TWI654793B - 具有倒置微帶傳輸線的射頻微機電系統及其製造方法 - Google Patents

具有倒置微帶傳輸線的射頻微機電系統及其製造方法

Info

Publication number
TWI654793B
TWI654793B TW105125938A TW105125938A TWI654793B TW I654793 B TWI654793 B TW I654793B TW 105125938 A TW105125938 A TW 105125938A TW 105125938 A TW105125938 A TW 105125938A TW I654793 B TWI654793 B TW I654793B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
mems
ground
signal line
pair
pads
Prior art date
Application number
TW105125938A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201725779A (zh
Inventor
瑢宰 李
約瑟夫 伊恩諾堤
克里斯塔佛 凱摩
克里斯多夫 卡普斯塔
Original Assignee
美商通用電機股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商通用電機股份有限公司 filed Critical 美商通用電機股份有限公司
Publication of TW201725779A publication Critical patent/TW201725779A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI654793B publication Critical patent/TWI654793B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/12—Auxiliary devices for switching or interrupting by mechanical chopper
    • H01P1/127—Strip line switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/15—Auxiliary devices for switching or interrupting by semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H55/00—Magnetostrictive relays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00—Electrothermal relays
    • H01H61/01—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4846—Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/4853—Connection or disconnection of other leads to or from a metallisation, e.g. pins, wires, bumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/54—Providing fillings in containers, e.g. gas fillings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H01P3/081—Microstriplines
    • H01P3/084—Suspended microstriplines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H01H2057/006—Micromechanical piezoelectric relay
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00—Electrothermal relays
    • H01H2061/006—Micromechanical thermal relay
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

RF MEMS封裝包括具有在第一安裝基板之頂部表面上被形成之訊號線的MEMS晶粒組件，該訊號線包含選擇性地電耦合該訊號線之第一部份到該訊號線之第二部份的MEMS裝置，以及在該第一安裝基板之該頂部表面上被形成之二對接地墊，其相鄰該訊號線的各別部份。該些接地墊對被置放相鄰該MEMS裝置的各別側。接地組件被電耦合於該些接地墊對，與包括第二安裝基板與在該第二安裝基板之表面上被形成的接地區域。該接地區域面向該第一安裝基板之該頂部表面，與被電耦合到該些接地墊對。空腔被形成在該接地區域與該訊號線之間。

Description

具有倒置微帶傳輸線的射頻微機電系統及其製造方法
本發明之實施例一般係關於射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝，尤其是關於具有倒置或翻轉接地平面設計之RF MEMS封裝，其為不包括其自身集成接地路徑之MEMS裝置形成RF傳輸線。
RF MEMS裝置係為一種在其最一般的形式可以被定義為小型裝置的技術，其使用電致動式機械運動來實現電路RF傳輸線中的開路電路或閉合電路。當RF MEMS裝置位於接通位置時，RF傳輸線係為「閉合」且RF MEMS裝置可以被使用於傳輸高頻RF訊號。
一用於製造RF傳輸線之已知技術係為通過微帶傳輸線10的使用，如圖1所顯示。微帶傳輸線10包括介電質基板12，其具有被置放在介電質基板12之頂部表面16的導電訊號線14，和被置放在介電質基板12之底部表面20的接地平面18。導電訊號線14和接地平面18 彼此相互作用，產生穿過介電質基板12用以產生RF訊號的電磁波。微帶傳輸線10之寬度、介電質基板12之厚度、以及介電質基板12之材料的相對介電常數決定微帶傳輸線10之特性阻抗。RF MEMS裝置可被包括在導電訊號線14中，以便控制RF傳輸線是否為「打開」或「閉合」。
諸如圖1所闡釋之微帶傳輸線，其在高頻電路設計中通常結合背導電共面波導傳輸線被使用。也是說，RF傳輸線可從微帶傳輸線之形式轉態為背導電共面波導傳輸線之形式。
圖2顯示本領域中已知的背導電共面波導傳輸線22。共面波導傳輸線22包括被置放在介電質基板12之頂部表面16的導電訊號線14。當在相同介電質基板12上之微帶傳輸線10到共面波導傳輸線22之間的轉態時，訊號線14通過轉態持續橫越介電質基板12的頂部表面16。共面波導傳輸線22進一步包括和置放在介電質基板12之頂部表面16上和在導電訊號線14之任一側上的一對接地線28、30。就此而論，訊號線14和接地線28、30被置放於相同側，以及因而係為共面。此外，接地平面18被置放在介電質基板12的底部表面20上，以及類似於訊號線14通過轉態持續橫越介電質基板12的底部表面20。共面波導傳輸線22進一步包括複數個通過介電質基板12之厚度形成的接地通孔36，以便電連接接地線28、30和接地平面18。RF訊號藉由訊號線14和接地平面18 之間，以及和接地線28、30與訊號線14之間的電磁波被產生。
如以上所述，使用在高頻電路設計中的RF傳輸線包括接地平面，其被集成於MEMS裝置之安裝基板的底部表面上。集成接地平面與訊號線相互作用和產生電磁波以及RF訊號。然而，因為並非所有MEMS封裝都以集成接地平面被製造，現有MEMS封裝必須在被集成到用於RF傳輸的裝置之前被修改。該修改包括在相對MEMS裝置之安裝基板的表面上置放接地平面，和在基板之頂部表面上通過基板形成通孔電連接接地平面到接地線。然而，諸如石英和矽之材料所製成的基板中之通孔的產生可以係為困難和耗時的。
因而，所期望的集成MEMS裝置其不包括集成到RF MEMS封裝中的接地平面，而無MEMS裝置或其相關安裝基板的結構修改。
根據本發明之一態樣，射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝包括具有第一安裝基板之MEMS晶粒組件、在第一安裝基板之頂部表面上被形成之訊號線，該訊號線包含選擇性地電耦合訊號線之第一部份到訊號線之第二部分的MEMS裝置，在相鄰訊號線之第一部份的第一安裝基板之頂部表面上被形成的第一對接地墊，以及在相鄰訊號線之第二部分的第一安裝基板之頂部表面上被形成 之第二對接地墊。RF MEMS封裝也包括被電耦合到第一對接地墊和第二對接地墊的接地組件，該接地組件具有第二安裝基板，和在第二安裝基板之表面被形成之接地區域，其面向第一安裝基板之頂部表面且被電耦合到第一對接地墊和第二對接地墊。在接地區域和訊號線之間形成空腔，且第一對接地墊被置放在相鄰MEMS裝置的第一側，與該第二對接地墊被置放在相鄰MEMS裝置的第二側。
根據本發明之另一態樣，射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝之製造方法包括提供第一安裝基板、以及在第一安裝基板之頂部表面上形成訊號線，其中在第一安裝基板之頂部表面上形成訊號線包括形成訊號線之第一部份、在第一安裝基板之頂部表面上形成訊號線的第二部份，以便提供第一部分和第二部分之間的間隔，以及耦合MEMS裝置到訊號線的第一部份和訊號線的第二部分，用以橋接間隔。方法進一步包括在相鄰訊號線之第一部份的第一安裝基板的頂部表面上形成第一對接地墊，在相鄰訊號線之第二部份的第一安裝基板的頂部表面上形成第二對接地墊，第二對接地墊與第一對接地墊被間隔開，耦接接地組件至該第一對接地墊及第二對接地墊，接地組件包含在第二安裝基板之底部表面上被形成的接地區域，以及從訊號線間隔開接地區域以便在其之間提供空腔。
根據本發明之又一態樣，射頻(RF)微機電系統(MEMS)晶圓結構包括具有置放在晶圓基板之頂部 表面的複數個MEMS裝置的MEMS晶圓組件，在晶圓基板之頂部表面上被形成的複數個訊號線，每一訊號線具有在各別MEMS裝置之第一側上的第一部分，以及各別MEMS裝置之第二側上的第二部分，藉由第一間隔從第一部份被分離的第二部分，相鄰和在各別訊號線之第一部份的任一側上的第一對接地墊，以及相鄰和在個別訊號線之第二部分的任一側上的第二對接地墊。RF MEMS晶圓結構進一步包括接地平面組件，其包括在接地基板之底部表面上被形成的接地平面，接地平面接合於第一對接地墊與第二對接地墊，其中接地平面和複數個接地墊藉由複數個空腔被間隔開，每一個空腔包含各別MEMS裝置，以及相鄰複數個MEMS裝置之MEMS基板之頂部表面沒有接地墊。
藉由以下本發明之較佳實施例的詳細描述，結合所附圖示，將更容易理解該些和其他的優點和特徵。
10‧‧‧微帶傳輸線
12‧‧‧基板
14‧‧‧訊號線
16‧‧‧頂部表面
18‧‧‧接地平面
20‧‧‧底部表面
30‧‧‧接地線
32‧‧‧接地線
38‧‧‧接地線
40‧‧‧RF MEMS封裝
41‧‧‧MEMS晶粒組件
42‧‧‧MEMS基板
43‧‧‧接地平面組件
44‧‧‧接地安裝基板
46‧‧‧訊號線
48‧‧‧MEMS裝置
50‧‧‧頂部表面
52‧‧‧接地線或墊
53‧‧‧長度
54‧‧‧接地線或墊
55‧‧‧接地接觸表面
56‧‧‧接地線或墊
57‧‧‧長度
58‧‧‧接地線或墊
62‧‧‧接地平面
63‧‧‧RF傳輸線
64‧‧‧底部表面
66‧‧‧互連
68‧‧‧第一部份
69‧‧‧長度
70‧‧‧第二部分
71‧‧‧長度
72‧‧‧間隔
74‧‧‧第一部份
75‧‧‧總長度
76‧‧‧第二部分
77‧‧‧總長度
78‧‧‧第三或剩餘部分
80‧‧‧高度
82‧‧‧橫向分量
84‧‧‧訊號線
85‧‧‧MEMS晶粒組件
86‧‧‧接地線或墊
88‧‧‧接地線或墊
90‧‧‧第一部份
92‧‧‧第二部分
94‧‧‧RF MEMS晶圓結構
96‧‧‧MEMS晶圓基板
97‧‧‧導電通孔
98‧‧‧訊號線
99‧‧‧訊號線探針墊
100‧‧‧訊號線
101‧‧‧接地線探針墊
102‧‧‧頂部表面
104‧‧‧第一部份
106‧‧‧第一部份
108‧‧‧第二部分
110‧‧‧第二部分
111‧‧‧第三部分
112‧‧‧第四部份
113‧‧‧第三部分
114‧‧‧第四部份
116‧‧‧第一間隔
118‧‧‧第二間隔
120‧‧‧第一間隔
122‧‧‧第二間隔
124‧‧‧MEMS裝置
126‧‧‧MEMS裝置
128‧‧‧MEMS裝置
130‧‧‧MEMS裝置
132‧‧‧接地墊
134‧‧‧接地墊
136‧‧‧接地墊
138‧‧‧接地墊
140‧‧‧接地墊
141‧‧‧MEMS晶圓組件
142‧‧‧接地墊
143‧‧‧接地平面組件
144‧‧‧接地墊
145‧‧‧導電接合
146‧‧‧接地墊
147‧‧‧導電接合
148‧‧‧接地墊
149‧‧‧密封
150‧‧‧接地墊
151‧‧‧密封
152‧‧‧接地墊
154‧‧‧接地墊
155‧‧‧空腔
156‧‧‧切割線
157‧‧‧空腔
158‧‧‧RF MEMS封裝
160‧‧‧RF MEMS封裝
162‧‧‧RF MEMS封裝
164‧‧‧RF MEMS封裝
165‧‧‧寬度
166‧‧‧柱形凸塊
167‧‧‧總寬度
168‧‧‧接地基板
169‧‧‧接地平面
170‧‧‧RF MEMS離散封裝
171‧‧‧MEMS晶粒組件
172‧‧‧接地組件
173‧‧‧總寬度
176‧‧‧主體
178‧‧‧蓋件
180‧‧‧內部底部表面
182‧‧‧接地墊區域
184‧‧‧訊號墊
186‧‧‧訊號墊
188‧‧‧訊號線
190‧‧‧互連
192‧‧‧表面
194‧‧‧MEMS基板
195‧‧‧接地墊
196‧‧‧部分
197‧‧‧間隔
198‧‧‧部分
199‧‧‧接地墊
200‧‧‧MEMS裝置
202‧‧‧密封
204‧‧‧空腔
206‧‧‧複數個導電通孔
208‧‧‧訊號墊
209‧‧‧輸入/輸出(I/O)連接
210‧‧‧訊號墊
211‧‧‧輸入/輸出(I/O)連接
214‧‧‧RF MEMS封裝
215‧‧‧MEMS晶粒組件
216‧‧‧訊號線
217‧‧‧接地平面組件
218‧‧‧頂部表面
220‧‧‧MEMS安裝基板
222‧‧‧MEMS裝置
224‧‧‧接地安裝基板
225‧‧‧厚度
226‧‧‧接地平面
227‧‧‧RF傳輸線
228‧‧‧底部表面
230‧‧‧互連
232‧‧‧頂部表面
234‧‧‧機械柱體
235‧‧‧高度
236‧‧‧第一部份
238‧‧‧第二部分
240‧‧‧間隔
242‧‧‧空腔
244‧‧‧橫向分量
247‧‧‧MEMS晶圓組件
248‧‧‧RF MEMS晶圓結構
249‧‧‧接地平面組件
252‧‧‧接地平面
254‧‧‧底部表面
256‧‧‧接地基板
258‧‧‧互連
259‧‧‧厚度
278‧‧‧MEMS晶圓基板
304‧‧‧密封
312‧‧‧空腔
324‧‧‧切割線
4-4‧‧‧線
5-5‧‧‧線
6-6‧‧‧線
6a-6a‧‧‧線
7-7‧‧‧線
10-10‧‧‧線
12-12‧‧‧線
13-13‧‧‧線
15-15‧‧‧線
16-16‧‧‧線
18-18‧‧‧線
圖示具體說明當前預期應用於實現本發明之實施例。
在圖示中：圖1係為先前技術中已熟知之微帶傳輸線。
圖2係為先前技術中已熟知背導電共面波導傳輸線。
圖3係為根據本發明之實施例之RF MEMS封 裝的示意性透視圖。
圖4係為沿著線4-4所截取之圖3之RF MEMS封裝的示意性剖面圖。
圖5係為沿著線5-5所截取之圖4之RF MEMS封裝的示意性剖面圖。
圖6係為沿著線6-6和6a-6a所截取之圖4之RF MEMS封裝的示意性剖面圖。
圖7係為沿著線7-7所截取之圖4之RF MEMS封裝的示意性剖面圖。
圖8係為根據本發明之另一實施例之RF MEMS封裝之第一基板的示意性俯視圖。
圖9係為根據本發明之另一實施例之RF MEMS晶圓結構的示意性側視圖。
圖10係為沿著線10-10所截取之圖9之RF MEMS晶圓結構的示意性剖面圖。
圖11係為根據本發明之另一實施例之RF MEMS離散封裝的示意性俯視圖。
圖12係為沿著線12-12所截取之圖11之RF MEMS離散封裝的側剖面圖。
圖13係為沿著線13-13所截取之圖11之RF MEMS離散封裝的側剖面圖。
圖14係為根據本發明之另一實施例之RF MEMS封裝的示意性透視圖。
圖15係為沿著線15-15所截取之圖14之RF MEMS封裝的示意性剖面圖。
圖16係為沿著線16-16所截取之圖15之RF MEMS封裝的示意性剖面圖。
圖17係為根據本發明之實施例之RF MEMS晶圓結構的示意性剖面側視圖。
圖18係為沿著線18-18所截取之圖17之RF MEMS晶圓結構的示意性剖面圖。
本發明之實施例提供射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝，其包括為不包括其自身集成接地路徑之MEMS裝置形成RF傳輸線的倒置或翻轉接地平面設計。RF傳輸線藉由耦合包括接地平面之次級基板到MEMS裝置被形成。形成在次級基板上的接地平面和在主要基板上之MEMS裝置之訊號線之間的相互作用產生RF傳輸線。因此，RF傳輸線在不改變或修改MEMS裝置或其安裝基板之物理結構的情況下被產生。
首先參見圖3，其說明了根據本發明之實施例的RF MEMS封裝40之示意性透視圖。RF MEMS封裝40包括MEMS41和接地平面組件43。MEMS晶粒組件41包括MEMS安裝基板42，其具有包括置放在其頂部表面50之MEMS裝置48的導電訊號線46。MEMS基板42係為散裝載體基板，其由絕緣、半絕緣材料、或半導體材料形成，諸如但不局限於，石英、氧化鋁、砷化鎵、矽、以及 類似物。在本發明之一實施例中，MEMS裝置48係為電阻接觸開關機構。然而，在替代性實施例中，MEMS裝置48可係為電容接觸開關機構。此外，MEMS裝置48可利用本技術領域中已知的任何致動機構，諸如但不局限於，磁性、壓電式、熱、以及靜電力。
第一對導電接地線或墊52、54和第二對導電接地線或墊56、58被置放在第一基板42之頂部表面50上。與圖1和2之先前技術的裝置不同，圖3之MEMS晶粒組件41不包括在其底部表面60上被形成的接地平面。因此，當MEMS晶粒組件41被使用作為獨立裝置時，RF訊號不會經由MEMS晶粒組件41自由地傳播。
接地平面組件43被耦合到MEMS晶粒組件41，用以改善通過MEMS晶粒組件41之RF訊號的傳播。接地平面組件43包括接地平面/區域62，其被形成在接地安裝基板44之底部表面64上。類似於MEMS基板42，接地基板44係為絕緣或半絕緣材料，諸如但不局限於，石英、氧化鋁、砷化鎵、矽、以及類似物。接地平面62通過電接觸或互連66諸如，例如金柱形凸塊，其被接合和電耦合到接地墊52-58。接地平面62可係為任何導電材料，諸如，例如銅、金、鎢/鎳/金堆疊、或另一常見封裝材料。可以預期柱形凸塊66可以係為任何適用於接合和電耦合接地墊52-58到接地平面62的材料，例如但不局限於焊點凸塊、金凸塊、以及熱超音波附接凸塊。訊號線46和接地平面62一起形成RF傳輸線63。RF傳 輸線63之電阻抗可以藉由調節訊號線46和接地平面62之間的距離來操縱，其藉由柱形凸塊66之高度被控制。
基於接地平面62和MEMS基板42之配置，相較於先前技術結構RF MEMS封裝40之結果結構具有翻轉或倒置方位，其具有放置在訊號線46和接地墊52、58上方而非下方之接地平面62。該配置允許RF訊號在沒有通過經由MEMS晶粒組件41之介電質基板42形成之通孔的情況下傳播。所闡釋之封裝架構特別有利的是其中基板42係難以處理之材料，諸如石英或矽，並且也允許以更高密度訊號線結構封裝，如下文更詳細描述。
圖4係為RF MEMS封裝40之示意性剖面圖，描繪MEMS晶粒組件41之俯視圖。圖5係為經過圖4之線5-5之RF MEMS封裝40之示意性剖面圖。一同參見圖4和5係為適當，訊號線46包括第一部份68、第二部分70、以及MEMS裝置48。訊號線46之第一部份68和訊號線46之第二部份70藉由間隔72被分離，其藉由MEMS裝置48被橋接。當MEMS裝置48係為「開啟」狀態或閉路位置時(如圖5所顯示)，MEMS裝置48電耦合訊號線46之第一部份68到訊號線46之第二部分70，其產生RF傳輸線63上之閉合電路。當MEMS裝置48係為「關閉」狀態或斷路位置時，訊號線46之第一和第二部分68、70被電斷開，在RF傳輸線63上形成開路電路。
如圖所示，第一對接地墊52、54被設置在相 鄰訊號線46之第一部份68的第一基板42之頂部表面50，而且不延伸跨越整個第一基板42。也就是說，第一對接地墊52、54被侷限於第一基板42之頂部表面50的總長度75的第一部份74。類似地，第二對接地墊58、56被設置在相鄰訊號線46之第二部分70的第一基板42之頂部表面50上，並且被侷限於第一基板42之頂部表面50的總長度75的第二部份76。第一對接地墊52、54的每一個長度53係小於第一部份68之長度69。同樣地，第二對接地墊56、58的每一個長度57係小於第二部份70之長度71。因此，相鄰MEMS裝置48之頂部表面50的總長度75之第三或剩餘部分78不具有置放於其上的接地墊。換言之，第一對接地墊52、54與第二對接地墊58、56跨越第一基板42之長度75被間隔開。
柱形凸塊66定義了訊號線46和接地平面62之間所產生的空腔80的高度。空腔80填充有介電介質，諸如，例如但不局限於氣體或諸如氮氣之介電氣體，根據本發明之替代性實施例，以為了減緩封裝40之內的共振反應。在本發明之一實施例中，空腔80係為真空或氣密地密封在接地平面62和MEMS基板42之間。可以預期的是可以使用任何本技術領域中已知的氣密密封處理，例如但不局限於，氣密焊接密封、玻璃熔塊密封、以及金-金熱壓密封。作為密封之結果，空腔80不與外部環境流體通連。
如圖3和5所顯示，在本發明之一實施例 中，MEMS晶粒組件41之總長度75可大於接地平面組件43之總長度77。因此，每一個接地墊52-58包括延伸超過接地平面62的接地接觸表面55。同樣地，訊號線46之第一部份68包括延伸超過接地平面62之第一訊號接觸表面69，而且訊號線46之第二部分70包括延伸超過接地平面62之第二訊號接觸表面70。根據替代性實施例，接地接觸表面55、第一訊號接觸表面69、以及第二訊號接觸表面71可包括連接到外部電路(未顯示)或耦合到接地-訊號-接地(GSG)探針(未顯示)的連接導線(未顯示)，以為了藉由量測或注入接地訊號來測試RF MEMS封裝40。
圖6係為RF MEMS封裝40之剖面圖，其分別地闡釋在RF MEMS封裝40之第一部份74和第二部分76之內，沿著圖4之線6-6和6a-6a的電場之橫向分量。如圖5所顯示，接地基板44在MEMS基板42上方延伸，並且接地平面62耦合到接地基板44之底部表面64。此外，接地平面62經由柱形凸塊66被電接合到接地墊52、54。訊號線46和接地平面62之間所產生的電磁場包括延伸穿過空腔80的橫向分量82。
在圖7中所示的RF MEMS封裝40之示意性剖面圖，描繪了在RF MEMS封裝40之第三部分78之內的沿著圖4之線7-7之電場的橫向分量。類似於部分74、76之內的電磁場，在RF MEMS封裝40之此部分78之內的電磁場在訊號線46之第一部份68和接地平面62之間 被產生。因此，電磁場之橫向分量82僅穿過空腔80延伸，而不穿過MEMS基板42。因為電磁場穿過空腔80並且不穿透封裝40之第三部分78之內的MEMS基板42，相較於先前技術之裝置，其中電磁場遍及整個封裝結構之穿透介電質基板，RF MEMS封裝40之內的訊號損失被顯著地改善。此外，MEMS基板42的材料選擇可以不必考慮潛在的訊號損失，從而允許範圍更廣之材料被使用於封裝製造。
儘管圖3-7描繪接地平面62均勻地應用在接地基板44之底部表面64，可以預期的是在本發明之替代性實施例中，接地平面62可以變化其厚度。在該實施例中，接地平面62可包括從接地平面62延伸之突出部分的任何組合，和形成在接地平面62中的切口。該些突出部分和/或切口之幾何圖案可基於設計規格來選擇，用以實現所期望的RF傳輸線63之電共振。此外，RF傳輸線63之電共振可藉由改變空腔80之高度、長度、以及/或寬度被調節。
現在參見圖8，根據本發明之替代性實施例，MEMS晶粒組件85顯示其包括多訊號線46、84。MEMS晶粒組件85包括類似於圖3之MEMS晶粒組件41的組件，並且因此在圖3中使用來指示組件之數字也將被使用來指示圖8中類似的組件。在需要增加訊號密度的應用中，MEMS晶粒組件85可以被使用於替代在RF MEMS封裝40(圖3)中的MEMS晶粒組件41。
如圖8所描繪，第一訊號線46和第二訊號線84在MEMS基板42之頂部表面50上被形成。訊號線46、84被類似於訊號線46(圖3)地結構，並且包括分別的MEMS裝置48。第一組接地線或墊52、54、86和第二組接地線或墊56、58、88在第一基板42之頂部表面50上被形成。如圖所示，訊號線46之第一部份68被置放在接地墊52、54之間，和訊號線84之第一部份90被置放在接地墊54、86之間。類似地，接地墊56、58係相鄰訊號線46之第二部分70的相對側，和接地墊58、88係相鄰訊號線84之第二部分92的相對側。接地墊52-58、86、88可經由電接觸或柱形凸塊66(圖3)，分別如圖3-7所描述的，被電連接到接地平面組件43(圖3)。
儘管圖8所闡釋之實施例包括訊號線46、84之相鄰第一部份68、90之間的單接地墊54，和訊號線46、84之相鄰第二部份70、92之間的單接地墊58，以為了在MEMS基板42之頂部表面上節省空間，並允許更小和更緊密的MEMS封裝，可以預期的是每一個訊號線46、84可包括其自己的第一和第二對接地墊。
儘管圖8闡釋二(2)訊號線的使用、第一組三(3)接地墊、以及第二組三(3)接地墊，可以預期的是訊號線之任何數量n可以在第一基板之頂部表面上被形成，伴隨著包含接地墊之任何數量n+1(或n．2)的第一和第二組接地墊。
在本發明之一實施例中，諸如在圖9中所闡釋的，RF MEMS封裝40(圖3)從RF MEMS晶圓結構94被切割。RF MEMS晶圓結構94包括藉由導電接和145、147和/或電互連或柱形凸塊166和氣密密封149、151之組合方式耦合到MEMS晶圓組件141的接地平面組件143。類似於圖3之接地平面組件43，接地平面組件143包括接合到接地基板168之接地平面或接地區域169。圖10提供了RF MEMS晶圓結構94沿著線10-10截取之剖面圖，用以闡釋MEMS晶圓組件141和導電接合145之細節。
現在一同參見圖9和10，在適當情況下MEMS晶圓組件141包括在分別訊號線98、100上被提供之MEMS裝置124、126、128、130，其在MEMS晶圓基板96之頂部表面102上被形成。如圖10所顯示，每一個訊號線98、100在複數個訊號線部分被圖案化，其中訊號線98、100包括分別的第一部份104、106，第二部分108、110，第三部分111、113，以及第四部分112、114。第一間隔116從第二部分108分離第一部份104，並且第二間隔118從第四部分112分離第三部分111。MEMS裝置124橋接第一間隔116和電耦合第一部份104和第二部分108，MEMS裝置126橋接第二間隔118和電耦合第三部分111到第四部分112。同樣地，MEMS裝置128被置放在訊號線100上用以橋接第一間隔120，和第二MEMS裝置130被置放在訊號線100上用以橋接第二 間隔122。
類似於MEMS裝置48，MEMS裝置124、126、128、130選擇性地耦合其分別訊號線部分。例如：MEMS裝置124當在閉路位置時電耦合部分104、108，並且當在斷路位置時電去耦部分104、108，和MEMS裝置126當在閉路位置時電耦合部分108、112，並且當在斷路位置時電去耦部分108、112。同樣地，MEMS裝置128當在閉路位置時電耦合部分106、110，並且當在斷路位置時電去耦部分106、110，和MEMS裝置130當在閉路位置時電耦合部分110、114，並且當在斷路位置時電去耦部分110、114。
MEMS晶圓組件141也包括置放於相鄰訊號線98、100之間的接地線或接地墊組。具體言而，第一組接地墊132、134、136、138在MEMS晶圓基板96之頂部表面102上被形成，具有相鄰和在訊號線98之第一部份104之相對側之接地墊132、134，以及相鄰和在訊號線100之第一部份106之相對側之接地墊136、138。類似地，第二組接地墊140、142、144、146為被置放在相鄰和在訊號線98、100之第二部分108、110和第三部分111、113的相對側。第三組接地墊148、150、152、154為被置放在相鄰和在訊號線98、100之分別的第四部分112、114的相對側。如圖10所顯示，第一組接地墊132-138、第二組接地墊140-146、以及第三組接地墊148-154在跨越晶圓基板96之寬度165上被彼此斷開。
儘管圖10描繪具有二(2)間隔、二(2)MEMS裝置、以及四(4)訊號線部分之每一個訊號線98、100，可以預期的是晶圓結構94之每一個訊號線可包括任何數目n的間隔、nMEMS裝置以及n*2訊號線部分。例如，訊號線98可包括四(4)間隔、四(4)MEMS裝置、以及八(8)訊號線部分。此外，可以預期的是多於或少於二(2)訊號線可在MEMS晶圓基板96之頂部表面102上被形成。此外，雖然圖9描繪了對應於每一個訊號線之四(4)部分之三(3)組接地墊的使用，可以預期的是接地墊之任何數目n的組可以被使用。此外，在對應於訊號線之任何數目n/2之內的每一組接地墊，替代性實施例可包括任何數目n之接地墊。
在本發明之一實施例中，導電接合145、147由電導電材料形成，其電和機械地接合接地平面組件143之接地平面169到MEMS晶圓組件141。例如，接地墊132-146、導電接合145、147、以及接地平面169可各自由金形成，因此，導電接合145、147藉由金-金熱壓接和的方法，接合分別的接地墊132-146到接地平面169。如圖9所顯示，導電接合145、147產生接地平面169和訊號線98、100之間氣密密封之分別的空腔155、157。每一個空腔155、157可以氣體或其他介電氣體填充，諸如但不局限於，氮氣。或者，接地墊和接地平面169可使用柱形凸塊166一起電耦合，類似於有關圖3-7所描述之程序，而且單獨密封149、151使用非導電材料，諸如，例 如玻璃熔塊，圍繞分別的MEMS裝置126、130被形成，如圖10中之右側部分所顯示。
在包括導電接合147、145、訊號線98、100之第一和第二部分104、106、108、110之本發明的實施例中，其被完全地設置在分別的空腔157、155之內，如圖9和圖10中之左側部分所顯示。導電通孔97通過晶圓基板96被形成。通孔97之部分電連接訊號線98、100之第一和第二部分104、106、108、110到對應的訊號線探針墊99。通孔97之另一部分電連接接地墊132-146到對應的接地線探針墊101。依序，GSG探針(未顯示)可被使用來測量或注入接地訊號，用於測試RF MEMS封裝158、162。探針墊99、101相對於訊號線98、100、接地墊132-146、以及接地平面169按大小分類，使得其對RF傳輸線之RF訊號傳輸之影響可被忽略。
儘管為了闡釋之目的，圖10中顯示導電接合145、147和柱形凸塊166/單獨密封149、151，可以理解的是給定之晶圓封裝將被製造為具有所有導電接合、或者是所有密封/柱形凸塊組合，用以簡化製造過程。
在接地平面組件143被耦合到MEMS晶圓組件141之後，所得到之RF MEMS晶圓結構94可以沿著切割線156被切割成單獨RF MEMS封裝158、160、162、164。在其中訊號線完全地被密封在空腔之內的實施例中，諸如RF MEMS封裝158、162，切割封裝之總寬度167基本上係等於對應接地組件之寬度。通孔97被提供 用以產生接地平面和訊號線的接口。或者，在諸如封裝162和164之RF MEMS封裝中，其中接地墊和訊號線延伸超越分別的密封149、151，切割封裝之總寬度173大於對應的接地組件之總寬度，類似於圖3中所示之配置。在該些實施例中，到接地墊和訊號線之電連接可以通過如以上所述之連接導線連接或GSG探針進行。
在其中訊號線完全地被密封在空腔之內的實施例中，諸如RF MEMS封裝158、162，切割封裝之總寬度167基本上係等於對應接地組件之寬度。通孔97被提供用以產生接地平面和訊號線的接口。或者，在諸如封裝162和164之RF MEMS封裝中，其中接地墊和訊號線延伸超越分別的密封149、151，切割封裝之總寬度173大於對應的接地組件之總寬度，類似於圖3中所示之配置。在該些實施例中，到接地平面和訊號線之電連接可以通過如以上所述之連接導線連接或GSG探針進行。
如圖10所闡釋，每一個RF MEMS晶粒封裝158-164包括藉由分別接地墊側接之訊號線。在本發明之替代性實施例中，每一個RF MEMS封裝158-164可包括超過一(1)訊號線，類似於圖8中所示之MEMS晶粒組件85。
圖11闡釋根據本發明之替代性實施例的RF MEMS離散封裝170之示例性剖面圖，同時圖12-13分別地描繪沿著線12-12和13-13截取之示例性側剖視圖。在此實施例中，RF MEMS封裝170包括MEMS晶粒組件 171，其在結構上類似於MEMS晶粒組件41(圖4)，以及接地組件172，其包括由諸如但不局限於陶瓷之絕緣材料製成之主體176和蓋件178。如圖11所示，接地墊區域182在主體176之內部底部表面180上被形成。接地組件172進一步包括在主體176之頂部表面180上形成之訊號墊184、186。
訊號墊184、186通過電接觸或互連190，被接和和電耦合到MEMS晶粒組件171之電性導電訊號線188，其由任何適用於接合和電耦合訊號墊184、186到訊號線188之材料形成，例如但不局限於焊錫柱形凸塊、金柱形凸塊、以及熱超音波附接柱形凸塊。類似於訊號線46(圖4)，訊號線188在MEMS晶粒組件171之MEMS基板194之表面192上被形成，並且包括第一部份196、第二部分198、以及MEMS裝置200，其橋接第一和第二部分196、198之間的間隔197。
此外，複數個接地墊195、199在MEMS基板194之面向下的表面192上被形成。儘管在所提供之圖中僅顯示二接地墊195、199，可以預期的是MEMS晶粒組件171包括置放在相鄰訊號線188之每個部分196、198的一對接地墊，類似於接地墊52-58(圖4)。互連190被使用來接合和電耦合接地區域182到複數個接地墊195、199的每一個。
根據本發明之實施例，使用任何在本技術領域中已知的氣密處理，氣密密封202在主體176和接地組 件172之蓋件178之間被形成，例如，但不局限於，氣密焊接密封、玻玻璃熔塊密封、以及金-金熱壓密封。因此，訊號線188和接地墊區域182之間的空腔204係為氣密的，並且不能與外部環境流體相通。因此，空腔204可以氣體或另一介電氣體填充，諸如但不局限於，氮氣。
如圖12所顯示，複數個導電通孔206通過接地組件172之主體176被形成。每一個通孔206與對應的訊號墊184、186對齊，並且電耦合訊號墊184、186到設置在離散封裝174之外部表面212的訊號墊208、210。訊號墊208、210被設置在離散封裝174之外部表面212，用以藉由輸入/輸出(I/O)連接209、211的方式，促進RF MEMS封裝170和外部印刷電路板(未顯示)之間的電連接。
在以上所述之實施例中，接地組件在MEMS晶粒組件上，藉由一或多個電連接的方式電接地到接地墊。該些電連接也機械地耦合接地組件至MEMS晶粒組件。在圖14中所示之替代性實施例中，RF MEMS封裝214包括以機械柱體234耦合到接地平面組件217的MEMS晶粒組件215，其由非導電材料構成。接地平面組件217經由連接被接地到外部接地(未顯示)，如以下更詳細描述。
類似於MEMS晶粒組件41(圖3)，MEMS晶粒組件215包括在MEMS安裝基板220之頂部表面218上被設置之電導電訊號線216。訊號線216包括MEMS裝 置222，其像是MEMS裝置48(圖3)，可係為電阻接觸開關機構或電容開關機構，並且可利用任何已知的制動手段。MEMS基板220係由絕緣、半絕緣材料、或半導體材料形成，諸如但不局限於，石英、氧化鋁、砷化鎵、矽、以及類似物。在本發明之此實施例中，沒有接地線或接地墊在MEMS基板220之頂部表面218上被形成，如圖15所示。
一同參見圖14-16，在適當情況下，接地組件217包括具有在其上底部表面228上形成之接地平面226的接地安裝基板224。接地平面226可係為導電材料，諸如，例如銅、金、鎢/鎳/金堆疊、或另一常見封裝材料。接地基板224可以由與MEMS基板220相同或不同的絕緣、半絕緣材料、或半導體材料形成。至少一通孔通過定義在其頂部表面232和底部表面228之間的接地基板224之厚度225被形成。每一個通孔以導電材料填充，和用以產生金屬互連230，用於電耦合接地平面226到外部接地源(未顯示)。
如圖所示，機械柱體234耦合MEMS晶粒組件215到接地組件217，同時從接地平面226間隔MEMS安裝基板220和其相關的訊號線216。機械柱體234之高度235可以被選擇用以定義訊號線216和接地平面226之間的間隔。在訊號線216和接地平面226之間所產生的空腔242。在本發明之一實施例中，空腔242可以在接地平面226和MEMS基板220之間被氣密密封，使得空腔242 不與外部環境氣體流通。空腔242可以介電氣體填充，諸如但不局限於氮氣，以為了減緩封裝214之內的共振反應。類似於RF MEMS封裝40(圖3)，電磁場之橫向分量244僅通過空腔242延伸，而非通過MEMS安裝基板220。
訊號線216以如同RF MEMS晶粒組件41(圖3)之訊號線46之相同方式被構造。也就是說，訊號線216具有第一部份236、藉由間隔240從第一部份236分離的第二部分238、以及用以橋接間隔240的MEMS裝置222。MEMS晶粒組件215之訊號線216和接地組件217之接地平面226一起形成RF傳輸線227。當在閉路位置時，MEMS裝置222電耦合第一部份236和第二部分238，用以在RF傳輸線227上產生之閉合電路。當在斷路位置時，MEMS裝置222電去耦第一部份236和第二部分238，用以其在RF傳輸線227上產生之開路電路。RF傳輸線227之電阻抗可藉由調整機械柱體234之高度被控制，以為了控制訊號線216和接地平面226之間的距離。
類似於RF MEMS封裝40(圖3)，RF MEMS封裝214導致具有翻轉或倒置方位的結構，具有置放在訊號線216上方的接地平面226，而非如同先前技術一般直接耦合到MEMS基板220之底部表面。因此，允許RF訊號傳播而不通過MEMS晶粒組件215之安裝基板220形成通孔。該結構在其中安裝基板係為難以處理之材 料之情況下係為特別有利，諸如石英或矽，並且也允許以更高密度訊號線結構封裝。此外，如圖16所示，訊號線216之第一部份236和接地平面226之間所產生的電磁場包括僅延伸穿過空腔242的橫向分量246，而不通過MEMS基板220。因此，與其中電磁產穿透介電質基板之先前技術相比，RF MEMS封裝214之內的訊號損失被顯著地改善。
在本發明之另一實施例中，多RF MEMS封裝214可從RF MEMS晶圓結構248被切割，如圖17和18所闡釋。在該實施例中，MEMS晶圓組件247係由MEMS裝置222所形成，其在MEMS晶圓基板278之分別的訊號線216上被提供。當MEMS晶圓組件247被耦合到接地平面組件249時，RF MEMS晶圓結構248被形成，其包括在接地基板256之底部表面254上形成之接地平面252。類似於圖14之接地平面組件217，接地平面組件249進一步包括複數個互連258，其延伸通過接地基板256之厚度259並且被電耦合到接地平面252。互連258被置放在接地平面組件249之內，使得每一個RF MEMS封裝214包括至少一互連258，用於耦合接地平面252到外部接地(未顯示)。
類似於圖10之實施例，氣密密封304在接地平面252和MEMS晶圓基板278之間被形成，其產生接地平面252和訊號線216之間的空腔312，其可以氣體或另一介電氣體填充，諸如但不局限於氮氣。在所闡釋之實 施例中，密封304係為非導電材料，諸如玻璃熔塊，類似於密封149、151(圖10)。因此，訊號線216可以被構造成延伸超過氣密密封304，從而允許對訊號線216進行外部電連接。一旦完成，多RF MEMS封裝214可沿著切割線324從RF MEMS晶圓結構248被切割。儘管圖18闡釋每一個RF MEMS封裝214之內的單RF MEMS裝置222之使用，本發明之替代性實施例可包括每一個封裝之內的多MEMS裝置222。
在本發明之替代性實施例中，柱體234可係為連續材料之形式，其圍繞訊號線216和MEMS裝置222，且產生密封空腔312。因此，RF MEMS封裝214將包括單機械柱體234，其作用為(1)產生氣密空腔312和(2)耦合MEMS晶粒組件215到接地平面組件217之雙重功用。
有利的是，本發明之實施例如此提供RF MEMS封裝和RF MEMS晶圓，其允許RF訊號傳播使用不包括專用接地平面之MEMS晶粒組件。當MEMS封裝被接和到具有翻轉或倒置接地平面的另一基板時，MEMS晶粒組件之訊號線和第二基板之接地平面形成RF傳輸線。因為翻轉或倒置接地平面和MEMS裝置之間所產生之電磁場的橫向分量主要位於接地平面和MEMS裝置之間的氣體或介電質填充之空腔中，相較於先前技術中包括通過基板通孔和專用接地平面之裝置，訊號損失被減少。此外，本發明所揭露之本發明的實施例允許具有增加之訊 號密度的MEMS封裝之製造，因此省略了通過通孔，並且在基板材料選擇上有更大的彈性。
根據本發明之一實施例，射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝包括具有安裝基板之MEMS晶粒組件、在第一安裝基板之頂部表面上被形成之訊號線，該訊號線包含選擇性地電耦合訊號線之第一部份到訊號線之第二部分的MEMS裝置，在相鄰訊號線之第一部份的第一安裝基板之頂部表面上被形成的第一對接地墊，以及在相鄰訊號線之第二部分的第一安裝基板之頂部表面上被形成之第二對接地墊。RF MEMS封裝也包括被電耦合到第一對接地墊和第二對接地墊的接地組件，該接地組件具有第二安裝基板，和在第二安裝基板之表面被形成之接地區域，其面向第一安裝基板之頂部表面且被電耦合到第一對接地墊和第二對接地墊。在接地區域和訊號線之間形成空腔，且第一對接地墊被置放在相鄰MEMS裝置的第一側，與該第二對接地墊被置放在相鄰MEMS裝置的第二側。
根據本發明之另一實施例，射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝之製造方法包括提供第一安裝基板、以及在第一安裝基板之頂部表面上形成訊號線，其中在第一安裝基板之頂部表面上形成訊號線包括形成訊號線之第一部份、在第一安裝基板之頂部表面上形成訊號線的第二部份，以便提供第一部分和第二部分之間的間隙，以及耦合MEMS裝置到訊號線的第一部份和訊號線的第二 部分，用以橋接間隙。方法進一步包括在相鄰訊號線之第一部份的第一安裝基板的頂部表面上形成第一對接地墊，在相鄰訊號線之第二部份的第一安裝基板的頂部表面上形成第二對接地墊，第二對接地墊與第一對接地墊間隔開，耦接接地組件至該第一對接地墊及該第二對接地墊，接地組件包含在第二安裝基板之底部表面上被形成的接地區域，以及從訊號線間隔開接地區域以便在其之間提供空腔。
根據本發明之又一實施例，射頻(RF)微機電系統(MEMS)晶圓結構包括具有置放在晶圓基板之頂部表面的複數個MEMS裝置的MEMS晶圓組件，在晶圓基板之頂部表面上被形成的複數個訊號線，每一訊號線具有在各別MEMS裝置之第一側上的第一部分，以及MEMS裝置之第二側上的第二部分，藉由第一間隙從第一部份被分離的第二部分，相鄰和在各別訊號線之第一部份的任一側上的第一對接地墊，以及相鄰和在個別訊號線之第二部分的任一側上的第二對接地墊。RF MEMS晶圓結構進一步包括接地平面組件，其包括在接地基板之底部表面上被形成的接地平面，接地平面接合於第一對接地墊與第二對接地墊，其中接地平面和複數個訊號墊藉由複數個空腔被間隔開，每一個空腔包含各別MEMS裝置，以及相鄰複數個MEMS裝置之MEMS基板之頂部表面沒有接地墊。
本文之描述使用實例來揭露本發明，包括最佳模式、並且使得熟知本技術領域之任何人員能實踐本發 明，包括製造和使用任何裝置或系統以及執行任何結合之方法。本發明之可取得專利範疇由申請專利範圍定義，且可包括其他熟知本技術領域之人員所想到之其他實例。若其具有並無不同於申請專利範圍之文字語言的結構元件，或若其包括與申請專利範圍之文字語言並無實質差異之相等的結構元件，則該其他實例旨在申請專利範圍之範疇內。
儘管已結合有限數量之實施例詳細地描述本發明，應該容易被理解的是本發明並不局限於該揭露之實施例。相反的，本發明可以被修改以併入本文上述未描述之任何數量、但其與本發明之精神和範疇仍為相當的變化、改變、替換或相等的配置。此外，雖然本發明的各個態樣已被描述，應了解到，本發明的態樣可以僅包括所述態樣的一些。因此，本發明不被視為受上文描述之限制，而僅以所附之申請專利範圍限制。

Claims (22)

  1. 一種射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝，其包含：MEMS晶粒組件，其包含：第一安裝基板；形成在該第一安裝基板之頂部表面上的訊號線，該訊號線包含選擇性地電將該訊號線的第一部份橋接至該訊號線之第二部分的MEMS裝置，其中在該訊號線的該第一部份與該訊號線的該第二部份之間設置一間隙；形成在該第一安裝基板之該頂部表面上的第一對接地墊，其相鄰該訊號線之該第一部份；以及形成在該第一安裝基板之該頂部表面上的第二對接地墊，其相鄰該訊號線之該第二部份；以及被電耦合到該第一對接地墊與該第二對接地墊的接地組件，該接地組件包含：第二安裝基板；以及形成在該第二安裝基板之表面上的接地區域，其面向該第一安裝基板之該頂部表面且被電耦合到該第一對接地墊與該第二對接地墊；其中空腔被形成在該接地區域與該訊號線之間；以及其中該第一對接地墊被置放在相鄰該MEMS裝置的第一側，與該第二對接地墊被置放在相鄰該MEMS裝置的第二側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之該RF MEMS封裝，其中該MEMS裝置包含具有斷路位置與閉路位置的開關；其中當該開關係在該閉路位置的時候，該訊號線之該第一部份與該訊號線之該第二部份被電耦合；以及其中當該開關係在該斷路位置的時候，該訊號線之該第一部份與該訊號線之該第二部份被電去耦。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之該RF MEMS封裝，其進一步包含電耦合並且機械耦合該接地區域到該第一對接地墊與該第二對接地墊之複數個互連。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之該RF MEMS封裝，其中該複數個互連包含至少一焊點凸塊、金凸塊、以及熱超音波凸塊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之該RF MEMS封裝，其中在該接地區域與該第一安裝基板之間形成氣密密封。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之該RF MEMS封裝，其中該氣密密封係為玻璃熔塊密封、金-金熱壓密封、以及氣密焊接密封的一種。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之該RF MEMS封裝，其進一步包含在該空腔之內被提供的介電氣體。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之該RF MEMS封裝，其中該第一對接地墊之每一個接地墊具有小於該訊號線之該第一部份的長度；以及其中該第二對接地墊之每一個接地墊具有小於該訊號線之該第二部份的長度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之該RF MEMS封裝，其中該接地組件包含本體以及被耦合到該本體的蓋件；以及其中該MEMS晶粒組件被置放於在該本體與該蓋件之間被形成的空腔之內。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之該RF MEMS封裝，其進一步包含至少一導電通孔，其延伸通過該接地組件之該主體與電耦合該接地區域到該主體之外部輸入/輸出連接。
  11. 一種製造射頻(RF)微機電系統(MEMS)封裝的方法，其包含：提供第一安裝基板；在該第一安裝基板之頂部表面上形成訊號線，在其中形成該訊號線包含：在該第一安裝基板之該頂部表面上形成該訊號線的第一部份；在該第一安裝基板之該頂部表面上形成該訊號線的第二部份，以便在該第一部份與該第二部份之間提供間隙；以及耦合MEMS裝置到該訊號線之該第一部份與該訊號線之該第二部份，用以橋接該間隙；在該第一安裝基板之該頂部表面上形成第一對接地墊，其相鄰該訊號線之該第一部份；在相鄰該訊號線之該第二部份的該第一安裝基板之該頂部表面上形成第二對接地墊，該第二對接地墊與第一對接地墊被間隔開；耦合接地組件到該第一對接地墊與該第二對接地墊，該接地組件包含在第二安裝基板之底部表面上形成的接地區域；以及從該訊號線間隔開該接地區域，以便在其間提供空腔。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中耦合該接地組件到該第一對接地墊與該第二對接地墊包含以下至少一者中：藉由複數個柱形凸塊焊接、銅焊以及熱超音波結合。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其進一步包含在該第一安裝基板與該接地平面之間形成氣密密封。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其進一步包含以介電氣體填充該空腔。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其進一步包含橫越該安裝基板之寬度從該第二對接地墊間隔開該第一對接地墊。
  16. 一種射頻(RF)微機電系統(MEMS)晶圓結構，其包含：MEMS晶圓組件，其包含：在晶圓基板之頂部表面上被設置的複數個MEMS裝置；在該晶圓基板之該頂部表面上被形成的複數個訊號線，每一個訊號線包含：在各別MEMS裝置之第一側上被置放的第一部份；以及在各別MEMS裝置之第二側上被置放的第二部份，藉由第一間隔，該第二部份從該第一部份被分離；第一對接地墊相鄰於各別訊號線之該第一部份的任一側且在該各別訊號之該第一部份的該任一側上；以及第二對接地墊相鄰於各別訊號線之該第二部份的任一側且在該各別訊號之該第二部份的該任一側上；以及接地平面組件包含在接地基板之底部表面上被形成的接地平面，該接地平面接合於該第一對接地墊與第二對接地墊；其中該接地平面與該複數個訊號墊藉由複數個空腔被間隔開，每一個空腔包含各別MEMS裝置；以及其中相鄰該複數個MEMS裝置之該MEMS基板之該頂部表面沒有接地墊。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之RF MEMS晶圓結構，其中橫越該晶圓基板之寬度該第一對接地墊從該第二對接地墊被電斷開。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之RF MEMS晶圓結構，其中該晶圓基板包含矽與石英的一種。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之RF MEMS晶圓結構，其中每一個MEMS裝置具有被配置用以去耦個別訊號線之該第一部份與該第二部份的斷路位置，與被配置用以耦合該各別訊號線之該第一部份與該第二部份的閉路位置。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之RF MEMS晶圓結構，其中該複數個空腔被氣密密封。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之RF MEMS晶圓結構，其進一步包含在該MEMS晶圓與該接地晶圓其中至少一者上被形成的複數個切割線，該複數個切割線定義在該RF MEMS晶圓結構之內的個別RF MEMS封裝的界線，每一個別RF MEMS封裝包含至少一MEMS裝置。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之RF MEMS晶圓結構，其中該接地平面與每一個複數個訊號線形成RF傳輸線。
TW105125938A 2015-08-28 2016-08-15 具有倒置微帶傳輸線的射頻微機電系統及其製造方法 TWI654793B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/839,402 US9570783B1 (en) 2015-08-28 2015-08-28 Radio frequency micro-electromechanical systems having inverted microstrip transmission lines and method of making the same
US14/839,402 2015-08-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201725779A TW201725779A (zh) 2017-07-16
TWI654793B true TWI654793B (zh) 2019-03-21

Family

ID=56684727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105125938A TWI654793B (zh) 2015-08-28 2016-08-15 具有倒置微帶傳輸線的射頻微機電系統及其製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9570783B1 (zh)
EP (1) EP3341996B1 (zh)
JP (1) JP6863965B2 (zh)
TW (1) TWI654793B (zh)
WO (1) WO2017039851A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015112796A1 (en) * 2014-01-23 2015-07-30 The Florida State University Research Foundation, Inc. Ultrafast electromechanical disconnect switch
EP3018092A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-11 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft MEMS package
US9954263B2 (en) 2015-08-28 2018-04-24 General Electric Company Radio frequency micro-electromechanical systems having inverted microstrip transmission lines and method of making the same
US9570783B1 (en) * 2015-08-28 2017-02-14 General Electric Company Radio frequency micro-electromechanical systems having inverted microstrip transmission lines and method of making the same
CN107799360A (zh) * 2017-09-27 2018-03-13 东南大学 一种集成式无源无线微机械开关及其制备方法
US10749612B1 (en) 2019-06-19 2020-08-18 General Electric Company Rotor assembly sensor system with interference isolation
US10996082B2 (en) 2019-06-19 2021-05-04 General Electric Company Sensor system for a rotor assembly

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6184463B1 (en) 1998-04-13 2001-02-06 Harris Corporation Integrated circuit package for flip chip
US6627999B2 (en) 2000-08-31 2003-09-30 Micron Technology, Inc. Flip-chip with matched signal lines, ground plane and ground bumps adjacent signal bumps
US6512300B2 (en) * 2001-01-10 2003-01-28 Raytheon Company Water level interconnection
US6621387B1 (en) * 2001-02-23 2003-09-16 Analatom Incorporated Micro-electro-mechanical systems switch
DE60219712T2 (de) 2001-04-19 2008-02-28 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Herstellung von integrierten abstimmbaren/umschaltbaren passiven Mikro- und Millimeterwellenmodulen
US6815739B2 (en) * 2001-05-18 2004-11-09 Corporation For National Research Initiatives Radio frequency microelectromechanical systems (MEMS) devices on low-temperature co-fired ceramic (LTCC) substrates
US6426687B1 (en) * 2001-05-22 2002-07-30 The Aerospace Corporation RF MEMS switch
US6808955B2 (en) * 2001-11-02 2004-10-26 Intel Corporation Method of fabricating an integrated circuit that seals a MEMS device within a cavity
JP3818176B2 (ja) * 2002-03-06 2006-09-06 株式会社村田製作所 Ｒｆｍｅｍｓ素子
US6909589B2 (en) * 2002-11-20 2005-06-21 Corporation For National Research Initiatives MEMS-based variable capacitor
US6936918B2 (en) * 2003-12-15 2005-08-30 Analog Devices, Inc. MEMS device with conductive path through substrate
US20050224942A1 (en) 2004-03-26 2005-10-13 Fan Ho Semiconductor device with a plurality of ground planes
US7960804B1 (en) * 2004-05-24 2011-06-14 The United States of America as respresented by the Secretary of the Air Force Latching zip-mode actuated mono wafer MEMS switch
KR100620516B1 (ko) * 2005-07-18 2006-09-06 삼성전자주식회사 Ｍｅｍｓ 스위치 및 그 제조방법
JP4889974B2 (ja) * 2005-08-01 2012-03-07 新光電気工業株式会社 電子部品実装構造体及びその製造方法
US8988169B2 (en) 2006-05-24 2015-03-24 Ngimat Co. Radio frequency devices with enhanced ground structure
WO2008042478A2 (en) 2006-06-09 2008-04-10 Massachusetts Institute Of Technology Wide band and radio frequency waveguide and hybrid integration in a silicon package
WO2008018870A1 (en) 2006-08-09 2008-02-14 Geomat Insights, Llc Integral charge storage basement and wideband embedded decoupling structure for integrated circuit
US7674646B2 (en) 2006-11-07 2010-03-09 Freescale Semiconductor, Inc. Three dimensional integrated passive device and method of fabrication
US7893798B2 (en) 2007-05-09 2011-02-22 Innovative Micro Technology Dual substrate MEMS plate switch and method of manufacture
US7662669B2 (en) 2007-07-24 2010-02-16 Northrop Grumman Space & Mission Systems Corp. Method of exposing circuit lateral interconnect contacts by wafer saw
US7956302B1 (en) 2008-01-16 2011-06-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Hermetically packaged MEMS G-switch
US7824997B2 (en) 2008-03-27 2010-11-02 Emag Technologies, Inc. Membrane suspended MEMS structures
US8115283B1 (en) 2009-07-14 2012-02-14 Amkor Technology, Inc. Reversible top/bottom MEMS package
JP2010225431A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Panasonic Electric Works Co Ltd 伝送線路
KR20110062583A (ko) * 2009-12-03 2011-06-10 주식회사 엠에스솔루션 고주파용 정전형 스위치 및 그 제조 방법
EP2515076A1 (en) * 2009-12-17 2012-10-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Angular velocity detection device
JP2011243363A (ja) * 2010-05-17 2011-12-01 Panasonic Electric Works Co Ltd 配線構造を備えた構造体およびｍｅｍｓリレー
US8866291B2 (en) 2012-02-10 2014-10-21 Raytheon Company Flip-chip mounted microstrip monolithic microwave integrated circuits (MMICs)
JP6294024B2 (ja) 2013-07-30 2018-03-14 京セラ株式会社 配線基板およびこれを用いた実装構造体
JP2014205235A (ja) * 2014-06-02 2014-10-30 国立大学法人東北大学 機能デバイス
US9570783B1 (en) * 2015-08-28 2017-02-14 General Electric Company Radio frequency micro-electromechanical systems having inverted microstrip transmission lines and method of making the same

Also Published As

Publication number Publication date
US9806390B2 (en) 2017-10-31
EP3341996B1 (en) 2021-06-16
WO2017039851A1 (en) 2017-03-09
EP3341996A1 (en) 2018-07-04
US20170155179A1 (en) 2017-06-01
JP2018527205A (ja) 2018-09-20
TW201725779A (zh) 2017-07-16
US9570783B1 (en) 2017-02-14
US20170062890A1 (en) 2017-03-02
JP6863965B2 (ja) 2021-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI654793B (zh) 具有倒置微帶傳輸線的射頻微機電系統及其製造方法
JP6868006B2 (ja) 反転させたマイクロストリップ伝送線路を有する無線周波数微小電気機械システムおよびその製造方法
US6633213B1 (en) Double sided liquid metal micro switch
US20040188821A1 (en) Wafer scale package and method of assembly
TWI445109B (zh) 平面延伸電導體超越基材邊緣的方法和設備
US20050269688A1 (en) Microelectromechanical systems (MEMS) devices integrated in a hermetically sealed package
JP4741621B2 (ja) 電子部品封止用基板およびそれを用いた電子装置、並びに電子装置の製造方法
Tian et al. RF–MEMS wafer-level packaging using through-wafer interconnect
JP4761713B2 (ja) 電子部品封止用基板および多数個取り用電子部品封止用基板ならびに電子装置の製造方法
JP2004199887A (ja) 導電性流体を用いた電気接点開閉装置及びその製造方法
JP6341662B2 (ja) 圧電発振器及び圧電発振器の製造方法
JP4116954B2 (ja) 電子部品封止用基板およびそれを用いた電子装置
KR100671554B1 (ko) 듀플렉서칩 및 그 제조방법
JP2006185968A (ja) 電子装置
JP4020190B2 (ja) 高周波モジュール
JP2022086505A (ja) 圧電共振デバイス
JP2005260099A (ja) 半導体デバイスの気密封止構造
JP5152062B2 (ja) 電気部品およびその製造方法、並びにマイクロスイッチデバイス
TW202240832A (zh) 微電子h框架裝置中之具有高隔離之射頻交越
JP2010225431A (ja) 伝送線路
JP2011148013A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2010212211A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2003197796A (ja) 封止構造、開閉器、パッケージ、計測装置及び無線機
JP2008311482A (ja) 積層デバイスおよびそれを用いた電子部品パッケージと、積層デバイスの製造方法
JP2010225359A (ja) マイクロリレー