本发明公开了一种基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件的封装方法，其特征在于在双面抛光的硅基片上，通过溅射、光刻、刻蚀、电镀等工艺，获得MEMS器件，同时形成易于引出、对位精确的硅凹槽；基于LCP多层堆叠技术，在多层LCP基板上，通过激光划切、对准、层压等工艺，获得器件封装的盖帽部分；将器件与盖帽封装无辅助、高精度集成，获得损耗低、气密性良好的MEMS器件。本发明所述的MEMS器件，具有损耗低、隔离度高、气密性良好的优点。该方法较好地为带有可动部件的MEMS器件提供封装保护，特别适用于微波、毫米波通信、雷达等系统/子系统的小型化应用，属于实现小型化、高性能微波通信、雷达系统/子系统的关键技术。
1.一种基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其特征在于包括以下步骤：（1）使用有机清洗液对硅基片进行清洗；
（2）对步骤（1）中清洗后的硅基片正面进行光刻，在硅基片正面上形成干法刻蚀硅用掩膜图形；
（3）对步骤（2）中光刻后的硅基片正面进行干法硅刻蚀，在硅基片正面上形成硅槽图形；
（4）对步骤（3）中刻蚀后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；
（5）对步骤（4）中去胶后的硅基片正面进行绝缘层生长；
（6）对步骤（5）中生长有绝缘层的硅基片正面进行磁控溅射，在硅基片正面上形成钛钨粘附层和金种子层电路；
（7）对步骤（6）中磁控溅射后的硅基片正面进行光刻，用光刻胶覆盖待生成的CPW图形中需要电镀加厚的线条图形以外的部位，其中，硅槽内同时进行光刻，确保外引线通过硅槽侧壁和底部金属线引出，之后对线条图形进行镀金加厚，再进行去胶处理；
（8）在步骤（7）处理后的硅基板表面，生长绝缘层；
（9）在步骤（8）生长绝缘层后的硅基板表面，用光刻胶光刻、刻蚀和去胶，在CPW 上形成二氧化硅绝缘层；
（10）在步骤（9）形成绝缘层图形的硅基板上，用光刻胶将处于薄膜微桥桥墩以外的所有部位覆盖，得到牺牲层；
（11）将步骤（10）制备有牺牲层的硅基片进行磁控溅射，溅射金薄膜；
（12）将步骤（11）溅射后的硅基片进行光刻、电镀处理，之后再进行去胶、刻蚀处理，得到包含薄膜微桥的MEMS器件；
（13）将第一LCP粘结层裁切成与步骤（12）中硅槽相同形状的结构，之后装入步骤（12）形成的MEMS器件的硅槽中；
（14）将无覆铜LCP切割成与步骤（13）中与第一LCP粘结层相同的结构，形成封装盖帽立壁，之后将封装盖帽立壁装入步骤（13）含第一LCP粘结层的硅槽中，装入后封装盖帽立壁一部分陷入硅槽内，另一部分露出硅槽；
（15）将第二LCP粘结层切割成薄片状，形成封装盖帽的顶部内壁，封装盖帽的顶部内壁的形状与封装盖帽立壁围合而成的正投影相一致；
（16）将无覆铜LCP切割成与第二LCP粘结层形状相同的薄片，形成封装盖帽的顶部外壁；
（17）将封装盖帽的顶部内壁和顶部外壁堆叠在一起，层压后形成封装盖帽的顶部；
（18）将封装盖帽的顶部与配装有封装盖帽立壁和第一LCP粘结层的MEMS器件进行层压封装；
2.根据权利要求1所述的基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其特征在于：步骤（3）中刻蚀硅槽深度大于单层LCP粘结层厚度，且小于LCP粘结层加无覆铜的LCP层的厚度和，宽度为100µm～200µm。
3.根据权利要求1所述的基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其特征在于：步骤（13）中第一LCP粘结层的形成采用激光高精度划切方式。
4.根据权利要求1所述的基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其特征在于：步骤（15）中第二LCP粘结层外形与步骤（13）第一LCP粘结层一致，但不含有通腔。
5.根据权利要求1所述的基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其特征在于：步骤（16）中封装盖帽的顶部外壁外形与步骤（15）中的第二粘结层一致，且不含有通腔。
6.根据权利要求1所述的基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其特征在于：步骤（17）中各层LCP堆叠时应对准，层压为真空层压，层压温度不低于285℃。
7.根据权利要求1所述的基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其特征在于：步骤（18）中通过热压的方式实现封装，热压温度不低于285℃。
一种基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件的封装方法
技术领域
[0001] 本发明属于实现小型化、高性能、通用化程度高的微波通信、雷达系统/子系统的关键技术领域，具体涉及一种适用于基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件的封装方法。
背景技术
[0002] 随着通信系统、相控阵雷达系统中的T/R组件、微波/毫米波模块的小型化需求日益突出，电子装备逐渐向小型化、高性能等方向发展，模块、组件的集成度和性能相应提高。MEMS器件在其中发挥了越来越重要的作用，成为系统中实现可重构的关键部件，其性能和体积直接影响通信、雷达系统/子系统的性能和集成度。
[0003] MEMS器件含有可动部件，其使用寿命和可靠性受到封装效果的影响。传统的封装多采用硅、玻璃等材料，通过键合的方式进行封装。硅硅键合的方式需要很高的温度，对设备要求高；硅玻璃键合需要外加电压，对表面平整度要求严格；同时，这两种封装方式都在键合对准方面存在较大的难度。除此之外，也有采用多层陶瓷、PCB等材料进行MEMS器件封装的先例，这些结构需要额外制备键合层以及引出过孔，工艺过程相对复杂。与上面的材料和方法相比，LCP材料具有良好的高频特性和物理特性，其吸湿率低，不容易发生变性，介电常数和高频性能稳定，适宜作为封装材料。此外，LCP可通过多层堆叠、层压的方式进行加工，在盖帽成型过程中具有很大的灵活性，可随意设计盖帽尺寸和层数。更重要的是，通过在硅MEMS器件上进行凹槽设计，使信号引出端通过凹槽侧壁和底部进行引出，确保LCP盖帽与硅器件形成良好的尺寸匹配，封装过程中无需额外键合层、固定胶及过孔引出等，便于操作，同时大幅度提高封装精度和封装强度。通过LCP多层堆叠层压方式封装的MEMS器件，具有便于装配、损耗低、隔离度高、气密性好的优点。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件的封装方法，用于解决MEMS器件通用化程度低、气密性差、损耗高的技术难题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件的封装方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007] (1)使用有机清洗液对硅基片进行清洗；
[0008] (2)对步骤(1)中清洗后的硅基片正面进行光刻，在硅基片正面上形成干法刻蚀硅用掩膜图形；
[0009] (3)对步骤(2)中光刻后的硅基片正面进行干法硅刻蚀，在硅基片正面上形成硅槽图形；
[0010] (4)对步骤(3)中刻蚀后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；
[0011] (5)对步骤(4)中去胶后的硅基片正面进行绝缘层生长；
[0012] (6)对步骤(5)中生长有绝缘层的硅基片正面进行磁控溅射，在硅基片正面上形成钛钨粘附层和金种子层电路；
[0013] (7)对步骤(6)中磁控溅射后的硅基片正面进行光刻，用光刻胶覆盖CPW图形中需要电镀加厚的线条图形以外的部位，其中，凹槽内同时进行光刻，确保外引线通过凹槽侧壁和底部金属线引出，之后对线条图形进行镀金加厚，再进行去胶处理；
[0014] (8)在步骤(7)处理后的硅基板表面，生长绝缘层；
[0015] (9)在步骤(8)生长绝缘层后的硅基板表面，用光刻胶光刻、刻蚀和去胶，在CPW上形成二氧化硅绝缘层；
[0016] (10)在步骤(9)形成绝缘层图形的硅基板上，用光刻胶将处于薄膜微桥桥墩以外的所有部位覆盖，得到牺牲层；
[0017] (11)将步骤(10)制备有牺牲层的硅基片进行磁控溅射，溅射金薄膜；
[0018] (12)将步骤(11)溅射后的硅基片进行光刻、电镀处理，之后再进行去胶、刻蚀处理，得到包含薄膜微桥的MEMS器件；
[0019] (13)将第一LCP粘结层裁切成与步骤(12)中硅槽相同形状的结构，之后装入步骤(12)形成的MEMS器件的硅槽中；
[0020] (14)将无覆铜LCP切割成与步骤(13)中与第一LCP粘结层相同的结构，形成封装盖帽立壁，之后将封装盖帽立壁装入步骤(13)含第一LCP粘结层的硅槽中，装入后封装盖帽立壁一部分陷入硅槽内，另一部分露出硅槽；
[0021] (15)将第二LCP粘结层切割成薄片状，形成封装盖帽的顶部内壁，封装盖帽的顶部内壁的形状与封装盖帽立壁围合而成的正投影相一致；
[0022] (16)将无覆铜LCP切割成与第二LCP粘结层形状形同的薄片，形成封装盖帽的顶部外壁；
[0023] (17)将封装盖帽的顶部内壁和顶部外壁堆叠在一起，层压后形成封装盖帽的顶部；
[0024] (18)将封装盖帽的顶部与配装有封装盖帽立壁和第一LCP粘结层的MEMS器件进行层压封装；
[0025] 完成基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装。
[0026] 其中，步骤(3)中刻蚀硅槽深度大于单层LCP粘结层厚度，且小于LCP粘结层加LCP无铜层的厚度和，宽度为100μm～200μm。
[0027] 其中，步骤(13)中第一LCP粘结层的形成采用激光高精度划切方式。
[0028] 其中，步骤(15)中第二LCP粘结层外形与步骤(13)第一粘结层一致，但不含有通腔。
[0029] 其中，步骤(16)中封装盖帽的顶部外壁外形与步骤(15)粘结层一致，且不含有通腔。
[0030] 其中，步骤(17)中各层LCP堆叠时应对准，层压为真空层压，层压温度不低于285℃。
[0031] 其中，步骤(18)中通过热压的方式实现封装，热压温度不低于285℃。
[0032] 本发明与现有技术相比所取得的有益效果为：
[0033] (1)本发明采用多层LCP堆叠层压方式制备MEMS器件所用盖帽，与现有盖帽材料硅、陶瓷、金属等相比，LCP材料的绝缘性好、吸湿率低、介电常数稳定，无需额外绝缘层制备，且微波性能优异、物理性能优异，便于实现高频率器件的气密封装。
[0034] (2)本发明采用MEMS器件上制备硅槽的方式，在其内进行LCP粘结层的预置，无需额外的键合层及其他粘合剂和固定胶，便于引出端的引出，同时，该方式可提升封装的精度，提高封装强度。
[0035] (3)本发明采用低温封装方式进行MEMS器件的气密性封装，使MEMS器件免受常规键合封装方式带来的高温冲击，使器件保持原有性能。
附图说明
[0036] 图1是基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装工艺流程图，其中，虚线分别框出基于MEMS器件制造和LCP盖帽制造部分。
[0037] 图2是基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装加工过程示意图。
[0038] 图3是含LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装示意图。
具体实施方式
[0039] 下面，结合图1、图2和图3对本发明作进一步说明。
[0040] 一种基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装方法，其加工工艺流程如图1所示，具体包括以下步骤：
[0041] (1)使用有机清洗液对硅基片进行清洗。
[0042] 将直径为100mm、厚度为0.4mm、双面抛光的硅基片放置于盛有丙酮的烧杯中，使用超声波清洗5分钟～10分钟，然后将硅基片取出放置于盛有酒精的烧杯中，使用超声波清洗5分钟～10分钟，以清洗硅基片表面污物，清洗结束后取出备用。
[0043] (2)对步骤(1)中清洗后的硅基片正面进行光刻，在硅基片正面上形成干法刻蚀硅凹槽的掩膜图形；
[0044] 对清洗后的硅基片正面进行涂覆光刻胶层，光刻胶层厚度为6μm～7μm，然后在100℃下烘干2分钟～5分钟，之后将带有图形的掩膜版覆盖在光刻胶层上进行曝光处理，曝光后的硅基片放入配套的显影液中进行显影处理，去除硅基片上与孔图形位置相对应处的光刻胶层，形成刻蚀图形。
[0045] (3)对步骤(2)中光刻后的硅基片正面进行深硅刻蚀，在硅基片正面上形成凹槽图形；
[0046] 将光刻后的硅基片正面放入深硅刻蚀设备中，其中，刻蚀硅槽深度为50μm～100μm，宽度为100μm～200μm。
[0047] (4)对步骤(3)中刻蚀后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；
[0048] 将刻蚀后的硅基片放入丙酮去胶液中，去除硅基片上剩余的光刻胶。
[0049] (5)对步骤(4)中去胶后的硅基片正面进行绝缘层生长；
[0050] 将去除光刻胶的硅基片放入氧化设备中进行SiO2绝缘层生长，其中，绝缘层厚度为1.5μm～2.5μm。
[0051] (6)对步骤(5)中生长有绝缘层的硅基片正面进行磁控溅射，在硅基片正面上形成钛粘附层和铜种子层电路；
[0052] 将生长有绝缘层后的硅基片放入磁控溅射设备中，在硅基片上依次溅射钛钨粘附层和金种子层，其中钛钨粘附层厚度为50nm～100nm，金种子层厚度为100nm～200nm。
[0053] (7)对步骤(6)中磁控溅射后的硅基片正面进行光刻，用光刻胶覆盖CPW图形中需要电镀加厚的线条图形以外的部位，之后对线条图形进行镀金加厚，再进行去胶处理；
[0054] 对线条进行电镀加厚，其中，电镀层厚度为2μm～3μm。
[0055] (8)在步骤(7)处理后的硅基板表面，生长绝缘层；
[0056] (9)在步骤(8)生长绝缘层后的硅基板表面，用光刻胶光刻、刻蚀和去胶，在CPW上形成二氧化硅绝缘层；
[0057] (10)在步骤(9)形成绝缘层图形的硅基板上，用光刻胶将处于薄膜微桥桥墩以外的所有部位覆盖，得到牺牲层；
[0058] (11)将步骤(10)制备有牺牲层的硅基片进行磁控溅射，溅射金薄膜；
[0059] (12)将步骤(11)溅射后的硅基片进行光刻、电镀处理，之后再进行去胶、刻蚀处理，得到薄膜微桥；
[0060] MEMS器件放入异丙醇中浸泡，然后放入临界点干燥仪的腔室中，进行二氧化碳超临界干燥，完成牺牲层释放。
[0061] (13)将带有通腔的LCP粘结层裁切成与步骤(12)中硅槽相同的形状，装入步骤(12)形成的MEMS器件的硅槽中；
[0062] LCP粘结层的形成采用激光高精度划切方式，LCP粘结层厚度比硅槽的深度小10μm～20μm，LCP粘结层的宽度和长度比硅槽的宽度和长度小5μm～10μm。
[0063] (14)将LCP覆铜层上的铜层去除，形成无覆铜LCP，并切割成与步骤(13)中LCP粘结层相同的结构；
[0064] LCP覆铜层去除采用硝酸溶液或三氯化铁溶液，外形与步骤(13)中LCP粘结层一致。
[0065] (15)将LCP粘结层切割成与步骤(14)外形一致的大小；
[0066] LCP粘结层外形与步骤(13)粘结层一致，但不含有通腔。
[0067] (16)将LCP覆铜层上的铜层去除，并在其上切割通腔，形成与步骤(15)外形一致、带有通腔的无覆铜LCP；
[0068] 其中，步骤(16)中LCP层外形与步骤(15)粘结层一致，且不含有通腔。
[0069] (17)将步骤(14)、步骤(15)、步骤(16)形成的LCP结构堆叠在一起，层压形成封装盖帽；
[0070] 其中，步骤(17)中各层LCP堆叠时应对准，层压为真空层压，层压温度不低于285℃。
[0071] (18)将步骤(17)形成的封装盖帽与步骤(13)形成的带有LCP粘结层的MEMS器件进行封装；
[0072] 其中，步骤(18)中LCP盖帽放置在步骤(13)的MEMS器件上，LCP帽部分陷入硅槽内，通过热压的方式实现封装，热压温度不低于285℃。
[0073] 完成基于LCP多层堆叠技术的MEMS器件封装。
[0074] 实施例中，我们将上述方法应用于MEMS开关的封装，并对样件的相关性能进行测试，性能指标为：在20GHz～40GHz频率范围内，插入损耗≤0.2dB，隔离度≥20dB，驱动电压30V～50V，气密性≤1.3×10-9Pa﹒m3/s。
