Mems傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及元器件封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS (微機(jī)械系統(tǒng))是在傳統(tǒng)集成電路技術(shù)上發(fā)展而來的一門新興技術(shù)，通過制作微米納米尺度的機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)感知或執(zhí)行功能。由于其大小與常規(guī)的毫米或者厘米的功能模塊之間存在很大的差異，因此需要通過封裝來實(shí)現(xiàn)電信號在不同尺度的模塊間的相互傳遞，在實(shí)現(xiàn)信號傳輸?shù)倪^程中，封裝本身要盡可能減小對MEMS芯片的影響，同時還要保護(hù)MEMS芯片不受外部環(huán)境干擾因素的影響。
[0003]傳統(tǒng)的MEMS傳感器芯片的封裝主要有:采用金屬材料進(jìn)行封裝、采用陶瓷材料進(jìn)行封裝和采用塑料材料進(jìn)行封裝三種方式。其中，陶瓷封裝由于其導(dǎo)熱性能好，氣密性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。
[0004]由于MEMS傳感器器件的核心功能由其內(nèi)部的微小可動部件來實(shí)現(xiàn)，因此封裝時必須考慮封裝引起的應(yīng)力對傳感器的器件性能造成的影響?，F(xiàn)在主流的MEMS傳感器芯片大多由硅材料制成，而傳統(tǒng)的陶瓷封裝方式中所采用的陶瓷多為氧化鋁、氮化鋁，該材料與MEMS傳感器芯片的材料(硅)的熱膨脹系數(shù)差別較大，當(dāng)封裝時或封裝后的器件溫度發(fā)生變化時，不同材料的收縮或膨脹程度不同，由此產(chǎn)生的應(yīng)力失配就會導(dǎo)致MEMS傳感器芯片的封裝管殼以及MEMS芯片本身發(fā)生變形，進(jìn)而影響MEMS傳感器芯片器件性能，甚至直接導(dǎo)致MEMS傳感器芯片器件失效。
[0005]因此需要找到一種新的封裝方法來解決封裝所帶來的熱應(yīng)力問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請解決的技術(shù)問題之一是提供一種MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，減小封裝熱應(yīng)力對MEMS傳感器器件性能造成的影響。
[0007]根據(jù)本申請一方面的一個實(shí)施例，提供了一種MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，包括:
[0008]氮化硅陶瓷基座，用于固定MEMS傳感器芯片；
[0009]內(nèi)部焊盤，位于所述氮化硅陶瓷基座上表面，與MEMS傳感器芯片的信號輸出端相連；
[0010]外部焊盤，位于所述氮化硅陶瓷基座下表面；
[0011]內(nèi)部電路，用于連接所述內(nèi)部焊盤和外部焊盤；
[0012]金屬蓋，固定于所述氮化硅陶瓷基座的上表面。
[0013]可選地，所述氮化硅陶瓷基座包括至少一層氮化硅陶瓷基板。
[0014]可選地，所述氮化硅陶瓷基板的厚度范圍為0.1?1mm。
[0015]可選地，所述氮化硅陶瓷基板的厚度為0.64_。
[0016]可選地，所述氮化硅陶瓷基座上表面或上下表面設(shè)置有圖形化的金屬銅層。
[0017]可選地，所述金屬銅層厚度范圍為0.02?0.3mm。
[0018]可選地，所述金屬銅層厚度為0.1mm。
[0019]可選地，所述金屬銅層上依次設(shè)置有金屬鎳層和金層。
[0020]可選地，所述金屬蓋的材料為可伐合金。
[0021]可選地，所述內(nèi)部電路包括:各層氮化硅陶瓷基板內(nèi)部的金屬通孔和氮化硅陶瓷基板表面的功能性電路。
[0022]可選地，所述功能性電路包括如下功能中的至少一種:
[0023]信號轉(zhuǎn)換功能、信號調(diào)理功能、控制回路功能、電源電路功能。
[0024]根據(jù)本申請另一方面的一個實(shí)施例，提供了一種MEMS傳感器的封裝方法，包括:
[0025]提供氮化硅陶瓷基座，所述氮化硅陶瓷基座上表面具有一內(nèi)部焊盤，氮化硅陶瓷基座下表面具有一外部焊盤，所述內(nèi)部焊盤與外部焊盤通過內(nèi)部電路連接；
[0026]將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座的上表面；
[0027]連接MEMS傳感器芯片信號輸出端與氮化硅陶瓷基座上表面的內(nèi)部焊盤；
[0028]將金屬蓋固定在氮化硅陶瓷基座上，使得MEMS傳感器芯片被封裝在由所述氮化硅陶瓷基座和所述金屬蓋組成的殼體內(nèi)部。
[0029]可選地，所述氮化硅陶瓷基座包括至少一層氮化硅陶瓷基板。
[0030]可選地，所述氮化娃陶瓷基板的厚度范圍為0.1?1mm。
[0031]可選地，所述氮化硅陶瓷基板的厚度為0.64_。
[0032]可選地，所述氮化硅陶瓷基座上表面或上下表面設(shè)置有圖形化的金屬銅層。
[0033]可選地，所述金屬銅層厚度范圍為0.02?0.3mm。
[0034]可選地，所述金屬銅層厚度為0.1mm。
[0035]可選地，在所述金屬銅層上依次設(shè)置有金屬鎳層和金層。
[0036]可選地，通過貼片膠粘接或者焊料焊接的方式將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座的上表面。
[0037]可選地，所述金屬蓋的材料為可伐合金。
[0038]可選地，通過引線鍵合的方式來連接MEMS傳感器芯片信號輸出端與氮化硅陶瓷基座上表面的內(nèi)部焊盤。
[0039]可選地，所述MEMS傳感器芯片為硅材料制作的慣性傳感器，包括:加速度計(jì)或陀螺儀。
[0040]可選地，將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座的上表面包括:
[0041]將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座上表面的中心位置。
[0042]本申請實(shí)施例利用氮化硅陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)與硅接近的特點(diǎn)，選用氮化硅陶瓷作為封裝MEMS傳感器芯片的基座，可以有效的減小封裝熱應(yīng)力對MEMS傳感器芯片器件性能造成的影響，從而改善MEMS傳感器芯片整體性能。
[0043]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解，雖然下面的詳細(xì)說明將參考圖示實(shí)施例、附圖進(jìn)行，但本申請并不僅限于這些實(shí)施例。而是，本申請的范圍是廣泛的，且意在僅通過后附的權(quán)利要求限定本申請的范圍。
【附圖說明】
[0044]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0045]圖1是根據(jù)本申請一個實(shí)施例的MEMS傳感器封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0046]圖2是根據(jù)本申請一個實(shí)施例的MEMS傳感器封裝結(jié)構(gòu)去掉金屬蓋后的俯視示意圖。
[0047]圖3是根據(jù)本申請一個實(shí)施例的位于氮化硅陶瓷基座中間層的氮化硅陶瓷基板俯視示意圖。
[0048]圖4是根據(jù)本申請一個實(shí)施例的MEMS傳感器封裝方法流程圖。
[0049]圖5所示為采用傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力作用示意圖。
[0050]圖6所示為采用本申請實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力作用示意圖。
[0051 ] 附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖對本申請的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0053]圖1是根據(jù)本申請一個實(shí)施例的一種MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖2是根據(jù)本申請一個實(shí)施例的MEMS傳感器封裝結(jié)構(gòu)去掉金屬蓋后的俯視示意圖。本申請實(shí)施例的MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)用于封裝硅材料制成的MEMS傳感器芯片，該封裝結(jié)構(gòu)包括:氮化硅陶瓷基座10、內(nèi)部焊盤11、外部焊盤12、內(nèi)部電路13、金屬蓋14。
[0054]其中，氮化硅陶瓷基座10，用于固定MEMS傳感器芯片，優(yōu)選的固定在氮化硅陶瓷基座10的中心位置；該氮化硅陶瓷基座10可以包括至少一層氮化硅陶瓷基板101。如圖1中所示為氮化硅陶瓷基座10包括三層氮化硅陶瓷基板101的實(shí)施例。其中，每層氮化硅陶瓷基板101的厚度范圍為0.1?1_，優(yōu)選為0.64_。本申請實(shí)施例的由多層氮化硅陶瓷基板101組成氮化硅陶瓷基座10的方式可以實(shí)現(xiàn)在氮化硅陶瓷基板101之間布線，增加走線數(shù)量。如圖3所示為根據(jù)本申請一個實(shí)施例的位于氮化硅陶瓷基座中間層的氮化硅陶瓷基板101俯視示意圖，可見，在每層氮化硅陶瓷基板101上表面可根據(jù)需要布線。圖3中位于中間層氮化硅陶瓷基板101表面的電路并非限定于此，其僅用于說明在中間層的該氮化硅陶瓷基板101上表面可根據(jù)需要任意布線。該中間層氮化硅陶瓷基板101表面電路通過與上層連接的內(nèi)部焊盤11與上層電路連接，通過與下層連接的內(nèi)部焊盤11來與下層電路實(shí)現(xiàn)連接。
[0055]可選的，在該氮化硅陶瓷基座10上表面或上下表面設(shè)置有圖形化的金屬銅層，使得該氮化硅陶瓷基座的熱膨脹系數(shù)可調(diào)。所述圖形化即，該金屬銅層并非完全覆蓋該氮化硅陶瓷基座10上表面或上下表面，如圖1中所示，針對氮化硅陶瓷基座10的上表面，可以僅在固定MEMS傳感器芯片的位置、固定內(nèi)部焊盤11的位置及固定金屬蓋14的位置設(shè)置金屬銅層。針對氮化硅陶瓷基座10的下表面可以僅在固定外部焊盤12的位置及中心指定范圍設(shè)置金屬銅層。當(dāng)然本申請并不局限于此。其中，所述金屬銅層厚度范圍可以為0.02?0.3_，優(yōu)選為 0.1_。
[0056]另外，可選地，在所述金屬銅層上可以依次設(shè)置有金屬鎳層和金層，例如，如圖1中所示，針對氮化硅陶瓷基座上表面，可以在金屬銅層上依次設(shè)置有金屬鎳層和金層，使得在該位置可以實(shí)現(xiàn)焊接。也可以氮化硅陶瓷基座的上設(shè)置有金屬鎳層和金層，使得在該位置可以實(shí)現(xiàn)焊接。例如，如圖1中所示，針對氮化硅陶瓷基座下表面，在金屬銅層上依次設(shè)置有金屬