[發明專利]吊裝式可釋放應力的MEMS器件封裝結構

有效

• 申請號: 201810345931.3
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108358160B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 周銘;黃艷輝;喬偉
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00
• 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

本發明公開了一種吊裝式可釋放應力的MEMS器件封裝結構，MEMS芯片由管殼基座和管殼蓋板密封在其中，包含一U形板架，U形板架的開口朝向側面，使U形板架下方粘接在管殼基座內部的底面上，MEMS芯片頂部粘接懸掛在U形板架的開口空間內。本發明提供的吊裝式可釋放應力的MEMS器件封裝結構，其芯片級封裝采用了襯底背面環形溝槽應力釋放設計，其管殼級封裝采用了基于U形板架吊裝MEMS芯片的應力釋放設計，獨特的兩級應力釋放設計實現了對敏感結構很好的應力隔離。該封裝結構不顯著增加MEMS器件的封裝難度，易于實現。

技術領域

本發明屬于MEMS傳感器封裝技術領域，尤其涉及一種吊裝式可釋放應力的MEMS器件封裝結構。

背景技術

MEMS（微機電系統）傳感器目前已被廣泛應用于消費類電子、汽車電子、物聯網、國防工業以及眾多工業類產品，隨著技術的發展，對MEMS傳感器的性能也提出了越來越高的要求。而外界應力和溫度對MEMS傳感器性能的影響尤為顯著。外界應力和溫度變化時，勢必引起相應的應變，上述應變傳遞至敏感結構將導致傳感器輸出信號的變化，尤其是基于電容式、壓阻式和諧振式檢測原理的MEMS傳感器。

MEMS傳感器對外界應力和溫度的敏感程度主要取決于MEMS敏感結構的封裝。封裝熱應力主要源自MEMS器件的芯片級封裝和MEMS芯片的管殼級封裝。芯片級封裝中，蓋帽與襯底通過特定材料（如微晶玻璃漿料、金錫合金）燒結、或采用金硅共晶鍵合完成封蓋；管殼級封裝中，MEMS芯片襯底經粘片膠貼裝至管殼基板。無論是芯片級封裝還是管殼封裝，不可避免地存在不同材料熱脹系數不匹配的問題，溫度變化時將產生熱應力。熱應力與外界應力傳遞至敏感結構，從而產生假信號，影響MEMS器件的性能，尤其是溫度特性。因此，高性能MEMS傳感器還需要對上述應力在封裝上進行應力抑制或應力釋放設計，目前采用較多的方案有以下幾種：（1）選用低應力粘片膠，比如硅酮基粘片膠（硅膠）、聚丙烯基粘片膠，缺點是粘接強度稍弱，不適合有剪切應力的應用場合；（2）采用與硅材料熱脹系數相近的基板，比如氮化鋁陶瓷（AlN）、可伐（Koyar）合金，事實上無法利用與硅熱脹系數一樣的材料來制作管殼；（3）減小MEMS芯片與封裝管殼的接觸面積，但過小的接觸面積會影響器件的抗沖擊能力。上述方法本質上屬于應力抑制設計，要最大化地降低外界應力和溫度對MEMS器件的影響，還需要對封裝進行應力釋放設計。

發明內容

發明目的：提供一種吊裝式可釋放應力的MEMS器件封裝結構，通過有效釋放芯片級封裝產生的熱應力、源自管殼封裝的應力以及外界應力，解決因應力變形和溫度變化導致的MEMS傳感器性能惡化問題。

技術方案：

一種吊裝式可釋放應力的MEMS器件封裝結構，MEMS芯片由管殼基座和管殼蓋板密封在其中，其特征是，包含一U形板架，U形板架的開口朝向側面，使U形板架下方粘接在管殼基座內部的底面上，?MEMS芯片頂部粘接懸掛在U形板架的開口空間內。

所述MEMS芯片自下而上依次為襯底、敏感結構和蓋帽，襯底的底面設置有環形溝槽，環形溝槽的內、外圍分別為應力隔離島和襯底應力區，蓋帽與襯底在襯底應力區接合形成一容納敏感結構的密閉腔體，且敏感結構位于應力隔離島上。

所述環形溝槽的截面為矩形。

MEMS芯片通過第一粘片膠吊裝在U形板架內側。U形板架經第二粘片膠貼裝至管殼基座。

所述U形板架為底板、腹板和懸臂板連接形成的U形，或為一體的U形結構。底板、懸臂板的截面為水平橫條矩形狀，腹板的截面為垂直豎條矩形狀。

所述第一粘片膠位于MEMS芯片蓋帽與U形板架的懸臂板之間，所述第二粘片膠位于U形板架的底板與管殼基座之間。

進一步地，MEMS芯片的襯底下方與U形板架之間存有間隙，間隙高度100μm～150μm；MEMS芯片的側面與U形板架之間存有100μm左右的間隙。