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晶圆级MEMS真空包装 R. Gooch,a) T. Schimert, W. McCardel, and B. Ritchey 雷声系统公司，微软35，达拉斯，德克萨斯州75243 D. Gilmour and W. Koziarz空军研究实验室/ IFTE，罗马，纽约13441-4505 (1998年10月12日1999年4月26日)真空包装的高性能红外（IR）的MEMS非制冷探测器和阵列，惯性MEMS加速度计和陀螺仪，射频（RF）MEMS谐振器是一个技术发展道路，以低成本，高容量的MEMS生产中的关键问题。传送到晶圆厂的晶圆级真空包装，包装操作。它是中性的产品使MEMS商用化的技术，为家庭，工业，汽车，环境监测应用。 4英寸晶圆级真空包装已被证明使用红外MEMS测辐射热计和结果将在这篇文章中提出。除了晶圆级封装，组件级陶瓷真空包真空包装的可靠性得到的结果也将提交。 1999美国真空学会。S0734-210199！21204-3 1、 引言 真空包装的高性能红外（IR）的MEMS非制冷探测器和阵列，以及惯性MEMS加速度计和陀螺仪，射频（RF）MEMS谐振器是在技术发展道路的关键问题，以低成本，高容量的MEMS生产。大多数非致冷探测器技术采用细长的热隔离腿支撑基板薄，热响应暂停膜像素设计热隔离。典型的悬浮膜热阻的热隔离衡量ED是，即热导。这样的隔热水平，需要分10毫托真空的真空环境，消除通过气导包中的热损失 。图1、组件级和晶圆级真空包装比较方法 在这篇文章中，晶圆级红外MEMS非制冷探测器的真空包装的最新研究成果，提出了一个组件级陶瓷真空包装方法的对比。组件级和晶圆级封装方法的比较示于图1。组件级真空包装过程中涉及到MEMS晶圆切割和安装在个别其后密封和测试的陶瓷封装的MEMS芯片。在waferlevel包装方法，MEMS模具密封在一个密封的过程，并随后在晶圆级测试。晶圆被切割成个别真空包装死于测试完成后。晶圆级真空包装方法的主要优点是大大降低了成本和相对较高的卷吞吐量组件级的真空包装方法。晶圆级封装还提供低成本微小型化和系统集成方面的关键优势。 图2（a）1英寸晶圆级真空包装，密封环结构（b）1及（c）英寸晶圆，4英寸晶圆结果晶圆级真空包装的a-Si微测阵列。分10毫托真空晶圆级封装阵列已被证明。从正在进行的密封式晶圆级封装测试的结果表明，迄今没有退化包真空包7个月的寿命。一个4英寸晶圆级真空包78的晶圆密封产量的过程中已被证明。还提出了一个84针0.7*0.7英寸腔和16针0.2*0.3英寸腔CERDIP封装陶瓷真空包的可靠性结果。一个抗反射涂层的硅或锗盖密封陶瓷封装。分10毫托真空包装的a-Si微测阵列已被证明。此外，陶瓷真空包装的微测阵列已受到烘烤的高温稳定性测试，在150为在空军研究实验室，纽约，罗马，1500没有包真空退化。陶瓷真空包装已使用可靠的a-Si微测阵列封装热阻接近辐射限制的包热隔离 。图3、1英寸晶圆级10毫托真空的真空包装 二、晶圆级真空包装 晶圆级真空包装，低成本，高容量的红外MEMS惯性MEMS，RF MEMS应用正在开发中。1英寸，4英寸晶圆锯的零件进行了初步发展。的晶圆级封装过程现在已经扩大到4英寸晶圆。近日，4英寸晶圆级真空包装示范使用的a-Si微测阵列晶片已进行了密封晶圆产量的78。如图1英寸晶圆级封装2（a）。1英寸的一部分，有独立包装的死，硅微测每个密封环，见图6。2（b）一个1英寸晶圆包含四个双通道微测封装模具和两个四通道封装模具，分别用于在红外气体传感器的应用。密封的热辐射计腔如图密封下运行使用金属互连解决。2（b）互连密封圈电绝缘氮化层分离。一个4英寸微测晶圆显示密封圈结构如图2（c）。晶圆级真空包装，结果表明包真空10毫托如图3。为了获得精确的校准在晶圆级真空包装模具的细胞压力，孔钻在一个密封包装和包被放置在一个真空杜瓦获得微测信号与真空压力校准曲线显示在弄清楚。使用曲线，在密封包装的信号（54毫伏）对应到9毫托密封的真空度 。图4。晶圆级封装超过7个月期间的稳定 六个打包的稳定真空度测量死在1英寸晶圆级封装图2（B）已进行了7个月的期间内没有任何包装模具的微测信号的退化。图所示为真空晶圆级封装123号稳定结果如图4。在五六个包模的微测信号显示超过7个月的试验表明，晶圆级封装真空并没有恶化的时期保持稳定。一个短的开发在封装模具1号之后的第三次测量的数据不可用。这些结果是一个长期可靠的非致冷探测器真空晶圆级封装的第一个示范。该软件包将继续进行监测，评估延长一段时间的晶圆级真空包装的完整性。 晶圆级封装过程已扩大到4英寸晶圆图2（c）条近4英寸的a-Si辐射热计晶圆级真空包装示范参展密封产量的78，整个功能模晶圆。密封4英寸晶圆锯的个别模具，如图9以下讨论三 。图5。84引脚陶瓷封装（a）显示安装阵列（二）密封 3、 用于组件级陶瓷真空包装的可靠性研究 图6。 84引脚陶瓷封装结果 在本节中，将真空包装的稳定性和可靠性都高，高温烘烤稳定和组件级陶瓷封装长期的真空稳定性试验获得的研究。 84针陶瓷真空包装，为大面积的MEMS开发，如图5。如图0.7开放84针氧化铝陶瓷封装*0.7英寸腔面积。 5（a）与两个256*78A硅微测阵列安装在腔。如图焊接密封抗反射（AR）涂层锗窗口（8-12微米的光谱带通）包5（b）。 GE窗口，因为它在8-12微米波段的透明度。此外，低的热膨胀系数（CTE）不匹配之间的氧化铝陶瓷封装()和GE窗口()是产量高，质量可靠焊接密封使用这种大包的过程中的一个关键要求。 真空包装在一个密封的84引脚封装，得到的结果如图6。至于与晶圆级封装，真空校准进行封装后密封，在密封包装的盖子上钻一个孔，并放置在真空杜瓦包，获得了微测信号与真空度的校准曲线测试。大面积的84引脚陶瓷真空包装后密封与真空度的微测信号校准曲线如图6。在这种情况下的密封包装测辐射热计的信号水平是101毫伏。从图中的校准曲线，这相当于3毫托的真空密封包装。图7。150烘烤84引脚陶瓷封装的稳定结果 两个84引脚的陶瓷真空包装，含双256* 78阵列都受到高温烘烤稳定性测试，在空军研究实验室，纽约，罗马。在测试中，593和595包，以150烤1500。结果，如图所示。7，显示为两个通道，在每包（-6，-8）的辐射热计的信号水平。该软件包进行了测试后共100小时，在150C烘烤和复检后，共有350个，1000和1500，分别在150烤。 100小时后，在这两个探测器的渠道表现出辐射热计信号略有增加。1500年之后，这两个包中的探测器通道593基本保持不变。在595包，是一个信号后小幅回落350由于部分分层抗反射涂层。然而，最后两个通道的信号电平与初始信号电平，表示没有真空包退化。据悉，在图的a-Si微测信号电平第7两至三次较大，如图6。相同的条件下进行了测量两套。图改进的信号电平第7，由于最近的a-Si微测热隔离像素增强。在这些的像素单元，大大提高热电阻(热导。已经取得了比较以前的报告。 图8。29日每月17 CERDIP封装真空包装真空稳定的结果 最后，对于长期包真空，它指出，84引脚的陶瓷真空包装的最古老的，现在超过12月龄，表明没有真空退化的迹象。此外，从长期（29月），真空包装的稳定性试验的结果进行了AR涂层的硅盖密封包装，年龄在图使用以前开发的组件级别的16引脚cerdip真空。8。在图中，最终微测信号的比例（29个月后）的初始信号显示，基本上仍然是统一测试表明微测信号没有退化，因此包真空超过29个月期间，为17个包。图9显示了六个WLVP模具从密封4英寸晶圆被锯掉，安装和测试包进行他们通过同一套陶瓷包装的辐射热计阵列的环境试验。评价是目前正在进行。都死了几百小时150烘烤后存活不变。图9。六WLVP模具在评价的84针包 四、 概要 真空包装的高性能红外MEMS的非制冷探测器和阵列，以及惯性MEMS加速度计和陀螺仪，射频MEMS谐振器是一个低成本，大批量MEMS生产技术的发展路径中的关键问题。在这篇文章中，晶圆级红外MEMS非制冷探测器的真空包装的最新研究成果进行了介绍和对比与组件级陶瓷真空包装方法。在MEMS的晶圆级封装方法，模具密封在一个密封的过程，并随后在晶圆级测试。晶圆被切割成个别真空包装死于测试完成后。晶圆级真空包装方法的主要优点是大大降低了成本和相对较高的卷吞吐量组件级别的真空包装方法。晶圆级封装还提供低成本微小型化和系统集成方面的关键优势。 晶圆级真空包装的a-Si微测阵列的结果。分10毫托真空晶圆级封装阵列进行了论证。从正在进行的密封式晶圆级封装测试的结果表明，迄今没有退化包真空包7个月的寿命。一个4英寸晶圆级真空包78的晶圆密封产量的过程中被证明。 还介绍了一个84针的0.7英寸*0.7英寸腔和16针0.2英寸*0.3英寸腔CERDIP封装陶瓷真空包的可靠性结果。一个抗反射涂层的硅或锗盖密封陶瓷封装。分10毫托真空包装的a-Si微测阵列已被证明。此外，陶瓷真空包装的微测阵列受到高温稳定性烤测试包真空中没有退化为1500150。 致谢 真空包装的开发工作，支持DARPA的合同号F30602-97-C-0127，“MEMS真空包装，COTR，杜安吉尔莫，美国空军研究实验室，DARPA的ETO项目经理，埃利亚斯Towe; DARPA
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