一種rf mems開關的圓片級封裝方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于射頻微電子機械系統(RFMEMS)的封裝技術領域，特別涉及一種提升RF MEMS開關性能的封裝的方法。
【背景技術】
[0002]射頻微電子機械系統RFMEMS開關含有可動結構，容易受到外界環境的影響，考慮使用時它的可靠性和環境的適應能力，需要采用封裝的形式將其保護以提高它的實用性和可靠性。在封裝的過程要保護它的可動部分不受到破環，同時封裝后腔體的氣氛也影響了開關的性能。低壓下的開關會出現機械Q值高、振動穩定性低、可靠性降低等一系列問題，而高壓環境又使得開關的驅動電壓增大，影響使用。同時作為射頻器件，封裝時首先要將信號線引出，同時不能降低它的射頻性能。
【發明內容】
[0003]發明目的:本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用于實現RFMEMS開關的圓片級封裝的結構和方法，能夠保護開關，提高開關的可靠性和環境適應能力，既實現了器件的封裝和信號線的引出，又保證了腔體的密封，同時防止了開關的諧振，降低開關在工作過程中的阻尼，降低開關驅動電壓，提升開關性能。
[0004]技術方案:為了達到上述目的，本發明提出的用于RFMEMS開關的圓片級封裝方法包括如下步驟:
[0005](I)提供一襯底，在襯底材料上分別完成RF MEMS開關的傳輸線和懸臂梁結構，同時完成對應開關結構區域的腔體和對應信號傳輸線的凹槽，得到封帽圓片；
[0006](2)將鍵合材料嵌入所述凹槽內；
[0007](3)將所述封帽圓片與開關圓片對準，采用圓片級鍵合的方法，采用氣體作為開關封裝的腔體氛圍，控制腔體氣體壓強，實現RF MEMS開關的封裝；
[0008]其中，所述封帽圓片采用一次涂膠、兩次曝光、分步刻蝕的方法實現，具體步驟如下:
[0009](I)在圓片上均勻涂覆光刻膠，第一次曝光顯影，顯影完再次曝光；
[0010](2)干法刻蝕已顯影的區域，刻蝕腔體至一定深度；
[0011](3) 二次顯影，二次干法刻蝕一定深度，同時完成腔體和凹槽的刻蝕。
[0012]具體地，兩次刻蝕的深度相加結果為對應開關結構區域的腔體深度;第二次刻蝕深度為對應信號傳輸線的凹槽的深度。
[0013]所述腔體的深度高于開關結構表面30μπι以上。
[0014]優選地，所述傳輸線的厚度為2?3μπι，開關懸臂梁的上表面距離襯底的距離為8?1um0
[0015]在對準時，將封帽圓片上的凹槽對準開關的信號傳輸線，將封帽圓片上的腔體對準含有開關可動結構的區域。
[0016]優選地，所述鍵合材料的厚度比凹槽深度與傳輸線厚度的差值大I?2μπι。
[0017]步驟(3)中，圓片級鍵合的具體步驟為:采用SUSS公司的SB6型鍵合機，在待封裝的兩個圓片中間插入SPACER，加熱至130°C?160°C，腔體抽真空，將真空度抽至10-5?1.5Χ10-5Pa，保持10?15分鐘，開始充氣體至壓強為7?9KPa，再次抽真空，保持5?10分鐘，然后充氣體至一定壓力5?7KPa，將SPACER撤下，兩個圓片之間加400?500N的壓力，開始鍵合，保持10?15分鐘。
[0018]其中，所述氣體為氮氣或惰性氣體。
[0019]優選地，所述惰性氣體為氦氣或氬氣。
[0020]有益效果:本發明通過在所述封帽圓片上刻有對應于傳輸線的凹槽和對應于開關結構的腔體，在所述的凹槽內嵌入鍵合材料，采用惰性氣體作為開關封裝的腔體氛圍，采用鍵合工藝實現圓片級的封裝，通過鍵合過程控制腔體內的氣體狀態，能夠保護開關，提高開關的可靠性和環境適應能力，一次涂膠兩次刻蝕的方法提高了工藝的精度和效率，腔體內氣氛控制法有效地提尚了開關的性能和振動穩定性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發明實施例提供的RF MEMS開關的圓片級封裝的結構示意圖；
[0022]圖2為本發明實施例提供的RFMEMS開關的封帽圓片的制作步驟示意圖，A_A剖面為第一次干法刻蝕后的形貌，B-B剖面為第二次干法刻蝕后的形貌。
【具體實施方式】
[0023]下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。
[0024]實施例
[0025]如圖1所示，本實施例提供的一種用于RFMEMS開關的圓片級封裝方法，包括襯底I，傳輸線2，開關懸臂梁結構3、封帽圓片4、封帽圓片上刻有對應于傳輸線的凹槽5和對應于開關結構的腔體6，在所述的凹槽5內嵌入鍵合材料7，采用惰性氣體作為開關封裝的腔體氛圍，通過鍵合過程控制腔體內的氣體狀態，采用圓片鍵合的方法實現RF MEMS開關的圓片級封裝。
[0026]具體步驟如下:
[0027]1、在襯底高阻硅材料I上完成RF MEMS開關的傳輸線2和懸臂梁結構3，傳輸線2的厚度為2μπι，開關懸臂梁3的上表面距離襯底I的距離為9μπι;
[0028]2、在高阻硅片(作為封帽圓片)上涂光刻膠曝光顯影出對應于開關位置的腔體6的區域，然后二次曝光對應于傳輸線的凹槽5區域；
[0029]3、第一次干法刻蝕硅腔體6，刻蝕深度95μπι，此時凹槽5并未被刻蝕；
[0030]4、二次顯影將封裝環對應于傳輸線2的凹槽5部分暴露在外面，開始第二次刻蝕，同時刻蝕腔體6和凹槽5區域，刻蝕深度為5μπι。兩次刻蝕的深度相加結果為對應開關結構區域的腔體6要求的深度10ym;第二次刻蝕深度為對應信號傳輸線的凹槽5要求的深度5μηι;如圖2所示，A-A剖面為第一次干法刻蝕后的形貌，B-B剖面為第二次干法刻蝕后的形貌；
[0031]5、清洗后將鍵合材料7嵌入凹槽5之中，鍵合材料的厚度略大于凹槽深度與傳輸線厚度的差值，為3μηι;
[0032]6、與開關圓片I對準后，采用SUSS公司的SB6型鍵合機，在待封裝的兩個圓片之間插入SPACER，放入鍵合設備，加熱至1500C，腔體抽真空，將真空度抽至10—5Pa，保持十分鐘，開始充氮氣至壓強為8KPa，再次抽真空，保持5分鐘，然后充氮氣至6KPa，將SPACER撤下，在兩個圓片之間加500N的壓力，開始鍵合，保持10分鐘，降溫，取消壓力，充氮氣至常壓，完成RF MEMS開關的圓片級封裝方法。
[0033]本發明通過在所述封帽圓片上刻有對應于傳輸線的凹槽和對應于開關結構的腔體，在所述的凹槽內嵌入鍵合材料，采用惰性氣體作為開關封裝的腔體氛圍，采用鍵合工藝實現圓片級的封裝，通過鍵合過程控制腔體內的氣體狀態，能夠保護開關，提高開關的可靠性和環境適應能力，一次涂膠兩次刻蝕的方法提高了工藝的精度和效率，腔體內氣氛控制法有效地提尚了開關的性能和振動穩定性。
【主權項】
1.一種用于RFMEMS開關的圓片級封裝方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)提供一襯底，在襯底材料上分別完成RFMEMS開關的傳輸線和懸臂梁結構，同提供一封帽圓片，在所述封帽圓片上刻有對應傳輸線的凹槽和對應開關結構區域的腔體片； (2)將鍵合材料嵌入所述凹槽內； (3)將所述封帽圓片與開關圓片對準，采用圓片級鍵合的方法，采用氣體作為開關封裝的腔體氛圍，控制腔體氣體壓強，實現RF MEMS開關的封裝。2.根據權利要求1所述的圓片級封裝方法，其特征在于，所述封帽圓片采用一次涂膠、兩次曝光、分步刻蝕的方法實現，具體步驟如下: (1)在圓片上均勻涂覆光刻膠，第一次曝光顯影，顯影完再次曝光； (2)干法刻蝕已顯影的區域，刻蝕腔體至一定深度； (3)二次顯影，再次干法刻蝕一定深度，同時完成腔體和凹槽的刻蝕。3.根據權利要求2所述的圓片級封裝方法，其特征在于，兩次刻蝕的深度相加結果為對應開關結構區域的腔體深度;第二次刻蝕深度為對應傳輸線的凹槽的深度。4.根據權利要求1所述的圓片級封裝方法，其特征在于，所述腔體的深度高于開關結構表面30μηι以上。5.根據權利要求1所述的圓片級封裝方法，其特征在于，所述傳輸線的厚度為2?3μπι，開關懸臂梁的上表面距離襯底的距離為8?ΙΟμπι。6.根據權利要求1所述的圓片級封裝方法，其特征在于，在對準時，將封帽圓片上的凹槽對準開關的信號傳輸線，將封帽圓片上的腔體對準含有開關可動結構的區域。7.根據權利要求1所述的圓片級封裝方法，其特征在于，所述鍵合材料的厚度比凹槽深度與傳輸線厚度的差值大I?2μπι。8.根據權利要求1所述的圓片級封裝方法，其特征在于，步驟(3)中，圓片級鍵合的具體步驟為:在待封裝的兩個圓片中間插入SPACER，加熱至130?160°C，腔體抽真空，將真空度抽至10—5?1.5 X 10—5Pa,保持10?15分鐘，開始充氣體至壓強為7?9KPa，再次抽真空，保持5?10分鐘，然后充氣體至一定壓力5?7KPa，將SPACER撤下，兩個圓片之間加400?500N的壓力，開始鍵合，保持10?15分鐘。9.根據權利要求1所述的圓片級封裝方法，其特征在于，所述氣體為氮氣或惰性氣體。10.根據權利要求9所述的圓片級封裝方法，其特征在于，所述惰性氣體為氦氣或氬氣。
【專利摘要】本發明公開了一種RF？MEMS開關的圓片級封裝方法，利用一次涂膠、兩次曝光、分步刻蝕的方法實現RF？MEMS開關的封帽圓片，封帽圓片含有對應開關結構區域的腔體和對應信號傳輸線的凹槽，將鍵合材料嵌入凹槽之中，與開關圓片對準，通過圓片級鍵合的方法，采用氮氣或惰性氣體作為開關封裝的腔體氛圍，控制腔體壓強，實現RF？MEMS開關的封裝。這種方法既實現了器件的封裝和信號線的引出，又保證了腔體的密封，同時防止了開關的諧振，降低開關在工作過程中的阻尼，降低開關驅動電壓，提升開關性能。
【IPC分類】B81C3/00
【公開號】CN105621351
【申請號】CN201510981765
【發明人】朱健, 姜理利, 賈世星
【申請人】中國電子科技集團公司第五十五研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月24日