MEMS 气密封装进展：一种具有环间沟槽结构的铝 - 硅 - 锗三元共晶键合方法

《IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology》：Advancement in Hermetic Packaging for MEMS: An Al–Si–Ge Ternary Eutectic Bonding Approach With Interring Groove Structure

　　**摘要：**气密封装技术的提升对于惯性传感器器件（包括MEMS陀螺仪）的发展具有重要意义。铝-锗（Al-Ge）共晶键合技术以其优异的密封性能和机械强度而闻名，能够显著提升这些器件的可靠性和效率。本研究引入了一种基于铝-硅-锗（Al-Si-Ge）三元共晶键合系统的气密封装技术，该系统采用双密封圈和圈间凹槽（IRG）结构。研究团队对密封圈形貌、封装单元的氦泄漏率以及剪切强度进行了系列研究，并与传统Al-Ge二元系键合技术进行了比较。结果表明，在相同键合参数下，Al-Si-Ge三元系中密封圈的横截面呈现出明显的共晶相特征，且在氦泄漏气密性和剪切强度方面的封装性能均优于传统二元系。无吸气剂系统的性能达到MIL-STD-883标准，泄漏率为(3.42±0.10)×10?? atm·cc/s，剪切力为(52.62±1.61)千克力（kgf）。此外，本文提出的IRG封装结构已被证明能够提升封装腔体的密封性和机械强度。研究结果强调了Al-Si-Ge三元共晶键合工艺和创新的封装结构设计对MEMS器件气密性能的积极影响，为提升MEMS器件的性能和使用寿命提供了一种新的技术途径。**一、引言**气密封装是一种基于晶圆键合的气密封装技术，旨在提高电子器件的可靠性和功能性能，尤其针对MEMS器件。近年来，该领域受到了广泛关注，特别是其在陀螺仪、加速度计和原子钟等MEMS器件中的广泛应用。与传统器件级封装相比，晶圆级气密封装通过最小化尺寸、重量和功耗（SWaP-C）[1]，实现了更优的长期稳定性。该技术通过晶圆键合形成密封腔体，具有低泄漏率的特征，并且能够通过集成吸气剂来维持腔体内的真空状态，从而显著降低空气阻尼效应对器件性能的影响[2]、[3]。此外，该技术有利于在微腔内建立稳定的惰性气体环境，从而提高器件的运行稳定性和使用寿命。晶圆级气密封装的核心技术是高质量、高精度的晶圆键合，当前主要面临工艺复杂、密封可靠性、材料兼容性和成本控制等方面的挑战。