[實用新型]一種MEMS傳感器封裝結構

有效

• 申請號: 202020403712.9
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN212101981U
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 馬宏
• 申請（專利權）人: 覺芯電子（無錫）有限公司
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本實用新型公開了一種MEMS傳感器封裝結構，包括封帽、管殼結構以及MEMS芯片；其中，管殼結構設有容納腔以及加深腔，封帽蓋設于管殼結構上，用于封閉容納腔；MEMS芯片設置于容納腔內，且MEMS芯片的背腔正對加深腔。本實用新型的MEMS傳感器封裝結構，加深了封裝結構內MEMS芯片背部的深度，提高MEMS芯片的背部空間，可以有效降低芯片系統的空氣阻尼，提高系統的性能。

技術領域

本實用新型涉及微電子機械系統領域，尤其涉及一種MEMS傳感器封裝結構。

背景技術

基于半導體集成電路技術以及微細加工技術，微機電系統(microelectromechanical systems，MEMS)得以迅速發展起來，MEMS傳感器集微型化、集成化和可批量生產化等特點于一身，被廣泛應用于眾多領域，例如，應用于慣性導航和精確制導的微加速度計和微陀螺儀，應用于智能手機的微麥克風和微壓力傳感器以及應用于醫療成像的微光學傳感器等。

MEMS芯片通常是多層結構，由具有可動結構的器件層、中間絕緣層和底部襯底層上下堆疊組成，通常為了保證可動結構具有充分的運動空間和合適的空氣阻尼，在可動結構的下方會設置空腔，使芯片背部鏤空。

由于MEMS傳感器的精密性，MEMS傳感器的封裝是保護MEMS芯片不受外部影響(顆粒和水汽的污染或機械破壞等等)的重要手段之一，而且MEMS傳感器的封裝還提供了MEMS芯片與外部的互連通道(電互連或光互連等等)。常見的MEMS傳感器封裝結構由封帽和管殼結構組成，封帽與管殼鍵合在一起，封閉MEMS芯片于內，管殼結構通常由密封層、打線層和襯底層上下堆疊組成，密封層上表面通過鍵合工藝與封窗鍵合，芯片粘接在襯底層上，通過打線與封裝管殼內部的布線相連，實現封裝管殼內外的電氣互聯。

由流體力學理論可知，當MEMS芯片的可動結構向著基底運動時，其與基底之間的間隙減小，兩個表面之間的氣體壓強增大，氣膜經受擠壓，可動結構下表面產生阻尼力，由此引起的能耗就會產生阻尼，這種阻尼被稱為壓膜阻尼。

在常規的MEMS傳感器的傳感器封裝結構下，當MEMS芯片封裝后，芯片受到自身厚度的限制，可動結構與基底之間的間隙較小，運動時氣體壓強較大，往往具有較大的壓膜阻尼和較低的品質因子。為了提升封裝后MEMS芯片的性能，通常的解決方法是采用真空封裝，即整體降低氣體壓強，但這意味著更高的成本與更大的加工難度，另外，采用真空封裝的MEMS芯片的穩定性也較差。一方面，氣密性封裝始終面臨著漏氣的問題，隨著時間的推移，真空封裝內部的真空度也將發生劣化，進而封裝芯片所受到的空氣阻尼也產生變化；另一方面，由外界環境或器件自身工作引起的封裝內部溫度的變化，會使得MEMS芯片(例如MEMS微振鏡)的諧振頻率發生漂移，在工作頻率不變下，將導致系統振幅的變化。因此，真空封裝的MEMS芯片的性能的穩定性將得不到保證。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種MEMS傳感器封裝結構，可以有效降低系統的空氣阻尼，提高系統性能。

本實用新型公開了一種MEMS傳感器封裝結構，包括封帽、管殼結構以及MEMS芯片；其中，管殼結構設有容納腔以及加深腔，封帽蓋設于管殼結構上，用于封閉容納腔；MEMS芯片設置于容納腔內，且MEMS芯片的背腔正對加深腔。

可選地，管殼結構包括自下而上的襯底層、打線層以及密封層。

可選地，加深腔設置于襯底層上，且加深腔的深度為0.1mm～10mm。

可選地，管殼結構還包括設于襯底層與打線層之間的粘片層，加深腔設置于粘片層上。

可選地，加深腔貫穿粘片層。

可選地，MEMS芯片與襯底層之間還設有墊片結構，加深腔設置于墊片結構上。

可選地，加深腔貫穿墊片結構。

可選地，加深腔由多個阻尼釋放孔組成。