[发明专利]针对射频MEMS器件应用的横向互连低温圆片级封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温封装方法，尤其涉及一种针对射频MEMS器件应用的横向互连低温圆片级封装方法。

背景技术

通过微型化和高度集成来开发出具有新功能的元器件或微系统，从而形成一种新的技术产业领域是MEMS发展的主要目标，而MEMS封装对这一目标的实现起着决定性的作用。封装是决定商用MEMS体积、成本及可靠性的最为关键的技术。射频MEMS器件就是一种对封装性能要求极高的MEMS器件，是MEMS封装的关键领域之一。在射频MEMS器件中至少会用到一种金属(金或铝)作为结构材料，因此对射频器件的封装必须是低温封装；由于射频MEMS器件中包含有可动悬臂梁或者双端固支梁结构，容易受到外界环境中水汽及一些杂质的影响而发生粘连失效，所以针对射频MEMS芯片的封装必须是气密性的；由于MEMS器件要实现与外界信号的交互，因此封装也必须能实现与外界的电气连接。

目前，适用于MEMS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、环氧树脂粘接工艺等。阳极键合一般只限于硅-玻璃键合，键合温度通常为300～400℃，偏压通常为800～2000V，同时阳极键合对圆片的表面平整度要求很高，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。焊料焊接的工艺温度较低，常用的金属焊料由于具有较低的硬度能够有效缓和热应力。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封装的气密性。同时焊料添加的有机物质在焊接的过程中会释放到封装腔体内，气密性无法保证。

表面活化低温键合是利用化学方法使待键合硅表面活化处理，进而实现硅硅的低温键合。但表面活化低温键合工艺时间长(一般为几小时到几十小时)，效率较低，退火温度高且易形成空洞，由于涉及表面处理，难以满足含图形电路和圆片键合的要求。粘接键合的介质层薄膜主要为有机材料(环氧树脂)、玻璃浆料等，但是有机物的易老化性和较差的热稳定性会造成器件性能的漂移，而玻璃浆料所使用的丝网印刷方法限制了结构的特征尺寸，造成封装成本的提高。

MEMS器件导线互连通常有两种方法，即纵向通孔型(TSV技术)和横向埋线型两种。TSV技术实现的垂直方式的导线互连技术虽然能大大提高引线的密度，但TSV技术的成本较高，对于引线密度要求不高的器件来说并没有太大优势，同时也造成了衬底材料较大的应力。横向引线互连的结构简单，成本相对较低，非常适用于射频MEMS器件的封装，但横向引线互连的封装材料必须是绝缘性的材料。有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种针对射频MEMS器件应用的横向互连低温圆片级封装方法，使其更具有产业上的利用价值。

进一步结合现有技术的缺陷来看，

1.现有技术中，低温封装易受待衬底材料的限制，如阳极键合封装工艺，其键合过程中要有钠离子迁移，通常只能用于硅-玻璃衬底间的键合；如表面活化低温键合封装工艺，通常只能实现硅-硅之间的直接键合封装。

2.现有技术中，低温封装工艺易受衬底表面的平整度的限制，如阳极键合，Au/Si共晶键合，硅硅键合等封装工艺，键合表面的平整度通常要求小于1um，这大大增加了工艺难度及工艺成本。

3.现有技术中，低温封装不易于图形化，如表面活化低温封装工艺。本发明中，键合线可以通过光刻形成图形掩模，利用薄膜沉积工艺形成Au、In金属薄膜及有机粘结剂材料，键合线线条均匀，键合界面不受图形的限制。

4.现有技术中，有机粘结剂键合封装工艺可以实现低温封装及引线的横向互连，但有机材料封装的强度及气密性均无法保证；采用金属封装时虽然可以保证封装的强度及气密性，但无法实现引线的横向互连，必须与通孔工艺相结合，这必然增加了封装的难度及封装成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种针对射频MEMS器件应用的横向互连低温圆片级封装方法。

本发明的针对射频MEMS器件应用的横向互连低温圆片级封装方法，其包括封装盖板制作、封装衬底制作、封装盖板与封装衬底对准键合，其中：

所述封装盖板制作，包括以下步骤，

步骤a1，选择合适的材料作为封装盖材料；

步骤a2，清洗后光刻出键合线图形掩模；

步骤a3，分别生成粘附层、阻挡层、金属层、In层；

步骤a4，制作封装腔体结构；