[發明專利]一種中心支撐式MEMS芯片封裝結構的制作方法

有效

• 申請號: 201710702101.7
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107512700B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 鳳瑞
• 申請（專利權）人: 北方電子研究院安徽有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 耿英;董建林

本發明公開了一種中心支撐式MEMS芯片封裝結構的制作方法，采用噴涂光刻膠的方法對芯片結構進行保護，然后對芯片硅襯底底部的光刻膠圖形化，形成刻蝕掩膜。采用各向異性刻蝕工藝在MEMS芯片的襯底上刻蝕出一個面積較大的中心支撐結構和若干個面積較小的輔助支撐結構，然后將MEMS芯片粘膠或鍵合固定到陶瓷管殼腔體內進行金屬引線鍵合，將含MEMS芯片的陶瓷管殼整體放入刻蝕腔體內，采用各向同性刻蝕氣體進行刻蝕,將輔助支撐結構完全刻蝕去除，保留一部分的中心支撐結構不被刻蝕去除。通過在硅襯底上加工出中心支撐結構，將MEMS芯片支撐近似懸浮于封裝管殼內，大幅減小MEMS芯片上的封裝應力，實現MEMS芯片的低應力封裝。該方法具有封裝工藝簡單、不顯著增加封裝成本，易于實現的優點。

技術領域

本發明涉及電子領域，具體涉及一種采用中心支撐的準懸浮式的MEMS電容傳感器低應力封裝。

背景技術

MEMS（Micro Electro Mechanical System）電容傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、成本低等優點，應用廣泛。MEMS電容傳感器通過測量微小敏感結構構成的電容變化來實現相應待測物理量的測量。通常MEMS傳感器需封裝在一定的結構中，以提供傳感器所需的電連接、機械連接和相應的化學環境保護等。

金屬封裝、塑料封裝和陶瓷封裝是最常見的三種MEMS芯片的封裝形式。由于陶瓷封裝具有導熱性、氣密性好的優點，因此陶瓷封裝使用的最為廣泛。

通常陶瓷封裝的MEMS傳感器的封裝結構如圖1所示。傳統MEMS電容傳感器首先加工出MEMS傳感器裸芯片100，然后通過粘膠或鍵合500的方式固定在陶瓷管殼200腔體內。裸芯片上的焊盤與陶瓷管殼腔體內的焊盤通過金屬引線300相互連接，實現電信號在管殼內外的相互傳輸。最后采用可伐合金蓋板400密封陶瓷管殼200腔體。然而不論是陶瓷封裝還是金屬封裝亦或是塑料封裝，始終存在著封裝材料與硅材料的熱膨脹系數不同，因此溫度變化會產生封裝應力。封裝應力會對傳感器的精度和穩定度產生影響。如何降低封裝應力，是高精度MEMS電容傳感器設計的重點和難點。

發明專利申請《具有應力隔離的MEMS慣性傳感器封裝結構》（申請號201020124304.6）提出通過在傳感器芯片與封裝管殼之間粘接一層與傳感器襯底相同材料的應力隔離層，實現對MEMS慣性傳感器芯片的應力隔離。發明專利申請《可降低封裝應力的封裝構造》（申請號200810083425.8）提出了一種包含承載器、中介基板、第一密封膠以及第二密封膠的一種降低芯片封裝應力的構造。該方法通過在芯片與中介基板之間包覆第一密封膠，在中介基板與承載器之間包覆第二密封膠，選擇第一密封膠的玻璃轉化溫度大于第二密封膠的玻璃轉化溫度，實現降低封裝應力。

飛思卡爾半導體公司提出了若干改善封裝應力的技術途徑。發明專利申請《具有補償封裝應力的應力消除的電容傳感器》（申請號200980119818.2）提出了一種在MEMS電容式傳感器內活動元件的末端加工出朝旋轉軸延伸的槽縫，實現補償封裝應力改善傳感器性能的目的。發明專利申請《降低了對封裝應力的敏感性的半導體器件》（申請號200980120339.2）提出了通過差分電容性換能器包括元件的對稱布置以及由固定指錨的位置定義的錨區域的建立，用于可移動元件或者檢測質量塊的懸置錨位于該錨區域中，可以有效地消除移位的非線性分量，進而降低封裝應力對傳感器輸出的影響。發明專利申請《具有用于應力隔離的中央錨的MEMS裝置》提出通過相對于現有技術的裝置顯著減少元件到基板的連接以及通過使這些連接位于彼此很接近的范圍內并且在基板的中央局部處，實現減小應力的目的。

發明專利申請《一種消除封裝應力的懸浮式力敏傳感器芯片及其制作方法》（申請號201210333367.6）和發明專利申請《封裝應力與溫漂自補償的雙懸浮力敏傳感器芯片及制備方法》（申請號201310234503.0）均是采用一種設計和加工手段將壓力傳感器集成在懸臂梁結構帶上，充分依靠懸臂梁尾端活動自由結構的力學特性，使懸臂梁上的壓力傳感器能有效抑制芯片外部封裝應力給力敏傳感器性能帶來的不利影響。