Mems傳感器的封裝結構及封裝方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及元器件封裝技術領域，尤其涉及一種MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統)傳感器的封裝結構及封裝方法。
【背景技術】
[0002]MEMS (微機械系統)是在傳統集成電路技術上發展而來的一門新興技術，通過制作微米納米尺度的機械結構來實現感知或執行功能。由于其大小與常規的毫米或者厘米的功能模塊之間存在很大的差異，因此需要通過封裝來實現電信號在不同尺度的模塊間的相互傳遞，在實現信號傳輸的過程中，封裝本身要盡可能減小對MEMS芯片的影響，同時還要保護MEMS芯片不受外部環境干擾因素的影響。
[0003]傳統的MEMS傳感器芯片的封裝主要有:采用金屬材料進行封裝、采用陶瓷材料進行封裝和采用塑料材料進行封裝三種方式。其中，陶瓷封裝由于其導熱性能好，氣密性好等優點被廣泛使用。
[0004]由于MEMS傳感器器件的核心功能由其內部的微小可動部件來實現，因此封裝時必須考慮封裝引起的應力對傳感器的器件性能造成的影響。現在主流的MEMS傳感器芯片大多由硅材料制成，而傳統的陶瓷封裝方式中所采用的陶瓷多為氧化鋁、氮化鋁，該材料與MEMS傳感器芯片的材料(硅)的熱膨脹系數差別較大，當封裝時或封裝后的器件溫度發生變化時，不同材料的收縮或膨脹程度不同，由此產生的應力失配就會導致MEMS傳感器芯片的封裝管殼以及MEMS芯片本身發生變形，進而影響MEMS傳感器芯片器件性能，甚至直接導致MEMS傳感器芯片器件失效。
[0005]因此需要找到一種新的封裝方法來解決封裝所帶來的熱應力問題。
【發明內容】
[0006]本申請解決的技術問題之一是提供一種MEMS傳感器的封裝結構及封裝方法，減小封裝熱應力對MEMS傳感器器件性能造成的影響。
[0007]根據本申請一方面的一個實施例，提供了一種MEMS傳感器的封裝結構，包括:
[0008]氮化硅陶瓷基座，用于固定MEMS傳感器芯片；
[0009]內部焊盤，位于所述氮化硅陶瓷基座上表面，與MEMS傳感器芯片的信號輸出端相連；
[0010]外部焊盤，位于所述氮化硅陶瓷基座下表面；
[0011]內部電路，用于連接所述內部焊盤和外部焊盤；
[0012]金屬蓋，固定于所述氮化硅陶瓷基座的上表面。
[0013]可選地，所述氮化硅陶瓷基座包括至少一層氮化硅陶瓷基板。
[0014]可選地，所述氮化硅陶瓷基板的厚度范圍為0.1?1mm。
[0015]可選地，所述氮化硅陶瓷基板的厚度為0.64_。
[0016]可選地，所述氮化硅陶瓷基座上表面或上下表面設置有圖形化的金屬銅層。
[0017]可選地，所述金屬銅層厚度范圍為0.02?0.3mm。
[0018]可選地，所述金屬銅層厚度為0.1mm。
[0019]可選地，所述金屬銅層上依次設置有金屬鎳層和金層。
[0020]可選地，所述金屬蓋的材料為可伐合金。
[0021]可選地，所述內部電路包括:各層氮化硅陶瓷基板內部的金屬通孔和氮化硅陶瓷基板表面的功能性電路。
[0022]可選地，所述功能性電路包括如下功能中的至少一種:
[0023]信號轉換功能、信號調理功能、控制回路功能、電源電路功能。
[0024]根據本申請另一方面的一個實施例，提供了一種MEMS傳感器的封裝方法，包括:
[0025]提供氮化硅陶瓷基座，所述氮化硅陶瓷基座上表面具有一內部焊盤，氮化硅陶瓷基座下表面具有一外部焊盤，所述內部焊盤與外部焊盤通過內部電路連接；
[0026]將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座的上表面；
[0027]連接MEMS傳感器芯片信號輸出端與氮化硅陶瓷基座上表面的內部焊盤；
[0028]將金屬蓋固定在氮化硅陶瓷基座上，使得MEMS傳感器芯片被封裝在由所述氮化硅陶瓷基座和所述金屬蓋組成的殼體內部。
[0029]可選地，所述氮化硅陶瓷基座包括至少一層氮化硅陶瓷基板。
[0030]可選地，所述氮化娃陶瓷基板的厚度范圍為0.1?1mm。
[0031]可選地，所述氮化硅陶瓷基板的厚度為0.64_。
[0032]可選地，所述氮化硅陶瓷基座上表面或上下表面設置有圖形化的金屬銅層。
[0033]可選地，所述金屬銅層厚度范圍為0.02?0.3mm。
[0034]可選地，所述金屬銅層厚度為0.1mm。
[0035]可選地，在所述金屬銅層上依次設置有金屬鎳層和金層。
[0036]可選地，通過貼片膠粘接或者焊料焊接的方式將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座的上表面。
[0037]可選地，所述金屬蓋的材料為可伐合金。
[0038]可選地，通過引線鍵合的方式來連接MEMS傳感器芯片信號輸出端與氮化硅陶瓷基座上表面的內部焊盤。
[0039]可選地，所述MEMS傳感器芯片為硅材料制作的慣性傳感器，包括:加速度計或陀螺儀。
[0040]可選地，將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座的上表面包括:
[0041]將MEMS傳感器芯片固定在所述氮化硅陶瓷基座上表面的中心位置。
[0042]本申請實施例利用氮化硅陶瓷材料的熱膨脹系數與硅接近的特點，選用氮化硅陶瓷作為封裝MEMS傳感器芯片的基座，可以有效的減小封裝熱應力對MEMS傳感器芯片器件性能造成的影響，從而改善MEMS傳感器芯片整體性能。
[0043]本領域普通技術人員將了解，雖然下面的詳細說明將參考圖示實施例、附圖進行，但本申請并不僅限于這些實施例。而是，本申請的范圍是廣泛的，且意在僅通過后附的權利要求限定本申請的范圍。
【附圖說明】
[0044]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0045]圖1是根據本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝結構剖面圖。
[0046]圖2是根據本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝結構去掉金屬蓋后的俯視示意圖。
[0047]圖3是根據本申請一個實施例的位于氮化硅陶瓷基座中間層的氮化硅陶瓷基板俯視示意圖。
[0048]圖4是根據本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝方法流程圖。
[0049]圖5所示為采用傳統封裝結構熱應力作用示意圖。
[0050]圖6所示為采用本申請實施例的封裝結構熱應力作用示意圖。
[0051 ] 附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0052]下面結合附圖對本申請的技術方案作進一步詳細描述。
[0053]圖1是根據本申請一個實施例的一種MEMS傳感器的封裝結構的剖面圖，圖2是根據本申請一個實施例的MEMS傳感器封裝結構去掉金屬蓋后的俯視示意圖。本申請實施例的MEMS傳感器的封裝結構用于封裝硅材料制成的MEMS傳感器芯片，該封裝結構包括:氮化硅陶瓷基座10、內部焊盤11、外部焊盤12、內部電路13、金屬蓋14。
[0054]其中，氮化硅陶瓷基座10，用于固定MEMS傳感器芯片，優選的固定在氮化硅陶瓷基座10的中心位置；該氮化硅陶瓷基座10可以包括至少一層氮化硅陶瓷基板101。如圖1中所示為氮化硅陶瓷基座10包括三層氮化硅陶瓷基板101的實施例。其中，每層氮化硅陶瓷基板101的厚度范圍為0.1?1_，優選為0.64_。本申請實施例的由多層氮化硅陶瓷基板101組成氮化硅陶瓷基座10的方式可以實現在氮化硅陶瓷基板101之間布線，增加走線數量。如圖3所示為根據本申請一個實施例的位于氮化硅陶瓷基座中間層的氮化硅陶瓷基板101俯視示意圖，可見，在每層氮化硅陶瓷基板101上表面可根據需要布線。圖3中位于中間層氮化硅陶瓷基板101表面的電路并非限定于此，其僅用于說明在中間層的該氮化硅陶瓷基板101上表面可根據需要任意布線。該中間層氮化硅陶瓷基板101表面電路通過與上層連接的內部焊盤11與上層電路連接，通過與下層連接的內部焊盤11來與下層電路實現連接。
[0055]可選的，在該氮化硅陶瓷基座10上表面或上下表面設置有圖形化的金屬銅層，使得該氮化硅陶瓷基座的熱膨脹系數可調。所述圖形化即，該金屬銅層并非完全覆蓋該氮化硅陶瓷基座10上表面或上下表面，如圖1中所示，針對氮化硅陶瓷基座10的上表面，可以僅在固定MEMS傳感器芯片的位置、固定內部焊盤11的位置及固定金屬蓋14的位置設置金屬銅層。針對氮化硅陶瓷基座10的下表面可以僅在固定外部焊盤12的位置及中心指定范圍設置金屬銅層。當然本申請并不局限于此。其中，所述金屬銅層厚度范圍可以為0.02?0.3_，優選為 0.1_。
[0056]另外，可選地，在所述金屬銅層上可以依次設置有金屬鎳層和金層，例如，如圖1中所示，針對氮化硅陶瓷基座上表面，可以在金屬銅層上依次設置有金屬鎳層和金層，使得在該位置可以實現焊接。也可以氮化硅陶瓷基座的上設置有金屬鎳層和金層，使得在該位置可以實現焊接。例如，如圖1中所示，針對氮化硅陶瓷基座下表面，在金屬銅層上依次設置有金屬