一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)及其低溫封裝方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)及其低溫封裝方法。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供的MEMS磁電耦合天線(xiàn)，包括第一玻璃片和第二玻璃片，所述第二玻璃片和第一玻璃片之間鍵合有高阻硅片，所述第一玻璃片的上表面具有空腔，所述高阻硅片上貫通設(shè)置有通道，所述通道的下端設(shè)置有MEMS諧振結(jié)構(gòu)，所述MEMS諧振結(jié)構(gòu)懸空于所述的空腔內(nèi)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的MEMS磁電耦合天線(xiàn)及其低溫封裝方法，其自上而下采用玻

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)及其低溫封裝方法


[0001]本專(zhuān)利技術(shù)屬于MEMS芯片封裝
，具體是涉及一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)及其低溫封裝方法。

技術(shù)介紹

[0002]磁電耦合天線(xiàn)是一種新型微型通信裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離跨界面通訊，其特有的低頻電磁波具有良好的穿透性，解決了水下通信隱蔽性以及跨介質(zhì)通信等難題。然而，現(xiàn)有MEMS磁電耦合天線(xiàn)的封裝采用的硅通孔技術(shù)（TSV）和玻璃通孔技術(shù)（TGV）的工藝成本較高，且采用的金屬結(jié)構(gòu)同時(shí)會(huì)對(duì)電磁波傳播產(chǎn)生影響。
[0003]MEMS磁電耦合天線(xiàn)通過(guò)機(jī)械諧振工作，而真空封裝能夠顯著增大諧振結(jié)構(gòu)Q值，使其具有更強(qiáng)的輸出信號(hào)，擁有更低的檢測(cè)限，其敏感的諧振結(jié)構(gòu)在真空中工作，能夠達(dá)到更優(yōu)異的性能表現(xiàn)，因此為保證MEMS磁電耦合天線(xiàn)的性能，應(yīng)采用真空封裝。
[0004]此外，現(xiàn)有的MEMS磁電耦合天線(xiàn)中，敏感材料為壓電材料和磁致伸縮材料。磁致伸縮材料具有溫度和磁場(chǎng)敏感性，當(dāng)材料所處環(huán)境溫度超過(guò)其居里點(diǎn)（一般為300℃）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致磁致伸縮性能下降，因此在MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓級(jí)真空鍵合時(shí)需要嚴(yán)格控制環(huán)境溫度，同時(shí)為了減少環(huán)境對(duì)電磁波傳播的干擾，在封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免使用金屬材料。
[0005]公開(kāi)號(hào)CN207752230U公開(kāi)的一種基于電磁原理驅(qū)動(dòng)的大尺寸MEMS微鏡芯片及其封裝結(jié)構(gòu)，該封裝磁性MEMS器件，基于電磁原理驅(qū)動(dòng)的大尺寸MEMS微鏡芯片具有一個(gè)以上的轉(zhuǎn)軸、與所述轉(zhuǎn)軸連接的框架，所述芯片具有背對(duì)設(shè)置的第一表面和第二表面，所述第一表面形成有反射鏡面，所述反射鏡面能夠以所述轉(zhuǎn)軸為軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所述第二表面形成有軟磁薄膜層，其至少能夠與電感線(xiàn)圈配合為所述鏡面偏轉(zhuǎn)提供磁力；通過(guò)電鍍軟磁材料并結(jié)合外部通電線(xiàn)圈的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)MEMS微鏡偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)其溫度的精確控制。然而此種封裝結(jié)構(gòu)仍具有以下不足之處：第一，采用PCB焊接的方式來(lái)進(jìn)行封裝，由于焊接時(shí)電感線(xiàn)圈的引線(xiàn)到焊盤(pán)上，從而輸入外部激勵(lì)電流，焊接方式會(huì)增加電路中的不穩(wěn)定因素，容易出現(xiàn)焊接不良、虛焊及氧化等問(wèn)題，影響電路性能和可靠性；第二，在封裝過(guò)程中，器件之間存在氣體，在器件工作時(shí)空氣阻尼會(huì)降低輸出信號(hào)強(qiáng)度。
[0006]公開(kāi)號(hào)CN1663907A公開(kāi)的基于硅
?
玻璃鍵合的MEMS光學(xué)芯片的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，采用玻璃粉做為待鍵合硅片間的介質(zhì)，溶解在化學(xué)溶劑中后，在一定的溫度下保存一定時(shí)間，然后通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋轉(zhuǎn)涂覆工藝，在待鍵合的下硅片表面涂覆上一層玻璃漿，經(jīng)過(guò)手動(dòng)或機(jī)器對(duì)準(zhǔn)后，通過(guò)控制硅片鍵合時(shí)的壓力以及升降溫梯度、鍵合溫度與時(shí)間，完成硅片與硅片的鍵合。此種封裝結(jié)構(gòu)在鍵合時(shí)采用TGV技術(shù)，利用TGV技術(shù)直接將 MEMS 光學(xué)芯片的電極焊盤(pán)引至光學(xué)玻璃的上表面。然而此種封裝結(jié)構(gòu)仍具有以下不足之處：采用TGV技術(shù)，成本較高；硅
?
玻璃鍵合需要溫度達(dá)到420～430℃，鍵合時(shí)溫度較高，影響磁致伸縮材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0007]針對(duì)上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)及其低溫封裝方法，其自上而下采用玻
?
硅
?
玻進(jìn)行鍵合，鍵合溫度低，解決了磁性材料容易受封裝溫度影響的問(wèn)題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)，其特征在于：包括第一玻璃片和第二玻璃片，所述第二玻璃片和第一玻璃片之間鍵合有高阻硅片，所述第一玻璃片的上表面具有空腔，所述高阻硅片上貫通設(shè)置有通道，所述通道的下端設(shè)置有MEMS諧振結(jié)構(gòu)，所述MEMS諧振結(jié)構(gòu)懸空于所述的空腔內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步，所述高阻硅片鍵合在所述空腔外周的第一玻璃片上表面，所述通道的兩端分別貫通所述的第二玻璃片和空腔，所述通道的兩側(cè)連接支撐所述的MEMS諧振結(jié)構(gòu)，所述空腔的表面濺射有鈦基吸氣劑使所述空腔形成真空環(huán)境；所述通道兩側(cè)的高阻硅片下端面和所述第一玻璃片兩邊的上表面均濺射有相互接觸連接的金屬電極，所述的金屬電極與MEMS諧振結(jié)構(gòu)電連接。
[0010]進(jìn)一步，所述MEMS磁電耦合天線(xiàn)還包括陶瓷外殼，所述陶瓷外殼的殼體兩側(cè)分別設(shè)置有殼體電極，鍵合后的所述第一玻璃片、第二玻璃片和高阻硅片設(shè)置在所述的陶瓷外殼內(nèi)，所述第一玻璃片粘貼固定在所述陶瓷外殼底部?jī)?nèi)側(cè)，所述第一玻璃片上的金屬電極分別與相應(yīng)陶瓷外殼的殼體電極通過(guò)引線(xiàn)鍵合連接。
[0011]進(jìn)一步，所述陶瓷外殼包括陶瓷基座和陶瓷端帽，所述第一玻璃片通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘貼固定在所述陶瓷基座的底部?jī)?nèi)側(cè)，所述陶瓷基座和陶瓷端帽通過(guò)焊料焊接密封為腔體結(jié)構(gòu)，所述第二玻璃片和高阻硅片與所述陶瓷外殼的內(nèi)壁相間隔。
[0012]本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)的低溫封裝方法，其特征在于，包括下述步驟：步驟S1，對(duì)第一玻璃片的上表面進(jìn)行光刻刻蝕，中部刻蝕出空腔，兩邊緣刻蝕出金屬電極槽；步驟S2，對(duì)第一玻璃片的上表面再次進(jìn)行光刻，濺射金剝離后在所述的金屬電極槽內(nèi)制備第三金屬電極；步驟S3，對(duì)所述空腔進(jìn)行光刻，顯影后在空腔內(nèi)濺射鈦基吸氣劑；步驟S4，對(duì)第二玻璃片的上表面和下表面進(jìn)行光刻刻蝕，第二玻璃片的上表面和下表面的兩邊均刻蝕出第一定位槽；步驟S5，對(duì)制備的MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓進(jìn)行ICP刻蝕，所述MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓的下表面兩邊均刻蝕出第二定位槽；步驟S6，將第一玻璃片和第二玻璃片依次與MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓進(jìn)行鍵合；步驟S7，沿第二玻璃片的第一定位槽進(jìn)行劃片，裸露出第一玻璃片上的第三金屬電極，形成MEMS磁電耦合天線(xiàn)芯片；步驟S8，將MEMS磁電耦合天線(xiàn)芯片粘貼固定在陶瓷外殼內(nèi)，然后將第三金屬電極與陶瓷外殼上的殼體電極采用引線(xiàn)鍵合，最后再將所述陶瓷外殼焊接密封。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟S5中，所述MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓的制作方法包括下述步驟：步驟S501，對(duì)高阻硅片的下表面進(jìn)行光刻，濺射金剝離后在所述高阻硅片的下表
面制備第一金屬電極；步驟S502，在所述高阻硅片的下表面繼續(xù)濺射ZnO薄膜后再次進(jìn)行光刻，然后進(jìn)行ICP圖形化形成ZnO壓電薄膜；步驟S503，對(duì)所述ZnO壓電薄膜進(jìn)行光刻后蒸鍍金層，通過(guò)剝離工藝在所述ZnO壓電薄膜上制備第二金屬電極；步驟S504，對(duì)所述ZnO壓電薄膜繼續(xù)進(jìn)行光刻后濺射磁致伸縮薄膜，通過(guò)剝離工藝后ICP圖形化獲得磁致伸縮層；步驟S505，對(duì)所述高阻硅片的上表面進(jìn)行ICP背腔刻蝕，形成簡(jiǎn)支梁，完成MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓制備。
[0014]進(jìn)一步，所述步驟S8中，所述陶瓷外殼包括陶瓷基座和陶瓷端帽，所述陶瓷基座的上表面設(shè)置所述殼體電極；先將MEMS磁電耦合天線(xiàn)芯片的第一玻璃片下表面通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘貼固定在所述陶瓷基座的底部?jī)?nèi)側(cè)，再將MEMS磁電耦合天線(xiàn)芯片的第三金屬電極與殼體電極通過(guò)引線(xiàn)鍵合連接，最后將所述陶瓷端帽和陶瓷基座采用焊料焊接密封。
[0015]進(jìn)一步，所述步驟S1中，所述空腔的深度為3μm
?
5μm，所述金屬電極槽的深度100nm
?
200nm；所述步驟S4中，所述第一本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)，其特征在于：包括第一玻璃片（1）和第二玻璃片（101），所述第二玻璃片（101）和第一玻璃片（1）之間鍵合有高阻硅片（5），所述第一玻璃片（1）的上表面具有空腔，所述高阻硅片（5）上貫通設(shè)置有通道，所述通道的下端設(shè)置有MEMS諧振結(jié)構(gòu)（6），所述MEMS諧振結(jié)構(gòu)（6）懸空于所述的空腔內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)，其特征在于：所述高阻硅片（5）鍵合在所述空腔外周的第一玻璃片（1）上表面，所述通道的兩端分別貫通所述的第二玻璃片（101）和空腔，所述通道的兩側(cè)連接支撐所述的MEMS諧振結(jié)構(gòu)（6），所述空腔的表面濺射有鈦基吸氣劑使所述空腔形成真空環(huán)境；所述通道兩側(cè)的高阻硅片（5）下端面和所述第一玻璃片（1）兩邊的上表面均濺射有相互接觸連接的金屬電極，所述金屬電極與MEMS諧振結(jié)構(gòu)（6）電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)，其特征在于：還包括陶瓷外殼（7），所述陶瓷外殼（7）的殼體兩側(cè)分別設(shè)置有殼體電極（33），鍵合后的所述第一玻璃片（1）、第二玻璃片（101）和高阻硅片（5）均設(shè)置在所述的陶瓷外殼（7）內(nèi)，所述第一玻璃片（1）粘貼固定在所述陶瓷外殼（7）的底部?jī)?nèi)側(cè)，所述第一玻璃片（1）上的金屬電極分別與相應(yīng)陶瓷外殼（7）的殼體電極（33）通過(guò)引線(xiàn)（9）鍵合連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)，其特征在于：所述陶瓷外殼（7）包括陶瓷基座（71）和陶瓷端帽（72），所述第一玻璃片（1）通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂（8）粘貼固定在所述陶瓷基座（71）的底部?jī)?nèi)側(cè)，所述陶瓷基座（71）和陶瓷端帽（72）通過(guò)焊料（11）焊接密封為腔體結(jié)構(gòu)，所述第二玻璃片（101）和高阻硅片（5）與所述陶瓷外殼（7）的內(nèi)壁相間隔。5.根據(jù)權(quán)利要求1
?
4任意一項(xiàng)所述的一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)的低溫封裝方法，其特征在于，包括下述步驟：步驟S1，對(duì)第一玻璃片（1）的上表面進(jìn)行光刻刻蝕，中部刻蝕出空腔，兩邊緣刻蝕出金屬電極槽；步驟S2，對(duì)第一玻璃片（1）的上表面再次進(jìn)行光刻，濺射金剝離后在所述的金屬電極槽內(nèi)制備第三金屬電極（32）；步驟S3，對(duì)所述空腔進(jìn)行光刻，顯影后在空腔內(nèi)濺射鈦基吸氣劑；步驟S4，對(duì)第二玻璃片（101）的上表面和下表面進(jìn)行光刻刻蝕，第二玻璃片（101）的上表面和下表面的兩邊均刻蝕出第一定位槽（4）；步驟S5，對(duì)制備的MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓進(jìn)行ICP刻蝕，所述MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓的下表面兩邊均刻蝕出第二定位槽（41）；步驟S6，將第一玻璃片（1）和第二玻璃片（101）依次與MEMS磁電耦合天線(xiàn)晶圓進(jìn)行鍵合；步驟S7，沿第二玻璃片（101）的第一定位槽（4）進(jìn)行劃片，裸露出第一玻璃片（1）上的第三金屬電極（32），形成MEMS磁電耦合天線(xiàn)芯片；步驟S8，將MEMS磁電耦合天線(xiàn)芯片粘貼固定在陶瓷外殼（7）內(nèi)，然后將第三金屬電極（32）與陶瓷外殼（7）上的殼體電極（33）采用引線(xiàn)（9）鍵合，最后再將所述陶瓷外殼（7）焊接密封。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種MEMS磁電耦合天線(xiàn)的低溫封裝方法，其特征在于：所述步驟S5中...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬志波，趙山林，王熠楠，王遠(yuǎn)航，苑偉政，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：