本發(fā)明屬于實(shí)現(xiàn)小型化、高性能、通用化程度高的微波通信、雷達(dá)系統(tǒng)/子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件的封裝方法。

背景技術(shù)：

隨著通信系統(tǒng)、相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中的t/r組件、微波/毫米波模塊的小型化需求日益突出，電子裝備逐漸向小型化、高性能等方向發(fā)展，模塊、組件的集成度和性能相應(yīng)提高。mems器件在其中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，成為系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的關(guān)鍵部件，其性能和體積直接影響通信、雷達(dá)系統(tǒng)/子系統(tǒng)的性能和集成度。

mems器件含有可動(dòng)部件，其使用壽命和可靠性受到封裝效果的影響。傳統(tǒng)的封裝多采用硅、玻璃等材料，通過(guò)鍵合的方式進(jìn)行封裝。硅硅鍵合的方式需要很高的溫度，對(duì)設(shè)備要求高；硅玻璃鍵合需要外加電壓，對(duì)表面平整度要求嚴(yán)格；同時(shí)，這兩種封裝方式都在鍵合對(duì)準(zhǔn)方面存在較大的難度。除此之外，也有采用多層陶瓷、pcb等材料進(jìn)行mems器件封裝的先例，這些結(jié)構(gòu)需要額外制備鍵合層以及引出過(guò)孔，工藝過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。與上面的材料和方法相比，lcp材料具有良好的高頻特性和物理特性，其吸濕率低，不容易發(fā)生變性，介電常數(shù)和高頻性能穩(wěn)定，適宜作為封裝材料。此外，lcp可通過(guò)多層堆疊、層壓的方式進(jìn)行加工，在蓋帽成型過(guò)程中具有很大的靈活性，可隨意設(shè)計(jì)蓋帽尺寸和層數(shù)。更重要的是，通過(guò)在硅mems器件上進(jìn)行凹槽設(shè)計(jì)，使信號(hào)引出端通過(guò)凹槽側(cè)壁和底部進(jìn)行引出，確保lcp蓋帽與硅器件形成良好的尺寸匹配，封裝過(guò)程中無(wú)需額外鍵合層、固定膠及過(guò)孔引出等，便于操作，同時(shí)大幅度提高封裝精度和封裝強(qiáng)度。通過(guò)lcp多層堆疊層壓方式封裝的mems器件，具有便于裝配、損耗低、隔離度高、氣密性好的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件的封裝方法，用于解決mems器件通用化程度低、氣密性差、損耗高的技術(shù)難題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件的封裝方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)使用有機(jī)清洗液對(duì)硅基片進(jìn)行清洗；

(2)對(duì)步驟(1)中清洗后的硅基片正面進(jìn)行光刻，在硅基片正面上形成干法刻蝕硅用掩膜圖形；

(3)對(duì)步驟(2)中光刻后的硅基片正面進(jìn)行干法硅刻蝕，在硅基片正面上形成硅槽圖形；

(4)對(duì)步驟(3)中刻蝕后的硅基片正面進(jìn)行去膠處理，去除作為掩膜的光刻膠；

(5)對(duì)步驟(4)中去膠后的硅基片正面進(jìn)行絕緣層生長(zhǎng)；

(6)對(duì)步驟(5)中生長(zhǎng)有絕緣層的硅基片正面進(jìn)行磁控濺射，在硅基片正面上形成鈦鎢粘附層和金種子層電路；

(7)對(duì)步驟(6)中磁控濺射后的硅基片正面進(jìn)行光刻，用光刻膠覆蓋cpw圖形中需要電鍍加厚的線條圖形以外的部位，其中，凹槽內(nèi)同時(shí)進(jìn)行光刻，確保外引線通過(guò)凹槽側(cè)壁和底部金屬線引出，之后對(duì)線條圖形進(jìn)行鍍金加厚，再進(jìn)行去膠處理；

(8)在步驟(7)處理后的硅基板表面，生長(zhǎng)絕緣層；

(9)在步驟(8)生長(zhǎng)絕緣層后的硅基板表面，用光刻膠光刻、刻蝕和去膠，在cpw上形成二氧化硅絕緣層；

(10)在步驟(9)形成絕緣層圖形的硅基板上，用光刻膠將處于薄膜微橋橋墩以外的所有部位覆蓋，得到犧牲層；

(11)將步驟(10)制備有犧牲層的硅基片進(jìn)行磁控濺射，濺射金薄膜；

(12)將步驟(11)濺射后的硅基片進(jìn)行光刻、電鍍處理，之后再進(jìn)行去膠、刻蝕處理，得到包含薄膜微橋的mems器件；

(13)將第一lcp粘結(jié)層裁切成與步驟(12)中硅槽相同形狀的結(jié)構(gòu)，之后裝入步驟(12)形成的mems器件的硅槽中；

(14)將無(wú)覆銅lcp切割成與步驟(13)中與第一lcp粘結(jié)層相同的結(jié)構(gòu)，形成封裝蓋帽立壁，之后將封裝蓋帽立壁裝入步驟(13)含第一lcp粘結(jié)層的硅槽中，裝入后封裝蓋帽立壁一部分陷入硅槽內(nèi)，另一部分露出硅槽；

(15)將第二lcp粘結(jié)層切割成薄片狀，形成封裝蓋帽的頂部?jī)?nèi)壁，封裝蓋帽的頂部?jī)?nèi)壁的形狀與封裝蓋帽立壁圍合而成的正投影相一致；

(16)將無(wú)覆銅lcp切割成與第二lcp粘結(jié)層形狀形同的薄片，形成封裝蓋帽的頂部外壁；

(17)將封裝蓋帽的頂部?jī)?nèi)壁和頂部外壁堆疊在一起，層壓后形成封裝蓋帽的頂部；

(18)將封裝蓋帽的頂部與配裝有封裝蓋帽立壁和第一lcp粘結(jié)層的mems器件進(jìn)行層壓封裝；

完成基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件封裝。

其中，步驟(3)中刻蝕硅槽深度大于單層lcp粘結(jié)層厚度，且小于lcp粘結(jié)層加lcp無(wú)銅層的厚度和，寬度為100μm～200μm。

其中，步驟(13)中第一lcp粘結(jié)層的形成采用激光高精度劃切方式。

其中，步驟(15)中第二lcp粘結(jié)層外形與步驟(13)第一粘結(jié)層一致，但不含有通腔。

其中，步驟(16)中封裝蓋帽的頂部外壁外形與步驟(15)粘結(jié)層一致，且不含有通腔。

其中，步驟(17)中各層lcp堆疊時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)，層壓為真空層壓，層壓溫度不低于285℃。

其中，步驟(18)中通過(guò)熱壓的方式實(shí)現(xiàn)封裝，熱壓溫度不低于285℃。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所取得的有益效果為：

(1)本發(fā)明采用多層lcp堆疊層壓方式制備mems器件所用蓋帽，與現(xiàn)有蓋帽材料硅、陶瓷、金屬等相比，lcp材料的絕緣性好、吸濕率低、介電常數(shù)穩(wěn)定，無(wú)需額外絕緣層制備，且微波性能優(yōu)異、物理性能優(yōu)異，便于實(shí)現(xiàn)高頻率器件的氣密封裝。

(2)本發(fā)明采用mems器件上制備硅槽的方式，在其內(nèi)進(jìn)行l(wèi)cp粘結(jié)層的預(yù)置，無(wú)需額外的鍵合層及其他粘合劑和固定膠，便于引出端的引出，同時(shí)，該方式可提升封裝的精度，提高封裝強(qiáng)度。

(3)本發(fā)明采用低溫封裝方式進(jìn)行mems器件的氣密性封裝，使mems器件免受常規(guī)鍵合封裝方式帶來(lái)的高溫沖擊，使器件保持原有性能。

附圖說(shuō)明

圖1是基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件封裝工藝流程圖，其中，虛線分別框出基于mems器件制造和lcp蓋帽制造部分。

圖2是基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件封裝加工過(guò)程示意圖。

圖3是含lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件封裝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合圖1、圖2和圖3對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

一種基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件封裝方法，其加工工藝流程如圖1所示，具體包括以下步驟：

(1)使用有機(jī)清洗液對(duì)硅基片進(jìn)行清洗。

將直徑為100mm、厚度為0.4mm、雙面拋光的硅基片放置于盛有丙酮的燒杯中，使用超聲波清洗5分鐘～10分鐘，然后將硅基片取出放置于盛有酒精的燒杯中，使用超聲波清洗5分鐘～10分鐘，以清洗硅基片表面污物，清洗結(jié)束后取出備用。

(2)對(duì)步驟(1)中清洗后的硅基片正面進(jìn)行光刻，在硅基片正面上形成干法刻蝕硅凹槽的掩膜圖形；

對(duì)清洗后的硅基片正面進(jìn)行涂覆光刻膠層，光刻膠層厚度為6μm～7μm，然后在100℃下烘干2分鐘～5分鐘，之后將帶有圖形的掩膜版覆蓋在光刻膠層上進(jìn)行曝光處理，曝光后的硅基片放入配套的顯影液中進(jìn)行顯影處理，去除硅基片上與孔圖形位置相對(duì)應(yīng)處的光刻膠層，形成刻蝕圖形。

(3)對(duì)步驟(2)中光刻后的硅基片正面進(jìn)行深硅刻蝕，在硅基片正面上形成凹槽圖形；

將光刻后的硅基片正面放入深硅刻蝕設(shè)備中，其中，刻蝕硅槽深度為50μm～100μm，寬度為100μm～200μm。

(4)對(duì)步驟(3)中刻蝕后的硅基片正面進(jìn)行去膠處理，去除作為掩膜的光刻膠；

將刻蝕后的硅基片放入丙酮去膠液中，去除硅基片上剩余的光刻膠。

(5)對(duì)步驟(4)中去膠后的硅基片正面進(jìn)行絕緣層生長(zhǎng)；

將去除光刻膠的硅基片放入氧化設(shè)備中進(jìn)行sio2絕緣層生長(zhǎng)，其中，絕緣層厚度為1.5μm～2.5μm。

(6)對(duì)步驟(5)中生長(zhǎng)有絕緣層的硅基片正面進(jìn)行磁控濺射，在硅基片正面上形成鈦粘附層和銅種子層電路；

將生長(zhǎng)有絕緣層后的硅基片放入磁控濺射設(shè)備中，在硅基片上依次濺射鈦鎢粘附層和金種子層，其中鈦鎢粘附層厚度為50nm～100nm，金種子層厚度為100nm～200nm。

(7)對(duì)步驟(6)中磁控濺射后的硅基片正面進(jìn)行光刻，用光刻膠覆蓋cpw圖形中需要電鍍加厚的線條圖形以外的部位，之后對(duì)線條圖形進(jìn)行鍍金加厚，再進(jìn)行去膠處理；

對(duì)線條進(jìn)行電鍍加厚，其中，電鍍層厚度為2μm～3μm。

(8)在步驟(7)處理后的硅基板表面，生長(zhǎng)絕緣層；

(9)在步驟(8)生長(zhǎng)絕緣層后的硅基板表面，用光刻膠光刻、刻蝕和去膠，在cpw上形成二氧化硅絕緣層；

(10)在步驟(9)形成絕緣層圖形的硅基板上，用光刻膠將處于薄膜微橋橋墩以外的所有部位覆蓋，得到犧牲層；

(11)將步驟(10)制備有犧牲層的硅基片進(jìn)行磁控濺射，濺射金薄膜；

(12)將步驟(11)濺射后的硅基片進(jìn)行光刻、電鍍處理，之后再進(jìn)行去膠、刻蝕處理，得到薄膜微橋；

mems器件放入異丙醇中浸泡，然后放入臨界點(diǎn)干燥儀的腔室中，進(jìn)行二氧化碳超臨界干燥，完成犧牲層釋放。

(13)將帶有通腔的lcp粘結(jié)層裁切成與步驟(12)中硅槽相同的形狀，裝入步驟(12)形成的mems器件的硅槽中；

lcp粘結(jié)層的形成采用激光高精度劃切方式，lcp粘結(jié)層厚度比硅槽的深度小10μm～20μm，lcp粘結(jié)層的寬度和長(zhǎng)度比硅槽的寬度和長(zhǎng)度小5μm～10μm。

(14)將lcp覆銅層上的銅層去除，形成無(wú)覆銅lcp，并切割成與步驟(13)中l(wèi)cp粘結(jié)層相同的結(jié)構(gòu)；

lcp覆銅層去除采用硝酸溶液或三氯化鐵溶液，外形與步驟(13)中l(wèi)cp粘結(jié)層一致。

(15)將lcp粘結(jié)層切割成與步驟(14)外形一致的大??；

lcp粘結(jié)層外形與步驟(13)粘結(jié)層一致，但不含有通腔。

(16)將lcp覆銅層上的銅層去除，并在其上切割通腔，形成與步驟(15)外形一致、帶有通腔的無(wú)覆銅lcp；

其中，步驟(16)中l(wèi)cp層外形與步驟(15)粘結(jié)層一致，且不含有通腔。

(17)將步驟(14)、步驟(15)、步驟(16)形成的lcp結(jié)構(gòu)堆疊在一起，層壓形成封裝蓋帽；

其中，步驟(17)中各層lcp堆疊時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)，層壓為真空層壓，層壓溫度不低于285℃。

(18)將步驟(17)形成的封裝蓋帽與步驟(13)形成的帶有l(wèi)cp粘結(jié)層的mems器件進(jìn)行封裝；

其中，步驟(18)中l(wèi)cp蓋帽放置在步驟(13)的mems器件上，lcp帽部分陷入硅槽內(nèi)，通過(guò)熱壓的方式實(shí)現(xiàn)封裝，熱壓溫度不低于285℃。

完成基于lcp多層堆疊技術(shù)的mems器件封裝。

實(shí)施例中，我們將上述方法應(yīng)用于mems開(kāi)關(guān)的封裝，并對(duì)樣件的相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試，性能指標(biāo)為：在20ghz～40ghz頻率范圍內(nèi)，插入損耗≤0.2db，隔離度≥20db，驅(qū)動(dòng)電壓30v～50v，氣密性≤1.3×10^-9pa﹒m³/s。