一种MEMS磁电耦合天线及其低温封装方法技术

本发明专利技术涉及一种MEMS磁电耦合天线及其低温封装方法。本发明专利技术提供的MEMS磁电耦合天线，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间键合有高阻硅片，所述第一玻璃片的上表面具有空腔，所述高阻硅片上贯通设置有通道，所述通道的下端设置有MEMS谐振结构，所述MEMS谐振结构悬空于所述的空腔内。本发明专利技术的MEMS磁电耦合天线及其低温封装方法，其自上而下采用玻

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS磁电耦合天线及其低温封装方法


[0001]本专利技术属于MEMS芯片封装
，具体是涉及一种MEMS磁电耦合天线及其低温封装方法。

技术介绍

[0002]磁电耦合天线是一种新型微型通信装置，能够实现长距离跨界面通讯，其特有的低频电磁波具有良好的穿透性，解决了水下通信隐蔽性以及跨介质通信等难题。然而，现有MEMS磁电耦合天线的封装采用的硅通孔技术（TSV）和玻璃通孔技术（TGV）的工艺成本较高，且采用的金属结构同时会对电磁波传播产生影响。
[0003]MEMS磁电耦合天线通过机械谐振工作，而真空封装能够显著增大谐振结构Q值，使其具有更强的输出信号，拥有更低的检测限，其敏感的谐振结构在真空中工作，能够达到更优异的性能表现，因此为保证MEMS磁电耦合天线的性能，应采用真空封装。
[0004]此外，现有的MEMS磁电耦合天线中，敏感材料为压电材料和磁致伸缩材料。磁致伸缩材料具有温度和磁场敏感性，当材料所处环境温度超过其居里点（一般为300℃）时，会导致磁致伸缩性能下降，因此在MEMS磁电耦合天线晶圆级真空键合时需要严格控制环境温度，同时为了减少环境对电磁波传播的干扰，在封装结构设计中应避免使用金属材料。
[0005]公开号CN207752230U公开的一种基于电磁原理驱动的大尺寸MEMS微镜芯片及其封装结构，该封装磁性MEMS器件，基于电磁原理驱动的大尺寸MEMS微镜芯片具有一个以上的转轴、与所述转轴连接的框架，所述芯片具有背对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面形成有反射镜面，所述反射镜面能够以所述转轴为轴发生偏转，所述第二表面形成有软磁薄膜层，其至少能够与电感线圈配合为所述镜面偏转提供磁力；通过电镀软磁材料并结合外部通电线圈的方法来实现MEMS微镜偏转的驱动方式实现其温度的精确控制。然而此种封装结构仍具有以下不足之处：第一，采用PCB焊接的方式来进行封装，由于焊接时电感线圈的引线到焊盘上，从而输入外部激励电流，焊接方式会增加电路中的不稳定因素，容易出现焊接不良、虚焊及氧化等问题，影响电路性能和可靠性；第二，在封装过程中，器件之间存在气体，在器件工作时空气阻尼会降低输出信号强度。
[0006]公开号CN1663907A公开的基于硅
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玻璃键合的MEMS光学芯片的封装结构及封装方法，采用玻璃粉做为待键合硅片间的介质，溶解在化学溶剂中后，在一定的温度下保存一定时间，然后通过丝网印刷或旋转涂覆工艺，在待键合的下硅片表面涂覆上一层玻璃浆，经过手动或机器对准后，通过控制硅片键合时的压力以及升降温梯度、键合温度与时间，完成硅片与硅片的键合。此种封装结构在键合时采用TGV技术，利用TGV技术直接将 MEMS 光学芯片的电极焊盘引至光学玻璃的上表面。然而此种封装结构仍具有以下不足之处：采用TGV技术，成本较高；硅
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玻璃键合需要温度达到420～430℃，键合时温度较高，影响磁致伸缩材料。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种MEMS磁电耦合天线及其低温封装方法，其自上而下采用玻
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硅
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玻进行键合，键合温度低，解决了磁性材料容易受封装温度影响的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种MEMS磁电耦合天线，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间键合有高阻硅片，所述第一玻璃片的上表面具有空腔，所述高阻硅片上贯通设置有通道，所述通道的下端设置有MEMS谐振结构，所述MEMS谐振结构悬空于所述的空腔内。
[0009]进一步，所述高阻硅片键合在所述空腔外周的第一玻璃片上表面，所述通道的两端分别贯通所述的第二玻璃片和空腔，所述通道的两侧连接支撑所述的MEMS谐振结构，所述空腔的表面溅射有钛基吸气剂使所述空腔形成真空环境；所述通道两侧的高阻硅片下端面和所述第一玻璃片两边的上表面均溅射有相互接触连接的金属电极，所述的金属电极与MEMS谐振结构电连接。
[0010]进一步，所述MEMS磁电耦合天线还包括陶瓷外壳，所述陶瓷外壳的壳体两侧分别设置有壳体电极，键合后的所述第一玻璃片、第二玻璃片和高阻硅片设置在所述的陶瓷外壳内，所述第一玻璃片粘贴固定在所述陶瓷外壳底部内侧，所述第一玻璃片上的金属电极分别与相应陶瓷外壳的壳体电极通过引线键合连接。
[0011]进一步，所述陶瓷外壳包括陶瓷基座和陶瓷端帽，所述第一玻璃片通过环氧树脂粘贴固定在所述陶瓷基座的底部内侧，所述陶瓷基座和陶瓷端帽通过焊料焊接密封为腔体结构，所述第二玻璃片和高阻硅片与所述陶瓷外壳的内壁相间隔。
[0012]本专利技术还提供一种MEMS磁电耦合天线的低温封装方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤S1，对第一玻璃片的上表面进行光刻刻蚀，中部刻蚀出空腔，两边缘刻蚀出金属电极槽；步骤S2，对第一玻璃片的上表面再次进行光刻，溅射金剥离后在所述的金属电极槽内制备第三金属电极；步骤S3，对所述空腔进行光刻，显影后在空腔内溅射钛基吸气剂；步骤S4，对第二玻璃片的上表面和下表面进行光刻刻蚀，第二玻璃片的上表面和下表面的两边均刻蚀出第一定位槽；步骤S5，对制备的MEMS磁电耦合天线晶圆进行ICP刻蚀，所述MEMS磁电耦合天线晶圆的下表面两边均刻蚀出第二定位槽；步骤S6，将第一玻璃片和第二玻璃片依次与MEMS磁电耦合天线晶圆进行键合；步骤S7，沿第二玻璃片的第一定位槽进行划片，裸露出第一玻璃片上的第三金属电极，形成MEMS磁电耦合天线芯片；步骤S8，将MEMS磁电耦合天线芯片粘贴固定在陶瓷外壳内，然后将第三金属电极与陶瓷外壳上的壳体电极采用引线键合，最后再将所述陶瓷外壳焊接密封。
[0013]进一步，所述步骤S5中，所述MEMS磁电耦合天线晶圆的制作方法包括下述步骤：步骤S501，对高阻硅片的下表面进行光刻，溅射金剥离后在所述高阻硅片的下表
面制备第一金属电极；步骤S502，在所述高阻硅片的下表面继续溅射ZnO薄膜后再次进行光刻，然后进行ICP图形化形成ZnO压电薄膜；步骤S503，对所述ZnO压电薄膜进行光刻后蒸镀金层，通过剥离工艺在所述ZnO压电薄膜上制备第二金属电极；步骤S504，对所述ZnO压电薄膜继续进行光刻后溅射磁致伸缩薄膜，通过剥离工艺后ICP图形化获得磁致伸缩层；步骤S505，对所述高阻硅片的上表面进行ICP背腔刻蚀，形成简支梁，完成MEMS磁电耦合天线晶圆制备。
[0014]进一步，所述步骤S8中，所述陶瓷外壳包括陶瓷基座和陶瓷端帽，所述陶瓷基座的上表面设置所述壳体电极；先将MEMS磁电耦合天线芯片的第一玻璃片下表面通过环氧树脂粘贴固定在所述陶瓷基座的底部内侧，再将MEMS磁电耦合天线芯片的第三金属电极与壳体电极通过引线键合连接，最后将所述陶瓷端帽和陶瓷基座采用焊料焊接密封。
[0015]进一步，所述步骤S1中，所述空腔的深度为3μm
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5μm，所述金属电极槽的深度100nm
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200nm；所述步骤S4中，所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS磁电耦合天线，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）之间键合有高阻硅片（5），所述第一玻璃片（1）的上表面具有空腔，所述高阻硅片（5）上贯通设置有通道，所述通道的下端设置有MEMS谐振结构（6），所述MEMS谐振结构（6）悬空于所述的空腔内。2.根据权利要求1所述的一种MEMS磁电耦合天线，其特征在于：所述高阻硅片（5）键合在所述空腔外周的第一玻璃片（1）上表面，所述通道的两端分别贯通所述的第二玻璃片（101）和空腔，所述通道的两侧连接支撑所述的MEMS谐振结构（6），所述空腔的表面溅射有钛基吸气剂使所述空腔形成真空环境；所述通道两侧的高阻硅片（5）下端面和所述第一玻璃片（1）两边的上表面均溅射有相互接触连接的金属电极，所述金属电极与MEMS谐振结构（6）电连接。3.根据权利要求1或2所述的一种MEMS磁电耦合天线，其特征在于：还包括陶瓷外壳（7），所述陶瓷外壳（7）的壳体两侧分别设置有壳体电极（33），键合后的所述第一玻璃片（1）、第二玻璃片（101）和高阻硅片（5）均设置在所述的陶瓷外壳（7）内，所述第一玻璃片（1）粘贴固定在所述陶瓷外壳（7）的底部内侧，所述第一玻璃片（1）上的金属电极分别与相应陶瓷外壳（7）的壳体电极（33）通过引线（9）键合连接。4.根据权利要求3所述的一种MEMS磁电耦合天线，其特征在于：所述陶瓷外壳（7）包括陶瓷基座（71）和陶瓷端帽（72），所述第一玻璃片（1）通过环氧树脂（8）粘贴固定在所述陶瓷基座（71）的底部内侧，所述陶瓷基座（71）和陶瓷端帽（72）通过焊料（11）焊接密封为腔体结构，所述第二玻璃片（101）和高阻硅片（5）与所述陶瓷外壳（7）的内壁相间隔。5.根据权利要求1
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4任意一项所述的一种MEMS磁电耦合天线的低温封装方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤S1，对第一玻璃片（1）的上表面进行光刻刻蚀，中部刻蚀出空腔，两边缘刻蚀出金属电极槽；步骤S2，对第一玻璃片（1）的上表面再次进行光刻，溅射金剥离后在所述的金属电极槽内制备第三金属电极（32）；步骤S3，对所述空腔进行光刻，显影后在空腔内溅射钛基吸气剂；步骤S4，对第二玻璃片（101）的上表面和下表面进行光刻刻蚀，第二玻璃片（101）的上表面和下表面的两边均刻蚀出第一定位槽（4）；步骤S5，对制备的MEMS磁电耦合天线晶圆进行ICP刻蚀，所述MEMS磁电耦合天线晶圆的下表面两边均刻蚀出第二定位槽（41）；步骤S6，将第一玻璃片（1）和第二玻璃片（101）依次与MEMS磁电耦合天线晶圆进行键合；步骤S7，沿第二玻璃片（101）的第一定位槽（4）进行划片，裸露出第一玻璃片（1）上的第三金属电极（32），形成MEMS磁电耦合天线芯片；步骤S8，将MEMS磁电耦合天线芯片粘贴固定在陶瓷外壳（7）内，然后将第三金属电极（32）与陶瓷外壳（7）上的壳体电极（33）采用引线（9）键合，最后再将所述陶瓷外壳（7）焊接密封。6.根据权利要求5所述的一种MEMS磁电耦合天线的低温封装方法，其特征在于：所述步骤S5中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马志波，赵山林，王熠楠，王远航，苑伟政，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：