一种MEMS传感器封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术涉及一种MEMS传感器封装结构及其封装方法，其用于封装MEMS传感器，其特征在于，包括：陶瓷基座，所述陶瓷基座的顶层及底层分别设置有多个金属焊盘；所述陶瓷基座顶层的金属焊盘与MEMS传感器的引线连接，所述MEMS传感器设置在所述陶瓷基座上，所述陶瓷基座底层的金属焊盘与外部电路连接；所述陶瓷基座为至少一层垂直互联结构；一侧壁和顶盖，皆由可伐合金制成。本发明专利技术通过选择使用与MEMS传感器材料热膨胀系数接近的陶瓷基座作为封装材料，降低了基座膨胀应力对MEMS传感器的影响，同时利用陶瓷基座实现至少一层垂直互联，可在较小面积内实现MEMS传感器与外围电路的系统级集成，实现高密度系统级封装，实现MEMS传感器的封装灵活性和可拓展性。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS传感器封装结构及其封装方法
本专利技术涉及元器件封装结构及其封装方法领域，特别是涉及一种MEMS(微机电系统)传感器封装结构及其封装方法；本专利技术还涉及利用该封装结构及方法的MEMS加速度计。
技术介绍
多芯片模块，是指将多个裸露或/和封装的集成电路芯片以及单个或多个无源元器件，如电阻、电容、电感等，集成到一个封装基座上形成一个系统或功能模块的一种技术。目前，电子元器件芯片朝着越来越复杂的方向发展，而传统的IC集成器件封装和金属管壳封装都会带来困难。例如，MEMS传感器(如MEMS加速度计和MEMS陀螺仪)，为了提高其性能，往往需要增加可动质量块的厚度，如果使用传统IC集成器件封装技术，国内外标准的LCC(无引脚芯片载体)封装管壳的腔体深度往往不能满足MEMS厚度的要求，这样就势必造成为了满足其厚度而去重新开模，LCC陶瓷管壳的开模费用是很高的，而且周期很长；就金属管壳而言，传统的金属管壳采用可伐合金，尽管其膨胀系数和玻璃接近，但是MEMS传感器如MEMS加速度计及MEMS陀螺仪电路较为复杂，MEMS产品不止包含表头，还包含其配套的处理电路，为了解决这个问题，需要在其上面粘接一个或多个陶瓷基座，在陶瓷基座上实现引线互联。极大地造成了封装及微组装工序的复杂度，而且芯片的整体面积很大，增大了成本，不利于批量生产。文件CN101656244A公开了一种金属层和介质层交替出现的多层互联结构，但是，过多导线布置于基底表面，走线困难；文件CN103414447A公开了一种低温共烧陶瓷LTCC限幅滤波器，包括内设有无源器件的低温共烧陶瓷基座、金属外壳器件和金属外壳，在低温共烧陶瓷基座的表面设有源元件，但是该技术方案不能解决复杂模块的布局问题，而且封装体膨胀应力会对芯片造成影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种根据需要可方便拓展为多层级结构的基座，并可将导线分层布设于基座中，可解决走线困难的问题；提供了一种低封装应力和气密性较好的封装结构，同时提供了该封装结构的封装方法，有效地提高了生产效率，降低了成本，适用于高温高湿等恶劣环境。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为:一种MEMS传感器封装结构，所述封装结构包括:陶瓷基座，所述陶瓷基座的顶层及底层分别设置有多个金属焊盘；所述陶瓷基座顶层的金属焊盘与MEMS传感器的引线连接，所述MEMS传感器设置在所述陶瓷基座上，所述陶瓷基座底层的金属焊盘与外部电路连接；所述陶瓷基座为至少一层垂直互联结构；一侧壁，由可伐合金制成，所述侧壁位于所述陶瓷基座上，与所述陶瓷基座连接；一顶盖，由可伐合金制成，所述顶盖与所述侧壁连接。本专利技术还有以下附属特征:其中，所述陶瓷基座为多层垂直互联结构，层与层之间设有导线。其中，所述侧壁上设置有能与外部电路焊接的电极连接点。本专利技术还提供了一种MEMS传感器封装结构的封装方法，主要包括以下步骤:第一步、根据MEMS传感器选择相应的陶瓷基座；第二步、将侧壁与所述陶瓷基座连接；第三步、将MEMS传感器固定在所述陶瓷基座上，将所述MEMS传感器的引线与所述陶瓷基座顶层的金属焊盘连接；第四步、将所述侧壁与顶盖相连接。其中，所述侧壁与所述陶瓷基座的连接方式为焊接、所述侧壁与所述顶盖的连接方式采用平行缝焊。其中，所述MEMS传感器与所述陶瓷基座的连接方式采用共晶焊接、或者胶粘的方式。其中，所述共晶焊接的焊料为金锡合金，重量组分为金80%和锡20%，在250?400 °C焊接。本专利技术还提供了 一种MEMS传感器封装结构的MEMS加速度计，所述MEMS传感器封装结构中封装有加速度敏感芯片、温度传感器以及集成电路；所述加速度敏感芯片、温度传感器以及集成电路设置在所述陶瓷基座上；所述温度传感器紧邻所述加速度敏感芯片；所述集成电路分别与所述加速度敏感芯片以及所述温度传感器通过导线相电连接。其中，所述加速度敏感芯片包括多个测量体；每个所述测量体包括:质量块以及梳齿结构；所述梳齿结构包括从所述质量块上延伸出的活动梳齿，以及与所述活动梳齿相互间隔设置的固定梳齿，所述活动梳齿与所述固定梳齿之间形成有差分检测电容；所述梳齿结构为四组，其中，在因加速度产生位移时，第一组梳齿结构、第二组梳齿结构与第三组梳齿结构、第四组梳齿结构活动间隙变化方向相反，第一组梳齿结构和第二组梳齿结构输出一电信号，第三组梳齿结构和第四组梳齿结构输出一电信号。在其中一个所述测量体中，所述梳齿结构为四组，其中，在膨胀或收缩时，第一组梳齿结构和第二组梳齿结构活动间隙变化方向相反，第三组梳齿结构和第四组梳齿结构活动间隙变化方向相反。其中，多个所述测量体通过竖质量块相互连接，形成质量块整体，其中，所述质量块整体外还设置有框架，所述质量块整体通过支撑梁与所述框架相连接，所述支撑梁设置在所述质量块整体的四个端角，所述框架上设有防撞止挡，其止挡间隙为I?3微米。其中，所述温度传感器为微型钼电阻温度传感器，所述温度传感器通过导热胶粘结在所述陶瓷基座上。对本专利技术技术方案的实施，可以将复杂芯片中涉及到的大量导线布设于至少一层陶瓷基座中，大大减小了封装面积，提高集成度，从而使得器件整体结构更加紧凑，达到实现小型化的设计目的。同时垂直互联结构极大地缩短了元器件的电连接，有利于减小损耗和串扰，实现信号调理电路与MEMS芯片大规模布线，降低寄生参数，多层基座为一个整体，克服了传统不同材质的基底的膨胀应力对封装芯片的影响。侧壁和顶盖使用可伐合金制成，可伐合金制造灵活，降低了单纯的陶瓷管壳开模成本，而且陶瓷和可伐合金的热膨胀系数与MEMS芯片的热膨胀系数相近，并使用气密性封装工艺。并且本技术方案的实施还具有封装成本低、工艺简单、封装应力小、易于走线布局、可拓展性强等优势，在同一个腔体内实现大规模布线。本技术方案采用陶瓷基座与可伐合金的结合，避免全部陶瓷管壳结构带来的熔封焊封盖工艺，本专利技术盖板密封采用平行缝焊工艺，成本较低。【附图说明】图1MEMS传感器封装结构的一种实施例图2MEMS传感器封装结构的另一种实施例图3MEMS传感器封装结构的第三种实施例图4MEMS传感器封装结构陶瓷基座图5焊接了侧壁的MEMS传感器封装结构图6安装了加速度敏感芯片的MEMS传感器封装结构图7MEMS传感器封装结构图8MEMS传感器封装结构开盖俯视图图9加速度敏感芯片中的测量体结构图10加速度敏感芯片整体结构图中:1_陶瓷基座、11-陶瓷基座顶层、12-陶瓷基座中层、13-陶瓷基座底层、2-加速度敏感芯片、3-温度传感器、4-侧壁、5-顶盖、6-金属焊盘、7-电极连接点、8-引线、9-集成电路、21-框架、22-质量块、24-梳齿结构、25-活动梳齿、26-固定梳齿、27-防撞止挡、241-第一组梳齿结构、242-第二组梳齿结构、243-第三组梳齿结构、244-第四组梳齿结构。【具体实施方式】下面将结合实施例以及附图对本专利技术加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。基于本专利技术产品的使用环境，需长期的户外运行，对加速度计封装工艺的气密性、高温高湿等恶劣环境、封装应力等问题带来了严峻的考验。参照图1至图8，本专利技术提供了一种MEMS传感器封装结构，其用于封装MEMS传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：陶瓷基座，所述陶瓷基座的顶层及底层分别设置有多个金属焊盘；所述陶瓷基座顶层的金属焊盘与MEMS传感器的引线连接，所述MEMS传感器设置在所述陶瓷基座上，所述陶瓷基座底层的金属焊盘与外部电路连接；所述陶瓷基座为至少一层垂直互联结构；一侧壁，由可伐合金制成，所述侧壁位于所述陶瓷基座上，与所述陶瓷基座连接；一顶盖，由可伐合金制成，所述顶盖与所述侧壁连接。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述封装结构包括: 陶瓷基座，所述陶瓷基座的顶层及底层分别设置有多个金属焊盘；所述陶瓷基座顶层的金属焊盘与MEMS传感器的引线连接，所述MEMS传感器设置在所述陶瓷基座上，所述陶瓷基座底层的金属焊盘与外部电路连接；所述陶瓷基座为至少一层垂直互联结构； 一侧壁，由可伐合金制成，所述侧壁位于所述陶瓷基座上，与所述陶瓷基座连接； 一顶盖，由可伐合金制成，所述顶盖与所述侧壁连接。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述陶瓷基座为多层垂直互联结构，层与层之间设有导线。3.根据权利要求1所述的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述侧壁上设置有能与外部电路焊接的电极连接点。4.一种如权利要求1-3任一项所述的一种MEMS传感器封装结构的封装方法，主要包括以下步骤: 第一步、根据MEMS传感器选择相应的陶瓷基座； 第二步、将侧壁与所述陶瓷基座连接； 第三步、将MEMS传感器固定在所述陶瓷基座上，将所述MEMS传感器的引线与所述陶瓷基座顶层的金属焊盘连接； 第四步、将所述侧壁与顶盖相连接。5.根据权利要求4所述的MEMS传感器封装结构的封装方法，其特征在于，所述侧壁与所述陶瓷基座的连接方式为焊接、所述侧壁与所述顶盖的连接方式采用平行缝焊。6.根据权利要求4所述的MEMS传感器封装结构的封装方法，其特征在于，所述MEMS传感器与所述陶瓷基座的连接方式采用共晶焊接、或者胶粘的方式。7.根据权利要求6所述的MEMS传感器封装结构的封装方法，其特征在于，所述共晶焊接的焊料为金锡合金，重量组分为金80%和锡20%，在250~400°C焊接。8.一种采用权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛旭，郭士超，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11