一種多自由度微傳感器模塊及其封裝的制作方法
【專利摘要】一種多自由度微傳感器模塊及其封裝，包括：多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片、ASIC集成電路，其特征在于所述的多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片、ASIC集成電路通過基于基板的封裝技術(shù)進(jìn)行封裝集成或通過系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)進(jìn)行封裝集成為一體化模塊。本發(fā)明還提供了該模塊的多種封裝方式。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是不僅能為設(shè)備提供多自由度的物理量檢測(cè)，更能極大地降低多種傳感器的設(shè)計(jì)和封裝成本，提高傳感器的可靠性，使多功能傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛。
【專利說明】一種多自由度微傳感器模塊及其封裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量模塊，特別涉及一種多自由度微傳感器模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]多自由度MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng))加速度計(jì)可以測(cè)量物體在三個(gè)方向上的加速度量，多自由度MEMS陀螺儀可以測(cè)量物體多個(gè)方向上的角速度量、多自由度MEMS磁傳感器可以測(cè)量物體多個(gè)方向的磁通量、MEMS壓力傳感器可以測(cè)量某點(diǎn)的壓力量、GPS/北斗導(dǎo)航芯片可以進(jìn)行定位?，F(xiàn)在每個(gè)單個(gè)的傳感器都已經(jīng)在消費(fèi)、汽車等領(lǐng)域有了很大的應(yīng)用，但目前尚沒有將這多種傳感器進(jìn)行封裝集成為一個(gè)多自由度的微傳感器模塊的設(shè)計(jì)及制造方法。
[0003]而多自由度集成封裝的微傳感器模塊，不僅能為設(shè)備提供多自由度的物理量檢測(cè)，更能極大地降低多種傳感器的設(shè)計(jì)和封裝成本，提高傳感器的可靠性，使多功能傳感器能夠應(yīng)用于導(dǎo)航、汽車、手持電子器件、游戲以及機(jī)器人等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種多自由度微傳感器模塊。
[0005]本發(fā)明通過基于基板的封裝技術(shù)或系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)，將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片通過封裝進(jìn)行集成。從而在很小的封裝體積內(nèi)低成本地實(shí)現(xiàn)多自由度、多參數(shù)的測(cè)量，而且方便安裝與使用。
[0006]本發(fā)明的多自由度微傳感器模塊包括:多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片、ASIC集成電路，其特征在于所述的多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片、ASIC集成電路通過基于基板的封裝技術(shù)進(jìn)行封裝集成或通過系統(tǒng)級(jí)封裝(簡(jiǎn)稱SiP)技術(shù)進(jìn)行封裝集成為一體化模塊。
[0007]所述傳感器為裸片或緊湊型封裝件或基于CMOS工藝的具有多通道的傳感器信號(hào)調(diào)理能力的裸片或緊湊型封裝集成件，所述專用傳感器芯片被制作在封帽中。
[0008]本發(fā)明還提供了多自由度微傳感器模塊的多種封裝方法。
[0009]多自由度微傳感器模塊的基板封裝:將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片平面放置在基板一側(cè)或兩側(cè)或者隱埋在基板中央的某一層上。
[0010]所述基板為陶瓷基板或環(huán)氧玻璃布層壓板(FR4基板)或硅基板或柔性基板或直接敷銅陶瓷(簡(jiǎn)稱DBC)基板或直接電鍍陶瓷(簡(jiǎn)稱DPC)基板或印刷電路板(簡(jiǎn)稱PCB基板)，印刷電路板(簡(jiǎn)稱PCB基板)、環(huán)氧玻璃布層壓板(簡(jiǎn)稱FR4基板)的材料為覆銅板和鋁基板。[0011 ] 所述PCB基板、FR4基板，在基板的中間線處設(shè)有一腔體，腔體處于應(yīng)力低區(qū)域，應(yīng)力低區(qū)域比基板表面應(yīng)力低1/3?2/3。[0012]所述印刷電路板用卷對(duì)卷制程技術(shù)，采用撓性覆銅板，通過貼膜、曝光、濕洗流程，在撓性覆銅板形成電路，所述撓性覆銅板上附著一層保護(hù)撓性覆銅板及鍵合材料的厚度為50 μ m~100 μ m的薄層材料。
[0013]將多種傳感器集成在陶瓷基板上，用于封裝的傳感器芯片為單個(gè)或多個(gè)傳感器芯片堆疊集成后再封裝在陶瓷基板上，陶瓷基板表面和內(nèi)部設(shè)有布線層，所述陶瓷基板上設(shè)有凹槽，一個(gè)或者多個(gè)傳感器被封裝在凹槽之中，用蓋帽與陶瓷基板鍵合起來(lái)將傳感器封裝在腔體內(nèi)部，所述凹槽內(nèi)填充滿保護(hù)材料或按傳感器輪廓涂覆一薄層保護(hù)材料。
[0014]將多種傳感器傳感器隱埋在基板中央的某一層上(隱埋式封裝)，傳感器芯片與基板連接方式為倒裝焊或引線鍵合方式，隱埋的傳感器上方根據(jù)傳感器的輪廓保形涂覆一層薄層保護(hù)材料，隱埋傳感器的空腔內(nèi)完全填滿保護(hù)材料或不填充任何保護(hù)介質(zhì)，隱埋傳感器的空腔上方蓋有保護(hù)蓋板，蓋板上的鍵合環(huán)區(qū)域?yàn)閹в芯彌_腔的雙墻結(jié)構(gòu)，該雙墻結(jié)構(gòu)用于單個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器集成的真空封裝，或用于整個(gè)傳感器模塊的真空封裝。
[0015]多自由度微傳感器模塊的系統(tǒng)級(jí)封裝方式:將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片以及ASIC集成電路利用中介層(interposer)進(jìn)行垂直堆疊、垂直加平面堆疊方式進(jìn)行封裝。
[0016]所述中介層由玻璃材料制作，中介層制作方法為深孔刻蝕、制作絕緣層、制作阻擋層、制作種子層、深孔填充金屬材料，或采用深孔刻蝕、銅柱陣列制作、銅柱裝配。其內(nèi)部連接方式為銅柱直接連接或銅柱上加有鉛或無(wú)鉛焊料進(jìn)行連接，所述中介層，其上面的通孔的直徑要比銅柱的直徑要大，以保證足夠的裝配公差，以及在使用和可靠性測(cè)試中銅柱與側(cè)壁不碰撞，銅柱裝配后的通孔由低模量的材料(包括硅膠)進(jìn)行填充或不填充。
[0017]在系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)方式中將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器以及ASIC集成電路采用陣列式引線框架封裝方式，在框架上組成陣列分布，各傳感器和集成電路通過金凸點(diǎn)焊球與框架連接，所述金凸點(diǎn)焊球采用引線鍵合技術(shù)進(jìn)行植球制作，所述引線框架為普通的引線框架或是經(jīng)沖壓具有低應(yīng)力的引線框架。
[0018]多自由度微傳感器模塊的的圓片級(jí)塑料封裝方式:圓片級(jí)塑料封裝技術(shù)(plasticwafer lever package)，在晶圓級(jí)封裝平臺(tái)將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、ASIC集成電路通過粘附劑鍵合到晶圓上，晶圓采用微細(xì)玻璃球高摻雜塑料通過低溫加工，用塑料將微細(xì)玻璃球粘合在一起制作成的晶圓其熱膨脹系數(shù)可以達(dá)到7-9ppm，微細(xì)玻璃球高摻雜塑料晶圓，用傳統(tǒng)IC工藝在表面制作電路實(shí)現(xiàn)平面互連或通過激光打孔工藝實(shí)現(xiàn)垂直互連。
[0019]多自由度微傳感器模塊的真空封裝方式中將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀垂直堆疊或者水平堆疊在基板上與蓋帽鍵合進(jìn)行真空封裝，在真空封裝結(jié)構(gòu)之外采用蓋帽與基板進(jìn)鍵合進(jìn)行真空封裝，再與MEMS壓力傳感器、多自由度MEMS磁傳感器進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)封裝集成，該雙真空封裝結(jié)構(gòu)可以用于單個(gè)傳感器的封裝，也可以用于多個(gè)傳感器的封裝。
[0020]多自由度微傳感器模塊的真空封裝方式中用于蓋帽和基板進(jìn)行鍵合形成真空腔的蓋帽上的鍵合環(huán)區(qū)域采用帶有緩沖腔的雙墻結(jié)構(gòu)。該雙墻結(jié)構(gòu)既可以用于單個(gè)傳感器或者多個(gè)傳感器集成的真空封裝，也可以用于整個(gè)傳感器模塊的真空封裝。[0021]封裝方式中還包含觸點(diǎn)陣列封裝(LGA)、球柵陣列封裝(BGA)、基板側(cè)面加工有用于信號(hào)互連的金屬面。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種傳感器的高度集成，以很小的體積實(shí)現(xiàn)了多自由度的物理量檢測(cè)，更能極大地降低多種傳感器的設(shè)計(jì)和封裝成本，提高傳感器的可靠性。同時(shí)極大得降低了模塊設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本，為系統(tǒng)的多功能化、小型化提供條件。使多功能傳感器能夠更廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、汽車、手持電子器件、游戲以及機(jī)器人等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1多自由度微傳感器芯片基于基板的集成方式結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2基板上的引線框架不意圖；
[0025]圖3基板的集成方式下專用集成電路與多自由度微傳感芯片集成后再進(jìn)行封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4多自由度微傳感器芯片基于系統(tǒng)級(jí)封裝的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5多自由度微傳感器芯片基于系統(tǒng)級(jí)封裝的集成方式結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6將專用集成電路制作與封帽內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)所采用的中介層的制作方法流程示意圖(一)；
[0030]圖8系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)所采用的中介層的制作方法流程示意圖(二)；
[0031 ] 圖9硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖10硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖11隱埋式封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖(一)；
[0034]圖12隱埋式封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖(二)；
[0035]圖13隱埋式封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖(三)；
[0036]圖14隱埋式封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖(四)；
[0037]圖15隱埋式封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖(五)；
[0038]圖16真空封裝方法(雙墻)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖17真空封裝方法(雙真空)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖18基于撓性覆銅基板的集成封裝形式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖19采用圓片級(jí)塑料封裝技術(shù)進(jìn)行封裝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖中:1多自由度MEMS陀螺儀、Ia甲芯片、Ib乙芯片、2多自由度MEMS加速度計(jì)、3MEMS壓力傳感器、4多自由度MEMS磁傳感器、5封帽、5a封帽、5b封帽、5c保護(hù)蓋板、6GPS/北斗導(dǎo)航芯片、7基板、7a基板、7b撓性覆銅板、8焊料、9焊點(diǎn)、9a焊球、9b焊球、10ASIC集成電路、11、12填充物、12a保護(hù)材料、14中介層、15通孔、15a銅柱、16低模量的材料、17引線、17a柔性電路、18保護(hù)材料、19薄層保護(hù)材料、20傳感器芯片。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例:
[0044]實(shí)施例一
[0045]參見圖1，本發(fā)明的多自由度微傳感器模塊由多自由度MEMS陀螺儀1、多自由度MEMS加速度計(jì)2、MEMS壓力傳感器3、多自由度MEMS磁傳感器4、GPS/北斗導(dǎo)航芯片6、ASIC集成電路10組成。這四種MEMS傳感器及專用集成電路通過焊料8與帶互連的基板7進(jìn)行平面陣列集成，并由焊點(diǎn)9將信號(hào)引出。為了提升可靠性，本實(shí)施例所述的傳感器模塊可以采用封帽5進(jìn)行保護(hù)。將ASIC集成電路做在封帽中與傳感器芯片集成。傳感器既可以是裸片，也可以是緊湊型封裝件?；蛘吣撤N傳感芯片進(jìn)行單芯片集成，也可以是基于CMOS工藝的具有多通道的傳感器信號(hào)調(diào)理能力的裸片或緊湊型封裝集成件。
[0046]本實(shí)施例的ASIC集成電路和MEMS傳感器芯片，既可以像圖1所示那樣被安放在基板的表面，也可以將其放在基板中間的某一層上，或者平面放置在基板的兩側(cè)?；蹇梢赃x用陶瓷基板、FR4基板、硅基板、柔性基板、DBC (直接敷銅陶瓷)基板、DPC (直接電鍍陶瓷)基板、鋁基板。也可選用印刷電路板(PCB板)、FR4材料基板，其中印刷電路板(PCB板)、FR4材料基板的基板材料可以是覆銅板和招基板。
[0047]本實(shí)施例所述帶互連功能的基板上有陣列式引線框架，如圖2所示，17a為引線框架，7a為基板，各傳感器和集成電路通過金凸點(diǎn)焊球9a與框架連接。金凸點(diǎn)焊球的制作方法是引線鍵合技術(shù)進(jìn)行植球從而獲得的。本實(shí)施例中所述的引線框架，可以是一般的引線框架，也可以是通過沖壓引線框架，獲得具有低應(yīng)力的引線框架。
[0048]封裝時(shí)用真空封裝方法:用于和基板進(jìn)行鍵合形成真空腔的蓋帽上的鍵合環(huán)區(qū)域采用帶有緩沖腔的雙墻結(jié)構(gòu)。該雙墻結(jié)構(gòu)既可以用于單個(gè)傳感器或者多個(gè)傳感器集成的真空封裝，也可以用于整個(gè)傳感器模塊的真空封裝。本實(shí)施例利用雙墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝如圖16所示多自由度MEMS陀螺儀1、多自由度MEMS加速度計(jì)2、MEMS壓力傳感器3、多自由度MEMS磁傳感器4組成。這四種MEMS傳感器通過焊料8與基板7進(jìn)行平面陣列集成，由封帽5進(jìn)行保護(hù)，封帽5具有雙墻結(jié)構(gòu)，整個(gè)傳感器模塊的由焊點(diǎn)9將信號(hào)引出。
[0049]實(shí)施例二
[0050]與實(shí)施例一相同，所不同的是實(shí)施例一中所提到的多自由度MEMS陀螺儀1、多自由度MEMS加速度計(jì)2、MEMS壓力傳感器3、多自由度MEMS磁傳感器4、GPS/北斗導(dǎo)航芯片6分別于ASIC集成電路集成，然后在基板上進(jìn)行集成，如圖3所示。而本實(shí)施例其集成方法如圖6所示，將ASIC集成電路芯片10制作在MEMS傳感器的封帽中。
[0051]實(shí)施例三
[0052]和實(shí)施例一相同，所不同的是集成方案如圖4所示通過系統(tǒng)級(jí)封裝。將多自由度MEMS陀螺儀1，多自由度MEMS加速度計(jì)2、MEMS壓力傳感器3、多自由度MEMS磁傳感器4、GPS/北斗導(dǎo)航芯片6，這5種傳感器通過系統(tǒng)級(jí)封裝集成于帶互連的基板7上，并通過封帽5a、封帽5b保護(hù)。15為通孔，使MEMS壓力傳感器與外界大氣相通。也可以通過雙真空方法進(jìn)行封裝，如圖17所示，先將多自由度MEMS陀螺儀1、多自由度MEMS加速度計(jì)2進(jìn)行堆疊，在堆疊的結(jié)構(gòu)之外有2層封帽，這兩層封帽內(nèi)部均為真空。然后再與MEMS壓力傳感器
3、多自由度MEMS磁傳感器4進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)封裝集成，封帽5帶有通孔15，使壓力傳感器3與外界大氣互通。
[0053]真空封裝雙真空方法可以是將多自由度MEMS加速度計(jì)2、多自由度MEMS陀螺儀垂直堆疊或者水平堆疊在基板上與蓋帽鍵合進(jìn)行真空封裝，在真空封裝結(jié)構(gòu)之外采用蓋帽與基板進(jìn)鍵合進(jìn)行真空封裝，再與MEMS壓力傳感器、多自由度MEMS磁傳感器進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)封裝集成，該雙真空封裝結(jié)構(gòu)可以用于單個(gè)傳感器的封裝，也可以用于多個(gè)傳感器的封裝。[0054]實(shí)施例四
[0055]和實(shí)施例一相同，所不同的是多自由度MEMS陀螺儀1、多自由度MEMS加速度計(jì)2、多自由度MEMS磁傳感器4、GPS/北斗導(dǎo)航芯片6通過系統(tǒng)級(jí)封裝與封帽5內(nèi)，并通過硅通孔TSV與中介層14下的ASIC集成電路10互連，同時(shí)，MEMS壓力傳感器3也與ASIC集成電路10互連。ASIC集成電路10通過填充物12進(jìn)行保護(hù)。參見圖5。
[0056]本實(shí)施例所采用的中介層(i n t er P ο s er ),其制作方法流程為:深孔刻蝕、制作絕緣層、制作阻擋層、制作種子層、深孔填充金屬材料，如圖7所示。所制作的中介層，其內(nèi)部連接方式可以是銅柱直接連 接，如圖9所示，通過銅柱15a穿過中介層14，連接上下的甲芯片Ia與乙芯片lb。中介層14上的通孔的直徑要比銅柱15a的直徑要大，以保證足夠的裝配公差，以及在使用和可靠性測(cè)試中銅柱15a與中介層14上的通孔側(cè)壁不碰撞。
[0057]實(shí)施例五
[0058]與實(shí)施例四相同，所不同的是:中介層14的制作方法采用如下方法流程:深孔刻蝕、銅柱陣列制作、銅柱裝配，如圖8所示。所采用中介層14的制作材料可以是玻璃。如圖10所示，銅柱15a裝配后的中介層14上的通孔采用低模量的材料(包括硅膠)16進(jìn)行填充。
[0059]實(shí)施例六
[0060]與實(shí)施例一相同，所不同的是采用隱埋式的封裝方法，且采用陶瓷疊層封裝技術(shù)，將用于封裝的多種傳感器集成在陶瓷基板上，陶瓷基板表面和內(nèi)部有布線層。隱埋式封裝方法如圖11所示，傳感器芯片20通過倒裝經(jīng)焊料8與基板7連接，隱埋在基板7中間的某一層上。
[0061]實(shí)施例七
[0062]與實(shí)施例六相同，所不同的是采用引線鍵合的方式進(jìn)行連接。如圖12所示，傳感器芯片20與基板7通過引線17鍵合進(jìn)行互連。
[0063]實(shí)施例八
[0064]與實(shí)施例六相同，所不同的是如圖13描述的，在MEMS傳感器芯片和專用集成電路芯片的表面，可以保形地涂覆一層保護(hù)材料18對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。也可以采用如圖14所示的方式，在隱埋傳感器的空腔內(nèi)將保護(hù)材料12a填滿整個(gè)腔體。
[0065]實(shí)施例九
[0066]與實(shí)施例六相同，所不同的是如圖15描述的MEMS傳感器芯片和專用集成電路芯片表面的保護(hù)材料并不是必須的，但這必須在基板表面覆蓋一層保護(hù)蓋板5c以封閉腔體，以保護(hù)空腔內(nèi)的傳感器。
[0067]實(shí)施例十
[0068]與實(shí)施例二相同，所不同的是采用卷對(duì)卷(roll-to-roll)技術(shù)，將各傳感器封裝在撓性覆銅板7b上。如圖18所示，將多自由度MEMS陀螺儀1、多自由度MEMS加速度計(jì)2、MEMS壓力傳感器3、多自由度MEMS磁傳感器4、GPS/北斗導(dǎo)航芯片6通過焊球9b鍵合與撓性覆銅板7b上的柔性電路17a互連，19為薄層保護(hù)材料，保護(hù)材料19的厚度為50-?00 μ m。用于保護(hù)撓性覆銅板及鍵合材料，并且這層材料可以回流。
[0069]實(shí)施例^^一
[0070]與實(shí)施例一相同，所不同的是，傳感器芯片20采用圓片級(jí)塑料封裝技術(shù)進(jìn)行封裝，如圖19所示。將傳感器芯片20利用粘附劑鍵合在塑料晶圓7c上，并通過引線17與晶圓上的引線框架17a相連，并通過蓋帽5c對(duì)傳感器芯片20進(jìn)行保護(hù)。塑料晶圓7c的材料，是通過低溫加工，用塑料將微細(xì)玻璃球粘合在一起制作成的晶圓，其熱膨脹系數(shù)可以達(dá)到 7_9ppm0
【權(quán)利要求】
1.一種多自由度微傳感器模塊，包括:多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片、ASIC集成電路，其特征在于將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片、ASIC集成電路通過基于基板的封裝技術(shù)進(jìn)行封裝集成或通過系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)進(jìn)行封裝集成為一體化模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度微傳感器模塊，其特征在于所述傳感器為裸片或緊湊型封裝件或基于CMOS工藝的具有多通道的傳感器信號(hào)調(diào)理能力的裸片或緊湊型封裝集成件，所述傳感器芯片被制作在封帽中。
3.如權(quán)利要求1所述的多自由度微傳感器模塊的基板封裝，其特征在于多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片平面放置在基板一側(cè)或兩側(cè)或者隱埋在基板中央的某一層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多自由度微傳感器模塊的基板封裝，其特征在于所述基板為陶瓷基板或環(huán)氧玻璃布層壓板或硅基板或柔性基板或直接敷銅陶瓷基板或直接電鍍陶瓷基板或印刷電路板、環(huán)氧玻璃布層壓板(FR4基板)的材料為覆銅板和鋁基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多自由度微傳感器模塊的基板封裝，其特征在于所述印刷電路板、環(huán)氧玻璃布層壓板，在基板的中間線處設(shè)有一腔體，腔體處于應(yīng)力低區(qū)域，應(yīng)力低區(qū)域比基板表面應(yīng)力低1/3~2/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多自由度微傳感器模塊的基板封裝，其特征在于所述印刷電路板用卷對(duì)卷 制程技術(shù)，采用撓性覆銅板，通過貼膜、曝光、濕洗流程，在撓性覆銅板形成電路，所述撓性覆銅板上附著一層保護(hù)撓性覆銅板及鍵合材料的厚度為50μπm-1000μπ?的薄層材料。
7.根權(quán)利要求3或4中所述的多自由度微傳感器模塊的基板封裝，其特征在于將多種傳感器集成在陶瓷基板上，用于封裝的傳感器芯片為單個(gè)或多個(gè)傳感器芯片堆疊集成后再封裝在陶瓷基板上，陶瓷基板表面和內(nèi)部設(shè)有布線層，所述陶瓷基板上設(shè)有凹槽，一個(gè)或者多個(gè)傳感器被封裝在凹槽之中，用蓋帽與陶瓷基板鍵合起來(lái)將傳感器封裝在腔體內(nèi)部，所述凹槽內(nèi)填充滿保護(hù)材料或按傳感器輪廓涂覆一薄層保護(hù)材料。
8.如據(jù)權(quán)利要求3中所述的多自由度微傳感器模塊的基板封裝，其特征在于所述將多種傳感器隱埋在基板中央的某一層上，傳感器芯片與基板連接方式為倒裝焊或引線鍵合方式，隱埋的傳感器的保護(hù)方式為在上方根據(jù)傳感器的輪廓保形涂覆一層薄層保護(hù)材料，或者隱埋傳感器的空腔內(nèi)完全填滿保護(hù)材料或不填充任何保護(hù)介質(zhì)，或者隱埋傳感器的空腔上方設(shè)置保護(hù)蓋板，蓋板上的鍵合環(huán)區(qū)域?yàn)閹в芯彌_腔的雙墻結(jié)構(gòu)，該雙墻結(jié)構(gòu)用于單個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器集成的真空封裝，或用于整個(gè)傳感器模塊的真空封裝。
9.如權(quán)利要求1中所述的多自由度微傳感器模塊的系統(tǒng)級(jí)封裝，其特征在于多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器、GPS/北斗導(dǎo)航芯片以及ASIC集成電路利用中介層進(jìn)行垂直堆疊、垂直加平面堆疊方式進(jìn)行封裝。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的多自由度微傳感器模塊中的系統(tǒng)級(jí)封裝，其特征在于所述中介層由玻璃材料制作，其內(nèi)部連接方式為銅柱直接連接或銅柱上加有鉛或無(wú)鉛焊料進(jìn)行連接，中介層上面的通孔的直徑要比銅柱的直徑要大，以保證足夠的裝配公差，以及在使用和可靠性測(cè)試中銅柱與側(cè)壁不碰撞，銅柱裝配后的通孔由低模量的材料(包括硅膠)進(jìn)行填充或不填充。
11.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的多自由度微傳感器模塊的系統(tǒng)級(jí)封裝，其特征在于將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器以及專用集成電路采用陣列式引線框架封裝方式，在框架上組成陣列分布，各傳感器和集成電路通過金凸點(diǎn)焊球與框架連接，所述金凸點(diǎn)焊球采用引線鍵合技術(shù)進(jìn)行植球制作，所述引線框架為普通的引線框架或是經(jīng)沖壓具有低應(yīng)力的引線框架。
12.如權(quán)利要求1所述的多自由度微傳感器模塊的圓片級(jí)塑料封裝，其特征在于晶圓作為晶圓級(jí)封裝平臺(tái)，將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀、多自由度MEMS磁傳感器、MEMS壓力傳感器以及模塊必要的ASIC集成電路通過粘附劑鍵合到晶圓上，晶圓采用微細(xì)玻璃球高摻雜塑料，通過低溫加工，用塑料將微細(xì)玻璃球粘合在一起制作成的晶圓，其熱膨脹系數(shù)可以達(dá)到7-9ppm。其塑料晶圓可以通過傳統(tǒng)IC工藝在表面制作電路實(shí)現(xiàn)平面互連，也可以通過激光打孔工藝實(shí)現(xiàn)垂直互連。
13.如權(quán)利要求1所述的多自由度微傳感器模塊的真空封裝，其特征在于將多自由度MEMS加速度計(jì)、多自由度MEMS陀螺儀垂直堆疊或者水平堆疊在基板上與蓋帽鍵合進(jìn)行真空封裝，在真空封裝結(jié)構(gòu)之外采用蓋帽與基板進(jìn)鍵合進(jìn)行真空封裝，再與MEMS壓力傳感器、多自由度MEMS磁傳感器進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)封裝集成，該雙真空封裝結(jié)構(gòu)可以用于單個(gè)傳感器的封裝，也可以用于多個(gè)傳感器的封裝。
14.如權(quán)利要求13所述的多自由度微傳感器模塊的真空封裝，其特征在于和基板進(jìn)行鍵合形成真空腔的蓋帽上的鍵合環(huán)區(qū)域采用帶有緩沖腔的雙墻結(jié)構(gòu)，該雙墻結(jié)構(gòu)既可以用于單個(gè)傳感器或者多個(gè)傳感器集成的真空封裝，也可以用于整個(gè)傳感器模塊的真空封裝。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103968886SQ201310044773
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月4日
【發(fā)明者】劉勝, 羅璋, 曹鋼, 徐春林, 胡暢, 王小平 申請(qǐng)人:劉勝