RF MEMS aygıtlar için dikey/yatay beslemeli paket yapısının geliştirilmesi
Development of a packaging structure with vertical/lateral feedthroughs for RF MEMS devices
Yazar: EVRİM ÖZÇAKIR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MURAT HÜSNÜ SAZLI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde, RF MEMS yapıları için yarı sızdırmaz paket yapısının oluşturulması ve paket içerisindeki sinyalin paket dışına taşınması için yapılan çalışmalar sunulmuştur. Tez kapsamında, pul seviyesinde paket yapısı üzerinde durulmuştur. Yapılan paketleme çalışması yarı sızdırmaz paket gerektiren diğer MEMS ürünler için de uygun olup, RF MEMS yapıları için uygun paketleme yönteminin araştırılması yapılmış ve pul seviyesinde paketleme çalışmaları kapsamında, yüksek özdirençli silisyum (High resistive Silicon, HRS) bir pul, MEMS yapıların üzerini kapatacak şekilde, ısıl sıkıştırma ile altın-altın yapıştırma süreciyle pul yapıştırıcı cihazında yapıştırılmıştır. Altın-altın yapıştırma sürecinde iletim hattının metalden etkilenmemesi için ara malzeme olarak dielektrik malzeme olan BCB (Benzo-cyclo-butene) kullanılmıştır. Tasarım ve üretim aşamasına geçilmeden önce, Ansoft HFSS (High Frequency Structure Simulator) yazılımı kullanılarak üç boyutlu elektromanyetik modellemeler yapılmıştır. Modellemelerde eşdüzlemsel dalga kılavuzu (EDK) yapısı kullanılmış olup, altın-altın yapıştırma halkasının anahtar yapıları üzerine etkileri de ayrıca incelenmiştir. Modellenen EDK yapısının iletim hattının paket dışına taşınması için dikey ve yatay beslemeli paket yapıları çizilmiş ve gömülü yatay beslemeli paket yapısının tasarımı yapılmıştır. RF sinyalin paket dışına taşınması için iletim hattı üzerinden metal geçirilmesi gerektiğinden, geçiş kısmında mikroşerit yapı tasarlanarak geçiş kısmının empedansı ile iletim hattının empedansı uyumlanmıştır. Tasarım, mikroşerit yapının boyutlandırması parametrik tanımlanıp 50 farklı modelleme yapılarak ve en iyi çözüm sağlayan 3 modelin seçilmesi ile sağlanmıştır. Seçilen 3 modelin maske setleri çizilerek üretim aşamasına geçilmiş ve RF sinyalin paket dışına taşınması sağlanmıştır.

Abstract:
In this thesis, studies of creating semi-hermetic packaging structures for RF MEMS devices and carrying the signal to outside of the package are presented. The thesis mainly focuses on wafer level packaging structure. This packaging structure is also suitable for other MEMS devices which require semi-hermetic package. Research is done about the appropriate packaging structure for RF MEMS devices and in the context of wafer level packaging studies, so as to cover the MEMS structures a high resistivity silicon wafer is bonded via gold-gold bonding process by using the wafer bonding device. During the thermo compression gold-gold bonding process to prevent the interaction between the transmission line and the metal, BCB material which is a dielectric is used as the intermediate layer. Before going on to design and manufacturing steps, electromagnetic modelling is done by using Ansoft HFSS software. In the simulations coplanar waveguides (CPW) are used and effects of gold-gold bonding ring on the switches are also investigated. Vertical and horizontal feeding packaging structures are drawn to take the transmission line of simulated CPW out of the package and design of horizontally fed package structures is completed. To carry the RF signal outside the package, metal should pass on the transmission line so a microstrip structure is designed and impedance of transmission line are matched. The design is done such that dimensions of microstrip structure are parametrized, 50 different simulations are performed and 3 models with the best results are chosen. Mask sets of the chosen 3 models have been drawn and the manufacturing process has started so the RF signal has been taken out of the package.