
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