CN107285274B - 一种微机械惯性传感器的三维封装方法 - Google Patents

一种微机械惯性传感器的三维封装方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107285274B
CN107285274B CN201710325438.0A CN201710325438A CN107285274B CN 107285274 B CN107285274 B CN 107285274B CN 201710325438 A CN201710325438 A CN 201710325438A CN 107285274 B CN107285274 B CN 107285274B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimension packaging
end faces
square end
micromachined process
packaging structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710325438.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107285274A (zh
Inventor
王永
王玉朝
易华祥
余才佳
任伶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC
Original Assignee
Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC filed Critical Xian Flight Automatic Control Research Institute of AVIC
Priority to CN201710325438.0A priority Critical patent/CN107285274B/zh
Publication of CN107285274A publication Critical patent/CN107285274A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107285274B publication Critical patent/CN107285274B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0074—3D packaging, i.e. encapsulation containing one or several MEMS devices arranged in planes non-parallel to the mounting board
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明属于微机械惯性传感器封装领域，具体涉及一种微机械惯性传感器的三维封装方法。本发明采用三氧化二铝陶瓷烧成用于惯性微机械传感器的三维封装结构，该结构具有两个互相垂直的正方形端面，两个端面直接通过金属沟槽联通，将装载有微机械惯性传感器的敏感元件的标准定制陶瓷管壳接到三维封装结构的一个正方形端面上，再将三维封装结构的另一正方形端面按照对应的引脚定义焊接到基板上，能够实现对微机械惯性传感器的三维封装，并且具有体积小、结构简单、正交性好的特点。

Description

一种微机械惯性传感器的三维封装方法
技术领域
本发明属于微机械惯性传感器封装领域，具体涉及一种微机械惯性传感器的三维封装方法。
背景技术
微机械惯性传感器一般能够对载体在惯性空间的角速率和加速度进行测量，因此其多轴组合在惯性导航以及制导领域应用广泛。由于微机械惯性传感器大多要求内部结构排布紧凑，若敏感元件与外围电路距离过远则会导致性能大幅下降，因此目前在多轴微机械惯性传感器的三维封装通常采用将装载微机械惯性传感器全部规模的电路板安装在六面体表面的方法上来实现，该六面体基座往往会占用微机械惯性传感器多轴组合大部分的体积和质量，严重制约微机械惯性传感器在惯性导航和制导领域的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、重量轻并且能够保证安装正交性的微机械惯性传感器三维封装方法。
为解决上述问题，本发明的微机械惯性传感器三维封装方法包括：
采用陶瓷材料烧结制成用于惯性微机械传感器的三维封装结构；
对烧结制成的正方体陶瓷块切边，切边的轮廓为任一平面相邻两边中点连线，切的方向为该平面的法向；
对剩余两个互相垂直的正方形端面进行精加工，使得这两个端面的平面度和垂直度均达到安装要求；
再对三维封装结构各表面进行磨削制造沟槽，沟槽从一个正方形端面出发，联通至另一个正方形端面，沟槽均匀分布在正方形端面的四条边，数量与所需封装的惯性传感器引出信号线相同；
对整个三维封装结构进行电镀，使其整个表面均匀覆盖一层薄金属层作为种子层；
随后，对整个结构进行交流电铸，直至沟槽被金属完全填充，将电铸完成后得到三维封装结构进行研磨抛光，直至沟槽外面的金属层完全去除；
接下来，在充满金属的沟槽表面使用绝缘材料进行涂覆；
将微机械惯性传感器的敏感元件装载到陶瓷管壳中，将敏感元件的信号引脚按顺序与陶瓷管壳引脚焊接，然后将该陶瓷管壳的焊盘引脚焊接到三维封装结构的一个正方形端面上，然后将三维封装结构的另一正方形端面按照对应的引脚定义焊接到基板上的焊盘上，完成微机械惯性传感器三维封装。三维封装结构上的金属沟槽将敏感元件的信号传递到基板上。
进一步的，所述陶瓷材料为三氧化二铝。
进一步的，填充所述沟槽的金属为铜。
进一步的，所述绝缘材料为聚酰亚胺。
进一步的，可在同一基板上重复应用所述三维封装方法，以满足多轴微机械惯性传感器组合的要求。
本发明的优点：本发明通过对三维封装结构的两个正方形端面进行精加工，使其满足安装要求，保证了微机械惯性传感器安装的正交性，降低了传统方法的装配难度。
本发明通过三维封装结构对微机械惯性传感器的敏感元件进行了竖直安装，三维封装结构上的金属沟槽将敏感元件的信号传递到基板上，可以将原本需要竖直安装的外围控制电路及其封装放置在基板上，并且可实现多轴微机械惯性传感器的电路复用，大幅降低了微机械惯性传感器多轴组合的体积和质量，拓宽微机械惯性传感器在惯性导航和制导领域的应用范围。
附图说明
图1是按照本发明的实施例的微机械惯性传感器的三维封装示意图
图2是按照本发明的实施例的三维封装结构剖面示意图
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的微机械惯性传感器的三维封装方法进行进一步说明。
图1是应用本发明的方法完成微机械惯性传感器三维封装的示意图。如图1所示，应用本发明的实现的微机械惯性传感器的三维封装，其中1为微机械惯性传感器的敏感元件，2为装载敏感元件的陶瓷管壳，3为三维封装结构，4为安装基板。微机械惯性传感器的敏感元件1粘接到陶瓷管壳2中心，陶瓷管壳2焊接到三维封装结构3的一个安装端面，三维封装结构3焊接到安装基板4上。
图2是本发明所使用的三维封装结构剖面示意图。如图2所示，3-1为三氧化二铝烧结制成的陶瓷结构，3-2为填充的金属线槽。
以下为具体实施步骤：
第一步：用三氧化二铝陶瓷烧结制成一个边长为15毫米的正方体结构，对烧结制成的正方体陶瓷块切边，切边的轮廓为任一平面相邻两边中点连线，切的方向为该平面的法向。
第二步：利用加工中心对三维封装结构剩下的两个互相垂直的正方形端面进行精加工，使得这两个端面的平面度和垂直度均达到0.02以内，再对三维封装结构3表面磨削制造间距2.54毫米、宽度1毫米、深度为0.5毫米的沟槽，沟槽从一个正方形端面出发，联通至另一个正方形端面，沟槽均匀分布在正方形端面的四条边，数量与微机械惯性传感器引出信号线相同。
第三步：在整个三维封装结构的表面溅射厚度为的铜作为种子层，然后对整个结构进行交流电铸直至沟槽被铜填充完全。
第四步：利用CMP设备，将电铸完成后得到三维封装结构进行机械研磨抛光，直至沟槽外面的铜层完全去除，并在金属沟槽的表面使用聚酰亚胺涂覆。
第五步：将微机械惯性传感器的敏感元件1使用粘接的方法装载到标准定制陶瓷管壳2中，将敏感元件1的信号引脚按顺序与陶瓷管壳2的引脚焊接，然后将该陶瓷管壳2的焊盘采用锡焊的方式固定到三维封装结构3的一个正方形端面上，再将三维封装结构3的另一正方形端面焊接到基板4上的焊盘上。

Claims (5)

1.一种微机械惯性传感器的三维封装方法，包括：
采用陶瓷材料烧结制成用于惯性微机械传感器的三维封装结构；
对烧结制成的正方体陶瓷块切边，切边的轮廓为任一平面相邻两边中点连线，切的方向为该平面的法向；
对剩余两个互相垂直的正方形端面进行精加工，使得这两个端面的平面度和垂直度均达到安装要求；
再对三维封装结构各表面进行磨削制造沟槽，沟槽从一个正方形端面出发，联通至另一个正方形端面，沟槽均匀分布在正方形端面的四条边，数量与所需封装的惯性传感器引出信号线相同；
对整个三维封装结构进行电镀，使其整个表面均匀覆盖一层薄金属层作为种子层；
随后，对整个结构进行交流电铸，直至沟槽被金属完全填充，将电铸完成后得到三维封装结构进行研磨抛光，直至沟槽外面的金属层完全去除；
接下来，在充满金属的沟槽表面使用绝缘材料进行涂覆；
将微机械惯性传感器的敏感元件装载到陶瓷管壳中，将敏感元件的信号引脚按顺序与陶瓷管壳引脚焊接，然后将该陶瓷管壳的焊盘引脚焊接到三维封装结构的一个正方形端面上，然后将三维封装结构的另一正方形端面按照对应的引脚定义焊接到基板上的焊盘上，完成微机械惯性传感器三维封装，三维封装结构上的金属沟槽将敏感元件的信号传递到基板上。
2.如权利要求1所述的三维封装方法，其中所述陶瓷材料为三氧化二铝。
3.如权利要求1所述的三维封装方法，其中填充所述沟槽的金属为铜。
4.如权利要求1所述的三维封装方法，其中所述绝缘材料为聚酰亚胺。
5.如权利要求1所述的三维封装方法，其中可在同一基板上重复应用所述三维封装方法，以满足多轴微机械惯性传感器组合的要求。
CN201710325438.0A 2017-05-10 2017-05-10 一种微机械惯性传感器的三维封装方法 Active CN107285274B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710325438.0A CN107285274B (zh) 2017-05-10 2017-05-10 一种微机械惯性传感器的三维封装方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710325438.0A CN107285274B (zh) 2017-05-10 2017-05-10 一种微机械惯性传感器的三维封装方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107285274A CN107285274A (zh) 2017-10-24
CN107285274B true CN107285274B (zh) 2019-03-01

Family

ID=60095053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710325438.0A Active CN107285274B (zh) 2017-05-10 2017-05-10 一种微机械惯性传感器的三维封装方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107285274B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013251476A (ja) * 2012-06-04 2013-12-12 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミックパッケージ
CN104867879A (zh) * 2014-02-25 2015-08-26 日本特殊陶业株式会社 陶瓷封装
CN105008867A (zh) * 2013-02-21 2015-10-28 埃普科斯股份有限公司 具有陶瓷的壳体的传感器系统
KR101566798B1 (ko) * 2014-10-14 2015-11-06 국방과학연구소 차분 진동형 가속도계 센서 칩
CN105977213A (zh) * 2015-03-11 2016-09-28 日本特殊陶业株式会社 陶瓷封装、电子器件装置及其制造方法
CN205789921U (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 成都振芯科技股份有限公司 一种小型化气密性无引线陶瓷封装结构
CN205786688U (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 中国电子科技集团公司第十三研究所 微机械加速度计封装用陶瓷外壳

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6871544B1 (en) * 1999-03-17 2005-03-29 Input/Output, Inc. Sensor design and process
US6918297B2 (en) * 2003-02-28 2005-07-19 Honeywell International, Inc. Miniature 3-dimensional package for MEMS sensors
DE102007057441B4 (de) * 2007-11-29 2019-07-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements mit einem volumenelastischen Medium und mikromechanischen Bauelement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013251476A (ja) * 2012-06-04 2013-12-12 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミックパッケージ
CN105008867A (zh) * 2013-02-21 2015-10-28 埃普科斯股份有限公司 具有陶瓷的壳体的传感器系统
CN104867879A (zh) * 2014-02-25 2015-08-26 日本特殊陶业株式会社 陶瓷封装
KR101566798B1 (ko) * 2014-10-14 2015-11-06 국방과학연구소 차분 진동형 가속도계 센서 칩
CN105977213A (zh) * 2015-03-11 2016-09-28 日本特殊陶业株式会社 陶瓷封装、电子器件装置及其制造方法
CN205786688U (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 中国电子科技集团公司第十三研究所 微机械加速度计封装用陶瓷外壳
CN205789921U (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 成都振芯科技股份有限公司 一种小型化气密性无引线陶瓷封装结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN107285274A (zh) 2017-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1718984B1 (en) Vertical die chip-on-board
US8037754B2 (en) Integrated inertial measurement system and methods of constructing the same
CN101714543B (zh) 用于多芯片系统三维封装的陶瓷基板及其封装方法
CN106233462B (zh) 半导体器件以及半导体器件的制造方法
CN105731354B (zh) 用于mems传感器器件的晶片级封装及对应制造工艺
CN110011705A (zh) 无线ic器件
US20130105952A1 (en) Shielded encapsulating structure and manufacturing method thereof
CN102740590B (zh) 陶瓷基板及其制造方法
CN107285274B (zh) 一种微机械惯性传感器的三维封装方法
EP2189801B1 (en) Magnetic sensor module
CN109799026B (zh) Mems压力传感器及制备方法
US20150140286A1 (en) Integrated ingot for tsv substrtaes and method for making the same
CN105932386B (zh) 基于硅基磁性材料衬底的环形器
JP2888040B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP6494806B2 (ja) セラミックス基板およびその製造方法
US20150153378A1 (en) Micro electro mechanical systems sensor module package and method of manufacturing the same
JP2016125831A (ja) 磁気検出装置
CN103050414B (zh) 三维集成高密度厚薄膜多芯片组件的集成方法
WO2020218326A1 (ja) 配線基板、電子装置及び電子モジュール
CN112820710A (zh) 一种三维立体封装外壳
JP7241635B2 (ja) 配線基板、電子装置及び電子モジュール
CN105241455A (zh) 基于TSV技术的μPNT微尺度立体堆叠方法
CN105716606B (zh) 三轴mems惯性传感器系统级封装单元结构
JP2010237058A (ja) センサ装置およびその製造方法
RU2726286C1 (ru) Способ изготовления и конструкция инерциального измерительного модуля

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant