基于硅-玻璃键合的mems光学芯片的封装结构及封装方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微机电系统(MEMS)、光通信、光传感器、光谱分析、可调激光器领域，特别是涉及一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构及封装方法。
【背景技术】
[0002]可调谐光学功能的MEMS芯片是智能光通信或光纤传感中的关键器件，常见的包括光衰减器(VOA)、光开关、光可调滤波器等。MEMS光学芯片一般包括可动光学微镜及相应的微驱动器、微结构，其对环境清洁度要求极高，通常只能在1000级的净化环境中才能暴露于空气中，同时对空气湿度也比较敏感，很多MEMS光学芯片由于没解决好封装问题而不能实际应用。气密性封装是MEMS光学芯片实际应用必须解决的技术问题。MEMS光学芯片的划片工艺也是MEMS光学芯片生产的瓶颈工艺，其原因是光学镜面、可动微结构不能经受普通的机械划片或激光划片的冲水，划片时产生的硅渣导致MEMS光学芯片的失效而降低芯片的成品率，即使不失效也大大增加了芯片的硅渣清洁工作量。解决这一划片难题的根本办法是在划片之前对MEMS光学芯片进行圆片级密封封装。
[0003]MEMS光学芯片由于其微结构而不能直接暴露在光学封装车间中，逼迫MEMS光器件封装厂商必须改造原有的光学封装车间为1000级净化厂房，极大地增加了生产成本。MEMS光器件封装的气密封装要求，不同于通常的光器件封装工艺，需要厂商增加气密性封装专用设备。而MEMS光学芯片的圆片级封装可在MEMS芯片制造工厂内解决MEMS光学芯片的气密封装，使MEMS光学芯片的封装可以在普通的光学封装厂房内完成器件光电封装。
[0004]目前MEMS光学芯片的封装采用半导体激光器、探测器的封装工艺，即采用TO封装或蝶形封装，将MEMS光学芯片通过带光学窗口的金属管壳的平行封焊来实现气密封装。在其管座上设计气密的电引线，光学窗口通过玻璃密封焊接在管壳的顶端，因此可以实现MEMS光学芯片的气密封装，但其成本较高。
[0005]目前MEMS光器件封装厂家主要采用单芯片管壳+准直器的方法实现封装，实现气密封装比较困难。采用单芯片管壳封装，不仅封装效率低，还存在热应力较大的问题。MEMS光学芯片的封装的单只、手工方式，不能批量化、自动化生产，因此MEMS光器件的封装成本非常高，占MEMS光器件总成本的60%?80%，MEMS光学芯片封装效率与成本已成为MEMS光器件生产中关键问题。
[0006]鉴于单芯片封装的低效率、高成本，MEMS器件的圆片级封装是技术发展的必然趋势。圆片级封装能够在晶圆上实现同时封装成千上万的芯片，而不是一次一只芯片，从而显著降低了劳动力和设备投入，极大地提高封装效率，而且也可减少背部减薄、探测及分类等工艺步骤，提供更经济的装配工艺过程，而不用考虑芯片大小和引线数。圆片级封装除能获得减小芯片尺寸、大幅度增加单晶圆的芯片数量而产生规模经济效益之外，圆片级技术允许基础结构和单个部件的减少，不再需要引线框架、模塑、切筋成形、粘片和丝焊工艺技术。目前，MEMS传感器正在发展圆片级封装技术，可以大幅度降低MEMS传感器的封装成本，但MEMS光器件还无法实现圆片级封装，其主要原因是MEMS光器件需要光学窗口，而光学窗口材料通常采用玻璃等加工困难的材料，尤其是电极引线较为困难。圆片级封装与MEMS光学芯片的制造工艺不兼容，需从MEMS光学芯片的整个工艺考虑圆片级封装工艺，封装材料、封装工艺的选择存在较大的困难。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构及封装方法，用于解决现有技术中MEMS光学芯片的圆片级封装交困难的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，包括:
[0009]第一部件，包括光学玻璃，其上表面镀制上光学增透膜，下表面形成有空腔，为MEMS光学芯片提供气密性的微镜运动空间，所述空腔上表面达到光学面光洁度要求，并镀制有下光学增透膜；
[0010]第二部件，包括MEMS光学芯片，所述MEMS光学芯片在MEMS驱动器的作用下能够实现对光信号的操控；
[0011 ] 所述第一部件及第二部件通过硅-玻璃键合实现圆片级键合，并为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。
[0012]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构的一种优选方案，所述MEMS光学芯片包括体硅衬底、活动腔体、位于所述活动腔体内并由弹性梁机构固接于体硅衬底上的可动光学微镜、位于所述可动光学微镜表面的高反射膜、以及设置于所述活动腔体外侧的电极焊盘，其中，所述电极焊盘与活动腔体之间的体硅衬底具有裸露的硅表面。
[0013]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构的一种优选方案，所述的光学玻璃为适合硅-玻璃键合的玻璃材料，所述光学玻璃键合于所述体硅衬底的裸露的硅表面，键合后形成的密封腔体的漏率为10_8?10 -/s。
[0014]进一步地，所述第一部件及第二部件键合后，所述电极焊盘位于所述密封腔体的外侧。
[0015]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构的一种优选方案，所述的光学玻璃在对应MEMS光学芯片的电极焊盘的下表面制作有长条状空腔。
[0016]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构的一种优选方案，所述的光学玻璃制作有TGV结构，其位置与MEMS光学芯片的电极焊盘位置一一对应，在第一部件及第二部件进行硅-玻璃键合后，所述TGV结构直接将MEMS光学芯片的电极焊盘引至光学玻璃的上表面。
[0017]本发明还提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，包括步骤:
[0018]A)第一部件的制备:制备出下表面具有空腔光学玻璃，所述腔体的通光表面达到光学面的要求，用硬掩膜选择性蒸镀方法在腔体表面蒸镀下光学增透膜，然后在光学玻璃的上表面蒸镀上光学增透膜；
[0019]B)第二部件的制备:采用MEMS工艺制备出的MEMS光学芯片的圆片；
[0020]C)硅-玻璃键合:将所述第一部件及第二部件采用硅-玻璃键合工艺进行对准键合，为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体；
[0021]D)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暴露，并不划伤电极焊盘；
[0022]或者采用喷沙工艺将电极焊盘处的光学透明基体去除，露出电极焊盘；
[0023]E)芯片分离:采用划片机窄刀片沿划片槽将整个键合圆片分隔成各个独立的封装单元。
[0024]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法的一种优选方案，所述MEMS光学芯片包括体硅衬底、活动腔体、位于所述活动腔体内并由弹性梁机构固接于体硅衬底上的可动光学微镜、位于所述可动光学微镜表面的高反射膜、以及设置于所述活动腔体外侧的电极焊盘，其中，所述电极焊盘与活动腔体之间的体硅衬底具有裸露的硅表面。
[0025]进一步地，所述光学玻璃键合于所述体硅衬底的裸露的硅表面，所述第一部件及第二部件键合后，所述电极焊盘位于所述密封腔体的外侧。
[0026]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法的一种优选方案，步骤A)中，采用玻璃的微型机械加工工艺于所述光学玻璃的下表面磨削出空腔，并对所述空腔的上表面进行光学抛光，以达到光学面的要求。
[0027]进一步地，步骤A)还包括步骤:采用机械加工磨削、紫外激光加工、或喷砂磨削工艺于所述光学玻璃对应MEMS光学芯片电极焊盘下表面加工长条状空腔。
[0028]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法的一种优选方案，步骤A)包括步骤:
[0029]A-1)提供第一光学玻璃，于所述第一光学玻璃的与MEMS光学芯片对应的位置加工出通孔；
[0030]A-2)提供第二光学玻璃，将具有通孔的第一光学玻璃与所述第二光学玻璃进行键合，玻璃键合后形成带空腔的光学玻璃。
[0031]进一步地，步骤A-2)中，先将所述第一光学玻璃与第二光学玻璃进行预键合，然后在一定压力下、在玻璃的软化温度附近进行退火，让第一光学玻璃与第二光学玻璃键合为一个具有一定强度的整体材料。
[0032]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法的一种优选方案，步骤A)中还包括于所述光学玻璃预先制作TGV结构的步骤，所述TGV结构的位置与MEMS光学芯片的电极焊盘位置一一对应，在第一部件及第二部件进行硅-玻璃键合后，所述TGV结构直接将MEMS光学芯片的电极焊盘引至光学玻璃的上表面，则不需要进行D)电极裸露的步骤。
[0033]作为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法的一种优选方案，步骤A)中，所述下光学增透膜的镀制时采用硬掩膜蒸镀的方法实现下光学增透膜的图形化，且所述下光学增透膜的尺寸仅稍大于光学通光的孔径。
[0034]如上所述，本发明提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构及封装方法，所述封装结构包括:第一部件，包括光学玻璃，其上表面镀制上光学增透膜，下表面形成有空腔，为MEMS光学芯片提供气密性的微镜运动空间，所述空腔上表面达到光学面光洁度要求，并镀制有下光学增透膜；第二部件，包括MEMS光学芯片，所述MEMS光学芯片在MEMS驱动器的作用下能够实现对光信号的操控；所述第一部件及第二部件通过硅-玻璃键合实现圆片级键合，并为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。本发明中采用玻璃封装光芯片的结构能够实现圆片级封装要求，可以提高芯片的可靠性及稳定性，极大地降低光学准直器等封装要求，不仅保证了光学芯片应用所需要的电性能、机械性能和光学性能，而且也提供了优于其它封装技术的综合水平。这些卓越性能可使光MEMS封装制造商极大地降低成本，提高封装效率，使芯片的光特性损耗将至最低，在未来的光通信器件及光传感器件的封装中有着广泛的应用前景。
【附图说明】
[0035]图1?图2显示为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构的主视结构示意图。
[0036]图3显示为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构的俯视结构示意图。
[0037]图4显示为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构的圆片级封装结构示意图。
[0038]图5a?图7e显示为本发明的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法的各步骤所呈现的结构示意图。
[0039]元件标号说明
[0040]101光学玻璃
[0041]102下光学增透膜
[0042]103上光学增透膜
[0043]104 空腔
[0044]105体娃衬底
[0045]106可动光学微镜
[0046]107硅弹性梁机构
[0047]108 电极焊盘
[0048]109高反射膜
[0049]110长条状空腔
[0050]201加工有通孔的光学玻璃
[0051]310 TGV 结构
【具体实施方式】
[0052]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0053]请参阅图1?图7e。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0054]实施例1
[0055]如图1及图3?图4所示，本实施例提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，包括:
[0056]第一部件，包括光学玻璃101，其上表面镀制上光学增透膜103，下表面形成有空腔104，为MEMS光学芯片提供气密性的微镜运动空间，所述空腔104上表面达到光学面光洁度要求，并镀制有下光学增透膜102 ;
[0057]第二部件，包括MEMS光学芯片，所述MEMS光学芯片在MEMS驱动器的作用下能够实现对光信号的操控；
[0058]所述第一部件及第二部件通过硅-玻璃键合实现圆片级键合，并为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。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。
[0059]具体地，所述的光学玻璃101为适合硅-玻璃键合的玻璃材料，例如为Pyrex7740，所述光学玻璃101键合于所述体硅衬底105的裸露的硅表面，形成密封环，所述密封环使得所述光学玻璃及每个MEMS光学芯片间形成独立的密封腔体。键合后形成的密封腔体的漏率为10_8?10 -/s。并且，所述第一部件及第二部件键合后，所述电极焊盘108位于所述密封腔体的外侧。
[0060]作为示例，所述的光学玻璃101在对应MEMS光学芯片的电极焊盘108的下表面制作有长条状空腔110，该长条形空腔104能保证MEMS光学芯片在切割阶段中，电极焊盘108不容易被划伤。
[0061]本实施例的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的基本工作原理为:构成第一部件的光学玻璃101对一定范围内的光线透明(如光通信中的1.3 ym和1.55 μ m的红外光)，第二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，最终由光学玻璃101透射到空气中，从而实现特定的光学性能。所述光学玻璃101中的空腔104提供镜面非平面运动所需的密封空间，从而实现了对光芯片的封装。
[0062]图1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3所示。另外，图1及图3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4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。
[0063]如图5a?图5f所示，本实施例还提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，包括步骤:
[0064]如图5a?图5c所示，首先进行步骤I)，第一部件的制备:制备出下表面具有空腔104光学玻璃101，所述腔体的通光表面达到光学面的要求，用硬掩膜选择性蒸镀方法在腔体表面蒸镀下光学增透膜102，然后在光学玻璃101的上表面蒸镀上光学增透膜103 ；
[0065]具体地，本步骤I)中，采用玻璃的微型机械加工工艺于所述光学玻璃101的下表面磨削出空腔104，并对所述空腔104的上表面进行光学抛光，以达到光学面的要求。另外，在本步骤中，还包括步骤:采用机械加工磨削、紫外激光加工、或喷砂磨削工艺于所述光学玻璃101对应MEMS光学芯片电极焊盘108的下表面加工长条状空腔110，该长条状空腔110能保证MEMS光学芯片在切割阶段中，电极焊盘108不容易被划伤。
[0066]在本实施例中，所述下光学增透膜102的镀制时采用硬掩膜蒸镀的方法实现下光学增透膜102的图形化，且所述下光学增透膜102的尺寸仅稍大于光学通光的孔径，如图5c所示。
[0067]如图5d所示，然后进行步骤2)，第二部件的制备:采用MEMS工艺制备出的MEMS光学芯片的圆片。
[0068]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与芯片活动腔体之间的体硅衬底105具有裸露的硅表面。
[0069]如图5d?图5e所示，接着进行步骤3)，硅-玻璃键合:将所述第一部件及第二部件采用硅-玻璃键合工艺进行对准键合，为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。
[0070]在本实施例中，所述光学玻璃101键合于所述体娃衬底105的裸露的娃表面，所述第一部件及第二部件键合后，所述电极焊盘108位于所述密封腔体的外侧。
[0071]如图5f所示，然后进行步骤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 ；
[0072]或者采用喷沙工艺将电极焊盘108处的光学透明基体去除，露出电极焊盘108。
[0073]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玻璃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，由于光学玻璃101中空腔104的存在，因此，可以容易地控制宽刀片不划伤电极焊盘108。
[0074]如图5f所示，最后进行步骤5)，芯片分离:采用划片机窄刀片沿划片槽将整个键合圆片分隔成各个独立的封装单元。
[0075]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。
[0076]实施例2
[0077]如图1及图3?图4所示，本实施例提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其基本结构如实施例1所述，其中，所述具有空腔104的光学玻璃101为由两个光学玻璃键合而成，其包括与MEMS光学芯片对应的位置加工有通孔的第一光学玻璃102以及第二光学玻璃101，然后由这两个光学玻璃键合形成具有空腔104的光学玻璃。
[0078]如图6a?图6g所示，本实施例还提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其基本步骤如实施例1，其中，如图6a?图6c所示，步骤I)包括步骤:
[0079]如图6b所示，首先进行步骤1-1)，提供第一光学玻璃102，于所述第一光学玻璃102的与MEMS光学芯片对应的位置加工出通孔；
[0080]如图6a?图6c所示，然后进行步骤1_2)，提供第二光学玻璃101，将具有通孔的第一光学玻璃102与所述第二光学玻璃101进行键合，玻璃键合后形成带空腔104的光学玻璃。
[0081]另外，上述步骤3-2)中，先将所述第一光学玻璃与第二光学玻璃进行预键合，然后在一定压力下、在玻璃的软化温度附近进行退火，让第一光学玻璃与第二光学玻璃键合为一个具有一定强度的整体玻璃材料。
[0082]需要说明的是，本步骤在第一光学玻璃加工出通孔的时，也可以同时加工出实施例I中所述的长条状空腔110结构，以节省工艺步骤。
[0083]实施例3
[0084]如图2?图4所示，本实施例提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其基本结构如实施例1，其中，所述光学玻璃中预先制作有TGV结构310，其位置与MEMS光学芯片的电极焊盘108位置一一对应，在第一部件及第二部件进行硅-玻璃键合后，所述TGV结构310直接将MEMS光学芯片的电极焊盘108引至光学玻璃的上表面。
[0085]如图7a?图7e所示，本实施例还提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其基本步骤如实施例1，其中，如图7b所示，步骤I)中还包括:于所述光学玻璃预先制作TGV结构310的步骤，所述TGV结构310的位置与MEMS光学芯片的电极焊盘108位置一一对应，在第一部件及第二部件进行硅-玻璃键合后，所述TGV结构310直接将MEMS光学芯片的电极焊盘108引至光学玻璃的上表面，相当于直接将电极焊盘108引出，因此，采用本实施例中的方法则不需要进行实施例1中步骤4)电极裸露以及加工出长条状空腔110的步骤，并且可以直接经过步骤5)中的芯片分离步骤，采用划片机窄刀片沿划片槽将整个键合圆片分隔成各个独立的封装单元。
[0086]如上所述，本发明提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构及封装方法，所述封装结构包括:第一部件，包括光学玻璃，其上表面镀制上光学增透膜103，下表面形成有空腔104，为MEMS光学芯片提供气密性的微镜运动空间，所述空腔104上表面达到光学面光洁度要求，并镀制有下光学增透膜102 ;第二部件，包括MEMS光学芯片，所述MEMS光学芯片在MEMS驱动器的作用下能够实现对光信号的操控；所述第一部件及第二部件通过硅-玻璃键合实现圆片级键合，并为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。本发明中采用玻璃封装光芯片的结构能够实现圆片级封装要求，可以提高芯片的可靠性及稳定性，极大地降低光学准直器等封装要求，不仅保证了光学芯片应用所需要的电性能、机械性能和热性能，而且也提供了优于其它封装技术的综合水平。这些卓越性能可使光MEMS封装制造商极大地降低成本，提高封装效率，使芯片的光特性损耗将至最低，在未来的光通信器件及光传感器件的封装中有着广泛的应用前景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0087]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其特征在于，包括: 第一部件，包括光学玻璃，其上表面镀制上光学增透膜，下表面形成有空腔，为MEMS光学芯片提供气密性的微镜运动空间，所述空腔上表面达到光学面光洁度要求，并镀制有下光学增透膜； 第二部件，包括MEMS光学芯片，所述MEMS光学芯片在MEMS驱动器的作用下能够实现对光信号的操控； 所述第一部件及第二部件通过硅-玻璃键合实现圆片级键合，并为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。
2.根据权利要求1所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其特征在于:所述MEMS光学芯片包括体硅衬底、活动腔体、位于所述活动腔体内并由弹性梁机构固接于体硅衬底上的可动光学微镜、位于所述可动光学微镜表面的高反射膜、以及设置于所述活动腔体外侧的电极焊盘，其中，所述电极焊盘与活动腔体之间的体硅衬底具有裸露的硅表面。
3.根据权利要求2所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其特征在于:所述的光学玻璃为适合硅-玻璃键合的玻璃材料，所述光学玻璃键合于所述体硅衬底的裸露的硅表面，键合后形成的密封腔体的漏率为10_8?10 -/s。
4.根据权利要求3所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其特征在于:所述第一部件及第二部件键合后，所述电极焊盘位于所述密封腔体的外侧。
5.根据权利要求1所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其特征在于:所述的光学玻璃在对应MEMS光学芯片的电极焊盘的下表面制作有长条状空腔。
6.根据权利要求1所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构，其特征在于:所述的光学玻璃制作有TGV结构，其位置与MEMS光学芯片的电极焊盘位置一一对应，在第一部件及第二部件进行硅-玻璃键合后，所述TGV结构直接将MEMS光学芯片的电极焊盘引至光学玻璃的上表面。
7.一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于，包括步骤: A)第一部件的制备:制备出下表面具有空腔光学玻璃，所述腔体的通光表面达到光学面的要求，用硬掩膜选择性蒸镀方法在腔体表面蒸镀下光学增透膜，然后在光学玻璃的上表面蒸镀上光学增透膜； B)第二部件的制备:采用MEMS工艺制备出的MEMS光学芯片的圆片； C)硅-玻璃键合:将所述第一部件及第二部件采用硅-玻璃键合工艺进行对准键合，为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体； D)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暴露，并不划伤电极焊盘； 或者采用喷沙工艺将电极焊盘处的光学透明基体去除，露出电极焊盘； E)芯片分离:采用划片机窄刀片沿划片槽将整个键合圆片分隔成各个独立的封装单J L.ο
8.根据权利要求7所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:所述MEMS光学芯片包括体硅衬底、活动腔体、位于所述活动腔体内并由弹性梁机构固接于体硅衬底上的可动光学微镜、位于所述可动光学微镜表面的高反射膜、以及设置于所述活动腔体外侧的电极焊盘，其中，所述电极焊盘与活动腔体之间的体硅衬底具有裸露的硅表面。
9.根据权利要求8所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:所述光学玻璃键合于所述体硅衬底的裸露的硅表面，所述第一部件及第二部件键合后，所述电极焊盘位于所述密封腔体的外侧。
10.根据权利要求7所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:步骤A)中，采用玻璃的微型机械加工工艺于所述光学玻璃的下表面磨削出空腔，并对所述空腔的上表面进行光学抛光，以达到光学面的要求。
11.根据权利要求10所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:步骤A)还包括步骤:采用机械加工磨削、紫外激光加工、或喷砂磨削工艺于所述光学玻璃对应MEMS光学芯片电极焊盘下表面加工长条状空腔。
12.根据权利要求7所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:步骤A)包括步骤: A-1)提供第一光学玻璃，于所述第一光学玻璃的与MEMS光学芯片对应的位置加工出通孔； A-2)提供第二光学玻璃，将具有通孔的第一光学玻璃与所述第二光学玻璃进行键合，玻璃键合后形成带空腔的光学玻璃。
13.根据权利要求12所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:步骤A-2)中，先将所述第一光学玻璃与第二光学玻璃进行预键合，然后在一定压力下、在玻璃的软化温度附近进行退火，让第一光学玻璃与第二光学玻璃键合为一个具有一定强度的整体材料。
14.根据权利要求7所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:步骤A)中还包括于所述光学玻璃预先制作TGV结构的步骤，所述TGV结构的位置与MEMS光学芯片的电极焊盘位置一一对应，在第一部件及第二部件进行硅-玻璃键合后，所述TGV结构直接将MEMS光学芯片的电极焊盘引至光学玻璃的上表面，则不需要进行D)电极裸露的步骤。
15.根据权利要求7所述的基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装方法，其特征在于:步骤A)中，所述下光学增透膜的镀制时采用硬掩膜蒸镀的方法实现下光学增透膜的图形化，且所述下光学增透膜的尺寸仅稍大于光学通光的孔径。
【专利摘要】本发明提供一种基于硅-玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构及封装方法，所述封装结构包括：第一部件，包括光学玻璃，其上表面镀制上光学增透膜，下表面形成有空腔，所述空腔上表面达到光学面光洁度要求，并镀制有下光学增透膜；第二部件，包括MEMS光学芯片；所述第一部件及第二部件通过硅-玻璃键合实现圆片级键合，并为每个MEMS光学芯片形成独立的密封腔体。本发明能够实现圆片级封装要求，提高芯片的可靠性及稳定性，不仅保证了光学芯片应用所需要的电性能、机械性能和光学性能，而且也提供了优于其它封装技术的综合水平。本发明可以降低封装成本，提高封装效率，降低光损耗，在光通信器件及光传感器件的封装中有着广泛的应用前景。
【IPC分类】G02B26-00, B81C3-00, B81B7-02
【公开号】CN104803340
【申请号】CN10167725
【发明人】吴亚明, 翟雷应, 徐静, 沈时强
【申请人】上海新微技术研发中心有限公司
【公开日】7月29日
【申请日】4月9日
