一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳制造技术

本实验新型提出一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，开发出一款适用于MEMS惯性传感器常压封装的陶瓷外壳结构，采用陶瓷材料，结构体积小，将ASIC与惯性传感器表头封装在同一个腔体内，增加了产品集成度。主要包括伐金属盖板和带引脚的陶瓷管座，陶瓷管座内布有金属焊盘，通过内部走线将内部焊盘和外部引脚连接，并利用平行封焊机进行平行封焊封装。

A ceramic shell for MEMS inertial sensor package

【技术实现步骤摘要】
一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳
本技术属于微机电系统封装领域，具体是一种MEMS惯性传感器封装用陶瓷外壳。
技术介绍
MEMS技术开辟了微型化、集成化的新
和产业，而其封装好坏关系到器件性能的优劣，同时封装成本过高也会降低MEMS器件的市场竞争力。MEMS中一些可动部分或悬空结构、硅杯空腔、梁、沟、槽、膜片，甚至是流体部件与有机部件，基本上是靠表面效应工作的。MEMS产品的封装技术大多数是借用半导体IC领域中现成的封装工艺，不过，由于各类产品的使用范围和应用环境的差异，其封装也没有统一的形式，应根据具体的使用情况选择适当的封装形式，对各种不同结构及用途的MEMS器件，导致其封装设计专用性很强。目前MEMS惯性器件产品量较小，无标准工艺，传统的MEMS封装主要有金属封装、陶瓷封装和塑料封装三种形式。最近几年，MEMS封装技术取得了很大进展，出现了众多的MEMS封装技术，通常可将其分为3个封装层次：芯片级封装、圆片级封装、系统级封装。而对于MEMS惯性器件来讲，封装技术除了保护内部结构不受外部环境的干扰和破坏之外，还要保证器件具有良好的气密性，较好的绝缘性，以及足够的机械应力，保证形状稳定。这样大大增加了器件封装难度，导致MEMS封装技术成本高于一般电子元器件，制约着MEMS惯性器件的发展和普及应用。针对MEMS惯性传感器的封装难点，MEMS惯性传感器采用陶瓷封装。陶瓷材料具有足够高的机械强度，绝缘电阻及绝缘破坏电压高；在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性。并且热导率高；热膨胀系数与Si的热膨胀系数匹配，耐热性优良。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，可实现深腔封装、体积小、高可靠性、高气密性，高集成度，满足MEMS惯性器件的封装要求。本技术采用提供一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，采用陶瓷结构，陶瓷材料具有足够高的机械强度，绝缘电阻及绝缘破坏电压高；在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性。并且热导率高；热膨胀系数与Si的热膨胀系数匹配，耐热性优良。为解决上述技术问题，本技术的技术方案是，一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，包括可伐金属盖板(3)，和带引脚的陶瓷管座，陶瓷管座顶部设有金属封口环(1)，所述可伐金属盖板(3)通过所述金属封口环(1)将所述陶瓷外壳上端的开口封闭，金属封口环(1)烧结在陶瓷管座侧壁(2)上，陶瓷管座侧壁(2)固定在下方的带有金属埋线的台阶(4)上，带有金属埋线的台阶(4)与下方陶瓷基底(5)固定，在陶瓷管座外部与底部布有金属引脚(7)，在陶瓷管座底部三个方向布有接地引脚(8)，金属引脚(7)通过内部走线与带有金属埋线的台阶(4)表面上的金属焊盘(6)相连。进一步的技术方案，所述的一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，其特征在于：所述的带有金属埋线的陶瓷台阶(4)采用单面设计，台阶上布有数量不定的金属焊盘(6)。进一步的技术方案，所述陶瓷外壳采用氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或LTCC。进一步的技术方案，金属封口环(1)与可伐金属盖板(3)之间通过平行封焊工艺进行焊接。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1)实现器件小型化，具有足够高的机械强度，热膨胀系数与MEMS惯性芯片的热膨胀系数匹配；2)封装气密性高：气密性满足≤1×10-3Pa·cm3/s；3)与常规LCC或CQFP相比，本技术腔体深度大，可将Asic与MEMS芯片以及外围电路摆放在腔体内，提高了集成度和热传导速率，提供结构稳定，密闭性好的惯性传感器外壳。附图说明图1是本技术正面半剖结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是底部视图；图4是侧面半剖结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。本技术包括可伐金属盖板(3)，和带引脚的陶瓷管座，陶瓷管座顶部设有金属封口环(1)，所述可伐金属盖板(3)通过所述金属封口环(1)将所述陶瓷外壳上端的开口封闭，金属封口环(1)烧结在陶瓷管座侧壁(2)上，陶瓷管座侧壁(2)固定在下方的带有金属埋线的台阶(4)上，带有金属埋线的台阶(4)与下方陶瓷基底(5)固定，在陶瓷管座外部与底部布有金属引脚(7)，在陶瓷管座底部三个方向布有接地引脚(8)，金属引脚(7)通过内部走线与带有金属埋线的台阶(4)表面上的金属焊盘(6)相连。所述的陶瓷管座腔体采用陶瓷材料制成，带有金属埋线的陶瓷台阶(4)只布置在腔体左侧，带有金属埋线的陶瓷台阶(4)上布有数量不定的金属焊盘。本技术陶瓷管座内腔采用深腔设计，可将ASIC芯片外围电路器件以及MEMS惯性芯片同时放入陶瓷管座内。优选的，本技术外壳采用平行封焊封装，并对待封器件进行加热和抽真空处理，从而降低管腔内的湿度和氧分子的含量，封装后使得管腔内部的芯片不易被氧化、使芯片不受外界因素的影响而损坏和对芯片起到保护作用，不因外部条件变化而影响芯片的正常工作。在封焊过程中充以保护气体氮，其压强与一个大气压相同，这样既利于在使用过程中内外压强的平衡，也利于人员操作，使得器件在长时间工作下，不因内外压强差而使外壳脱离。本技术为一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，结合陶瓷烧结技术、芯片粘接技术和平行封焊技术有效提高了器件可靠性封装，以及气密性，提供了一种小型化，集成化，稳定可靠的惯性传感器封装外壳。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，其特征在于：包括可伐金属盖板(3)，和带引脚的陶瓷管座，陶瓷管座顶部设有金属封口环(1)，所述可伐金属盖板(3)通过所述金属封口环(1)将所述陶瓷外壳上端的开口封闭，金属封口环(1)烧结在陶瓷管座侧壁(2)上，陶瓷管座侧壁(2)固定在下方的带有金属埋线的陶瓷台阶(4)上，带有金属埋线的陶瓷台阶(4)与下方陶瓷基底(5)固定，在陶瓷管座外部与底部布有金属引脚(7)，在陶瓷管座底部三个方向布有接地引脚(8)，金属引脚(7)通过内部走线与带有金属埋线的陶瓷台阶(4)表面上的金属焊盘(6)相连。

【技术特征摘要】
1.一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，其特征在于：包括可伐金属盖板(3)，和带引脚的陶瓷管座，陶瓷管座顶部设有金属封口环(1)，所述可伐金属盖板(3)通过所述金属封口环(1)将所述陶瓷外壳上端的开口封闭，金属封口环(1)烧结在陶瓷管座侧壁(2)上，陶瓷管座侧壁(2)固定在下方的带有金属埋线的陶瓷台阶(4)上，带有金属埋线的陶瓷台阶(4)与下方陶瓷基底(5)固定，在陶瓷管座外部与底部布有金属引脚(7)，在陶瓷管座底部三个方向布有接地引脚(8)，金属引脚(7)通过内部走线与带有金属埋线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫桂珍，林龙涛，赵前程，闫俊杰，杨俊飞，
申请(专利权)人：北京微元时代科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11