一种MEMS环行器及其封装方法和微波元器件与流程

一种mems环行器及其封装方法和微波元器件
技术领域
1.本技术属于微波射频器件技术领域，尤其涉及一种mems环行器及其封装 方法和微波元器件。


背景技术：

2.传统的mems环行器是一种三端口器件，其由金属衬底、mems芯片、 磁钢等零件构成。在与组件系统集成使用时，mems环行器的金属衬底会与组 件的盒体进行粘接或焊接；mems环行器的端口为2-4个端口，会与其键合指 同等高度的外围微带线进行搭接，通常采用金丝键合的方式进行搭接。
3.磁钢处于敞开裸露状态，其磁场会影响mems环行器周围的元器件，发生 电磁串扰，造成电性能恶化。mems环行器会受到在组件系统中的磁场干扰， 其磁钢干扰外界导磁物质，或者mems环行器受到外围磁场的干扰的问题亟待 解决。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种mems环行器及 其封装方法和微波元器件，能够减少mems环行器在组件系统中的磁场干扰， 防止其磁钢干扰外界导磁物质和mems环行器受到外围磁场的干扰，有效提升 mems环行器的电性能。
5.本技术是通过如下技术方案实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种mems环行器，包括：mems芯片、 金属衬底、磁钢和磁屏蔽罩；
7.所述mems芯片位于所述金属衬底上方；
8.所述磁钢位于所述mems芯片上方；
9.所述磁屏蔽罩采用平行缝焊工艺与所述金属衬底焊接在一起；所述mems 芯片、所述金属衬底和所述磁钢位于由所述磁屏蔽罩和所述金属衬底围合的空 间内。
10.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述金属衬底的至少部分边缘呈台 阶状，所述磁屏蔽罩采用平行缝焊工艺与所述金属衬底的所述台阶焊接在一起。
11.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述金属衬底包括第一区域和第二 区域，所述第一区域用于放置所述mems芯片，所述第二区域用于放置所述磁 屏蔽罩，所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度。
12.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一区域的长大于等于所述 mems芯片的长，所述第一区域的宽与所述mems芯片的宽对应相同。
13.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二区域的厚度范围为 0.08-0.12mm。
14.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述金属衬底的表面经过先镀镍后 镀金处理，且镍层厚度为3-5um，金层厚度不小于1.5um；
15.所述磁屏蔽罩的表面进行镀镍处理。
16.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述磁屏蔽罩的材质为可伐合金或 不锈钢。
17.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述mems芯片的侧壁与所述磁屏 蔽罩的侧壁之间具有间隙。
18.第二方面，本技术实施例提供了一种mems环行器的封装方法，其特征在 于，包括：
19.将mems芯片烧结到金属衬底上；
20.用胶水将磁钢粘接到所述mems芯片表面，并充分固化胶水；
21.将磁屏蔽罩置于所述金属衬底上，所述mems芯片、所述金属衬底和所述 磁钢位于由所述磁屏蔽罩和所述金属衬底围合的空间内；
22.采用平行缝焊工艺将所述磁屏蔽罩与所述金属衬底焊接在一起。
23.第三方面，本技术实施例提供了一种微波元器件，其特征在于，包括如第 一方面任一项所述的mems环行器。
24.可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关 描述，在此不再赘述。
25.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
26.本技术实施例，通过磁屏蔽罩覆盖住mems芯片和磁钢，并采用平行缝焊 工艺将磁屏蔽罩与所述金属衬底焊接在一起，能够减少mems环行器在组件系 统中的磁场干扰，防止其磁钢干扰外界导磁物质和mems环行器受到外围磁场 的干扰，有效提升mems环行器的电性能。
27.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的， 并不能限制本说明书。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳 动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本技术一实施例提供的胶水粘接的mems环行器的结构示意图；
30.图2是本技术一实施例提供的mems环行器的正视图；
31.图3是本技术一实施例提供的mems环行器的左视图；
32.图4是本技术一实施例提供的mems环行器的俯视图；
33.图5是本技术一实施例提供的图3中a-a处的剖视图；
34.图6是本技术一实施例提供的金属衬底的正视图；
35.图7是本技术一实施例提供的金属衬底的俯视图。
具体实施方式
36.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术 之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当 清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中， 省略对众所周知的系统、装置、
电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节 妨碍本技术的描述。
37.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指 示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或 多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
38.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指 相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些 组合。
39.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依 据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地， 短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为 意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于 检测到[所描述条件或事件]”。
[0040]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、
ꢀ“
第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0041]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本 申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。 由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例 中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的 实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另 外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限 于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0042]
传统的mems环行器磁钢处于敞开裸露状态，其磁场会影响mems环行 器周围的元器件，发生电磁串扰，造成电性能恶化。为了解决mems环行器会 收到在组件系统中的磁场干扰，其磁钢干扰外界导磁物质，或者mems环行器 受到外围磁场的干扰的问题，本发明利用磁屏蔽罩覆盖住mems芯片和磁钢。
[0043]
在本发明之前，考虑到mems环行器也可采用胶水粘接的方式安装磁屏蔽 罩，如图1所示，但试验过程中，胶水固化后呈固体状态，随产品受热、遇冷 时会发生热胀冷缩。很明显，胶水的热膨胀系数与mems环行器芯片、磁钢的 热膨胀系数相差较多，因此，受热、受冷时mems环行器芯片与磁屏蔽罩之间 会存在较大的应力，轻则导致mems环行器芯片性能发生变化；应力太大了还 会影响产品的长期使用可靠性。
[0044]
为了降低粘接胶对mems环行器芯片的应力作用，优先选择应力较小的粘 接胶，比如硅橡胶。这样能够明显降低胶水的应力作用，但是，此类胶水的粘 接强度较小，无法在高频、巨大振动的场景中使用。
[0045]
粘接磁屏蔽罩的胶水，受热时粘接强度会明显下降。mems环行器产品在 安装时会采用焊接工艺，通常焊接温度为180℃-210℃，在这种受热状态下， 胶水的强度会快速、明显的下降。虽然恢复常温后，胶水的粘接强度也能恢复， 但如果产品受到太高温度、过长时间的加热，胶水强度将发生不可恢复的破坏。
[0046]
因此本技术提出一种采用平行缝焊工艺将磁屏蔽罩与金属衬底焊接在一起 的mems环行器。
[0047]
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0048]
图2是本技术一实施例提供的mems环行器的结构示意图。参照图2-5， 对该mems环
行器的详述如下：
[0049]
该mems环行器，包括：mems芯片100、金属衬底200、磁钢300和磁 屏蔽罩400。
[0050]
mems芯片100位于金属衬底200上方；磁钢300位于mems芯片100 上方；磁屏蔽罩400采用平行缝焊工艺与金属衬底200焊接在一起；mems芯 片100、金属衬底200和磁钢300位于由磁屏蔽罩400和金属衬底200围合的 空间内。
[0051]
示例性的，采用平行缝焊工艺将磁屏蔽罩400焊接在mems环行器的金属 衬底200上，能够对mems环行器的磁钢300形成四周包裹的效果，有效屏蔽 了磁钢300对外部器件的磁场影响，同时隔绝了外部磁场对mems环行器自身 电磁场的影响，实现了磁屏蔽效果。
[0052]
示例性的，mems芯片100表面的焊盘101置于mems芯片100的台阶 上，用于做引线键合，与其他芯片或者电路板键合连接。
[0053]
示例性的，金属衬底200的至少部分边缘呈台阶状，磁屏蔽罩400采用平 行缝焊工艺与金属衬底200的台阶焊接在一起。
[0054]
示例性的，金属衬底200包括第一区域和第二区域，第一区域用于放置 mems芯片100，第二区域用于放置所述磁屏蔽罩，第一区域的厚度大于第二 区域的厚度，如图6和图7所示。
[0055]
示例性的，第一区域的长大于等于mems芯片100的长，第一区域的宽与 mems芯片100的宽对应相同。
[0056]
示例性的，第二区域的厚度范围为0.08-0.12mm。第二区域的厚度太大容 易导致平行缝焊的焊接不牢固。采用平行缝焊工艺将磁屏蔽罩400与金属衬底 200焊接在一起时，上述第二区域的厚度范围，能够保证磁屏蔽罩400与金属 衬底200之间形成牢固的金属焊点。
[0057]
一实施例中，金属衬底200的长度方向比mems芯片100长0.6-0.8mm， 金属衬底200与磁屏蔽罩400的焊接位置单边长约0.2-0.3mm。
[0058]
一实施例中，第一区域，即金属衬底200与mems芯片100接触的部分， 推荐厚度为0.2-0.5mm。并且，mems芯片100尺寸越大，金属衬底200的厚 度应该越大，才能有效缓解mems芯片100受到的外应力。因此金属衬底200 的第一区域和第二区域形成台阶形状。
[0059]
一般而言，金属衬底200的厚度主要取决于mems环行器芯片的尺寸，如 果芯片尺寸较大，就会采用较厚的载体，避免采用“大而薄”的衬底产生较大拉 压应力，厚度为0.3-0.5mm。
[0060]
为了保证良好的焊接效果，一次就能焊好，且焊接牢固、成品率高，焊接 处的衬底厚度不能太厚，厚度为0.08-0.12mm。如果衬底太厚，焊接能量无法 一次穿透，会导致焊接不牢固的问题。因此，既要满足mems环行器芯片应力 需求、又要考虑平行缝焊成品率，就采用了台阶形结构，满足了平行缝焊工艺 的需求。
[0061]
示例性的，金属衬底200的表面经过先镀镍后镀金处理，且镍层厚度为 3-5um，金层厚度不小于1.5um；磁屏蔽罩400的表面进行镀镍处理。镀ni处 理，一方面是为了防锈，同时，在平行缝焊焊接时，镀镍层会与金属衬底200 的镀金层，受热熔融到一起，形成牢固的金属合金，从而实现焊接的牢固性。
[0062]
示例性的，磁屏蔽罩400的材质为可伐合金或不锈钢。这两种材料都含有 fe元素，也即具有铁磁性，所以才能实现电磁场的屏蔽；另外，只有这两种材 料适合平行缝焊工艺。
比如铜盖板，除了没有铁磁性之外，其散热能力强意味 着平行缝焊工作时产生的焊接热量会快速的被分散，导致热量无法在焊点处集 中，就不能熔化焊点处的金属层，最终无法实现金属焊接点。
[0063]
示例性的，金属衬底200总体厚度根据mems环行器芯片的大小确定，同 时金属衬底200总体厚度e不小于0.2mm。
[0064]
具体的，磁屏蔽罩400采用铁磁材料，这些铁磁性材质才能实现磁屏蔽效 果，优选不锈钢、可伐合金。磁屏蔽罩400通过一体冲压的方式加工成u形， 表面镀ni处理，镀镍是为了能实现平行缝焊工艺。磁屏蔽罩400的厚度b为 0.2-0.3mm，折弯后的高度，应比放置磁钢300的高度再高0.2-0.3mm，不能与 磁钢300发生硬接触。
[0065]
示例性的，mems芯片100的侧壁与磁屏蔽罩400的侧壁之间具有间隙c。 该间隙c大于等于0.1mm，优选0.1mm。
[0066]
一实施例中，磁屏蔽罩400与mems环行器芯片的上表面间距f的范围为0.1-0.2mm。
[0067]
一实施例中，磁屏蔽罩400的内表面，与磁钢300的上表面间距a的范围 为0.1-0.2mm。磁屏蔽罩400的内表面，与磁钢300圆柱形表面的间距，不能 小于0.2mm。
[0068]
一实施例中，磁屏蔽罩400是由一块磁屏蔽盖板折弯形成，其中，部分一 体折弯，没有拼接缝隙，有两个相对的面为折弯拼接，有拼接缝隙。
[0069]
示例性的，本发明实施例中要焊接的是磁屏蔽罩400和金属衬底200，前 者通常采用可伐合金、不锈钢，表面镀ni处理；后者采用可伐合金材质，表面 镀ni、镀au处理。平行缝焊时，大量的热会把磁屏蔽罩400和金属衬底200 焊接为一体，类似于钢材电焊的效果，因此具有特别高的连接强度，能够承受 高强度、高频率冲击，具有高可靠性。
[0070]
上述mems环行器，通过磁屏蔽罩400覆盖住mems芯片100和磁钢300， 能够减少mems环行器在组件系统中的磁场干扰，防止其磁钢300干扰外界导 磁物质和mems环行器受到外围磁场的干扰，有效提升mems环行器的电性 能；并采用了平行缝焊工艺将磁屏蔽罩400与金属衬底200焊接在一起，能够 实现磁屏蔽罩400和金属衬底200的高可靠性连接。
[0071]
本技术实施例还提供了一种mems环行器的封装方法，该封装方法，包括： 将mems芯片100烧结到金属衬底200上，用胶水将磁钢300粘接到mems 芯片100表面，并充分固化胶水。将磁屏蔽罩400置于金属衬底200上，mems 芯片100、金属衬底200和磁钢300位于由磁屏蔽罩400和金属衬底200围合 的空间内。采用平行缝焊工艺将磁屏蔽罩400与金属衬底200焊接在一起。
[0072]
示例性的，可以采用金锡焊料将mems芯片100烧结到金属衬底200上。
[0073]
本技术实施例还提供了一种微波元器件，包括如上述实施例任一项描述的 mems环行器。
[0074]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后， 各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施 过程构成任何限定。
[0075]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照 前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特 征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申 请各实施例技术方案的精神和范围，均应
包含在本技术的保护范围之内。