[发明专利]基于光敏BCB键合的RFMEMS开关封装结构及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种封装结构及其封装方法，尤其涉及一种基于光敏BCB键合的RF MEMS开关封装结构及其封装方法。

背景技术

就现有的技术来看，RF MEMS开关具有插入损耗低、隔离度高、线性度好等优点，是高频通信系统中的关键元件，但可靠性问题以及封装问题一直是制约RF MEMS开关广泛应用的关键因素。

以业内常见的封装来说，RF MEMS封装定义为：通过微加工工艺或薄膜工艺将基板上的射频MEMS芯片及构成器件进行密封保护，并通过引线技术与外界进行信息交互，从而形成一个完整的三维结构。封装具有电气连接、外场屏蔽、物理保护、机械支撑、应力缓冲、标准化和规格化等功能。

对于RF MEMS开关的封装来说，除了要考虑一般的IC封装工艺，还必须考虑与MEMS工艺兼容的特殊封装工艺，这是因为：RF MEMS开关中包含有可动悬臂梁或者双端固支梁结构，容易受到周围水汽以及杂质的影响而发生粘连；RF MEMS开关中的可动结构在大气中工作会受到空气阻尼的影响；RF MEMS开关在受到冲击时容易造成梁结构断裂甚至整体脱落；RF MEMS开关工作在微波频段，必须考虑RF互连给开关性能带来的影响，因此需要选择恰当的方式将RF信号引出。由于RF MEMS开关具有上述特有的封装要求，只有通过为RF MEMS开关选择合适的封装，才能使其避免在划片以及日后的装运过程中可能遭受的损害，并且为RF MEMS开关提供一个与外界物理隔绝的密闭的环境，使RF MEMS开关能稳定高效地工作。

目前，适用于RF MEMS开关封装的具有多种工艺，如硅—玻璃等材料的阳极键合工艺，金—硅等材料的共晶键合工艺，硅硅熔融键合工艺，等离子或化学试剂处理后的低温键合工艺，玻璃浆料键合工艺，环氧树脂粘结工艺等。

具体来说，阳极键合工艺一般只限于硅—玻璃键合，键合温度通常为300℃—400℃，偏压通常为800—1000V，同时阳极键合对圆片的平整度要求较高，一般达到了纳米量级。虽然阳极键合具有十分良好的机械强度和气密性，但是键合所加的高电压及高温会对射频器件造成严重的影响，甚至导致芯片的失效。

同时，焊料焊接的工艺温度较低，常用的金属焊料具有较低的硬度能够有效缓解热应力，但是焊接工艺较大的塑性易导致焊接界面产生疲劳失效，回流焊工艺产生的气孔也无法保证真空密封的气密性，同时焊料添加的有机物在焊接的过程中会释放到封装腔体内，气密性无法保证。

并且，硅硅熔融键合通常小于4nm的表面粗糙度，高于800℃的高温退火工艺过程，因此，在带有金属膜的硅—硅键合的应用中存在局限性。硅—玻璃键合需要施加500—1000V的键合电压，整个基片全局高压电场的使用有可能导致RF MEMS开关的失效，应用上也存在一定的局限性。

进一步来看，BCB是一种有机粘结介质，可以实现硅衬底、玻璃衬底等多种材料基底之间的有效键合，对衬底表面的平整度和粗糙度要求较低。这种键合方式可以在300℃以下完成，因此，对于带有金属膜图形的硅片之间或硅—玻璃之间的键合具有独特优势，避免了高温或高压条件下对于金属结构的影响。

对于RF MEMS开关来说，中间区域是结构区，要求粘结介质必须避开这一区域，仅分布在周围区域进行粘结，通过采用光敏BCB作为粘结介质，利用非曝光的BCB胶可以完全溶解在显影液里的特性，易于实现BCB的图形化，从而完成基片的局部键合，与非光敏BCB键合相比，采用光敏BCB完成局部键合的工艺步骤更加简单可行。

再者，现有技术在实施期间，有如下缺陷，影响了封装的优化。

1、封装易受到衬底材料的限制。例如，阳极键合工艺，其键合工程有钠离子迁移。

2、封装技术易受到衬底表面的平整度的限制。例如，阳极键合，金/硅共晶键合，硅-硅键合等封装工艺，键合表面的平整度通常小于1μm，这在很大程度上增加了工艺难度和工艺成本。

3、封装不易图形化。

4、封装技术易受到键合温度的影响，现有技术比较成熟的硅硅键合，键合温度在800℃以上，共晶键合键合温度受合金的不同而有很大的差异，一般在400℃左右，玻璃浆料键合工艺的键合温度一般在450℃左右。

5、共晶焊料键合封装完成后，能实现比较高的气密性，但是由于焊料含有金属成分，在进行键合时容易发生金属扩散，影响封装性能，不能满足高性能的封装要求。同时，聚合物(如环氧树脂)能在较低温度下完成气密封装，但是随着使用时间的增加，容易发生脆化、吸水及裂纹等缺陷，因此其长期可靠性不高，一般不能用于对气密性要求较高的封装器件。