CN106927419A - 用于射频微机电系统的圆片级封装结构及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于射频微机电系统的圆片级封装结构及其封装方法，其包括有衬底，衬底上分布有微波传输层与电学连接层，微波传输层上连接有射频微机电系统器件，衬底通过有机材料封装区和非有机材料封装区与封装顶盖键合在一起，封装顶盖内设置有封装腔，射频微机电系统器件位于封装腔内，微波传输层从有机材料封装区通过，电学连接线从非有机材料封装区引出。由此，封装结构避免了传统的衬底打通孔工艺，利用较简单的工艺将射频信号通过微波传输线从有机材料中引出。存在非有机材料封装区，弥补了仅有有机材料封装时的气密性和键合强度不足的问题。能有效保证射频微机电系统器件的可动结构部分受到保护，提高了射频微机电系统器件的可靠性。

Description

用于射频微机电系统的圆片级封装结构及其封装方法
技术领域
本发明涉及一种圆片级封装结构及其封装方法，尤其涉及一种用于射频微机电系统的圆片级封装结构及其封装方法。
背景技术
射频微机电系统是微波射频理论与微机械加工技术的有机结合，它以微波射频理论为指导，利用微电子表面加工和体加工等工艺来制造无源器件。与传统无源器件相比，射频微机电系统器件不但具有高隔离度、低损耗、高线性度、低功耗、宽频带等极其优异的微波性能，同时具有批量制作、尺寸小、易于与先进的微波射频电路相集成的特点。
由于近年来射频微机电系统器件发展迅速，关于射频微机电系统器件的封装研究也获得长足发展，但是目前提出的各种封装方案仍有一些缺点，这主要是由射频微机电系统器件自身的特点所决定的。射频微机电系统器件除了需要传统集成电路封装的要求之外，还有很多其他的要求。首先，微机电系统(MEMS)工艺拥有它的复杂性，封装工艺必须要和MEMS工艺相兼容；其次，由于其拥有可动部分，需要一个稳定的环境进行保护；再次，射频微机电系统器件受水分和污染的影响很大，因此必须采用气密性或近气密性密封封装，封装工艺也要在惰性气体的环境进行；最后，射频信号的互连是一个需要研究的问题，因为封装本身有可能会对开关的电学性能造成影响。为了将射频信号引出，目前主要存在衬底打通孔和有机材料封装的方案，但它们分别存在工艺复杂和气密性不足等问题。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种用于射频微机电系统的圆片级封装结构及其封装方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于射频微机电系统的圆片级封装结构及其封装方法。
本发明的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，包括有衬底，其特征在于：所述衬底上分布有微波传输层与电学连接层，所述微波传输层上连接有射频微机电系统器件，所述衬底通过有机材料封装区和非有机材料封装区与封装顶盖键合在一起，所述封装顶盖内设置有封装腔，所述射频微机电系统器件位于封装腔内，所述微波传输层从有机材料封装区通过，所述电学连接线从非有机材料封装区引出。
进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述封装顶盖的圆片键合界面上，设有的凹槽，所述凹槽的深度大于微波传输层的厚度。
更进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述微波传输层由若干微波传输线等距离排布构成。
更进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，。
更进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述电学连接层为电学连接线构成，所述电学连接线上设置有电学绝缘层，所述电学绝缘层为氮化硅层，或是为氧化硅层。
更进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述封装腔的深度为50至100μm。
更进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述封装腔内充满惰性气体，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或是多种混合。
更进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述封装顶盖的外围左右两侧对称分布有有机材料封装区，所述封装顶盖的外围前后两侧对称分布非有机材料封装区。
更进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述有机材料封装区内淀积有机粘结剂，所述有机粘结剂为苯并环丁烯、聚酰亚胺、环氧树脂中的一种或是多种。
再进一步地，上述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其中，所述非有机材料封装区为硅玻璃阳极键合区，或是为金属共晶键合区，或是为玻璃浆料熔融键合区。
用于射频微机电系统的圆片级封装方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，通过体硅工艺，在封装顶盖的圆片上形成封装腔；
步骤二，射频微机电系统器件、微波传输线、电学连接线上构成衬底；
步骤三，衬底上的非有机材料封装区内，淀积封装材料；
步骤四，将封装顶盖的圆片与衬底对准，采用圆片级键合方法，在惰性气体氛围内，控制键合压强和温度实现初步封装，所述压强为1000至3000mbar，所述温度为180至250℃；
步骤五，对封装顶盖的圆片进行体硅刻蚀，将各个射频微机电系统器件的封装顶盖分离开；
步骤六，在圆片键合后的片子上旋涂有机粘结剂材料；
步骤七，通过光刻工艺，使有机粘结剂材料只存在于有机材料封装区内，将射频微机电系统器件彻底密封；
步骤八，通过有机材料键合工艺，完成器件的最终封装。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、封装结构避免了传统的衬底打通孔工艺，利用较简单的工艺将射频信号通过微波传输线从有机材料中引出。
2、存在非有机材料封装区，弥补了仅有有机材料封装时的气密性和键合强度不足的问题。
3、能有效保证射频微机电系统器件的可动结构部分受到保护，形成密封环境，提高了射频微机电系统器件的可靠性。
4、使封装腔内充满惰性气体，能在惰性气体氛围内旋涂有机材料。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是用于射频微机电系统的圆片级封装结构的键合界面的横向示意图。
图2是图1中A—A’处的剖面图。
图中各附图标记的含义如下。
1射频微机电系统器件 2衬底
3微波传输线 4非有机材料封装区
5电学连接线 6封装腔
7封装顶盖 8凹槽
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1、图2的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，包括有衬底2，其与众不同之处在于：在衬底2上分布有微波传输层与电学连接层，微波传输层上连接有射频微机电系统器件1。同时，衬底2通过有机材料封装区和非有机材料封装区4与封装顶盖7键合在一起，实现射频微机电系统的圆片级封装。并且，封装顶盖7内设置有封装腔6，射频微机电系统器件1位于封装腔6内。微波传输层从有机材料封装区通过，电学连接线5从非有机材料封装区4引出。
结合本发明一较佳的实施方式来看，在封装顶盖7的圆片键合界面上，设有预先刻蚀出的凹槽8，凹槽8的深度大于微波传输层的厚度。同时，微波传输层由若干微波传输线3等距离排布构成。由此，能够满足共面波导或是微带线等多种传输线形式。
进一步来看，本发明采用的电学连接层为电学连接线5构成，电学连接线5上设置有电学绝缘层。考虑到制造工艺的不同，电学绝缘层为氮化硅层，或是为氧化硅层。同时，为了有效容纳射频微机电系统器件1，采用的封装腔6的深度为50至100μm。并且，封装腔6内充满惰性气体，惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或是多种混合。结合实际制造来看，封装顶盖7的外围左右两侧对称分布有有机材料封装区，封装顶盖7的外围前后两侧对称分布非有机材料封装区4。
再进一步来看，为了满足有机材料封装区的稳定成型，本发明在有机材料封装区内淀积有机粘结剂。具体来说，有机粘结剂为苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺(PI)、环氧树脂中的一种或是多种有机键合材料。同时，非有机材料封装区4为硅玻璃阳极键合区。并且，还可以为金属共晶键合区。当然，考虑到某些特殊加工工艺的需要，可以为玻璃浆料熔融键合区。
同时，本发明还提供了一种用于射频微机电系统的圆片级封装方法，其包括以下步骤：
首先，通过体硅工艺，在封装顶盖的圆片上形成封装腔。之后，在射频微机电系统器件、微波传输线、电学连接线上构成衬底。接着，衬底上的非有机材料封装区内，淀积封装材料。将封装顶盖的圆片与衬底对准，采用圆片级键合方法，在惰性气体氛围内，控制键合压强和温度，实现初步封装。在此期间，为了满足不同的制造加工需要，采用的压强为1000至3000mbar，温度为180至250℃。
随后，对封装顶盖的圆片进行体硅刻蚀，将各个射频微机电系统器件的封装顶盖分离开。在圆片键合后的片子上旋涂有机粘结剂材料。
然后，通过光刻工艺，使有机粘结剂材料只存在于有机材料封装区内，将射频微机电系统器件彻底密封。
最终，通过有机材料键合工艺，完成器件的最终封装。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
1、封装结构避免了传统的衬底打通孔工艺，利用较简单的工艺将射频信号通过微波传输线从有机材料中引出。
2、存在非有机材料封装区，弥补了仅有有机材料封装时的气密性和键合强度不足的问题。
3、能有效保证射频微机电系统器件的可动结构部分受到保护，形成密封环境，提高了射频微机电系统器件的可靠性。
4、使封装腔内充满惰性气体，能在惰性气体氛围内旋涂有机材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于射频微机电系统的圆片级封装结构，包括有衬底(2)，其特征在于：所述衬底(2)上分布有微波传输层与电学连接层，所述微波传输层上连接有射频微机电系统器件(1)，所述衬底(2)通过有机材料封装区和非有机材料封装区(4)与封装顶盖(7)键合在一起，所述封装顶盖(7)内设置有封装腔(6)，所述射频微机电系统器件(1)位于封装腔(6)内，所述微波传输层从有机材料封装区通过，所述电学连接线(5)从非有机材料封装区(4)引出。
2.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述封装顶盖(7)的圆片键合界面上，设有的凹槽(8)，所述凹槽(8)的深度大于微波传输层的厚度。
3.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述微波传输层由若干微波传输线(3)等距离排布构成。
4.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述电学连接层为电学连接线(5)构成，所述电学连接线(5)上设置有电学绝缘层，所述电学绝缘层为氮化硅层，或是为氧化硅层。
5.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述封装腔(6)的深度为50至100μm。
6.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述封装腔(6)内充满惰性气体，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或是多种混合。
7.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述封装顶盖(7)的外围左右两侧对称分布有有机材料封装区，所述封装顶盖(7)的外围前后两侧对称分布非有机材料封装区(4)。
8.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述有机材料封装区内淀积有机粘结剂，所述有机粘结剂为苯并环丁烯、聚酰亚胺、环氧树脂中的一种或是多种。
9.根据权利要求1所述的用于射频微机电系统的圆片级封装结构，其特征在于：所述非有机材料封装区(4)为硅玻璃阳极键合区，或是为金属共晶键合区，或是为玻璃浆料熔融键合区。
10.用于射频微机电系统的圆片级封装方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，通过体硅工艺，在封装顶盖(7)的圆片上形成封装腔(6)；
步骤二，射频微机电系统器件(1)、微波传输线(3)、电学连接线(5)上构成衬底(2)；
步骤三，衬底(2)上的非有机材料封装区(4)内，淀积封装材料；
步骤四，将封装顶盖(7)的圆片与衬底(2)对准，采用圆片级键合方法，在惰性气体氛围内，控制键合压强和温度实现初步封装，所述压强为1000至3000mbar，所述温度为180至250℃；
步骤五，对封装顶盖(7)的圆片进行体硅刻蚀，将各个射频微机电系统器件(1)的封装顶盖(7)分离开；
步骤六，在圆片键合后的片子上旋涂有机粘结剂材料；
步骤七，通过光刻工艺，使有机粘结剂材料只存在于有机材料封装区内，将射频微机电系统器件(1)彻底密封；
步骤八，通过有机材料键合工艺，完成器件的最终封装。
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