射频MEMS谐振器的真空封装技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wk1990
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射频微电子机械(RF MEMS)谐振器具有高频率、高品质因子(Q)、小尺寸、低功耗、可与集成电路(IC)单片集成等优势,被认为是传统石英和陶瓷谐振器的理想替代品,在无线通信系统中具有广阔的应用前景。然而,封装技术是制约RFMEMS谐振器产业化的主要瓶颈之一,直接影响器件的射频性能、可靠性、尺寸以及成本等。  本论文在充分调研了RF MEMS谐振器的封装技术发展动态的基础上,对RFMEMS谐振器的封装方法进行了系统研究,主要研究成果包括以下几个部分:  (1)实现了RFMEMS谐振器的横向引线真空封装方法。针对研制的RFMEMS圆盘型谐振器,提出了横向引线真空封装结构,对封装中的关键问题进行系统研究,包括富锡金锡焊料键合工艺、射频传输线以及封装寄生效应等,优化设计了封装结构。封装后谐振器的频谱特性未受封装寄生效应的干扰,封装腔室内真空度小于1mbar,漏率和剪切强度均满足美国军用标准。此外,在8个月的长期监测过程中,封装谐振器品质因子(Q)和谐振频率处的传输系数未出现明显衰减,且没有出现频率迟滞现象。  (2)提出了一种新型的RFMEMS谐振器三维封装方法,利用基于玻璃回流工艺制备的低阻硅垂直引线实现了器件内外电学互连。与传统的硅通孔(TSV)互连技术相比,具有工艺简单、热膨胀系数匹配、绝缘性能好、泄露电流小、成本低等优势。对封装寄生效应进行了系统地研究,包括引线损耗和耦合噪声,优化设计了封装结构。实现了RFMEMS谐振器的三维封装,封装后谐振器不仅具有优异的性能,Q值大于9500,谐振峰值大于20dB,漏率和剪切强度均满足美国军用标准。另外,温度循环和高温储存测试前后,谐振频率偏差小于±7ppm,Q值无明显衰减。  (3)针对RFMEMS谐振器的频率稳定性测试需求,建立了射频多通道测试系统,不仅可实现多路数据采集功能,还可避免测试过程中静电对谐振器的干扰。对多通道测试系统进行了功能验证,在150MHz频率附近,当通路处于选通和关闭状态时,插入损耗分别为-1.8dB和-48dB。RFMEMS谐振器通过金丝球焊连接至该系统后,在选通状态时,Q值达到8500,谐振峰值超过15dB。在关闭状态时,无信号输出。建立的射频多通道测试系统能满足批量化、高精度的RFMEMS谐振器的频率稳定性测试需求。
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