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適用于mems傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu)的制作方法

文檔序號:9994012閱讀:646來源:國知局
適用于mems傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及傳感器芯片領(lǐng)域,尤其涉及一種適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在MEMS傳感器的設計制作過程中,都希望傳感器有很高的靈敏度以便能夠檢測十分微小的信號,但由于傳感器在制作和封裝的過程中,特別是封裝過程中將不可避免的弓丨入應力,其中任何微小的應力改變都可能影響傳感器的工作狀態(tài),因此,我們在設計壓力傳感器時必須盡量降低非待測量引起的傳感器輸出改變。封裝應力,特別是由封裝引起的熱應力極大的影響著采用MEMS工藝制作的傳感器(包括:加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器、離子阱等)的檢測精度。
[0003]溫度漂移是檢驗傳感器性能的一個重要指標,它主要是由溫度引起的熱應力伴隨著環(huán)境溫度的改變隨時產(chǎn)生的,這部分的應力只能通過合理的設計封裝工藝來盡量減小。
[0004]MEMS傳感器的封裝包括前封裝和后封裝兩個步驟。
[0005]前封裝大多采用陽極鍵合技術(shù)(硅一有機玻璃)和硅直接鍵合技術(shù)(硅一硅),以避免鍵合材料的熱膨脹系數(shù)不同導致的鍵合應力;后封裝則要為芯片提供機械保護、固定支撐、便于性能測試所需的引線焊接、與待測物理量的良好接觸,并且將封裝造成的熱應力、機械應力和機械損傷降低到盡可能小。
[0006]有鑒于上述的缺陷,本設計人,積極加以研究創(chuàng)新,以期創(chuàng)設一種新型結(jié)構(gòu)的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為解決上述技術(shù)問題,本實用新型的目的是提供一種適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),能有效降低MEMS傳感器溫度漂移。
[0008]本實用新型的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),包括管座和MEMS傳感器芯片,在管座的外部設有支撐層,支撐層上設有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽,所述MEMS傳感器芯片嵌入該凹槽內(nèi),并有相對自由的活動間隙;
[0009]在支撐層的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片相適配的位置處安置有四個限位片,以防止所述MEMS傳感器芯片從凹槽中滑出。
[0010]進一步的,在限位片的表面設有過渡焊盤,芯片中焊盤首先與過渡焊盤焊接,再由過渡焊盤與引腳焊接。
[0011]進一步的,所述支撐層采用陶瓷、橡膠、聚四氟等材料加工。
[0012]進一步的,所述凹槽的長度略大于芯片的長度,大于的長度〈0.1mm,使得芯片恰好嵌入支撐層的凹槽內(nèi)。
[0013]進一步的,所述活動間隙的寬度在0.08-0.12mm,優(yōu)先0.1mm。
[0014]進一步的,所述支撐層通過環(huán)氧膠、樹脂、硅橡膠等材料粘接在管座上。
[0015]進一步的,所述限位片與支撐層通過硅橡膠粘接,粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面,高于的高度〈0.1mm。
[0016]借由上述方案,本實用新型至少具有以下優(yōu)點:本實用新型提供的后封裝方式,較傳統(tǒng)的封裝方式的創(chuàng)新在于:在管座與芯片之間加入了支撐層和限位塊。由于沒有將傳感器芯片與封裝結(jié)構(gòu)鍵合為固定的一體,而保證了芯片有一定裕度的活動空間,從而將傳感器的封裝應力降低到最小,同時為傳感器芯片提供了有效的物理支撐和機械保護。
[0017]支撐層可以采用陶瓷、橡膠、聚四氟等材料加工,槽的內(nèi)部安方芯片,槽邊的長度略大于芯片的長度,使得芯片恰好嵌入支撐層的凹槽內(nèi),并有相對自由的活動間隙。間隙的寬度在0.1mm左右為宜,避免在大沖擊時,芯片受損。支撐層可通過環(huán)氧膠、樹脂、硅橡膠等粘接在管座上。
[0018]為了防止傳感器芯片從槽中滑出,設計了限位結(jié)構(gòu),即在支撐層的上表面邊框上安置4個限位片(玻璃材料或者PCB)。限位片與支撐層通過硅橡膠粘接,粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面(〈0.1mm)。
[0019]由于支撐結(jié)構(gòu)較大,導致芯片與管座中管腳的距離較遠,為傳感器引線的引出增加了難度。如果直接將芯片中焊盤與引腳直接焊接,則會導致傳感器的可靠性和耐沖擊能力下降。為此,在限位片的表面設計了一個過渡焊盤,芯片中焊盤首先與過渡焊盤焊接,再由過渡焊盤與引腳焊接,提升了焊線的牢固程度,保證了封裝的可靠性。
[0020]上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述,為了能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段,并可依照說明書的內(nèi)容予以實施,以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu)的主視圖;
[0022]圖2是圖1的俯視圖;
[0023]圖3是測試時采用的敏感芯片總體結(jié)構(gòu)圖;
[0024]圖4是實施例中兩種不同的封裝結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)對比。
[0025]1、管座;2、支撐層;3、凹槽;4、MEMS傳感器芯片;5、限位片;6、過渡焊盤。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例,對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型,但不用來限制本實用新型的范圍。
[0027]參見圖1和圖2,本實用新型一較佳實施例所述的一種適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),包括管座I和MEMS傳感器芯片4,在管座的外部設有支撐層2,支撐層2上設有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽3,MEMS傳感器芯片嵌入該凹槽3內(nèi),并有相對自由的活動間隙;活動間隙的寬度在0.1mm左右。
[0028]在支撐層2的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片相適配的位置處安置有四個限位片5,防止MEMS傳感器芯片從凹槽中滑出;在限位片的表面設有過渡焊盤6,芯片中焊盤首先與過渡焊盤6焊接,再由過渡焊盤與引腳焊接。
[0029]支撐層2通過環(huán)氧膠、樹脂、硅橡膠等材料粘接在管座I上。
[0030]支撐層2采用陶瓷、橡膠、聚四氟等材料加工。
[0031]凹槽3的長度略大于芯片的長度,大于的長度〈0.1mm,芯片恰好嵌入支撐層的凹槽內(nèi)。
[0032]限位片5與支撐層通過硅橡膠粘接,粘接后的限位片下表面略高于芯片上表面,高于的高度〈0.1mm0
[0033]本實用新型可以有效的降低傳感器的溫度漂移,以我們使用的MEMS液壓傳感器為例,此壓力傳感器為絕壓傳感器,測量范圍為(50?100)kPa,采用硅壓阻式結(jié)構(gòu),參見圖3所示,其結(jié)構(gòu)從上到下是由硅片101、真空腔102、鍵合面103和鍵合玻璃104組成。
[0034]之前的封裝方式是將硅橡膠將芯片直接粘貼在陶瓷上。
[0035]將采用直接粘貼方式封裝的傳感器和采用低應力封裝的傳感器分別接入同一個電路,并進行測試。
[0036]實驗證明:
[0037]參見圖4所示,在大氣壓力下,在采用直接粘貼方式封裝的傳感器在-40?80°C范圍內(nèi)的溫度漂移大于5% FS,不能滿足應用要求,而采用低應力封裝方式的傳感器的溫漂為低于0.5% FS,降低了 10倍以上。
[0038]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式,并不用于限制本實用新型,應當指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下,還可以做出若干改進和變型,這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),包括管座(I)和MEMS傳感器芯片(4),其特征在于:在管座的外部設有支撐層(2),支撐層(2)上設有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽(3),所述MEMS傳感器芯片(4)嵌入該凹槽(3)內(nèi),并有相對自由的活動間隙; 在支撐層(2)的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片(4)相適配的位置處安置有四個限位片(5),以防止所述MEMS傳感器芯片(4)從所述凹槽(3)中滑出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),其特征在于:在所述限位片(5)的表面設有過渡焊盤出),MEMS傳感器芯片中焊盤首先與過渡焊盤焊接,再由過渡焊盤與引腳焊接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),其特征在于:所述支撐層(2)采用陶瓷、橡膠或聚四氟材料加工。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),其特征在于:所述凹槽(3)的長度略大于芯片的長度,大于的長度〈0.lmm, MEMS傳感器芯片(4)恰好嵌入支撐層⑵的凹槽⑶內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),其特征在于:所述活動間隙的寬度為0.08-0.12mm。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),其特征在于:所述活動間隙的寬度為0.1mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),其特征在于:所述支撐層(2)通過環(huán)氧膠、樹脂或硅橡膠材料粘接在管座(I)上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),其特征在于:所述限位片(5)與支撐層(2)通過硅橡膠粘接,粘接后的限位片(5)下表面略高于芯片上表面,高于的高度〈0.1mm0
【專利摘要】本實用新型涉及傳感器芯片領(lǐng)域,尤其涉及一種適用于MEMS傳感器芯片的低應力封裝結(jié)構(gòu),包括管座和MEMS傳感器芯片,在管座的外部設有支撐層,支撐層上設有可用來放置MEMS傳感器芯片的凹槽,MEMS傳感器芯片嵌入該凹槽內(nèi),并有相對自由的活動間隙;在支撐層的上表面與嵌入后的MEMS傳感器芯片相適配的位置處安置有四個限位片,防止所述MEMS傳感器芯片從凹槽中滑出。由于沒有將傳感器芯片與封裝結(jié)構(gòu)鍵合為固定的一體,而保證了芯片有一定裕度的活動空間,從而將傳感器的封裝應力降低到最小,同時為傳感器芯片提供了有效的物理支撐和機械保護。
【IPC分類】G01D11/00, G01D21/02, G01L19/00
【公開號】CN204903075
【申請?zhí)枴緾N201520342349
【發(fā)明人】林相平
【申請人】林相平
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年5月25日
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