Mems芯片的封装结构及封装方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及元器件封装技术领域，尤其涉及一种MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)芯片的封装结构及封装方法。
【背景技术】
[0002]MEMS(Micro-EIectro-Mechanical System，微机电系统)是在传统集成电路技术上发展而来的一门新兴技术，通过制作微米尺度的机械结构来实现传感或驱动功能。由于其大小与常规的毫米或者厘米的功能模块之间存在很大的差异，因此需要通过封装来实现电信号在不同尺度的模块间的相互传递，在实现信号传输的过程中，封装本身要尽可能减小对MEMS芯片的影响，同时还要保护MEMS芯片不受外部环境干扰因素的影响。
[0003]传统的MEMS芯片的封装主要有:采用金属材料进行封装、采用陶瓷材料进行封装和采用塑料材料进行封装三种方式。其中，陶瓷封装由于其导热性能好，气密性好等优点被广泛使用。MEMS芯片的封装结构通常包括封装外壳、固定基座、将MEMS芯片固定在所述基座上的焊料或贴片胶以及盖层，通过将MEMS芯片焊接或粘贴在固定基座上实现传感器或驱动器的固定。但是不论采用何种封装材料，这种结构均存在一个很大的缺陷，即封装结构会不可避免的向MEMS芯片施加应力，极大地降低传感器或驱动器的性能，严重时甚至使其失效，具体阐述原因如下:
[0004]由于MEMS芯片器件的核心功能由其内部的微小可动部件来实现，因此封装时必须考虑封装引起的应力对传感器或驱动器的器件性能造成的影响。现在主流的MEMS芯片大多由硅材料制成，而传统的陶瓷封装方式中所采用的陶瓷多为氧化铝、氮化铝，该材料与MEMS芯片的材料(硅)的热膨胀系数差别较大，当封装时或封装后的器件温度发生变化时，不同材料的收缩或膨胀程度不同，由此产生的应力失配就会导致MEMS芯片的封装外壳以及MEMS芯片本身发生变形，进而影响MEMS芯片里面的微米尺度的机械结构性能，甚至直接导致MEMS芯片器件失效。此外，封装外壳与外界相连，亦有可能将一些不必要的外部环境干扰，例如，震荡、冲击和应力等传递到MEMS芯片之上。
[0005]因此需要找到一种新的封装方法来解决封装所带来的应力和外部环境干扰问题。
【发明内容】
[0006]本申请解决的技术问题之一是提供一种MEMS芯片的封装结构及封装方法，减小封装应力和外部环境干扰对MEMS芯片器件性能造成的影响。
[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种MEMS芯片的封装结构，包括:
[0008]外壳，用于放置所述MEMS芯片；
[0009]引线，用于牵引所述MEMS芯片，使其悬浮在外壳内部，不与外壳接触。
[0010]根据本发明的其中一个方面，其中所述外壳包括基板和盖层，所述基板用于固定待封装的MEMS芯片，所述盖层和基板构成密封腔体，用于密封所述MEMS芯片。
[0011]根据本发明的其中一个方面，其中，所述MEMS芯片与所述基板平行。
[0012]根据本发明的其中一个方面，其中，所述引线为金属引线，用于实现MEMS芯片与外壳之间的电连接。
[0013]根据本发明的其中一个方面，其中，所述金属引线的材料为金、铜、铝、钨中的一种或几种的组合，或包含上述一种或几种材料在内的金属合金。
[0014]根据本发明的其中一个方面，其中，所述金属引线的直径为I?ΙΟΟμπι。
[0015]根据本发明的其中一个方面，其中，所述引线的数目大于等于两条;其中，所述引线的数目为偶数;其中，所述引线关于芯片对称分布。
[0016]根据本发明的其中一个方面，其中，所述封装结构还包括:阻滞填充物，用于填充所述外壳与MEMS芯片之间的空隙。
[0017]根据本发明的其中一个方面，其中，所述阻滞填充物为电绝缘物质；其中，所述阻滞填充物为可流动的凝胶类、油类。
[0018]根据本发明的其中一个方面，其中，所述外壳上具有注油孔，用于向密封腔体内注入阻滞填充物。
[0019]根据本发明的其中一个方面，其中，所述引线所能承受的最小力的和大于MEMS芯片的重力。
[0020]相应的，本发明还提供了一种MEMS芯片传感器或驱动器的封装方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0021]a.提供外壳，在所述外壳底部形成预固定装置；
[0022]b.将MEMS芯片固定在所述预固定装置上；
[0023]c.通过引线将MEMS芯片与所述外壳连接；
[0024]d.使所述预固定装置与MEMS芯片分离。
[0025]根据本发明的其中一个方面，其中，所述外壳包括基板和盖层，所述基板用于固定待封装的MEMS芯片，所述盖层和基板构成密封腔体，用于密封所述MEMS芯片。
[0026]根据本发明的其中一个方面，其中，在步骤d之后还包括步骤e:
[0027]用盖层将所述MEMS芯片密封在所述外壳中。
[0028]根据本发明的其中一个方面，其中，所述外壳上具有注油孔。
[0029]根据本发明的其中一个方面，其中，在步骤e之后还包括步骤f:
[0030]通过注油孔向所述密封腔体中填充阻滞填充物，用于填充所述外壳与MEMS芯片之间的空隙。
[0031]根据本发明的其中一个方面，其中，所述阻滞填充物为电绝缘物质；其中，所述阻滞填充物为可流动的凝胶类、油类。
[0032]根据本发明的其中一个方面，其中，所述MEMS芯片与所述基板平行。
[0033]根据本发明的其中一个方面，其中，所述预固定装置为可失效粘结剂。
[0034]根据本发明的其中一个方面，其中，在步骤d中，使所述预固定装置与MEMS芯片分离的方法为使所述粘结剂失效。
[0035]根据本发明的其中一个方面，其中，所述可失效粘结剂为丙烯酸脂胶、环氧胶或双面粘接膜。
[0036]根据本发明的其中一个方面，其中，在步骤d中，使所述预固定装置与MEMS芯片分离的方法为用紫外线照射、激光照射、化学试剂溶解和\或加热升温。
[0037]根据本发明的其中一个方面，其中，在步骤d中，使所述预固定装置与MEMS芯片分离的方法为去除所述预固定装置。
[0038]根据本发明的其中一个方面，其中，所述引线为金属引线，用于实现MEMS芯片与外壳之间的电连接。
[0039]根据本发明的其中一个方面，其中，所述金属引线的材料为金、铜、铝、钨中的一种或几种的组合，或包含上述一种或几种材料在内的金属合金。
[0040]根据本发明的其中一个方面，其中，所述金属引线的直径为I?ΙΟΟμπι。
[0041]根据本发明的其中一个方面，其中，所述金属引线的数目大于等于两条;所述引线的数目为偶数;其中，其特征在于，所述引线关于芯片对称分布。
[0042]根据本发明的其中一个方面，其中，在步骤c中，所有引线所能承受的最小力的和大于MEMS芯片的重力。
[0043]本申请提出了一种新的MEMS芯片的封装方法，用引线结构将MEMS芯片固定在封装结构内，使其悬空在封装结构内部，不与封装基板接触，从而彻底隔离封装所导致的应力，并因此受外部环境干扰较少，极大地改善了 MEMS芯片整体性能。根据本发明的一个方面，通过对连接线的双重应用，将本来只用于电连接的金属引线或电缆同时用做机械牵引线，在实现了传感器或驱动器的固定的同时极大地简化了工艺，节约了成本。
[0044]本领域普通技术人员将了解，虽然下面的详细说明将参考图示实施例、附图进行，但本申请并不仅限于这些实施例。而是，本申请的范围是广泛的，且意在仅通过后附的权利要求限定本申请的范围。
【附图说明】
[0045]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0046]图1至图9是根据本申请一个实施例的MEMS芯片封装方法中，不同步骤中芯片的剖面图或俯视图；
[0047]图10至图17是根据本申请的另一个实施例的MEMS芯片封方法中，不同步骤中芯片的剖面图或俯视图；
[0048]附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0049]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0050]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0051]根据本申请的一个方面，提供了一种MEMS芯片的封装结构，包括:外壳，用于放置所述MEMS芯片；引线，用于牵引所述MEMS芯片，使其悬浮在外壳内部，不与