分布以及引线的材料、长度和直径进行配置。
[0068]配置原则为:对于重量为Mg的芯片，以1000倍的重力加速度为例，全部引线需要承受的力的总和为100Mgf。若引线的数目为N，则每一根引线需要承受的最少的力则为1000M/Ngf。在实际工艺中，需要根据每一根引线的最少受力值选取合适的引线材料。例如:假设MEMS芯片尺寸为3mm X 3mm X 1mm，则其体积为9mm3，乘以硅的密度2.3g/cm3，得到MEMS芯片的质量为0.021g，在1000个重力加速度下要承受21gf的力。假设采用8跟连接线的话，则每根连接线最少需承受2.6gf的力。引线所能承受的力大小可以通过拉力测试来验证。
[0069]采用引线结构将MEMS芯片固定在封装结构内，能够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。
[0070]接下来，如图6所示，去除所述预固定装置12，使MEMS芯片13悬挂在所述外壳中。具体的去除方法如前所述，在此不再赘述。
[0071]接下来，如图7(a)所示，提供盖层15与所述基板11形成密封腔体，具体的，可以使用粘接或焊接的方法将所述盖层扣合在所述基板上，完成MEMS芯片13的封装。
[0072]至此，含有MEMS传感器或驱动器的芯片13仅仅依靠引线18悬挂在封装结构中，由于引线通常为柔性材料，可能会导致此类封装的稳固性较差，MEMS芯片可能会由于外部的影响在封装结构内晃动，致其于外壳之内所沿的方向不能保持不变，又或者使每根引线18的受力不均匀，严重时可能会导致引线断裂，极大地降低了 MEMS芯片的可靠性。
[0073]因此，为了克服这一问题，在MEMS芯片13与外壳之间填充可流动的阻滞填充物14，用于增大芯片运动的阻力，从而避免MEMS芯片在封装结构内部晃动。所述阻滞填充物14为电绝缘物质，如凝胶类、油类，其中，MEMS芯片的动态响应可以通过阻滞填充物的粘度来调节。优选的，在其他实施例中，为了向密封MEMS芯片13的腔体中填充阻滞填充物14，所述外壳上，更具体的，在所述基板11上具有注油孔16，如图7(b)所示。
[0074]具体的，如图8所示，通过上述注油孔16向腔体(由于外壳上有注油孔16，因此盖层15与基底11构成的腔体此时还不是密封状态)内注入阻滞填充物14，所述阻滞填充物14为电绝缘物质，用于填充所述外壳与MEMS芯片13之间的空隙;优选的，所述电绝缘物质为凝胶类、油类。优选的，在填充所述阻滞填充物14之前，可通过注油孔16将所述腔体内部抽至真空，使填充所述阻滞填充物时腔体内部没有气泡，更好的充满所述腔体。
[0075]最后，用插塞17回填所述注油孔16，所述插塞17与盖层15和基底11构成的密封腔体，将MEMS芯片13和阻滞填充物14密封于所述腔体中，完成MEMS芯片的封装。
[0076]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。
[0077]图10至图17示出了本发明的另一个实施例。该结构与图9中的结构区别在于组成外壳的基板和盖层的结构不同。图17所示的MEMS芯片23的封装结构中，外壳由基板21和盖层25组成，其中，所述基板21为平板结构的支撑物，MEMS芯片23位于所述外壳中央，通过引线28与外壳相连，并通过引线28的牵引力使MEMS芯片23悬浮在外壳中；所述MEMS芯片23与所述基板21平行。优选的，所述外壳上具有注油孔26，用于向密封腔体内注入阻滞填充物24。
[0078]如图10所示，所述基板21为平板结构，相比于图9中的空腔结构的基板11，平板结构的基板使MEMS芯片23封装中的各个步骤更易于操作，降低了操作难度。图11和图12示出了在所述基板21上形成预固定装置22并将MEMS芯片23固定在所述预固定装置22上之后的封装结构的剖面图，所述预固定装置22的构成和形成过程如前一个实施例所述，在此不再赘述。
[0079]图13和图14示出了引线28连接完成后的封装结构的剖面图和俯视图，图5(b)为本发明另一个实施例中采用柔性电缆19作为引线时封装结构的俯视图。在连接引线28时，需要保证MEMS芯片23与所述基板21分离后依然保持平行，这一点需要通过调节连接线的位置和角度实现，使引线28与MEMS芯片23相连的位置左右对称；引线28与MEMS芯片23的角度是根据芯片和基板打线位置的落差来调节。另外，引线的强度是保持封装结构稳固的关键，不仅要保证可以悬挂起含有MEMS传感器或驱动器的芯片23，优选的，还要保证在1000甚至大于1000倍的重力加速度的冲击下不会断裂。因此，需要根据MEMS芯片的重量对引线的数量、分布以及引线的材料、长度和直径进行配置。具体的引线连接过程如前一个实施例所述，在此不再赘述。
[0080]图15(a)示出了在基板21上焊接或粘接盖层25后形成的密封MEMS芯片23的腔体，可以看出，此时含有MEMS传感器或驱动器的芯片仅仅依靠引线悬挂在封装结构中，为了增加封装系统的稳定性，在另一个实施例中，如图15(b)至图17所示，向盖层25和基底21组成的腔体内填充阻滞填充物24，如第一个实施例中所述，所述阻滞填充物24通过所述基板21上的注油孔26注入腔体内，最后通过使用插塞27回填所述注油孔26形成密封腔体。具体的工艺步骤参见第一个实施例，在此不再赘述。
[0081]对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此夕卜，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
【主权项】
1.一种MEMS芯片的封装结构，其特征在于，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，不与外壳接触。2.如权利要求1所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，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。3.如权利要求2所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，所述MEMS芯片与所述基板平行。4.如权利要求1所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，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。5.如权利要求4所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，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。6.如权利要求4所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，所述金属引线的直径为I?10um07.如权利要求1所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，所述引线的数目大于等于两条。8.如权利要求1或7中任一条所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，所述引线的数目为偶数。9.如权利要求1或7中任一条所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，所述引线关于芯片对称分布。10.如权利要求1所述的MEMS芯片的封装结构，其特征在于，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。
【专利摘要】本申请提供了一种MEMS芯片的封装结构及封装方法。一种MEMS芯片的封装结构，其特征在于，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，不与外壳接触。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节约了成本。
【IPC分类】B81C1/00
【公开号】CN105668507
【申请号】CN201610046817
【发明人】郭士超, 周显良
【申请人】中国科学院地质与地球物理研究所
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月22日