专利名称：具有整体式加热器的微机电器件封装件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及微机电器件封装件的技术。
背景技术：
微反射镜(Micromirror)是基于微机电系统(MEMS)的空间光调制器(SLM)的关键组件。典型的基于MEMS的SLM通常由微型的微反射镜阵列组成。这些微反射镜可以选择性地偏转(例如响应静电力)，从而选择性地反射入射光以产生数字图像。然而，这类微反射镜对污染(例如湿气和灰尘)极度敏感。这种污染在微反射镜上具有不同的效应，从毛细凝缩(capillary-condensation)和释放后静摩擦(post-release stiction)到微反射镜表面的劣化。这些效应会引起微反射镜在操作中的机械失效。因为这种原因和其它原因，微反射镜阵列器件在释放后经常被封装起来。
无论现今开发的微反射镜阵列器件的封装方法存在何种差异，但通常都使用两个衬底，以及用于粘结这两个衬底的密封介质，其中所述两个衬底中一个用于支撑器件，另一个用于覆盖器件。大多数密封介质需要在结合或粘合(bond)过程中加热。然而，如果加热不当就可能使微反射镜阵列器件退化(degrade)。例如，如果加热不当就会改变微反射镜所需的机械性质。也可能使微粒(例如组成微反射镜的杂质和微粒)被热激活，促使这些激活微粒在微反射镜内扩散，因而加剧了微反射镜的退化。或者热量可使该封装件内的抗静摩擦物质减少。
因此，需要一种方法和装置来封装微反射镜阵列器件。
发明内容
这个目的是通过所附独立权利要求的特征来实现的。本发明优选实施例的特征在从属权利要求中定义。
如上所述，本发明提供了一种用于封装微反射镜阵列器件的装置，和一种利用该装置封装微反射镜器件的方法。为了封装微反射镜器件，提供第一和第二衬底。所述微反射镜阵列器件被容纳在由所述第一和第二衬底形成的空穴内。在封装期间，施加在所述第一和第二衬底之间的一种或多种密封介质由至少一个加热器来进行焊接或结合(solder)，该加热器是沿着所述第一或第二衬底的表面的周缘(periphery)形成的，并嵌入在所述衬底的所述表面下。所述第一和第二衬底通过所述焊接密封介质而被结合在一起。
根据本发明的一个实施例，其中提供了一种用于封装微反射镜阵列器件的封装衬底。该衬底包括一个层压件，该层压件包括多个结合在一起的衬底层；和一个加热器，该加热器沿着所述多个衬底层中一个衬底层的周缘设置，并被置于所述衬底层和所述多个衬底层中另一个衬底层之间。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种封装件。该封装件包括一个第一衬底，该第一衬底具有加热器，该加热器沿着所述第一衬底的一个表面的周缘设置在所述表面之下；一个位于所述第一衬底上的第二衬底；一个位于所述第一和第二衬底之间的半导体器件或微机电系统器件；和一个处于所述第一衬底和所述第二衬底之间的第一密封介质层。
根据本发明的一个进一步的实施例，公开了一种封装微反射镜阵列器件的方法。该方法包括提供第一封装衬底，该衬底包括加热器，该加热器沿着所述衬底的一个表面的周缘设置并与其整合在一起；将半导体器件或微机电器件附着到所述第一衬底；在所述第一衬底的所述表面上沉积第一密封介质；在所述第一密封介质层上放置第二衬底；驱动通过所述加热器的电流以产生热量从而熔化所述第一密封介质；和通过熔化的密封介质层来结合所述第一和第二衬底。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种系统。该系统包括用于提供入射光的光源；空间光调制器，用于选择性地调制所述入射光从而在显示靶上形成图像，其中所述空间光调制器进一步包括第一封装衬底，该衬底具有加热器，该加热器沿着所述第一封装衬底一个表面的周缘设置并嵌入在所述表面下以产生热量；固定在所述第一封装衬底上的微反射镜阵列器件；在所述第一封装衬底上的第二封装衬底；沉积在所述第一和第二封装衬底间的第一密封介质层；和其中所述第一和第二封装衬底通过所述第一密封介质层被结合在一起；聚光元件，用于将所述入射光引导到所述空间光调制器；显示靶；和投影光学元件，用于将所述调制过的光线引导到所述显示靶上。
虽然所附的权利要求给出了本发明各个特征的细节，但是根据下列结合附图的详细描述可以最好地理解本发明及其目的和优点，其中图1a示意性示出了一种用于封装微反射镜阵列器件的封装衬底，根据本发明的一个实施例，该衬底具有加热器，而且该加热器是沿着衬底一个表面的周缘形成的，并被嵌入在该衬底表面下；图1b是图1a中封装衬底的横截面图；图2a示意性示出了一种用于封装微反射镜阵列器件的封装衬底，根据本发明的另一个实施例，该衬底具有加热器，该加热器沿着衬底一个表面的周缘形成，并具有Z字型边缘；图2b是图2a中封装衬底的横截面图；图3示意性示出了一种封装衬底，根据本发明的另一个实施例，该衬底的加热器被层压在封装衬底的两个层之间；图4a示意性示出了一种微反射镜阵列器件，根据本发明的另一个实施例，该阵列器件是通过使用图1中的封装衬底而被封装的；图4b是图4a中封装的横截面图；图5a示意性示出了一种微反射镜阵列器件，根据本发明的另一个实施例，该阵列器件是通过使用图1中的封装衬底而被封装的；图5b是图5a中微反射镜阵列封装件的横截面图；图6a示意性示出了一种微反射镜阵列器件，根据本发明的另一个实施例，该阵列器件是通过使用图3中的封装衬底而被封装的；图6b是图6a中微反射镜阵列器件的横截面图；图7示意性示出了一种已封装的微反射镜阵列器件；图8a是一种采用了图7中已封装微反射镜阵列器件的简化的显示系统；
图8b是描述显示系统示例性操作的方框图，该系统采用了图7中的三个已封装微反射镜阵列器件；图8c示意性示出了一种显示系统，该系统利用图7中的三个已封装微反射镜阵列器件；图9a示意性示出了微反射镜阵列的一种示例性微反射镜；图9b示意性示出了一种示例性微反射镜阵列，该微反射镜阵列由图9a中的微反射镜组成；图10a示意性示出了微反射镜阵列的另一种示例性微反射镜；图10b示意性地示出了一种示例性微反射镜阵列，该微反射镜阵列由图10a中的微反射镜组成。
具体实施例方式
参考附图，本发明被实施成一种用于微反射镜阵列器件的合适的封装工艺。下列描述是基于所选择的本发明的实施例，不应该被理解为对本文没有明确描述的本发明的替换实施例的限制。
参考图1，其中示出了具有整体式加热器的封装衬底，用于封装微反射镜阵列器件。如图所示，封装衬底200包括衬底层210和衬底层215。衬底层210具有凹面，从而可以形成可以放置微反射镜陈列器件的空穴。在衬底层210上，加热器220沿着衬底层210凹面的周缘形成。通过两个导线222将来自外部电源的电流引入加热器220从而产生热量。加热器220被层压在衬底层210和215之间。图1b示出了封装衬底200的横截面图。
在本发明的一个优选实施例中，加热器220具有如图1a所述的Z字型边缘。或者，加热器可以具有任何其它合适的形式，例如一组连续相连的直线(或每条在每端都具有引线的分离线(disconnectedlines))、线圈、或者直线和线圈的组合或Z字型线。衬底210层包括用于容纳微反射镜阵列器件的空穴，然而除了在衬底层210上形成加热器外，还可以在衬底215上形成加热器。特别地，加热器可以形成在衬底215上，形成在面对衬底210的表面上。如将在图2a中看到的那样，衬底215并不是必须的，如果没有提供衬底215，优选可以在衬底210上图案化加热器220，或者将其与衬底210整合在一起。加热器可以由任意合适的材料制成，例如钨，并可以由任意合适的制造薄膜的方法(例如，溅射和电镀)、或者制造厚膜的标准方法(例如，印制)来形成。为了产生热量，可以通过两条导线222来驱动电流。或者，也可以通过导线223将电流引入加热器，导线223形成在衬底层215上并分别连到两条引线222。
优选地，衬底层210和215可以是任意合适的不导电的材料，优选地是陶瓷或玻璃，更优选地是陶瓷。也可以使用其它材料(例如，有机，或者有机无机混合材料)，这取决于其熔点。在本发明的另一个实施例中，衬底层210和215均可为多层结构，从而进一步包括多个衬底层。在这种情形下，衬底210设置加热器的顶层和衬底215对着加热器的底层优选地是不导电的。其它层(包括衬底210顶层下的衬底层和衬底215底层上的衬底层)可以是任何所需的材料，例如陶瓷、玻璃和金属材料。
除了将加热器嵌入封装衬底的表面下的方式外，加热器可以在封装衬底的表面上形成，如图2a和图2b所示。参考图2a，加热器沿着衬底210的表面形成，其上没有其它的衬底层。衬底210可以是多层结构。加热器直接暴露向其它材料，例如密封介质，和结构，例如其它封装衬底。在这种情形下，沉积在加热器上的密封介质优选为不导电的材料，例如玻璃粉。
如上文所讨论的，衬底层210具有一个凹面，从而形成一个可以放置微反射镜阵列器件的空穴。或者，衬底层可以是平板，如图3所示。参考图3，封装衬底260的衬底层266和262都是平板。在衬底层266上形成并沿着衬底层266表面周缘的加热器220，被层压在衬底层266和262之间。类似于图2a中的加热器，可以经由两个加热器导线222来驱动通过加热器的电流从而产生热量。
除了在衬底层266上形成加热器220外，还可以在衬底262上形成加热器。特别地，加热器可以形成在衬底262上，形成在对着衬底层266的表面上。类似于图2a中的衬底层210和215，衬底层262和266可以是任意合适的不导电的材料，优选地是陶瓷或玻璃，更优选地是陶瓷。在本发明的另一个实施例中，衬底层266和262每个都可以是多层结构，从而进一步包括多个衬底层。在这种情形下，衬底266设置加热器的顶层和衬底262对着加热器的底层优选地是不导电的层。其它层可以是任何所需的材料，例如陶瓷、玻璃和金属材料，所述其它层包括衬底266顶层下的衬底层和衬底262底层上的衬底层。微反射镜阵列器件105可以附着到衬底层262并被其支撑。
下面，将参考微反射镜阵列器件的封装件和形成这种封装件的封装工艺来讨论本发明实施例的示例性实现方式。本领域普通技术人员可以理解的是，下面的示例性实施方案仅为了说明，而不应该从任何角度理解成是一种限制。特别地，本发明特别地是用于封装半导体器件或微反射镜阵列器件，但并不局限于此。具有整体式加热器的封装件和利用具有整体式加热器的封装件的方法也可用于封装其它微机电系统，例如基于MEMS的光学开关、图像传感器或检测器以及要求低温气密封的半导体器件。而且，下面示例性实施方案所讨论的具有Z字形边缘的加热器和大致为矩形的封装衬底仅仅是为了清晰说明起见。在不背离本发明精神的前提下，加热器和封装衬底的其它变型也是可行的。例如，加热器可以由一组部段(segment)组成，每个部段是直线、线圈、Z字型线或其它所需的形式。又例如，除了优选的矩形外，封装衬底层可以是任意所需的形状。
参考图4a，其中示出了一种微反射镜阵列器件封装件，该封装件使用了图1中的具有整体式加热器的封装衬底。具体地，微反射镜阵列器件105置于封装衬底200的空穴中，该衬底包括整体式加热器220，如图1所示。虽然在所有的附图中示出了双衬底型微反射镜器件，但也可以使用单衬底器件(例如，形成在硅晶片上的微反射镜)。罩衬底(cover substrate)235优选地是玻璃，用于密封空穴内的微反射镜阵列器件。为了将罩衬底270和封装衬底200结合起来，密封介质230被设置在罩衬底和封装衬底之间，如图所示，密封介质优选地可以形成气密封而且其熔点为300℃或更低，优选地是200℃或更低。优选地，密封材料是无机材料，例如金属、金属合金或金属化合物(例如，金属氧化物或准金属氧化物)。或者，密封介质层230可以直接沉积在封装衬底200的表面上，或者在罩衬底235较低表面的表面上，在这种情形下，密封介质层230可以优选地沿着罩衬底较低表面的周缘被沉积。密封介质230的材料优选地是稳定的、可靠的、经济的，而且具有与微反射镜阵列器件封装件的其它组件(例如封装衬底200和罩衬底235)相适宜的良好热性质，例如热膨胀系数(CET)、导热率等。进一步优选的是，密封介质具有低熔点(当密封介质是非金属时)或低焊接温度(当密封介质是金属时)。玻璃粉，例如Kyocera KC-700就是一种可接受的用于密封介质的待选产品。在结合过程中，经由两个加热器导线(即，导线222)来驱动通过整体式加热器的电流从而产生热量。电压幅度是由加热器的电特性(例如，加热器材料的电特性、加热器的形状)、封装衬底200衬底层的热特性和几何形状以及封装衬底200表面上用于熔化密封介质(例如，密封介质层230)的所需温度所确定的。作为实例，密封介质230的熔点，也就是封装衬底200表面上的所需温度，是从100到300℃，优选地大约350℃。加热器优选地以从1毫米到10毫米、优选地大约7毫米的距离嵌入在封装衬底的表面下。在这个实例中，封装衬底是陶瓷。然后，在两个加热器引线222间建立的电压优选地从40到100伏特，优选地大约70伏特。换言之，这个电压使加热器产生的热量能够将封装衬底的表面温度升到密封介质层230的熔点。因此，密封介质熔化从而用于结合罩衬底235和封装衬底200。同时，微反射镜器件处的温度远低于引起微反射镜器件中微反射镜机械故障的温度。在本发明的这个实施例中，微反射镜器件处的温度优选低于70℃。
在结合过程中，可以向罩衬底施加外部压力，如图4b中所示，其中示出了图4a的横截面图。经过预定的时间段后，如果罩衬底和封装衬底被安全地结合，就可以撤去电压以及外部压力，但不必要同时撤去。如图4b中所示，可以在封装件270内提供一种或多种吸气剂(getter)325，用于吸收湿气和杂质颗粒(例如有机颗粒)，这些湿气和颗粒是在封装过程中，特别是在加热过程中，被密封在空穴内或者从封装件270的组件中散发出的。
虽然罩衬底235优选地是可见光透明(visible light transparent)的玻璃，但也可以是其它材料，例如金属或对可见光不透明的材料。罩衬底235优选包括镶嵌的透光玻璃，用于使光线穿行避过并照射在微反射镜阵列器件105上。或者，罩衬底235可以具有开口形成的窗口，透光玻璃安装在该窗口上从而可以穿过入射光。另外，可以沿着罩衬底235使用挡光掩模，该掩模在掩模周围具有挡光带从而可以挡住入射光，使其不会照射在微反射镜阵列器件的表面上。这样，就可以改进微反射镜阵列器件的光学性能，例如对比度。
除了利用玻璃粉作为密封介质之外，其它合适的材料，例如可焊接的金属材料，例如Au、BiSnx、AuSnx、InAgx、PbSnx和铜，也可以利用。然而，大多数可焊接的金属材料不容易结合到衬底表面上经常形成的氧化物材料或层。为了解决这个问题，优选在使用可焊接的金属密封介质之前，可以利用金属化薄膜来对衬底表面进行金属化，下面将会进一步详细讨论。
参考图5a，密封介质层245包括可焊接的金属材料，该材料优选地是稳定的、可靠的、经济的，而且具有与微反射镜阵列器件封装件的其它组件(例如封装衬底200和罩衬底235)相适宜的热学性质，例如热膨胀系数(CET)，导热率等。为了增强密封介质层245与衬底235和200表面的结合，提供金属化层240和250来分别金属化罩衬底235的底表面和封装衬底200的顶表面。金属化介质可以是任意合适的材料，例如铝、金、镍或两种或更多种合适金属元素的组合物，例如金/镍，优选地是一种具有低焊接温度的材料。这些材料可以通过使用合适的沉积方法被沉积在表面上成为厚膜或薄膜，合适的沉积方法例如那些用于沉积薄膜的标准方法(例如，溅射)和那些用于沉积厚膜的标准方法(例如，印制和涂糊)。在本发明的一个实施例中，沉积介质层250是一薄层贵金属材料，例如金。这种金属化介质层优选地是沉积的，例如在罩衬底235的底表面上溅射成薄膜。类似地，另一个金属化层240设置在密封介质层245和封装衬底200之间用于金属化封装衬底的顶表面。金属化层240也优选地是沉积的，例如在封装衬底200的上表面上溅射成薄膜。如果金属化层250和240分别被沉积在罩衬底235的底表面和衬底200的上表面，这些金属化层就具有高焊接温度。在这种情形下，这些金属化层分别与罩衬底235和衬底200整合在一起。或者，金属化层250和240每个都可以是多层结构。作为实例，多层结构包括金属氧化物层(例如，CrO2和TiO2)、金属层(例如，Cr和Ti)、第二金属层(例如，Ni)和在顶上的第三金属(例如，Au)。首先在非金属例如陶瓷和玻璃的衬底表面上沉积金属氧化物层，因为它对非金属衬底的表面呈现强结合性，其中非金属衬底的表面通常被氧化了。金属层通常包括金属材料，该金属对金属氧化物层呈现强结合性。第二金属层沉积在第三金属层和第一金属层之间以防止第一金属材料扩散到顶上的第三金属层内。作为另一个实例，金属化层240进一步包括钨层、镍层和金层。当然，金属化介质层250也可以是多层结构，从而进一步包括所需的多个金属化层。顶上的第三金属层优选包括具有低氧化性的金属材料。用于第三金属层的示例性金属材料包括Au、Cr和其它贵金属。
在封装过程中，嵌入在封装衬底200表面下的整体式加热器被供电从而产生热量以焊接金属化层240和250之间的密封介质层245。同时，可以向封装件施加外部压力以增强封装衬底200和罩衬底235的结合，如图5b所示。
在本发明的另一个实施例中，罩衬底235也可以具有加热器。如参考图1b所描述的封装衬底200中的加热器(例如，加热器220)那样，罩衬底235中的加热器可以沿着罩衬底表面的周缘形成并嵌入在罩衬底的所述表面下。罩衬底中的这个加热器可以用来结合罩衬底和封装衬底。而且，特别用于焊接金属化介质层250和密封介质层245。
图5a中封装件275的横截面图在图5b中示出。如图所示，可以提供其它特征，例如提供吸气剂325用于吸收湿气。
参考图6a，其中示出了根据本发明另一个实施例的微反射镜阵列器件封装件，该封装件利用如图3中所示的封装衬底。如图所示，封装衬底300是平板，并具有嵌入在封装衬底表面下的整体式加热器220。微反射镜阵列器件105附着到封装衬底并由其支撑。隔板310被放置在封装衬底上，从而和封装衬底300一起形成用于容纳微反射镜阵列器件的空间。罩衬底320放置在隔板和封装衬底上方。为了将封装衬底、隔板和罩衬底结合成微反射镜阵列器件封装件，密封介质层315和305被分别设置在罩衬底和隔板之间、以及隔板和封装衬底之间。在本发明的实施例中，封装衬底300和隔板310是陶瓷。或者，隔板310可以是Kovar(科伐合金)、Invar(因瓦合金)、和NiFex。而罩衬底320可以是透光玻璃。密封介质层315和305是玻璃粉。在封装过程中，加热器220被供电从而产生热量以熔化密封介质层305和315。或者，可以施加外部压力(未示出)以加强结合。
作为该实施例的可选择的特征，可以在罩衬底320中形成另一个加热器。和封装衬底300中的加热器一样，另一个加热器可以沿着罩衬底的表面形成但在该表面下。这个加热器在封装过程中可以被供电从而产生热量以焊接密封介质层315。如果密封介质层315是金属材料，罩衬底320的加热器可以形成在罩衬底的表面上从而产生热量以焊接密封介质315。
在本发明的另一个实施例中，可以用可焊接的金属密封介质将罩衬底、隔板和封装衬底结合在一起。在这种情形下，密封介质层315和305每个都是两个金属化层(例如，图5a中的金属化层250和240)和置于两个金属化层之间的密封介质层(例如，图5a中的密封介质层245)组合而成。或者，该组合的每个金属化层中都可以是多层结构，从而进一步包括多个金属化层。作为一个实例，每个密封介质层315或305可以是Au(或Al)层和Kovar(或Invar)层和Au(或Al)层的组合、或Au(或Al)层和Kovar(或Invar)层和多层结构的组合，该多层结构进一步包括Au层和镍层和钨层。
如以上讨论的那样，罩衬底320是玻璃从而允许入射光穿过以照射到微反射镜阵列器件上。或者，罩衬底可以是陶瓷或金属材料或其它任何对可见光不透明的所需材料。在这种情况下，罩衬底包括镶嵌了玻璃的窗口从而允许入射光线穿过。或者，可以在衬底窗口上安装玻璃板，该衬底不能透过入射光线。作为该实施例的又一个可以选择的特征，挡光掩模(例如矩形框)可以附着到罩衬底的表面，或者直接涂到或者沉积在罩衬底的四周，从而能够阻挡微反射镜阵列器件周围的入射光线。这特别用于罩衬底是玻璃的情形。
除了平板形状外，罩衬底可以是凹罩盖(未示出)，罩衬底的底表面朝着罩衬底相对的表面(例如，顶表面)延伸。在这种情况下，不用隔板310，罩盖和封装衬底300就可以形成容纳微反射镜阵列器件的空间。因此，金属化介质层的数目和密封介质层的数目可以减小，从而简化了结合过程。例如，如果用罩盖罩衬底320和封装衬底300来容纳微反射镜阵列器件105，就可以在此直接实施参考图4a和5a所描述的封装过程。
参考图6b，其中示出了图6a中微反射镜阵列封装件的横截面图。除了封装衬底外，也可以在封装件内形成罩衬底、密封介质层和金属化介质层。可传递光线的罩衬底不需要平行于下方的衬底和微反射镜阵列器件，如Huibers在2003年1月29日提交的美国专利申请10/343,307中所给出的那样，该申请的主题在此以引入方式并入本文。
本发明的微反射镜阵列封装件具有各种适用情形(例如，无掩模光刻、原子光谱技术、微反射镜阵列的无掩模加工、信号处理、显微技术、图像传感器/检测器和CCD等)，其中一个就是显示系统。图7示出了根据本发明一个实施例的示例性微反射镜阵列封装件。微反射镜阵列器件被结合在封装件内从而被保护。入射光可以穿过罩衬底从而照射在微反射镜阵列器件的微反射镜上。这种封装件可以用于实际应用中，其中一种就是显示系统。
参考图8a，其中示出了利用图7微反射镜阵列器件封装件的一种典型的显示系统。在其基本构造中，显示系统包括光源102、光学器件(例如，光导管104、透镜106和108)、色轮103、显示靶112和空间光调制器110，该空间光调制器利用了图7中的微反射镜阵列器件封装件。光源102(例如，弧光灯)射出入射光线，其穿过色轮和光学器件(例如，光导管104和物镜106)，照射在空间光调制器110上。空间光调制器110选择性地向光学器件108反射入射光从而在显示靶112上产生图像。显示系统可以用很多方式操作，例如在Richards的美国专利6,388,661和在2003年1月10日递交的序列号10/340,162的美国专利申请中所给出的，上述两个文献的主题在此以引用方式并入本文。
参考图8b，示出了一种实施三个空间光调制器的显示系统的方框图，每个调制器都具有图7中的微反射镜阵列器件封装件，其中每个空间光调制器用于分别调制三个基色(即，红、绿和蓝)光束。如图所示，来自光源102的光174穿过滤光器176从而被分成三束基色光束，即，红光176、绿光178和蓝光180。每种颜色的光束照射到一个独立的空间光调制器上并由其调制。具体地，红光176、绿光178和蓝光180分别照射空间光调制器182、184和186并被调制。调制后的红光188、绿光190和蓝光192在光合成器(light combiner)194中被重新合成为调制色图像。合成色光(Combined color light)196被引导到(例如，通过投影镜)显示靶112上用于显示。图8c示出了基于图8b方框图的简化的显示系统。
参考图8c，该显示系统利用二向色棱镜组件204将入射光分成三束基色光束。二向色棱镜组件包括棱镜176a、176b、176c、176d、176e和176f。完全内向反射(TIR)表面，即，TIR表面205a、105b和205c在对着气隙的棱镜表面处被确定。棱镜176c和176e的表面198a和198b涂有二向色薄膜，从而成为二向色表面。特别地，二向色表面198a发射绿光而传递其它光线。三个空间光调制器182、184和186沿着棱镜组件的周围排列。每个空间光调制器包括图7中的微反射镜阵列器件封装件用于调制入射光。
无论光学系统利用的是图8a中的单个微反射镜阵列封装件，还是图8b和8c中的多个微反射镜阵列封装件，来自光传递衬底的反射被优选地最小化。在操作中，来自光源102的入射白光174进入棱镜176b，然后以大于TIR表面205a临界TIR角的角度被引导向TIR表面205a。TIR表面205a朝着空间光调制器186完全内向反射入射白光，该空间光调制器用于调制入射白光中的蓝光成分。在二向色表面198a处，来自TIR表面205a的完全内向反射光中的绿光成分从其分离处来并被反射向空间光调制器182，该空间光调制器用于调制绿光。如图所示，分离的绿光经过TIR的TIR表面205b从而以所需的角度照射空间光调制器182。这可以通过以下的方式实现，即，将分离绿光射到TIR表面205b上的入射角设置成大约TIR表面205b的临界TIR角。在来自TIR表面205a的反射光中，除了绿光之外剩下的光成分穿过二向色表面内198a并在二向色表面198b处被反射。因为二向色表面198b用于反射红光成分，射到二向色表面198b上的红光成分因此被分离并被反射到空间光调制器184上，该空间光调制器用于调制红光。最后，入射白光(白光174)中的蓝色成分到达空间光调制器186并由其调制。通过三个空间光调制器的协同操作，红、绿和蓝光可以被合适地调整。调制红、绿和蓝光被重新收集并通过光学元件(如果需要的话)传到显示靶112上，所述光学元件例如投影镜202。
参考图9a，其中示出了微反射镜阵列器件的示例性微反射镜器件。如图所示，微反射镜盘136固定到铰链155。该铰链由形成在衬底120上的杆152固定。在这种结构下，微反射镜板可以沿着铰链在衬底上转动。作为可以选择的特征，可以形成两个制动器以控制微反射镜盘的转动。衬底优选地是玻璃。或者，衬底可以是半导体晶片，从而可以在其上构造标准DRAM电路和电极。图9b示出了一种包括多个图9a微反射镜器件的微反射镜阵列。该阵列在上部衬底上形成，该衬底优选地是光透明玻璃。下部衬底优选地是半导体晶片，可以在其上形成电极和电路阵列从而以静电方式控制上部衬底中微反射镜的转动。除了如以上讨论的可以在不同的衬底上形成微反射镜阵列和电极和电路阵列之外，可以在同一个衬底上形成这些阵列。
图9a和图9b示出一种示例性微反射镜器件，该器件的微反射镜盘具有Z字型边缘。这并不是绝对需要的。相反，微反射镜盘可以是任意所需的形状。图10a中示出了另一种具有不同结构的示例性微反射镜器件。参考图10a，微反射镜盘具有“钻石”形状。铰链平行于微反射镜板的对角线但偏离该对角线。值得指出的是，该铰链结构具有朝微反射镜盘一端延伸的臂。整个铰链结构和铰链形成在微反射镜盘下。这种结构有很多优点，例如通过铰链和铰链结构减少了入射光的折射。图10b示出一种示例性的微反射镜阵列器件，该器件由多个图10a中的微反射镜器件组成。
如上文所讨论的，密封介质层(例如图4a中的层230和图5a中的层245)，优选包括具有低熔化或焊接温度的的材料。实际上，也可以使用其它具有相对较高熔化或焊接温度的材料。在这种情况下，可以使用外部冷却机制例如冷却盘来对封装件进行散热。例如，冷却盘可以固定到图4a和图4b中的衬底200。另外，本发明不仅用于低温封装的应用中，而且也可以用于高温封装的应用中。
本领域技术人员应该理解的是，本文描述了一种新的、有用的微反射镜阵列封装件和应用该封装件的方法，以封装微反射镜阵列器件。然而考虑到如果使用本发明的原理还有很多可能的实施例，就应该认识到此处参考附图所描述的实施例仅仅是说明性的，而不应该看成是对本发明范围的限制。例如，本领域普通技术人员应该认识到，在不脱离本发明精神的情况下，所描述的实施例在布局和细节上是可以变动的。特别地，其它保护材料，例如惰性气体，可以填充在由封装衬底和罩衬底形成的空间内。又例如，封装衬底、以及罩衬底和隔板可以是其它合适的材料，例如二氧化硅、碳化硅、氮化硅、和玻璃陶瓷。又例如，也可以使用其它合适的辅助方法和组件，例如在焊接密封介质层的结合过程中可以利用红外辐射，以及转渡(aliening)衬底的柱或其它结构。另外，其它所需的材料，例如抗静摩擦的材料，优选是气相形式的，也可以被沉积在封装件内以减少微反射镜阵列器件中的微反射镜静摩擦。可以在结合罩衬底和下部衬底之前沉积抗静摩擦材料。如果罩衬底(例如图4a、4b和4c中的罩衬底235)是可透过可见光的玻璃，它就可以平行于微反射镜阵列器件(例如图4a、4b和4c中的器件105)和封装衬底(例如封装衬底300)放置。或者，罩衬底可以与微反射镜阵列器件或封装衬底成一定的角度放置。因此，本文所描述的发明涉及所有这些实施例，而且它们都在所附权利要求及其等同物的范围内。
权利要求
1.一种用于封装微反射镜阵列器件的封装件的衬底，该衬底包括一个层压件，该层压件包括多个结合在一起的衬底层；和一个加热器，该加热器沿着所述多个衬底层中一个衬底层的周缘设置，并被置于所述衬底层和所述多个衬底层中另一个衬底层之间
2.根据权利要求1所述的衬底，其中所述加热器具有Z字型形状。
3.根据权利要求1所述的衬底，其中所述衬底层是陶瓷。
4.根据权利要求1所述的衬底，其中所述衬底层是玻璃。
5.根据权利要求1所述的衬底，其中所述加热器包括钨。
6.根据权利要求1所述的衬底，其中所述多个衬底层形成一个空穴，且所述微反射镜阵列器件被置于该空穴内。
7.根据权利要求6所述的衬底，其中所述多个衬底层中的一个衬底层上沉积有一个用于至少对所述衬底层进行金属化的金属化层、或者玻璃粉。
8.根据权利要求1所述的衬底，其中所述层压件是平板。
9.一种封装件，其包括一个第一衬底，该第一衬底具有加热器，该加热器沿着所述第一衬底的顶表面的周缘设置，并处于所述顶表面之下；一个位于所述第一衬底上的第二衬底；一个位于所述第一和第二衬底之间的半导体器件或微机电系统器件；和一个将所述第一衬底和所述第二衬底结合在一起的第一密封介质层。
10.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第一密封介质层进一步包括玻璃粉或可焊接的金属材料，其将所述第一和第二衬底结合在一起。
11.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第一衬底是一种包括多个衬底层的多层结构。
12.根据权利要求9所述的封装件，其中所述加热器具有Z字型形状。
13.根据权利要求9所述的封装件，其中所述加热器包括金属材料。
14.根据权利要求9所述的封装件，其中所述微机电器件是微反射镜阵列器件，其包括用于选择性地反射光线的微反射镜阵列。
15.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第一衬底是陶瓷。
16.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第二衬底是对可见光透明的玻璃。
17.根据权利要求16所述的封装件，其中所述第二玻璃衬底的至少一个表面上沉积有一个抗反射层，用于增强可见光穿过所述玻璃衬底的透射性。
18.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第二衬底进一步包括另一个加热器，其沿着所述第二衬底的一个表面的周缘设置，并处于所述第二衬底的所述表面之下。
19.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第一密封介质层是一种多层结构，其进一步包括多个可焊接的金属化层，用于金属化所述第一衬底的所述表面。
20.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第一密封介质层是一个可焊接的金属化层，用于金属化所述第一衬底的所述表面。
21.根据权利要求20所述的封装件，进一步包括所述第一密封介质层上的一个金属焊接层；和一个第二密封介质层，其是所述金属焊接层和所述第二衬底之间的可焊接金属化层，用于金属化所述第二衬底的表面，所述表面面对所述第一衬底的空穴内的所述微反射镜阵列器件。
22.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第一衬底具有一个凹面，其形成一个空穴，且所述半导体或所述微机电器件被置于该空穴内。
23.根据权利要求9所述的封装件，其中所述第一衬底是一个平板，所述半导体或所述微机电器件被置于其上。
24.根据权利要求23所述的封装件，其中所述封装件进一步包括一个位于所述第一和第二衬底之间的隔板；且其中所述第一密封介质层处于所述隔板和所述第一衬底之间，用于将所述第一衬底和所述隔板结合起来。
25.根据权利要求24所述的封装件，其中所述第一密封介质是玻璃粉或可焊接的金属层。
26.根据权利要求25所述的封装件，其中所述可焊接的金属层进一步包括用于金属化所述第一衬底所述表面的第一金属化层、用于将所述第一衬底和所述隔板结合在一起的密封介质层和用于金属化所述隔板所述表面的第二金属化层。
27.根据权利要求24所述的封装件，其中所述封装件进一步包括处于所述隔板和所述第二衬底之间的第二密封介质层。
28.根据权利要求27所述的封装件，其中所述第二密封介质是玻璃粉或可焊接的金属化层。
29.根据权利要求28所述的封装件，其中所述可焊接的金属层进一步包括用于金属化所述第一衬底第一表面的第一金属化层、用于将所述第一衬底和所述隔板结合在一起的密封介质层和用于金属化所述隔板所述表面的第二金属化层。
30.根据权利要求23所述的封装件，其中所述微反射镜阵列和所述电极和电路阵列形成在一个器件衬底上。
31.根据权利要求23所述的封装件，其中所述微反射镜阵列形成在一个对可见光透明的玻璃衬底上；且其中所述电极和电路阵列形成在一个晶片上。
32.一种方法，其包括提供一个包括加热器的第一封装衬底，所述加热器沿着所述衬底的一个表面的周缘设置并与其整合在一起；将一个半导体器件或一个微机电器件附着到所述第一衬底；在所述第一衬底上放置一个第二衬底，且在两者之间设置一个第一密封介质层；驱动一个电流通过所述加热器，从而产生热量以熔化所述第一密封介质；和通过所熔化的密封介质来结合所述第一和第二衬底。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述加热器嵌入在所述第一衬底的所述表面下。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述加热器形成在所述第一衬底的所述表面上。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述加热器由钨制成。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述加热器具有Z字型边缘。
37.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一密封介质是玻璃粉。
38.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一密封介质是可焊接的金属层。
39.根据权利要求32所述的方法，进一步包括将所述半导体器件或所述微机电器件放到由所述第一衬底确定的空穴内；并将一种抗静摩擦材料沉积在所述空穴内。
40.根据权利要求39所述的方法，进一步包括在所述第二衬底上形成另一个加热器，并使所述加热器沿着所述第二衬底的一个表面的周缘布置；驱动另一个电流通过所述第二衬底上的加热器。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述第二衬底中的加热器嵌入在所述表面下，而且该加热器是沿着所述表面的周缘形成的。
42.根据权利要求32所述的方法，进一步包括在驱动所述电流通过所述第一衬底中的加热器时，在所述第一和第二衬底上施加压力，以使所述第一和第二衬底结合。
43.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一衬底是平的；且其中所述方法进一步包括在结合所述第一和第二衬底之前，在所沉积的第一密封介质层上且在所述第一和第二衬底之间放置一个隔板；并在所述隔板和所述第二衬底之间沉积一个第二密封介质层。
44.根据权利要求32所述的方法，其中驱动所述电流通过所述加热器的步骤进一步包括驱动所述电流通过所述加热器，从而将所述第一衬底的所述表面加热到大约300℃或更高。
45.根据权利要求32所述的方法，其中驱动所述电流通过所述加热器的步骤进一步包括驱动所述电流通过所述加热器，从而将所述第一衬底的所述表面加热到大约200℃或更高。
46.根据权利要求32所述的方法，其中驱动所述电流通过所述加热器的步骤进一步包括驱动所述电流通过所述加热器，从而将所述第一密封介质加热到100℃至300℃。
47.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一密封介质的熔点大约为300℃或更低。
48.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一密封介质的熔点大约为200℃或更低。
49.根据权利要求32所述的方法，其中驱动所述电流通过所述加热器时，所述半导体和所述微机电器件所在位置处的温度大约为70℃或更低。
50.一种系统，其包括一个用于提供光的光源；一个空间光调制器，用于选择性地调制来自所述光源的光，从而在一个显示靶上形成图像，其中所述空间光调制器进一步包括一个具有加热器的第一封装衬底，所述加热器沿着所述第一封装衬底的顶表面的周缘设置并嵌入在所述顶表面下以产生热量；一个固定在所述第一封装衬底上的微反射镜阵列器件；一个处于所述第一封装衬底上的第二封装衬底；和一个第一密封介质层，其将所述第一封装衬底和所述第二封装衬底结合起来；一个聚光元件，用于将所述入射光引导到所述空间光调制器上；一个显示靶；和一个投影光学元件，用于将调制过的光线引导到所述显示靶上。
51.根据权利要求50所述的系统，进一步包括一个具有至少三个色区的色轮，每个色区对应三种基色中的一种，三种基色包括红、蓝和绿。
52.根据权利要求50所述的系统，其中所述第一封装衬底具有一个凹面，其形成一个空穴，且所述微反射镜阵列器件被置于该空穴内。
53.根据权利要求50所述的系统，其中所述第一封装衬底进一步包括多个衬底层。
54.根据权利要求50所述的系统，其中所述第一封装衬底是陶瓷。
55.根据权利要求50所述的系统，其中所述第一封装衬底中的加热器具有Z字型形状。
56.根据权利要求50所述的系统，其中所述密封介质层是玻璃粉。
57.根据权利要求50所述的系统，其中所述第一封装衬底中的加热器是钨。
58.根据权利要求50所述的系统，其中所述第二衬底是对可见光透明的玻璃。
59.根据权利要求58所述的系统，其中所述玻璃衬底上涂有一个抗反射层，用于增强可见光穿过所述玻璃衬底的透射性
60.根据权利要求50所述的系统，其中所述第二封装衬底进一步包括另一个加热器，其沿着所述第二封装衬底的一个表面的周缘布置并被嵌入在所述第二封装衬底的所述表面下。
61.根据权利要求50所述的系统，其中所述微反射镜阵列器件进一步包括一个微反射镜阵列，用于选择性地反射入射光；和一个电极和电路阵列，用于以静电方式控制所述微反射镜。
62.根据权利要求61所述的系统，其中所述微反射镜阵列和所述电极和电路阵列形成在一个器件衬底上。
63.根据权利要求62所述的系统，其中所述微反射镜阵列和所述电极和电路阵列形成在分离的器件衬底上。
64.根据权利要求50所述的系统，其中所述第一密封介质层是一个可焊接的金属化层，用于金属化所述第一封装衬底的所述表面；且其中所述第二密封介质是一个可焊接的金属化层，用于金属化所述第二封装衬底的所述表面。
65.根据权利要求64所述的系统，其中所述第一或第二密封介质层是多层结构。
全文摘要
本发明公开了一种具有整体式加热器的微机电器件封装件以及一种封装微机电器件的方法。所述微机电器件封装件包括第一封装衬底和第二封装衬底，两者之间放置有微机电器件，例如微反射镜阵列器件。为了将所述第一和第二封装衬底结合在一起以封装其内的微机电器件，要沉积一个密封介质层，并通过加热器对其加热，从而将所述第一和第二封装衬底结合在一起。
文档编号H01L23/02GK1836324SQ200480013423
公开日2006年9月20日 申请日期2004年5月12日 优先权日2003年5月22日
发明者T·达恩 申请人:反射公司