PROCEDIMIENTO DE CIERRE ESTANCO DE UNA MICROCAVIDAD Y DE UN PAQUETE QUE COMPRENDE AL MENOS UNA MICROCAVIDAD.

Un procedimiento de cierre hermético de al menos una microcavidad (7) entre una primera oblea (1) y una segunda oblea (2),

comprendiendo dicho procedimiento las etapas de proporcionar sobre al menos una de las primera y segunda obleas (1, 2) una configuración cerrada de un material de estanqueidad apropiado para constituir al menos una barrera de difusión (4) y proporcionar un material de unión intermedio (6) separado del material de estanqueidad sobre al menos una de las primera y segunda obleas (1, 2), comprendiendo el material de unión intermedio un adhesivo, la alineación de dichas primera y segunda obleas (1, 2) y la aplicación de presión para constituir la al menos una barrera de difusión (4) y para crear una conexión que una entre sí la primera oblea (1) y la segunda oblea (2)

Campo Técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para cerrar herméticamente una microcavidad de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1.

También se refiere a un paquete cerrado herméticamente que comprende una microcavidad de 5 acuerdo con lo definido en la reivindicación 13.

Antecedentes

Los dispositivos de los Sistema Microelectromecánicos (MEMS) tienen un tamaño que oscila entre algunos μm hasta unos pocos mm e incluyen unos sensores de la presión, unos detectores de impactos y unas matrices de plano focal, por ejemplo, para cámaras de infrarrojos. Dichos sistemas deben a menudo estar provistos 10 de unos paquetes herméticos para proteger sus estructuras contra entornos externos rigurosos y / o para asegurar unas condiciones atmosféricas especiales, como por ejemplo un vacío de alta densidad, dentro del paquete para asegurar la funcionalidad del dispositivo. Los paquetes también protegen las estructuras contra los impactos mecánicos.

El paquete puede estar cerrado herméticamente a nivel de oblea o a nivel de chip. En este último 15 caso, la oblea está completamente fragmentada en chips antes de cerrarlos herméticamente. La ventaja general es que puede encapsularse un gran número de paquetes, por ejemplo, de matrices de plano focal, y ser protegidos sustancialmente al mismo tiempo, lo que reduce de manera considerable el coste por unidad. Las pruebas del dispositivo encapsulado pueden entonces llevarse a cabo a nivel de oblea antes de que las obleas sean fragmentadas en cubos, lo que no sería posible si las obleas no estuvieran protegidas mediante su encapsulación. 20

Las técnicas de unión a nivel de oblea son ampliamente utilizadas con el fin indicado. Las técnicas de unión a nivel de oblea convencionales incluyen la unión por fusión, la unión por compresión, la unión anódica y la unión eutéctica. Dichos procedimientos requieren unas condiciones de temperaturas altas, altas presiones altas, altos voltajes y / o superficies especiales. Estos condicionamientos son incompatibles con muchos dispositivos MEMS y con los procesos de fabricación microeléctrónicos estándar. Por consiguiente, el cierre hermético de los 25 dispositivos MEMS y / o de los circuitos microelectrónicos es difícil y costoso.

Se han llevado a cabo esfuerzos considerables para perfeccionar los procedimientos de unión compatibles con los procesos microelectrónicos estándar. Las recientes técnicas incluyen, por ejemplo:

- la unión térmica localizada, lo que requiere unas estructuras y unas etapas de fabricación complicadas. 30

- la unión por soldadura, lo que afecta a la atmósfera existente dentro de la microcavidad,

- la unión eutéctica, la cual, si se utiliza en grandes áreas a menudo se resienten de un rendimiento bajo de la unión debido a los óxidos residuales y a la suciedad de las superficies de los metales,

- la unión por adhesivo a baja temperatura, lo que no consigue unas microcavidades 35 herméticamente cerradas.

Algunas técnicas de unión de obleas, por ejemplo, la unión por soldadura y la unión eutéctica, se describen en el trabajo de Niklaus: “Unión de Obleas por Adhesivo para Sistemas Microelectrónicos y Microelectromecánicos” [“Adhesive Wafer Bonding for Microelectronic and Microelectromechanical systems”], Royal Institute of Technology, Stockholm, publicado el 23 de Septiembre de 2002, TRITA-ILA 0204, ISSN 0281-2878, después de la fecha de 40 prioridad de la presente solicitud de Patente.

Por tanto, el procedimiento de fabricación y los sensores de estanqueidad, los accionadores, los circuitos integrados, y los sistemas de detección integrados son sustanciales para la estabilidad a largo plazo de los dispositivos.

Otras técnicas incluyen las descritas en los siguientes documentos: EP-A-606 725, la Patente de Nueva 45

Concesión estadounidense Re 35,119; US-A-6413800; US-A-5641713; US-A-5053358; y la Solicitud de Patente estadounidense 2002/0017713.

Sumario de la Invención

Constituye, por consiguiente, un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para crear una microcavidad hermética mediante una unión a nivel de oblea o chip, la cual sea compatible con los 5 dispositivos MEMS y los circuitos microeléctronicos estándar.

El objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante un procedimiento para cerrar herméticamente una microcavidad que comprende una primera oblea y una segunda oblea. El objetivo, así mismo, se consigue mediante un paquete cerrado herméticamente que comprende una microcavidad de acuerdo con la reivindicación 13. 10

El procedimiento de la invención está especialmente indicado para el cierre hermético de dispositivos microelectromecánicos y microelectrónicos, incluyendo sensores, accionadores (transductores) y circuitos integrados. El procedimiento permite el cierre hermético de los paquetes a nivel de oblea en situaciones en las que ello no es posible con los procedimientos de la técnica anterior. De este modo, muchos paquetes pueden ser cerrados herméticamente sustancialmente al mismo tiempo que un único paquete. El cierre hermético puede 15 conseguirse incluso con una unión a bajas temperaturas, lo que no daña los componentes. Por medio de lo cual, el procesamiento y las pruebas anteriores de los paquetes puede llevarse también a cabo a nivel de oblea, lo que reduce en gran medida los costes de fabricación.

El cierre hermético a menudo se utiliza para conseguir unos paquetes de alto vacío o unos paquetes herméticamente cerrados que comprenden una atmósfera controlada, pero puede también ser utilizado 20 para la protección de los componentes que no requieran una atmósfera específica. En una forma de realización preferente, la primera oblea es una oblea de germanio. Una ventana de germanio resulta pertinente si el paquete va a ser utilizado como una matriz de plano focal en una cámara de infrarrojos; dado que el germanio es transparente en el espectro infrarrojo. Por supuesto, pueden también ser utilizados otros materiales que sean transparentes en el espectro infrarrojo. 25

En la mayoría de los casos, una o ambas obleas comprenden unos componentes que deben ser encerrados dentro de la cavidad herméticamente cerrada. Dichos componentes pueden ser, por ejemplo, sensores de la resonancia, sensores de la presión, sensores de la aceleración, sensores de la radiación térmica (por ejemplo, matrices bolométricas de infrarrojos), otros sensores de la radiación, conmutadores, como por ejemplo conmutadores de RF, filtros de ondas acústicas de superficie (SAW), láseres, moduladores láser, láseres VCE, 30 accionadores o dispositivos de RF - MEMS. Pueden implementarse unos circuitos integrados (ICs) al lado o por debajo de los sensores. Las interconexiones eléctricas desde los ICs o desde los sensores para contactar con las zonas terminales (de unión) pueden, así mismo, situarse sobre la oblea. En este caso, las interconexiones eléctricas estarían típicamente cubiertas con un material eléctricamente no conductor, como por ejemplo, nitruro de silicio u oxinitruro de silicio con el fin de evitar cortocircuitos en las etapas posteriores del proceso. 35

Los componentes pueden, por ejemplo, consistir también en dispositivos implantables que deban ser herméticamente cerrados para su protección pero que no tengan que situarse en un vacío.

Una oblea puede, así mismo, ser una oblea no procesada (plana) (por ejemplo vidrio o silicio).

Con el procedimiento de acuerdo con la invención, los componentes situados sobre las obleas pueden ser fabricados mediante cualquier proceso estándar rentable, como por ejemplo los procedimientos 40 habitualmente empleados en la fabricación de los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASICs), en las funderías de IC y / o en las funderías de los MEMS. El procedimiento de acuerdo con la invención permite el cierre hermético de los componentes a nivel de oblea, esto es, antes de que la oblea sea fragmentada en cubos para formar los chips.

La unión por adhesivo proporciona la fuerza de unión mientras que la barrera de difusión asegura 45 el cierre hermético de la microcavidad. Pueden ser utilizadas diversas barreras de difusión en el interior y / o en el exterior de la unión por adhesivo.

El experto en la materia...

1. Un procedimiento de cierre hermético de al menos una microcavidad (7) entre una primera oblea (1) y una segunda oblea (2), comprendiendo dicho procedimiento las etapas de proporcionar sobre al menos una de las primera y segunda obleas (1, 2) una configuración cerrada de un material de estanqueidad apropiado para constituir al menos una barrera de difusión (4) y proporcionar un material de unión intermedio (6) separado del 5 material de estanqueidad sobre al menos una de las primera y segunda obleas (1, 2), comprendiendo el material de unión intermedio un adhesivo, la alineación de dichas primera y segunda obleas (1, 2) y la aplicación de presión para constituir la al menos una barrera de difusión (4) y para crear una conexión que una entre sí la primera oblea (1) y la segunda oblea (2).

10

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la barrera de difusión (4) está constituida por un metal.

3. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que comprende la etapa de proporcionar un material de estanqueidad sobre ambas primera y segunda obleas (1, 2) de tal manera que el material de 15 estanqueidad situado sobre ambas obleas (1, 2) interactúe para constituir la barrera de difusión (4).

4. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de estanqueidad está configurado de tal manera que sea plásticamente deformado mediante presión y soldado conjuntamente mediante soldadura en frío. 20

5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las primera y segunda obleas (1, 2) están unidas y el material de unión intermedio (6) es a continuación curado para constituir la unión entre las obleas (1, 2).

25

6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la barrera de difusión (4) tiene una configuración cerrada y la estructura constituida a partir del material de unión intermedio (6) no tiene una configuración cerrada.

7. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que: 30

i) la primera oblea (1) comprende un anillo (4a) de la barrera de difusión y la segunda oblea (2) comprende dos o tres anillos (4b, 4c) de la barrera de difusión, de tal manera que la barrera de difusión está constituida por tres partes interactuantes;

ii) la primera oblea (1) comprende dos anillos (4f, 4g, 4f', 4g') de la barrera de difusión y la segunda 35 oblea (2) comprende tres anillos (4h, 4j, 4k, 4h', 4j', 4k') de la barrera de difusión, de tal manera que la barrera de difusión (4) está constituida por cinco partes interactuantes; o

iii) las primera y segunda obleas (1, 2) comprenden unos anillos coincidentes de material (4) de la barrera de difusión y unos anillos coincidentes de material de unión (6);

40

i. y en el que los anillos de la barrera de difusión situados sobre la primera oblea interactúan con los anillos de la barrera de difusión situados sobre la segunda oblea para deformar plásticamente el material de estanqueidad para llevar a cabo la soldadura en frío del material de estanqueidad.

45

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la etapa de constitución de la al menos una barrera de difusión (4) mediante la presión aplicada crea así mismo un efecto de unión entre las primera y segunda obleas (1, 2).

9. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dos materiales de estanqueidad diferentes son utilizados para constituir dicha al menos una barrera de difusión. 50

10. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende así mismo la etapa de proporcionar al menos un contacto eléctrico (12) desde el interior de la microcavidad hasta el exterior del paquete.

55

11. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de unión intermedio comprende un epoxi.

12. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la unión se

constituye mediante la aplicación del material de unión intermedio con las primera y segunda obleas mediante un proceso de recubrimiento.

13. Un paquete herméticamente cerrado que comprende una microcavidad (7) definida por una primera oblea (1) y una segunda oblea (2) unidas entre sí mediante una estructura de unión (6) constituida mediante un material de 5 unión intermedio, en el que el material de unión comprende un adhesivo, y que comprende así mismo al menos una barrera de difusión (4) la cual está separada de la estructura de unión, caracterizado porque la al menos una barrera de difusión (4) tiene una configuración cerrada constituida a partir de unas estructuras de material de estanqueidad respectivas dispuestas cada una sobre una respectiva de dichas primera y segunda obleas.

10

14. Un paquete herméticamente cerrado de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la al menos una barrera de difusión (4) está constituida dentro de la microcavidad.