专利名称：具有吸气剂的mems装置及系统，及其封装方法
技术领域：
本发明的技术领域涉及微机电系统(MEMS)，且更具体而言，涉及用于封装MEMS装置的方法及系统。
背景技术：
微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激励器及电子元件。微机械元件可采用沉积、蚀刻或其他可蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的若干部分或可添加若干层以形成电和机电装置的微机械加工工艺制成。一种类型的MEMS装置被称为干涉式调制器。干涉式调制器可包含一对导电板，其中之一或二者均可全部或部分地透明及/或为反射性，且在施加一个适当的电信号时能够相对运动。其中一个板可包含一沉积在一衬底上的静止层，另一个板可包含一通过一空气间隙与该静止层隔开的金属隔板。上述装置具有广泛的应用范围，且在此项技术中，利用及/或修改这些类型装置的特性、以使其性能可用于改善现有产品及制造目前尚未开发的新产品将颇为有益。
发明内容
本发明的系统、方法及装置均具有多个方面，任一单个方面均不能单独决定其所期望特性。现在，对其更主要的特性进行简要论述，此并不限定本发明的范围。在查看这一论述，尤其是在阅读了标题为“具体实施方式
”的部分之后，人们即可理解本发明的特征如何提供优于其他显示装置的优点。
本发明的一个实施例是一种微机电系统(MEMS)装置。所述MEMS装置包括一衬底及一形成于所述衬底上的MEMS装置。所述装置还提供一背板及一靠近所述MEMS装置的一周边定位并接触所述衬底及所述背板的密封体，其中所述密封体包含一化学反应性吸气剂。
本发明的另一实施例是一种密封一微机电系统(MEMS)装置封装的方法。所述方法包括提供一衬底及一背板，其中所述衬底包括一形成于其上的MEMS装置。所述方法还包括靠近所述MEMS装置的一周边形成一密封体，其中所述密封体包含一化学反应性吸气剂。此外，所述方法对所述衬底、所述密封体、及所述背板进行附装，由此将所述MEMS装置囊封于一封装内。
本发明的又一实施例是一种通过一种方法制成的微机电系统(MEMS)装置封装。所述方法包括提供一衬底及一背板，其中所述衬底包括一形成于其上的MEMS装置。所述方法还包括靠近所述MEMS装置的一周边形成一密封体，其中所述密封体包含一化学反应性吸气剂。此外，所述方法对所述衬底、所述密封体、及所述背板进行附装，由此将所述MEMS装置囊封于一封装内。
本发明的再一实施例是一种微机电系统(MEMS)装置。该装置包括用于透射光的透射构件以及用于对透射穿过所述透射构件的光进行调制的调制构件。此外，所述装置包括用于覆盖所述调制构件的覆盖构件。所述装置还包括用于在所述透射构件与所述覆盖构件之间形成一密封体而形成一空腔的密封构件，其中所述密封构件包括用于与接触所述密封体的物质起化学反应的反应构件。
图1为一等轴图，其显示一干涉式调制器显示器的一实施例的一部分，其中一第一干涉式调制器的一可移动反射层处于一释放位置，且一第二干涉式调制器的一可移动反射层处于一受激励位置。
图2为一系统方框图，其显示一包含一3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一实施例。
图3为图1所示干涉式调制器的一实例性实施例的可移动镜位置与所施加电压的关系图。
图4为一组可用于驱动干涉式调制器显示器的行和列电压的示意图。
图5A及图5B显示可用于向图2所示3×3干涉式调制器显示器写入一显示数据帧的行和列信号的一实例性时序图。
图6A为图1所示装置的剖面图。
图6B为一干涉式调制器的一替代实施例的一剖面图。
图6C为一干涉式调制器的另一替代实施例的一剖面图。
图7为一干涉式调制器装置的一基本封装结构的剖面图。
图8为一具有一主密封体及一副密封体的干涉式调制器封装结构实施例的一部分的剖面图。
图9为一干涉式调制器封装结构实施例的一部分的剖面图，其中一吸气剂材料靠近密封体定位于所述封装结构内。
图10A及10B为系统方块图，其显示一包含复数个干涉式调制器的视觉显示装置的一实施例。
具体实施例方式
下文将说明复数个包含改良的密封结构的MEMS装置封装结构的实施例。在一实施例中，将MEMS装置封装在通过一主密封体结合在一起的一背板与一衬底之间。在一实施例中，主密封体包括一化学反应性吸气剂。如在所属技术领域中所知，吸气剂是一种可通过例如吸收、吸附或化学反应而捕获或结合另一种物质的物质。化学反应性吸气剂是一种构造成并非吸收或吸附被吸收物质、而是与被吸收物质发生化学反应的吸气剂。在其他实施例中，所述封装结构包括一沿主密封体的一外周缘设置的副密封体。在一实施例中，所述副密封体例如包括疏水性材料。在又一实施例中，所述封装结构包括一靠近所述密封体的内周缘定位并构造成吸收试图进入封装结构内部的水蒸汽或污染物的吸气剂。在所述实施例中，可不再需要其他吸气剂或干燥剂来满足被封装装置的所需寿命属性，从而可降低封装尺寸及成本。
下文说明是针对本发明的某些具体实施例。不过，本发明可通过许多种不同的方式实施。在本说明中，会参照附图，在附图中，相同的部件自始至终使用相同的编号标识。根据以下说明容易看出，本发明可在任一构造用于显示图像-无论是动态图像(例如视频)还是静态图像(例如静止图像)，无论是文字图像还是图片图像-的装置中实施。更具体而言，本发明可在例如(但不限于)以下等众多种电子装置中实施或与这些电子装置相关联移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式计算机或便携式计算机、GPS接收器/导航器、照像机、MP3播放器、摄录机、游戏机、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如里程表显示器等)、驾驶舱控制装置及/或显示器、摄像机景物显示器(例如车辆的后视摄像机显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、包装及美学结构(例如一件珠宝上的图像显示器)。与本文所述MEMS装置具有类似结构的MEMS装置也可用于非显示应用，例如用于电子切换装置。
图1中显示一个含有一干涉式MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素处于亮状态或暗状态。在亮开(on)或打开(open)状态下，显示元件将入射可见光的一大部分反射至用户。在处于暗(关(off)或关闭(closed))状态下时，显示元件几乎不向用户反射入射可见光。视不同的实施例而定，可颠倒“开”与“关”状态的光反射性质。MEMS像素可构造成主要在所选色彩下反射，以除黑色和白色之外还可实现彩色显示。
图1为一等轴图，其显示一视觉显示器的一系列像素中的两相邻像素，其中每一像素包含一MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，一干涉式调制器显示器包含一由这些干涉式调制器构成的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层，该对反射层定位成彼此相距一可变且可控的距离，以形成一至少具有一个可变尺寸的光学谐振空腔。在一实施例中，其中一个反射层可在两个位置之间移动。在本文中称为释放状态的第一位置上，该可移动层的位置距离一固定的局部反射层相对远。在第二位置上，该可移动层的位置更近地靠近该局部反射层。根据可移动反射层的位置而定，从这两个层反射的入射光会以相长或相消方式干涉，从而形成各像素的总体反射或非反射状态。
在图1中显示的像素阵列部分包括两个相邻的干涉式调制器12a和12b。在左侧的干涉式调制器12a中，显示一可移动的高度反射层14a处于一释放位置，该释放位置距一固定的局部反射层16a一预定距离。在右侧的干涉式调制器12b中，显示一可移动的高度反射层14b处于一受激励位置处，该受激励位置靠近固定的局部反射层16b。
固定层16a、16b导电、局部透明且局部为反射性，并可通过例如在一透明衬底20上沉积将一个或多个各自为铬及氧化铟锡的层而制成。所述各层被图案化成平行条带，且可形成一显示装置中的行电极，如将在下文中所进一步说明。可移动层14a、14b可形成为由沉积在支柱18顶部的一或多个沉积金属层(与行电极16a、16b正交)及一沉积在支柱18之间的中间牺牲材料构成的一系列平行条带。在牺牲材料被蚀刻掉以后，这些可变形的金属层与固定的金属层通过一规定的气隙19隔开。这些可变形层可使用一具有高度导电性及反射性的材料(例如铝)，且该些条带可形成一显示装置中的列电极。
在未施加电压时，空腔19保持位于层14a、16a之间，且可变形层处于如图1中像素12a所示的一机械弛豫状态。然而，在向一所选行和列施加电位差之后，在所述行和列电极相交处的对应像素处形成的电容器被充电，且静电力将这些电极拉向一起。如果电压足够高，则可移动层发生形变，并被压到固定层上(可在固定层上沉积一介电材料(在该图中未示出)，以防止短路，并控制分隔距离)，如图1中右侧的像素12b所示。无论所施加的电位差极性如何，该行为均相同。由此可见，可控制反射与非反射像素状态的行/列激励与传统的LCD及其他显示技术中所用的行/列激励在许多方面相似。
图2至图5显示一个在一显示应用中使用一干涉式调制器阵列的实例性过程及系统。图2为一系统方框图，该图显示一可体现本发明各方面的电子装置的一个实施例。在该实例性实施例中，所述电子装置包括一处理器21-其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器，例如ARM、Pentium、Pentium II、PentiumIII、Pentium IV、PentiumPro、8051、MIPS、Power PC、ALPHA，或任何专用微处理器，例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列。按照业内惯例，可将处理器21配置成执行一个或多个软件模块。除执行一个操作系统外，还可将该处理器配置成执行一个或多个软件应用程序，包括网页浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一实施例中，处理器21还配置成与一阵列控制器22进行通信。在一实施例中，阵列控制器22包括向一像素阵列30提供信号的一行驱动电路24及一列驱动电路26。图1中所示的阵列剖面图在图2中以线1-1示出。对于MEMS干涉式调制器，行/列激励协议可利用图3所示的这些装置的滞后性质。其可能需要(例如)10伏的电位差来使一可移动层自释放状态变形至受激励状态。然而，当所述电压自该值降低时，在所述电压降低回至10伏以下时，所述可移动层将保持其状态。在图3的实例性实施例中，在电压降低至2伏以下之前，可移动层不会完全释放。因此，在图3所示的实例中，存在一大约为3-7伏的电压范围，在该电压范围内存在一施加电压窗口，在该窗口内所述装置稳定在释放或受激励状态。在本文中将其称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于一具有图3所示滞后特性的显示阵列而言，行/列激励协议可设计成在行选通期间，向所选通行中将被激励的像素施加一约10伏的电压差，并向将被释放的像素施加一接近0伏的电压差。在选通之后，向像素施加一约5伏的稳态电压差，以使其保持在行选通使其所处的状态。在写入之后，在该实例中，每一像素均承受一处于3-7伏的“稳定窗口”内的电位差。该特性使图1所示的像素设计在相同的施加电压条件下稳定在一既有的受激励状态或释放状态。由于干涉式调制器的每一像素，无论处于受激励状态还是释放状态，实质上均是一由固定反射层及移动反射层所构成的电容器，因此，该稳定状态可在一滞后窗口内的电压下得以保持而几乎不消耗功率。如果所施加的电位固定，则基本上没有电流流入像素。
在典型应用中，可通过根据第一行中所期望的一组受激励像素确定一组列电极而形成一显示帧。此后，将行脉冲施加于第1行的电极，从而激励与所确定的列线对应的像素。此后，将所确定的一组列电极变成与第二行中所期望的一组受激励像素对应。此后，将脉冲施加于第2行的电极，从而根据所确定的列电极来激励第2行中的相应像素。第1行的像素不受第2行的脉冲的影响，因而保持其在第1行的脉冲期间所设定的状态。可按顺序性方式对全部系列的行重复上述步骤，以形成所述的帧。通常，通过以某一所期望帧数/秒的速度连续重复该过程来用新显示数据刷新及/或更新这些帧。还有很多种用于驱动像素阵列的行及列电极以形成显示帧的协议亦为人们所熟知，且可用于本发明。
图4及图5显示一种用于在图2所示的3×3阵列上形成一显示帧的可能的激励协议。图4显示一组可用于具有图3所示滞后曲线的像素的可能的行及列电压电平。在图4的实施例中，激励一像素包括将相应的列设定至-Vbias’并将相应的行设定至+ΔV，其可分别对应于-5伏及+5伏。释放像素则是通过将相应的列设定至+Vbias并将相应的行设定至相同的+ΔV、由此在所述像素两端形成一0伏的电位差来实现。在那些其中行电压保持0伏的行中，像素稳定于其最初所处的状态，而与该列处于+Vbias还是-Vbias无关。同样如在图4中所示，应了解，可使用极性与上述极性相反的电压，例如激励一像素可包括将相应的列设定至+Vbias、并将相应的行设定至-ΔV。在该实施例中，释放像素是通过将相应的列设定至-Vbias并将相应的行设定至相同的-ΔV、由此在所述像素两端形成一0伏的电位差来实现。
图5B为一显示一系列行及列信号的时序图，该些信号施加于图2所示的3×3阵列，其将形成图5A所示的显示布置，其中受激励像素为非反射性。在写入图5A所示的帧之前，像素可处于任何状态，在该实例中，所有的行均处于0伏，且所有的列均处于+5伏。在这些所施加电压下，所有的像素稳定于其现有的受激励状态或释放状态。
在图5A所示的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3，3)受到激励。为实现这一效果，在第1行的行时间期间，将第1列及第2列设定为-5伏，将第3列设定为+5伏。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持处于3-7伏的稳定窗口内。此后，通过一自0伏上升至5伏然后又下降回至0伏的脉冲来选通第1行。由此激励像素(1，1)和(1，2)并释放像素(1，3)。阵列中的其它像素均不受影响。为将第2行设定为所期望状态，将第2列设定为-5伏，将第1列及第3列被设定为+5伏。此后，向第2行施加相同的选通脉冲将激励像素(2，2)并释放像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列中的其它像素均不受影响。类似地，通过将第2列和第3列设定为-5伏，并将第1列设定为+5伏对第3行进行设定。第3行的选通脉冲将第3行像素设定为图5A所示的状态。在写入帧之后，行电位为0，而列电位可保持在+5或-5伏，且此后显示将稳定于图5A所示的布置。应了解，可对由数十或数百个行和列构成的阵列使用相同的程序。还应了解，用于实施行和列激励的电压的时序、顺序及电平可在以上所述的一般原理内变化很大，且上述实例仅为实例性，任何激励电压方法均可用于本发明。
按照上述原理运行的干涉式调制器的详细结构可千变万化。例如，图6A-6C显示移动镜结构的三种不同实施例。图6A为图1所示实施例的剖面图，其中在正交延伸的支撑件18上沉积一金属材料条带14。在图6B中，可移动的反射材料14仅在隅角处在系链32上附接至支撑件。在图6C中，可移动的反射材料14悬吊在一可变形层34上。由于反射材料14的结构设计及所用材料可在光学特性方面得到优化，且可变形层34的结构设计和所用材料可在所期望机械特性方面得到优化，因此该实施例具有若干优点。在许多公开文件中，包括例如第2004/0051929号美国公开申请案中，描述了各种不同类型干涉装置的生产。可使用很多种人们所熟知的技术来制成上述结构，包括一系列材料沉积、图案化及蚀刻步骤。
例如干涉式调制器阵列等MEMS装置的移动部件较佳具有一受到保护的空间以在所述空间中移动。下文将更详细地说明MEMS装置的封装技术。图7中显示一MEMS装置(例如干涉式调制器阵列)的基本封装结构的示意图。如图7所示，一基本的封装结构70包括一衬底72及一背板罩或″帽″74，其中一干涉式调制器阵列76形成于衬底72上。该帽74也称作“背板”。
衬底72与背板74通过一密封体78连接以形成封装结构70，从而使衬底72、背板74及密封体78囊封干涉式调制器阵列76。此在背板74与衬底72之间形成一空腔79。密封体78可为一非气密性密封体，例如一传统的环氧基粘着剂。在其他实施例中，密封体78可为聚异丁烯(有时称作异丁烯橡胶，在其他时候则称作PIB)、O形圈、聚氨基甲酸酯、薄膜金属焊、液体旋涂玻璃、钎料、聚合物或塑料、以及水蒸气渗透率范围约为0.2-4.7g mm/m2kPa天的其他类型的密封体。在又一些实施例中，密封体78可为气密性密封体，并可包括例如金属、焊缝及玻璃料。气密性密封方法包括例如金属或钎料薄膜或压片、激光或电阻性焊接技术、及阳极结合技术，其中由此得到的封装结构既可需要也可不需要使用干燥剂来实现所需的内部封装要求。
密封体78可构建为封闭式密封体(连续)或开口式密封体(非连续)，并可在一种封装干涉式调制器阵列76的方法中涂覆或形成于衬底72上、背板74上、或衬底及背板74二者上。密封体78可通过简单的流水线制造工艺来施加且因低温工艺而具有多种优点，而焊接及钎焊技术可能需要能损坏封装结构20的极高温度的工艺，从而相对较昂贵。在某些情形中，可使用局部加热方法来降低工艺温度并形成可行的工艺解决方案。
在某些实施例中，封装结构70包括吸气剂，例如一种经构造以降低空腔79内的水分的干燥剂80。所属技术领域的技术人员将知，对于气密性密封的封装而言，干燥剂并非必需，但是可合乎需要地控制存留在封装内的水分。在一实施例中，干燥剂80置于干涉式调制器阵列76与背板74之间。干燥剂既可用于具有气密性密封的封装也可用于具有非气密性密封的封装。在具有气密性密封的封装中，干燥剂通常用于控制存留在封装内部的水分。在具有非气密性密封的封装中，干燥剂可用于控制自环境中进入封装内的水分。一般而言，任何可陷获水分而不会干扰干涉式调制器阵列的光学性质的物质均可用作干燥剂80。合适的吸气剂及干燥剂材料包括但不限于沸石、分子筛、表面吸附剂、体吸附剂、及化学反应剂。
干燥剂80可具有不同的形式、形状及尺寸。除了为固体形式外，干燥剂80也可为粉末形式。这些粉末可直接插入至封装内，或者其可与一粘着剂相混合进行涂覆。在一替代实施例中，干燥剂80在施加于封装内部之前可形成为各种形状，例如圆柱形、圆环形或薄片形。
所属技术领域的技术人员将了解，干燥剂80可按不同的方式施加。在一实施例中，干燥剂80作为干涉式调制器阵列76的一部分沉积而成。在另一实施例中，干燥剂80是作为一喷涂或浸涂涂层涂覆于封装70的内部。
衬底72可为上面能够形成薄膜、MEMS装置的半透明或透明物质。此等透明物质包括但不限于玻璃、塑料及透明聚合物。干涉式调制器阵列76可包含可分离类型的薄膜调制器。所属技术领域的技术人员将了解，背板74可由任一合适材料制成，例如由玻璃、金属、箔、聚合物、塑料、陶瓷或半导体材料(例如硅)制成。
封装过程可在真空中、在真空直至且包括环境压力的压力下、在正常的大气压力条件下、或者在高于环境压力的压力下实现。亦可在密封制程期间在一具有可变且可控的高或低压力的环境中完成封装制程。在完全干燥的环境中对干涉式调制器阵列76进行封装可能较为有利，但并非必须如此。同样地，封装环境可为处于环境条件下的惰性气体。在环境条件下进行封装可降低工艺成本并更可能实现设备选择的多样性，这是因为装置可在环境条件下运输而不会影响装置的运行。
一般而言，期望使渗透入封装结构70内的水蒸气最少化，由此控制封装结构70内的空腔79中的环境，并对其进行气密性密封以确保所述环境保持恒定。当封装内的湿度或水蒸气超过某一水平时，因水分而引起的表面张力变得高于干涉式调制器阵列76中可移动元件(未图示)的恢复力，因而可移动元件可能变得永久性粘滞至所述表面上。因而需要降低封装内的水分值。
在其中密封体78包含粘着剂的封装结构70的实施例中，仅粘着剂组份自身并不能用作一合适的环境阻障层，因为其将最终使水分及/或污染物渗透入封装结构70的空腔79内。相应地，一封装结构70的某些实施例包括一位于封装结构70内部或包含于密封体78内的吸气剂。所述吸气剂可构造成在封装结构70组装之后吸收自干涉式调制器阵列76或封装组件释出的污染气体，例如在对粘着剂进行固化时自密封体78中的粘着剂释出或挥发入空腔79内的物质。所述吸气剂可为构造成与特定物质进行化学反应的化学反应性吸气剂，或者所述吸气剂可构造成在存在例如水等特定物质时发生物理转化。例如，所述吸气剂可包含例如沸石等构造成在接触水或水蒸汽时发生物理转化的干燥剂。在其他实施例中，所述吸气剂靠近密封体78的一内周边位于封装结构70内部，以便在自空腔79内部的组件释放出水蒸汽或污染物时吸收封装结构70内的水蒸汽或污染物、或者已通过密封体78渗透入的物质。在又一实施例中，封装结构70包含一涂覆至密封体78外侧的副密封体，其中所述副密封体包含一构造成防止水分进入封装结构70内、或降低水蒸汽渗透入封装结构70内的速率的疏水性材料。
在封装结构70的一实施例中，密封体78包含一化学反应性吸气剂，所述化学反应性吸气剂构造成吸收试图渗透过密封体78并进入封装结构70内的物质、及/或封装结构78内在制造或组装时就已存在、或者在制造或组装之后释放出的物质。所述化学反应性吸气剂可包括例如氧化钙、锶(Sr)、氧化锶、及铝复合物。在某些实施例中，密封体78包含化学反应性吸气剂与一粘着剂的混合物。在某些实施例中，密封体78包含足够数量的吸气剂，以基本上吸收或捕获所有在制造或组装期间自密封剂组份释出的气体物质或释放出的物质，例如在粘着剂材料固化时自粘着剂材料释出的气体物质。密封体中所包含的吸气剂的量可限定为如下量不会对密封体的渗透性产生不利影响，但又能捕获在封装结构70的制造或组装期间自密封体组份释放出的物质。
图8以剖面图形式显示的封装结构800的另一实施例包括一与衬底72及背板74相接触地定位的主密封体802、及一靠近主密封体802的一外周缘805定位的副密封体804。副密封体804可如图8所示接触主密封体802，或者在副密封体804与主密封体802之间可存在一间隙。在某些实施例中，副密封体804与主密封体802、衬底76及背板74相接触。副密封体804的剖面几何形状可取决于密封体804的材料，并可进一步取决于密封体804的形成或涂覆方法，且并不限于图8所示的剖面几何形状。
在某些实施例中，副密封体804包含一低渗透率的粘着剂或一疏水性材料，例如PTFE或相关化合物。在某些实施例中，副密封体804包含聚异丁烯(有时称作异丁烯橡胶，在其他时候则称作PIB)、O形圈、聚氨基甲酸酯、薄膜金属焊、液体旋涂玻璃、钎料、聚合物或塑料、或其组合。
在其他实施例中，副密封体804包含一低成本的密封剂材料而无论其渗透性质如何，并构造成主密封体802一致作用来降低水蒸汽或其他污染物渗透入封装结构800的空腔79内的渗透速率。一种涂覆或形成副密封体804的方法的实施例可包括，例如，施与或印刷一密封剂材料珠、喷涂、放置预成型件、印刷、或所属技术领域的技术人员所知的其他方法。
在其中主密封体802包含例如干燥剂等吸气剂的实施例中，在干燥剂接近或达到其吸收或与水分子反应的最大容量时，水蒸汽渗透过主密封体802的渗透速率可能会迅速升高。副密封体804会有利地降低该水蒸汽渗透速率，从而延长封装结构800内的干涉式调制器阵列76的寿命。尽管在图8中将封装结构800显示为在背板74上包含干燥剂80，然而封装结构800的实施例可制造或组装成不具有干燥剂80，或者其中干燥剂放置于封装结构内的另一位置上。
图9为一封装结构900的一实施例的剖面图，该封装结构900包含一靠近密封体78的一内周缘903布置的吸气剂902。例如，所述吸气剂可包括沸石、分子筛、表面吸附剂、体吸附剂、及化学反应性物质、或其一组合。在一实施例中，吸气剂902包含一吸气剂材料与一粘着剂的混合物。吸气剂902较佳构造成吸收例如水蒸汽及污染物等已从环境中渗透过密封体78的物质、在制造或组装期间自密封体78释出的气体物质或释放出的物质、及位于封装结构900的空腔79内的物质。吸气剂902可与密封体78相接触，或者在吸气剂902与密封体78之间可存在间隙。例如，在其中吸气剂902在吸收一被吸收物质达到饱和时其尺寸会增大的实施例中，较佳在吸气剂902与密封体78之间存在间隙。
图9所示吸气剂902具有一基本呈矩形的剖面并与衬底72及密封体78相接触。然而，所属技术领域的技术人员应了解，吸气剂902的剖面几何形状可不同于图9所示，且在某些实施例中可取决于吸气剂902的形成或涂覆方法。在一实施例中，吸气剂902是使用薄膜技术形成。此外，吸气剂902除接触衬底72外还可接触背板74，或者吸气剂902可接触背板74而不接触衬底72。
在其中密封体78包含例如金属密封体的封装结构900的实施例中，可能会因在形成密封体期间的化学反应而释出或释放出污染物质。例如，在密封体78包含钎料时，在涂覆或形成密封体期间、或在封装结构900的组装期间，可能会释放出氧化物。因此，吸气剂902较佳构造成吸收在涂覆或形成密封体期间或封装结构900的组装期间自密封体释出的气体物质或释放出的物质。
在某些实施例中，如图9所示，封装结构900并不包含在其他封装结构(例如图7所示封装结构70)中所包含的干燥剂80。然而，封装结构900也可包含干燥剂80而并不限于图9所示的构造或组件。
在一实施例中，沸石可包括氧化钙或铝硅酸盐结构的矿物，例如铝硅酸钠。在另一实施例中，沸石可包括微孔硅酸盐结构的矿物。应了解，也可使用除沸石以外的可用作分子级吸收性过滤材料的有效成份作为吸气剂。上文所述粘着剂可包含一具有低释气数的粘着剂、或一具有各种释气数的粘着剂。
所属技术领域的技术人员将了解，密封体78的材料量或吸气剂或疏水性材料的量可取决于在其所期望的使用寿命期间将需要自封装结构中移除的水分或污染气体的估计量。密封体78的材料量、或者包含入密封体78内或包含入封装结构70的空腔79内部或外部的吸气剂或疏水性材料的量还不仅取决于在形成封装结构20时在该封装内的水分或污染气体的量，而且还取决于密封体78的渗透速率及封装组件的释气潜力。
在某些实施例中，密封体78的厚度较佳形成为介于约100-300(例如使用薄膜)范围内、约10-30μm范围内、或约为50μm。所属技术领域的技术人员将知，密封体78的厚度及包含入密封体78或封装结构70的空腔79、或者靠近密封体78的外周缘的副密封体内的吸气剂的量将取决于各种因素，例如封装装置的期望寿命、密封体78的材料成分、在寿命期间估计会渗透入封装结构70内的污染物和水分的量、封装结构70的周围环境的预期湿度水平、及在封装结构70内是否包含另外的吸气剂或干燥剂80。
如上文所述，封装结构既可包含也可不包含上文结合图7所述的干燥剂80。例如，在密封体78包含吸气剂时，在副密封体形成于密封体78的外周缘处时，或者在靠近密封体78的内周缘布置一吸气剂时，可不需要在封装结构内使用额外的干燥剂来满足封装装置的期望寿命属性。在其中封装结构不必容纳干燥剂80的实施例中，封装尺寸及成本可相应地得到降低。
在某些实施例中，吸气剂包含沸石。沸石可在相对高的温度下吸收水分子。沸石可将水分及污染气体陷获于其孔隙中。所属技术领域的技术人员将了解，可选择具有不同孔隙尺寸的沸石作为密封体78的材料来吸收不同的污染物。在某些实施例中，吸气剂包含沸石，所述沸石经选择以吸收污染物分子，例如临界直径高达10埃的芳香族支链烃。在另一实施例中，可选择孔隙尺寸介于2埃与3埃之间的沸石来吸收直径小于2埃的污染物分子，例如氢及水分子。在又一实施例中，可使用孔隙尺寸为五十埃的沸石来吸收氮及二氧化碳分子。所属技术领域的技术人员将知，密封体78及在封装结构内部及外部所使用的吸气剂或疏水性材料可包含具有各种孔隙尺寸的沸石或其他特制或功能化吸气剂材料的混合物。
图10A及10B为显示一显示装置2040的一实施例的系统方块图。显示装置2040可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置2040的相同组件或其稍作变化的形式也可作为例如电视及便携式媒体播放器等各种类型显示装置的例证。
显示装置2040包括一外壳2041、一显示器2030、一天线2043、一扬声器2045、一输入装置2048及一麦克风2046。外壳2041通常由所属技术领域的技术人员所熟知的众多种制造工艺中的任一种工艺制成，包括注射成型及真空成形。此外，外壳2041可由众多种材料中的任一种材料制成，包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷、或其组合。在一实施例中，外壳2041包括可拆式部分(未图示)，这些可拆式部分可与其他具有不同颜色的、或包含不同标识、图片或符号的可拆式部分换用。
实例性显示装置2040的显示器2030可为众多种显示器中的任一种，包括本文所述的双稳显示器。在其他实施例中，显示器2030包括例如上文所述的等离子体显示器、EL、OLED、STN LCD或TFTLCD等平板显示器、或例如CRT或其他管式装置等非平板显示器，这些显示器为所属技术领域的技术人员所熟知。然而，为便于说明本实施例，显示器2030包括一如本文所述的干涉式调制器显示器。
图10B示意性地显示实例性显示装置2040的一实施例中的组件。所示实例性显示装置2040包括一外壳2041，并可包括其他至少部分地封闭于其中的组件。例如，在一实施例中，实例性显示装置2040包括一网络接口2027，该网络接口2027包括一耦接至一收发器2047的天线2043。收发器2047连接至处理器2021，处理器2021又连接至调节硬件2052。调节硬件2052可配置成对一信号进行调节(例如对一信号进行滤波)。调节硬件2052连接至一扬声器2045及一麦克风2046。处理器2021还连接至一输入装置2048及一驱动控制器2029。驱动控制器2029耦接至一帧缓冲器2028并耦接至阵列驱动器2022，阵列驱动器2022又耦接至一显示阵列2030。一电源2050根据具体实例性显示装置2040的设计的要求为所有组件供电。
网络接口2027包括天线2043及收发器2047，以使实例性显示装置2040可通过网络与一个或多个装置进行通信。在一实施例中，网络接口2027还可具有某些处理功能，以降低对处理器2021的要求。天线2043是所属技术领域的技术人员所知的用于发射及接收信号的任一种天线。在一实施例中，该天线根据IEEE 802.11标准(包括IEEE 802.11(a)，(b)，或(g))来发射及接收RF信号。在另一实施例中，该天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射及接收RF信号。倘若为蜂窝式电话，则该天线被设计成接收CDMA、GSM、AMPS或其他用于在无线移动电话网络中进行通信的已知信号。收发器2047对自天线2043接收的信号进行预处理，以使其可由处理器2021接收及进一步处理。收发器2047还处理自处理器2021接收到的信号，以使其可通过天线2043自实例性显示装置2040发射。
在一替代实施例中，可由一接收器取代收发器2047。在又一替代实施例中，可由一图像源取代网络接口2027，该图像源可存储或产生拟发送至处理器2021的图像数据。例如，该图像源可为一含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器、或一产生图像数据的软件模块。
处理器2021通常控制实例性显示装置2040的总体运行。处理器2021自网络接口2027或一图像源接收数据(例如压缩的图像数据)，并将该数据处理成原始图像数据或处理成一种易于处理成原始图像数据的格式。然后，处理器2021将处理后的数据发送至驱动控制器2029或发送至帧缓冲器2028进行存储。原始数据通常是指可识别一图像内每一位置处的图像特性的信息。例如，所述图像特性可包括颜色、饱和度及灰度级。
在一实施例中，处理器2021包括一微控制器、CPU、或用于控制实例性显示装置2040的运行的逻辑单元。调节硬件2052通常包括用于向扬声器2045发送信号及用于自麦克风2046接收信号的放大器及滤波器。调节硬件2052可为实例性显示装置2040内的离散组件，或者可并入处理器2021或其他组件内。
驱动控制器2029直接自处理器2021或自帧缓冲器2028接收由处理器2021产生的原始图像数据，并适当地将原始图像数据重新格式化以便高速传输至阵列驱动器2022。具体而言，驱动控制器2029将原始图像数据重新格式化成一具有光栅状格式的数据流，以使其具有一适合于扫描显示阵列2030的时间次序。然后，驱动控制器2029将格式化后的信息发送至阵列驱动器2022。尽管驱动控制器2029(例如LCD控制器)通常是作为一独立的集成电路(IC)与系统处理器2021相关联，然而这些控制器也可按许多种方式进行构建。其可作为硬件嵌入于处理器2021中、作为软件嵌入于处理器2021中、或以硬件形式与阵列驱动器2022完全集成在一起。
通常，阵列驱动器2022自驱动控制器2029接收格式化后的信息并将视频数据重新格式化成一组平行的波形，该组平行的波形每秒许多次地施加至来自显示器的x-y像素矩阵的数百条、有时数千条引线。
在一实施例中，驱动控制器2029、阵列驱动器2022、及显示阵列2030适用于本文所述的任一类型的显示器。举例而言，在一实施例中，驱动控制器2029是一传统的显示控制器或一双稳显示控制器(例如一干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器2022是一传统驱动器或一双稳显示驱动器(例如一干涉式调制器显示器)。在一实施例中，一驱动控制器2029与阵列驱动器2022集成在一起。这种实施例在例如蜂窝式电话、手表及其他小面积显示器等高度集成的系统中很常见。在又一实施例中，显示阵列2030是一典型的显示阵列或一双稳显示阵列(例如一包含一干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置2048使用户能够控制实例性显示装置2040的运行。在一实施例中，输入装置2048包括一小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、一按钮、一开关、一触敏屏幕、一压敏或热敏薄膜。在一实施例中，麦克风2046是实例性显示装置2040的输入装置。当使用麦克风2046向该装置输入数据时，可由用户提供语音命令来控制实例性显示装置2040的运行。
电源2050可包含许多种能量存储装置，此在所属技术领域内众所周知。例如，在一实施例中，电源2050为一可再充电的蓄电池，例如一镍-镉蓄电池或一锂离子蓄电池。在另一实施例中，电源2050是一可再生能源、电容器或太阳能电池，包括塑料太阳能电池及太阳能电池漆。在另一实施例中，电源2050构造成自墙上的插座接收电力。
在某些实施方案中，控制可编程性如上文所述存在于一驱动控制器中，该驱动控制器可位于电子显示系统中的数个位置上。在某些情形中，控制可编程性存在于阵列驱动器2022中。所属技术领域的技术人员将知，可在任意数量的硬件及/或软件组件中及在不同的构造中实施上述优化。
上文说明详述了本发明的某些实施例。然而，应了解，不管上文说明在文字上看起来如何详细，本发明仍可按许多种方式实施。还如上文所述，应注意，在描述本发明的某些特征及方面时所用的特定术语不应被视为意味着该术语在本文中被重新规定为仅限于包括与该术语相关联的本发明特征或方面的任何具体特性。因此，本发明的范畴应按照随附权利要求书及其任何等价内容来加以解释。
权利要求
1.一种系统，其包括一衬底；一形成于所述衬底上的MEMS装置；一背板；及一靠近所述MEMS装置的一周边定位并接触所述衬底及所述背板的密封体，其中所述密封体包含一化学反应性吸气剂。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述密封体包含一定量的吸气剂，所述吸气剂量足以吸收在制造及组装至少之一期间从所述密封体释出的基本上所有的物质。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述密封体包含一粘着剂。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述化学反应性吸气剂包含氧化钙、锶、氧化锶、及铝复合物中的至少一种。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述MEMS装置包括一干涉式调制器。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述衬底包括一透明衬底。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述透明衬底包含玻璃。
8.如权利要求1所述的系统，其进一步包括一靠近所述密封体定位的副密封体。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述副密封体位于所述密封体的一外周缘处。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述副密封体位于所述密封体的一内周缘处。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述副密封体包含一疏水性材料。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述吸气剂包括一干燥剂。
13.如权利要求1所述的系统，其进一步包括一与所述MEMS装置电连通的处理器，所述处理器经配置以处理图像数据；及一与所述处理器电连通的存储装置。
14.如权利要求13所述的系统，其进一步包括一驱动电路，所述驱动电路经配置以向所述MEMS装置发送至少一个信号。
15.如权利要求14所述的系统，其进一步包括一控制器，所述控制器经配置以向所述驱动电路发送所述图像数据的至少一部分。
16.如权利要求13所述的系统，其进一步包括一图像源模块，所述图像源模块经配置以向所述处理器发送所述图像数据。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述图像源模块包括一接收器、收发器、及发射器中的至少一个。
18.如权利要求13所述的系统，其进一步包括一输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送至所述处理器。
19.一种密封一微机电系统(MEMS)装置封装的方法，其包括提供一衬底及一背板，其中所述衬底包括一形成于其上的MEMS装置；靠近所述MEMS装置的一周边形成一密封体，其中所述密封体包含一化学反应性吸气剂；及附装所述衬底、所述密封体、及所述背板，由此将所述MEMS装置囊封于一封装内。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述密封体包含一定量的所述化学反应性吸气剂，所述吸气剂量足以吸收在制造及组装至少之一期间从所述密封体释出的基本上所有的物质。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述密封体包含一粘着剂。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述化学反应性吸气剂包含氧化钙、锶、氧化锶、及铝复合物中的至少一种。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述MEMS装置包括一干涉式调制器。
24.如权利要求19所述的方法，其中所述衬底包括一透明衬底。
25.如权利要求19所述的方法，其进一步包括靠近所述密封体形成一副密封体。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述副密封体形成于所述密封体的一外周缘处。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述副密封体形成于所述密封体的一内周缘处。
28.如权利要求25所述的方法，其中所述副密封体包含一疏水性材料。
29.如权利要求19所述的方法，其中所述吸气剂包括一干燥剂。
30.一种通过如权利要求19所述的方法制成的微机电系统(MEMS)装置封装。
31.一种微机电系统(MEMS)装置，其包括用于透射光的透射构件；用于对透射穿过所述透射构件的光进行调制的调制构件；用于覆盖所述调制构件的覆盖构件；用于在所述透射构件与所述覆盖构件之间形成一空腔的密封构件，其中所述密封构件包括用于与接触所述密封构件的物质起化学反应的反应构件。
32.如权利要求31所述的装置，其中所述透射构件包括一透明衬底。
33.如权利要求31所述的装置，其中所述调制构件包括一干涉式调制器。
34.如权利要求31所述的装置，其中所述覆盖构件包括一背板。
35.如权利要求31所述的装置，其中所述密封构件包括一粘着剂。
36.如权利要求31所述的装置，其中所述反应构件包括一化学反应性吸气剂。
37.如权利要求36所述的装置，其中所述密封构件包含一定量的吸气剂，所述吸气剂量足以吸收在制造及组装至少之一期间从所述密封构件释出的基本上所有的物质。
38.如权利要求36所述的装置，其中所述化学反应性吸气剂包含氧化钙、锶、氧化锶、及铝复合物中的至少一种。
39.如权利要求31所述的装置，其进一步包括一围绕所述密封构件的周缘形成的副密封体。
40.如权利要求39所述的装置，其中所述副密封体包含一疏水性材料。
41.如权利要求39所述的装置，其中所述副密封体围绕所述密封构件的一内周缘形成。
42.如权利要求39所述的装置，其中所述副密封体围绕所述密封构件的一外周缘形成。
全文摘要
本发明揭示用于封装例如干涉式调制器阵列等MEMS装置的方法及系统。一实施例的MEMS装置封装结构70包括一具有化学反应性吸气剂的密封体78。另一实施例的MEMS装置封装800包括一具有一吸气剂的主密封体805、及一靠近主密封体805的外周缘的副密封体804。又一实施例的MEMS装置封装900包括一位于MEMS装置封装900内部并靠近封装密封体78的内周缘903的吸气剂902。
文档编号G02B26/00GK1773358SQ20051010503
公开日2006年5月17日 申请日期2005年9月26日 优先权日2004年9月27日
发明者洛朗·帕尔玛蒂尔, 威廉·J·卡明斯, 布莱恩·J·加利, 克拉伦斯·徐, 马尼什·科塔里 申请人:Idc公司