适用于mems传感器芯片的低应力封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器芯片领域，尤其涉及一种适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构。
【背景技术】
[0002]在MEMS传感器的设计制作过程中，都希望传感器有很高的灵敏度以便能够检测十分微小的信号，但由于传感器在制作和封装的过程中，特别是封装过程中将不可避免的弓丨入应力，其中任何微小的应力改变都可能影响传感器的工作状态，因此，我们在设计压力传感器时必须尽量降低非待测量引起的传感器输出改变。封装应力，特别是由封装引起的热应力极大的影响着采用MEMS工艺制作的传感器(包括:加速度计、陀螺仪、压力传感器、气体传感器、温度传感器、离子阱等)的检测精度。
[0003]温度漂移是检验传感器性能的一个重要指标，它主要是由温度引起的热应力伴随着环境温度的改变随时产生的，这部分的应力只能通过合理的设计封装工艺来尽量减小。
[0004]MEMS传感器的封装包括前封装和后封装两个步骤。
[0005]前封装大多采用阳极键合技术(硅一有机玻璃)和硅直接键合技术(硅一硅)，以避免键合材料的热膨胀系数不同导致的键合应力；后封装则要为芯片提供机械保护、固定支撑、便于性能测试所需的引线焊接、与待测物理量的良好接触，并且将封装造成的热应力、机械应力和机械损伤降低到尽可能小。
[0006]有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，使其更具有产业上的利用价值。
【实用新型内容】
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，能有效降低MEMS传感器温度漂移。
[0008]本实用新型的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，包括管座和MEMS传感器芯片，在管座的外部设有支撑层，支撑层上设有可用来放置MEMS传感器芯片的凹槽，所述MEMS传感器芯片嵌入该凹槽内，并有相对自由的活动间隙；
[0009]在支撑层的上表面与嵌入后的MEMS传感器芯片相适配的位置处安置有四个限位片，以防止所述MEMS传感器芯片从凹槽中滑出。
[0010]进一步的，在限位片的表面设有过渡焊盘，芯片中焊盘首先与过渡焊盘焊接，再由过渡焊盘与引脚焊接。
[0011]进一步的，所述支撑层采用陶瓷、橡胶、聚四氟等材料加工。
[0012]进一步的，所述凹槽的长度略大于芯片的长度，大于的长度〈0.1mm，使得芯片恰好嵌入支撑层的凹槽内。
[0013]进一步的，所述活动间隙的宽度在0.08-0.12mm，优先0.1mm。
[0014]进一步的，所述支撑层通过环氧胶、树脂、硅橡胶等材料粘接在管座上。
[0015]进一步的，所述限位片与支撑层通过硅橡胶粘接，粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面，高于的高度〈0.1mm。
[0016]借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点:本实用新型提供的后封装方式，较传统的封装方式的创新在于:在管座与芯片之间加入了支撑层和限位块。由于没有将传感器芯片与封装结构键合为固定的一体，而保证了芯片有一定裕度的活动空间，从而将传感器的封装应力降低到最小，同时为传感器芯片提供了有效的物理支撑和机械保护。
[0017]支撑层可以采用陶瓷、橡胶、聚四氟等材料加工，槽的内部安方芯片，槽边的长度略大于芯片的长度，使得芯片恰好嵌入支撑层的凹槽内，并有相对自由的活动间隙。间隙的宽度在0.1mm左右为宜，避免在大冲击时，芯片受损。支撑层可通过环氧胶、树脂、硅橡胶等粘接在管座上。
[0018]为了防止传感器芯片从槽中滑出，设计了限位结构，即在支撑层的上表面边框上安置4个限位片(玻璃材料或者PCB)。限位片与支撑层通过硅橡胶粘接，粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面(〈0.1mm)。
[0019]由于支撑结构较大，导致芯片与管座中管脚的距离较远，为传感器引线的引出增加了难度。如果直接将芯片中焊盘与引脚直接焊接，则会导致传感器的可靠性和耐冲击能力下降。为此，在限位片的表面设计了一个过渡焊盘，芯片中焊盘首先与过渡焊盘焊接，再由过渡焊盘与引脚焊接，提升了焊线的牢固程度，保证了封装的可靠性。
[0020]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构的主视图；
[0022]图2是图1的俯视图；
[0023]图3是测试时采用的敏感芯片总体结构图；
[0024]图4是实施例中两种不同的封装结构的数据对比。
[0025]1、管座；2、支撑层；3、凹槽；4、MEMS传感器芯片；5、限位片；6、过渡焊盘。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0027]参见图1和图2，本实用新型一较佳实施例所述的一种适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，包括管座I和MEMS传感器芯片4，在管座的外部设有支撑层2，支撑层2上设有可用来放置MEMS传感器芯片的凹槽3，MEMS传感器芯片嵌入该凹槽3内，并有相对自由的活动间隙；活动间隙的宽度在0.1mm左右。
[0028]在支撑层2的上表面与嵌入后的MEMS传感器芯片相适配的位置处安置有四个限位片5，防止MEMS传感器芯片从凹槽中滑出；在限位片的表面设有过渡焊盘6，芯片中焊盘首先与过渡焊盘6焊接，再由过渡焊盘与引脚焊接。
[0029]支撑层2通过环氧胶、树脂、硅橡胶等材料粘接在管座I上。
[0030]支撑层2采用陶瓷、橡胶、聚四氟等材料加工。
[0031]凹槽3的长度略大于芯片的长度，大于的长度〈0.1mm，芯片恰好嵌入支撑层的凹槽内。
[0032]限位片5与支撑层通过硅橡胶粘接，粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面，高于的高度〈0.1mm0
[0033]本实用新型可以有效的降低传感器的温度漂移，以我们使用的MEMS液压传感器为例，此压力传感器为绝压传感器，测量范围为(50?100)kPa，采用硅压阻式结构，参见图3所示，其结构从上到下是由硅片101、真空腔102、键合面103和键合玻璃104组成。
[0034]之前的封装方式是将硅橡胶将芯片直接粘贴在陶瓷上。
[0035]将采用直接粘贴方式封装的传感器和采用低应力封装的传感器分别接入同一个电路，并进行测试。
[0036]实验证明:
[0037]参见图4所示，在大气压力下，在采用直接粘贴方式封装的传感器在-40?80°C范围内的温度漂移大于5% FS，不能满足应用要求，而采用低应力封装方式的传感器的温漂为低于0.5% FS,降低了 10倍以上。
[0038]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，包括管座(I)和MEMS传感器芯片(4)，其特征在于:在管座的外部设有支撑层(2)，支撑层(2)上设有可用来放置MEMS传感器芯片的凹槽(3)，所述MEMS传感器芯片(4)嵌入该凹槽(3)内，并有相对自由的活动间隙； 在支撑层(2)的上表面与嵌入后的MEMS传感器芯片(4)相适配的位置处安置有四个限位片(5)，以防止所述MEMS传感器芯片(4)从所述凹槽(3)中滑出。2.根据权利要求1所述的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，其特征在于:在所述限位片(5)的表面设有过渡焊盘出)，MEMS传感器芯片中焊盘首先与过渡焊盘焊接，再由过渡焊盘与引脚焊接。3.根据权利要求1所述的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，其特征在于:所述支撑层(2)采用陶瓷、橡胶或聚四氟材料加工。4.根据权利要求1所述的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，其特征在于:所述凹槽(3)的长度略大于芯片的长度，大于的长度〈0.lmm, MEMS传感器芯片(4)恰好嵌入支撑层⑵的凹槽⑶内。5.根据权利要求1所述的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，其特征在于:所述活动间隙的宽度为0.08-0.12mm。6.根据权利要求5所述的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，其特征在于:所述活动间隙的宽度为0.1mm。7.根据权利要求1所述的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，其特征在于:所述支撑层(2)通过环氧胶、树脂或硅橡胶材料粘接在管座(I)上。8.根据权利要求1所述的适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，其特征在于:所述限位片(5)与支撑层(2)通过硅橡胶粘接，粘接后的限位片(5)下表面略高于芯片上表面，高于的高度〈0.1mm0
【专利摘要】本实用新型涉及传感器芯片领域，尤其涉及一种适用于MEMS传感器芯片的低应力封装结构，包括管座和MEMS传感器芯片，在管座的外部设有支撑层，支撑层上设有可用来放置MEMS传感器芯片的凹槽，MEMS传感器芯片嵌入该凹槽内，并有相对自由的活动间隙；在支撑层的上表面与嵌入后的MEMS传感器芯片相适配的位置处安置有四个限位片，防止所述MEMS传感器芯片从凹槽中滑出。由于没有将传感器芯片与封装结构键合为固定的一体，而保证了芯片有一定裕度的活动空间，从而将传感器的封装应力降低到最小，同时为传感器芯片提供了有效的物理支撑和机械保护。
【IPC分类】G01D11/00, G01D21/02, G01L19/00
【公开号】CN204903075
【申请号】CN201520342349
【发明人】林相平
【申请人】林相平
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年5月25日