基于TSV技術(shù)的μPNT微尺度立體堆疊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)(μΡΝΤ)的微裝配技術(shù)，具體是一種基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)(μ ΡΝΤ)由三軸微機(jī)械加速度計(jì)、三軸微機(jī)械陀螺儀和一個(gè)微型時(shí)鐘組成，其可提供高精度的位置、姿態(tài)和時(shí)鐘信息，并可在短時(shí)間內(nèi)替代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(如衛(wèi)星導(dǎo)航無(wú)法覆蓋或失效)完成載體的導(dǎo)航工作。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)的微裝配方法主要包括以下幾種:一、美國(guó)德雷柏實(shí)驗(yàn)室的R.Lutwak在論文《Micro-technology for Posit1ning, Navigat1n, and Timing Towards PNTEverywhere and Always))中提及了美國(guó)佐治亞理工學(xué)院研制的芯片級(jí)娃基的授時(shí)和慣性測(cè)量單元(I1MU)。此種方法存在的問(wèn)題是:由于其完全在單片硅上實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致其加工難度過(guò)大、成品率過(guò)低。二、美國(guó)密歇根州立大學(xué)的W.Zhu等人在論文《A Batch-Mode Assemblyand Packaging Technology for 3-Axis Tr1-Fold Inertial Measurement Units》中提出了采用正交折疊式方法進(jìn)行器件的集成。此種方法存在的問(wèn)題是:其一，由于其需要三個(gè)平面完全正交，且芯片貼合時(shí)需要保持與平面平行，導(dǎo)致其加工難度過(guò)大。其二，由于其引線需要占用大量空間，導(dǎo)致其體積過(guò)大。三、美國(guó)密歇根州立大學(xué)的Z.Cao等人在論文((Fabricat1n of Mult1-Layer Vertically Stacked Fused Silica Microsystems))中提出了基于熔融石英的多層堆疊技術(shù):通過(guò)在各石英片上進(jìn)行金屬濺射，然后加工成具體結(jié)構(gòu)，最后通過(guò)濺射金屬的焊接將不同石英片疊加連接，其結(jié)構(gòu)為13_3，采用6層結(jié)構(gòu)疊加。此種方法存在的問(wèn)題是:由于其僅僅適用于對(duì)非導(dǎo)電材料進(jìn)行加工，導(dǎo)致其適用范圍受限。四、美國(guó)加州大學(xué)歐文(Irvine)分校的S.A.玻璃層的加工:Zotov等人在論文《Chip-ScaleIMU Using Folded-MEMS Approach》和論文《Folded MEMS Pyramid Inertial MeasurementUnit》中提出了將單個(gè)MEMS陀螺和加速度計(jì)進(jìn)行3D裝配。此種方法存在的問(wèn)題是:由于其器件均分布在裝配框架外側(cè)，導(dǎo)致其裝配精度過(guò)低、體積過(guò)大。此外，目前很多機(jī)構(gòu)提出的微機(jī)械結(jié)構(gòu)均采用S0G技術(shù)，但目前并未見(jiàn)采用S0G技術(shù)后的相關(guān)集成方法?；诖耍斜匾l(fā)明一種全新的微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)微裝配方法，以解決現(xiàn)有采用S0G技術(shù)的微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)微裝配方法存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有采用S0G技術(shù)的微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)微裝配方法加工難度過(guò)大、成品率過(guò)低、體積過(guò)大、適用范圍受限、裝配精度過(guò)低的問(wèn)題，提供了一種基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
a.選取一個(gè)玻璃層，并在玻璃層的上表面濺射金屬引線層；然后，在玻璃層的下表面開(kāi)設(shè)凹槽，并在玻璃層上鉆設(shè)上下貫通的配合通孔；
b.選取一個(gè)硅層，并將硅層的下表面與玻璃層的上表面鍵合在一起；然后，在硅層上刻蝕形成硅結(jié)構(gòu)，并保證硅結(jié)構(gòu)與金屬引線層連接；然后，在硅層上刻蝕形成絕緣間隙；硅層和玻璃層由此共同構(gòu)成一個(gè)SOG ；
c.重復(fù)進(jìn)行步驟a-b，由此得到若干個(gè)SOG;然后，將各個(gè)SOG自上而下鍵合在一起，并保證相鄰兩個(gè)S0G中位置靠上的S0G的凹槽與位置靠下的S0G的硅結(jié)構(gòu)正對(duì)；
d.沿著各個(gè)S0G的配合通孔在各個(gè)S0G的硅層上刻蝕形成上下貫通的TSV，并保證TSV與其中一個(gè)S0G的金屬引線層連接，同時(shí)保證不同的TSV之間通過(guò)絕緣間隙隔絕開(kāi)來(lái)；然后，向TSV內(nèi)灌注金屬填充物。
[0005]與現(xiàn)有采用S0G技術(shù)的微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)微裝配方法相比，本發(fā)明所述的基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法基于硅穿孔(TSV)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了硅-玻璃(S0G)晶圓級(jí)立體堆疊，因此其具備如下優(yōu)點(diǎn):一、與第一種方法相比，本發(fā)明所述的基于TSV技術(shù)的μΡΝΤ微尺度立體堆疊方法無(wú)需在單片硅上實(shí)現(xiàn)，因此其加工難度更小、成品率更高。二、與第二種方法相比，本發(fā)明所述的基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法一方面無(wú)需三個(gè)平面完全正交，另一方面其引線只需占用極小空間，因此其加工難度更小、體積更小。三、與第三種方法相比，本發(fā)明所述的基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法完全適用于對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行加工，因此其適用范圍不再受限。四、與第四種方法相比，本發(fā)明所述的基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法徹底改變了器件分布形式，因此其裝配精度更高、體積更小。
[0006]本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有采用S0G技術(shù)的微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)微裝配方法加工難度過(guò)大、成品率過(guò)低、體積過(guò)大、適用范圍受限、裝配精度過(guò)低的問(wèn)題，適用于微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)的微裝配。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明的步驟a的示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明的步驟b的示意圖。
[0009]圖3是本發(fā)明的步驟c的示意圖。
[0010]圖4是本發(fā)明的步驟d的示意圖。
[0011]圖中:1-玻璃層，2-金屬引線層，3-凹槽，4-娃層，5-娃結(jié)構(gòu)，6-金屬填充物，7-配合通孔，8-絕緣間隙。
【具體實(shí)施方式】
[0012]基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
a.選取一個(gè)玻璃層1，并在玻璃層1的上表面濺射金屬引線層2;然后，在玻璃層1的下表面開(kāi)設(shè)凹槽3，并在玻璃層1上鉆設(shè)上下貫通的配合通孔7 ;
b.選取一個(gè)硅層4，并將硅層4的下表面與玻璃層1的上表面鍵合在一起；然后，在硅層4上刻蝕形成硅結(jié)構(gòu)5，并保證硅結(jié)構(gòu)5與金屬引線層2連接；然后，在硅層4上刻蝕形成絕緣間隙8 ;硅層4和玻璃層1由此共同構(gòu)成一個(gè)S0G ；
c.重復(fù)進(jìn)行步驟a-b，由此得到若干個(gè)SOG;然后，將各個(gè)SOG自上而下鍵合在一起，并保證相鄰兩個(gè)SOG中位置靠上的S0G的凹槽3與位置靠下的S0G的硅結(jié)構(gòu)5正對(duì)；
d.沿著各個(gè)S0G的配合通孔7在各個(gè)S0G的硅層4上刻蝕形成上下貫通的TSV，并保證TSV與其中一個(gè)S0G的金屬引線層2連接，同時(shí)保證不同的TSV之間通過(guò)絕緣間隙8隔絕開(kāi)來(lái)；然后，向TSV內(nèi)灌注金屬填充物6。
[0013]所述步驟a-d中，S0G的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際需求而定；各個(gè)S0G的工藝相容；同一個(gè)S0G上可刻蝕形成多種硅結(jié)構(gòu)5。
[0014]具體實(shí)施時(shí)，采用本發(fā)明所述的基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法微裝配成的微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)可封裝在一個(gè)芯片內(nèi)，為了保證較高的品質(zhì)因數(shù)也可采用真空封裝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于TSV技術(shù)的μ ΡΝΤ微尺度立體堆疊方法，其特征在于：該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的： a.選取一個(gè)玻璃層（1)，并在玻璃層（1)的上表面濺射金屬引線層（2);然后，在玻璃層(1)的下表面開(kāi)設(shè)凹槽（3)，并在玻璃層（1)上鉆設(shè)上下貫通的配合通孔（7); b.選取一個(gè)硅層（4)，并將硅層（4)的下表面與玻璃層（1)的上表面鍵合在一起；然后，在硅層（4)上刻蝕形成硅結(jié)構(gòu)（5)，并保證硅結(jié)構(gòu)（5)與金屬引線層（2)連接；然后，在硅層(4)上刻蝕形成絕緣間隙（8);硅層（4)和玻璃層（1)由此共同構(gòu)成一個(gè)SOG; c.重復(fù)進(jìn)行步驟a-b，由此得到若干個(gè)SOG;然后，將各個(gè)SOG自上而下鍵合在一起，并保證相鄰兩個(gè)SOG中位置靠上的SOG的凹槽（3)與位置靠下的SOG的硅結(jié)構(gòu)（5)正對(duì)； d.沿著各個(gè)SOG的配合通孔（7)在各個(gè)SOG的硅層（4)上刻蝕形成上下貫通的TSV，并保證TSV與其中一個(gè)SOG的金屬引線層（2)連接，同時(shí)保證不同的TSV之間通過(guò)絕緣間隙(8)隔絕開(kāi)來(lái)；然后，向TSV內(nèi)灌注金屬填充物（6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TSV技術(shù)的μΡΝΤ微尺度立體堆疊方法，其特征在于：所述步驟a-d中，SOG的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際需求而定；各個(gè)SOG的工藝相容；同一個(gè)SOG上可刻蝕形成多種娃結(jié)構(gòu)（5)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)（μPNT）的微裝配技術(shù)，具體是一種基于TSV技術(shù)的μPNT微尺度立體堆疊方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有采用SOG技術(shù)的微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)微裝配方法加工難度過(guò)大、成品率過(guò)低、體積過(guò)大、適用范圍受限、裝配精度過(guò)低的問(wèn)題?；赥SV技術(shù)的μPNT微尺度立體堆疊方法，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的：a.選取一個(gè)玻璃層，并在玻璃層的上表面濺射金屬引線層；b.選取一個(gè)硅層，并將硅層的下表面與玻璃層的上表面鍵合在一起；c.重復(fù)進(jìn)行步驟a-b，由此得到若干個(gè)SOG；d.在各個(gè)SOG的硅層上刻蝕形成上下貫通的TSV。本發(fā)明適用于微型定位-導(dǎo)航-授時(shí)系統(tǒng)的微裝配。
【IPC分類(lèi)】G01C21/16, B81B7/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105241455
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510723294
【發(fā)明人】劉俊, 曹慧亮, 石云波, 申沖, 唐軍, 馬宗敏, 馮恒振
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日