適用于mems傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器芯片領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在MEMS傳感器的設(shè)計(jì)制作過程中，都希望傳感器有很高的靈敏度以便能夠檢測十分微小的信號(hào)，但由于傳感器在制作和封裝的過程中，特別是封裝過程中將不可避免的弓丨入應(yīng)力，其中任何微小的應(yīng)力改變都可能影響傳感器的工作狀態(tài)，因此，我們在設(shè)計(jì)壓力傳感器時(shí)必須盡量降低非待測量引起的傳感器輸出改變。封裝應(yīng)力，特別是由封裝引起的熱應(yīng)力極大的影響著采用MEMS工藝制作的傳感器(包括:加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器、離子阱等)的檢測精度。
[0003]溫度漂移是檢驗(yàn)傳感器性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它主要是由溫度引起的熱應(yīng)力伴隨著環(huán)境溫度的改變隨時(shí)產(chǎn)生的，這部分的應(yīng)力只能通過合理的設(shè)計(jì)封裝工藝來盡量減小。
[0004]MEMS傳感器的封裝包括前封裝和后封裝兩個(gè)步驟。
[0005]前封裝大多采用陽極鍵合技術(shù)(硅一有機(jī)玻璃)和硅直接鍵合技術(shù)(硅一硅)，以避免鍵合材料的熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的鍵合應(yīng)力；后封裝則要為芯片提供機(jī)械保護(hù)、固定支撐、便于性能測試所需的引線焊接、與待測物理量的良好接觸，并且將封裝造成的熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械損傷降低到盡可能小。
[0006]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，能有效降低MEMS傳感器溫度漂移。
[0008]本實(shí)用新型的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，包括管座和MEMS傳感器芯片，在管座的外部設(shè)有支撐層，支撐層上設(shè)有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽，所述MEMS傳感器芯片嵌入該凹槽內(nèi)，并有相對自由的活動(dòng)間隙；
[0009]在支撐層的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片相適配的位置處安置有四個(gè)限位片，以防止所述MEMS傳感器芯片從凹槽中滑出。
[0010]進(jìn)一步的，在限位片的表面設(shè)有過渡焊盤，芯片中焊盤首先與過渡焊盤焊接，再由過渡焊盤與引腳焊接。
[0011]進(jìn)一步的，所述支撐層采用陶瓷、橡膠、聚四氟等材料加工。
[0012]進(jìn)一步的，所述凹槽的長度略大于芯片的長度，大于的長度〈0.1mm，使得芯片恰好嵌入支撐層的凹槽內(nèi)。
[0013]進(jìn)一步的，所述活動(dòng)間隙的寬度在0.08-0.12mm，優(yōu)先0.1mm。
[0014]進(jìn)一步的，所述支撐層通過環(huán)氧膠、樹脂、硅橡膠等材料粘接在管座上。
[0015]進(jìn)一步的，所述限位片與支撐層通過硅橡膠粘接，粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面，高于的高度〈0.1mm。
[0016]借由上述方案，本實(shí)用新型至少具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型提供的后封裝方式，較傳統(tǒng)的封裝方式的創(chuàng)新在于:在管座與芯片之間加入了支撐層和限位塊。由于沒有將傳感器芯片與封裝結(jié)構(gòu)鍵合為固定的一體，而保證了芯片有一定裕度的活動(dòng)空間，從而將傳感器的封裝應(yīng)力降低到最小，同時(shí)為傳感器芯片提供了有效的物理支撐和機(jī)械保護(hù)。
[0017]支撐層可以采用陶瓷、橡膠、聚四氟等材料加工，槽的內(nèi)部安方芯片，槽邊的長度略大于芯片的長度，使得芯片恰好嵌入支撐層的凹槽內(nèi)，并有相對自由的活動(dòng)間隙。間隙的寬度在0.1mm左右為宜，避免在大沖擊時(shí)，芯片受損。支撐層可通過環(huán)氧膠、樹脂、硅橡膠等粘接在管座上。
[0018]為了防止傳感器芯片從槽中滑出，設(shè)計(jì)了限位結(jié)構(gòu)，即在支撐層的上表面邊框上安置4個(gè)限位片(玻璃材料或者PCB)。限位片與支撐層通過硅橡膠粘接，粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面(〈0.1mm)。
[0019]由于支撐結(jié)構(gòu)較大，導(dǎo)致芯片與管座中管腳的距離較遠(yuǎn)，為傳感器引線的引出增加了難度。如果直接將芯片中焊盤與引腳直接焊接，則會(huì)導(dǎo)致傳感器的可靠性和耐沖擊能力下降。為此，在限位片的表面設(shè)計(jì)了一個(gè)過渡焊盤，芯片中焊盤首先與過渡焊盤焊接，再由過渡焊盤與引腳焊接，提升了焊線的牢固程度，保證了封裝的可靠性。
[0020]上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0022]圖2是圖1的俯視圖；
[0023]圖3是測試時(shí)采用的敏感芯片總體結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4是實(shí)施例中兩種不同的封裝結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)對比。
[0025]1、管座；2、支撐層；3、凹槽；4、MEMS傳感器芯片；5、限位片；6、過渡焊盤。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。
[0027]參見圖1和圖2，本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例所述的一種適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，包括管座I和MEMS傳感器芯片4，在管座的外部設(shè)有支撐層2，支撐層2上設(shè)有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽3，MEMS傳感器芯片嵌入該凹槽3內(nèi)，并有相對自由的活動(dòng)間隙；活動(dòng)間隙的寬度在0.1mm左右。
[0028]在支撐層2的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片相適配的位置處安置有四個(gè)限位片5，防止MEMS傳感器芯片從凹槽中滑出；在限位片的表面設(shè)有過渡焊盤6，芯片中焊盤首先與過渡焊盤6焊接，再由過渡焊盤與引腳焊接。
[0029]支撐層2通過環(huán)氧膠、樹脂、硅橡膠等材料粘接在管座I上。
[0030]支撐層2采用陶瓷、橡膠、聚四氟等材料加工。
[0031]凹槽3的長度略大于芯片的長度，大于的長度〈0.1mm，芯片恰好嵌入支撐層的凹槽內(nèi)。
[0032]限位片5與支撐層通過硅橡膠粘接，粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面，高于的高度〈0.1mm0
[0033]本實(shí)用新型可以有效的降低傳感器的溫度漂移，以我們使用的MEMS液壓傳感器為例，此壓力傳感器為絕壓傳感器，測量范圍為(50?100)kPa，采用硅壓阻式結(jié)構(gòu)，參見圖3所示，其結(jié)構(gòu)從上到下是由硅片101、真空腔102、鍵合面103和鍵合玻璃104組成。
[0034]之前的封裝方式是將硅橡膠將芯片直接粘貼在陶瓷上。
[0035]將采用直接粘貼方式封裝的傳感器和采用低應(yīng)力封裝的傳感器分別接入同一個(gè)電路，并進(jìn)行測試。
[0036]實(shí)驗(yàn)證明:
[0037]參見圖4所示，在大氣壓力下，在采用直接粘貼方式封裝的傳感器在-40?80°C范圍內(nèi)的溫度漂移大于5% FS，不能滿足應(yīng)用要求，而采用低應(yīng)力封裝方式的傳感器的溫漂為低于0.5% FS,降低了 10倍以上。
[0038]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本實(shí)用新型，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，包括管座(I)和MEMS傳感器芯片(4)，其特征在于:在管座的外部設(shè)有支撐層(2)，支撐層(2)上設(shè)有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽(3)，所述MEMS傳感器芯片(4)嵌入該凹槽(3)內(nèi)，并有相對自由的活動(dòng)間隙； 在支撐層(2)的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片(4)相適配的位置處安置有四個(gè)限位片(5)，以防止所述MEMS傳感器芯片(4)從所述凹槽(3)中滑出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述限位片(5)的表面設(shè)有過渡焊盤出)，MEMS傳感器芯片中焊盤首先與過渡焊盤焊接，再由過渡焊盤與引腳焊接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述支撐層(2)采用陶瓷、橡膠或聚四氟材料加工。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述凹槽(3)的長度略大于芯片的長度，大于的長度〈0.lmm, MEMS傳感器芯片(4)恰好嵌入支撐層⑵的凹槽⑶內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述活動(dòng)間隙的寬度為0.08-0.12mm。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述活動(dòng)間隙的寬度為0.1mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述支撐層(2)通過環(huán)氧膠、樹脂或硅橡膠材料粘接在管座(I)上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述限位片(5)與支撐層(2)通過硅橡膠粘接，粘接后的限位片(5)下表面略高于芯片上表面，高于的高度〈0.1mm0
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及傳感器芯片領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于MEMS傳感器芯片的低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，包括管座和MEMS傳感器芯片，在管座的外部設(shè)有支撐層，支撐層上設(shè)有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽，MEMS傳感器芯片嵌入該凹槽內(nèi)，并有相對自由的活動(dòng)間隙；在支撐層的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片相適配的位置處安置有四個(gè)限位片，防止所述MEMS傳感器芯片從凹槽中滑出。由于沒有將傳感器芯片與封裝結(jié)構(gòu)鍵合為固定的一體，而保證了芯片有一定裕度的活動(dòng)空間，從而將傳感器的封裝應(yīng)力降低到最小，同時(shí)為傳感器芯片提供了有效的物理支撐和機(jī)械保護(hù)。
【IPC分類】G01D11/00, G01D21/02, G01L19/00
【公開號(hào)】CN204903075
【申請?zhí)枴緾N201520342349
【發(fā)明人】林相平
【申請人】林相平
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年5月25日