MEMS传感器及其封装结构的制作方法

mems传感器及其封装结构
技术领域
1.本技术涉及mems传感器技术领域，更具体地，mems传感器及其封装结构。


背景技术：

2.基于微机电系统(micro electro mechanical systems，mems)制造的传感器被称为mems传感器，mems传感器由于极小的体积、良好的性能而被受重视。mems传感器通常包括微机电结构芯片以及与微机电结构芯片电连接的信号处理芯片，为了防止芯片的破碎、减少环境对芯片的干扰，需要通过设置封装结构保护mems传感器中的微机电结构芯片电和信号处理芯片。
3.在mems传感器的封装过程中，具有一些需要单独针对信号处理芯片的步骤，由于微机电结构和信号处理芯片固定在同一空腔中，微机电结构难免会受到一些影响。尤其是在信号处理芯片的表面喷射保护胶的过程中，保护胶很容易飞溅到微机电结构芯片的感应膜上，这不利于mems传感器工作的稳定性。
4.因此，希望提供一种mems传感器及其封装结构，以改进上述问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种mems传感器及其封装结构，通过将內壳体开口与信号处理芯片对应，且开口并不会暴露微机电结构芯片，因此在通过开口对信号处理芯片进行处理的情况下，减小了对微机电结构芯片的影响和损害。
6.根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种mems传感器的封装结构，包括：基板；內壳体，与所述基板固定连接，并与所述基板形成空腔；以及外壳体，包围所述內壳体，其中，所述內壳体具有开口，所述外壳体密封所述空腔。
7.可选地，还包括粘接层，固定连接所述內壳体与所述外壳体，其中，在靠近所述基板处，所述粘接层连续地围绕所述内壳体。
8.可选地，所述基板具有通孔，与所述內壳体的开口相互错开。
9.根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种mems传感器，包括：封装结构；以及电连接的微机电结构芯片与信号处理芯片，所述微机电结构芯片与所述信号处理芯片均位于所述封装结构的空腔中，其中，所述封装结构包括：基板、具有开口的內壳体以及外壳体，所述內壳体与所述基板固定连接，并与所述基板形成所述空腔，所述外壳体包围所述內壳体，并遮挡所述开口，所述信号处理芯片固定在所述基板上，所述开口的位置与所述信号处理芯片对应，所述微机电结构芯片与所述开口相互错开。
10.可选地，还包括在所述信号处理芯片表面的保护层，所述开口作为向所述信号处理芯片表面进行喷涂以形成所述保护层的喷涂口。
11.可选地，所述开口的尺寸不小于所述信号处理芯片的尺寸。
12.可选地，所述封装结构还包括粘接层，固定连接所述內壳体与所述外壳体，其中，在靠近所述基板处，所述粘接层连续地围绕所述内壳体。
13.可选地，所述基板具有通孔，与所述內壳体的开口相互错开，其中，所述微机电结构芯片固定在所述基板上，所述通孔与所述微机电结构芯片的感应膜对应。
14.可选地，所述微机电结构芯片包括麦克风芯片、压力传感器芯片、骨传导芯片中的至少之一。
15.可选地，所述信号处理芯片包括音频放大器芯片。
16.根据本实用新型实施例提供的mems传感器及其封装结构，该封装结构通过內壳体与基板形成空腔，mems传感器的微机电结构芯片与信号处理芯片均位于该空腔内部，其中，內壳体具有与信号处理芯片对应的开口，而微机电结构芯片与內壳体的开口相互错开，既內壳体的开口并不会暴露微机电结构芯片，因此在通过內壳体的开口对信号处理芯片进行处理的情况下，减小了对微机电结构芯片的影响。
17.通过外壳体密封內壳体与基板形成的空腔，可以防止脏污在mems传感器在运输或实用的过程中通过內壳体的开口进入空腔的内部，保证了mems传感器空腔的清洁度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本技术的一些实施例，而非对本技术的限制。
19.图1示出了本实用新型实施例的mems传感器结构的透视图。
20.图2至图9示出了本实用新型实施例的mems传感器的一些封装步骤中的示意图。
具体实施方式
21.以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
22.应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
23.如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在
……
上面”或“在
……
上面并与之邻接”等表述方式。
24.在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
25.本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
26.图1示出了本实用新型实施例的mems传感器结构的透视图。
27.如图1所示，本实用新型实施例的mems传感器1000包括：封装结构、微机电结构芯片100以及信号处理芯片200，其中，微机电结构芯片100与信号处理芯片200电连接，且均位于封装结构的空腔内部。下面将结合图2至图9对mems传感器1000的封装结构和封装步骤进行详细的说明。
28.在本实施例中，mems传感器1000的封装结构包括：基板310、內壳体320以及外壳体
330。在封装过程中，需要将微机电结构芯片100和信号处理芯片200固定在基板310上，如图2与图3所示，其中，图3是沿图2中aa线所截的截面图。
29.在一些具体的实施例中，基板310具有通孔311，基板310例如采用印制电路板(printed circuit board，pcb)实现，微机电结构芯片100为麦克风芯片，其背腔101和感应膜均与通孔311连通。信号处理芯片200为音频放大器芯片，信号处理芯片200例如采用专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)实现。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对基板310、微机电结构芯片100的种类进行其他设置，例如微机电结构芯片100还可以为压力传感器芯片或骨传导芯片，信号处理芯片200的功能随微机电结构芯片100的种类改变而进行相应的调整。
30.在该步骤中，微机电结构芯片100与信号处理芯片200通过粘合剂固定在基板310对应位置，其中，微机电结构芯片100使用具有抗应力和缓冲作用的硅胶粘接到基板310上，信号处理芯片200使用环氧胶粘接到基板310上，微机电结构芯片100、信号处理芯片200以及基板310之间通过键合线实现电气连接。
31.进一步的，将內壳体320扣在基板310上，內壳体320与基板310固定连接并与基板310形成用于容置微机电结构芯片100和信号处理芯片200的空腔301，如图4与图5所示，其中，图5是沿图4中aa线所截的截面图。在该步骤中，使用锡膏并通过smt技术将內壳体320贴装到基板310的焊环处。
32.在本实施例中，內壳体320具有开口321，开口321的位置与信号处理芯片200对应，通孔311和微机电结构芯片100均与开口321相互错开，微机电结构芯片100的顶部被內壳体320遮盖。
33.在一些具体的实施例中，內壳体320的材料为金属或绝缘材料，內壳体320的开口321尺寸不小于信号处理芯片200的尺寸。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对內壳体320的材料、开口321的尺寸进行其他设置。
34.进一步的，在信号处理芯片200表面形成的保护层10，內壳体320的开口321作为向信号处理芯片200表面进行喷涂以形成保护层10的喷涂口，如图6与图7所示，其中，图7是沿图6中aa线所截的截面图。
35.在该步骤中，保护层10为胶体，在经过开口321喷涂至信号处理芯片200表面的过程中，由于微机电结构芯片100顶部被內壳体320遮挡，胶体不会轻易地飞溅到微机电结构芯片100上以及被內壳体320遮挡住的空腔301中，不仅保护了微机电结构芯片100，也在一定程度上保证了空腔301内部的洁净度。
36.然而，本实用新型并不限于此，该內壳体320的开口321还可以在其他仅单独针对信号处理芯片200的封装步骤中发挥作用，从而保护了电结构芯片100。
37.进一步的，在內壳体320的表面形成粘接层20，如图6与图7所示，其中，在靠近基板100处，粘接层20连续地围绕内壳体320，粘接层20的材料包括但不限于锡膏。
38.进一步的，采用外壳体330将內壳体320包围，并扣在基板310上，以遮挡內壳体320的开口321并封闭空腔301，如图8与图9所示，其中，图9是沿图8中aa线所截的截面图。
39.在该步骤中，例如采用smt技术将外壳体330贴装到內壳体320上，粘接层20将外壳体330与內壳体320固定连接，由于粘接层20连续地围绕内壳体320，外壳体330能够更好的封闭空腔301，提高了空腔301的密闭性。在一些其他实施例中，外壳体330还与基板310固定
连接。在一些具体的实施例中，外壳体330的材料为金属或绝缘材料。
40.根据本实用新型实施例提供的mems传感器及其封装结构，该封装结构通过內壳体与基板形成空腔，mems传感器的微机电结构芯片与信号处理芯片均位于该空腔内部，其中，內壳体具有与信号处理芯片对应的开口，而微机电结构芯片与內壳体的开口相互错开，既內壳体的开口并不会暴露微机电结构芯片，因此在通过內壳体的开口对信号处理芯片进行处理的情况下，减小了对微机电结构芯片的影响。
41.通过外壳体密封內壳体与基板形成的空腔，可以防止脏污在mems传感器在运输或实用的过程中通过內壳体的开口进入空腔的内部，保证了mems传感器空腔的清洁度。
42.与mems传感器的封装工艺相比，采用表贴工艺能够使得mems传感器承受很高的回流焊温度，容易与cmos工艺及其它音频电路相集成，并具有改进的噪声消除性能与良好的rf及emi抑制能。
43.在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
44.以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。