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MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)圆片级真空封装技术不仅为MEMS器件提供必要的保护和稳定的工作环境,而且相比于器件级真空封装具有封装尺寸小、批量成本低、封装效率高的优势。基于玻璃回流工艺的TGV(Through Glass Via,TGV)技术因其信号垂直导出的特性被研究用于圆片级真空封装,它能最大程度地降低封装尺寸,是实现MEMS器件三维堆叠集成的重要方法之一。同时,它也具有热失配小、电绝缘性好、寄生电容小等优势,从而成为MEMS真空封装技术领域的研究热点。然而,国内外对此方面的研究报道很少,而且国内在玻璃回流、气密性增强等关键问题上还未解决。因此,本文重点开展面向基于玻璃回流的TGV技术研究,完成切向驱动蝶翼式硅微陀螺的圆片级真空封装。论文主要内容包括:1.阐明本课题的研究背景与意义。通过充分调研国内外在MEMS圆片级真空封装技术方面的研究成果以及研究现状,了解其发展趋势,总结出基于TGV的圆片级真空封装方案的优势和存在难点。2.切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺的结构设计。利用平行板电容器错位产生切向静电力的原理,设计了切向驱动,法向电容检测的蝶翼式陀螺结构,同时,基于TGV技术设计了TGV衬底-硅陀螺结构-玻璃盖帽的三层圆片级真空封装结构。3.玻璃回流关键工艺的理论建模分析与仿真实验验证。提出等效电路理论对玻璃回流工艺过程进行理论建模,推导出回流深度与回流温度、时间、压强、开口宽度及表面张力等影响因素的定量关系;通过COMSOL的两相流模块对其进行仿真验证;设计玻璃回流实验进行进一步的验证;结果表明,该理论推导能有效指导玻璃回流工艺。4.TGV衬底气密性增强方法研究与验证。通过界面能理论的研究分析,提出在硅-玻璃侧壁增加二氧化硅以增强硅侧壁气密性的方法,并设计亲润性实验验证该方法的有效性;设计硅导通柱侧壁气密性验证实验,对比验证优化后TGV衬底的真空封装能力;探索及优化阳极键合工艺,并设计键合界面气密性验证实验,证明其能实现圆片级真空封装。5.TGV衬底整体工艺设计及关键工艺研究。优化设计TGV衬底总体加工流程;研究TGV衬底加工过程中的关键工艺:硅深槽刻蚀工艺、玻璃回流工艺、圆片减薄与CMP(Chemical Mechanical Polishing)抛光工艺等。6.基于TGV衬底的切向驱动蝶翼式硅微陀螺三层结构圆片级真空封装加工工艺研究。分别研究并加工出高精度蝶翼式陀螺和玻璃盖帽;探索高强度三层阳极键合工艺,实现TGV衬底-硅陀螺结构-玻璃盖帽三层结构的加工。