[發(fā)明專利]一種復(fù)合式MEMS傳感器及芯片級(jí)封裝方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210218310.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN114684773A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢勤;劉曉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫勝脈電子有限公司
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00;G01D21/00;G01D21/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種復(fù)合式MEMS傳感器及芯片級(jí)封裝方法，屬于敏感元件與傳感器領(lǐng)域。所述復(fù)合型MEMS傳感器包括由下而上依次鍵合的：硅基板層、互聯(lián)層、芯片層。本發(fā)明的傳感器和封裝方法，通過互聯(lián)層設(shè)計(jì)，將芯片間的電氣連接線埋置在互聯(lián)層內(nèi)，不僅克服了引線容易彼此接觸的問題，且更加適用于多芯片封裝的復(fù)雜布線場(chǎng)景，提高了復(fù)合型MEMS傳感器的可靠性。此外，本發(fā)明可以對(duì)復(fù)合型MEMS傳感器進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)與加工，提升芯片的整體良率，同時(shí)可以有效降低復(fù)合型傳感器的生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合式MEMS傳感器及芯片級(jí)封裝方法，屬于敏感元件與傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MEMS傳感器是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，Microelectro Mechanical Systems)工藝制備而成的，具有成本低、尺寸小、精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于石油化工、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、航天航空等行業(yè)。

按照MEMS傳感器的功能，可將其進(jìn)一步劃分為MEMS溫度傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS加速度傳感器、MEMS慣性傳感器等等，在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，比如汽車胎壓傳感器，需要同時(shí)采集輪胎的溫度、壓力、加速度等物理量，這時(shí)就需要采用復(fù)合式MEMS傳感器。

一種解決方案是在芯片級(jí)進(jìn)行集成，比如專利CN201510868610.8，一種MEMS壓阻式復(fù)合傳感器及其加工方法，這種方案雖然可以實(shí)現(xiàn)加速度傳感器、壓力傳感器以及溫度傳感器的芯片級(jí)集成，但該方案的芯片良率近似等于三個(gè)MEMS傳感器各自良率的乘積，這會(huì)導(dǎo)致總體芯片良率較低，從而造成加工成本的大幅度上漲。而且，該方案無(wú)法對(duì)三種傳感器芯片進(jìn)行模塊化組合，當(dāng)芯片被設(shè)計(jì)出來(lái)，版圖即已經(jīng)確定，當(dāng)三個(gè)MEMS傳感器中任何一個(gè)傳感器規(guī)格發(fā)生改變，就需要重新設(shè)計(jì)、開發(fā)一套新的版圖，這無(wú)疑也會(huì)增加復(fù)合型傳感器的潛在成本。

另外一種解決方案，是分別制備MEMS溫度、壓力、加速度傳感器，然后將他們封裝在陶瓷等基板上，并通過引線鍵合等方式實(shí)現(xiàn)彼此的電連接。然而，現(xiàn)有的封裝方案，比如專利CN201910427442.7，一種用于燃油壓力傳感器的封裝方法，采用陶瓷基板對(duì)壓力傳感器進(jìn)行封裝，在陶瓷基板上方布線，通過引線鍵合的方式實(shí)現(xiàn)MEMS芯片與ASIC(Application Specific Integrated Circuit，專門應(yīng)用的集成電路)芯片的電氣連接。這種方法雖然工藝成熟，但僅適用于簡(jiǎn)單布線的封裝，難以適用于復(fù)雜布線的情況，比如三芯片甚至多芯片封裝的體系，此時(shí)會(huì)存在布線困難，鍵合的引線彼此接觸等問題，從而降低傳感器的可靠性，或者為了提高引線鍵合的可靠性而被動(dòng)增大傳感器的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)方案中復(fù)合型MEMS傳感器存在的難以模塊化生產(chǎn)、良率低、封裝可靠性差等問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合式MEMS傳感器及芯片級(jí)封裝方法。

本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種復(fù)合型MEMS傳感器，所述復(fù)合型MEMS傳感器包括由下而上依次鍵合的三層結(jié)構(gòu)：硅基板層、互聯(lián)層和芯片層；

所述硅基板層包括硅基板，所述硅基板設(shè)有金屬線，用于所述芯片層上各芯片之間的電氣連接；

所述互聯(lián)層設(shè)有通孔，所述通孔內(nèi)貫穿有金屬柱，用于實(shí)現(xiàn)所述芯片層與所述硅基板層的電氣連接；

所述芯片層包括多個(gè)MEMS傳感器芯片和ASIC芯片。

可選的，所述互聯(lián)層的材料為玻璃，所述互聯(lián)層的通孔位置與所述MEMS傳感器芯片、所述ASIC芯片的位置對(duì)應(yīng)。

可選的，所述硅基板的材料為單拋硅片。

可選的，所述芯片層包括：MEMS壓力傳感器芯片和/或MEMS加速度傳感器芯片和/或MEMS溫度傳感器芯片，以及ASIC芯片。

可選的，所述MEMS壓力傳感器芯片和/或MEMS加速度傳感器芯片位置的下方對(duì)應(yīng)的互聯(lián)層上表面設(shè)有凹槽，用于提供形變空間。