專利名稱：Mems高量程加速度傳感器的封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器的封裝技術(shù)，具體是一種MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法。
背景技術(shù)：
MEMS (基于微機(jī)電系統(tǒng)的)高量程加速度傳感器由于體積小、質(zhì)量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，尤其在對器件的體積、質(zhì)量及可靠性有很高要求的航空航天及兵器科學(xué)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。MEMS高量程加速度傳感器的研究近年來發(fā)展迅速，各種性能、量程的高量程加速度傳感器已經(jīng)相繼報道。但是與低量程的加速度傳感器不同，高量程加速度傳感器對抗高過載能力和固有頻率要求很高，通常情況下抗高過載能力要求可以承受幾十萬個量程沖擊載荷，固有頻率要求高達(dá)幾十kHz，甚至上百kHz。因此，在應(yīng)用中MEMS 高量程加速度傳感器常常由于抗高過載能力較差而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。為保證MEMS高量程加速度傳感器在應(yīng)用時的可靠性，MEMS高量程加速度傳感器的封裝就顯得尤為重要。實踐表明，現(xiàn)有傳感器封裝技術(shù)普遍存在抗高過載能力差、固有頻率低、以及封裝可靠性差的問題，即采用現(xiàn)有傳感器封裝技術(shù)封裝后的MEMS高量程加速度傳感器在遇到惡劣的應(yīng)用環(huán)境時，常出現(xiàn)管殼破裂、蓋板凹陷、芯片從管殼基板上脫落、引線斷裂等問題。基于此，有必要發(fā)明一種全新的傳感器封裝技術(shù)，以保證MEMS高量程加速度傳感器在應(yīng)用時的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有傳感器封裝技術(shù)抗高過載能力差、固有頻率低、以及封裝可靠性差的問題，提供了一種MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的=MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的a)在MEMS高量程加速度傳感器的芯片上、下表面陽極鍵合高硼硅玻璃基板，兩高硼硅玻璃基板的厚度相等；b)選取陶瓷基板，陶瓷基板的厚度等于芯片的厚度與高硼硅玻璃基板的厚度之和，將陶瓷基板和芯片固定到緩沖基板上，保證固定后陶瓷基板和芯片處于同一水平面，且陶瓷基板和芯片間距緊湊；c)通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在芯片上印制芯片焊盤， 利用模具在陶瓷基板上印制電纜引線用焊盤，在芯片焊盤和電纜引線用焊盤之間印制連接導(dǎo)線，并在連接導(dǎo)線上覆蓋絕緣材料；d)將緩沖基板、芯片、高硼硅玻璃基板、陶瓷基板固定到不銹鋼封裝管殼中；e)焊接電纜引線到陶瓷基板上的電纜引線用焊盤；f)利用灌封膠灌封不銹鋼封裝管殼的內(nèi)腔；g)將不銹鋼蓋板縫接到不銹鋼封裝管殼上。本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法使用不銹鋼封裝管殼，通過仿真分析不同材料封裝管殼的抗高過載能力和固有頻率得出與陶瓷、可伐合金及鋁合金等可用于MEMS高量程加速度傳感器的封裝材料相比，不銹鋼封裝管殼同時具有更強(qiáng)的抗高過載能力和更高的固有頻率。本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法通過在傳感器芯片上、下表面陽極鍵合高硼硅玻璃基板，實現(xiàn)了傳感器芯片的氣密封裝，保證了傳感器芯片工作時具有最佳阻尼系數(shù)，避免了灌封對傳感器芯片結(jié)構(gòu)造成影響。同時由于高硼硅玻璃的熱膨脹系數(shù)與傳感器芯片的熱膨脹系數(shù)相近，減小了陽極鍵合工藝中引起的熱應(yīng)力對傳感器芯片的影響。本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)印制連接導(dǎo)線以實現(xiàn)無引線電氣連接，避免了高過載環(huán)境下因鍵合點(diǎn)脫落、引線斷裂等原因?qū)е?MEMS高量程加速度傳感器失效。通過Hopkinson桿沖擊測試得出，在15萬g以上的高沖擊作用下，與引線電氣連接相比，無引線電氣連接的可靠性更高。本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法利用緩沖基板和灌封技術(shù)實現(xiàn)了 MEMS高量程加速度傳感器的內(nèi)置機(jī)械濾波技術(shù)。在應(yīng)用環(huán)境中，作用到MEMS高量程加速度傳感器的沖擊信號中往往包含高頻干擾信號，高頻信號可能導(dǎo)致傳感器芯片失效， 而采取內(nèi)置機(jī)械濾波技術(shù)能夠濾掉這些高頻信號，進(jìn)一步提高封裝的可靠性。綜上所述，本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法基于MEMS高量程加速度傳感器的應(yīng)用要求和特性，設(shè)計實現(xiàn)了加速度傳感器芯片的三層封裝、無引線電氣連接及內(nèi)置機(jī)械濾波。與現(xiàn)有傳感器封裝技術(shù)相比，本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法具有較強(qiáng)的抗高過載能力、較高的固有頻率、以及較高的封裝可靠性。采用本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法封裝后的MEMS高量程加速度傳感器在高過載環(huán)境下應(yīng)用時不僅不會出現(xiàn)管殼破裂、蓋板凹陷、芯片從管殼基板上脫落、引線斷裂等問題，且具有較好的性能一致性。 本發(fā)明通過設(shè)計實現(xiàn)加速度傳感器芯片的三層封裝、無弓I線電氣連接及內(nèi)置機(jī)械濾波，有效解決了現(xiàn)有傳感器封裝技術(shù)抗高過載能力差、固有頻率低、以及封裝可靠性差的問題，適用于MEMS高量程加速度傳感器的封裝。


圖1是采用本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法封裝后的MEMS高量程加速度傳感器的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法封裝后的MEMS高量程加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是采用本發(fā)明所述的MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法封裝后的MEMS高量程加速度傳感器的部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-芯片，2-高硼硅玻璃基板，3-陶瓷基板，4-緩沖基板，5-芯片焊盤，6_電纜引線用焊盤，7-連接導(dǎo)線，8-不銹鋼封裝管殼，9-電纜引線，10-不銹鋼蓋板，11-灌封膠， 12-絕緣材料。
具體實施例方式MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的
a)在MEMS高量程加速度傳感器的芯片1上、下表面陽極鍵合高硼硅玻璃基板2，兩高硼硅玻璃基板2的厚度相等；
b)選取陶瓷基板3，陶瓷基板3的厚度等于芯片1的厚度與高硼硅玻璃基板2的厚度之和，將陶瓷基板3和芯片1固定到緩沖基板4上，保證固定后陶瓷基板3和芯片1處于同一水平面，且陶瓷基板3和芯片1間距緊湊；
c)通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在芯片1上印制芯片焊盤5，利用模具在陶瓷基板3上印制電纜引線用焊盤6，在芯片焊盤5和電纜引線用焊盤6之間印制連接導(dǎo)線7，并在連接導(dǎo)線7上覆蓋絕緣材料12 ；
d)將緩沖基板4、芯片1、高硼硅玻璃基板2、陶瓷基板3固定到不銹鋼封裝管殼8中；
e)焊接電纜引線9到陶瓷基板上的電纜引線用焊盤6；
f)利用灌封膠11灌封不銹鋼封裝管殼8的內(nèi)腔；
g)將不銹鋼蓋板10縫接到不銹鋼封裝管殼8上。所述步驟a)中，通過在傳感器芯片的上下兩表面陽極鍵合高硼硅玻璃基板，保護(hù)了傳感器芯片，并實現(xiàn)了傳感器芯片的氣密封裝。在陽極鍵合工藝中，需對鍵合溫度、高硼硅玻璃基板與芯片的面積比、高硼硅玻璃基板的厚度進(jìn)行優(yōu)化，以減小熱應(yīng)力對傳感器芯片的作用。所述步驟b)中，陶瓷基板和芯片通過貼片膠粘結(jié)固定到緩沖基板上，在固定過程中，需避免貼片膠從高硼硅玻璃基板和陶瓷基板底部流出。所述步驟C)中，通過印制連接導(dǎo)線來實現(xiàn)芯片焊盤和電纜引線用焊盤之間的電氣連接。通過在連接導(dǎo)線上覆蓋絕緣材料來保護(hù)傳感器的信號傳輸，防止灌封時信號發(fā)生短路。選用的絕緣材料不能與灌封膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。所述步驟d)中，緩沖基板、芯片、高硼硅玻璃基板、陶瓷基板通過貼片膠粘結(jié)固定到不銹鋼封裝管殼中。
權(quán)利要求
1. 一種MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法，其特征在于該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的a)在MEMS高量程加速度傳感器的芯片(1)上、下表面陽極鍵合高硼硅玻璃基板(2)，兩高硼硅玻璃基板(2)的厚度相等；b)選取陶瓷基板(3)，陶瓷基板(3)的厚度等于芯片(1)的厚度與高硼硅玻璃基板(2) 的厚度之和，將陶瓷基板(3)和芯片(1)固定到緩沖基板(4)上，保證固定后陶瓷基板(3) 和芯片(1)處于同一水平面，且陶瓷基板(3)和芯片(1)間距緊湊；c)通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在芯片(1)上印制芯片焊盤(5)，利用模具在陶瓷基板(3)上印制電纜引線用焊盤(6)，在芯片焊盤(5)和電纜引線用焊盤(6)之間印制連接導(dǎo)線(7)，并在連接導(dǎo)線(7 )上覆蓋絕緣材料(12 )；d)將緩沖基板(4)、芯片(1)、高硼硅玻璃基板(2)、陶瓷基板(3)固定到不銹鋼封裝管殼(8)中；e)焊接電纜引線(9)到陶瓷基板上的電纜引線用焊盤(6);f)利用灌封膠(11)灌封不銹鋼封裝管殼(8)的內(nèi)腔；g)將不銹鋼蓋板(10)縫接到不銹鋼封裝管殼(8)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳感器的封裝技術(shù)，具體是一種MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有傳感器封裝技術(shù)抗高過載能力差、固有頻率低、以及封裝可靠性差的問題。MEMS高量程加速度傳感器的封裝方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的a)陽極鍵合高硼硅玻璃基板；b)選取陶瓷基板；c)印制芯片焊盤及連接導(dǎo)線；d)將緩沖基板固定到不銹鋼封裝管殼中；e)焊接電纜引線；f)灌封不銹鋼封裝管殼；g)將不銹鋼蓋板縫接到不銹鋼封裝管殼上。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有傳感器封裝技術(shù)抗高過載能力差、固有頻率低、以及封裝可靠性差的問題，適用于MEMS高量程加速度傳感器的封裝。
文檔編號B81C1/00GK102259827SQ20111017324
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月25日
發(fā)明者劉俊, 唐軍, 張賀, 李平, 楊玉華, 石云波 申請人:中北大學(xué)