MEMS传感器芯片封装结构、MEMS传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS传感器芯片封装结构、MEMS传感器及制备方法，包括外围支撑框架和应力隔离质量块，所述外围支撑框架内设置有支撑悬板，所述支撑悬板与外围支撑框架连接且外围支撑框架与支撑悬板在同一平面上，应力隔离质量块设置在所述支撑悬板的上表面上，所述外围支撑框架和应力隔离质量块上分别设有用于与MEMS传感器芯片或封装基座相连的多个贴片凸起。本发明专利技术能够有效隔离贴片应力或焊接应力影响，并且可兼容集成电路加工工艺、降低传感器芯片贴片应力、体积小、加工成本低、可批量加工等特点，可广泛应用于MEMS陀螺仪和加速度计等惯性传感器芯片集成封装。计等惯性传感器芯片集成封装。计等惯性传感器芯片集成封装。

【技术实现步骤摘要】
MEMS传感器芯片封装结构、MEMS传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及MEMS传感器技术，具体涉及一种MEMS传感器芯片封装结构、MEMS传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]陀螺仪和加速度计是MEMS传感器的重要组成，广泛应用于诸如手机、计步器等消费电子类产品，GPS辅助导航系统、机器人、工程机械等工业级及汽车级产品，中程导弹制导、姿态控制等军用级和宇航级产品；主要实现物体运动加速度测量、角速率测量、振动测量等。
[0003]目前，MEMS传感器芯片在产品应用中，需要进行二级封装，主要包括塑料管壳封装、LCC陶瓷管壳封装、陶瓷基板COB封装等形式。在此类封装工艺中，一般采用粘胶或者共晶键合形式将MEMS惯性传感器芯片直接装贴在封装壳体基座上，由于封装壳体材料与芯片材料热膨胀系数CTE差异较大，导致封装后涉及热应力较大，而MEMS惯性传感器芯片对应力非常敏感，尤其是工作轴向平行于封装平面时，从而直接影响传感器性能，尤其是全温区偏置稳定性等。此外，其他MEMS传感器同样也会存在上述类似的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种MEMS传感器芯片封装结构、MEMS传感器及制备方法。本专利技术能够有效隔离贴片应力或焊接应力影响，并且可兼容集成电路加工工艺、降低传感器芯片贴片应力，可广泛应用于MEMS陀螺仪和加速度计等惯性传感器芯片集成封装。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]MEMS传感器芯片封装结构，包括外围支撑框架和应力隔离质量块，所述外围支撑框架内设置有支撑悬板，所述支撑悬板与外围支撑框架连接且外围支撑框架与支撑悬板在同一平面上，应力隔离质量块设置在所述支撑悬板的上表面上，所述外围支撑框架和应力隔离质量块上分别设有用于与MEMS传感器芯片或封装基座相连的多个贴片凸起。
[0007]作为本专利技术的优选方案，支撑悬板、外围支撑框架、应力隔离质量块均为对称结构且三者的对称轴重合。
[0008]作为本专利技术的优选方案，外围支撑框架为方形框架，应力隔离质量块为方形，支撑悬板为方形或者矩形，支撑悬板的一侧边与外围支撑架相连，支撑悬板的其他侧边与外围支撑框架之间形成贯通的U形缝隙，且U形缝隙各个位置处的缝隙宽度相等。
[0009]作为本专利技术的优选方案，所述所述外围支撑框架上布置的贴片凸起数量为四个，且四个贴片凸起布置在外围支撑框架下表面的四角位置。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述应力隔离质量块上布置的贴片凸起数量为1个，所述贴片凸起设置在应力隔离质量块的中心位置。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述应力隔离质量块上布置的贴片凸起数量为2个或2个
以上，应力隔离质量块上布置的所有贴片凸起围绕应力隔离质量块的中心轴呈中心对称分布。
[0012]作为本专利技术的优选方案，所述外围支撑框架、支撑悬板以及应力隔离质量块为采用与MEMS传感器芯片所采用加工材料的热膨胀系数相同或相近的加工材料制成。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述与MEMS传感器芯片所采用加工材料的热膨胀系数相同或相近的加工材料为单晶硅片、prex7740玻璃、肖特玻璃中的一种。
[0014]本专利技术另一方面，提供一种MEMS传感器，包括封装基座、MEMS传感器芯片以及上述任一种MEMS传感器芯片封装结构，所述MEMS传感器芯片通过MEMS传感器芯片封装应力隔离结构与封装基座相连。
[0015]本专利技术所述MEMS传感器芯片类型不限，不失一般性，所述MEMS传感器芯片可以为惯性传感器芯片。
[0016]本专利技术另一方面，提供上述任一种MEMS传感器芯片封装结构的制备方法，包括：
[0017]准备用于作为MEMS传感器芯片封装应力隔离结构的加工材料的基片；
[0018]在基片的背面上旋涂一层光刻胶，烘烤固化，然后光刻出外围支撑框架下表面上的多个贴片凸起的图形；光刻显影后烘干，刻蚀出外围支撑框架下表面上的多个贴片凸起。
[0019]在基片的正面上旋涂一层光刻胶，烘烤固化，然后光刻出应力隔离质量块上的贴片凸起的图形；光刻显影后烘干，刻蚀出应力隔离质量块上的贴片凸起；
[0020]在基片的正面上旋涂一层光刻胶，烘烤固化，然后光刻出支撑悬板以及应力隔离质量块的图形；光刻显影后烘干，刻蚀出支撑悬板以及应力隔离质量块。
[0021]进一步地，本专利技术根据基片采用的材料，选择合适的工艺在对应步骤中刻蚀出对应位置的贴片凸起、支撑悬板以及应力隔离质量块。如果基片材料为单晶硅片，则采用深硅刻蚀工艺刻蚀，如果基片是玻璃材料如prex7740玻璃、肖特玻璃，则采用湿法腐蚀工艺刻蚀。
[0022]和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：
[0023]本专利技术能够有效隔离贴片应力或焊接应力影响，同时起到高过载冲击缓冲作用。具体地，本专利技术设计的悬板结构，通过悬板的变形，能够将贴片封装的应力释放在悬板上，从而隔离应力对结构的影响，同时在冲击下，悬板的变形也能起到缓冲的作用，提高整体封装结构的抗冲击能力
[0024]并且本专利技术可兼容集成电路加工工艺、降低传感器芯片贴片应力，具有体积小、加工成本点、可批量加工等特点，可广泛应用于MEMS陀螺仪和加速度计等惯性传感器芯片集成封装。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一实施例中MEMS传感器芯片封装结构的正面侧的立体结构示意图；
[0026]图2为本专利技术一实施例中外围支撑框架的结构示意图；
[0027]图3为本专利技术一实施例中MEMS传感器芯片封装结构的背面侧的立体结构示意图；
[0028]图4为本专利技术一实施例中MEMS传感器的结构示意图；
[0029]图5为本专利技术一实施例中MEMS传感器芯片与应力隔离结构组装整体应力仿真示意图；
[0030]图6为本专利技术一实施例中MEMS传感器芯片封装应力隔离结构的制备方法的过程示意图，其中：(a)表示准备的基片；(b)表示在基片背面上光刻出外围支撑框架下表面上的多个贴片凸起的图形；(c)表示刻蚀出外围支撑框架下表面上的多个贴片凸起；(d)表示在基片正面光刻出应力隔离质量块上的贴片凸起的图形；(e)表示刻蚀出应力隔离质量块上的贴片凸起；(f)表示光刻出支撑悬板以及应力隔离质量块的图形；(g)表示刻蚀出支撑悬板以及应力隔离质量块。
[0031]图例说明：
[0032]1、外围支撑框架；101、U形缝隙；2、支撑悬板；3、应力隔离质量块；4、贴片凸起；5、封装基座；6、MEMS传感器芯片。
[0033]本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MEMS传感器芯片封装结构，其特征在于：包括外围支撑框架和应力隔离质量块，所述外围支撑框架内设置有支撑悬板，所述支撑悬板与外围支撑框架连接且外围支撑框架与支撑悬板在同一平面上，应力隔离质量块设置在所述支撑悬板的上表面上，所述外围支撑框架和应力隔离质量块上分别设有用于与MEMS传感器芯片或封装基座相连的多个贴片凸起。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器芯片封装结构，其特征在于：支撑悬板、外围支撑框架、应力隔离质量块均为对称结构且三者的对称轴重合。3.根据权利要求1或2所述的MEMS传感器芯片封装结构，其特征在于：外围支撑框架为方形框架，应力隔离质量块为方形，支撑悬板为方形或者矩形，支撑悬板的一侧边与外围支撑架相连，支撑悬板的其他侧边与外围支撑框架之间形成贯通的U形缝隙，且U形缝隙各个位置处的缝隙宽度相等。4.根据权利要求3所述的MEMS传感器芯片封装结构，其特征在于：所述应力隔离质量块上布置的贴片凸起数量为1个，所述贴片凸起设置在应力隔离质量块的中心位置。5.根据权利要求3所述的MEMS传感器芯片封装结构，其特征在于：所述应力隔离质量块上布置的贴片凸起数量为2个或2个以上，应力隔离质量块上布置的所有贴片凸起围绕应力隔离质量块的中心轴呈中心对称分布。6.根据权利要求4或5所述的MEMS传感器芯片封装结构，其特征在于：所述外围支撑框架上布置的贴片凸起数量为四个，且四个贴片凸起布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖定邦，侯占强，吴学忠，邝云斌，虢晓双，王北镇，张勇猛，李青松，席翔，蹇敦想，马成虎，谢钟鸣，
申请(专利权)人：湖南天羿领航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：