[發明專利]一種MEMS加速度計的多級抗過載封裝結構及方法

在審

• 申請號: 202110547412.7
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113371670A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 劉國文;高乃坤;劉宇;劉福民;馬智康;徐杰;王學鋒
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發明涉及一種MEMS加速度計的多級抗過載封裝結構及方法，該加速度計包括封裝管殼、封裝蓋板、被封裝MEMS加速度計芯片、被封裝ASIC芯片、外止檔、側面應力緩沖層、上表面應力緩沖層；所述被封裝MEMS加速度計芯片固定在封裝管殼基底上；被封裝MEMS加速度計芯片粘貼在封裝管殼上；外止檔固化在封裝管殼基底上，外止檔罩在被封裝MEMS加速度計芯片上方，使得被封裝MEMS加速度計芯片位于外止檔內部，且被封裝MEMS加速度計芯片和外止檔之間留有抗過載間隙，用于限制被封裝MEMS加速度計芯片在高過載環境下的位移改變量；被封裝ASIC芯片粘結在外止檔上表面；被封裝MEMS加速度計芯片的側面和上表面涂覆有柔性聚合物作為應力緩沖層，在高過載情況下，利用應力緩沖層儲存和耗散能量。

技術領域

本發明涉及一種MEMS加速度計的多級抗過載封裝結構及方法，屬于芯片封裝技術領域，可應用于MEMS加速度計、MEMS陀螺儀等MEMS慣性儀表的封裝，用于提高MEMS慣性儀表的抗高過載能力。

背景技術

MEMS加速度計因其具有體積小、功耗低、壽命長、價格低廉及可批量化生產的特點，被廣泛應用于航空航天、制導彈藥等裝備以及汽車、機器人及消費電子產品等領域。隨著MEMS加速度計的快速發展，對其抗振動、抗過載等環境適應性要求越來越高。特別是應用在火炮、艦炮、電磁炮用制導彈藥等方面，MEMS加速度計在載體發射、飛行過程都要承受很大的過載沖擊，會達到上萬g甚至達十萬g乃至數十萬g。由于MEMS加速度計主要放置于載體的端面或側面，而其所受的過載沖擊也集中在載體的運動方向，在這種情況下，為保證MEMS加速度計的正常工作，提高其X向和Z方向的抗高過載特性顯得尤為重要。

提高器件的抗過載能力可以從結構本身及后續封裝環節進行設計研究，其中，封裝對MEMS加速度計如何更好地克服環境狀態改變對其性能的影響、從而提高環境適應性具有舉足輕重的作用。由于傳統管殼封裝方式為簡單的把被封裝MEMS加速度計芯片直接粘結在管殼底部，當過載較大時，一方面被封裝MEMS加速度計芯片與封裝管殼的相對位移導致性能退化，另一方面，如沒有外止檔有效的卸載掉一定量級的高過載應力，易使敏感結構因承載傳導過來的過載應力過大從而導致儀表失效。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種MEMS加速度計的多級抗過載封裝結構及方法，將MEMS加速度計和信號處理芯片可靠的互連并固定在封裝管殼中，既能滿足MEMS加速度計的穩定工作要求又能提高EMS加速度計的抗過載能力。

本發明解決技術的方案是：一種MEMS加速度計的多級抗過載封裝結構，該封裝結構包括封裝管殼、封裝蓋板、外止檔、側面應力緩沖層、上表面應力緩沖層；其中：

所述MEMS加速度計包括MEMS加速度計芯片和ASIC芯片，ASIC芯片用于MEMS加速度計芯片信號調理和采集，所述被封裝MEMS加速度計芯片固定在封裝管殼基底上；被封裝MEMS加速度計芯片粘貼在封裝管殼上；外止檔固化在封裝管殼基底上，外止檔罩在被封裝MEMS加速度計芯片上方，使得被封裝MEMS加速度計芯片位于外止檔內部，且所述被封裝MEMS加速度計芯片和外止檔之間留有抗過載間隙，用于限制被封裝MEMS加速度計芯片在高過載環境下的位移改變量；所述被封裝ASIC芯片粘結在外止檔上表面；

所述被封裝MEMS加速度計芯片的側面和上表面涂覆有分布式布局的柔性聚合物作為應力緩沖層，分別記為側面應力緩沖層和上表面應力緩沖層；在高過載情況下被封裝MEMS加速度計芯片與外止檔產生碰撞時，利用應力緩沖層的儲存和耗散能量。

所述外止檔結構為倒U型。

所述外止檔選擇陶瓷材料。

所述外止檔通過第一粘結劑固化在封裝管殼基底上；所述第一粘結劑采用平鋪的方式粘接，且粘度越大越好。

所述外止檔邊緣設有光學觀察窗，用以校準被封裝MEMS加速度計芯片與外止檔的相對位置。

所述側面應力緩沖層和上表面應力緩沖層的厚度為微米量級。