用于增大微机电系统装置的产率和可靠性的气体制造方法及图纸

在所描述的实例中，MEMS装置(206)包封在包含在按体积计大于1％的水平的非金属氧化物气体的密封封装(200)内。在至少一个实例中，所述MEMS装置(206)针对来自各种起因的早期故障受到保护，所述起因包含通过所述非金属氧化物气体的部分与在所述MEMS装置(206)的所述封装(200)内的各种暴露的表面和/或所述表面上的吸附的水层反应的充电、粒子生长和静摩擦。

Gas for Increasing the Yield and Reliability of Micro-electromechanical System Devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增大微机电系统装置的产率和可靠性的气体
技术介绍
例如集成电路的电子装置通常封装在密封罩壳中。这些罩壳保护装置免受原本将进入封装且机械地损害或电气地干扰装置的污染物、粒子和水蒸气的影响。各种MEMS(微机电系统)装置包含对MEMS装置放置在其中的环境提出独特要求的移动组件和结构(例如微小型化)。随着时间推移的MEMS装置的操作(甚至在密封的封装环境中)可以引起MEMS装置的各种结构的物理变化，这通常引起如此受到影响的MEMS装置的降级的性能或甚至故障。
技术实现思路
在所描述的实例中，MEMS装置包封在包含在按体积浓度计大于1％的水平的非金属氧化物气体的密封封装内。在至少一个实例中，MEMS装置针对来自各种起因的早期故障受到保护，包含通过非金属氧化物气体的部分与在MEMS装置的暴露表面上的水的表面层的氢键反应的充电、粒子生长和静摩擦。附图说明图1是用于在根据实例实施例封装的MEMS装置内包含某些气体的流程图。图2是根据实例实施例的微机电装置封装的截面图。图3是根据实例实施例的MEMS装置的放大部分的截面图。图4是根据实例实施例用于应用粘性吸气剂化合物的流程图。图5是根据实例实施例用于应用单体化吸气剂化合物的流程图。图6是根据实例实施例使用微镜的图像投影系统的示意图。具体实施方式在本说明书中，系统可以是另一系统的子系统。并且，在本说明书中，如果第一装置耦合到第二装置，那么该连接可以通过直接电气连接形成，或者经由其它装置和连接通过间接电气连接形成。术语“部分”可以意味着整个部分或小于整个部分的部分。术语“气体”可以意味着能够以气体状态存在的元素或分子，甚至当此类元素或分子可以替代的状态被找到时，例如，在室温和压力下。术语“封装”可以意味着密封容器，其可包含裸片、晶片或在与外部环境密封的局部环境中包含MEMS装置的甚至更大的设备。“非金属”是通常被视作选自周期表的所选择的族的以下所列的元素的元素(根据一般用途)：第1族所列元素包含氢(H)；第14族所列元素包含炭(C)；第15族(氮族元素)所列元素包含氮(N)和磷(P)；第16族(氧族元素)所列元素包含氧(O)、硫(S)和硒(Se)；第17族(卤族元素)所列元素包含全部族元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)；以及第18族(惰性气体)所列元素包含全部族元素氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)。“非金属氧化物”通常是指按任何化学计量的非金属元素和氧之间的二元化合物。非金属元素通常形成酸性氧化物；相应地，它们是由非金属元素和氧组成的化合物，所述化合物在溶解于水中时引起具有pH<7的溶液。相比之下，金属通常形成碱性氧化物。术语“酸性溶质”可以意味着非金属氧化物或它与水的反应产物。根据通常接受的用途，术语“非金属氧化物气体”并不通常包含氧化二氢(水)、卤素氧化物(其中的大部分不是可分离的或稳定的)，以及惰性气体(其并不形成氧化物)。相应地，术语“非金属氧化物气体”包含碳的氧化物、氮的氧化物、氧的氧化物(例如，O2)和硫的氧化物(在标准压力和温度下它是具有相当大的蒸气压的气体或液体)及磷的氧化物以及硒的氧化物(在STP下它的氧化物是可升华的)。在一个实施例中，非金属氧化物气体的优选的物质包含碳的氧化物、氮的氧化物、氧的氧化物(例如，O2)和硫的氧化物，并且尤其优选的物质是二氧化碳CO2(然而根据下文描述的阈值一氧化碳并不溶解到0.001摩尔)。术语“非金属”还可以意味着具有通常常见的光谱行为的元素，其中某些普通的性质被视作非金属的特征。如本文中所描述，非金属氧化物气体被引入到MEMS装置的顶部空间中以增大MEMS装置的产率和可靠性。许多MEMS装置(包含射频MEMS装置)经受来自包含充电、粒子生长和静摩擦的各种起因的早期故障。充电可以是在MEMS装置的处理(和/或致动)期间当电荷局部化(和/或移位)时引起的，因此可以出现自偏压、闭锁和永久性静摩擦。粒子生长可以从由于结构的操作释放或形成的自由物质中出现，或从例如粘合剂、密封剂和吸气剂化合物的材料中出现。在MEMS装置中，一些零件意图移动，但是粒子可能不合期望地干扰移动(例如，减小移动的范围)。那些粒子通过以下项潜在地形成：经由封装过程的金属粒子的形成或由于操作期间的接触的剥离；由于剥离或腐蚀反应(例如，将零价金属转换成氧化物、氢氧化物或硫化物)的金属氧化物粒子；或在MEMS装置的处理和操作期间可以出现的其它条件。静摩擦是由包含静电力、氢键和范德华力的力的组合引起的静态(或“粘性”)摩擦。如本文中所描述，根据各种行为，在MEMS装置的封装和操作期间在MEMS装置的封装顶部空间内包含(大于按体积计的1.0％浓度)的非金属氧化物(“包含气体”)改变结构的电化学和腐蚀行为。根据第一行为，包含气体与在MEMS装置的表面上的所吸附的水的一部分反应以形成酸性物质。举例来说，封装空腔中的水分(例如，来自湿气)与MEMS装置的表面形成氢键以在MEMS装置的表面上形成氢键合水分子的格子(例如，表面层)。当所包含的部分是碳、硫或氮的氧化物时，所形成的酸可包含例如碳酸、磺酸、亚硝酸、硝酸和硫酸的酸。根据第二行为，包含气体通过酸性分子的分解获得离子物质的表面平衡浓度，产生表面离子物质(例如，水合氢离子和碳酸盐物质)。举例来说，酸性分子可以分解，由此形成水合氢离子(例如，质子供体)和/或碳酸盐物质(质子受体)。此类物质可以与水分子的表面层相互作用(例如，通过溶解、分解和/或氢键键合)。根据例如勒夏特列原理的普通化学原理，在MEMS装置的顶部空间中的气体与表面层中的离子物质的相对浓度之间达到平衡。根据第三行为，所包含的气体促进通过氢键的相对快速交换的电荷的转移。举例来说，电荷(例如，原本将局部化的电荷)引起氢键的快速形成和再形成，因此充电的MEMS装置中的那些电荷通过与(例如，邻近)溶质质子供体(例如，酸性物质)的新氢键的形成更快速地分散。根据第四行为，所包含的气体减小吸附表明水层的德拜长度。举例来说，涉及气体物质的包含的平衡在表面层中引入质子供体，由此减小表明水层的德拜长度，因此MEMS装置的接触表面层之间的净范德华力减小。根据第五行为，所包含的气体抑制或延迟由MEMS装置或封装的表面的化学(包含电化学)还原/氧化反应引起的MEMS装置或封装表面的腐蚀。举例来说，缓冲介质(例如，“溶液”)通过解离与表面氢氧化物(由在金属表面处的还原反应引起)组合的酸(由所包含的气体引起)形成。缓冲介质(例如，它是氢离子缓冲液)调节表面活性和pH值(例如，在暴露的MEMS中)，其减缓MEMS装置的表面内的材料的腐蚀反应速率。各种表面化学(和电化学)反应的产物之间的次级化学反应包含共轭碱(例如，氢氧根离子和碳酸氢盐离子)和酸(例如，甲酸)，其进一步用于缓冲或减少此类腐蚀反应。如本文中所描述，所选择的非金属氧化物气体的包含(以至少1％的浓度)是容易溶解在水中以产生能够支持和/或参与电化学反应的离子物质的气体。此类气体的实例(适合于进行电化学氧化和还原)包含二氧化碳、硫的氧化物和氮的氧化物。在一个实施例中，适合于包含在如本文中所描述的MEMS装置封装中的气体的特征在于足以提供水中的至少0.001摩尔溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装式MEMS装置，其包括：MEMS装置；包围所述MEMS装置的密封封装；以及包含安置在所述密封封装中的在按体积计大于1.0％的水平的非金属氧化物气体的材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.14 US 15/379,4011.一种封装式MEMS装置，其包括：MEMS装置；包围所述MEMS装置的密封封装；以及包含安置在所述密封封装中的在按体积计大于1.0％的水平的非金属氧化物气体的材料。2.根据权利要求1所述的封装式MEMS装置，其中所述非金属氧化物气体选自碳、氮、氧、硫、磷和硒的氧化物。3.根据权利要求1所述的封装式MEMS装置，其中所述非金属氧化物气体是二氧化碳。4.根据权利要求1所述的封装式MEMS装置，其中在室温下所述非金属氧化物气体在水中的溶解度足以提供水中的至少0.001摩尔溶液。5.根据权利要求4所述的封装式MEMS装置，其中所述非金属氧化物气体的一部分通过所述MEMS装置的暴露表面的水分的表面层中的氢键包含。6.根据权利要求5所述的封装式MEMS装置，其中所述包含氢键的非金属氧化物气体的一部分通过分解获得离子物质的表面平衡浓度。7.根据权利要求5所述的封装式MEMS装置，其中所述包含氢键的非金属氧化物气体的一部分通过与所述MEMS装置的暴露表面的所述水分的表面层交换氢键减少MEMS装置结构中的局部化的电荷。8.根据权利要求5所述的封装式MEMS装置，其中所述包含氢键的非金属氧化物气体的一部分减小所述MEMS装置的水分的接触表面层的范德华力。9.根据权利要求5所述的封装式MEMS装置，其中所述包含氢键的非金属氧化物气体的一部分减小所述MEMS装置的所述封装内的材料的腐蚀反应速率。10.根据权利要求5所述的封装式MEMS装置，其中所述包含氢键的非金属氧化物气体的一部分减少MEMS装置结构中的局部化的电荷，减少所述MEM...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·雅各布斯，M·N·辛格，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US