一种新型的mems陀螺仪一体化封装的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，包括以下步骤：1）互连：采用低温陶瓷共烧技术，制造互连的陶瓷基板，使MEMS陀螺结构与ASIC芯片之间形成电气连接；2）封装准备：将LTCC陶瓷基板做成一个整体的无引线封装形式，将互连的MEMS陀螺结构及ASIC芯片需引出的功能脚直接引出至LTCC陶瓷基板的背面；在LTCC陶瓷基板上设置一金属围框；3）一体化封装：将金属盖板与金属围框进行全气密性封装，形成一体化封装。本发明提出的一体化封装方式具有很强的通用性，成本低，易于实现，且可靠性高。
【专利说明】一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，属于电子【技术领域】。
【背景技术】
[0003]MEMS( Micro Electro-Mechanical System)陀螺仪是微小型惯性导航系统中重要的传感器之一，其性能的优劣直接影响了惯导系统的导航精度。以往的MEMS陀螺仪多用于一些电子玩具或者手机等一些对可靠性以及精度要求不太高的场合，但是随着半导体工艺的不断发展，MEMS陀螺仪性能得到了大幅度的提高，MEMS陀螺仪以其低廉的价格、较小的尺寸，取代了越来越多的传统陀螺，应用场合也越来越多。
[0004]但是随着应用场合的增加，对MEMS陀螺仪的外形结构以及可靠性提出了更高的要求，目前MEMS陀螺仪的封装方式有:金属外壳封装、陶瓷外壳封装、基于HTCC多层基板的封装，金属外壳和陶瓷外壳封装尺寸偏大，且不方便敏感结构与信号处理电路互连功能的实现，基于HTCC多层基板的封装可以实现敏感结构与信号处理电路的互连，但是对微小信号的传输损耗大且比较昂贵。一种好的互连方式和封装方式会极大的扩大MEMS陀螺仪的应用场合，提高其可靠性，减少成本和体积。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，提高MEMS陀螺仪的可靠性。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，其特征是，包括以下步骤:
1)互连:采用低温陶瓷共烧技术，制造互连的陶瓷基板，使MEMS陀螺结构与ASIC芯片之间形成电气连接；
2)封装准备:将LTCC陶瓷基板做成一个整体的无引线封装形式，将互连的MEMS陀螺结构及ASIC芯片需引出的功能脚直接引出至LTCC陶瓷基板的背面；
在LTCC陶瓷基板上设置一金属围框；
3)—体化封装:将金属盖板与金属围框进行全气密性封装，形成一体化封装。
[0007]所述金属围框与LTCC基板通过真空共晶焊的方式相连。
[0008]步骤2)中，将LTCC陶瓷基板做成一个整体的无引线封装形式，即通过在LTCC陶瓷基板上激光打孔以及导带内埋，将互连的MEMS陀螺结构及ASIC芯片需引出的功能脚直接引出至LTCC陶瓷基板的背面；
步骤3)中，将金属盖板与加上金属围框后的LTCC陶瓷基板在氮气环境下，采用平行封焊的方法，进行全气密性封装，形成一体化封装。
[0009]本发明所达到的有益效果: 本发明提出的一体化封装方式具有很强的通用性，成本低，易于实现，且可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1陶瓷基板图；
图2背面引脚图；
图3增加围框后的陶瓷基板图；
图4 一体化封装图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0012]本发明的一体化封装主要分为3个步骤，一是完成敏感结构与信号处理电路的互连，二是完成以陶瓷基板作为衬底的封装前准备工作，三是完成一体化封装。
[0013]1.互连方法
作为一体化封装的基础，本发明采用国内领先的低温陶瓷共烧(LTCC)技术，制造互连的陶瓷基板，完成不同的MEMS陀螺结构与ASIC之间的电气连接。
[0014]LTCC工艺技术是近20年来在国内出现的一种新型工艺手段，低温陶瓷共烧(LTCC)技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并可按照需要，将导带和多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900°C下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。
[0015]由于可以在陶瓷基板上粘接无源和有源器件，也可以印制导带，因此制造不同尺寸和不同走线的陶瓷基板，就可以满足各种不同的MEMS陀螺结构与ASIC之间的电气连接需要。本发明选取了一种陀螺结构和ASIC进行互连，制造的陶瓷基板见图1。
[0016]2.封装准备工作
本发明所采用的封装方式就是在低温陶瓷共烧(LTCC)技术制造的基板的基础上，将整个LTCC陶瓷基板做成一个整体的无引线封装形式。
[0017]在陶瓷基板上粘接好的MEMS陀螺结构和ASIC芯片，在完成基本的电气连接之后，还需要和后续的信号采集系统或者上位机相连，因此要把与后续设备连接的功能脚引出。传统的做法是将陶瓷基板粘接在一个管壳内，然后通过金丝键合的方式，将陀螺仪的功能脚与管壳的引脚相连，从而达到引出的目的。但是这种做法成本较高昂，尺寸也较大，不利于应用。本发明所采用的方法，是利用LTCC陶瓷基板可以激光打孔以及导带内埋的技术，将互连好的MEMS陀螺结构以及ASIC芯片需引出的功能脚，直接引出至LTCC陶瓷基板的背面，这样即节约了成本，也减小了体积，更因为减少了一次转接，也可以增加MEMS陀螺仪的可靠性。外引脚图见图2。
[0018]但是光是将功能脚引出来还不足以完成MEMS陀螺仪的封装准备，由于在很多应用场合，MEMS陀螺仪需工作在很恶劣的条件下，因此对MEMS陀螺仪的要求很高，比如气密性、绝缘性、耐腐蚀性、长时间保存等各种要求。
[0019]本发明在LTCC陶瓷基板上增加了一个金属围框，一是为了更好的保护MEMS陀螺结构和ASIC芯片，二是可以通过金属围框完成MEMS陀螺仪的冲氮全气密性封装。金属围框与LTCC基板通过真空共晶焊的方式相连，加上金属围框后的LTCC基板见图3。
[0020]3.一体化封装
将金属盖板与加上围框后的LTCC陶瓷基板在氮气环境下，采用平行封焊的方法，进行全气密性封装之后，就完成了本发明的一体化封装。一体化封装图见图4。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，其特征是，包括以下步骤: 1)互连:采用低温陶瓷共烧技术，制造互连的陶瓷基板，使MEMS陀螺结构与ASIC芯片之间形成电气连接； 2)封装准备:将LTCC陶瓷基板做成一个整体的无引线封装形式，将互连的MEMS陀螺结构及ASIC芯片需引出的功能脚直接引出至LTCC陶瓷基板的背面； 在LTCC陶瓷基板上设置一金属围框； 3)—体化封装:将金属盖板与金属围框进行全气密性封装，形成一体化封装。
2.根据权利要求1所述的一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，其特征是，所述金属围框与LTCC基板通过真空共晶焊的方式相连。
3.根据权利要求1所述的一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，其特征是，步骤2)中，将LTCC陶瓷基板做成一个整体的无引线封装形式，即通过在LTCC陶瓷基板上激光打孔以及导带内埋，将互连的MEMS陀螺结构及ASIC芯片需引出的功能脚直接引出至LTCC陶瓷基板的背面。
4.根据权利要求1所述的一种新型的MEMS陀螺仪一体化封装，其特征是，步骤3)中，将金属盖板与加上金属围框后的LTCC陶瓷基板在氮气环境下，采用平行封焊的方法，进行全气密性封装，形成一体化封装。
【文档编号】B81B7/02GK104330080SQ201410624654
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】王晓臣, 康宝鹏, 凌波, 李 杰, 鞠莉娜 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心