一种多层次立体化的MEMS器件抗冲击防护结构的制备方法与流程

本发明涉及mems器件的抗冲击防护技术，具体是一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法。

背景技术：

当mems器件应用于高冲击环境时，冲击过程中产生的应力波一方面容易导致mems器件的键合面发生分层，另一方面容易导致mems器件与外部引线之间的焊点发生断裂，由此一方面容易导致mems器件发生结构损坏，另一方面容易导致mems器件发生电气连接失效，从而容易导致mems器件无法正常工作。基于此，有必要发明一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，以解决冲击过程中产生的应力波容易导致mems器件无法正常工作的问题。

技术实现要素：

本发明为了解决冲击过程中产生的应力波容易导致mems器件无法正常工作的问题，提供了一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：选取玻璃基底，并在玻璃基底的上表面溅射第一金属电极层；

步骤二：选取硅片，并在硅片的下表面刻蚀形成硅凹槽；

步骤三：将硅片的下表面与玻璃基底的上表面键合；

步骤四：对硅片进行减薄；

步骤五：在硅片的上表面和硅凹槽的槽底之间刻蚀形成硅通孔，由此释放mems器件的硅微结构；

步骤六：选取玻璃盖板，并在玻璃盖板的下表面刻蚀形成玻璃凹槽，然后在玻璃盖板的上表面和下表面之间刻蚀形成玻璃通孔；

步骤七：将玻璃盖板的下表面与硅片的上表面键合；

步骤八：在玻璃通孔的孔壁和上端孔口边缘溅射第二金属电极层；

步骤九：在玻璃基底的下表面包覆由微叠层复合材料制成的应力波内阻隔层；

步骤十：在应力波内阻隔层的下表面和侧面、玻璃基底的侧面、硅片的侧面、玻璃盖板的侧面和上表面包覆由剪切增稠液体制成的应力波外阻隔层，并在应力波外阻隔层上开设与第二金属电极层位置对应的引线通孔，由此制得一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构。

所述步骤一至步骤八的作用在于形成mems器件的敏感结构，其结构形式并不限于玻璃基底-硅微结构-玻璃盖板，也可为硅基底-硅微结构-硅盖板（只要包括基底、硅微结构、盖板即可）。

本发明所制产品（即一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构）的工作过程如下：当mems器件应用于高冲击环境时，先由应力波外阻隔层利用剪切增稠液体的材料特性对冲击过程中产生的应力波进行阻隔（具体阻隔原理为：当应力波作用于剪切增稠液体时，剪切增稠液体的黏度急剧增大，由此变得粘稠，从而吸收并阻隔应力波），再由应力波内阻隔层利用微叠层复合材料的材料特性对冲击过程中产生的应力波进行阻隔（具体阻隔原理为：当应力波作用于微叠层复合材料时，应力波在层与层之间的接触面发生部分反射，由此逐层减弱应力波的透射，从而达到逐层阻隔应力波的目的），由此有效减弱了应力波对mems器件的硅微结构的影响，从而一方面有效防止了mems器件的键合面发生分层，另一方面有效防止了mems器件与外部引线之间的焊点发生断裂，进而一方面有效防止了mems器件发生结构损坏，另一方面有效防止了mems器件发生电气连接失效，最终有效保证了mems器件的正常工作。

基于上述过程，本发明所制产品基于应力波外阻隔层、应力波内阻隔层对应力波的共同阻隔，实现了对mems器件进行多层次、立体化的抗冲击防护，由此满足了mems器件对抗高过载的要求。

本发明有效解决了冲击过程中产生的应力波容易导致mems器件无法正常工作的问题，适用于mems器件的抗冲击防护。

附图说明

图1是本发明中步骤一的示意图。

图2是本发明中步骤二的示意图。

图3是本发明中步骤三的示意图。

图4是本发明中步骤四的示意图。

图5是本发明中步骤五的示意图。

图6是本发明中步骤六的示意图。

图7是本发明中步骤七的示意图。

图8是本发明中步骤八的示意图。

图9是本发明中步骤九的示意图。

图10是本发明中步骤十的示意图。

图11是图10的俯视图。

图中：1-玻璃基底，2-第一金属电极层，3-硅片，4-玻璃盖板，5-第二金属电极层，6-应力波内阻隔层，7-应力波外阻隔层。

具体实施方式

一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：选取玻璃基底1，并在玻璃基底1的上表面溅射第一金属电极层2；

步骤二：选取硅片3，并在硅片3的下表面刻蚀形成硅凹槽；

步骤三：将硅片3的下表面与玻璃基底1的上表面键合；

步骤四：对硅片3进行减薄；

步骤五：在硅片3的上表面和硅凹槽的槽底之间刻蚀形成硅通孔，由此释放mems器件的硅微结构；

步骤六：选取玻璃盖板4，并在玻璃盖板4的下表面刻蚀形成玻璃凹槽，然后在玻璃盖板4的上表面和下表面之间刻蚀形成玻璃通孔；

步骤七：将玻璃盖板4的下表面与硅片3的上表面键合；

步骤八：在玻璃通孔的孔壁和上端孔口边缘溅射第二金属电极层5；

步骤九：在玻璃基底1的下表面包覆由微叠层复合材料制成的应力波内阻隔层6；

步骤十：在应力波内阻隔层6的下表面和侧面、玻璃基底1的侧面、硅片3的侧面、玻璃盖板4的侧面和上表面包覆由剪切增稠液体制成的应力波外阻隔层7，并在应力波外阻隔层7上开设与第二金属电极层5位置对应的引线通孔，由此制得一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构。

所述步骤二中，采用干法刻蚀工艺在硅片3的下表面刻蚀形成硅凹槽。

所述步骤三中，在真空环境下采用阳极键合工艺将硅片3的下表面与玻璃基底1的上表面键合。

所述步骤五中，采用干法刻蚀工艺在硅片3的上表面和硅凹槽的槽底之间刻蚀形成硅通孔。

所述步骤七中，在真空环境下采用阳极键合工艺将玻璃盖板4的下表面与硅片3的上表面键合。

所述硅片3为低阻硅片。

所述微叠层复合材料由多层材料按照弹性模量与密度的乘积自下而上依次减小的顺序叠加而成。

所述微叠层复合材料为钛-铝微叠层复合材料（并不限于钛-铝微叠层复合材料）。

所述剪切增稠液体为tbs剪切增稠液体（并不限于tbs剪切增稠液体）。

所述mems器件为mems陀螺仪或mems加速度计。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：选取玻璃基底（1），并在玻璃基底（1）的上表面溅射第一金属电极层（2）；

步骤二：选取硅片（3），并在硅片（3）的下表面刻蚀形成硅凹槽；

步骤三：将硅片（3）的下表面与玻璃基底（1）的上表面键合；

步骤四：对硅片（3）进行减薄；

步骤五：在硅片（3）的上表面和硅凹槽的槽底之间刻蚀形成硅通孔，由此释放mems器件的硅微结构；

步骤六：选取玻璃盖板（4），并在玻璃盖板（4）的下表面刻蚀形成玻璃凹槽，然后在玻璃盖板（4）的上表面和下表面之间刻蚀形成玻璃通孔；

步骤七：将玻璃盖板（4）的下表面与硅片（3）的上表面键合；

步骤八：在玻璃通孔的孔壁和上端孔口边缘溅射第二金属电极层（5）；

步骤九：在玻璃基底（1）的下表面包覆由微叠层复合材料制成的应力波内阻隔层（6）；

步骤十：在应力波内阻隔层（6）的下表面和侧面、玻璃基底（1）的侧面、硅片（3）的侧面、玻璃盖板（4）的侧面和上表面包覆由剪切增稠液体制成的应力波外阻隔层（7），并在应力波外阻隔层（7）上开设与第二金属电极层（5）位置对应的引线通孔，由此制得一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构。

2.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，采用干法刻蚀工艺在硅片（3）的下表面刻蚀形成硅凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，在真空环境下采用阳极键合工艺将硅片（3）的下表面与玻璃基底（1）的上表面键合。

4.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，采用干法刻蚀工艺在硅片（3）的上表面和硅凹槽的槽底之间刻蚀形成硅通孔。

5.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述步骤七中，在真空环境下采用阳极键合工艺将玻璃盖板（4）的下表面与硅片（3）的上表面键合。

6.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述硅片（3）为低阻硅片。

7.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述微叠层复合材料由多层材料按照弹性模量与密度的乘积自下而上依次减小的顺序叠加而成。

8.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述微叠层复合材料为钛-铝微叠层复合材料。

9.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述剪切增稠液体为tbs剪切增稠液体。

10.根据权利要求1所述的一种多层次立体化的mems器件抗冲击防护结构的制备方法，其特征在于：所述mems器件为mems陀螺仪或mems加速度计。

技术总结
本发明涉及MEMS器件的抗冲击防护技术，具体是一种多层次立体化的MEMS器件抗冲击防护结构的制备方法。本发明解决了冲击过程中产生的应力波容易导致MEMS器件无法正常工作的问题。一种多层次立体化的MEMS器件抗冲击防护结构的制备方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤一：溅射第一金属电极层；步骤二：刻蚀形成硅凹槽；步骤三：将硅片的下表面与玻璃基底的上表面键合；步骤四：对硅片进行减薄；步骤五：释放MEMS器件的硅微结构；步骤六：刻蚀形成玻璃凹槽，刻蚀形成玻璃通孔；步骤七：将玻璃盖板的下表面与硅片的上表面键合；步骤八：溅射第二金属电极层；步骤九：包覆应力波内阻隔层；步骤十：包覆应力波外阻隔层。本发明适用于MEMS器件的抗冲击防护。

技术研发人员：曹慧亮;刘俊;石云波;唐军;申冲;赵锐;郭天琪
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2021.03.11
技术公布日：2021.06.11