CN111039255B - 降低mems惯性器件封装应力的方法及mems器件 - Google Patents

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    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]

Abstract

本发明公开了一种降低MEMS惯性器件封装应力的方法及MEMS器件，所述的MEMS惯性器件包含：封装管壳、位于封装管壳内的芯片；所述的方法包含以下步骤：步骤1，将直径一致的硅珠的粉体与贴片胶混合并搅拌均匀，得到混合物；步骤2，利用点胶器将所述的混合物喷涂于所述的封装管壳的底板上，以形成贴片胶层；步骤3，将所述芯片的底面贴在所述的贴片胶层上；步骤4，使所述的贴片胶层固化。本发明通过在贴片胶内添加直径一致的硅珠，并对贴片胶层各个参数量化控制，有效的降低封装应力，提高了工艺过程的稳定性。

Description

降低MEMS惯性器件封装应力的方法及MEMS器件
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种降低MEMS惯性器件封装应力的方法及MEMS器件。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-Mechanic System)惯性器件一般采用掩膜、光刻、腐蚀、刻蚀、淀积、键合等微加工工艺制造微结构，可实现物理量敏感、力/力矩输出等多种功能，但由于微结构的尺寸常常在微米量级，其输出性能受加工制造工艺和环境条件的影响较大，对应力应变的变化极为敏感。
MEMS器件需进行封装，将一个或多个电子元器件芯片相互电连接，然后封装在一个保护结构中，其目的是为电子芯片提供电连接、机械保护、化学腐蚀保护等。MEMS器件中的陀螺仪、加速度计、震荡器或体声波滤波器等都对应力非常敏感，需要用陶瓷管壳、金属管壳或预成型塑料管壳等对MEMS芯片进行气密性封装。
MEMS惯性器件一般采用硅基材料制备而成，在封装过程中，由于封装管壳、贴片胶和MEMS硅芯片的热膨胀系数不匹配，在封装过程中会产生热应力，热应力会改变MEMS惯性器件的谐振频率等参数，降低其性能。如图1所示，为MEMS器件常见封装结构，封装管壳底板3上涂抹贴片胶2，装入MEMS芯片1，将MEMS芯片1底面层通过贴片胶2固定在封装管壳底板3上，这样，MEMS芯片1只有底面层通过贴片胶2与封装管壳底板3接触，MEMS芯片1的正面层不与任何固体接触，所以，封装应力只能从MEMS芯片1的底面层引入。现有的工艺中一般是在MEMS芯片1下涂满贴片胶2，或者利用局部点胶法在封装管壳底板3上的相应位置点胶以控制封装应力，但这种方法胶点大小、胶层的厚度及粘接面积无法精确控制，使得产品工艺性稳定性变差，同一批次产品粘接效果存在较大差异。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够降低MEMS惯性器件封装应力的方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种降低MEMS惯性器件封装应力的方法，所述的MEMS惯性器件包含：封装管壳、位于封装管壳内的芯片；所述的方法包含以下步骤：
步骤1，将直径一致的硅珠的粉体与贴片胶混合并搅拌均匀，得到混合物；
步骤2，利用点胶器将所述的混合物喷涂于所述的封装管壳的底板上，以形成贴片胶层；
步骤3，将所述芯片的底面贴在所述的贴片胶层上；
步骤4，使所述的贴片胶层固化。
较佳地，所述的硅珠的直径小于0.2mm。
较佳地，步骤1中，所述的硅珠的直径通过实验分析来选定，实验分析包括：测试芯片的输出性能。
较佳地，步骤2中，通过点胶器控制混合物的喷涂量。
较佳地，步骤3中，所述的芯片贴在所述的贴片胶层上后，所述的贴片胶层中的硅珠为单层。
较佳地，所述的贴片胶为改性硅胶或银浆。
较佳地，所述的贴片胶层的图形为对称的结构。
较佳地，步骤4中，通过高温使所述的贴片胶层固化。
较佳地，所述的封装管壳为陶瓷管壳。
本发明还提供了一种MEMS器件，该器件包含上述的方法中所采用的贴片胶层。
有益效果：
(1)由于MEMS惯性器件一般采用硅基材料制备而成，而硅珠的热膨胀系数与单晶硅芯片的一致，本发明利用掺杂有硅珠的贴片胶层，降低了MEMS惯性器件的封装应力。
(2)贴片胶层的厚度与封装应力有关，本发明通过硅珠的直径控制贴片胶层的厚度，有效的降低了封装应力。
(3)本发明通过硅珠的直径控制贴片胶层的厚度，结合点胶器控制粘接面积和点胶图形，使得产品工艺性稳定性好，同一批次产品粘接效果相近。
附图说明
图1为现有的MEMS器件的封装结构的示意图。
图2为本发明的降低MEMS惯性器件封装应力的方法的流程图。
图3为实施例1的第一种胶层图案。
图4为实施例1的第二种胶层图案。
图5为实施例1的第三种胶层图案。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明提出的通过优化胶层形式降低MEMS惯性器件封装应力的方法，将MEMS惯性器件的芯片与封装管壳底板通过贴片胶层粘接，贴片胶层由贴片胶和直径一致的硅珠混合形成。
如图2所示，本发明的降低MEMS惯性器件封装应力的方法包含以下步骤：S1，将粒度一致的硅珠粉与贴片胶混合并搅拌均匀，得到混合物；S2，利用点胶器将所述的混合物喷涂于封装管壳的底板上，以形成贴片胶层；S3，将MEMS惯性器件的芯片的底面贴在所述的贴片胶层上；S4，使所述的贴片胶层在高温下固化。
由于MEMS惯性器件一般采用硅基材料制备而成，硅珠的热膨胀系数与单晶硅芯片的一致，因此与单纯的贴片胶相比，掺杂有硅珠的贴片胶的热膨胀系数与MEMS硅芯片的热膨胀系数更匹配，从而可以降低MEMS惯性器件的封装应力。
贴片胶可以选择热膨胀系数和杨氏模量均小的胶，一些实施例中，选择改性硅胶或银浆等。
为了更好地降低封装应力，在粘接强度可以保证的前提下尽可能多的在贴片胶中掺入硅珠。
为了更好地降低封装应力，可以对贴片胶层的厚度进行控制。胶层的厚度与封装应力有关，存在封装厚度最优值。由于MEMS惯性器件的芯片与封装管壳底板需要通过贴片胶层粘接，而贴片胶层中掺杂有直径一致的硅珠，因此在粘接过程中，将芯片稍微下压，使得贴片胶层中的硅珠为单层结构，即通过硅珠的直径控制贴片胶层的厚度，贴片胶层的厚度与硅珠的直径基本相等。
一些实施例中，选择的硅珠直径小于0.2mm。本发明选择的硅珠的直径大于普通硅微粉的粒径，普通硅微粉的平均粒径在0.1～0.3微米。
一些实施例中，选用的硅珠粉的直径通过测试芯片的输出性能来确定。
此外，芯片与封装管壳底板的粘接面积与粘接强度息息相关，以高g加速度计MEMS芯片为例，需要尽可能大的粘接面积。而MEMS陀螺对粘接的对称性有较高的要求。通过控制点胶器出胶量可以控制贴片胶层的面积。点胶器的针筒的孔径大小是恒定的，控制出胶时间即可控制出胶量，而贴片胶层的厚度与硅珠直径基本相等，因此贴片胶层的面积可以得到控制。通过点胶机，可以在芯片刚度较大的地方施胶，避开易变形的敏感区，进一步改善应力分布情况。
实施例1
(1)首先将不同直径的硅珠的粉体清洗干净并干燥处理。
(2)在真空环境下将硅珠的粉体分别与贴片胶混合，并利用搅拌器搅拌均匀，然后分别将得到的混合物加入注射器针筒中，利用点胶器在陶瓷管壳衬底上喷涂胶层图案。胶层图案选择图3至图5中的一种。通过严格控制点胶器出胶量来控制胶层的面积。
(3)然后将MEMS惯性器件芯片贴装在胶层上，高温固化。
(4)封装完成后测试芯片输出性能，分析出合适的珠粉粒度。
综上所述，本发明通过在贴片胶内添加直径一致的硅珠，并对胶层各个参数量化控制，有效的降低封装应力，提高了工艺过程的稳定性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，所述的MEMS惯性器件包含：封装管壳、位于封装管壳内的芯片；所述的方法包含以下步骤：
步骤1，将直径一致的硅珠的粉体与贴片胶混合并搅拌均匀，得到混合物；所述硅珠的热膨胀系数与单晶硅芯片的一致；
步骤2，利用点胶器将所述的混合物喷涂于所述的封装管壳的底板上，以形成贴片胶层；其中，通过所述点胶器在所述芯片刚度较大的地方施胶，避开易变形的敏感区；
步骤3，将所述芯片的底面贴在所述的贴片胶层上；所述的贴片胶为改性硅胶或银浆
步骤4，使所述的贴片胶层固化。
2.根据权利要求1所述的降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，所述的硅珠的直径小于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，步骤1中，所述的硅珠的直径通过实验分析来选定，实验分析包括：测试芯片的输出性能。
4.根据权利要求1所述的降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，步骤2中，通过点胶器控制混合物的喷涂量。
5.根据权利要求1所述的降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，步骤3中，所述的芯片贴在所述的贴片胶层上后，所述的贴片胶层中的硅珠为单层。
6.根据权利要求1所述的降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，所述的贴片胶层的图形为对称的结构。
7.根据权利要求1所述的降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，步骤4中，通过高温使所述的贴片胶层固化。
8.根据权利要求1所述的降低MEMS惯性器件封装应力的方法，其特征在于，所述的封装管壳为陶瓷管壳。
9.一种MEMS器件，其特征在于，该器件包含权利要求1-8任意一项所述的方法中所采用的贴片胶层。
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