CN106803744A - 微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法，包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；微蒸发台的一面为蒸发面；锚点位于微蒸发台的两侧，且与微蒸发台相隔一定的间距；支撑梁位于微蒸发台与锚点之间，一端与微蒸发台相连接，另一端与锚点相连接；支撑梁的尺寸满足如下关系式；金属电极位于锚点的第一表面。微蒸发台通过支撑梁与表面形成有金属电极的锚点相连接，通过调整设定支撑梁的尺寸，使得支撑梁的热容量小、散热少的特性，又微蒸发台及支撑梁的尺寸较小，只需在金属电极表面施加很小的功率即可以使得微蒸发台达到所需的蒸发温度，同时由于支撑梁的绝热作用，锚点处的温度升温较小，不会对器件的稳定性造成影响。

Description

微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法
技术领域
本发明属于传感技术领域，特别涉及一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法。
背景技术
振荡器是数字电子***中提供时钟频率的基本元件,几乎在所有电子***中均需使用。在现代通讯***中，由于频率资源有限而用户众多，对振荡器频率的准确性提出了极高要求。GSM手机要求振荡器的频率准确性在±2.5ppm以内，而移动基站要求振荡器的稳定性在±0.05ppm以内。
长期以来，石英晶体谐振器一直是电子***中提供时钟频率信号的主要元件，其性能稳定，温度特性好。但是，石英振荡器难以集成，受机械加工手段限制难以制作高频振荡器，并且抗震性能较差，难以满足未来移动智能设备的需求。
硅基振荡器是采用微机电技术(MEMS)技术制作的新一代振荡器，其谐振特性优异，便于与集成电路集成，可实现GHz量级的振荡频率输出，并且可耐受高冲击环境。
振荡器必须解决的一个主要问题是，MEMS加工的离散性要显著大于传统机械加工技术，造成MEMS振荡器频率的离散性大。传统毫米量级的石英晶体振荡器，其加工精度可达微米量级，并且石英振荡器可在大气下工作，在加工完成后通过测试和蒸发修正等工艺校准频率，可实现极高的频率准确性。而振荡器采用圆片级加工工艺制作。所谓圆片级制造工艺是指一个硅圆片上有几百、几千甚至几万个芯片单元，每个芯片单元都是独立的元器件，圆片上所有芯片单元是同时加工的。任何制造工艺在一个圆片上均存在工艺离散性，氧化、扩散等工艺的离散性较小，溅射等工艺的离散性接近5％，而刻蚀的离散性更大。MEMS振荡器的特征尺寸在微米量级，工艺离散性一般在亚微米量级，造成制造完成的振荡器的频率离散性显著大于传统工艺制造的石英晶体振荡器。通过对谐振单元作可制造性设计，可以将振荡器的频率离散性降低到102ppm量级，但与石英振荡器ppm量级的频率离散性相比仍有极大的差距。振荡器的目标共振频率为f0±δf，其中f0为满足应用需求的固定频率值，δf为应用允许的频率偏差量。一般应用中允许的δf/f0在10-5～10-6量级；而实际制作得到的硅MEMS振荡器共振频率存在较大离散性，振荡器共振频率fi与f0的偏差一般远大于δf。
传统石英振荡器是利用蒸发或溅射工艺在石英谐振单元表面制作一薄层金属层，从而改变谐振单元的质量来实现频率调节的。由于振荡器一般需要在真空中工作，制造完成的振荡 器一般已通过圆片级封装工艺实现了真空封装，传统方法难以对封装在真空腔内的谐振单元作结构的微调，因此无法采用传统技术实现振荡器的频率校准。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法，用于解决现有技术中存在的振荡器的频率离散性较高的问题，以及由于振荡器通过圆片级封装工艺实现了真空封装，难以对封装在真空腔内的谐振单元作结构的微调，无法实现振荡器的频率校准的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微蒸发器，所述微蒸发器包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；其中，
所述微蒸发台的一面为蒸发面；
所述锚点位于所述微蒸发台的两侧，且与所述微蒸发台相隔一定的间距；
所述支撑梁位于所述微蒸发台与所述锚点之间，一端与所述微蒸发台相连接，另一端与所述锚点相连接；所述支撑梁的尺寸满足如下关系式：
其中，b、h、L分别为所述支撑梁的宽度、厚度及长度，T为工作时所述微蒸发台所需的蒸发温度，P为工作时所述金属电极上需要施加的功率，k为所述支撑梁的导热率，Ta为所述锚点处的温度；
所述金属电极位于所述锚点的第一表面。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发台的材料在低于其熔点时的饱和蒸汽压大于10-6乇。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发台、所述锚点及所述支撑梁的材料均为均质的硅或锗。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发器还包括蒸发料，所述蒸发料位于所述微蒸发台的蒸发面。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述蒸发料在饱和蒸汽压大于10-6乇的温度低于所述微蒸发台的熔点。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述蒸发料为铝、锗、金或半导体材料。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发器还包括阻挡层，所述阻挡层位于所述蒸发料与所述微蒸发台的蒸发面之间。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述阻挡层的材料为低应力氮化硅、氧化硅或TiW/W复合金属。
作为本发明的微蒸发器的一种优选方案，所述微蒸发器还包括绝缘层及衬底，所述绝缘层位于所述锚点的第二表面，且所述锚点通过所述绝缘层固连于所述衬底的表面。
本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构包括上述任一方案中所述的微蒸发器及振荡器；
所述微蒸发器与所述振荡器共同密封于同一真空腔内，所述微蒸发器与所述振荡器上下对应设置，且所述微蒸发器中微蒸发台的蒸发面朝向所述振荡器。
作为本发明的振荡器集成微蒸发器结构的一种优选方案，所述微蒸发器的蒸发面与所述振荡器的表面相隔一定的间距。
作为本发明的振荡器集成微蒸发器结构的一种优选方案，所述微蒸发器的蒸发面与所述振荡器的表面相隔的间距为2μm～50μm。
作为本发明的振荡器集成微蒸发器结构的一种优选方案，所述微蒸发器与所述振荡器通过表面微机械加工工艺、圆片级键合工艺、芯片与圆片键合工艺或芯片级键合工艺集成密封于同一真空腔内。
本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法，所述振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法包括以下步骤：
1)量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对；
2)依据量测的所述共振频率与目标共振频率的比对结果得到所述微蒸发器所需的蒸发质量；
3)在所述微蒸发器两端的所述第一金属电极上施加电压或电流，使所述微蒸发器蒸发所需的蒸发质量；
4)去除施加在所述第一金属电极上施加的电压或电流，再次量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对。
作为本发明的振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法的一种优选方案，步骤4)之后，还包括重复步骤2)至步骤4)，直至量测的所述共振频率与目标共振频率相同的步骤。
本发明的一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法具有以下有益效果：所述微蒸发台通过支撑梁与表面形成有金属电极的锚点相连接，通过调整设定所述支撑梁的尺寸，使得所述支撑梁的热容量小、散热少的特性，又所述微蒸发台及所述支撑梁的尺寸较小，只需在所述金属电极表面施加很小的功率即可以使得所述微蒸发台达到所需的蒸发温度，同时由于所述支撑梁的绝热作用，所述锚点处的温度升温较小，不会对器件的稳定性造成影 响；通过将振荡器与微蒸发器集成于同一真空腔内，实现了对振荡器频率的调节与修正，可以提高振荡器的频率的准确性，达到了应用要求。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的微蒸发器的立体结构示意图。
图2至图3显示为本发明实施例二中提供的微蒸发器的立体结构示意图。
图4显示为本发明实施例三中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图5显示为本发明实施例四中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图6显示为本发明实施例五中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图7显示为本发明实施例六中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图8显示为本发明实施例七中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图9显示为本发明实施例八中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图10显示为本发明实施例九中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图11显示为本发明实施例十中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图12显示为本发明实施例十中提供的振荡器集成微蒸发器结构的截面结构示意图。
图13显示为本发明实施例十一中提供的振荡器集成微蒸发器结构的立体结构示意图。
图14显示为本发明实施例十二中提供的振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法的流程图。
元件标号说明
11 微蒸发台
12 第一锚点
121 第一子锚点
122 第二子锚点
13 第一支撑梁
14 第一金属电极
15 阻挡层
16 蒸发料
17 第一绝缘层
21 谐振单元
211 第一振动梁
212 第二振动梁
22 第二支撑梁
23 第二锚点
24 第二金属电极
25 第二绝缘层
3 第一衬底
41 第三绝缘层
42 第二衬底
51 第一密封结构
511 第一材料层
512 第四绝缘层
52 第二密封结构
521 第二材料层
522 第五绝缘层
53 第一焊料层
54 第二焊料层
61 连接支柱
611 第三焊料层
612 第六绝缘层
62 第三焊料层
63 第四焊料层
64 重新布线层
65 焊料球
66 第一金属插塞
67 第二金属插塞
7 第七绝缘层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种微蒸发器，所述微蒸发器包括：微蒸发台11、锚点、支撑梁及金属电极；为了便于与后续其他结构区分，此处所述锚点、所述支撑梁及所述金属电极分别定义为第一锚点12、第一支撑梁13及第一金属电极14；
所述微蒸发台11的一面为蒸发面；所述第一锚点12位于所述微蒸发台11的两侧，且与所述微蒸发台11相隔一定的间距；所述第一支撑梁13位于所述微蒸发台11与所述第一锚点12之间，一端与所述微蒸发台11相连接，另一端与所述第一锚点12相连接；所述第一支撑梁13的尺寸(即长、宽、高)满足如下关系式：其中，b、h、L分别为所述支撑梁的宽度、厚度及长度，T为工作时所述微蒸发台所需的蒸发温度，P为工作时所述金属电极上需要施加的功率，k为所述支撑梁的导热率，Ta为所述锚点处的温度；所述第一金属电极14位于所述第一锚点12的第一表面。
通过设计所述第一支撑梁13的长度、宽度和厚度，可对所述微蒸发器工作时的功率进行设计。需要说明的是，所述第一支撑梁13的尺寸满足关系式的前提为：所述第一支撑梁13为两根等长度、等宽度和等厚度的均质矩形截面梁，假设真空辐射散热可忽略，并假设所述微蒸发台11的温度均匀一致。精确的功率与温度关系可通过实验确定。所述第一支撑梁13为所述微蒸发器的核心结构，其主要作用是通电加热及减小热传导。在所述第一支撑梁13上通电流时，由于在实际设计中，所述第一支撑梁13的宽度b、厚度h及长度L均比较小，所述第一支撑梁13的热容小且散热少，所述第一支撑梁13靠近所述微蒸发台11一端的温度会迅速升高，使得所述微蒸发台11的温度随之迅速升高，而散失到所述第一锚点12处的热量少，所述第一支撑梁13靠近所述第一锚点12一端的升温较少，不会对器件的稳定性造成影响。
作为示例，如图1所示，所述微蒸发器为自蒸发微蒸发器，所述微蒸发台11的材料在低于其熔点时的饱和蒸汽压大于10-6乇。所述微蒸发台11、所述第一锚点12与所述第一支撑梁13的材料可以均为导电材料，所述导电材料可以为单晶硅、多晶硅或锗等半导体材料，也 可以均为封装工艺中常用的铜等金属材料；优选地，所述微蒸发台11、所述第一锚点12与所述第一支撑梁13的材料均为单晶硅或多晶硅；更为优选地，本实施例中，所述微蒸发台11、所述第一锚点12与所述第一支撑梁13的材料均为重掺杂单晶硅，掺杂类型可以为P型或N型。硅在温度低于熔点时就可以实现较高的饱和蒸汽压，例如，硅的熔点为1410℃，而饱和蒸汽压为10-6乇的温度为1447℃，饱和蒸汽压为10-4乇的温度为1337℃。使用硅作为所述微蒸发台11的材料，工作时，在所述第一金属电极14上施加电压或电流，电流通过所述第一支撑梁13及所述微蒸发台11，使所述第一支撑梁13及所述微蒸发台11加热，通过控制加热电流功率，可以使得所述微蒸发台11的温度达到所需饱和蒸汽压的温度，从而使得所述微蒸发台11自身蒸发。
作为示例，如图1所示，所述第一支撑梁13为双端固支梁，但并不以此为限，所述第一支撑梁13还可以为折叠梁等其他多种形式。
作为示例，所述第一电极14的材料可以为但不仅限于铝。
作为示例，所述微蒸发器还包括绝缘层及衬底，所述绝缘层位于所述第一锚点12的第二表面，且所述第一锚点12通过所述绝缘层固连于所述衬底的表面。为了便于与后续其他结构区分，此处所述绝缘层及所述衬底分别定义为第一绝缘层17及第一衬底3。
所述第一支撑梁13与所述微蒸发台11的尺寸小，其热容量也小，并且所述微蒸发器封装在真空中，只需要很小的功率就可将所述微蒸发台11和所述第一支撑梁13靠近所述微蒸发台11一端的温度加热到接近1000℃甚至1000℃以上。同时，由于所述第一支撑梁13的隔热作用，所述第一锚点12处的升温小，显著低于所述第一金属电极14稳定工作温度，不会对器件的稳定性造成影响。
实施例二
请参阅图2至图3，本发明还提供一种微蒸发器，所述微蒸发器的结构与实施例一中所述的微蒸发器的结构大致相同，本实施例中的所述微蒸发器相较于实施例一中所述的微蒸发器的区别在于：
所述微蒸发器还包括蒸发料16，所述蒸发料16位于所述微蒸发台11的蒸发面。
作为示例，所述蒸发料16在饱和蒸汽压大于10-6乇的温度低于所述微蒸发台11的熔点，所述蒸发料16可选择金属、半导体或绝缘材料，例如铝、锗、金或硅、锗等半导体材料。所述微蒸发器与振荡器集成使用以对所述振荡器的共振频率进行修订时，所述蒸发料16选择需要满足的条件为：1)蒸发后可在所述振荡器表面淀积，其结合强度达到应用需求；2)与所述振荡器在正常工作环境中稳定，其对所述振荡器的频率长期和短期稳定性、老化率等的影响满足应用需求；3)蒸发温度在所述第一支撑梁13和所述微蒸发台11能稳定工作的温度范 围内，并且所述蒸发料16的饱和蒸汽压应远大于所述微蒸发台11及所述第一支撑梁13的饱和蒸汽压；4)蒸发速率满足频率修正的要求。例如，金属铝可在硅材料上淀积，且可长期稳定工作，当温度为821℃时饱和蒸汽压达到10-6乇，当温度为1010℃时饱和蒸汽压达到10-4乇。由于所述振荡器尺寸小，在部分设计中，10-6乇的饱和蒸汽压即可满足频率修正的需要。半导体锗同样可以在硅材料上淀积，当温度为957℃时饱和蒸汽压达到10-6乇，当温度为1167℃时饱和蒸汽压达到10-4乇。
作为示例，所述微蒸发器还包括阻挡层15，所述阻挡层15位于所述蒸发料16与所述微蒸发台11的蒸发面之间，即所述阻挡层15位于所述微蒸发台11的蒸发面上，所述蒸发料16位于所述阻挡层15的表面。所述阻挡层15的作用是避免蒸发温度下所述蒸发料16与所述微蒸发台11发生互扩散或发生化学反应，同时也是所述蒸发料16的黏附层。
作为示例，所述阻挡层15可选择低应力氮化硅、氧化硅等绝缘材料，也可选择TiW/W等复合金属材料。
需要说明的是，如果所述蒸发料16与所述微蒸发台11在蒸发温度下不会发生互扩散或化学反应，则所述阻挡层15可省略。
作为示例，所述蒸发料16可以如图2所示位于所述微蒸发台11的上表面，也可以如图3所示位于所述微蒸发台11的下表面。
实施例三
请参阅图4，本发明提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构包括如实施例一中所述的微蒸发器及振荡器；
所述微蒸发器与所述振荡器共同密封于同一真空腔内，所述微蒸发器与所述振荡器上下对应设置，且所述微蒸发器中微蒸发台11的蒸发面朝向所述振荡器。
作为示例，所述振荡器可以为石英振荡器，还可以为硅基MEMS振荡器，也可以为其他的振荡器，此处对所述振荡器的类型及结构不做限制，即所述振荡器可以为现有的任意一种振荡器。
本实施例中，以弯曲模态振荡器为例，所述振荡器包括谐振单元21、第二支撑梁22、第二锚点23及第二金属电极24；所述谐振单元21为质量块；所述第二锚点23的数量为两个，分别位于所述谐振单元21的两侧，且与所述谐振单元21相隔一定的间距；所述第二支撑梁22位于所述谐振单元21与所述第二锚点23之间，且一端与所述谐振单元21相连接，另一端与所述第二锚点23相连接，所述谐振单元21与所述第二支撑梁22共同构成谐振结构；所述第二金属电极24位于所述第二锚点23的第一表面。
作为示例，所述第二电极24的材料可以为但不仅限于铝。
作为示例，所述振荡器集成微蒸发器结构还包括第二绝缘层25；所述第二绝缘层25位于所述第二锚点23的第二表面，且所述第二锚点23通过所述第二绝缘层25固连于所述第一衬底3的正面。需要说明的是，所述第二锚点23的第一表面与第二表面为相对的两个表面；所述谐振单元21及所述第二支撑梁22的下表面与所述第一衬底3的上表面相隔一定的间距，所述间距的距离即为所述第一绝缘层17的厚度。
作为示例，所述谐振单元21、所述第二支撑梁22、所述第二锚点23、所述第一锚点12、所述第一支撑梁13及所述微蒸发台11的材料可以相同，可以通过表面微机械加工工艺刻蚀同一材料层而一体化成型。
作为示例，第二支撑梁22位于所述第一支撑梁13的下方，且二者相互垂直；所述微蒸发台11位于所述谐振单元21的正上方，且与所述谐振单元21相隔一定的间距，优选地，本实施例中，二者的间距为2μm～50μm。
作为示例，所述微蒸发台11的数量(即所述微蒸发器的数量)与所述谐振单元21的数量(即所述振荡器的数量)相同，图4以所述微蒸发台11及所述谐振单元21的数量均为一个作为示例。
作为示例，为了提高所述真空腔内的真空度，可以在所述真空腔内制作吸气剂。
通过将所述振荡器与所述微蒸发器面对面集成于同一真空腔内，利用所述微蒸发器蒸发金属或半导体材料淀积到所述谐振单元21表面，可永久改变所述谐振单元21的等效质量，实现了对振荡器频率的调节与修正，可以将振荡器的共振频率永久修正到目标共振频率允许的误差范围(10-5～10-6量级)之内，可以提高振荡器的频率的准确性，达到了应用要求。
实施例四
请参阅图5，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构与实施例三中所述的振荡器集成微蒸发器结构大致相同，二者的区别在于：实施例三中的所述微蒸发器为实施例一中所述的自蒸发微蒸发器，而本实施例中，所述微蒸发器为实施例二中所述的微蒸发器，即所述微蒸发器的微蒸发台11的蒸发面设有所述阻挡层15及所述蒸发料16，图5以所述蒸发料16位于所述微蒸发台11的下表面作为示例，即所述微蒸发台11的蒸发面为下表面。
实施例五
请参阅图6，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构的结构与实施例三中所述的振荡器集成微蒸发器结构的结构大致相同，二者的区别在于：1)实施例三中，所述振荡器为弯曲模态振荡器，所述谐振单元21为质量块，而本实施例中，所述振荡器为伸张模态振荡器，所述谐振单元21为板状结构，所述谐振单元21的侧边与所述 第二支撑梁22垂直连接；2)实施例三中，所述第二支撑梁22与所述第一支撑梁13相互垂直，而本实施例中，所述第二支撑梁22与所述第一支撑梁13相互平行；3)实施例三中，所述微蒸发台11的数量与所述谐振单元21的数量相同，且均为一个，而本实施例中，所述谐振单元21的数量为一个，所述微蒸发台11的数量为两个，且两个所述微蒸发台11分别位于所述谐振单元21的两端。
实施例六
请参阅图7，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构的结构与实施例五中所述的振荡器集成微蒸发器结构的结构大致相同，二者的区别在于：实施例五中的所述微蒸发器为实施例一中所述的自蒸发微蒸发器，而本实施例中，所述微蒸发器为实施例二中所述的微蒸发器，即所述微蒸发器的微蒸发台11的蒸发面设有所述阻挡层15及所述蒸发料16，图7以所述蒸发料16位于所述微蒸发台11的下表面作为示例，即所述微蒸发台11的蒸发面为下表面。
实施例七
请参阅图8，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构的结构与实施例五中所述的振荡器集成微蒸发器结构的结构大致相同，二者的区别在于：实施例五中，所述振荡器为伸张模态振荡器，所述谐振单元21为板状结构，而本实施例中，所述振荡器为伸张模态振荡器，所述谐振单元21包括第一振动梁211及第二振动梁212，所述第一振动梁211与所述第二支撑梁22相连接，所述第二振动梁212位于所述第一振动梁211的两端，所述微蒸发器中的微蒸发台11与所述第二振动梁212一一上下对应。
作为示例，所述第一振动梁211的数量为两个，所述两个第一振动梁211平行排布；所述第二振动梁212位于所述第一振动梁211的两端，且与所述第一振动梁211垂直连接；所述第二支撑梁22的一端垂直连接于所述第一振动梁211的中部。
实施例八
请参阅图9，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构的结构与实施例七中所述的振荡器集成微蒸发器结构的结构大致相同，二者的区别在于：实施例七中的所述微蒸发器为实施例一中所述的自蒸发微蒸发器，而本实施例中，所述微蒸发器为实施例二中所述的微蒸发器，即所述微蒸发器的微蒸发台11的蒸发面设有所述阻挡层15及所述蒸发料16，图9以所述蒸发料16位于所述微蒸发台11的下表面作为示例，即所述微蒸发台11的蒸发面为下表面。
实施例九
请参阅图10，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结 构的结构与实施例七中所述的振荡器集成微蒸发器结构的结构大致相同，二者的区别在于：实施例七中的所述第一锚点12为一个单独的结构，而本实施例中的所述第一锚点12包括第一子锚点121及第二子锚点122，所述第一金属电极14及所述第二子锚点122位于所述第一子锚点121的第一表面，所述第一子锚点121的第二表面即为所述第一锚点12的第二表面；所述第一支撑梁13与所述第二子锚点122相连接。
实施例十
请参阅图11及图12，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构的结构与实施例八中所述的振荡器集成微蒸发器结构的结构大致相同，二者的区别在于：1)实施例八中，只包括第一衬底3，所述振荡器及所述微蒸发器均集成于所述第一衬底3表面，而本实施例中，所述振荡器集成微蒸发器结构还包括第三绝缘层41及第二衬底42；所述第三绝缘层41位于所述第二锚点23的第二表面，且所述第二锚点23通过所述第三绝缘层41固连于所述第二衬底42的表面；2)实施例八中，所述微蒸发台11的蒸发面为其下表面，即所述蒸发料16位于所述微蒸发台11的下表面，而本实施例中，所述微蒸发台11的蒸发面为其上表面，即背离所述第一衬底3的一面，亦即，所述蒸发料16位于所述微蒸发台11的上表面，如图11及图12所示。相较于实施例四，本实施例还包括：
所述振荡器集成微蒸发器结构还包括第一密封结构51、第二密封结构52、第一焊料层53及第二焊料层54；所述第一密封结构51位于所述第一衬底3的正面，且位于所述微蒸发器的***；所述第二密封结构52位于所述第二衬底42的表面，且位于所述振荡器的***，并与所述第一密封结构51上下对应；所述第一焊料层53位于所述第一密封结构51的表面，所述第二焊料层54位于所述第二密封结构52的表面，且所述第一衬底3与所述第二衬底42通过所述第一焊料层53及所述第二焊料层54焊接在一起，以在所述第一衬底3及所述第二衬底42之间形成所述真空腔。
所述第一密封结构51包括第一材料层511及第四绝缘层512；所述第一材料层511通过所述第四绝缘层512固连于所述第一衬底3的正面，且所述第一焊料层53位于所述第一材料层511的表面；所述第二密封结构52包括第二材料层521及第五绝缘层522；所述第二材料层521通过所述第五绝缘层522固连于所述第二衬底42的表面，且所述第二焊料层54位于所述第二材料层521的表面。
所述振荡器集成微蒸发器结构还包括连接支柱61、第三焊料层62、第四焊料层63、重新布线层64、焊料球65、第一金属插塞66及第二金属插塞67；所述连接支柱61位于所述第一衬底3的正面，且与所述第二金属电极24一一上下对应；所述第三焊料层62位于所述连接支柱61的表面，所述第四焊料层63位于所述第二金属电极24的表面，所述第三焊料层 62与所述第四焊料层63焊接在一起；所述重新布线层64位于所述第一衬底的背面；所述焊料球65位于所述重新布线层64表面；所述第一金属插塞66贯穿所述第一衬底3及所述连接支柱61，一端与所述第三焊料层62相连接，另一端与所述重新布线层64相连接；所述第二金属插塞67贯穿所述第一衬底3、第一绝缘层17及第一锚点12，一端与所述第一金属电极14相连接，另一端与所述重新布线层64相连接；即所述振荡器的所述第二金属电极24通过所述第四焊料层63、所述第三焊料层62、所述第一金属插塞66、所述重新布线层64及所述焊料球65实现电学引出，所述微蒸发器的所述第一金属电极14通过所述第二金属插塞67、所述重新布线层64及所述焊料球65实现电学引出。所述第一金属插塞66与所述第二金属插塞67可以通过同一工艺步骤一起形成，二者的材料相同，均可以为但不仅限于铜或铝。
所述连接支柱61包括第三材料层611及第六绝缘层612；所述第三材料层611通过所述第六绝缘层612固连于所述第一衬底3的正面，且所述第三焊料层62位于所述第三材料层611的表面。
作为示例，所述第一焊料层53、所述第二焊料层54、所述第三焊料层62及所述第四焊料层63的材料可以为但不仅限于铝锗合金。
所述振荡器集成微蒸发器结构还包括第七绝缘层7，所述第七绝缘层7位于所述第一金属插塞66与所述第一衬底3及所述连接支柱61之间，位于所述第二金属插塞67与所述第一衬底3、所述第一绝缘层17及所述第一锚点12之间，位于所述第一衬底3与所述重新布线层64之间及位于所述重新布线层64未形成所述焊料球65的表面。
作为示例，本实施例中的所述振荡器集成微蒸发器结构采用两片SOI硅片加工而成，所述SOI硅片由下至上依次包括硅衬底、埋氧层及顶层硅；其中，所述第一衬底3及所述第二衬底42均为硅衬底；所述第一绝缘层17、所述第三绝缘层41、所述第四绝缘层512、所述第五绝缘层522及所述第六绝缘层612均为所述埋氧层加工而成；所述谐振单元21、所述第二支撑梁22、所述第二锚点23、所述第二材料层521、所述微蒸发台11、所述第一支撑梁13、所述第一锚点12、所述第一材料层511及所述第三材料层611均为所述顶层硅加工而成。
实施例十一
请参阅图13，本发明还提供一种振荡器集成微蒸发器结构，所述振荡器集成微蒸发器结构的结构与实施例十中所述的振荡器集成微蒸发器结构的结构大致相同，二者的区别在于：实施例十中的所述微蒸发器为实施例二中所述的微蒸发器，而本实施例中，所述微蒸发器为实施例一中所述的自蒸发微蒸发器。
实施例十二
请参阅图14，本发明还提供一种如上述任一实施例中所述振荡器集成微蒸发器结构的频 率修正方法，所述振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法包括以下步骤：
1)量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对；
2)依据量测的所述共振频率与目标共振频率的比对结果得到所述微蒸发器所需的蒸发质量；
3)在所述微蒸发器两端的所述第一金属电极上施加电压或电流，使所述微蒸发器蒸发所需的蒸发质量；
4)去除施加在所述第一金属电极上施加的电压或电流，再次量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对。
请参阅图14中的S1步骤，量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对。
作为示例，可以采用现有的量测方法量测所述轨迹MEMS振荡器的共振频率。由于上述各实施例中，谐振单元一般均为复杂的弹性体，包含无限的谐振模态，但是对于任一谐振模态i，其谐振特性均近似满足方程
式中mieff为i模态等效质量，cieff为i模态等效阻尼力系数，kieff为i模态等效倔强系数，x为谐振单元的振幅。等效质量和等效倔强系数可以通过瑞利-里兹法等力学计算方法求得。i模态的谐振频率为
当等效质量mieff增加时，谐振单元的共振频率fi会下降。为保证集成微蒸发器能够有效修正谐振单元的共振频率达到目标值，设计时应保证谐振单元的共振频率略高于目标值，制造完成后在测试阶段通过集成微蒸发器将谐振单元的共振频率修正到目标值。
实施例二中所述的质量块作为谐振单元，采用横向一阶弯曲模态作为谐振单元工作模态时，其等效质量就近似等于质量块的质量，mieff＝m，等效倔强系数近似等于两根双端固支梁的倔强系数，式中E为杨氏模量，h为梁厚度，b为梁宽度，L为梁长度。
实施例三中所述的振荡器为伸张模态振荡器，该模态等效质量为等效倔强系数为ρ为密度，E为杨氏模量，h为结构厚度。
请参阅图14中的S2步骤，依据量测的所述共振频率与目标共振频率的比对结果得到所 述微蒸发器所需的蒸发质量。
作为示例，计算修正所需要的蒸发质量的公式为：
其中，mieff为i模态等效质量，fi为谐振单元的共振频率，f0为满足应用需求的固定频率值。
请参阅图14中的S3步骤，在所述微蒸发器两端的所述第一金属电极上施加电压或电流，使所述微蒸发器蒸发所需的蒸发质量。
作为示例，对微蒸发器两端加电压，使微蒸发器的硅材料微蒸发台或微蒸发台表面的蒸发料的温度升高并达到设定的蒸发温度，此时硅材料微蒸发台或蒸发料会蒸发并沉积在振荡器表面。由于微蒸发台与谐振单元相对，且间隙在微米量级，硅原子或蒸发料主要沉积在谐振单元表面。
请参阅图14中的S4步骤，去除施加在所述第一金属电极上施加的电压或电流，再次量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对。
作为示例，若步骤4)中量测的所述共振频率与目标共振频率相同，则修正结束；若步骤4)中量测的所述共振频率与目标共振频率仍存在偏差，则重复步骤2)至步骤4)，直至量测的所述共振频率与目标共振频率相同。
综上所述，本发明提供一种微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法，所述微蒸发器包括：微蒸发台，所述微蒸发台的一面为蒸发面；锚点，位于所述微蒸发台的两侧，且与所述微蒸发台相隔一定的间距；支撑梁，位于所述微蒸发台与所述锚点之间，一端与所述微蒸发台相连接，另一端与所述锚点相连接；金属电极，位于所述锚点的第一表面。所述微蒸发台通过支撑梁与表面形成有金属电极的锚点相连接，通过调整设定所述支撑梁的尺寸，使得所述支撑梁的热容量小、散热少的特性，又所述微蒸发台及所述支撑梁的尺寸较小，只需在所述金属电极表面施加很小的功率即可以使得所述微蒸发台达到所需的蒸发温度，同时由于所述支撑梁的绝热作用，所述锚点处的温度升温较小，不会对器件的稳定性造成影响；通过将振荡器与微蒸发器集成于同一真空腔内，实现了对振荡器频率的调节与修正，可以提高振荡器的频率的准确性，达到了应用要求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种微蒸发器，其特征在于，所述微蒸发器包括：微蒸发台、锚点、支撑梁及金属电极；
其中，
所述微蒸发台的一面为蒸发面；
所述锚点位于所述微蒸发台的两侧，且与所述微蒸发台相隔一定的间距；
所述支撑梁位于所述微蒸发台与所述锚点之间，一端与所述微蒸发台相连接，另一端与所述锚点相连接；所述支撑梁的尺寸满足如下关系式：
T = P L 2 k b h + T a
其中，b、h、L分别为所述支撑梁的宽度、厚度及长度，T为工作时所述微蒸发台所需的蒸发温度，P为工作时所述金属电极上需要施加的功率，k为所述支撑梁的导热率，Ta为所述锚点处的温度；
所述金属电极位于所述锚点的第一表面。
2.根据权利要求1所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发台的材料在低于其熔点时的饱和蒸汽压大于10-6乇。
3.根据权利要求2所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发台、所述锚点及所述支撑梁的材料均为均质的硅或锗。
4.根据权利要求1所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发器还包括蒸发料，所述蒸发料位于所述微蒸发台的蒸发面。
5.根据权利要求4所述的微蒸发器，其特征在于：所述蒸发料在饱和蒸汽压大于10-6乇的温度低于所述微蒸发台的熔点。
6.根据权利要求5所述的微蒸发器，其特征在于：所述蒸发料为铝、锗、金或半导体材料。
7.根据权利要求5所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发器还包括阻挡层，所述阻挡层位于所述蒸发料与所述微蒸发台的蒸发面之间。
8.根据权利要求7所述的微蒸发器，其特征在于：所述阻挡层的材料为低应力氮化硅、氧化硅或TiW/W复合金属。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的微蒸发器，其特征在于：所述微蒸发器还包括绝缘层及衬底，所述绝缘层位于所述锚点的第二表面，且所述锚点通过所述绝缘层固连于所述衬底的表面。
10.一种振荡器集成微蒸发器结构，其特征在于，所述振荡器集成微蒸发器结构包括如权利要求1至9中任一项所述的微蒸发器及振荡器；
所述微蒸发器与所述振荡器共同密封于同一真空腔内，所述微蒸发器与所述振荡器上下对应设置，且所述微蒸发器中微蒸发台的蒸发面朝向所述振荡器。
11.根据权利要求10所述的振荡器集成微蒸发器结构，其特征在于：所述微蒸发器的蒸发面与所述振荡器的表面相隔一定的间距。
12.根据权利要求11所述的振荡器集成微蒸发器结构，其特征在于：所述微蒸发器的蒸发面与所述振荡器的表面相隔的间距为2μm～50μm。
13.根据权利要求10所述的振荡器集成微蒸发器结构，其特征在于：所述微蒸发器与所述振荡器通过表面微机械加工工艺、圆片级键合工艺、芯片与圆片键合工艺或芯片级键合工艺集成密封于同一真空腔内。
14.一种如权利要求10至13中任一项所述的振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对；
2)依据量测的所述共振频率与目标共振频率的比对结果得到所述微蒸发器所需的蒸发质量；
3)在所述微蒸发器两端的所述第一金属电极上施加电压或电流，使所述微蒸发器蒸发所需的蒸发质量；
4)去除施加在所述第一金属电极上施加的电压或电流，再次量测所述振荡器的共振频率，并将量测的所述共振频率与目标共振频率进行比对。
15.根据权利要求14所述的振荡器集成微蒸发器结构的频率修正方法，其特征在于：步骤4)之后，还包括重复步骤2)至步骤4)，直至量测的所述共振频率与目标共振频率相同的步骤。
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