CN109813931B - 高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器芯片封装结构，具体涉及一种高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构；包括一层为一面可接地钎焊的低温共烧陶瓷片，不可钎焊面采用阳极键合技术，实现熟瓷片与敏感结构背面键合，敏感结构正面也采用阳极键合与三层熟瓷片键合，第一层为一片和传感器框架面积一样的低温共烧陶瓷框架，同时通过激光打孔、浆料填孔实现敏感结构的PAD点与第二层电路相连；第二层通过浆料印刷，实现电路转接功能，将信号传输至熟瓷片第三层，即封装结构顶层；封装结构顶层印刷上可钎焊浆料，由此可以通过钎焊将熟瓷片与输出电线相连；本发明使封装结构面积最小化，实现了加速度传感器无引线封装，极大的提高了传感器的可靠性。

Description

高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构

技术领域

本发明涉及传感器芯片封装结构，具体涉及一种高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构。

背景技术

低温共烧陶瓷（LTCC）技术是一种低成本封装技术，陶瓷材料具有优良的高频高品质因数的特性，使用低温共烧陶瓷实现电路转接比用普通PCB电路基板具有更优良的热传导性，更好的温度特性。由于低温共烧陶瓷较小的热膨胀系数和介电常数温度系数，其与硅芯片阳极键合过程中产生的残余应力较小。现有的高量程加速度传感器封装都是采用金丝键合将敏感结构与PCB转接板相连，而后输出电线钎焊在PCB板上。由于金丝键合和PCB板的存在，增大了封装后的体积，同时极大的降低了传感器在高冲击条件下的可靠性。

发明内容

本发明为减小现有高量程加速度传感器封装结构的体积，降低封装过程中产生的残余应力对输出的影响，提高加速度传感器在高冲击条件下的可靠性的技术问题，提供一种高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构，包括底层熟瓷片、敏感结构、第三层熟瓷片、第二层熟瓷片、第一层熟瓷片，所述底层熟瓷片底面刷有钎焊浆料，底层熟瓷片顶面采用阳极键合技术与敏感结构的背面键合。所述敏感结构的正面也通过阳极键合技术与三层熟瓷片键合，所述三层熟瓷片分别为自下而上排列的第一层熟瓷片、第二层熟瓷片和第三层熟瓷片、其中第一层熟瓷片与敏感结构接触；所述敏感结构包括敏感结构框架和位于敏感结构框架中心处的质量块；所述第一层熟瓷片为与敏感结构框架大小一致的框架结构且开设有与敏感结构的PAD点大小、位置一致的通孔，同时第一层熟瓷片和敏感结构的接触面刻有与敏感结构表面溅射的导线相同大小的导线凹槽，所述第二层熟瓷片与第一层熟瓷片相对应的位置处也开设有通孔且不与第一层熟瓷片相接触的一面印刷有转接电路，所述第三层熟瓷片在第二层熟瓷片转接电路结束处相应位置开有第二通孔，所述第三层熟瓷片不与第二层熟瓷片接触的一面印刷有钎焊浆料形成与电线焊接的焊盘，第一层熟瓷片、第二层熟瓷片的通孔和第三层熟瓷片第二通孔间采用浆料填孔实现敏感结构与转接电路的电路连接。

上述三层无引线封装结构的三层熟瓷片在制备初期为三层生瓷片，三层生瓷片整体通过激光打孔、丝网印刷、叠层、压片、烧结形成一个整体，将这个整体与已键合底层熟瓷片的敏感结构通过阳极键合连接。最后，完全封装后的整体通过底层熟瓷片底面刷有的钎焊浆料实现三层封装结构与管壳的连接。

本发明采用熟瓷片与敏感结构阳极键合，同时在熟瓷片内印刷电路从而实现电路转接功能。该结构可简化敏感结构到传输线之间的步骤，减小由于金丝键合和PCB板造成的噪声，提高传感器整体的可靠性。同时保证了加速度传感器整体封装后的面积与敏感结构相同。只在高度有所提高的条件下，仍能有效的保护敏感结构。

进一步的，所述底层熟瓷片、第三层熟瓷片、第二层熟瓷片和第一层熟瓷片均为低温共烧陶瓷，且均还有NA⁺。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

使用低温共烧陶瓷实现敏感结构封装，低温共烧陶瓷在烧结之后物理性质稳定，热膨胀系数与硅热膨胀系数相近，能有效的减小在封装过程中产生的残余应力，为传感器的稳定输出提供有效保护。

封装结构直接接地，如有静电产生直接导出，可提高传感器使用寿命。由于直接钎焊接地，不再使用贴片胶进行连接，可减小由于贴片胶的厚度和热膨胀系数不匹配导致的传感器输出灵敏度不稳定的情况。

本发明封装结构直接在LTCC板内实现电路转接，转接电路与敏感结构的无引线连接，不仅极大的减小了封装后传感器的体积，而且省去了金丝键合过程，实现无引线封装，极大的提高了传感器的可靠性。

在阳极键合过程中敏感结构内部抽真空，阳极键合之后封装体的机械稳定性较高。

同时由于陶瓷的高品质因素特性，也减小了测试过程中电磁等其他噪声对输出信号造成的干扰。

附图说明

图1为本发明封装结构的剖面图。

图2为本发明封装结构拆分后的示意图之一。

图3为本发明封装结构拆分后的示意图之二。

图中标记如下：

1-第三层熟瓷片，2-第二层熟瓷片，3-第一层熟瓷片，4-敏感结构，5-底层熟瓷片，6-第二通孔，7-焊盘，8-转接电路，9-钎焊浆料，10-通孔，11-敏感结构框架，12-导线凹槽，13-质量块。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-图3所示，一种高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构，包括底层熟瓷片5、敏感结构4、第三层熟瓷片1、第二层熟瓷片2、第一层熟瓷片3，所述底层熟瓷片5底面刷有钎焊浆料9，底层熟瓷片5顶面采用阳极键合技术与敏感结构4的背面键合。所述敏感结构4的正面也通过阳极键合技术与三层熟瓷片键合，所述三层熟瓷片分别为自下而上排列的第一层熟瓷片3、第二层熟瓷片2和第三层熟瓷片1、其中第一层熟瓷片3与敏感结构4接触；所述敏感结构4包括敏感结构框架11和位于敏感结构框架11中心处的质量块13；所述第一层熟瓷片3为与敏感结构框架11大小一致的框架结构且开设有与敏感结构4的PAD点大小、位置一致的通孔10，同时第一层熟瓷片3和敏感结构4的接触面刻有与敏感结构4表面溅射的导线相同大小的导线凹槽12，所述第二层熟瓷片2与第一层熟瓷片3相对应的位置处也开设有通孔10且不与第一层熟瓷片3相接触的一面印刷有转接电路8，所述第三层熟瓷片1在第二层熟瓷片2转接电路8结束处相应位置开有第二通孔6，所述第三层熟瓷片1不与第二层熟瓷片2接触的一面印刷有钎焊浆料形成与电线焊接的焊盘7，第一层熟瓷片3、第二层熟瓷片2的通孔10和第三层熟瓷片1第二通孔6间采用浆料填孔实现敏感结构4与转接电路8的电路连接。

转接电路8与敏感结构4的无引线连接，去除了现有的高量程加速度传感器中金丝键合和PCB板，使得封装面积最小化。

第一层熟瓷片3为与敏感结构框架11大小一致的框架结构，采用通孔填充，即可以让敏感结构4与后续印刷转接电路8连接又保证封装结构不影响质量块13的运动。

第一层熟瓷片3上依照敏感结构4表面电线分布，刻出相应的导线凹槽12，以此保证敏感结构4和第一层熟瓷片3的平整度，为阳极键合提供实现基础。

在底层熟瓷片5印刷钎焊浆料9，倒装焊使得整体结构与管壳同电势，可减小静电对传感器输出的影响，实现整体封装结构与管壳刚性连接。

进一步的，所述第二层熟瓷片2与第一层熟瓷片3上的通孔10通过激光打孔开设，所述第三层熟瓷片1的第二通孔6也通过激光打孔开设。

进一步的，所述底层熟瓷片5、第三层熟瓷片1、第二层熟瓷片2和第一层熟瓷片3均为低温共烧陶瓷，且均还有NA⁺。

由于陶瓷的高品质因素特性，也减小了测试过程中电磁等其他噪声造成的干扰。

采用阳极键合技术将敏感结构4和上下两层低温共烧陶瓷连接，即低温共烧陶瓷-硅-低温共烧陶瓷三层无引线封装结构实现敏感结构4与封装体的刚性连接。

Claims (3)

1.一种高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构，其特征在于，包括底层熟瓷片（5）、敏感结构（4）、第三层熟瓷片（1）、第二层熟瓷片（2）、第一层熟瓷片（3），所述底层熟瓷片（5）底面刷有钎焊浆料（9），底层熟瓷片（5）顶面采用阳极键合技术与敏感结构（4）的背面键合；所述敏感结构（4）的正面也通过阳极键合技术与三层熟瓷片键合，所述三层熟瓷片分别为自下而上排列的第一层熟瓷片（3）、第二层熟瓷片（2）和第三层熟瓷片（1）、其中第一层熟瓷片（3）与敏感结构（4）接触；所述敏感结构（4）包括敏感结构框架（11）和位于敏感结构框架（11）中心处的质量块（13）；所述第一层熟瓷片（3）为与敏感结构框架（11）大小一致的框架结构且开设有与敏感结构（4）的PAD点大小、位置一致的通孔（10），同时第一层熟瓷片（3）和敏感结构（4）的接触面刻有与敏感结构（4）表面溅射的导线相同大小的导线凹槽（12），所述第二层熟瓷片（2）与第一层熟瓷片（3）相对应的位置处也开设有通孔（10）且不与第一层熟瓷片（3）相接触的一面印刷有转接电路（8），所述第三层熟瓷片（1）在第二层熟瓷片（2）转接电路（8）结束处相应位置开有第二通孔（6），所述第三层熟瓷片（1）不与第二层熟瓷片（2）接触的一面印刷有钎焊浆料形成与电线焊接的焊盘（7），第一层熟瓷片（3）、第二层熟瓷片（2）的通孔（10）和第三层熟瓷片（1）第二通孔（6）间采用浆料填孔实现敏感结构（4）与转接电路（8）的电路连接。

2.根据权利要求1所述的高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构，其特征在于，所述第二层熟瓷片（2）与第一层熟瓷片（3）上的通孔（10）通过激光打孔开设，所述第三层熟瓷片（1）的第二通孔（6）也通过激光打孔开设。

3.根据权利要求1所述的高量程加速度传感器陶瓷硅陶瓷三层无引线封装结构，其特征在于，所述底层熟瓷片（5）、第三层熟瓷片（1）、第二层熟瓷片（2）和第一层熟瓷片（3）均为低温共烧陶瓷，且均还有NA⁺。

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