Mems傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及元器件封裝技術領域，尤其涉及一種MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統(tǒng))傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。
【背景技術】
[0002]MEMS (微機械系統(tǒng))是在傳統(tǒng)集成電路技術上發(fā)展而來的一門新興技術，通過制作微米納米尺度的機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)感知或執(zhí)行功能。由于其大小與常規(guī)的毫米或者厘米的功能模塊之間存在很大的差異，因此需要通過封裝來實現(xiàn)電信號在不同尺度的模塊間的相互傳遞，在實現(xiàn)信號傳輸?shù)倪^程中，封裝本身要盡可能減小對MEMS芯片的影響，同時還要保護MEMS芯片不受外部環(huán)境干擾因素的影響。
[0003]傳統(tǒng)的MEMS傳感器芯片的封裝主要有:采用金屬材料進行封裝、采用陶瓷材料進行封裝和采用塑料材料進行封裝三種方式。其中，陶瓷封裝由于其導熱性能好，氣密性好等優(yōu)點被廣泛使用。
[0004]由于MEMS傳感器器件的核心功能由其內(nèi)部的微小可動部件來實現(xiàn)，因此封裝時必須考慮封裝引起的應力對傳感器的器件性能造成的影響。現(xiàn)在主流的MEMS傳感器芯片大多由硅材料制成，而傳統(tǒng)的陶瓷封裝方式中所采用的陶瓷多為氧化鋁、氮化鋁，該材料與MEMS傳感器芯片的材料(硅)的熱膨脹系數(shù)差別較大，當封裝時或封裝后的器件溫度發(fā)生變化時，不同材料的收縮或膨脹程度不同，由此產(chǎn)生的應力失配就會導致MEMS傳感器芯片的封裝管殼以及MEMS芯片本身發(fā)生變形，進而影響MEMS傳感器芯片器件性能，甚至直接導致MEMS傳感器芯片器件失效。
[0005]因此需要找到一種新的封裝方法來解決封裝所帶來的熱應力問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請解決的技術問題之一是提供一種MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，減小封裝熱應力對MEMS傳感器器件性能造成的影響。
[0007]根據(jù)本申請一方面的一個實施例，提供了一種MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，包括:
[0008]氮化硅陶瓷管殼，包括襯底與側(cè)壁，所述襯底用于固定MEMS傳感器芯片，位于所述氮化硅陶瓷管殼內(nèi)側(cè)的側(cè)壁設置一臺階；
[0009]內(nèi)部焊盤，位于所述臺階上表面，與MEMS傳感器芯片的信號輸出端相連；
[0010]外部焊盤，位于所述氮化硅陶瓷管殼外表面；
[0011]內(nèi)部電路，部分或全部位于所述襯底與側(cè)壁內(nèi)部，用于連接所述內(nèi)部焊盤和外部焊盤；
[0012]蓋板，用于對所述氮化硅陶瓷管殼進行封口。
[0013]可選地，所述內(nèi)部焊盤由所述臺階上表面設置的金屬組成。
[0014]可選地，所述金屬包括金屬鎳和金。
[0015]可選地，所述蓋板采用陶瓷或可伐合金材料。
[0016]根據(jù)本申請另一方面的一個實施例，提供了一種MEMS傳感器的封裝方法，包括:
[0017]提供氮化硅陶瓷管殼，所述氮化硅陶瓷管殼包括襯底與側(cè)壁，位于所述氮化硅陶瓷管殼內(nèi)側(cè)的側(cè)壁具有一臺階，所述臺階上表面具有一內(nèi)部焊盤，在所述氮化硅陶瓷管殼外表面具有一外部焊盤，所述內(nèi)部焊盤與外部焊盤通過內(nèi)部電路連接；
[0018]將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷管殼襯底的上表面；
[0019]連接MEMS傳感器芯片信號輸出端與所述內(nèi)部焊盤；
[0020]將蓋板固定在氮化硅陶瓷管殼側(cè)壁上表面，使得MEMS傳感器芯片被封裝在由所述氮化硅陶瓷管殼和所述蓋板組成的殼體內(nèi)部。
[0021]可選地，通過貼片膠粘接或者焊料焊接的方式將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷管殼襯底的上表面。
[0022]可選地，通過引線鍵合的方式連接MEMS傳感器芯片信號輸出端與氮化硅陶瓷管殼側(cè)壁臺階上表面的內(nèi)部焊盤。
[0023]可選地，通過粘膠或焊接的方式將蓋板固定在氮化硅陶瓷管殼側(cè)壁上表面。
[0024]可選地，由所述氮化硅陶瓷管殼和所述蓋板組成的殼體內(nèi)部為真空環(huán)境。
[0025]可選地，由所述氮化硅陶瓷管殼和所述蓋板組成的殼體內(nèi)部為氣密環(huán)境，殼體內(nèi)部為氮氣氛圍。
[0026]可選地，所述MEMS傳感器芯片為硅材料制作的慣性傳感器，包括:加速度計或陀螺儀。
[0027]本申請實施例利用氮化硅陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)與硅接近的特點，選用氮化硅陶瓷管殼封裝MEMS傳感器芯片，可以有效的減小封裝熱應力對MEMS傳感器器件性能造成的影響，從而改善傳感器整體性能。
[0028]本領域普通技術人員將了解，雖然下面的詳細說明將參考圖示實施例、附圖進行，但本申請并不僅限于這些實施例。而是，本申請的范圍是廣泛的，且意在僅通過后附的權利要求限定本申請的范圍。
【附圖說明】
[0029]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0030]圖1是根據(jù)本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0031 ] 圖2是根據(jù)本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝結(jié)構(gòu)去掉蓋板后的俯視示意圖。
[0032]圖3是根據(jù)本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝方法流程圖。
[0033]圖4所示為采用傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)熱應力作用示意圖。
[0034]圖5所示為采用本申請一個實施例的封裝結(jié)構(gòu)熱應力作用示意圖。
[0035]附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對本申請的技術方案作進一步詳細描述。
[0037]圖1是根據(jù)本申請一個實施例的一種MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖2是根據(jù)本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝結(jié)構(gòu)去掉蓋板后的俯視示意圖。該MEMS傳感器的封裝結(jié)構(gòu)用于封裝硅材料制成的MEMS傳感器芯片，例如硅材料制作的慣性傳感器，包括:陀螺儀或加速度計。該封裝結(jié)構(gòu)包括:氮化硅陶瓷管殼10、內(nèi)部焊盤11、外部焊盤12、內(nèi)部電路13、蓋板14。
[0038]其中，氮化硅陶瓷管殼10，包括襯底101與側(cè)壁102，所述襯底101用于固定MEMS傳感器芯片。位于所述氮化硅陶瓷管殼10內(nèi)側(cè)的側(cè)壁102具有一臺階。內(nèi)部焊盤11位于該臺階上表面，且該內(nèi)部焊盤11可以由多層金屬構(gòu)成，例如，該內(nèi)部焊盤11可以由所述臺階上表面設置的金屬鎳及金組成。該內(nèi)部焊盤11與MEMS傳感器芯片的信號輸出端相連，例如可以通過引線鍵合的方式或焊接的方式相連。
[0039]外部焊盤12位于所述氮化硅陶瓷管殼10外表面，可以位于襯底101的下表面，也可以位于側(cè)壁102的外表面。優(yōu)選的，位于襯底101下表面的邊緣。其中內(nèi)部焊盤11與外部焊盤12通過內(nèi)部電路13連接，該內(nèi)部電路13用于將內(nèi)部焊盤11的電信號引出給外部焊盤12。即MEMS傳感器芯片的輸出端與內(nèi)部焊盤11連接，內(nèi)部焊盤11通過內(nèi)部電路13與外部焊盤12連接，外部焊盤12可與外圍的PCB電路連接。
[0040]蓋板14，用于對所述氮化硅陶瓷管殼進行封口。該蓋板14可以采用陶瓷或可伐合金材料。
[0041]本申請實施例還提供一種與上述MEMS傳感器封裝結(jié)構(gòu)相應的MEMS傳感器的封裝方法，用于利用上述實施例的封裝結(jié)構(gòu)封裝MEMS傳感器芯片。如圖3中所示為該封裝方法的流程圖，該