本發(fā)明屬于半導(dǎo)體封裝，特別涉及一種mems芯片的應(yīng)力隔離封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。

背景技術(shù)：

1、mems慣性器件封裝技術(shù)作為產(chǎn)品生產(chǎn)制造的關(guān)鍵技術(shù)﹐最終決定了產(chǎn)品的體積、可靠性和成本等。工藝性的好壞不僅關(guān)系到器件性能的優(yōu)劣，而且會(huì)直接影響器件的制造成本，一般封測(cè)成本占整個(gè)產(chǎn)品價(jià)格的50%以上。封裝工藝的主要作用是實(shí)現(xiàn)器件的機(jī)械支撐、電氣連接﹑物理保護(hù)、外場(chǎng)屏蔽、應(yīng)力緩和、散熱防潮、尺寸過渡、規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化等多種功能。封裝過程不可避免會(huì)存在幾何外形、材料組成和熱膨脹系數(shù)的失配，導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。有研究表明，一般粘接劑固化后的收縮率通常在體積的0.15%~0.6%范圍內(nèi)，此收縮可能產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，進(jìn)而會(huì)改變mems慣性器件的諧振頻率﹐并降低其性能。因此，封裝應(yīng)力的控制是封裝工藝需要解決的關(guān)鍵問題。

2、mems傳感器的應(yīng)力隔離方法包括主動(dòng)式和被動(dòng)式；主動(dòng)式應(yīng)力抑制方法主要是通過優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和加工工藝來降低以及隔離應(yīng)力，包含錨點(diǎn)布局優(yōu)化、粘接布局優(yōu)化、材料選擇、優(yōu)化加工工藝等具體方案；被動(dòng)式應(yīng)力隔離方法則是設(shè)計(jì)應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)從而抑制應(yīng)力傳導(dǎo)至敏感結(jié)構(gòu)；主動(dòng)式和被動(dòng)式應(yīng)力隔離方法相結(jié)合可以有效降低由熱應(yīng)力引起的傳感器溫度漂移。

3、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種mems芯片的應(yīng)力隔離封裝結(jié)構(gòu)屬于主動(dòng)式和被動(dòng)式相結(jié)合的應(yīng)力隔離方法，能夠有效隔離貼片應(yīng)力和熱應(yīng)力影響，具備體積小、易加工、成本低等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于mems陀螺儀和加速度計(jì)等慣性傳感器芯片集成封裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：為了減少mems芯片封裝過程產(chǎn)生的封裝引力和熱應(yīng)力的影響，提供一種mems芯片的應(yīng)力隔離封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，該mems芯片的應(yīng)力隔離封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種mems芯片的應(yīng)力隔離封裝結(jié)構(gòu)，包括mems芯片、應(yīng)力隔離板、封裝管殼、引線、膠水和蓋板，封裝結(jié)構(gòu)從上之下依次為蓋板、mems芯片、應(yīng)力隔離板、封裝管殼，其中mems芯片和應(yīng)力隔離板之間以及應(yīng)力隔離板和封裝管殼之間通過膠水實(shí)現(xiàn)粘接，mems芯片通過引線實(shí)現(xiàn)與封裝管殼焊盤的電氣連接；所述應(yīng)力隔離板包括中心粘接座、外圍粘接座、外圍粘接凸臺(tái)、中心粘接凸臺(tái)和彈性梁；中心粘接座和外圍粘接座之間通過彈性梁實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接，且不同的外圍粘接座之間非直接接觸，呈現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的“孤島”結(jié)構(gòu)；應(yīng)力隔離板上的中心粘接座和外圍粘接座為粘接區(qū)域，中心粘接座和外圍粘接座的其中一個(gè)與封裝管殼粘接，另一個(gè)與mems芯片粘接，使得mems芯片“懸空”于封裝管殼之上，彈性梁隔離中心粘接座和外圍粘接座支架的應(yīng)力傳遞。

4、進(jìn)一步的，所述中心粘接凸臺(tái)的位置設(shè)置于中心粘接座結(jié)構(gòu)中心上，沿彈性梁應(yīng)力傳遞方向分布，呈“十字型”；外圍粘接凸臺(tái)的位置設(shè)置于外圍粘接座邊緣上，呈“l(fā)字型”。

5、進(jìn)一步的，所述彈性梁設(shè)計(jì)成“一字型”、“蜂窩型”、“幾字型”、“s型”中的一種，其梁的厚度不大于應(yīng)力隔離板厚度。

6、進(jìn)一步的，所述應(yīng)力隔離板整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)中心對(duì)稱，減少由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱產(chǎn)生的額外扭曲應(yīng)力。

7、進(jìn)一步的，所述應(yīng)力隔離板采用與mems芯片的熱膨脹系數(shù)相同材料，或與mems芯片熱膨脹系數(shù)差值較小的材料。

8、進(jìn)一步的，所述應(yīng)力隔離板結(jié)構(gòu)應(yīng)不小于mems芯片結(jié)構(gòu)。

9、本發(fā)明提供一種mems芯片的應(yīng)力隔離封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，它包括以下步驟：

10、s1、物料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備封裝所需的物料，包括mems芯片、應(yīng)力隔離板、封裝管殼、引線、膠水和蓋板；膠水選用環(huán)氧樹脂、共晶焊料和摻金屬玻璃粘接劑中的一種；引線選用金線、銀線中的一種；

11、s2、第一次點(diǎn)膠：在封裝管殼指定位置進(jìn)行點(diǎn)膠；

12、s3、應(yīng)力隔離板粘接：將應(yīng)力隔離板通過膠水固定于封裝管殼上，其中膠水涂敷于封裝管殼上，膠水的涂敷厚度應(yīng)不小于中心粘接凸臺(tái)高度，隨后將應(yīng)力隔離板上的中心粘接座通過膠水與封裝管殼粘接，之后加熱整體結(jié)構(gòu)至固化溫度，最后冷卻至室溫即完成應(yīng)力隔離板粘接；

13、s4、第二次點(diǎn)膠：在應(yīng)力隔離板的外圍粘接座上指定位置進(jìn)行點(diǎn)膠；

14、s5、mems芯片貼裝：將mems芯片通過膠水固定于應(yīng)力隔離板的外圍粘接座上，其中膠水的涂敷厚度應(yīng)不小于外圍粘接凸臺(tái)高度，之后加熱整體結(jié)構(gòu)至固化溫度，最后冷卻至室溫即完成mems芯片粘接；

15、s6、引線鍵合：將引線與封裝管殼的焊盤緊密焊合，從而實(shí)現(xiàn)mems芯片與封裝管殼間的電氣互連和芯片間的信息互通；

16、s7、封蓋和氣密焊接：將蓋板封焊至封裝管殼上，完成芯片封裝。

17、本發(fā)明提供一種mems芯片的應(yīng)力隔離封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)力隔離板制備方法,它包括以下步驟：

18、s1、物料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備用于作為應(yīng)力隔離板的加工材料的基板；

19、s2、涂光刻膠：在基板的正面上旋涂一層光刻膠，烘烤固化；

20、s3、光刻：光刻顯影后烘干，刻蝕出外圍粘接凸臺(tái)圖形；

21、s4、刻蝕：采用濕法腐蝕方法，在基板刻蝕出外圍粘接凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)；

22、s5、除膠和清洗：除去殘余光刻膠，并進(jìn)行清洗；

23、s6、涂光刻膠：在基板的正面上旋涂一層光刻膠，烘烤固化；

24、s7、光刻：光刻顯影后烘干，刻蝕出應(yīng)力隔離板主體結(jié)構(gòu)的圖形；

25、s8、刻蝕：采用濕法腐蝕方法，在基板刻蝕出應(yīng)力隔離板的主體結(jié)構(gòu)，包括中心粘接座、第一外圍粘接座、第二外圍粘接座、第三外圍粘接座、第四外圍粘接座和彈性梁；

26、s9、除膠和清洗：除去殘余光刻膠，并進(jìn)行清洗；

27、s10、基板翻轉(zhuǎn)和臨時(shí)鍵合：基板翻轉(zhuǎn)，將基板鍵合至玻璃載板上；

28、s11、涂光刻膠：在基板的正面上旋涂一層光刻膠，烘烤固化；

29、s12、光刻：光刻顯影后烘干，刻蝕出中心粘接凸臺(tái)圖形；

30、s13、刻蝕：采用濕法腐蝕方法，在基板刻蝕出中心粘接凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)；

31、s14、除膠和清洗：除去殘余光刻膠，并進(jìn)行清洗；

32、s15、激光解鍵合和清洗：利用激光技術(shù)將已經(jīng)鍵合的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，并再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗。

33、有益效果

34、通過上述方案，本發(fā)明公開取得的有益效果為：該封裝結(jié)構(gòu)采用被動(dòng)式應(yīng)力隔離方法用于隔離貼片應(yīng)力和熱應(yīng)力影響，其應(yīng)力隔離的核心結(jié)構(gòu)在于mems芯片和封裝管殼之間的應(yīng)力隔離板設(shè)計(jì)，該應(yīng)力隔離板由中心粘接座、外圍粘接座、外圍粘接凸臺(tái)、中心粘接凸臺(tái)和彈性梁五部分組成，該方案能從以下個(gè)技術(shù)對(duì)應(yīng)力進(jìn)行隔離：

35、首先，不同的mems芯片粘接座之間非直接接觸，呈現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的“孤島”結(jié)構(gòu)，其“孤島”結(jié)構(gòu)，有利于減少不同mems芯片粘接座之間應(yīng)力傳遞。

36、其次，彈性梁可通過梁本身的形變，有效隔離貼片應(yīng)力，且梁截面積小，有利于減少外部環(huán)境溫度變化通過熱傳導(dǎo)引起mems芯片的溫度變化，從而減少mems芯片的熱應(yīng)力。

37、再者，外圍粘接凸臺(tái)和中心粘接凸臺(tái)，同時(shí)起到“結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋”和控膠作用，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少形變的作用。

38、最后，應(yīng)力隔離板結(jié)構(gòu)采用與mems芯片的熱膨脹系數(shù)相同材料，或熱膨脹系數(shù)與mems芯片差值較小的材料如采用單晶硅片、玻璃或金屬材料中的一種，進(jìn)一步的降低封裝管殼和芯片之間的熱膨脹系數(shù)差值，從而降低封裝應(yīng)力。