形成具有微流體潤滑劑通道的微機械裝置的方法

2023-10-23 02:20:57 1

專利名稱：形成具有微流體潤滑劑通道的微機械裝置的方法
技術領域：
本發明的實施例一般性地涉及微電子機械系統和納電子機械系統，並 且更具體地，涉及具有一個或多個微流體潤滑劑通道的上述系統。
背景技術：
眾所周知，隨著器件變得越來越小，器件的元件之間原子級和微觀級
的力變得越來越關鍵。在微機械器件(例如微機電系統(MEMS)和納機 電系統(NEMS))的領域中，與這些類型的力有關的問題非常普遍。尤 其是，彼此接觸的運動部件之間在工作過程中產生的"粘連"力(不管是 有意的還是無意的)是微機械器件的普遍問題。當彼此接觸的運動部件之 間產生的界面吸引力超過回復力時，發生粘連類型的失效。結果，這些部 件的表面永久地或者暫時地彼此粘附，造成器件失效或故障。粘連力是復 雜的表面現象，通常包括毛細力、範德華力和靜電吸引力。這裡所用的術 語"接觸"泛指兩個表面之間的任何相互作用，而不限於這些表面之間的 實際實體接觸。典型的微機械器件的一些示例是RF開關、光學調製器、 微齒輪、加速度計、蝸輪、換能器、流體噴嘴、陀螺儀以及其他類似的器 件或致動器。應該注意，術語"MEMS器件"此後用於一般地描述微機械 器件，並且將上述的MEMS和NEMS兩者包括在內。
在諸如RF開關、光學調製器、微齒輪以及其他的致動器中，粘連問 題是尤為突出的問題。在以幾赫茲(Hz)至幾吉赫茲(GHz)之間的頻率 工作的過程中，這些器件中的各個元件經常彼此相互作用。各種分析已經 表明，在不對這些類型的器件增加某種形式的潤滑以減小元件表面之間的 粘連和磨損的情況下，產品壽命的範圍可能只在幾次接觸至幾千次接觸之 間，這通常大大低於商業上實用的壽命。因此，MEMS和NEMS工業面對 的最大挑戰之一就是粘連面中的接觸微結構的長期可靠性。在各種文獻中已經討論了一些技術來解決兩個接觸表面之間的粘連。 這些技術包括將表面紋理化(例如微圖案化或雷射圖案化)以通過減小有 效接觸面積來減小總的粘附力，以及為製造接觸表面而選擇特定的材料以 降低表面能、降低元件之間的帶電或者接觸電勢差。
此外， 一些現有文獻已經提出了在相互作用的器件周圍的區域中插入 "潤滑劑"來減小與粘連相關的失效的機率。取決於材料的特性、以及潤 滑劑所處的溫度和壓力或環境，這樣的潤滑劑通常是固體或液體狀態。總
的來說，術語"固體"潤滑劑或"液體"潤滑劑是在環境條件(ambient conditions)下處於固體或液體狀態的潤滑劑，所述環境條件通常被定義為 室溫和大氣壓。 一些現有技術文獻描述了處於"氣體"狀態的潤滑劑。這 些文獻用術語"氣相潤滑劑"來概述成分的混合物，所述成分包含載氣 (例如氮氣)和氣化的第二成分，所述第二成分在接近環境條件(例如 STP)的溫度和壓力下是固體或液體。在大多數常規應用中，在比室溫高 得多的溫度和及比大氣壓低得多的條件下，固體或液體潤滑劑將保持在固 體或液體狀態。
在環境條件下以及遠高於環境溫度的溫度下處於固體或液體的典型潤 滑劑的示例可以在諸如美國專利No.6,930,367的文獻中找到。這些現有技 術的潤滑劑包括利用氣相沉積處理而沉積在各個相互作用的元件上的二氯 二甲基矽烷("DDMS")、十八垸基三氯矽烷("OTS")、全氟辛基 三氯矽烷("PFOTCS")、全氟癸酸("PFDA")、全氟癸基三氯矽烷 ("FDTS")、全氟聚醚("PFPE")和/或全氟烷基三氯矽烷 ("FOTS")，所述氣相沉積處理例如大氣壓化學氣相沉積 (APCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學氣相沉 積(PECVD)或其他類似的沉積處理。
在MEMS/NEMS元件的表面上形成低表面能的有機鈍化層的技術在 本領域中通常稱為"氣相潤滑"塗層。利用低表面能的有機鈍化層(例如 SAM塗層)的一個嚴重缺點是它們通常只有一個單分子層的厚度(雖然業 已報導了有幾個單分子層的塗層)。通常，這些類型的塗層的可用受用非 常有限，因為它們由於各個運動部件的相互作用所產生的衝擊或磨損而容
6易損壞或移位。這在有接觸表面的MEMS器件(例如光調製器和RF開 關)中是不可避免地發生的，所述MEMS器件在使用中發生頻繁接觸並在 產品壽命期間發生許多次接觸。在不採用一些方式來可靠地恢復或修復受 損塗層的情況下，粘連將不可避免地再現，造成器件損壞。
如圖1A所示， 一種用於潤滑MEMS元件的途徑是在MEMS器件108 的陣列所在的封裝100 (包括基底102、蓋子104和密封件106)內設置吸 氣劑(getter) 110。圖IB圖示了一種傳統的封裝120，它包含位於封裝 120的頭部空間124內的MEMS器件108和吸氣劑110。封裝120還包含 封裝襯底128、窗口 126和隔板環125。美國專利No.6,843，936和美國專利 No.6,979,893中分別進一步描述了這兩種構造。這些傳統器件採用了某種 類型的可逆吸收吸氣劑來在沸石晶體中或微管的內部空間中儲存潤滑劑分 子。在這些類型的設計中，在吸氣劑110中保持潤滑劑的供應，並在正常 工作過程中排放對MEMS器件108進行潤滑所需的潤滑劑量。但是，增加 可逆吸收的吸氣劑或儲備來保持液體潤滑劑增大了封裝尺寸和封裝的複雜 性，並給製造處理增加了步驟，從而增加了零件成本以及MEMS或 NEMS器件的總體製造成本。因此，使用這些技術來形成器件一般需要許 多勞動密集並且昂貴的處理步驟，例如將吸氣劑材料混合、將吸氣劑材料 應用到包含器件的封裝、將吸氣劑材料固化、對吸氣劑材料進行調節 (conditioning)或活化(activate)、然後將MEMS器件和吸氣劑密封在 密封封裝中。
在我們日常的大氣環境中存在的顆粒、水分和其它汙染物負面影響 MEMS製造工藝的器件產率和MEMS器件的平均壽命。在防止製造過程 的汙染的努力中，用於形成MEMS器件的多個工藝步驟通常在超高級別清 潔室環境(例如IO級或更好)中完成。由於產生和維護IO級或更好的清 潔室環境所需的高的成本，所以需要這樣的清潔室環境的MEMS器件製造 步驟越多，使得MEMS器件就越昂貴。因此，需要創建一種MEMS器件 製造工藝，其減少了需要超高級別清潔室環境的處理步驟的數量。
如上所述，在將MEMS元件與日常大氣環境隔離的努力中，MEMS 器件製造商通常將MEMS器件封閉在器件封裝內，從而在MEMS器件周圍形成密封環境。傳統的器件封裝工藝通常需要在MEMS器件封裝密封過
程(特別是晶片級氣密封裝)中將包含在MEMS器件附裝內的潤滑劑暴露
於高溫。通常，傳統的密封工藝(諸如玻璃漿料鍵合或共晶鍵合)需要將
MEMS器件、潤滑劑以及其它器件元件加熱到約25(TC-45(TC之間的溫
度。這些高鍵合溫度嚴重限制了可以用於器件封裝的潤滑劑的種類，並且 還使得潤滑劑在延長的暴露時間之後被蒸發掉或分解。此外，在高溫接合 工藝過程中的蒸發的潤滑劑可以稍後重新冷凝到密封表面上並汙染密封表 面。因此，還需要一種MEMS器件封裝製造工藝，其消除或最小化在器件 製造過程中潤滑劑對於高溫的暴露。

發明內容
本發明一般地涉及用於形成微機械器件的方法，所述微機械由於一個 或多個通道的存在而具有改善的可用壽命，所述一個或多個通道容納和輸 送潤滑劑，所述潤滑劑可以減小在器件的各個運動部件之間發生粘連的幾 率。
本發明的實施例闡明了一種形成微機械器件組件的方法、 一種在具有 微機械器件和用於所述微機械器件的處理區域的封裝中存儲潤滑劑的方 法、 一種將潤滑劑注入到微機械器件組件的潤滑劑通道中的方法、 一種在 具有微機械器件和用於所述微機械器件的處理區域的封裝中將潤滑劑以氣 體形式輸送到所述微機械器件的方法以及一種形成封裝的微機械器件的方 法，其中所述封裝包括基底、插入器和蓋子。
根據本發明的實施例， 一種形成微機械器件組件的方法包括如下步 驟形成微機械器件；以及形成延伸穿過所述微機械器件的處理區域的內 壁的潤滑劑通道，其中，所述潤滑劑通道的基本長度延伸到所述內壁中， 從而被其完全包封。該方法可以還包括形成穿過所述微機械器件組件的外 表面的通道入口的步驟，其中所述通道入口與所述潤滑劑通道流體連通。
根據本發明的實施例， 一種在具有微機械器件和用於所述微機械器件 的處理區域的封裝中存儲潤滑劑的方法包括如下步驟形成延伸穿過所述 處理區域的內壁的潤滑劑通道，其中，所述潤滑劑通道的基本長度延伸到所述內壁中，從而被其完全包封；以及將潤滑劑添加到所述潤滑劑通道 中。所述潤滑劑可以在密封所述封裝之前或之後添加。當潤滑劑在所述封 裝被密封之前添加時，蓋體被置於所述潤滑劑通道中緊鄰到所述處理區域 中的所述潤滑劑通道的開口的步驟，其中所述蓋體包括響應於光學輻射或 加熱變為多孔材料的材料。
根據本發明的實施例， 一種將潤滑劑注入到微機械器件組件的潤滑劑 通道中的方法包括如下步驟形成從外部到達所述潤滑劑通道的孔；以及 通過所述孔經由毛細力將所述潤滑劑注入到所述潤滑劑通道中。所述孔可 以通過利用短脈衝雷射器或長脈衝雷射器進行雷射鑽孔來形成，並隨後由 雷射器、電子束源或油脂來密封。在一些實施例中，保持所述潤滑劑通道 和外部的壓差使得所述潤滑劑通道內的壓力高於所述外部的壓力的步驟。
根據本發明的實施例， 一種在具有微機械器件和用於所述微機械器件 的處理區域的封裝中將潤滑劑以氣體形式輸送到所述微機械器件的方法包 括如下步驟將潤滑劑存儲在與所述處理區域流體連通的潤滑劑通道中，
所述潤滑劑通道的寬度介於10 ym到800 /rni，並且所述潤滑劑通道的深度 介於10/mi到200 /mi;以及加熱所述封裝。所述潤滑劑通道到所述處理區 域中的開口中布置有蓋體，所述蓋體由響應於光學輻射或加熱變為多孔的 材料製成。
根據本發明實施例， 一種形成具有基底、插入器和蓋子的封裝微機械 器件的方法包括如下步驟在所述基底上形成微機械器件；在所述基底、 插入器和蓋子中的至少一個中形成潤滑劑通道，其中，所述潤滑劑通道與 所述微機械器件的處理區域流體連通；以及將所述插入器接合到所述基 底，並將所述蓋子接合到所述插入器。接合可以在高溫下進行，例如陽極 鍵合、共晶接合或玻璃漿料接合，或者在低溫下通過使用環氧層和環氧接 合來進行。當使用高溫接合時，潤滑劑在接合步驟之後被添加潤滑劑通道 中。另一方面，當使用環氧接合時，潤滑劑在接合步驟之前被添加潤滑劑 通道中。
本發明的一個優點在於潤滑劑的儲備被形成在器件封裝內，使得一定 量的"新鮮"潤滑劑材料可以被輸送到可能發生粘連的區域。在一個方面中，潤滑劑材料被容納在適用於將移動潤滑劑均勻輸送到MEMS器件的相 互作用區域的一個或多個微通道中。在另一個方面中，不同的潤滑劑材料 可以以順序方式經由一個通道帶到器件中，或者不同的潤滑劑材料可以被 同時容納在多個單獨的通道中。結果，相對於傳統的潤滑劑輸送方案，本 文所述的潤滑劑輸送技術更可靠並成本效率更高地防止了與粘連相關的器 件失效。


下面可以參照實施例對以上簡要說明的本發明進行更具體的說明，以 詳細理解本發明的上述特徵， 一些實施例圖示於附圖中。但是應當注意，
附圖僅僅圖示了本發明的典型實施例，因此不應認為限制了其範圍，因為 本發明可以採用其他等效的實施方式。
圖1A示意性圖示了包含吸氣劑的現有技術器件封裝的剖視圖。
圖1B示意性圖示了包含吸氣劑的另一現有技術器件封裝的剖視圖。
圖2A圖示了根據本發明一個實施例的器件封裝組件的剖視圖。
圖2B示意性圖示了根據本發明一個實施例的單一反射鏡組件的剖視圖。
圖2C示意性圖示了根據本發明一個實施例處於偏轉狀態的單一反射 鏡組件的剖視圖。
圖3A圖示了根據本發明一個實施例的器件封裝組件的剖視平面圖。
圖3B和3C圖示了根據本發明一個實施例的圖3A中的局部剖面和潤 滑劑通道的放大圖。
圖3D圖示了根據本發明一個實施例的潤滑劑通道，所述潤滑劑通道 中布置有一定體積的潤滑劑，以向處理區域提供潤滑劑的現成供應。
圖3E圖示了根據本發明一個實施例的器件封裝組件的剖視平面圖。
圖3F圖示了根據本發明一個實施例的器件封裝組件的剖視平面圖， 所述器件封裝組件在處理區域內部具有通道。
圖3G圖示了根據本發明一個實施例的器件封裝組件的剖視平面圖， 所述器件封裝組件在處理區域的內表面上具有含潤滑劑通道。
10圖4A-4C圖示了根據本發明一個實施例用於形成包含潤滑劑通道的
MEMS器件封裝的工序。
圖5A-5P圖示了在執行了圖4A， 4B和4C示出的工序中的各個步驟 之後MEMS器件封裝的一個或多個元件的各種狀態。
圖6A圖示了根據本發明一個實施例在執行了圖4A示出的工序中的多 個步驟之後器件封裝組件的剖視平面圖。
圖6B和6C圖示了根據本發明一個實施例形成到潤滑劑通道中的通道 入口。
圖6D圖示了根據本發明一個實施例在潤滑劑被抽吸到潤滑劑通道中 之後器件封裝組件的剖視平面圖。
圖6E圖示了根據本發明一個實施例蓋體被安裝在通道入口上以密封 潤滑劑通道。
圖6F和6G圖示了根據本發明的實施例利用IR雷射密封潤滑劑通道 的方法。
圖7A圖示了根據本發明一個實施例的器件封裝組件的剖視平面圖。 圖7B圖示了根據本發明一個實施例的器件封裝組件的局部剖視放大圖。
圖7C圖示了根據本發明一個實施例的圖器件封裝組件的局部剖視放 大圖。
圖7D圖示了根據本發明一個實施例的圖7C所示的局部剖視放大圖。 圖7E圖示了根據本發明一個實施例的圖器件封裝組件的局部剖視放 大圖。
圖8圖示了根據本發明一個實施例的圖器件封裝組件的局部剖視放大圖。
圖9A和9B圖示了根據本發明一個實施例的圖器件封裝組件的局部剖 視放大圖。
圖10A是根據本發明一個實施例的MEMS器件封裝的平面圖，所述 MEMS器件封裝具有形成有顆粒阱的潤滑劑通道。
圖10B是根據本發明一個實施例的MEMS器件封裝的平面圖，所述MEMS器件封裝具有形成有非線性顆粒阱的潤滑劑通道。
為了清楚起見，相同的標號被用於指代附圖之間相同的元件。應該想 到， 一個實施例中的特徵可以被合併到其它實施例中，即使沒有進行這樣 的描述。
具體實施例方式
本發明一般地涉及如下的微機械器件，所述微機械器件由於存在一個 或多個容納並輸送可以減小器件的各個運動部件之間的粘連發生的可能性 的潤滑劑的通道，而具有改善的可用壽命。
本發明的實施例包括封閉的器件封裝及其形成方法，其中，所述封閉 器件封裝具有一個或多個潤滑劑通道，所述一個或多個潤滑劑通道用於將
潤滑劑輸送到布置在器件封裝的封閉區域內的MEMS器件。該一個或多個
含潤滑劑通道用作"新鮮"潤滑劑的現成供應，以防止布置在器件封裝的 封閉區域內的器件的相互作用的元件之間發生粘連。"新鮮"潤滑劑的現 成供應還可以用來補充各種接觸表面之間的受損的潤滑劑(磨損、分解 等)。在一種示例中，本發明的一些方面尤其適用於製造微機械器件(例
如MEMS器件、NEMS器件或其他類似的熱學或流控器件)。
在一個實施例中，布置在通道內的潤滑劑的量和類型被選擇，使得新 鮮潤滑劑可以現成地以氣相或蒸氣相擴散或傳輸到處理區域的全部區域， 以降低與粘連相關的失效的機率。在另一個實施例中，潤滑劑和處理區域 的壁表面(具體地，表面的可潤溼性)被選擇，使得新鮮潤滑劑以液相通 過毛細力運輸到處理區域的壁表面上，並且隨後作為分子或分子蒸氣被釋 放到器件的內部區域。
本領域技術人員可以理解，這裡所用的術語"潤滑劑"應當認為表示 適於提供潤滑、抗粘連、和/或抗磨損特性的材料。另外，這裡所用的術語 "潤滑劑"概述了器件的工作和儲存過程中處於液體、蒸氣和/或氣體狀態 的潤滑劑。
本發明的一些方面利用了微流控技術的特性。具體地，考慮將被使用 的潤滑劑，來構造微通道或潤滑劑通道，使得毛細力可以被用於操控液體
12潤滑劑進入一個或多個與MEMS器件的處理區域流體連通的潤滑劑通道
中。潤滑劑通道具有至少兩種應用。第一種應用是在MEMS器件的使用壽 命內充當潤滑劑的儲備。第二種應用是提供一種用於以良好控制方式將潤 滑劑輸送到處理區域中的可控方式。在一些情況下，例如，來自移液管或 泵的簡單外部機械壓力可以被單獨使用或與毛細力組合使用，以將液體潤 滑劑操控到潤滑劑通道中。
示例性系統的概述
為了努力防止汙染物影響MEMS或NEMS元件壽命，這些器件通常 被包封在與可能對所形成的器件的壽命造成影響的外部汙染物、顆粒或其 他材料隔離開的環境中。圖2A圖示了一種典型MEMS器件封裝230的剖 視圖，該MEMS器件封裝包含MEMS器件231， MEMS器件231被包封 在蓋子232、插入器235與基底233之間形成的處理區域234內。通常， 蓋子232、插入器235與基底233以氣密性或非氣密性的方式密封，使得 處理區域234內的元件與可能對器件的使用造成幹擾的外部汙染物和顆粒 隔離開。
圖2B圖示了一種可以在MEMS器件231 (圖2A)內形成的代表性微 機械器件，本申請中用該微機械器件來說明本發明的各種實施例。圖2B 所示的器件示意性地圖示了空間光調製器(SLM)中包含的單一反射鏡組 件101的剖視圖。應當注意，圖2B所示MEMS器件不應認為以任何方式 對本申請所描述的發明的範圍造成限制，因為本領域技術人員可以理解， 這裡所述的各種實施例可以用在其他MEMS、 NEMS、大規模致動器或傳 感器、或者經受粘連或其他類似的有關問題的可比擬的器件中。儘管下文 的討論具體地討論了本發明的各種實施例使用MEMS或NEMS類型器件 的應用，但是這些配置也不應認為對本發明的範圍造成了限制。
一般來說，單一的反射鏡組件101可以包含反射鏡102、基底103和 柔性部件107，柔性部件107將反射鏡102連接到基底103。基底103通常 設有形成於基底103的表面105上的至少一個電極(元件106A或 106B)。基底103可以由在機械方面大體上穩定的任何合適的材料製造，並可以用通常的半導體處理技術形成。在一個方面中，基底103由半導體材料(例如含矽材料)形成，並根據標準的半導體處理技術進行處理。在
本發明的可選實施例中可以使用其它材料。電極106A、 106B可以由導電的任何材料製造。在一個方面中，電極106A、 106B由沉積在基底103的表面105上並且被刻蝕形成所需形狀的金屬(例如鋁、鈦)製造。2004年7月28日提交的、共同轉讓的美國專利申請No.10/901,706中描述了這種類型的MEMS器件。
反射鏡102 —般包含反射表面102A和反射鏡基底102B。反射表面102A —般是通過將金屬層(例如鋁或其他合適的材料)沉積在反射鏡基底102B上形成的。反射鏡102由柔性部件107附裝到基底103。在一個方面中，柔性部件107是懸臂彈簧，其適於響應於所施加的力而彎折，並隨後在撤去所施加的力之後返回其初始形狀。在一個實施例中，基底103由第一單片材料製造，柔性部件107和反射鏡基底102B由第二單片材料製造，例如單晶矽。重要的是，在器件的工作過程中使一個元件(例如反射鏡102)的表面能夠接觸另一元件(例如基底103)的表面從而導致與粘連相關的問題的任何器件構造的使用總的來說都落在本發明的範圍內。例如，響應於所施加的力而圍繞鉸鏈樞轉而使得懸臂梁的一端接觸器件另一表面的簡單懸臂梁落在本發明的範圍內。
在一個方面中，基底103的表面105上形成有一個或多個任選的著陸焊盤(landing pad)(圖2B中的元件104A和104B)。著陸焊盤例如通過沉積包含鋁、氮化鈦、鎢或其他合適材料的金屬層而形成。在其他構造中，著陸焊盤可以由矽(Si)、多晶矽(poly-Si)、氮化矽(SiN)、碳化矽(SiC)、類金剛石碳(DLC)、銅(Cu)、鈦(Ti)和/或其他合適的材料製造。
圖2C圖示了由於施加靜電力FE而處於形變狀態的單一反射鏡組件101，該靜電力是用電源112在反射鏡102與電極106A之間施加電壓VA而產生的。如圖2C所示，常常希望將著陸焊盤(例如元件104A)偏置到與微反射鏡102相同的電勢，以消除接觸區域相對於反射鏡102的電擊穿和靜電荷充電(electrical static charging)。在通常的工作過程中，單一反射鏡組件101受到致動，使得反射鏡102接觸著落焊盤104A，以確保反射
鏡102與基底103之間獲得所需的角度，從而使入射的光學輻射"A"沿所需方向"B"反射離開反射鏡102的表面。由施加電壓VA而使反射鏡102朝向電極106A的偏轉因為柔性部件107的彎折而產生了回復力FR(例如力矩)。回復力Fr的大小一般由柔性部件107的實體尺寸和材料特性、以及柔性部件107所受到的扭轉大小來限定。最大回復力Fa通常受到
由施加最大可允許電壓VA所能產生的靜電力FE所施加的扭矩的限制。為
了確保反射鏡102與著陸焊盤104A之間的接觸，靜電力FE必須大於最大回復力FR。
隨著反射鏡102與著陸焊盤104A之間的距離減小，這些元件的表面之間的相互作用總體上產生了作用於反射鏡102上的一個或多個粘連力。當粘連力等於或超過了回復力Fr吋，就發生了器件失效，因為阻止了當電壓VA產生的靜電力被撤去或減小時反射鏡102運動到不同的位置(即被釋放)。
如本申請前文所述，粘連力是複雜的表面現象，通常包括三個主要分量。第一個分量是所謂的"毛細力"，該力由於液體表面處的分子間力的不平衡(例如拉普拉斯壓差)產生了粘附類型的吸引力而在液體和固體之間的界面處產生。MEMS和NEMS器件中的毛細力相互作用通常發生在液體薄層陷在兩個接觸元件的表面之間的時候。 一個典型示例是常規環境中的水蒸氣。粘連力的第二個主要分量是範德華力，該力是在原子或分子彼此非常靠近時產生的基本量子力學上的分子間力。當器件元件彼此接觸時，由於一個元件的原子的存在，在第二元件的原子中引起的極化產生了範德華力。對於非常平的結構(例如MEMS和NEMS器件中的那些結構)，這些類型的粘連力由於有效接觸面積的大小而可能很顯著。粘連力的第三個主要分量是由相互作用的元件中陷入的電荷之間的庫侖引力而產生的靜電力。
器件封裝構造
圖3A圖示了圖2A所示的MEMS器件封裝230的平面圖，該MEMS器件封裝230中形成有微流控通道或潤滑劑通道301。為了清楚起見，
MEMS器件封裝230以蓋子232的局部391被去除的情形示出。潤滑劑通道301是微通道，即水力直徑為幾個微米到小於約1 mm的管道，並且被形成在包封處理區域234的壁的任何一個中。在一個實施例中，如圖3A所示，潤滑劑通道301被形成在插入器235中、緊鄰蓋子232下方。或者，潤滑劑通道301可以被形成在MEMS器件封裝230的蓋子232中或基底233中。
在一個實施例中，潤滑劑通道301從包封處理區域234的壁中的一個的內表面235B延伸到通道入口 302 (參見圖3B)。通道入口 302穿透外表面235A，以允許一種或多種潤滑劑可以被引入到潤滑劑通道301中。在可選的其它實施例中，潤滑劑通道301不延伸到外表面(參見圖5L)，並且可以被形成在包封處理區域234的壁中的一個上(見圖3G)。
為了防止顆粒、水分和其它汙染物從外部環境進入處理區域234和潤滑劑通道301，潤滑劑通道301被構造成被與外部環境密封。在一個實施例中，通道入口 302在潤滑劑(為了清楚起見沒有示出)被引入到潤滑劑通道301之後用封閉物302A密封，如圖3B所示。下面結合圖6F和6G描述根據本實施例用於形成用於密封通道入口 302的封閉物302A的方法。
在另一實施例中，在潤滑劑通道301填充潤滑劑之後，蓋體304被布置在通道入口 302上方，如圖3C所示。蓋體304可以是聚合物(例如環氧樹脂或矽酮)，也可以是用傳統密封技術接合到外表面235A的其他固體材料。在一個方面中。蓋體304是在潤滑劑通道301填充了潤滑劑之後布置在通道入口 302內的材料塞子。密封通道入口 302的材料塞子可以是銦金屬塞子，其可以作為熔融焊料滴被施加到通道入口 302，而不用可能成為汙染物的助熔劑。這是因為銦與矽形成合金，並因此潤溼外表面235A和通道入口 302。密封通道入口 302的材料塞子也可以包括疏水高真空油脂，諸如Kryto^。
潤滑劑通道301適於容納期望量的潤滑劑(未示出)，該潤滑劑隨著時間而蒸發或擴散到處理區域234中。潤滑劑向處理區域中遷移的速率受到包括潤滑劑通道301的幾何特性、潤滑劑的分子量、潤滑劑對處理區域表面的鍵合強度(例如物理吸附或化學吸附)、潤滑劑對潤滑劑通道301
內的表面的表面張力所產生的毛細力、潤滑劑的溫度以及處理區域234中
所含體積的壓力在內的多種因素的影響。
在一個實施例中，潤滑劑通道301適於容納約0.1納升(nl)與約1000nl之間的潤滑劑體積。參考圖3B，潤滑劑通道301的體積由所形成的長度乘以潤滑劑通道301的截面積來限定。潤滑劑通道301的長度是從外表面235A到內表面235B延伸的通道長度，即，圖3B所示片段A、 B和C的長度之和。通道長度介於10微米-1 mm之間。在一個方面中，潤滑劑通道301的橫截面是矩形的，並且截面積(未示出)由潤滑劑通道301的深度(未示出)和寬度W來限定。在一個實施例中，潤滑劑通道301的寬度W在約IO微米(pm)和約80(Hmi之間，深度在約IO微米(pm)和約200)Lim之間。潤滑劑通道301的截面不一定要正方形或矩形，在不脫離本發明基本範圍的情況下可以是任何期望的形狀。
圖3D圖示了其中布置有一定體積的潤滑劑505以向處理區域234提供潤滑劑的現成供應的潤滑劑通道301。在MEMS器件231的正常工作期間，潤滑劑分子傾向於遷移到處理區域234內的所有區域。潤滑劑505到MEMS器件231的可能發生粘連的區域的連續遷移有利於防止兩個相互作用的MEMS元件之間的接觸區域處與粘連相關的失效。在MEMS器件231的工作過程中，隨著潤滑劑分子在接觸區域處分解和/或吸附到處理區域234中的其他表面上，來自潤滑劑通道301的新鮮的潤滑劑分子代替了被分解的或被吸附的潤滑劑分子，從而使潤滑劑通道301中的潤滑劑能夠用作潤滑劑儲備。
潤滑劑505的分子的運動或遷移一般通過兩種輸運機制來執行。第一種機制是表面擴散機制，其中，潤滑劑分子擴散穿過處理區域234的內部表面，從而到達兩個相互作用的MEMS元件之間的接觸區域。在一個方面中，潤滑劑505被選擇為在處理區域234內所包含的表面上具有良好的擴散性。第二種機制是存儲在潤滑劑通道301中的潤滑劑505向兩個相互作用的MEMS元件之間的接觸區域的蒸氣相或氣相遷移。在一個方面中，存
17儲在器件封裝的潤滑劑通道301中的潤滑劑505被選擇，使得潤滑劑505的分子從這些區域解吸，並作為蒸氣或氣體進入處理區域234。在器件的工作過程中，潤滑劑分子在處理區域234內達到平衡分壓，然後以蒸氣或氣體狀態到達處理區域234和MEMS器件231的相互作用的表面之間的區域。
因為這兩種輸運機制有助於建立潤滑劑層，由此降低運動的MEMS元件的相互作用，所以對MEMS器件的暴露區域輸送潤滑劑的動作在下文中總稱為潤滑劑層的"補充"，通過任一種輸運機制而輸送的潤滑劑稱為"移動潤滑劑"。總的來說，在潤滑劑通道301內存儲了足夠量的補充潤
滑劑分子，使得足夠的潤滑劑分子可用來防止在產品的整個壽命期間MEMS器件的相互作用區域處的粘連類型的失效。
在一個實施例中，如圖3E所示，潤滑劑通道301的尺寸被選擇，並且內表面234A被選擇性處理，使得液體潤滑劑505對潤滑劑通道301表面和內表面234A的表面張力造成潤滑劑505被從MEMS器件封裝230外的位置抽吸到潤滑劑通道301中，然後抽取到處理區域234中。以此方式，潤滑劑通道301用作液體注入系統，該系統使得用戶能夠利用當潤滑劑505與潤滑劑通道301的壁接觸時產生的毛細力，將一定量的潤滑劑505輸送到處理區域234中。在一種示例中，潤滑劑通道301的橫截面是矩形的，潤滑劑通道301的寬度在約100微米((am)與約60(Vm之間，深度在約100微米(pm) ±5(^m之間。在使用時，毛細力可以用來輸送比潤滑劑通道301的體積小或大的量的潤滑劑505。在這種構造中，可以通過同一潤滑劑通道301順序輸送不同體積的兩種或更多種不同的潤滑劑。或者，可以通過該潤滑劑通道301傳遞第一潤滑劑，然後在隨後的步驟中將第二潤滑劑保持在潤滑劑通道301中。
在另一個實施例中，潤滑劑505被選擇為使得潤滑劑的一部分在器件的正常工作過程中蒸發以在處理區域中形成蒸氣或氣體。在MEMS器件是空間光調製器(SLM)的情況下，通常的器件工作溫度和/或環境溫度可以在約0°C與約70°C之間的範圍內。潤滑劑形成蒸氣或氣體的能力取決於潤滑劑的平衡分壓，該平衡分壓隨著潤滑劑的溫度、潤滑劑周圍區域的壓力、潤滑劑對處理區域234的內表面的鍵合強度及潤滑劑分子量的變化而變化。
在另一個實施例中，因為潤滑劑505沿著處理區域234內的表面迅速擴散的能力而被選擇。在本實施例中，處理區域234的內表面234B和/或潤滑劑通道301可以被處理，以用作潤滑劑505的潤溼表面，如圖3F所示。以此方式，潤滑劑505以液體形式被帶入到處理區域234中，在整個MEMS器件壽命內用作用於MEMS器封裝230的移動潤滑劑的儲備。為了防止與處理區域234內的接觸表面發生幹擾，處理區域234的內表面234C的選定區域可以被處理，以用作用於潤滑劑505的非潤溼表面。以此方式，移動潤滑劑的儲備可以被形成在處理區域234中，而不會有與MEMS器件231的元件發生幹擾的危險。在一個方面中，通道或溝槽234D被形成在處理區域234的一個或多個內表面上，以更好地保持潤滑劑505，如圖3G所示。
在另一個實施例中，潤滑劑505適用於在介於約0匸-約70。C的擴展工作溫度範圍內的溫度下工作。在另一個實施例中，潤滑劑被選擇，使得在器件被暴露於在典型的MEMS或NEMS封裝工藝過程中可能經歷的溫度，即約-30。C-約400。C時，潤滑劑將不分解。
可以布置在潤滑劑通道301內並用於防止MEMS器件內的相互作用的元件的粘連的潤滑劑505的實例是全氟聚醚(PFPE)、自組裝單層(SAM)或其它液體潤滑劑。 一些已知種類的PFPE潤滑劑是可從New Jersey的Thorofare的Solvay Solexis, Inc.獲得的Y型或Z型潤滑劑(例如Fomblin Z25)、可從DuPont獲得的Krytox 以及可從Daikin Industries, LTD.獲得的Demnum 。 SAM的實例包括二氯二甲基矽垸("DDMS")、十八烷基三氯矽烷("OTS")、全氟辛基三氯矽垸("PFOTCS")、全氟癸基三氯矽烷("FDTS")、全氟垸基三氯矽垸("FOTS")。
在可選的實施例中，可能理想的是，改性潤滑劑通道301內的表面的性能，以改變潤滑劑與潤滑劑通道301的內部區域305 (圖3B所示)的表面鍵合強度。例如，理想的是，用有機鈍化材料(諸如自組裝單層(SAM))對潤滑劑通道301的表面進行塗層。可用的SAM材料包括但不限於有機矽烷類化合物，諸如十八烷基三氯矽烷(OTS)、全氟癸基三
氯矽烷(FDTS)。潤滑劑通道301的表面也可以通過將其暴露於微波、 UV光、熱能或其他形式的電磁輻射來改性，以改變潤滑劑通道301的表 面的性能。
如上所述，需要向MEMS器件封裝增加可逆吸收吸氣劑來保持潤滑劑 的傳統技術明顯增大了器件封裝尺寸和形成器件的複雜性，並給製造工藝 增加了步驟。這樣的器件封裝設計由於增加了額外的吸氣劑元件而提高了 零件成本以及總體製造成本。因此，通過將移動潤滑劑置於形成在包封處 理區域的一個或多個壁中的潤滑劑通道中，可以形成便宜和可靠的MEMS 器件。潤滑劑通道301的使用消除了對於可逆吸收吸氣劑的需要，因此減 小了器件封裝尺寸、降低了製造成本和零件成本。在此所述的實施例還通 過減小在工作期間位於處理區域內的附加的元件(諸如吸氣劑材料)接觸 器件封裝內的運動或相互作用的MEMS元件的機率而提高了器件的可靠 性。
潤滑劑通道形成工藝
根據本發明的實施例，類似於MEMS器件封裝230的潤滑劑通道301 的潤滑劑通道可以被形成在包含MEMS或任何其他粘連敏感器件的包封的 一個或多個壁中。通常，利用晶片級或晶片級封裝工藝將MEMS器件包封 在MEMS器件封裝230中，如上面的圖2A所示。晶片級封裝工藝的實例 可以在美國專利No. 5,936,758和美國專利公開No. 20050212067中找到。 下面所討論的工序也可以應用於晶片級氣密封裝，其中，多個MEMS器件 通過將多個矽和玻璃晶片排列和組裝成疊層而被同時封裝。例如，通過使 用將由其形成MEMS器件封裝230的基底233，經由晶片級氣密封裝，可 以形成多個與MEMS器件230基本相似的MEMS器件封裝。多個MEMS 器件231可以被形成在基底233上或單獨地接合到基底233。密封的 MEMS器件230可以通過接合基底233、插入器晶片和玻璃晶片來形成。 然後，通過劃片、雷射切割或其他管芯分離方法來使得接合的晶片疊層個 體化，來形成單個的MEMS器件封裝。在晶片級氣密封裝和管芯個體化之
20後的其餘封裝組裝和測試工藝不需要超高清潔室環境，因此減小了製造器 件的整體封裝成本。此外，下面所述的本發明的實施例較之傳統的MEMS 器件封裝工藝具有突出的優點，因為其消除了如下的要求在用於形成密
封的處理區域234的步驟中將MEMS器件潤滑劑暴露於高溫。
雖然下面的討論集中在晶片級封裝方法上，但是技術和總體工序不必 限於這樣類型的製作工藝。因此，在此所述的本發明的實施例不是意在限 制本發明的範圍。可以受益於在此所述的本發明的一個或多個實施例的 MEMS器件封裝和形成MEMS器件封裝的工藝的實例在如下的共同轉讓 的專利申請中有進一步描述美國專利申請No. 10/693,323,律師案巻號 No. 021713-000300, 2003年IO月24日遞交；美國專利申請No. 10/902,659: 律師案巻號No. 021713-001000, 2004年7月28日遞交；以及美國專利申 請No. 11/008,483，律師案巻號No. 021713-001300, 2004年12月8日遞 交。
圖4A示出了根據本發明的一個實施例用於形成包含潤滑劑通道301 的MEMS器件封裝230的工序400.圖5A-5F示出了在執行了工序400的每 一個步驟之後MEMS器件封裝230的一個或多個元件的各種狀態。圖5A 是可以用於形成如圖5F所示的多個MEMS器件封裝230的晶片235C的 剖視圖。晶片235C可以由諸如矽(Si)、金屬、玻璃材料、塑料材料、
聚合物材料或其它合適的材料之類的材料形成。
現在參考圖4A和5B，在步驟450中，使用傳統的圖案化、光刻和幹 法刻蝕技術在晶片235C的頂表面404形成潤滑劑通道301和任選的凹入 401。潤滑劑通道301和凹入401的深度D由在晶片235C上執行的傳統幹 法刻蝕工藝的時間和刻蝕速率來設定。應當注意，潤滑劑通道301和凹入 401可以通過其他傳統的刻蝕、消融或其他製造技術來形成，而不偏離基 礎發明的範圍。
現在參考圖4A和5C，在步驟452中，使用傳統的圖案化、光刻和幹 法刻蝕技術來穿過凹入401的底壁403從背表面405去除材料，以形成限 定內表面235B的通孔402。內表面235B與蓋子232和基底233 (在圖5E-5F中示出) 一起限定MEMS器件封裝230的處理區域234。也可以通過傳統的刻蝕、消融或其他類似製造技術執行從壁235C去除材料以形成通孔
402的工藝。或者，晶片235C可以在在先的步驟中由通孔402來形成。
在步驟454中，如圖4A和5D所示，蓋子232被接合到晶片235C的 頂表面404，以包封潤滑劑通道301並封蓋各個通孔402的一端。典型的 接合工藝可以包括陽極鍵合(例如電解工藝)、共晶接合、烙融接合、共 價鍵合和/或玻璃漿料熔融接合工藝。在一個實施例中，蓋子232是顯示器 級玻璃材料(例如Coming Eagle 2000 )且晶片235C是含矽材料，並 且通過使用傳統的陽極鍵合技術將蓋子232接合到晶片235C上。通常， 在傳統的陽極鍵合工藝過程中，MEMS器件封裝中的一個或多個元件的溫 度達到約35(TC-約45(TC之間。在共同轉讓的2005年1月3日遞交的美國 專利申請No. 11/028,946中提供了與陽極鍵合工藝相關的其它信息，該申 請通過引用被全文包含於此。
在圖456中，如圖4A和5E所示，其上安裝有多個MEMS器件231 的基底233被接合到晶片235C的背表面405，以形成MEMS器件231保 留在其中的包封的處理區域234。通常，利用陽極鍵合(例如電解工 藝)、共晶接合、熔融接合、共價鍵合和/或玻璃漿料熔融接合工藝將基底 233接合到晶片235C。在一個實施例中，基底233是含矽襯底且晶片 235C是含矽晶片，並且利用玻璃槳料接合工藝將基底233接合到晶片 235C上。通常，在玻璃漿料接合工藝過程中，MEMS器件封裝中的至少 一個或多個元件的溫度達到介於約350'C-約45(TC之間的溫度。在共同轉 讓的2005年l月3日遞交的美國專利申請No. 11/028，946中提供了與玻璃 漿料接合工藝相關的其它信息，該申請通過引用被全文包含於此。
現在參考圖4A和5F，在步驟458中，通過使用傳統的劃片技術分離 由基底233、晶片235C和蓋子232構成的晶片疊層，以形成多個MEMS 器件封裝230。在劃片工藝之後留下的多餘或零碎材料411可以被遺棄。 作為步驟458的一部分，可以對所形成的MEMS器件執行傳統的引線鍵合 和測試，以保證其耐久性並將MEMS器件準備用於可以利用MEMS器件 封裝230的系統。也可以使用其他的劃片技術來首先暴露焊盤，以允許晶 片級探測和管芯分類，然後進行完全個體化。圖6A是利用圖4A所示的步驟450-步驟458可以形成的具有部分形成 的潤滑劑通道301的MEMS器件封裝230的平面圖。為了清楚起見， MEMS器件封裝230以去除了蓋子232的局部601情形示出。如圖所示， 潤滑劑通道301僅僅部分地形成在插入器235中，使得潤滑劑通道301靠 近外表面235A的端部被具有材料厚度502的多餘插入器材料501阻斷。 一般來說，材料厚度502可以較薄，以允許容易地去除多餘的插入器材料 501，並且厚度可以為約10微米0mi)到約1 mm。在此構造中，潤滑劑通 道301被形成為從穿透內表面235B的出口 303延伸到被多餘的插入器材 料501阻斷的相反一端。以此方式，處理區域234保持密封，直至如下所 述的圖4A的步驟460中多餘的插入器材料501被去除以將潤滑劑注入到 潤滑劑通道301中。
在工序400的步驟460中，通道入口 302被形成到潤滑劑通道301 中，如圖6B和6C所示。通道入口 302可以通過對多餘的插入器材料501 進行穿孔的步驟來形成，如圖6B所示。或者，可以通過執行傳統的磨 蝕、研磨或拋光技術來去除基本所有的多餘插入器材料501以暴露潤滑劑 通道301，來形成通道入口 302，如圖6C所示。在一個方面中，可能理想 的是，從潤滑劑通道301清潔和去除在多餘的插入器材料被去除時產生的 任何顆粒，以保證顆粒不能進入到處理區域234中。因為可以去除MEMS 器件封裝230的多餘的插入器材料501的精度受到限制，在形成潤滑劑通 道301的過程中可以靠近潤滑劑通道301形成厚度控制縫隙503，如圖6A 所示。在工藝步驟458的過程中，縫隙503的右側的材料被去除，以暴露 縫隙503。厚度控制縫隙503的存在允許在去除多餘的插入器材料501中 的公差504 (參見圖6A)，而不會影響材料厚度502。
在一個實施例中，如圖6B所示，通過輸送能量(諸如雷射脈衝或電 子束脈衝)產生通道入口 302，以鑽出穿過多餘的插入器材料501並進入 潤滑劑通道301的孔。通道入口 302的雷射鑽孔可以利用短脈衝雷射器
(諸如紫外(UV)雷射器)或長脈衝雷射器(諸如紅外(IR)雷射器) 或連續波(CW)雷射器來執行。例如，當多餘的插入器材料501是含矽 材料並且材料厚度502為約100-200 Mm厚時，可以使用Rofm 20E/SHG532nm Q-開關雷射器。在此情況下，對於鑽孔工藝的平均功率設置為約 1.0-約2.5W之間，使用約3000-6000個脈衝(取決於多餘的插入器材料 501的確切厚度和組分)，Q開關頻率小於約15000Hz，並且脈衝寬度介 於約6ns和18ns。或者，可以將IR雷射器用於雷射鑽孔，以形成通道入 口 302，例如使用具有1.06/xm雷射波長的20 W纖維雷射器。在此情況 下，約2000-10000個脈衝被輸送，這取決於材料厚度502的確切值，並且 脈衝以25 kHz-40 kHz之間的頻率輸送。據信，與UV雷射器相比，使用 IR雷射器將減小在鑽孔工藝過程中產生的顆粒數量，這是由於在這些波長 下更高的能量吸收，這導致被加熱的材料形成趨向於粘附到潤滑劑通道 301的內表面上的液體。因此，使用IR雷射器可以導致在潤滑劑通道301 和/或處理區域234中形成的顆粒汙染物的顯著減少。
本發明人還確定了通過優化雷射器的設置，可以最小化在IR雷射鑽 孔過程中的顆粒產生。例如，當多餘的插入器材料501是含矽材料並且材 料厚度502為約100-200 ^m厚時，通過調節IR雷射器以形成直徑介於約 約10-約30/xm的通道入口 302，也可以最小化顆粒產生。此外，為了使得 步驟460的雷射鑽孔過程中多餘的插入器材料501的氧化最小化，雷射鑽 孔工藝可以在無氧環境中執行。例如，步驟460可以在填充有惰性氣體 (例如氮氣)或稀有氣體(例如氬)的腔室中進行。或者，惰性氣體或稀 有氣體可以被用作局域化淨化氣體保護。
在一個實施例中，在MEMS器件封裝230的形成過程中，用氣體填充 處理區域234至大於大氣壓的壓力，使得在去除多餘的插入器材料501的 過程中產生的任何顆粒通過逸出氣體被驅離處理區域234。在一個方面 中，在步驟456，即將基底233接合到晶片235C的背表面405的工藝的過 程中，用氣體填充處理區域234至大於大氣壓的壓力。在此情況下，執行 步驟456的環境被保持在高於大氣壓的壓力下，使得高於大氣壓的淨化氣 體在處理區域234被完全形成時陷入其中。保留在處理區域234中的氣體 可以惰性氣體，諸如氮氣或氬。
在另一個實施例中，器件被置於具有透明壁的O型圈密封的容器中， 以允許UV或IR雷射束透過。在雷射鑽孔以形成通道入口 302之前，容器被抽空到毫託量級的真空壓力。在處理區域234和抽空的腔室之間的大的
壓差進一步抑制了在通道入口 302的形成過程中由雷射鑽孔產生的顆粒進 入到潤滑劑通道301。容器和器件隨後用期望的氣體(諸如乾燥氮氣或
氬)回充，然後將器件從密封的容器取出。
參考圖4A，在步驟461中， 一種或多種潤滑劑被引入到潤滑劑通道 301中。如上結合圖3E所述的，潤滑劑通道301和通道入口 302可以被構 造成使得毛細力將潤滑劑505抽吸到潤滑劑通道301中，如圖6D所示。 因此，通過利用注射器、移液管或其它類似的器件將合適量的潤滑劑505 置於外表面235A上通道入口 302附近，潤滑劑通道301可以被填充到潤 滑劑通道301中。
參考圖4A，在步驟462中，通道入口 302被密封以將潤滑劑通道 301、處理區域234和置於其中的潤滑劑505與MEMS器件封裝230的外 部環境隔離。在一個實施例中，蓋體304被安裝在通道入口 302上方，以 密封潤滑劑通道301，如圖6E所示。蓋體304的組成在上面結合圖3C進 行了描述。在另一個實施例中，點焊方法(諸如雷射焊接)可以被用於密 封通道入口 302。在一個方面中，長脈衝雷射或連續波雷射(諸如IR激 光)被用於此工藝。為了使得製造成本最小化，也可以將與用於步驟460 (即穿過多餘的插入器材料501形成通道入口 302的步驟)的雷射器基本 相似的IR雷射器用於步驟462，即密封潤滑劑通道301的步驟。例如，當 多餘的插入器材料501是含矽材料並且通道入口 302的直徑介於約10 /rni 到約30 /mi時，可以以單脈衝模式使用雷射波長為1.06 /mi的Rofm StarWeld 40來密封通道入口 302，其中脈衝寬度為約1 ms，能量介於約 0.1-0.6 J，並且光斑尺寸介於約100拜到400拜。
圖6F示出了根據一個實施例利用IR雷射器密封潤滑劑通道301的方 法，其中雷射器被用於加熱鄰近通道入口 302的區域，多餘的插入器材料 501中的一些由此被熔融並且擴展到通道入口 302上。在此實施例中，利 用IR或其它長脈衝雷射器在外表面235A上形成熔池520，並且熔池520 的一部分521被移到通道入口 302上方，由此密封潤滑劑通道301。
圖6G示出了根據一個實施例利用IR雷射器密封潤滑劑通道301的另
25一種方法，其中一個或多個雷射脈衝被用於加熱外表面235A上的區域，
以在潤滑劑通道301內創建一個或多個密封522。在此實施例中，如圖所 示，利用足夠的能量在密封區域524中形成一個或多個熔池523，以在內 部密封潤滑劑通道301。潤滑劑通道301的幾何形狀在焊接區域524中可 以被構造成確保熔池523完全將潤滑劑通道301從周圍環境密封。例如， 潤滑劑通道301對應於熔池523的位置的部分較之潤滑劑通道301的其餘 部分可以被布置成更靠近外表面235A和/或可以被形成為明顯更窄。如圖 6G所示利用熔池523來密封潤滑劑通道301可以使得密封中包含的被氧化 材料的量最小化。
圖4B示出了根據一個實施例用於形成包含潤滑劑通道301的MEMS 器件封裝230的工序410。工序410中的步驟450和452與工序400中的 步驟450和452基本相同，並且在上面結合圖4A、 5A、 5B和5C進行了 描述。
現在參考圖4B，在步驟494中，具有多個通道入口 302的蓋子432與 晶片235C的頂表面404對齊並與之接合，以包封潤滑劑通道301並封蓋 各個通孔402的一端，如圖5G所示。圖5G是在接合之後的晶片235C和 蓋子432的剖視圖。步驟494與工序410的步驟454基本類似，不同之處 在於蓋子432包含多個通道入口 302，所述多個通道入口 302被布置成與 形成在晶片235C中的各潤滑劑通道301的一部分對齊。或者，通道入口 302可以在蓋子432被接合到晶片235C之後形成在蓋子432中。在此情況 下，通道入口 302可以通過本領域公知公用的光刻、消融和/或刻蝕技術來 形成。在任一情況下，通道入口 302的形成或對齊是晶片級工藝的一部 分。如上所述，較之晶片級工藝，晶片級工藝通常減小了製造器件的成 本。
在步驟496，如圖4B和5H所示，其上安裝有多個MEMS器件231的 基底233被接合到晶片235C的背表面405，以形成MEMS器件231留在 其中的包封的處理區域234。步驟496與圖4A中的工序400的步驟456基
在步驟498中，如圖4B和5I所示，在晶片級工藝中將潤滑劑505引入到各個潤滑劑通道301中。在此實施例中，在將潤滑劑505引入到潤滑
劑通道301之前，不必將由基底233、晶片235C和蓋子232構成的晶片疊 層劃片成多個MEMS器件封裝230。更確切地說，通過使用注射器、移液 管或其它類似的器件並且利用毛細力將潤滑劑505抽吸到各個潤滑劑通道 301中，可以將穩定量的潤滑劑505置於蓋子432的上表面432A上的通道 入口 302中的各個開口附近。這樣，使得製造MEMS器件封裝230所需的 晶片級製造步驟的數量被最小化。
在步驟499中，如圖4B和5J所示，各個通道入口 302被密封，以將 潤滑劑通道301、處理區域234和置於其中的潤滑劑505與MEMS器件封 裝230的外部環境隔離。工序410的步驟499與工序400的步驟462基本 類似，不同之處在於在步驟499中，使用晶片級工藝而不是晶片級工藝， 從而進一步減小了製造MEMS器件封裝230所需的晶片級製造步驟的數 量。在圖5J所示的實施例中，潤滑劑通道301已經利用雷射焊接被密封， 其中，由能量源(例如雷射)形成在上表面432A上的熔池的一部分被移 位來密封潤滑劑通道301。或者，可以通過環氧樹脂、低熔點焊料、玻璃 漿料或其它典型的密封材料來實現密封。
在步驟458中，如圖4B和5K所示，通過使用傳統的劃片技術分離由 基底233、晶片235C和蓋子232構成的晶片疊層，以形成多個MEMS器 件封裝230。工序410的步驟458與工序400的步驟458基本類似，並在 上面結合圖4A和5F進行了描述。在劃片工藝之後留下的多餘或零碎材料 411可以被遺棄。作為步驟458的一部分，可以對所形成的MEMS器件執 行傳統的引線鍵合和測試，以保證其耐久性並將MEMS器件準備用於可以 利用MEMS器件封裝230的系統。也可以使用其他的劃片技術來首先暴露 焊盤，以允許晶片級探測和管芯分類，然後進行完全個體化。
圖5L示出了根據本發明一個實施例的器件封裝組件230的剖視圖， 其中通道入口 302被形成在蓋子432中，並且不穿透外表面235A。
圖4C示出了根據本發明一個實施例用於形成包含潤滑劑通道301和 可去除潤滑劑塞子的MEMS器件封裝230的工序420。工序420中的步驟 450和452與工序400中的步驟450和452基本相同，並且在上面結合圖4A、 5A、 5B和5C進行了描述。
現在參考圖4C，在步驟484中，將其上安裝有多個MEMS器件231 的基底233與晶片235C的背表面405對齊並利用環氧層506進行接合， 如圖5M所示。圖5M是在接合之後部分地形成處理區域234的晶片235C 和基底233的剖視圖。步驟484的環氧接合工藝較之陽極鍵合、共晶接 合、熔融接合、共價鍵合和/或玻璃漿料熔融接合是低溫工藝。潤滑劑塞子 508也如圖所示被形成在各個潤滑劑通道301中，以將處理區域234與潤 滑劑通道301分離開。如上所述，潤滑劑塞子508可以是當暴露於UV或 其它波長的輻射時轉變為多孔材料的聚合物(諸如光刻膠)。或者，潤滑 劑塞子508可以是當暴露於熱時分解或以其它方式改變物理性能的聚合物 或其它熱敏性材料。
在步驟486中，如圖4C和5N所示， 一種或多種潤滑劑被引入到潤滑 劑通道301中。因為在此工藝步驟中潤滑劑通道301是開口通道，所以不 必要使用毛細力將潤滑劑505抽吸到潤滑劑通道301中。潤滑劑塞子508 防止潤滑劑505進入處理區域234中。
在步驟487中，如圖4C和50所示，將蓋子432與晶片235C的頂表 面404對齊並利用第二環氧層507進行接合，如圖50所示。圖50是在利 用第二環氧層507接合之後晶片235C、基底233和蓋子432的剖視圖。將 蓋子432接合到頂表面404上包封了潤滑劑通道301和其中容納的潤滑劑 505，並且完成了 MEMS器件231留在其中的處理區域234。
在步驟488中，如圖4C和5P所示，打破或物理改變潤滑劑塞子508 的密封，以允許潤滑劑505進入到處理區域234中。去除工藝可以包括暴 露於穿過蓋子232的UV輻射或暴露於熱。
在步驟458中，如圖4C所示，通過使用傳統的劃片技術分離由基底 233、晶片235C和蓋子232構成的晶片疊層，以形成多個MEMS器件封 裝230。步驟458在上面結合圖4A和5F進行了描述。
在可選的其它實施例中，潤滑劑通道301被形成為使得潤滑劑通道 301的內容物可以透過包封處理區域234的光學透明的壁(諸如蓋子 232)被看到。在此構造中，潤滑劑通道301被形成在蓋子232中或插入
28器235中，使得潤滑劑通道301的內容物可以透過光學透明的蓋子232被 看到。此構造是有用的，因為其允許使用者檢查潤滑劑通道301的內容物 以了解在潤滑劑通道301中剩多少潤滑劑505，從而可以根據需要採取補 正措施。
在另一實施例中，通過在將潤滑劑插入到MEMS器件封裝230之前利 用另一種液體來稀釋潤滑劑，來改善對於引入到潤滑劑通道301和處理區 域234中的潤滑劑的量的控制。在一些應用中，到潤滑劑通道301的潤滑 劑量的精確和可重複輸送是重要的。太多的潤滑劑可能使得處理區域234 的潤滑劑蒸氣過飽和，導致冷凝的潤滑劑液滴，這可能在相互作用的 MEMS元件之間的接觸區域處產生與粘連相關的失效。太少的潤滑劑可能 縮短MEMS器件封裝230中包含的MEMS器件231的壽命。但是， MEMS器件封裝230所需的潤滑劑體積可能小到納升的量級，並且僅僅已 知對於較之大一個或更多個數量級的液體體積的液體精確體積輸送。本發 明人已經確定，通過將潤滑劑稀釋在另一種液體中，弓I入到MEMS器件封 裝230中的液體的體積可以被顯著增大(例如IO倍或IOO倍)，而不會增 大引入到MEMS器件封裝230中的潤滑劑的量。在本實施例的一個方面 中，潤滑劑用明顯更大體積的溶劑稀釋，所述溶劑的蒸汽壓低於潤滑劑。 在將潤滑劑-溶劑溶液密封在潤滑劑通道301中之後，MEMS器件封裝230 經過烘乾和泵吸工藝以去除溶劑，因為過壓導致蒸發的溶劑分子擴散出 MEMS器件封裝230。在本實施例的另一個方面中，潤滑劑與明顯更大體 積的液體混合，所述液體的蒸汽壓高於潤滑劑，並且與潤滑劑至少輕微混 溶。在將混合的潤滑劑和更高蒸汽壓的液體密封在潤滑劑通道301中之 後，將MEMS器件封裝230在高於潤滑劑的蒸發溫度(例如20(TC)並低 於更高蒸汽壓的液體的蒸發溫度(例如600 。C)的溫度下供幹d這樣，潤 滑劑被活化，即，被蒸發並被允許擴散到處理區域234中，同時含潤滑劑 的混溶液體保留在潤滑劑潤滑劑通道301中。
本文所述的本發明的實施例的一個優點涉及將潤滑劑505輸送到所形 成的MEMS器件封裝230的總體工序和時序。總體上，本文所述的一個或 多個實施例提供了其中潤滑劑505在所有高溫MEMS器件封裝工藝(例如陽極鍵合和玻璃漿料接合)被執行之後輸送到處理區域中。這樣的工序減
少或防止了在這樣的高溫接合工藝(達到25(TC-45(TC的溫度)過程中發 生的潤滑劑的過早釋放或分解。將潤滑劑505在執行高溫接合步驟之後置 於潤滑劑通道301和處理區域234中的能力允許選用將在典型的接合溫度 下降解的潤滑劑材料並且/或者減小潤滑劑材料在MEMS器件形成過程中 降解或被損壞的機率。本領域技術人員將理解，利用晶片級封裝工藝而不 是晶片級封裝工藝形成在MEMS器件封裝中的潤滑劑通道301也受益於在 執行MEMS器件封裝密封工藝(例如，陽極鍵合、TIG焊接、電子束焊 接)之後輸送潤滑劑505。
本文所述的本發明的實施例的另一個優點涉及形成MEMS器件封裝所 需的處理步驟的數量以及需要在清潔室環境中執行的步驟的數量減少了。 利用可逆吸收吸氣劑的傳統MEMS器件製造工藝需要如下的額外步驟 1)在形成密封的MEMS器件封裝之前將吸氣劑材料接合到蓋子或其它元 件的表面；以及2)將封裝加熱以活化吸氣劑器件。這些步驟的省略減小 了需要在清潔室環境中執行的工序步驟的數量，由此降低了形成MEMS器 件的成本。傳統的可逆吸收吸氣劑的存在還限制了可以密封MEMS器件封 裝(尤其是對於晶片級工藝)的溫度。
潤滑劑通道構造
雖然前面的討論僅僅說明了具有一個用於將潤滑劑材料輸送到處理區 域234的潤滑劑通道的MEMS器件封裝，但是可能有利的是，形成具有不 同幾何特性和在MEMS器件封裝230內具有不同位置的多個潤滑劑通道 301，以更好地在MEMS封裝內分配移動潤滑劑。還想到了可以將幾何特 徵有利地結合到潤滑劑通道中，以用作顆粒過濾器或顆粒阱。
各個潤滑劑通道的幾何屬性可以被用來在產品壽命的不同階段輸送不 同量的移動潤滑劑。圖7A是具有多個潤滑劑通道301A-301B的MEMS器 件封裝230的剖視平面圖，所述多個潤滑劑通道301A-301B被形成為具有 不同的長度、形狀和體積。在一個方面中，理想的是，在MEMS器件封裝 230的不同區域中均勻地分布潤滑劑通道(諸如潤滑劑通道301A和301B)，使得來自潤滑劑通道的潤滑劑分子的分配在整個MEMS器件封
裝中較均勻。這對於具有大的管芯尺寸的器件來說是尤其有利的。在一個
示例中，潤滑劑通道301A和301B的長度可以被調節，以降低製造成本或 者優化潤滑劑通道中容納的潤滑劑的體積。
在一個實施例中，可能理想的是，形成多個潤滑劑通道，每一個潤滑 劑通道輸送或者容納具有不同的潤滑性能和/或遷移性能的不同潤滑劑材 料。在一個實施例中，第一類型的移動潤滑劑分子可以通過潤滑劑通道 301A輸運或儲存在潤滑劑通道301A中，第二類型的移動潤滑劑分子可以 通過潤滑劑通道301B輸運或儲存在潤滑劑通道301B中，其中第一和第二 類型移動潤滑劑分子在器件的正常工作過程中分別具有不同的平衡分壓， 和/或每種潤滑劑分別具有不同的貫穿封裝的遷移速率。
在另一個實施例中，第一和第二類型的移動潤滑劑分子被引入到處理 區域234中，其中，第一類型的移動潤滑劑分子根據其與處理區域234的
內表面的鍵合性能來選擇，第二類型的移動潤滑劑分子根據其與第一類型 的移動潤滑劑分子的鍵合性能來選擇。這樣，第一類型的移動潤滑劑分子 經由一個或更多個潤滑劑通道被引入到處理區域234中，以在處理區域 234的內表面上形成均勻的單層。然後，第二類型的移動潤滑劑分子經由 一個或多個潤滑劑通道被引入到處理區域234中，以在第一潤滑劑上形成 一個或多個單層。於是，移動潤滑劑分子的多個單層在MEMS器件的整個 壽命內充當潤滑劑儲備。在一個方面中，可能理想的是，設計在此所描述 的潤滑劑通道的幾何形狀、體積和表面粗糙度，以與其中處理的潤滑劑的 類型相對應。
圖7B是包含兩個潤滑劑通道301D和301E的壁的剖視圖，所述兩個 潤滑劑通道301D和301E具有擁有不同幾何形狀的出口 303A或303B，以 控制潤滑劑遷移到處理區域中的速率。如圖所示，可能理想的是，使得第 一潤滑劑通道301D具有擁有小的橫截面積的出口 303A，以減小潤滑劑到 處理區域234中的擴散和/或滲出，並且使得第二潤滑劑通道301E具有擁 有大的橫截面積的出口 303B，以允許潤滑劑迅速擴散和/或滲出到處理區 域234中。當這樣兩種構造被彼此組合使用時，第二潤滑劑通道301E可
31以用來在MEMS器件的啟動過程中迅速飽和處理區域234內的表面。相 反，第一潤滑劑通道301D可以用來在器件的整個壽命內向處理區域234 緩慢輸送新鮮的潤滑劑。
圖7C和7D示出了包含過濾區域605的潤滑劑通道301F的另一個實 施例，所述過濾區域605包含多個障礙物601，用於使得從MEMS器件封 裝230的外部環境到處理區域234中的一定尺寸的顆粒的流入最小化。障 礙物601通常被構造成具有期望的長度603、寬度604和高度(沒有示 出，即垂直於紙面)並在各個障礙物601之間具有期望的間距602，由此 充當過濾器，以防止一定尺寸的顆粒流入到處理區域234中。障礙物601 可以在形成潤滑劑通道301F的工藝過程中利用傳統的圖案化、光刻和幹 法刻蝕技術形成在潤滑劑通道301F中。在一個實施例中，潤滑劑通道 301F的寬度W和布置在潤滑劑通道301F中的障礙物601的定向被構造來 使得潤滑劑到處理區域中的流入最大化。在另一個實施例中，潤滑劑通道 301F的寬度W和布置在潤滑劑通道301F中的障礙物601的定向被構造來 控制潤滑劑的流量。 一般來說，理想的是，選擇障礙物601的數量和定向 以及障礙物601之間的空間的間距602和深度(沒有示出，即垂直於圖7D 的紙面)，使得具有預定尺寸的顆粒不能穿過進入處理區域234。在一個 實施例中，障礙物601的長度介於約50 /mi到約200 /mi，寬度介於約1 /mi到約50 /xm，並且間距602介於約1 /mi到約20 /xm。在此實施例中， 可以防止尺寸小到1/xm的顆粒進入處理區域234。在一個方面中，間距 602的深度可以與通道的深度相同。
在另一個實施例中，潤滑劑通道301G包含多個障礙物601的陣列， 所述多個障礙物601的陣列沿潤滑劑通道301G的長度的一部分彼此交 錯。在此構造中，尺寸小於過濾器的間隙(即間距602)的顆粒也可以被 有效地阻滯。在另一個實施例中，多組障礙物601和多個過濾區域605被 布置在潤滑劑通道的不同區域，以進一步防止顆粒進入所形成的器件的處 理區域。例如，如圖7C所示，可能理想的是，使得一個過濾區域605A靠 近潤滑劑通道的入口 ，以收集可能從MEMS器件封裝的外部進入的顆粒， 使得另一個過濾區域605B布置在靠近處理區域的潤滑劑通道中，用作在進入處理區域234之前的最後的過濾器件。
圖7E是包含兩個潤滑劑通道的壁的剖視圖，所述兩個潤滑劑通道具
有不同的出口構造，可用於提高潤滑劑到處理區域234的分配或輸送。在 一個實施例中，潤滑劑通道301G具有多個出口 (例如，出口 303C-303D)，所述多個出口適用於提高潤滑劑到處理區域的輸送速率和/或提 高潤滑劑到處理區域的不同區域的分配。在另一個實施例中，潤滑劑通道 301H具有充當噴嘴的大的出口 303E，其促進了潤滑劑到處理區域234的 輸送。
在另一個實施例中，如圖8所示，可以利用電阻元件921和溫度控制 器922來控制容納在潤滑劑通道301中的潤滑劑的溫度，以進一步控制潤 滑劑的輸送。在此構造中，控制器922適用於將期望量的功率輸送到電阻 元件921，以控制置於潤滑劑通道301中的潤滑劑的溫度，由此控制潤滑 劑到處理區域234的遷移速率。在另一個方面中，電阻元件921被安裝在 包封處理區域234的壁中的一個的外表面235A上，以便於對於潤滑劑通 道301內的潤滑劑溫度的控制。在一個方面中，電阻元件921是布置在包 封處理區域234的壁中的一個的表面上的金屬箔。應該注意，潤滑劑從潤 滑劑通道301的遷移速率強烈依賴於潤滑劑的溫度，這是因為蒸發和擴散 都是熱活化過程。
在一個實施例中， 一定體積的氣體901 (圖8)可以在用蓋體304封 蓋通道入口 302之前被有意地注入到潤滑劑通道301中，以提供控制到處 理區域234的輸送速率的緩衝和溫度補償機制。在此構造中， 一定體積的 氣體901隨溫度升高膨脹，這導致布置在潤滑劑通道301中的潤滑劑被朝 向出口 303推擠，並且該一定體積的氣體901在潤滑劑通道301中的溫度 下降時收縮。在其中潤滑劑是粘性液體和/或具有對於潤滑劑通道301的內 表面的強粘附性的一個實施例中， 一定體積的氣體901可以被添加到處於 稍高於處理區域234中的壓強的壓強。這允許在氣體體積膨脹以補償壓差 時，氣體將潤滑劑緩慢地輸送到處理區域。
在一個實施例中，如圖9A所示，蓋體304A可以被插入在出口 303 處，以將潤滑劑通道301與處理區域234隔離，直至想要去除蓋體304A以允許潤滑劑505進入處理區域234。在一個方面中，蓋體304是聚合物 (諸如光刻膠)，其保留在出口 303上的位置中，直至其被暴露於引起蓋 體304A中所包含的材料的相分離或物理性能的改變的某一形式的光學輻 射或加熱，從而將蓋體304A轉變為多孔材料。此構造尤其適用於其中潤 滑劑通道301位於蓋子232附近的構造(參見圖2A和6B)，所述蓋子 232由光學透明材料形成，所述光學透明材料透過期望波長的光，以分解 蓋體304A的材料。在另一個實施例中，蓋體304A適用於在升高的溫度下 分解。此構造允許在用低溫密封方法(例如，環氧密封)接合器件襯底之 前在潤滑劑通道301中包裝期望量的潤滑劑。潤滑劑的釋放可以在密封工 藝完成之後的任何時刻來啟動。
在一個實施例中，MEMS器件元件950和潤滑劑通道301的至少一部 分被形成在基底233上，如圖9B所示。潤滑劑通道301的剩餘部分可以 被形成在插入器235的壁中，如圖所示，或者全部形成在基底233中。 MEMS器件元件950被靠近潤滑劑通道301的形成還在基底233的部分布 置，使得MEMS器件元件950的一部分951可以被致動，以封蓋潤滑劑通 道301的出口 303。 MEMS器件元件950可以在形成MEMS器件231的同 時被形成在基底233中。在此構造中，MEMS器件元件950可以由功率源 112進行外部致動，以封蓋或暴露出口 303，使得MEMS器件元件950用 作可以調控從潤滑劑通道301的潤滑劑材料的流量的閥。部分951可以通 過使用由功率源112施加的偏置進行樞轉(參見圖9B中的"P")，以封蓋 出口 303。
在一個實施例中，包含在包封MEMS器件的處理區域234的壁中的潤 滑劑通道包含一個或多個充當顆粒阱的幾何特徵，如圖IOA和IOB所示。 圖10A是根據本發明一個實施例具有形成有顆粒阱1002的潤滑劑通道 1001的MEMS器件封裝1030的平面圖。為了清楚起見，MEMS器件封裝 1030以蓋子232的局部1091被去除的情形示出。如圖所示，潤滑劑通道 1001被形成在插入器235中，並且從插入器235的外表面235A延伸到內 表面235B。潤滑劑通道1001與上述的潤滑劑通道301基本類似，不同之 處在於潤滑劑通道1001形成有顆粒阱1002。顆粒阱1002是被形成為與潤滑劑通道1001的內部區域305流體連通的腔，並且與通道通道入口 302相 對布置。因為布置了顆粒阱1002，在通過材料去除或其它類似工藝形成通 道入口 302時被驅動到內部區域305中的顆粒中的大部分將被收集在顆粒 阱1002內。這在雷射鑽孔工藝被用於形成通道入口 302尤其適用。如圖 所示，顆粒阱1002是死空間，即不是作為插入器235的外表面235A和內 表面235B之間的流體通路的一部分的"死端"。因此，當潤滑劑經由通 道入口 302被引入到潤滑劑通道1001中時，收集在顆粒阱1002中的顆粒 不會被運輸到MEMS器件封裝1030內的處理區域234。
為了進一步減小運輸到處理區域234中的顆粒的數量，顆粒阱1002 也可以被構造來減小在利用雷射鑽孔形成通道入口 302時在內部區域305 中產生的顆粒的數量。本發明人已經確定，在雷射鑽孔過程中雷射束可能 照耀內部區域305的表面，產生顆粒。內部區域305的內表面1003可能在 通道入口 302被形成之後並且在雷射器關斷之前被鑽孔雷射消融。為了使 得由鑽孔雷射導致的表面1003的消融所產生的顆粒的數量最小化，顆粒 阱1002可以被構造成使得表面1003遠離鑽孔雷射的焦點1004。焦點 1004由射線1006和1007的交點指示，並且基本與通道入口 302 —致。通 過將表面1003置於遠離焦點1004和通道入口 302之處，穿透雷射束的能 量密度在入射在表面1003上時被減小。人們相信這樣做會使得在內部區 域305中形成的顆粒更少。人們還相信，存在於內部區域305中的顆粒通 常被熔融到表面1003和其它內表面上，並且因此成為不能被運輸到處理 區域234中的固定顆粒。
圖10B示出了根據本發明一個實施例具有形成有非線性顆粒阱1009 的潤滑劑通道1011的MEMS器件封裝1031的平面圖。在此實施例中，潤 滑劑通道1011與圖10A中的潤滑劑通道1001基本類似，不同之處在於潤 滑劑通道1011形成有非線性顆粒阱1009。在此實施例中，非線性顆粒阱 1009使得表面1013位於離開穿透雷射束的焦點1004—段距離處，並且進 一步將收集在非線性顆粒阱1009中的顆粒與插入器235的外表面235A和 內表面235B之間的流體通路隔離。在圖IOB所示的實施例中，非線性顆 粒阱1009被構造為具有一個90。的彎曲部，但是可以想到非線性顆粒阱1009也可以被構造為具有大於或小於90。的一個或多個彎曲部，以收集在
通道入口 302的形成過程中所形成的顆粒。
潤滑劑去除步驟
在一個實施例中，理想的是，將泵(沒有示出)連接到通道入口 302 (圖6B所示)，使得其可以被用來抽空處理區域，以去除其中包含的移 動潤滑劑中的一種或多種和/或稀釋劑。在此情況下，泵可以用於將處理區 域抽空到足夠的壓力，使潤滑劑蒸發並從而將其從器件封裝掃除。在另一 個實施例中，可能理想的是，將氣體源(未示出)連接到一個注入埠 (例如圖7A中的元件301A)，然後從另一個注入埠 (例如圖7A中的 元件301B)除去蓋體(例如圖7A中的元件304)，使得從氣體源輸送的 氣體能夠用來掃除任何用過的或劣化的潤滑劑材料。在任一種情況下，使 用上述方法，這些類型的技術都可以用來除去舊的和/或劣化的潤滑劑，使 得新的潤滑劑可以被添加到處理區域以延長MEMS器件的壽命。
儘管上文針對本發明的實施例，但是在不脫離本發明基本範圍的情況 下可以想到本發明其他和進一步的實施例，本發明的範圍由所附權利要求 來確定。
權利要求
1.一種形成微機械器件組件的方法，包括如下步驟形成微機械器件；以及形成延伸穿過所述微機械器件的處理區域的內壁的潤滑劑通道，其中，所述潤滑劑通道的基本長度延伸到所述內壁中，從而被其完全包封。
2. 如權利要求1所述的方法，還包括形成穿過所述微機械器件組件的外表面的通道入口的步驟，其中所述通道入口與所述潤滑劑通道流體連 通。
3. 如權利要求2所述的方法 外表面密封所述通道入口的步驟。
4. 如權利要求1所述的方法 通道內的步驟。
5. 如權利要求1所述的方法 塗敷有機鈍化材料的步驟。
6. —種在具有微機械器件和用於所述微機械器件的處理區域的封裝中 存儲潤滑劑的方法，包括如下步驟形成延伸穿過所述處理區域的內壁的潤滑劑通道，其中，所述潤滑劑 通道的基本長度延伸到所述內壁中，從而被其完全包封；以及 將潤滑劑添加到所述潤滑劑通道中。
7. 如權利要求6所述的方法，還包括在添加所述潤滑劑的步驟之前密 封所述封裝的步驟。
8. 如權利要求7所述的方法，還包括 形成從外部到達所述潤滑劑通道的孔；以及 通過所述孔經由毛細力將所述潤滑劑注入到所述潤滑劑通道中。
9. 如權利要求6所述的方法，還包括在添加所述潤滑劑的步驟之後密 封所述封裝的步驟。
10. 如權利要求9所述的方法，還包括將蓋體置於所述潤滑劑通道中 緊鄰到所述處理區域中的所述潤滑劑通道的開口的步驟，其中所述蓋體包，還包括緊鄰所述微機械器件組件的所述 ，還包括將顆粒過濾器布置在所述潤滑劑 ，還包括將所述潤滑劑通道的所述內表面括響應於光學輻射或加熱變為多孔材料的材料。
11. 一種將潤滑劑注入到微機械器件組件的潤滑劑通道中的方法，包 括如下步驟形成從外部到達所述潤滑劑通道的孔；以及通過所述孔經由毛細力將所述潤滑劑注入到所述潤滑劑通道中。
12. 如權利要求11所述的方法，其中，形成所述孔的步驟包括利用短 脈衝雷射器和長脈衝雷射器中的一種進行雷射鑽孔的步驟。
13. 如權利要求12所述的方法，還包括利用能量源密封所述孔的步驟，其中，所述能量源是短脈衝雷射器、長脈衝雷射器和電子束源中的一 種。
14. 如權利要求12所述的方法，還包括利用油脂密封所述孔的步驟。
15. 如權利要求11所述的方法，還包括保持所述潤滑劑通道和外部的 壓差使得所述潤滑劑通道內的壓力高於所述外部的壓力的步驟。
16. —種在具有微機械器件和用於所述微機械器件的處理區域的封裝中將潤滑劑以氣體形式輸送到所述微機械器件的方法，包括如下步驟將潤滑劑存儲在與所述處理區域流體連通的潤滑劑通道中，所述潤滑劑通道的寬度介於10 /mi到800 /mi，並且所述潤滑劑通道的深度介於10 拜至lj200/mi;以及加熱所述封裝。
17. 如權利要求16所述的方法，其中，所述潤滑劑通道到所述處理區 域中的開口中布置有蓋體，所述蓋體由響應於光學輻射或加熱變為多孔的 材料製成。
18. 如權利要求17所述的方法，還包括在加熱步驟之前將所述蓋體暴 露於光學輻射的步驟。
19. 如權利要求16所述的方法，其中，所述潤滑劑通道具有開口通道 構造。
20. 如權利要求16所述的方法，其中，所述潤滑劑通道的基本長度延 伸到所述處理區域的內壁中，從而被其完全包封。
21. —種形成封裝的微機械器件的方法，所述封裝包括基底、插入器和蓋子，所述方法包括如下步驟在所述基底上形成微機械器件；在所述基底、插入器和蓋子中的至少一個中形成潤滑劑通道，其中， 所述潤滑劑通道與所述微機械器件的處理區域流體連通；以及將所述插入器接合到所述基底，並將所述蓋子接合到所述插入器。
22. 如權利要求21所述的方法，其中，所述插入器通過環氧層接合到所述基底，所述蓋子通過環氧層接合到所述插入器。
23. 如權利要求22所述的方法，還包括在接合步驟之前將潤滑劑添加 到所述潤滑劑通道的步驟。
24. 如權利要求23所述的方法，還包括將蓋體插入所述潤滑劑通道中 緊鄰所述潤滑劑通道到所述處理區域的開口的步驟。
25. 如權利要求21所述的方法，還包括在接合步驟之後將潤滑劑添加 到所述潤滑劑通道中的步驟，其中，所述插入器通過高溫接合工藝接合到 所述基底，所述蓋子通過高溫接合工藝接合到所述插入器。
全文摘要
本發明涉及一種微機械器件組件，包括包封在處理區域內的微機械器件；以及潤滑劑通道，其被形成在所述處理區域的內壁上並與所述處理區域流體連通。潤滑劑經由毛細力注入到所述潤滑劑通道中，並且通過所述潤滑劑對所述潤滑劑通道的內表面的表面張力保持在所述潤滑劑通道內。容納潤滑劑的潤滑劑通道提供了新鮮潤滑劑的現用供應，防止了在布置在處理區域中的微機械器件的相互作用的元件之間發生粘連。
文檔編號H01L23/02GK101542717SQ200780044181
公開日2009年9月23日 申請日期2007年9月27日 優先權日2006年9月27日
發明者威廉·斯賓塞·沃利, 陳東敏, 陳黃南 申請人:明銳有限公司