本发明专利技术公开了一种复合式MEMS传感器及芯片级封装方法，属于敏感元件与传感器领域。所述复合型MEMS传感器包括由下而上依次键合的：硅基板层、互联层、芯片层。本发明专利技术的传感器和封装方法，通过互联层设计，将芯片间的电气连接线埋置在互联层内，不仅克服了引线容易彼此接触的问题，且更加适用于多芯片封装的复杂布线场景，提高了复合型MEMS传感器的可靠性。此外，本发明专利技术可以对复合型MEMS传感器进行模块化设计与加工，提升芯片的整体良率，同时可以有效降低复合型传感器的生产成本。降低复合型传感器的生产成本。降低复合型传感器的生产成本。
【技术实现步骤摘要】
一种复合式MEMS传感器及芯片级封装方法
[0001]本专利技术涉及一种复合式MEMS传感器及芯片级封装方法，属于敏感元件与传感器领域。
技术介绍
[0002]MEMS传感器是基于微机电系统(MEMS，Microelectro Mechanical Systems)工艺制备而成的，具有成本低、尺寸小、精度高、可靠性高等优点，现已被广泛应用于石油化工、工业控制、消费电子、航天航空等行业。
[0003]按照MEMS传感器的功能，可将其进一步划分为MEMS温度传感器、MEMS压力传感器、MEMS加速度传感器、MEMS惯性传感器等等，在一些应用场合中，比如汽车胎压传感器，需要同时采集轮胎的温度、压力、加速度等物理量，这时就需要采用复合式MEMS传感器。
[0004]一种解决方案是在芯片级进行集成，比如专利CN201510868610.8，一种MEMS压阻式复合传感器及其加工方法，这种方案虽然可以实现加速度传感器、压力传感器以及温度传感器的芯片级集成，但该方案的芯片良率近似等于三个MEMS传感器各自良率的乘积，这会导致总体芯片良率较低，从而造成加工成本的大幅度上涨。而且，该方案无法对三种传感器芯片进行模块化组合，当芯片被设计出来，版图即已经确定，当三个MEMS传感器中任何一个传感器规格发生改变，就需要重新设计、开发一套新的版图，这无疑也会增加复合型传感器的潜在成本。
[0005]另外一种解决方案，是分别制备MEMS温度、压力、加速度传感器，然后将他们封装在陶瓷等基板上，并通过引线键合等方式实现彼此的电连接。然而，现有的封装方案，比如专利CN201910427442.7，一种用于燃油压力传感器的封装方法，采用陶瓷基板对压力传感器进行封装，在陶瓷基板上方布线，通过引线键合的方式实现MEMS芯片与ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专门应用的集成电路)芯片的电气连接。这种方法虽然工艺成熟，但仅适用于简单布线的封装，难以适用于复杂布线的情况，比如三芯片甚至多芯片封装的体系，此时会存在布线困难，键合的引线彼此接触等问题，从而降低传感器的可靠性，或者为了提高引线键合的可靠性而被动增大传感器的尺寸。
技术实现思路
[0006]为了解决现有技术方案中复合型MEMS传感器存在的难以模块化生产、良率低、封装可靠性差等问题，本专利技术提供了一种复合式MEMS传感器及芯片级封装方法。
[0007]本专利技术的第一个目的在于提供一种复合型MEMS传感器，所述复合型MEMS传感器包括由下而上依次键合的三层结构：硅基板层、互联层和芯片层；
[0008]所述硅基板层包括硅基板，所述硅基板设有金属线，用于所述芯片层上各芯片之间的电气连接；
[0009]所述互联层设有通孔，所述通孔内贯穿有金属柱，用于实现所述芯片层与所述硅基板层的电气连接；
[0010]所述芯片层包括多个MEMS传感器芯片和ASIC芯片。
[0011]可选的，所述互联层的材料为玻璃，所述互联层的通孔位置与所述MEMS传感器芯片、所述ASIC芯片的位置对应。
[0012]可选的，所述硅基板的材料为单抛硅片。
[0013]可选的，所述芯片层包括：MEMS压力传感器芯片和/或MEMS加速度传感器芯片和/或MEMS温度传感器芯片，以及ASIC芯片。
[0014]可选的，所述MEMS压力传感器芯片和/或MEMS加速度传感器芯片位置的下方对应的互联层上表面设有凹槽，用于提供形变空间。
[0015]本专利技术还提供一种复合型MEMS传感器的封装方法，所述方法包括：
[0016]步骤一：制备硅基板；
[0017]步骤11：以硅片为基底，在硅片上制备金属层；
[0018]步骤12：对金属层进行刻蚀，形成金属线和输入输出金属端口；
[0019]步骤二：制备互联层；
[0020]步骤21：采用玻璃材料，在玻璃上制备上下贯穿的通孔；
[0021]步骤22：电镀金属，填充所述通孔的内部空间和所述互联层的表面；
[0022]步骤23：抛光所述互联层的表面，去除互联层表面的金属，使金属仅保留在通孔内，形成金属柱；
[0023]步骤三：利用阳极键合的方法连接芯片层、所述互联层和所述硅基板，所述芯片层包括多个MEMS传感器芯片和ASIC芯片，所述MEMS传感器芯片、ASIC芯片与所述互联层的通孔位置对应，实现所述芯片层与所述硅基板的电气连接。
[0024]可选的，所述步骤二中制备互联层还包括：刻蚀所述互联层与传感器芯片连接的一面，与所述传感器芯片位置对应的部分形成凹槽，用于给所述传感器芯片提供形变空间。
[0025]可选的，所述步骤11中制备金属层的方法为物理气相沉积PVD法或溅射薄膜法。
[0026]可选的，所述步骤23中采用的抛光方法为化学机械抛光CMP方法。
[0027]可选的，所述步骤三中的传感器芯片包括：MEMS压力传感器和/或MEMS加速度传感器和/或MEMS温度传感器。
[0028]本专利技术有益效果是：
[0029]1、通过互联层设计，将芯片间的电气连接线埋置在互联层内，相比于现有技术的引线键合工艺裸露在外部的方案，本专利技术不仅克服了键合的引线容易彼此接触的问题，且更加适用于多芯片封装、布线复杂的场景，提高了复合型MEMS传感器的可靠性。
[0030]2、采用芯片级封装结构，多个不同类型和功能的MEMS传感器芯片可以独立加工，相比于现有技术中的版图固定的方案，本专利技术可以对复合型MEMS传感器进行模块化设计与加工，提升芯片的整体良率，同时可以降低复合型传感器的生产成本。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术复合式传感器芯片的正视图。
[0033]图2为本专利技术中互联层的正视图。
[0034]图3为本专利技术中硅基板的正视图。
[0035]图4位本专利技术复合式传感器芯片的侧视图。
[0036]1、MEMS压力传感器芯片；2、MEMS加速度传感器芯片；3、MEMS温度传感器芯片；4、ASIC芯片；5、MEMS压力传感器芯片和加速传感器芯片下方空腔；6、通孔；39、互联层；40、硅基板；
[0037]附图中7
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38均为金属垫(端子)，其中7
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12端子作为最终的输入/输出端子，与外界直接连接：
[0038]7、电源供电正极；8、电源供电负极；9、接地端子；10、MEMS压力传感器信号输出端子；11、MEMS加速度传感器芯片信号输出端子；12、MEMS温度传感器芯片信号输出端子；
[0039]其中13
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26端子与ASIC芯片本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种复合型MEMS传感器，其特征在于，所述复合型MEMS传感器包括由下而上依次键合的三层结构：硅基板层、互联层和芯片层；所述硅基板层包括硅基板，所述硅基板设有金属线，用于所述芯片层上各芯片之间的电气连接；所述互联层设有通孔，所述通孔内贯穿有金属柱，用于实现所述芯片层与所述硅基板层的电气连接；所述芯片层包括多个MEMS传感器芯片和ASIC芯片。2.根据权利要求1所述的复合型MEMS传感器，其特征在于，所述互联层的材料为玻璃，所述互联层的通孔位置与所述MEMS传感器芯片、所述ASIC芯片的位置对应。3.根据权利要求1所述的复合型MEMS传感器，其特征在于，所述硅基板的材料为单抛硅片。4.根据权利要求1所述的复合型MEMS传感器，其特征在于，所述芯片层包括：MEMS压力传感器芯片和/或MEMS加速度传感器芯片和/或MEMS温度传感器芯片，以及ASIC芯片。5.根据权利要求4所述的复合型MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器芯片和/或MEMS加速度传感器芯片位置的下方对应的互联层上表面设有凹槽，用于提供形变空间。6.一种复合型MEMS传感器的封装方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：制备硅基板；步骤11：以硅片为基底，在硅片上制备金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕勤，刘晓宇，
申请(专利权)人：无锡胜脉电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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