用于降低MEMS传感器应力的组装结构及制备方法与流程

本公开涉及mems传感器技术领域，尤其涉及一种用于降低mems传感器应力的组装结构及制备方法。

背景技术：

mems传感器具有体积小、质量轻、成本低等优点，已逐步替代传统传感器产品，广泛于消费类电子、国防工业等领域。mems传感器通常包括敏感元件和检测元件两部分。其中，mems传感器的敏感元件组装在一定的结构中，一方面将提供传感器所需的电气和机械连接，另一方面提供相应的物理、化学或生物环境保护。目前，mems传感器普遍采用基于陶瓷基台组装和基于金属基台组装两种方式。

由于mems传感器需要满足在一定的环境条件下正常工作的需求，在传感器封装时通常要考虑一些特别的影响因素，如温度、振动、冲击等。

温度对mems传感器影响表现在，当温度变化时会造成传感器的热应力分布。这是由于mems传感器的敏感元件与组装基台材料的种类不同，不同材料的热膨胀系数存在差异，当温度改变时，不同材料的热胀冷缩的程度不同，因此会在mems传感的敏感元件部分产生较大的热应力。热应力的产生会改变传感器的一些基本属性，如会改变谐振式mems传感器的谐振频率、造成光学mems传感器的光纤之间的对准发生偏移等。

振动和冲击会造成mems传感器的机械寄生现象，可能与器件的功能相互影响或造成干扰。振动和冲击的能量会通过组装材料传递到mems传感器的敏感元件上，造成敏感元件发生变形、产生共振甚至造成破坏。因此，振动和冲击同样会造成传感器上有机械应力的分布。如会造成电容式mems传感器的电容极板弯曲、电容极板的间隙产生微小变形等。

此外，传统的硬连接组装方式是通过胶体材料将传感器的敏感元件连接到组装基台上。但由于胶体材料的组分不定，存在蠕变现象，会造成mems传感器上会有不确定的应力分布，造成mems传感器的长期稳定性下降。尤其会造成应力敏感的谐振式mems传感器，声表面/体波传感器的检测信号漂移。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种用于降低mems传感器应力的组装结构及制备方法，以缓解现有技术中的mems传感器在温度改变时产生较大的热应力，振动和冲击同样会造成传感器上有机械应力的分布；同时胶体材料的组分不定，存在蠕变现象，会导致mems传感器上产生不确定的应力分布的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种用于降低mems传感器应力的组装结构，包括：组装基台，沿该组装基台的周向设置有n个金属引脚，n≥2；m个柔性连接件，其一端与所述金属引脚连接，另一端与mems传感器敏感芯体连接，用于将所述mems传感器敏感芯体悬挂于所述组装基台上方，m≥2；其中，所述mems传感器敏感芯体内部的电气信号通过所述柔性连接件引出至所述金属引脚上，再通过所述金属引脚引出。

在本公开的一些实施例中，其中：所述mems传感器敏感芯体上设置有多个信号孔，该信号孔用于联通所述mems传感器敏感芯体内部的电气信号；多个所述信号孔内均设置有信号引出金属层，该信号引出金属层延伸至所述mems传感器敏感芯体的表面，用于将所述电气信号引出；其中，所述信号引出金属层的末端设置有焊盘，所述焊盘与所述柔性连接件焊接；或所述柔性连接件与所述信号引出金属层直接连接。

在本公开的一些实施例中，所述信号引出金属层的材质包括：al、cr、cu、pt、au、ag、w以及ni。

在本公开的一些实施例中，所述焊盘的材质包括：al、cu、au、pt、ag、w以及ni。

在本公开的一些实施例中，多个所述焊盘沿所述mems传感器敏感芯体的边缘均匀设置。

在本公开的一些实施例中，其中：所述柔性连接件为金属弹簧。

在本公开的一些实施例中，其中：所述组装基台为金属材质，所述组装基台和所述引脚之间设置有绝缘件；或所述组装基台为塑料材质；或所述组装基台为陶瓷材质。

根据本公开的另一个方面，还提供一种用于降低mems传感器应力的组装结构的制备方法，包括：步骤a：在mems传感器敏感芯体上形成信号孔；步骤b：在形成有所述信号孔的所述mems传感器敏感芯体表面沉积金属，形成信号引出金属层；步骤c：将所述信号引出金属层与柔性连接件形成电气连接；步骤d：将所述柔性连接件与金属引脚形成电气连接，使所述mems传感器敏感芯体悬挂于组装基台上方。

在本公开的一些实施例中，所述步骤c中：所述信号引出金属层与所述柔性连接件直接连接或通过焊盘连接。

在本公开的一些实施例中，所述步骤b中：沉积金属的工艺包括：溅射、蒸发或电镀。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的用于降低mems传感器应力的组装结构及制备方法具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)采用悬空组装可以隔离由于mems传感器敏感芯体上温度变化而造成的热应力；

(2)采用悬空组装设计可以避免在mems传感器敏感芯体上引入胶体材料，有效提高传感器的长期稳定性；

(3)弹簧结构可以吸收mems传感器敏感芯体所经受的振动和冲击能量，提高传感器的稳定性。

附图说明

图1为本公开实施例提供的用于降低mems传感器应力的组装结构的立体结构示意图。

图2为本公开实施例提供的用于降低mems传感器应力的组装结构的侧视示意图。

图3为本公开实施例提供的用于降低mems传感器应力的组装结构的制备方法的步骤流程图。

图4至图6为本公开实施例提供的用于降低mems传感器应力的组装结构的制备方法的工艺流程图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

100-组装基台；

200-金属引脚；

210-焊接区域；

300-柔性连接件；

400-mems传感器敏感芯体；

410-信号孔；

420-信号引出金属层；

430-焊盘；

431-焊点；

500-绝缘件。

具体实施方式

本公开提供的用于降低mems传感器应力的组装结构及制备方法采用弹簧悬空结构，可以实现mems传感器敏感芯体的悬空组装，降低温度漂移，同时弹簧结构可以吸收振动和冲击，提高mems传感器敏感芯体的稳定性。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

根据本公开的一个方面，提供一种用于降低mems传感器应力的组装结构，如图1至图2所示，包括：组装基台100、金属引脚200、柔性连接件300以及mems传感器敏感芯体400；组装基台100沿其周向设置有n个金属引脚200，n≥2；m个柔性连接件300的一端与金属引脚200连接，另一端与mems传感器敏感芯体400连接，用于将mems传感器敏感芯体400悬挂于组装基台100上方，m≥2；其中，mems传感器敏感芯体400内部的电气信号通过柔性连接件300引出至金属引脚200上，再通过金属引脚200引出。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，组装基台100与mems传感器敏感芯体400之间有一定的空隙，实现悬空组装，悬空组装方式可以避免mems传感器敏感芯体400与组装基台100的硬连接，避免了由于不同种材料的膨胀系数不同造成的热应力问题，与此同时，柔性连接件300结构可以吸收mems传感器敏感芯体400在振动和冲击时的能量，从而保证mems传感器敏感芯体400不受外界振动和冲击干扰的影响，提高传感器的稳定性，除此之外，选用悬空组装的方式可以避免胶体材料的引入，不会造成传感器由于胶体材料蠕变而带来的长期稳定性差的问题。

此处需要补充说明的是，金属引脚200和柔性连接件300之间可以是一一对应的关系，也可以是一对多(一个金属引脚200上连接多个柔性连接件300)，或者金属引脚200空置(一个或多个金属引脚200上没有连接柔性连接件300)。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，其中：mems传感器敏感芯体400上设置有多个信号孔410，该信号孔410用于联通mems传感器敏感芯体400内部的电气信号；多个信号孔410内均设置有信号引出金属层420，该信号引出金属层420延伸至mems传感器敏感芯体400的表面，用于将电气信号引出；其中，信号引出金属层420的末端设置有焊盘430，焊盘430与柔性连接件300焊接，在焊盘430上形成焊点431，柔性连接件300的另一端与金属引脚200上的焊接区域210连接；或柔性连接件300与信号引出金属层420直接连接。

在本公开的一些实施例中，信号引出金属层420的材质包括：al(铝)、cr(铬)、cu(铜)、pt(铂)、au(金)、ag(银)、w(钨)以及ni(镍)。

在本公开的一些实施例中，焊盘的材质包括：al(铝)、cu(铜)、au(金)、pt(铂)、ag(银)、w(钨)以及ni(镍)。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，多个焊盘430沿mems传感器敏感芯体400的边缘均匀设置。

在本公开的一些实施例中，其中：柔性连接件300为金属弹簧。

在本公开的一些实施例中，其中：如图1所示，组装基台100为金属材质，组装基台100和引脚200之间设置有绝缘件500。

在本公开的一些实施例中，组装基台为塑料材质或陶瓷材质。

根据本公开的另一个方面，还提供一种用于降低mems传感器应力的组装结构的制备方法，如图3至图6所示，包括：步骤a：在mems传感器敏感芯体400上形成信号孔410；步骤b：在形成有信号孔410的mems传感器敏感芯体400表面沉积金属，形成信号引出金属层420(如图4所示)；步骤c：将信号引出金属层420与柔性连接件300形成电气连接(如图5所示，信号引出金属层420与柔性连接件300通过焊盘430形成电气连接)；步骤d：将柔性连接件300与金属引脚200形成电气连接，使mems传感器敏感芯体400悬挂于组装基台100上方(如图6所示)。

在本公开的一些实施例中，步骤c中：信号引出金属层420与柔性连接件300直接连接或通过焊盘连接。

在本公开的一些实施例中，步骤b中：沉积金属的工艺包括：溅射、蒸发或电镀。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的用于降低mems传感器应力的组装结构及制备方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的用于降低mems传感器应力的组装结构及制备方法采用弹簧悬空结构，可以实现mems传感器敏感芯体的悬空组装，降低温度漂移，同时弹簧结构可以吸收振动和冲击，提高mems传感器敏感芯体的稳定性。

需要说明的是，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)信号引出金属层可替换为采用引线键合工艺将内部电极引出；

(2)为节约成本焊盘的制作可以采用溅射廉价金属后电镀cu或au完成；

(3)弹簧可用其他柔性的金属或者非金属的线、条、块结构代替。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。