CN102275859A - Mems微传感器的封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS微传感器的封装结构及其制造方法，所述MEMS微传感器的封装结构包括基板及固定于基板上的盖体，所述基板与盖体共同围成一个腔体，所述基板包括面向腔体的内壁、与内壁相对的外壁及安装于内壁上且突伸入腔体内的MEMS微传感器芯片；所述基板及盖体主要由绝缘材料制成，所述盖体的内表面镀有围绕在MEMS微传感器芯片外围的第一金属环，所述基板的内壁在基板与盖体的结合处镀有第二金属环，并且所述第一金属环与第二金属环相互接触以形成金属屏蔽区，用以屏蔽外界电磁信号之干扰。

Description

MEMS微传感器的封装结构及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种具有屏蔽功能的MEMS微传感器的封装结构及其制造方法。

【背景技术】

MEMS微传感器是以MEMS技术为手段设计、加工并进行封装的一系列微型传感器的统称，其包括压力传感器、湿度传感器、温度传感器、加速度传感器等。MEMS微传感器的封装是MEMS传感器走向市场被客户接受并广泛应用的最后一步，也是MEMS微传感器制造中十分关键的一步。

由于MEMS微传感器的不同种类、原理和应用范围，MEMS微传感器具有多种多样的封装形式。例如，目前的压力传感器封装，主要包括压力传感器芯片、金属底座、金属罩、硅油和弹片。一般通过焊接方式将金属罩和金属底座形成密闭腔体，芯片装在底座上，腔体中注满硅油，压力通过弹片和硅油作用在芯片上，然而，这种封装形式具有制作难度高、成本高及体积大等不足之处。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种屏蔽效果较好、结构简单可靠的MEMS微传感器的封装结构及其适合大批量生产要求制造该MEMS微传感器的封装结构的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种MEMS微传感器的封装结构，包括基板及固定于基板上的盖体，所述基板与盖体共同围成一个腔体，所述基板包括面向腔体的内壁及与内壁相对的外壁，所述MEMS微传感器的封装结构还设有安装于内壁上且突伸入腔体内的MEMS微传感器芯片；所述基板或盖体设有与腔体连通的气孔，使得外界待测物理信号可通过气孔进入腔体并被MEMS微传感器芯片感知及检测；所述基板及盖体主要由绝缘材料制成，但是，所述盖体的内表面镀有围绕在MEMS微传感器芯片外围的第一金属环，所述基板的内壁在基板与盖体的结合处镀有第二金属环，并且所述第一金属环与第二金属环通过粘接胶实现固定并相互导通以形成金属屏蔽区；所述基板还包括与MEMS微传感器芯片电性连接的第一金属化孔及与第二金属环电性连接的第二金属化孔，并且所述基板的外壁设有覆盖于第一、第二金属化孔上且与第一、第二金属化孔对应连接的第一、第二金属电极。

作为本发明的进一步改进，所述盖体包括中空的竖直体及覆盖于竖直体上且与基板相对的盖板，其中，所述第一金属环覆盖于竖直体的内表面；所述盖板的内表面镀有作为屏蔽的第三金属环，并且所述第一金属环与第三金属环相互接触。

作为本发明的进一步改进，所述竖直体与盖板分开设置并相互固定在一起，所述盖板的外表面分别设有与第三金属环电性连接的第三金属电极及与MEMS微传感器芯片电性连接的第四金属电极，所述MEMS微传感器的封装结构可选择性的将第二金属电极及第三金属电极中的其中一个，及第一金属电极及第四金属电极中的其中一个，共同作为MEMS微传感器在安装时的引出电极。

作为本发明的进一步改进，所述第三金属环设有在横向上位于第一金属环外侧的延伸部，所述延伸部与第二金属环在竖直方向至少部分重叠；所述盖板设有与延伸部接触的第三金属化孔，所述第三金属电极覆盖于第三金属化孔上且与第三金属化孔接触。

作为本发明的进一步改进，所述MEMS微传感器芯片为压力传感器芯片或湿度传感器芯片或温度传感器芯片或化学传感器芯片。

作为本发明的进一步改进，所述MEMS微传感器的封装结构设有连接MEMS微传感器芯片与第一金属化孔的金属引线，及包覆于MEMS微传感器芯片及金属引线上的灌封胶，并且外界待测物理信号可穿过灌封胶被MEMS微传感器芯片感知及检测。

作为本发明的进一步改进，所述灌封胶完全包覆MEMS微传感器芯片及金属引线。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘材料为塑料或环氧树脂，所述腔体内还设有与MEMS微传感器芯片配合的信号处理元件。

作为本发明的进一步改进，所述气孔可以通过设在基板内部或设在盖体和基板内部的弯折管道来形成。

为解决上述技术问题，本发明还可以采用如下技术方案：一种MEMS微传感器的封装结构的制造方法，包括如下步骤：

提供第一面板，所述第一面板设置用以对应多个MEMS微传感器的多个基板；所述基板的内壁镀有第二金属环，基板设置第一金属化孔及与第二金属环接触的第二金属化孔，并在基板的外壁上设置分别与第一、第二金属化孔连接的第一、第二金属电极；

提供多个MEMS微传感器芯片，并将这些MEMS微传感器芯片通过粘接胶固定到每个基板上，使每一个MEMS微传感器芯片位于对应的第二金属环内，并对粘接胶进行固化；

键合金属引线将MEMS微传感器芯片与第一、第二金属化孔电性连接；

提供第二面板，所述第二面板设置多个盖体，并在所述盖体的内表面镀有第一金属环；

将第二面板粘接固定到第一面板上，所述基板和盖体在对应第二金属环的位置结合以形成腔体，所述MEMS微传感器芯片被包围在腔体中，并且第一金属环与第二金属环相互接触；

最后，将第一、第二面板进行分割，以得到多个MEMS微传感器。

相较于现有技术，本发明第一金属环与第二金属环相互导通以形成金属屏蔽区，从而可以实现较好的屏蔽效果；另外，第一金属环与第二金属环通过粘接胶实现固定，结构简单可靠。此外，本发明通过包含多个基板及盖体单元的第一、第二面板进行组装，适合于大批量生产。

【附图说明】

图1是本发明MEMS微传感器的封装结构第一实施方式的截面图。

图2是本发明MEMS微传感器的封装结构第二实施方式的截面图。

图3是本发明MEMS微传感器的封装结构第三实施方式的截面图。

图4是本发明MEMS微传感器的封装结构第四实施方式的截面图。

图5是本发明MEMS微传感器的封装结构第五实施方式的截面图。

图6是本发明MEMS微传感器的封装结构第六实施方式的截面图。

图7是本发明MEMS微传感器的封装结构第七实施方式的截面图。

图8是本发明MEMS微传感器的封装结构第八实施方式的截面图。

图9是本发明MEMS微传感器的封装结构制造方法的示意图。

【具体实施方式】

实施方式一：

请参图1所示，本发明公开了一种MEMS微传感器的封装结构，其包括基板1及固定于基板1上的盖体2。所述基板1与盖体2对准粘接固定在一起以共同围成一个腔体3。所述基板1包括面向腔体3的内壁11及与内壁11相对的外壁12。所述基板1的内壁11上安装有突伸入腔体3内的MEMS微传感器芯片4。所述MEMS微传感器芯片4为压力传感器芯片或湿度传感器芯片或温度传感器芯片或化学传感器芯片等。基板1包括贯穿内壁11与外壁12的第一金属化孔13及第二金属化孔14。所述基板1主要由绝缘材料(如塑料或环氧树脂)制成，且基板1的内壁11镀有与第二金属化孔14连接的第二金属环15。另外，基板1的内壁11设有暴露于腔体3内且与第一金属化孔13连接的内电极16。所述基板1的外壁12设有分别与第一、第二金属化孔13、14对应连接的第一、第二金属电极17、18。所述MEMS微传感器芯片4与内电极16通过若干金属引线5相互连接，并通过与MEMS微传感器芯片4电性连接的第一金属电极17，而将最终引出MEMS微传感器芯片4。所述第一、第二金属电极17、18用作本发明MEMS微传感器的封装结构最终应用(如安装)时的引出电极。

所述盖体2包括中空的竖直体21及覆盖于竖直体21上且与基板1相对的盖板22。所述盖体2主要也由绝缘材料(如塑料或环氧树脂)制成。但是，竖直体21的内表面镀有包围在MEMS微传感器芯片4外围的第一金属环23。所述第一金属环23与第二金属环15相互接触以形成金属屏蔽区。所述第一金属环23与第二金属环15通过粘接胶实现固定并相互导通，以方便制作。

在本发明MEMS微传感器的封装结构的第一实施方式中，所述竖直体21与盖板22是一体设置的，并且所述盖板22的内表面也设有与第一金属环23接触的第三金属环24，以增大金属屏蔽区。所述盖板22设有与腔体3连通的气孔6，使得外界待测物理信号可通过该气孔6进入腔体3并被MEMS微传感器芯片4感知及检测。所述第一、第二及第三金属环23、15、24连接到第二金属电极18上实现接地，以屏蔽外界电磁信号之干扰。

实施方式二：

请参图2所示，本实施方式所揭示的MEMS微传感器的封装结构与实施方式一所揭示的MEMS微传感器的封装结构的主要区别在于：本实施方式中盖体2的竖直体21与盖板22是分开设置然后相互粘贴固定在一起。所述第三金属环24设有在横向上位于第一金属环23外侧的延伸部241，所述延伸部241与第二金属环15在竖直方向至少部分重叠。如此设置，所述第一、第二及第三金属环23、15、24连接到第二金属电极18上实现接地，同样可以实现较好的屏蔽效果。

实施方式三：

请参图3所示，本实施方式所揭示的MEMS微传感器的封装结构与实施方式二所揭示的MEMS微传感器的封装结构的主要区别在于：本实施方式中的MEMS微传感器的封装结构设有完全包覆MEMS微传感器芯片4及金属引线5上的灌封胶41。所述灌封胶41应具有收缩率低及应力小等特性，如硅橡胶等，其用于保护MEMS微传感器芯片4，同时外界待测物理信号可穿过灌封胶41被MEMS微传感器芯片4感知及检测。

实施方式四：

请参图4所示，本实施方式所揭示的MEMS微传感器的封装结构与实施方式二所揭示的MEMS微传感器的封装结构的主要区别在于：本实施方式中的MEMS微传感器的封装结构还设有与MEMS微传感器芯片4连接的信号处理元件42，所述信号处理元件42通过金属引线5连接到内电极16上。

实施方式五：

请参图5所示，本实施方式所揭示的MEMS微传感器的封装结构与实施方式二所揭示的MEMS微传感器的封装结构的主要区别在于：本实施方式中的MEMS微传感器的封装结构在其盖板22的外表面上分别设有与第三金属环24电性连接的第三金属电极25及与MEMS微传感器芯片4电性连接的第四金属电极26。所述盖板22设有贯穿的第三、第四金属化孔27、28，并且所述第三、第四金属电极25、26分别对应覆盖于第三、第四金属化孔27、28上。其中，第三金属化孔27连接第三金属环24的延伸部241与第三金属电极25，使所述第三金属电极25与第二金属电极18的功能相同。同理，所述第四金属电极26与第一金属电极17的功能也相同。也就是说，所述MEMS微传感器的封装结构可选择性的将第二金属电极18及第三金属电极27中的其中一个，及第一金属电极17及第四金属电极28中的其中一个，共同作为MEMS微传感器在安装时的引出电极，使得本实施方式中的MEMS微传感器的封装结构可以满足双面贴装的要求，从而提高应用灵活性。

实施方式六：

请参图6所示，本实施方式所揭示的MEMS微传感器的封装结构与实施方式二所揭示的MEMS微传感器的封装结构的主要区别在于：本实施方式中的气孔6设置于基板1上而不是盖板22，使得外部待测信号可通过背面进入腔体3并被MEMS微传感器芯片4感知及检测。

实施方式七：

请参图7所示，本实施方式所揭示的MEMS微传感器的封装结构与实施方式二所揭示的MEMS微传感器的封装结构的主要区别在于：本实施方式中的气孔6是由设置在基板1及盖体2内的弯折管道形成的。所述弯折管道包括设置于基板1内的U形管道61、设置于竖直体21一侧且与U形管道61一端对齐的第一竖直管道62、及贯穿盖板22且与第一竖直管道62对齐的第二竖直管道63。外部待测信号可通过弯折管道进入腔体3并被MEMS微传感器芯片4感知及检测。

实施方式八：

请参图8所示，本实施方式所揭示的MEMS微传感器的封装结构与实施方式六所揭示的MEMS微传感器的封装结构的主要区别在于：本实施方式中的气孔6为Z形且延伸穿过基板1的外壁12。通过灵活放置气孔6在基板1外壁12的位置，以提高MEMS微传感器的适用性。

图9揭示了本发明MEMS微传感器的封装结构的整板制作的原理。所述基板1和盖体2是以单元7的形式分别制作在不同面板上，所述基板1所在的面板与盖体2所在面板通过位于面板角落的定位点9进行定位对准粘接。并利用定位孔8通过相应夹具固定后通过加热等方式对导电粘接剂进行固化。所述定位点9还可用作在MEMS微传感器芯片4及信号处理元件42的贴装及相应键合金属引线5的工艺中实现定位。

具体地，本发明MEMS微传感器的封装结构的制造方法，包括如下步骤：

提供第一面板，所述第一面板设置用以对应多个MEMS微传感器的多个基板1；所述基板1的内壁11镀有第二金属环15，基板1设置第一金属化孔13及与第二金属环15接触的第二金属化孔14，并在基板1的外壁12上设置分别与第一、第二金属化孔13、14连接的第一、第二金属电极17、18；

提供多个MEMS微传感器芯片4，并将这些MEMS微传感器芯片4通过粘接胶固定到每个基板1上，使每一个MEMS微传感器芯片4位于对应的第二金属环15内(即被第二金属环15包围)，并对粘接胶进行固化(如加热)；

键合金属引线5将MEMS微传感器芯片4与第一金属化孔13电性连接；

提供第二面板，所述第二面板设置多个盖体2，并在所述盖体2的内表面镀有第一金属环23；

将第二面板粘接固定到第一面板上，所述基板1和盖体2在对应第二金属环15的位置结合以形成腔体3，所述MEMS微传感器芯片4被完全包围在腔体3中，并且第一金属环23与第二金属15环相互接触；

最后，将第一、第二面板进行分割，以得到封装好的多个MEMS微传感器。

本发明MEMS微传感器的封装结构是一种通用的封装结构，该封装结构形式可用于压力传感器、湿度传感器、化学传感器等多种MEMS微传感器芯片的封装，且封装结构具有体积小、结构简单、使用灵活方便、适宜自动化生产等优点。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种MEMS微传感器的封装结构，包括基板及固定于基板上的盖体，所述基板与盖体共同围成一个腔体，所述基板包括面向腔体的内壁及与内壁相对的外壁，所述MEMS微传感器的封装结构还设有安装于内壁上且突伸入腔体内的MEMS微传感器芯片；所述基板或盖体设有与腔体连通的气孔，使得外界待测物理信号可通过气孔进入腔体并被MEMS微传感器芯片感知及检测；其特征在于：所述基板及盖体主要由绝缘材料制成，但是，所述盖体的内表面镀有围绕在MEMS微传感器芯片外围的第一金属环，所述基板的内壁在基板与盖体的结合处镀有第二金属环，并且所述第一金属环与第二金属环通过粘接胶实现固定并相互导通以形成金属屏蔽区；所述基板还包括与MEMS微传感器芯片电性连接的第一金属化孔及与第二金属环电性连接的第二金属化孔，并且所述基板的外壁设有覆盖于第一、第二金属化孔上且与第一、第二金属化孔对应连接的第一、第二金属电极。

2.如权利要求1所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述盖体包括中空的竖直体及覆盖于竖直体上且与基板相对的盖板，其中，所述第一金属环覆盖于竖直体的内表面；所述盖板的内表面镀有作为屏蔽的第三金属环，并且所述第一金属环与第三金属环相互接触。

3.如权利要求2所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述竖直体与盖板分开设置并相互固定在一起，所述盖板的外表面分别设有与第三金属环电性连接的第三金属电极及与MEMS微传感器芯片电性连接的第四金属电极，所述MEMS微传感器的封装结构可选择性的将第二金属电极及第三金属电极中的其中一个，及第一金属电极及第四金属电极中的其中一个，共同作为MEMS微传感器在安装时的引出电极。

4.如权利要求3所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述第三金属环设有在横向上位于第一金属环外侧的延伸部，所述延伸部与第二金属环在竖直方向至少部分重叠；所述盖板设有与延伸部接触的第三金属化孔，所述第三金属电极覆盖于第三金属化孔上且与第三金属化孔接触。

5.如权利要求1所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述MEMS微传感器芯片为压力传感器芯片或湿度传感器芯片或温度传感器芯片或化学传感器芯片。

6.如权利要求1所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述MEMS微传感器的封装结构设有连接MEMS微传感器芯片与第一金属化孔的金属引线，及包覆于MEMS微传感器芯片及金属引线上的灌封胶，并且外界待测物理信号可穿过灌封胶被MEMS微传感器芯片感知及检测。

7.如权利要求6所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述灌封胶完全包覆MEMS微传感器芯片及金属引线。

8.如权利要求1所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述绝缘材料为塑料或环氧树脂，所述腔体内还设有与MEMS微传感器芯片配合的信号处理元件。

9.如权利要求1所述的MEMS微传感器的封装结构，其特征在于：所述气孔可以通过设在基板内部或设在盖体和基板内部的弯折管道来形成。

10.一种MEMS微传感器的封装结构的制造方法，包括如下步骤：

提供第一面板，所述第一面板设置用以对应多个MEMS微传感器的多个基板；所述基板的内壁镀有第二金属环，基板设置第一金属化孔及与第二金属环接触的第二金属化孔，并在基板的外壁上设置分别与第一、第二金属化孔连接的第一、第二金属电极；

提供多个MEMS微传感器芯片，并将这些MEMS微传感器芯片通过粘接胶固定到每个基板上，使每一个MEMS微传感器芯片位于对应的第二金属环内，并对粘接胶进行固化；

键合金属引线将MEMS微传感器芯片与第一、第二金属化孔电性连接；

提供第二面板，所述第二面板设置多个盖体，并在所述盖体的内表面镀有第一金属环；

将第二面板粘接固定到第一面板上，所述基板和盖体在对应第二金属环的位置结合以形成腔体，所述MEMS微传感器芯片被包围在腔体中，并且第一金属环与第二金属环相互接触；

最后，将第一、第二面板进行分割，以得到多个MEMS微传感器。

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