一种mems惯性传感器的封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种MEMS惯性传感器的封装结构。
【背景技术】
[0002]微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System)，简称MEMS，是在微电子技术基础上发展起来的集微型机械、微传感器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的一项新兴科学技术。其中，MEMS惯性传感器包括加速度传感器、角速度传感器、IMU惯性测量单元、姿态航向参考系统等。
[0003]目前MEMS器件的电子封装的趋势是向更快、更小、更便宜的方向发展，要求增加性能的同时还缩小尺寸，现有MEMS惯性传感器裸片(MEMS DIE)进行表面贴装时，一般采用引线键合的方式实现与PCB板的电气连接，然后再经过封装工艺实现产品的制作，参考如图1和图2所示，其中MEMS惯性传感器裸片3的底部通过粘接材料2粘接固定于PCB板I上，惯性传感器的焊盘5通过引线4与PCB板的焊盘6电连接进而实现与外部电路的连接。
[0004]如图1和2的这种封装实现方式中采用引线键合会占用较大空间，因此不利于惯性传感器最终产品的进一步减小。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提出一种尺寸减小并且性能可靠的MEMS惯性传感器的封装结构，具体技术方案如下:
[0006]一种MEMS惯性传感器的封装结构，包括:MEMS惯性传感器芯片和PCB板；所述MEMS惯性传感器芯片包括:衬底；位于所述衬底正面的惯性敏感结构；位于所述衬底正面的惯性传感器焊盘；以及封帽；所述封帽与所述衬底连接以形成一密封空腔结构，所述惯性敏感结构位于所述密封空腔结构内部，所述惯性传感器焊盘暴露于所述密封空腔结构外部；其中，所述MEMS惯性传感器芯片倒装于所述PCB板上，所述PCB板在正对所述惯性传感器焊盘的位置设有PCB板焊盘，所述封帽与所述PCB板粘接固定，所述惯性传感器焊盘与所述PCB板焊盘电连接。
[0007]进一步优选的技术方案，所述封帽高于所述惯性传感器焊盘，以形成台阶状的MEMS惯性传感器芯片。
[0008]进一步优选的技术方案，所述PCB板在对应所述封帽的位置开设有凹槽，所述封帽部分嵌入所述凹槽内，所述PCB板焊盘位于所述凹槽外部。
[0009]进一步优选的技术方案，所述封帽的边缘处与所述衬底键合以形成所述密封空腔结构。
[0010]进一步优选的技术方案，所述衬底和所述封帽均为硅片，两者通过高温处理直接键合。
[0011 ] 进一步优选的技术方案，所述封帽为硅片封帽或玻璃封帽。
[0012]进一步优选的技术方案，所述惯性传感器焊盘处预制有焊料凸点。
[0013]进一步优选的技术方案，所述PCB板焊盘处预制有焊料凸点。
[0014]进一步优选的技术方案，所述惯性传感器焊盘和所述PCB板焊盘之间通过导电焊料或导电胶电连接。
[0015]进一步优选的技术方案，所述MEMS惯性传感器芯片和所述PCB板之间未连接的缝隙处填充有非导电胶。
[0016]本实用新型MEMS惯性传感器的封装结构，特别设计封帽保护惯性敏感结构并实现平整的芯片表面，MEMS惯性传感器芯片倒装于PCB板上，惯性传感器焊盘与PCB板焊盘正对进行直接的电气连接，同时封帽与PCB板粘接固定，这种封装方式能够最大程度减小键合工艺对面积的需求，因此能最大程度减小惯性传感器产品的最终尺寸，同时工艺上也容易实施。
【附图说明】
[0017]图1为现有MEMS惯性传感器芯片与PCB板的封装结构。
[0018]图2为图1的俯视图。
[0019]图3为本实用新型MEMS惯性传感器芯片的结构示意图。
[0020]图4为图3所示MEMS惯性传感器芯片与PCB板的封装方式。
[0021]图5为图4的俯视图。
[0022]图6为图3所示MEMS惯性传感器芯片与PCB板的另一种封装方式。
[0023]图7为图6的俯视图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
[0025]参考图4和图5所示为MEMS惯性传感器芯片与PCB板的第一种封装方式:
[0026]其中，MEMS惯性传感器芯片3的具体结构参考图3所示，包括衬底31、惯性敏感结构32、封帽33、惯性传感器焊盘5。其中惯性敏感结构32、封帽33、惯性传感器焊盘5都位于衬底31的正面，封帽33的边缘处与衬底31键合以形成一密封空腔结构34，惯性敏感结构32位于密封空腔结构34内部，惯性传感器焊盘5暴露于密封空腔结构34的外部。从图3中可以看出，可以令封帽33明显高出惯性传感器焊盘5，以形成台阶状的MEMS惯性传感器芯片。其中，在一个实施例中，衬底31和封帽33均为硅片，两者可以通过高温处理直接键合。在另一个实施例中，封帽33还可以为玻璃封帽，衬底31和封帽33两者之间通过加热、加电压或加压力进行键合。衬底31和封帽33的键合界面具有良好的气密性和长期稳定性。
[0027]MEMS惯性传感器芯片3采用封帽33密封并保护惯性敏感结构32，避免惯性传感器芯片受外部环境的温度、杂质和物理作用力的影响，同时还实现了与外部环境的电气隔离，优化了产品性能。
[0028]MEMS惯性传感器芯片3倒装于PCB板I上，PCB板I在对应惯性传感器焊盘5的位置设有PCB板焊盘6，惯性传感器焊盘5与PCB板焊盘6正对进行直接的电气连接，同时MEMS惯性传感器芯片3的封帽33通过粘接材料2粘接固定于PCB板I上。
[0029]参考图6和图7所示为MEMS惯性传感器芯片与PCB板的第二种封装方式，和第一封装方式的不同之处在于:PCB板I在对应封帽33的位置开设有凹槽9，封帽33部分嵌入凹槽9内，PCB板焊盘6位于凹槽9的外部。
[0030]以上两种封装方式，先采用封帽实现平整的芯片表面，再将芯片正面朝下面向PCB板，芯片与PCB板上需要电连接的地方对准形成最短电路，无需引线键合，缩小了封装尺寸同时还能够善电学性能。
[0031]其中，惯性传感器焊盘5和PCB板焊盘6之间可以通过导电焊料7实现电气连接，例如在惯性传感器焊盘5处和PCB板焊盘6处预制焊料凸点，然后采用回流焊工艺焊接，以保证惯性传感器芯片和外界的有效电气连接。两者之间也可以通过导电胶实现电气连接。
[0032]其中，MEMS惯性传感器芯片3和PCB板I之间未连接的缝隙处8填充有非导电胶，以进一步加强惯性传感器封装结构的强度。
[0033]本实用新型MEMS惯性传感器的封装结构，特别设计封帽保护惯性敏感结构并实现平整的芯片表面，MEMS惯性传感器芯片倒装于PCB板上，惯性传感器焊盘与PCB板焊盘正对进行直接的电气连接，同时封帽与PCB板粘接固定，这种封装方式能够最大程度减小键合工艺对面积的需求，因此能最大程度减小惯性传感器产品的最终尺寸，同时工艺上也容易实施。
[0034]以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种MEMS惯性传感器的封装结构，其特征在于，包括:MEMS惯性传感器芯片和PCB板；所述MEMS惯性传感器芯片包括:衬底；位于所述衬底正面的惯性敏感结构；位于所述衬底正面的惯性传感器焊盘；以及封帽；所述封帽与所述衬底连接以形成一密封空腔结构，所述惯性敏感结构位于所述密封空腔结构内部，所述惯性传感器焊盘暴露于所述密封空腔结构外部；其中，所述MEMS惯性传感器芯片倒装于所述PCB板上，所述PCB板在正对所述惯性传感器焊盘的位置设有PCB板焊盘，所述封帽与所述PCB板粘接固定，所述惯性传感器焊盘与所述PCB板焊盘电连接。
2.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述封帽高于所述惯性传感器焊盘，以形成台阶状的MEMS惯性传感器芯片。
3.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述PCB板在对应所述封帽的位置开设有凹槽，所述封帽部分嵌入所述凹槽内，所述PCB板焊盘位于所述凹槽外部。
4.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述封帽的边缘处与所述衬底键合以形成所述密封空腔结构。
5.如权利要求4所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述衬底和所述封帽均为硅片，两者通过高温处理直接键合。
6.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于，所述封帽为硅片封帽或玻璃封帽。
7.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述惯性传感器焊盘处预制有焊料凸点。
8.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述PCB板焊盘处预制有焊料凸点。
9.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述惯性传感器焊盘和所述PCB板焊盘之间通过导电焊料或导电胶电连接。
10.如权利要求1所述的一种MEMS惯性传感器的封装结构，，其特征在于:所述MEMS惯性传感器芯片和所述PCB板之间未连接的缝隙处填充有非导电胶。
【专利摘要】本实用新型涉及一种MEMS惯性传感器的封装结构，包括：MEMS惯性传感器芯片和PCB板；MEMS惯性传感器芯片包括：衬底；位于衬底正面的惯性敏感结构；位于衬底正面的惯性传感器焊盘；以及封帽；封帽与衬底连接以形成一密封空腔结构，惯性敏感结构位于密封空腔结构内部，惯性传感器焊盘暴露于密封空腔结构外部；其中，MEMS惯性传感器芯片倒装于PCB板上，PCB板在对应惯性传感器焊盘的位置设有PCB板焊盘，封帽与PCB板粘接固定，惯性传感器焊盘与PCB板焊盘电连接。本实用新型这种封装方式能够最大程度减小键合工艺对面积的需求，因此能最大程度减小惯性传感器产品的最终尺寸，同时工艺上也容易实施。
【IPC分类】B81B7-02
【公开号】CN204434268
【申请号】CN201420842783
【发明人】张廷凯, 王从亮
【申请人】歌尔声学股份有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年12月25日