[實用新型]基于光敏BCB鍵合的RFMEMS開關封裝結構

有效

• 申請號: 201720318960.1
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN206872420U
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 劉澤文;梅剡粼;龔著浩
• 申請（專利權）人: 蘇州希美微納系統有限公司
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C3/00
• 代理公司: 蘇州唯亞智冠知識產權代理有限公司32289
• 代理人: 李麗

技術領域

本實用新型涉及一種封裝結構極其封裝方法，尤其涉及一種基于光敏BCB鍵合的RF MEMS開關封裝結構。

背景技術

就現有的技術來看，RF MEMS開關具有插入損耗低、隔離度高、線性度好等優點，是高頻通信系統中的關鍵元件，但可靠性問題以及封裝問題一直是制約RF MEMS開關廣泛應用的關鍵因素。

以業內常見的封裝來說，RF MEMS封裝定義為：通過微加工工藝或薄膜工藝將基板上的射頻MEMS芯片及構成器件進行密封保護，并通過引線技術與外界進行信息交互，從而形成一個完整的三維結構。封裝具有電氣連接、外場屏蔽、物理保護、機械支撐、應力緩沖、標準化和規格化等功能。

對于RF MEMS開關的封裝來說，除了要考慮一般的IC封裝工藝，還必須考慮與MEMS工藝兼容的特殊封裝工藝，這是因為：RF MEMS開關中包含有可動懸臂梁或者雙端固支梁結構，容易受到周圍水汽以及雜質的影響而發生粘連；RF MEMS開關中的可動結構在大氣中工作會受到空氣阻尼的影響；RF MEMS開關在受到沖擊時容易造成梁結構斷裂甚至整體脫落；RF MEMS開關工作在微波頻段，必須考慮RF互連給開關性能帶來的影響，因此需要選擇恰當的方式將RF信號引出。由于RF MEMS開關具有上述特有的封裝要求，只有通過為RF MEMS開關選擇合適的封裝，才能使其避免在劃片以及日后的裝運過程中可能遭受的損害，并且為RF MEMS開關提供一個與外界物理隔絕的密閉的環境，使RF MEMS開關能穩定高效地工作。

目前，適用于RF MEMS開關封裝的具有多種工藝，如硅—玻璃等材料的陽極鍵合工藝，金—硅等材料的共晶鍵合工藝，硅硅熔融鍵合工藝，等離子或化學試劑處理后的低溫鍵合工藝，玻璃漿料鍵合工藝，環氧樹脂粘結工藝等。

具體來說，陽極鍵合工藝一般只限于硅—玻璃鍵合，鍵合溫度通常為300℃—400℃，偏壓通常為800—1000V，同時陽極鍵合對圓片的平整度要求較高，一般達到了納米量級。雖然陽極鍵合具有十分良好的機械強度和氣密性，但是鍵合所加的高電壓及高溫會對射頻器件造成嚴重的影響，甚至導致芯片的失效。

同時，焊料焊接的工藝溫度較低，常用的金屬焊料具有較低的硬度能夠有效緩解熱應力，但是焊接工藝較大的塑性易導致焊接界面產生疲勞失效，回流焊工藝產生的氣孔也無法保證真空密封的氣密性，同時焊料添加的有機物在焊接的過程中會釋放到封裝腔體內，氣密性無法保證。

并且，硅硅熔融鍵合通常小于4nm的表面粗糙度，高于800℃的高溫退火工藝過程，因此，在帶有金屬膜的硅—硅鍵合的應用中存在局限性。硅—玻璃鍵合需要施加500—1000V的鍵合電壓，整個基片全局高壓電場的使用有可能導致RF MEMS開關的失效，應用上也存在一定的局限性。

進一步來看，BCB是一種有機粘結介質，可以實現硅襯底、玻璃襯底等多種材料基底之間的有效鍵合，對襯底表面的平整度和粗糙度要求較低。這種鍵合方式可以在300℃以下完成，因此，對于帶有金屬膜圖形的硅片之間或硅—玻璃之間的鍵合具有獨特優勢，避免了高溫或高壓條件下對于金屬結構的影響。

對于RF MEMS開關來說，中間區域是結構區，要求粘結介質必須避開這一區域，僅分布在周圍區域進行粘結，通過采用光敏BCB作為粘結介質，利用非曝光的BCB膠可以完全溶解在顯影液里的特性，易于實現BCB的圖形化，從而完成基片的局部鍵合，與非光敏BCB鍵合相比，采用光敏BCB完成局部鍵合的工藝步驟更加簡單可行。

再者，現有技術在實施期間，有如下缺陷，影響了封裝的優化。

1、封裝易受到襯底材料的限制。例如，陽極鍵合工藝，其鍵合工程有鈉離子遷移。

2、封裝技術易受到襯底表面的平整度的限制。例如，陽極鍵合，金/硅共晶鍵合，硅-硅鍵合等封裝工藝，鍵合表面的平整度通常小于1μm，這在很大程度上增加了工藝難度和工藝成本。

3、封裝不易圖形化。

4、封裝技術易受到鍵合溫度的影響，現有技術比較成熟的硅硅鍵合，鍵合 溫度在800℃以上，共晶鍵合鍵合溫度受合金的不同而有很大的差異，一般在400℃左右，玻璃漿料鍵合工藝的鍵合溫度一般在450℃左右。

5、共晶焊料鍵合封裝完成后，能實現比較高的氣密性，但是由于焊料含有金屬成分，在進行鍵合時容易發生金屬擴散，影響封裝性能，不能滿足高性能的封裝要求。同時，聚合物(如環氧樹脂)能在較低溫度下完成氣密封裝，但是隨著使用時間的增加，容易發生脆化、吸水及裂紋等缺陷，因此其長期可靠性不高，一般不能用于對氣密性要求較高的封裝器件。