一种MEMS传感器低应力封装管壳及封装系统的制作方法

本发明属于微机电系统领域，具体涉及一种MEMS传感器低应力封装系统。

背景技术：

电子封装是将一个或多个电子元器件芯片相互电连接，然后封装在一个保护结构中，其目的是为电子芯片提供电连接、机械保护、化学腐蚀保护等。对于某些电子产品，例如MEMS器件中的陀螺仪、加速度计、震荡器或体声波滤波器等都对应力非常敏感，需要用陶瓷管壳、金属管壳或预成型塑料管壳等对MEMS芯片进行气密性封装。传统的封装结构为在封装管壳底板上涂抹粘片胶，装入MEMS芯片，将MEMS芯片背面层通过粘片胶固定在封装管壳底板上，这样，MEMS芯片只有背面层通过粘片胶与封装管壳底板接触，MEMS芯片的正面层11不与任何固体接触，所以，封装应力只能从MEMS芯片的背面层引入。

对MEMS芯片产生影响的应力主要来源包括两部分，一部分是外部应力通过封装结构传递给MEMS芯片，一部分是封装结构各部分(MEMS芯片、封装管壳、贴片胶和电路板)之间的热膨胀系数不一致引起的。这两种应力均会导致对应力敏感的MEMS结构发生形变，甚至导致MEMS结构粘连、MEMS芯片脱落、或者破裂。MEMS芯片最常用的材料是硅，其热膨胀系数较低，很难找到与之相同的材料，所以封装应力无法避免，在封装管壳选定的情况下，降低封装应力的方法通常有：1、加厚MEMS芯片的背面层，降低通过它传导到MEMS结构的封装应力。但是由于MEMS芯片一般都是采用标准的MEMS圆片材料和设备，而且MEMS芯片体积一般较小，所以MEMS芯片的背面层不能太厚；2、选用质地柔软的粘片胶，装片后胶固化时，应力被释放，有效隔离了来自封装管壳的封装应力，但软粘片胶一般为有机材料，高温过程中分解释放出的气体无法全部逸出，形成空洞，在随后温度变化时气体会发生膨胀，导入应力。另外，软粘片胶强度不够，抗机械冲击能力弱。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种MEMS传感器低应力封装管壳，所述封装管壳用于封装MEMS芯片，所述封装管壳底端内部设有孤岛结构和应力隔离槽，其中；

孤岛结构，所述孤岛结构位于所述MEMS芯片中心下方，用于支撑所述MEMS芯片；

应力隔离槽，所述应力隔离槽位于所述孤岛结构周侧，用于隔离封装管壳形变对MEMS芯片的影响；

进一步地，所述孤岛结构包括点胶孤岛、镂空凹槽和封闭支撑，所述点胶孤岛位于所述镂空凹槽内，所述封闭支撑位于所述镂空凹槽周侧，所述点胶孤岛通过镂空凹槽连接封闭支撑；

进一步地，所述封闭支撑为方形或圆形凸起，所述封闭支撑与所述点胶孤岛高度相同；

进一步地，所述应力隔离槽连接在所述封闭支撑外侧，所述应力隔离槽为方形或圆形的环状凹槽，所述应力隔离槽位于所述MEMS芯片周侧下方；

进一步地，所述封装管壳内还设有温度传感器所述温度传感器位于封装管壳内的MEMS芯片旁侧，孤岛结构外侧，用于测量MEMS芯片贴片区域的温度，作为温度补偿的依据；

进一步地，所述封装管壳内还设有温度传感器，所述温度传感器位于封装管壳内的MEMS芯片旁侧，孤岛结构外侧，用于测量MEMS芯片贴片区域的温度，作为温度补偿的依据；

进一步地，所述封装管壳为氮化铝材料；

进一步地，一种MEMS传感器低应力封装系统，所述封装系统包括封装管壳、电路板和勾形引脚，所述封装管壳通过勾形引脚连接所述电路板；

进一步地，所述勾形引脚为可伐合金；

进一步地，所述电路板为陶瓷材质，所述电路板位于封装管壳下方；

本发明的有益效果如下：

1)应力隔离槽用于隔离封装管壳形变对MEMS芯片的影响，保证MEMS芯片贴片区域的稳定；

2)点胶孤岛位置和面积会根据芯片的不同而变化，可以在电路板中间，也可以在电路板边缘，简单便捷地通过镂空凹槽的悬空降低封装管壳形变对MEMS器件的影响；

3)采用陶瓷材料(氧化铝氮化铝HTCCLTCC)作为电路板，进行板级封装可以降低板级封装带来的应力；

4)使用AlN材料作为封装管壳，一方面降低封装应力；另一方面其高热导率，使得MEMS与温度传感器的温度更一致，增加温度补偿的准确性；

5)勾形引脚采用可伐合金，用于隔离来自板级封装的应力和形变。

附图说明

图1为本发明一种MEMS传感器低应力封装系统的结构图；

图2为本发明一种MEMS传感器低应力封装管壳的俯视图；

图3为本发明一种MEMS传感器低应力封装管壳沿AA’线剖面图；

图4为本发明一种MEMS传感器低应力封装管壳沿BB’线剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1-图4所示，本发明提供一种MEMS传感器低应力封装管壳及封装系统，所述封装系统包括封装管壳1、电路板7和勾形引脚6，所述封装管壳1通过勾形引脚6连接所述电路板7

所述封装管壳1底端内部设有孤岛结构和应力隔离槽5，外部设有勾形引脚6，所述封装管壳1为氮化铝材料，所述封装管壳1内还包括温度传感器2和MEMS芯片3。

所述孤岛结构位于在所述MEMS芯片3中心下方，用于支撑所述MEMS芯片3，所述孤岛结构包括点胶孤岛41、镂空凹槽42和封闭支撑43，所述点胶孤岛41位于所述镂空凹槽42内，所述封闭支撑43位于所述镂空凹槽42周侧，所述点胶孤岛41通过镂空凹槽42连接封闭支撑43，所述封闭支撑43为方形或圆形凸起，所述封闭支撑43与所述点胶孤岛41高度相同。

所述应力隔离槽5位于所述孤岛结构周侧，所述应力隔离槽5的深宽比在1：1至1：15之间，所述应力隔离槽5用于隔离封装管壳1形变对MEMS芯片3的影响，所述应力隔离槽5连接在所述封闭支撑43外侧，所述应力隔离槽5为方形或圆形的环状凹槽，所述应力隔离槽5位于所述MEMS芯片3周侧下方，所述应力隔离槽5一方面隔离了来自封装管壳1的应力，使其无法传导至MEMS芯片3，另一方面，由于使得MEMS芯片3大部分面积不与封装管壳接触，所以也避免了热失配产生应力。

所述勾形引脚6连接在所述孤岛结构外的电路板7上，所述勾形引脚6除了能够隔离电路板7自身的形变对封装管壳1的影响外，还通过将两种不同材料的物质(封装管壳1与电路板7)隔离开，使得他们不互相接触，这样当温度变化时，二者就不会因为有接触面而产生应力也就是说勾形引脚6一方面隔离了外界的应力，另一方面也防止了传统结构本身产生热应力的可能，而这是热应力的主要来源，所述勾形引脚6为热膨胀系数与陶瓷接近的金属，所以勾形引脚6的材料为可伐合金。

所述电路板7为陶瓷材质，可以选用局部加热的平行缝焊方案，降低参与应力，用陶瓷作为电路板7降低热失配，勾形引脚6使得封装管壳1与电路板7隔离开，所述电路板7位于所述孤岛结构下方并通过勾形引脚连接封装管壳1。

所述温度传感器2位于所述MEMS芯片3旁侧，用于测量MEMS芯片3贴片区域的温度，作为温度补偿的依据。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。