锚定构造的制作方法

1.本发明是关于一种锚定构造，尤其指一种用于微机电系统(microelectromechanical systems，mems)中的锚定构造。


背景技术：

2.微机电系统元件(以下简称mems元件)通常由顶部的盖体层(cap layer)、中央的元件层(device layer)和底部的基板层(substrate layer)所组成，其中锚定构造是结构中的固定点，用来支撑元件的其他构造，可作为其他构造运动的支点，甚至需连接固定盖体层、元件层和基板层。锚定构造对于维持元件的结构完整性和防止悬挂在元件内部的构造的意外运动或变形非常重要，锚定构造的设计和设置可以对mems元件的性能和可靠性产生重要影响。
3.常见的一种锚定构造是通过设置在元件层的锚点两侧分别连接盖体层和基板层所组成，这种两侧固定构造虽然可以夹持形成稳定结构，却容易受到盖体层或基板层的应力影响。举例来说，温度变化所导致的形变或外力都可能形成应力，假设应力原先只作用在盖体层，由于锚点两侧分别连接盖体层和基板层，该应力必然也会传递至基板层，反之亦然。这会导致应力通过现有的锚点构造影响整个mems元件，一旦所承受的应力过高，就可能导致mems元件的讯号偏移(offset)。
4.然而，对于mems元件而言应力很难避免，例如要将mems元件焊接固定在印刷电路板上(printed circuit board,pcb)时，pcb、锡球和元件封装材料之间的温度差就会对mems元件施加应力。另外，如果mems元件被安装在可携式电子装置中，应用过程中势必也会承受外力。因此如何使mems元件不对应力敏感变得十分重要。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种改良的锚定构造，以解决前述应力会通过现有的锚点构造影响整体mems元件的问题。
6.为达上述目的，本发明提供一种锚定构造，可供应用于包含一盖体层、一元件层和一基板层的微机电系统元件。该锚定构造包含位于该元件层的一第一锚定部、一第二锚定部及一挠性件，该第一锚定部与该第二锚定部分别连接于该挠性件两侧。其中，该第一锚定部经由一第一接合部固定于该盖体层，该第二锚定部经由一第二接合部固定于该基板层。
7.通过改采包含分别连接盖体层和基板层的第一锚定部和第二锚定部的锚定构造，并且让第一锚定部与该第二锚定部之间通过该挠性件来连接，可以减少盖体层和基板层之间的应力传递，即使承受较高的应力，也不易发生讯号偏移的情形，故可进一步提升产品可靠度。
附图说明
8.图1：其为本发明第一实施例的锚定构造的结构剖视示意图；
图2a：其为设有本发明第二实施例的锚定构造的元件上视示意图；图2b：其为沿图2a的剖线a-a’的剖视示意图；图3：其为设有本发明第三实施例的锚定构造的元件剖视示意图；图4：其为本发明第四实施例的锚定构造的剖视示意图。【图号对照说明】1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
盖体层11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辅助肋部2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
元件层21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一锚定部22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二锚定部23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
挠性件3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基板层4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一接合部5第二接合部g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
间隙
具体实施方式
9.为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
10.请参阅图1，其为本发明第一实施例的锚定构造的结构剖视示意图，其应用于包含一盖体层1(cap layer)、一元件层2(device layer)和一基板层3(substrate layer)的mems元件中。该锚定构造包含位于该元件层2的一第一锚定部21、一第二锚定部22及一挠性件23(flexible element)。该第一锚定部21与该第二锚定部22分别连接于该挠性件23两侧，且该第一锚定部21为固定于该盖体层1，该第二锚定部22为固定于该基板层3。也就是说，该第一锚定部21并未固定于该基板层3，且该第二锚定部22并未固定于该盖体层1。
11.该挠性件23为易形变的构造构成的挠性结构，在mems元件中因制程成本考虑能够选用的材质通常受限，故一种可能的做法是利用相同的材质制作该第一锚定部21、该第二锚定部22与该挠性件23，但是设计让该挠性件23具有较小的截面积，使其形成挠性结构。当然如果制程许可，也可以选用不同于该第一锚定部21或该第二锚定部22的材质来制作该挠性件23。又或者，若空间许可，可以设计让该挠性件23具有一个或数个弯折部，使其等效形成弹簧挠性结构。
12.其中，该第一锚定部21是经由一第一接合部4固定于该盖体层1，该第二锚定部22是经由一第二接合部5固定于该基板层3。本发明第一实施例的锚定构造同样能够作为mems元件中的支点，且分别连接盖体层1和基板层3，然而盖体层1和基板层3并不像现有技术连接在一个锚点两侧，而是分别连接该第一锚定部21和该第二锚定部22，而且第一锚定部21与该第二锚定部22之间是通过该挠性件23来连接。如此一来，该挠性件23可以显著减少该盖体层1和基板层3之间的应力传递。
13.举例而言，当该盖体层1受到应力影响时，应力受到该挠性件23的削减才会传递至该第二锚定部22，故该应力对该基板层3的影响会减少，而且该第二锚定部22可以供mems元件内部的构造(例如传感器或致动器)悬挂，同样可避免这些构造受到该盖体层1的应力影
响。换言之，该盖体层1所承受的应力或变形对该基板层3的影响会减少；同样地该基板层3所承受的应力或变形对该盖体层1的影响也会减少。据此，本发明第一实施例的锚定构造的可以让mems元件受到应力影响时，有效降低讯号偏移的可能性，以进一步提升产品可靠度。
14.实务上，要实现该第一实施例的锚定构造存在多种制程方法，以下以一种制程方法举例说明整体制作流程，惟其并非用以限定本发明的锚定构造只能以所述制程方法制作。
15.在一种mems元件的制程方法中，包含了一第一接合步骤及一第二接合步骤。该第一接合步骤为制作该第一接合部4以将该第一锚定部21及该盖体层1连接在一起。该第二接合步骤为制作该第二接合部5以将该第二锚定部22及该基板层3连接在一起。该第一接合步骤与该第二接合步骤可以为各种现有的晶圆接合制程，例如：直接接合(direct bonding)、阳极接合(anodic bonding)、共晶接合(eutectic bonding)、黏接接合(adhesive bonding)、热压接合(thermocompression bonding)
…
等等。
16.具体的制程步骤包含，将该第一锚定部21与该第二锚定部22分别连接于该挠性件23两侧，并透过第一接合步骤连接该第一锚定部21及该盖体层1，此时该第一锚定部21与该挠性件23可以作为临时的支架供该第二锚定部22悬挂，使该第二锚定部22保持在预定的位置。接着，透过第二接合步骤连接该第二锚定部22及该基板层3。一般的接合制程会需要两个待接合对象之间被施力迫近，该盖体层1和该第二锚定部22并未接触，该盖体层1无法直接对该第二锚定部22施力使其靠近该基板层3，然而，当该盖体层1靠近该基板层3时，该第一锚定部21可以经由该挠性件23带动该第二锚定部22，使其迫近该基板层3而形成一接合力，进而完成该第二接合部5的制作。
17.需注意的是，经由该挠性件23对该第二锚定部22施加的接合力大小，会受到该挠性件23的刚性影响，当该挠性件23越硬时，能够对该第二锚定部22施加的接合力就越大，但是同时该第一锚定部21与该第二锚定部22之间的耦合力也会越大。一般而言，如果希望该挠性件23减少该盖体层1和基板层3之间的应力传递，需避免让该第一锚定部21与该第二锚定部22之间存在过高的耦合力。因此该挠性件23的刚性实际上要如何设计，仍需视使用者的需求及所选用的接合制程参数而定。
18.另一方面，如果该第一接合步骤及该第二接合步骤是共晶接合、热压接合等需要操作在特定高温下的制程时，可以选择让该第一接合步骤的工作温度(大致相当于该第一接合部4的熔点)高于该第二接合步骤的工作温度(大致相当于该第二接合部5的熔点)。如此一来可以避免制作该第二接合部5时，在该第一接合部4的位置发生熔融变形的情况。
19.如前所述，以上释例只是为了说明如何实现该第一实施例的锚定构造的其中一种制程方法，实际上在其他可能的制程方法中，有可能是先连接该第二锚定部22及该基板层3，才连接该第一锚定部21及该盖体层1；又或者，也可能在连接该第一锚定部21及该盖体层1时，同步连接该第二锚定部22及该基板层3。惟，无论是何种制程方法，由于该第一实施例的锚定构造将该第一锚定部21与该第二锚定部22分别连接于该挠性件23两侧的缘故，得以确保该第一锚定部21与该第二锚定部22得以分别被固定于该盖体层1与该基板层3。具体而言，如果是先连接该第二锚定部22及该基板层3，虽然该基板层3和该第一锚定部21并未接触，该基板层3无法直接对该第一锚定部21施力使其靠近该盖体层1，然而，当该基板层3靠近该盖体层1时，该第二锚定部22可以经由该挠性件23带动该第一锚定部21，使其迫近该盖
体层1而形成一接合力，进而完成该第一接合部4的制作。
20.在前述实施例中，只针对锚定构造本身进行了说明，然而在实际应用中mems元件中还会具有其他相应的构造，在此也举一范例进行说明。请参阅第2a及2b图所示，其中图2a为设有本发明第二实施例的锚定构造的元件上视示意图，图2b为沿图2a的剖线a-a’的剖视示意图。
21.该第二实施例的锚定构造与前述第一实施例主要差异之处在于，在本实施例中设有两个第一锚定部21，该两个第一锚定部21分别经由两个挠性件23连接于该第二锚定部22外周。如此一来，当该盖体层1靠近该基板层3时，该两个第一锚定部21可以经由该挠性件23一并带动该第二锚定部22，以形成较均匀的接合力。同理，在本发明其他实施例中，也可以设置三个以上的第一锚定部21及相应数量的挠性件23。
22.再者，如同前述说明，在本实施例中可以利用相同的材质制作该第一锚定部21、该第二锚定部22与该挠性件23，但是设计让该挠性件23具有较小的截面积，使其形成挠性结构。这种做法的好处是在该元件层2可以同步制作出该第一锚定部21、该第二锚定部22与该挠性件23，对于制程成本的节省有显著帮助。
23.该第一锚定部21或该第二锚定部22可以供mems元件内部的构造悬挂，例如从图2a更可看出该第二锚定部22可供一转轴构造悬挂，进而使该mems元件形成一跷跷板式z-轴加速度计(teeter-totter type z-axis accelerometer)。在此并不加以赘述mems加速度计的运作原理，然而如前述说明，由于应用了该第二实施例的锚定构造，当该盖体层1受到应力影响时，该应力对该基板层3的影响会减少，而且对于悬挂在该第二锚定部22的转轴等构造的影响也会减少。同样地，当该基板层3受到应力影响时，该应力对于该盖体层1和悬挂在该第一锚定部21的构造的影响均会减少。
24.除此之外，虽可注意到在图式中的mems元件外周，释例性地设有两侧分别连接盖体层1和基板层3的环状构造，惟这是mems元件的边框部分，不属于本领域所谓的锚定构造。
25.请参阅图3所示，其为设有本发明第三实施例的锚定构造的元件剖视示意图。与前述第二实施例差异之处在于：在本实施例中该盖体层1设有一辅助肋部11，该辅助肋部11可以包含一个或多个朝该元件层2凸伸的肋，且该辅助肋部11与该第二锚定部22对位，并且与该第二锚定部22之间具有一间隙g。详言之，透过第二接合步骤连接该第二锚定部22及该基板层3的过程中，当对该盖体层1施力足够大，使其形变量大于该间隙g时，该辅助肋部11将会抵接该第二锚定部22，以帮助使该第二锚定部22迫近该基板层3而形成一接合力。一旦完成制作该第二接合部5，而停止对该盖体层1施力后，该辅助肋部11将会恢复与该第二锚定部22之间保持该间隙g，进而确保该第三实施例的锚定构造也能够减少该盖体层1和基板层3之间的应力传递。
26.请再参阅图4所示，其为本发明第四实施例的锚定构造的剖视示意图。与前述第一实施例主要差异之处在于，在本实施例中设有两个第二锚定部22，该两个第二锚定部22分别经由两个挠性件23连接于该第一锚定部21外周。如此一来，当该盖体层1靠近该基板层3时，该第一锚定部21可以经由该挠性件23一并带动该两个第二锚定部22，以形成较均匀的接合力。同理，在本发明其他实施例中，也可以设置三个以上的第二锚定部22及相应数量的挠性件23。
27.综上，相较于现有技术的mems元件使用两侧固定的锚点构造，导致其对于应力的
耐受度较差，本发明通过对锚定构造进行改良，改采分别连接该盖体层1和该基板层3的第一锚定部21和第二锚定部22，而且第一锚定部21与该第二锚定部22之间是通过该挠性件23来连接，该挠性件23可以显著减少该盖体层1和基板层3之间的应力传递，有助于避免前述应力可能对mems元件带来的不良影响，以进一步提升产品可靠度。
28.需再次强调的是，虽然在第1～4图中，该挠性件23均简化以和第一锚定部21及第二锚定部22相同材质的一柱状体表示，然而实际上本领域技术人员了解的是，该挠性件23可以为呈弯折状的挠性结构；又或者可以选用不同于该第一锚定部21或该第二锚定部22的材质来制作，以利设计者对该挠性件23的质量中心、弹性系数、形变量等特性进行调控。
29.上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种锚定构造，其特征在于，应用于包含一盖体层、一元件层和一基板层的微机电系统元件，该锚定构造包含：位于该元件层的一第一锚定部、一第二锚定部及一挠性件，该第一锚定部与该第二锚定部分别连接于该挠性件两侧；其中，该第一锚定部经由一第一接合部固定于该盖体层，该第二锚定部经由一第二接合部固定于该基板层。2.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中，该第一锚定部并未固定于该基板层，且该第二锚定部并未固定于该盖体层。3.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中该盖体层设有一辅助肋部，该辅助肋部与该第二锚定部对位，并且该辅助肋部与该第二锚定部之间具有一间隙。4.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中还包含另一第一锚定部及另一挠性件，该两个第一锚定部分别经由该两个挠性件连接于该第二锚定部外周。5.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中还包含另一第二锚定部及另一挠性件，该两个第二锚定部分别经由该两个挠性件连接于该第一锚定部外周。6.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中该第一锚定部、该第二锚定部及该挠性件由相同的材质制作，该挠性件相较于该第一锚定部及该第二锚定部具有较小的截面积。7.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中该第一接合部的熔点高于该第二接合部的熔点。8.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中该第一接合部的熔点低于该第二接合部的熔点。9.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中该第二锚定部供该微机电系统元件内部的构造悬挂。10.如权利要求1所述的锚定构造，其特征在于，其中该第一锚定部供该微机电系统元件内部的构造悬挂。

技术总结
本发明揭露一种锚定构造，可供应用于包含一盖体层、一元件层和一基板层的微机电系统元件，以提升微机电系统元件对于应力的耐受度。该锚定构造包含位于该元件层的一第一锚定部、一第二锚定部及一挠性件，该第一锚定部与该第二锚定部分别连接于该挠性件两侧。其中，该第一锚定部经由一第一接合部固定于该盖体层，该第二锚定部经由一第二接合部固定于该基板层。第二锚定部经由一第二接合部固定于该基板层。第二锚定部经由一第二接合部固定于该基板层。


技术研发人员：李世伟 曾冠儒 王照勋
受保护的技术使用者：昇佳电子股份有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/10/19