CN113264497B - Mems芯片的封装结构 - Google Patents
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Abstract
公开了一种MEMS芯片的封装结构，包括：基板，所述基板的第一表面中形成至少一个第一凹槽；MEMS芯片，所述MEMS芯片位于所述基板的上方；所述MEMS芯片朝向所述基板的第二表面上形成至少一个第一支撑结构和第二支撑结构；所述第一支撑结构的位置与所述第一凹槽的位置相对应，并且位于所述第一凹槽中，其中，所述第二支撑结构用于调节所述MEMS芯片与所述基板之间的位置和间距关系。本申请的MEMS芯片的封装结构，通过在MEMS芯片的第二表面形成多个第一支撑结构，并通过第一支撑结构与基板连接，使得MEMS芯片与基板的接触面积较少，降低了应力的传递，提高了MEMS芯片的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种MEMS芯片的封装结构。
背景技术
MEMS微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)压力传感器是可以用类似集成电路(IC)设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器大开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。
目前业内常用的MEMS传感器为底部平面，与基板之间采用硅胶粘结，在基板产生应力的时候会通过硅胶传递到MEMS芯片上，导致MEMS芯片产生应力，影响产品的灵敏度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种MEMS芯片的封装结构，通过降低MEMS芯片与基板之间的胶水接触面积，降低应力的传递。
根据本发明的一方面，提供一种MEMS芯片的封装结构，包括：基板，所述基板的第一表面中形成至少一个第一凹槽；MEMS芯片，所述MEMS芯片位于所述基板的上方；所述MEMS芯片朝向所述基板的第二表面上形成至少一个第一支撑结构和第二支撑结构；所述第一支撑结构的位置与所述第一凹槽的位置相对应，并且位于所述第一凹槽中，所述第二支撑结构用于调节所述MEMS芯片与所述基板之间的位置和间距关系。
可选地，所述第二支撑结构的高度小于所述第一支撑结构的高度。
可选地，所述第一凹槽为一个，所述至少一个第一支撑结构的底部均位于所述第一凹槽中。
可选地，还包括：限位块，所述限位块的第二表面粘接在所述第一凹槽中，所述第一支撑结构被所述限位块分隔。
可选地，所述限位块的第一表面中形成有第二凹槽，所述第二凹槽用于容纳所述第二支撑结构，所述限位块的第一表面与第二表面相对。
可选地，所述第二支撑结构的底部与所述限位块中的所述第二凹槽的底部相接触。
可选地，所述第二凹槽的深度小于等于所述第二支撑结构的高度。
可选地，所述第一凹槽为多个，位置与所述第一支撑结构一一对应，且每个所述第一凹槽的形状与对应所述第一支撑结构的形状相匹配。
可选地，所述第二支撑结构的底部与所述基板的第一表面接触。
可选地，所述第一支撑结构和所述第二支撑结构的高度大于零，且所述第一支撑结构的高度大于所述第一凹槽的深度。
可选地，多个所述第一支撑结构具有至少一个高度。
可选地，所述第一支撑结构的底部具有凹凸结构，所述第一凹槽的底部具有与所述凹凸结构相匹配的形状。
可选地，所述第一支撑结构和所述第二支撑结构沿所述MEMS芯片第二表面的截面形状为长方形、圆形、三角形或四边形中的任一种。
可选地，所述MEMS芯片还包括压力敏感膜和第二空腔，所述压力敏感膜位于所述第二空腔上方。
可选地，还包括：封装壳体，固定于所述基板的第一表面，与所述基板之间形成第一腔体，所述MEMS芯片位于所述第一腔体内；ASIC芯片，设置于所述第一腔体内的所述基板第一表面上，与所述MEMS芯片电连接。
本发明提供的MEMS芯片，在第二表面形成柱状的多个第一支撑结构，通过第一支撑结构与基板之间进行连接，从而降低了MEMS芯片与基板之间的接触面积，进而使得当基板变形产生应力的时候，减少了应力从基板向MEMS芯片的传递。
在优选的实施例中，在MEMS芯片的第二表面还形成有第二支撑结构，第二支撑结构用于对MEMS芯片在基板表面的位置以及MEMS芯片与基板之间的间距进行限制，使得MEMS芯片的位置不会发生太大的变化。
本发明提供的MEMS芯片的封装结构中，在基板的第一表面中，形成有第一凹槽，第一凹槽的形状与MEMS芯片的第一支撑结构的形状相匹配，从而在将MEMS芯片与基板进行固定后，MEMS芯片不会因为与胶水的接触面积减少而导致与基板的连接不稳固。
在优选的实施例中，在基板第一表面的第一凹槽中，还具有限位块，限位块与基板第一凹槽的底部连接，且限位块面向MEMS芯片的一侧表面中形成有第二凹槽，第二凹槽与MEMS芯片的第二支撑结构的形状匹配，用于容纳第二支撑结构且对MEMS芯片的位置进行限制。
在优选的实施例中，MEMS芯片的多个第一支撑结构的高度、宽度、截面形状等至少一方面具有两种或以上，可以进一步提升MEMS芯片与基板的连接稳固性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的MEMS芯片的封装结构的示意图；
图2示出了根据本发明第一实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图；
图3a示出了根据本发明第一实施例中MEMS芯片的立体图；
图3b示出了根据本发明第一实施例中基板的俯视图；
图4a示出了根据本发明第二实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图；
图4b示出了根据本发明第二实施例中基板的俯视图；
图5示出了根据本发明第三实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图；
图6示出了根据本发明第四实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的MEMS芯片的封装结构的示意图；图2示出了根据本发明第一实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图；图3a示出了根据本发明第一实施例中MEMS芯片的立体图；图3b示出了根据本发明第一实施例中基板的俯视图，其中，图2示出了图1中虚线框M的放大图。
参考图1和图2，本申请的MEMS芯片的封装结构包括基板20，基板20的第一表面中形成有第一凹槽21；封装壳体50，封装壳体50固定于基板20的第一表面，与基板20之间形成第一腔体51；MEMS芯片10，设置在第一腔体51内，MEMS芯片10包括第二腔体11以及位于第二腔体11上方的压力敏感膜和位于第二腔体11下方的支撑结构；ASIC芯片60，设置于第一腔体51内的基板20第一表面上，ASIC芯片60为专用集成电路芯片，通过导线连接至MEMS芯片10。
在该实施例中，基板20的材质可以采用RF-4、BT或陶瓷基材等常用的基板材料。基板20的第一表面上，还形成有沿基板20的第一表面的边缘环绕的密封环，封装壳体50通过密封环与基板20的第一表面固定连接，形成第一腔体51。基板20的第二表面上形成有焊盘，用于提供电连接点。基板20可以为单层或多层电路板，基板20的第一表面还可以形成有电路结构，或电接触部，例如焊垫等。基板20内部还可以形成有电连接结构，用于连接基板20第一表面和第二表面的电接触部。
封装壳体50作为振动传感器封装结构的封装外壳，用于保护内部的电子元件，同时与基板20之间形成第一腔体51。封装壳体50可以为金属材质，耐高温且生产工艺简单，可以大规模量产，并且金属材质的外壳封装壳体50还具有抗腐蚀、电磁屏蔽作用以及高机械性能等特性，对产品起到较高的保护作用。在其他的实施例中，封装壳体50也可以采用塑料等其他硬质材料，在此不作限定。封装壳体50边缘通过焊接或粘胶等方式，固定于基板20第一表面的密封环，使得封装壳体50与基板20之间形成第一腔体51。
MEMS芯片10作为声音信号的感应元件，其压力敏感膜位于第二空腔上方。由于直接将MEMS芯片10的第二表面粘接在基板20的第一表面上时，基板20若发生形变会使应力经由胶体到达MEMS芯片10，影响MEMS芯片10的灵敏度，因此本申请对此部分进行了改进。
参考图2所示的第一实施例的结构图100，本申请的MEMS芯片10包括位于第二腔体11上方的压力敏感膜和位于第二腔体11下方的支撑结构，其中，压力敏感膜位于MEMS芯片10的第一表面，支撑结构位于MEMS芯片10的第二表面，压力敏感膜用于感知压力并发生形变。
进一步地，在MEMS芯片10的第二表面上，支撑结构包括第一支撑结构13和第二支撑结构12。第一支撑结构13和第二支撑结构12的高度大于零且第一支撑结构13的高度不小于第二支撑结构12的高度，第一支撑结构13和第二支撑结构12的宽度均小于MEMS芯片10的宽度，如图3a所示。重要的是，在本发明实施例中，MEMS芯片10与基板20之间不是直接贴合，而是通过MEMS芯片10第二表面上的第一支撑结构13和第二支撑结构12与基板20的第一表面接触，因此减小了传感器芯片与基板的接触面积，进而减弱了基板20与MEMS芯片10因基板20变形产生的应力传导至MEMS芯片10的过程，降低了MEMS芯片10受到的影响，提高了MEMS芯片10的灵敏度。
第一支撑结构13和第二支撑结构12的材料例如为Si或含Si化合物或其它可做支撑的材质。
在该实施例中，MEMS芯片10形成有四个第一支撑结构13以及一个第二支撑结构12，其中，第一支撑结构13均匀分布在MEMS芯片10第二表面靠近边缘的部分，第二支撑结构12位于MEMS芯片10第二表面的中间区域。第一支撑结构13和第二支撑结构12沿MEMS芯片10第二表面的截面形状为长方形、圆形、三角形或四边形中的任一种。在图3a所示的实施例中，四个第一支撑结构13的截面形状相同，且四个第一支撑结构13的高度相同，而第二支撑结构12的高度小于第一支撑结构13的高度。
进一步地，参考图2，以及图3b所示的基板20的俯视图，在基板20的相应位置，形成有四个第一凹槽21。四个第一凹槽21的位置和形状均与MEMS芯片10第二表面的第一支撑结构13的位置和形状相对应匹配，即在安装MEMS芯片10时，基板20第一表面中的四个第一凹槽21可以相应的容纳MEMS芯片10第二表面的四个第一支撑结构13的底部，并通过胶水30将第一支撑结构13与基板20固定连接。胶水30包覆第一支撑结构13的底部以及底部附近的侧边。
进一步地，MEMS芯片10中第一支撑结构13的高度不小于基板20中第一凹槽21的深度，即在将第一支撑结构13固定于第一凹槽21中后，MEMS芯片10的第二表面与基板10的第一表面之间存在一定高度。此外，第二支撑结构12的底部与基板20的第一表面接触，可以了解的是，通过改变第二支撑结构12的高度，可以调节MEMS芯片10的第二表面与基板10的第一表面之间的距离。
在图2所示的实施例中，为了使MEMS芯片10与基板20的连接方式更容易了解，第一凹槽21的宽度大于第一支撑结构13的宽度，即第一支撑结构13与基板20的第一凹槽21的侧壁与底部之间存在空隙。但在其他实施例中，可以相应的降低第一凹槽21的宽度或增加第一支撑结构13的宽度，从而降低第一支撑结构13与基板20的第一凹槽21的侧壁与底部之间的空隙，进而增加MEMS芯片10与基板20连接的稳固性。
在其他实施例中，MEMS芯片10的第一支撑结构13的数量还可以是大于一的任何数量，且根据需要，可以设置多个第一支撑结构13位于MEMS芯片10第二表面的任何位置。
图4a示出了根据本发明第二实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图；图4b示出了根据本发明第二实施例中基板的俯视图。与第一实施例相比，第二实施例的MEMS芯片的封装结构的不同之处在于基板的第一凹槽不同，此处不再赘述相同之处，仅描述不同之处。
参考图4a，第二实施例中，基板20的第一表面中形成有一个第一凹槽21，第一凹槽21能够容纳MEMS芯片10的多个第一支撑结构13。但在第一凹槽21中，还粘接有限位块40，限位块40的第二表面通过胶体41与第一凹槽21的底部粘接。
进一步地，参考图4b所示的基板20的俯视图，在第一凹槽21与MEMS芯片10的第一支撑结构13相对应的位置，限位块40与第一凹槽21之间形成相应的空间，用于容纳MEMS芯片10的多个第一支撑结构13。在该实施例中，限位块10与第一凹槽21之间形成的空间与第一支撑结构13的形状、大小以及位置均匹配。
进一步地，在限位块40的第一表面中，形成有第二凹槽42，第二凹槽42的形状、大小以及位置均与MEMS芯片10的第二支撑结构12相匹配，即在将MEMS芯片10与基板20连接后，MEMS芯片10的第一支撑结构13位于第一凹槽21中，第二支撑结构12位于第二凹槽中。限位块40的材质为金属或非金属，粘接限位块40底部第二表面和第一凹槽21的胶体41为锡膏或其它粘结剂。
优选地，第二支撑结构12的高度与第二凹槽42的深度一致，当第二支撑结构12的底部接触到第二凹槽42的底部时，限位块40的第一表面与MEMS芯片10的第二表面接触。
在其他实施例中，第二支撑结构12的高度与第二凹槽42的深度也可以不一致，例如第二支撑结构12的高度大于第二凹槽42的深度，此时，第二支撑结构12可以接触到第二凹槽42的底部，但限位块40的第一表面不能接触到MEMS芯片10的第二表面，此时，限位块40仅起到对MEMS芯片10的位置进行限制的作用，不能对MEMS芯片10第二表面与基板20第一表面之间的高度进行调整。
在该实施例中，采用限位块40对MEMS芯片10的位置进行限制，同时与第一凹槽21和胶水30一起提高MEMS芯片10与基板20连接的稳固性，从而使得MEMS芯片10即使与基板20的接触面积减少也能连接稳固，进而因接触面积减少而提高灵敏度。进一步地，还可以通过限位块40的高度对MEMS芯片10与基板20之间的距离进行调整。
图5示出了根据本发明第三实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图。与第一实施例相比，第三实施例的区别之处在于MEMS芯片10中的多个第一支撑结构13不同，此处不再赘述相同之处，仅描述不同之处。
参考图5，第三实施例中，MEMS芯片10的第二表面上形成的多个第一支撑结构13，第二支撑结构可以没有也可以有。其中，多个第一支撑结构13具有至少两个高度，相应的，在基板20的相应位置中形成的多个第一凹槽21中，也具有至少两种深度，用于容纳相应高度的第一支撑结构13，从而保证最终安装好的MEMS芯片10的第一表面与基板20的第一表面保持水平。
进一步地，在该实施例中，多个第一支撑结构13的宽度也可以是至少两种。进一步地，多个第一支撑结构13沿MEMS芯片20第而表面方向的截面形状也可以是至少两种。在多个第一支撑结构13的高度、宽度、截面形状等至少一方面具有两种或以上的情况下，MEMS芯片10与基板20的连接稳固性会增加。
图6示出了根据本发明第四实施例的MEMS芯片的封装结构中虚线框M中的局部示意图。与第一实施例或第三实施例相比，第四实施例中第一支撑结构13的底部不同，此处不再赘述相同之处，仅描述不同之处。
参考图6，第四实施例中，MEMS芯片10的第二表面上形成有多个第一支撑结构13，第二支撑结构可以没有也可以有。其中，第一支撑结构13的底部形成有凹凸结构14，相应的，在基板20的相应位置中形成的多个第一凹槽21的底部，也形成有相匹配的凹凸结构，使得第一凹槽21能够更好的容纳第一支撑结构13。其中，该凹凸结构14例如为台阶结构、锯齿结构等。
进一步地，多个第一支撑结构13的高度、宽度、截面形状等至少一方面还可以具有两种或以上，从而增加MEMS芯片10与基板20的连接稳固性。
本发明提供的MEMS芯片，在第二表面形成柱状的多个第一支撑结构，通过第一支撑结构与基板之间进行连接，从而降低了MEMS芯片与基板之间的接触面积，进而使得当基板变形产生应力的时候，减少了应力从基板向MEMS芯片的传递。
在优选的实施例中，在MEMS芯片的第二表面还形成有第二支撑结构，第二支撑结构用于对MEMS芯片在基板表面的位置以及MEMS芯片与基板之间的间距进行限制，使得MEMS芯片的位置不会发生太大的变化。
本发明提供的MEMS芯片的封装结构中，在基板的第一表面中，形成有第一凹槽，第一凹槽的形状与MEMS芯片的第一支撑结构的形状相匹配，从而在将MEMS芯片与基板进行固定后，MEMS芯片不会因为与胶水的接触面积减少而导致与基板的连接不稳固。
在优选的实施例中，在基板第一表面的第一凹槽中，还具有限位块，限位块与基板第一凹槽的底部连接，且限位块面向MEMS芯片的一侧表面中形成有第二凹槽，第二凹槽与MEMS芯片的第二支撑结构的形状匹配，用于容纳第二支撑结构且对MEMS芯片的位置进行限制。
在优选的实施例中，MEMS芯片的多个第一支撑结构的高度、宽度、截面形状等至少一方面具有两种或以上，可以进一步提升MEMS芯片与基板的连接稳固性。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (13)
1.一种MEMS芯片的封装结构，其特征在于，包括：
基板，所述基板的第一表面中形成至少一个第一凹槽；
MEMS芯片，所述MEMS芯片位于所述基板的上方；
所述MEMS芯片朝向所述基板的第二表面上形成至少一个第一支撑结构和第二支撑结构；
所述第一支撑结构的位置与所述第一凹槽的位置相对应，并且位于所述第一凹槽中，
其中，所述第二支撑结构用于调节所述MEMS芯片与所述基板之间的位置和间距关系，所述第二支撑结构的高度小于所述第一支撑结构的高度；
多个所述第一支撑结构具有至少一个高度。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一凹槽为一个，所述至少一个第一支撑结构的底部均位于所述第一凹槽中。
3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，还包括：限位块，所述限位块的第二表面粘接在所述第一凹槽中，所述第一支撑结构被所述限位块分隔。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述限位块的第一表面中形成有第二凹槽，所述第二凹槽用于容纳所述第二支撑结构，所述限位块的第一表面与第二表面相对。
5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述第二支撑结构的底部与所述限位块中的所述第二凹槽的底部相接触。
6.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述第二凹槽的深度小于等于所述第二支撑结构的高度。
7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一凹槽为多个，位置与所述第一支撑结构一一对应，且每个所述第一凹槽的形状与对应所述第一支撑结构的形状相匹配。
8.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述第二支撑结构的底部与所述基板的第一表面接触。
9.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一支撑结构和所述第二支撑结构的高度大于零，且所述第一支撑结构的高度大于所述第一凹槽的深度。
10.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一支撑结构的底部具有凹凸结构，所述第一凹槽的底部具有与所述凹凸结构相匹配的形状。
11.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一支撑结构和所述第二支撑结构沿所述MEMS芯片第二表面的截面形状为长方形、圆形、三角形或四边形中的任一种。
12.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述MEMS芯片还包括压力敏感膜和第二空腔，所述压力敏感膜位于所述第二空腔上方。
13.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括：
封装壳体，固定于所述基板的第一表面，与所述基板之间形成第一腔体，所述MEMS芯片位于所述第一腔体内；
ASIC芯片，设置于所述第一腔体内的所述基板第一表面上，与所述MEMS芯片电连接。
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