CN203768004U - 双压力mems芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种双压力MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板上有密封层密封，盖板上至少有两个上腔体，底板上至少有两个下腔体，上腔体和下腔体形成至少两个相互独立的密封腔，不同的MEMS结构分别位于该密封腔内，MEMS结构层的密封区内有通气槽，通气槽的内端位于其中一个密封腔内，可与该密封腔通气，使该密封腔内压力升高，满足组合式运动传感器芯片中MEMS陀螺仪和MEMS加速度计对不同压力的要求，通气槽的外端位于MEMS结构层外露区，由密封层覆盖密封。本芯片不需要增加图形化工序，也不需要在密封腔内放入吸气剂，就可以满足不同压力的需要，制作工艺简单，成本低。
Description
技术领域
本实用新型属于芯片封装领域，具体是一种双压力MEMS芯片。
背景技术
电子封装是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。对于某些电子产品，芯片表面不能与封装材料接触，特别是对那些有可动结构的MEMS器件，需要用陶瓷管壳，金属管壳，预成型塑料管壳等进行气密性封装，但这些封装方法成本高，体积大，不适用于消费类电子产品中。随着MEMS器件在消费领域中使用越来越广泛，成本低、体积小的塑料封装方法，如LGA（栅格阵列封装）、QFN（方形扁平无引脚封装）、DFN（双边无铅封装）等被广泛采用。但这些封装方法中，塑封料是直接与芯片接触的。所以对那些表面有可动部件的MEMS芯片，表面必须先通过圆片级封装的方法为MEMS结构加个盖板，将可动部分保护起来，然后再进行一般的塑料封装。圆片级封装技术是对整个制作有电子器件的圆片进行封装测试后再切割成单个成品电子器件的加工技术。圆片级封装后的成品具有重量轻、体积小、厚度薄、价格低的优点，是电子元器件封装技术的发展趋势。另外，圆片级封装后的芯片后续加工方便，不需要超净环境，圆片切割时也不需要特殊保护，节约了加工成本。
在消费电子市场的的应用中，特别是便携式电子产品，如手机、平板电脑等，一个MEMS器件需要感应X、Y、Z三个轴向的信号，如三轴加速度计、三轴陀螺仪等。随着便携式电子产品，特别是可穿戴式电子产品，对运动传感器的要求越来越严，既要体积小、性能高，又要价格低，组合式运动传感器的市场份额越来越大，即将三轴加速度计和三轴陀螺仪芯片做在同一个MEMS芯片中。但由于他们的工作原理不一样，陀螺仪需要一定的真空度，也就是较低压力，一般在0.001大气压以下；加速度计需要非真空，也就是较高压力，一般在0.1大气压以上。在圆片加工过程中同时满足两者要求，即将MEMS陀螺仪结构通过圆片级封装方法密封在较低压力中，同时，将MEMS加速度计结构封装在较高压力中，做成双压力MEMS芯片。
现有的双压力MEMS芯片是由德国Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie的K. Reimer, Ch. Schr?der, M. Wei?等人在《Dual pressure chip capping technology》一文中提出的，即在一个密封腔中制作有吸气剂，在另一个密封腔中没有吸气剂，当他们在圆片键合时密封腔中封入活性气体和惰性气体的混合物，然后加热后处理，有吸气剂的密封腔内的活性气体被吸收，只剩下惰性气体，内部压力较低，根据混合气体的比例不同，压力可接近真空；而没有吸气剂的密封腔内活性气体不会被吸收，气体压力不会变化，压力较高，这样达成双压力圆片级封装目的。此方法需要用到吸气剂，而且吸气剂还需要图形化，成本较高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种双压力MEMS芯片，该芯片不需要在密封腔内放入吸气剂，也不需要增加图形化工序，就可以满足组合式运动传感器芯片中MEMS陀螺仪和MEMS加速度计对不同压力的要求，而且本芯片厚度薄，制作成本低，市场竞争力强。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种双压力MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板包括盖板表面和盖板斜侧面，盖板表面和盖板斜侧面上有密封层密封，盖板上至少有一个第一上腔体和一个第二上腔体，底板上至少有一个第一下腔体和一个第二下腔体，第一上腔体和第一下腔体形成第一密封腔，第二上腔体和第二下腔体形成第二密封腔，MEMS结构层至少分为第一密封区、第一MEMS结构、第二密封区、第二MEMS结构和第三密封区，第一密封腔与第二密封腔由第二密封区隔离，第一MEMS结构位于第一密封腔内，第二MEMS结构位于第二密封腔内，第三密封区内有通气槽，通气槽的内端位于第二密封腔内，可与第二密封腔通气，用于由外界向第二密封腔内充气，从而增大第二密封腔内压力，使第二密封腔内压力大于第一密封腔内压力，通气槽的外端位于MEMS结构层外露区，由密封层覆盖密封，从而使第二密封腔内压力维持恒定；盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离，MEMS结构层与底板之间有底板绝缘层，底板绝缘层通过焊料层与MEMS结构层连接，焊料层密封住通气槽的外端，底板上至少有一个外凹腔，外凹腔的底板绝缘层上至少有一个压焊块，用于后续二次封装时打金属线引出MEMS信号到引线框上，压焊块与MEMS结构层电连接。
所述压焊块与MEMS结构层通过导线电连接，所述导线位于底板绝缘层内。
本实用新型的双压力MEMS芯片具有两个独立的密封腔，第二密封腔由通气槽与外界连通，可向第二密封腔内充气，增大第二密封腔内压力，而第一密封腔内压力不变，从而在不需要放入吸气剂，也不需要增加图形化工序的情况下，使第二密封腔内压力大于第一密封腔内压力，将第一MEMS结构和第二MEMS结构分别密封于不同压力的第一密封腔和第二密封腔中，就可以满足组合式运动传感器芯片中MEMS陀螺仪和MEMS加速度计对不同压力的要求，而且本芯片厚度薄，制作成本低，市场竞争力强。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图。
图2是通气槽的俯视放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，双压力MEMS芯片，由盖板1、MEMS结构层5和底板11组成，盖板1的材料为重掺杂的<100>晶向的单晶Si，盖板1包括盖板表面1a和盖板斜侧面1b，盖板表面1a和盖板斜侧面1b上有密封层2密封，密封层2是绝缘层和金属层的复合层；盖板1下部有一个开口向下的倒梯形第一上腔体3a和一个开口向下的倒梯形第二上腔体3b，底板11上部有一个开口向上的梯形第一下腔体3c和一个开口向上的梯形第二下腔体3d，第一上腔体3a和第一下腔体3c形成第一密封腔31，第二上腔体3b和第二下腔体3d形成第二密封腔32，MEMS结构层5材料是单晶Si，其厚度一般在10 μm到100 μm之间，MEMS结构层5分为第一密封区5a、第一MEMS结构5b、第二密封区5c、第二MEMS结构5d和第三密封区5e，第一密封腔31和第二密封腔32由第二密封区5c隔离，盖板1与MEMS结构层5间有盖板绝缘层4隔离，盖板绝缘层4是氧化盖板形成，其材料是SiO2，第一密封区5a、第二密封区5c和第三密封区5e与盖板绝缘层4通过Si-O-Si键合在一起，第一MEMS结构5b位于第一密封腔31内，第二MEMS结构5d位于第二密封腔32内；第三密封区5e内有通气槽6，通气槽6是一条窄长槽，其深度与MEMS结构层5的厚度相同，如图2所示，通气槽6的内端6a位于第二密封腔32内，可与第二密封腔32通气，用于由外界向第二密封腔32内充气，增大第二密封腔32内压力，而第一密封腔31内压力不变，从而在不放入吸气剂的情况下，使第二密封腔32内压力大于第一密封腔31内压力，满足组合式运动传感器芯片中MEMS陀螺仪和MEMS加速度计对不同压力的要求。通气槽6的外端6b位于MEMS结构层5的外露区，由密封层2覆盖密封；MEMS结构层5与底板11之间有底板绝缘层10，底板绝缘层10通过焊料层7与MEMS结构层5连接，焊料层5密封住通气槽6的外端，从而维持第二密封腔32内压力恒定。底板11上有一个外凹腔，外凹腔的底板绝缘层10上有一个压焊块9，用于后续二次封装时打金属线引出MEMS信号到引线框上，压焊块9与MEMS结构层5通过底板绝缘层10内的导线8和焊料层7实现电连接，不仅可以缩小MEMS芯片的体积，导线8还不易脱落。
Claims (2)
1.双压力MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板包括盖板表面和盖板斜侧面，盖板表面和盖板斜侧面上有密封层密封，盖板上至少有一个第一上腔体和一个第二上腔体，底板上至少有一个第一下腔体和一个第二下腔体，第一上腔体和第一下腔体形成第一密封腔，第二上腔体和第二下腔体形成第二密封腔，MEMS结构层至少分为第一密封区、第一MEMS结构、第二密封区、第二MEMS结构和第三密封区，第一密封腔与第二密封腔由第二密封区隔离，第一MEMS结构位于第一密封腔内，第二MEMS结构位于第二密封腔内，第三密封区内有通气槽，通气槽的内端位于第二密封腔内，可与第二密封腔通气，使第二密封腔内压力大于第一密封腔内压力，通气槽的外端位于MEMS结构层外露区，由密封层覆盖密封，盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离，MEMS结构层与底板之间有底板绝缘层，底板绝缘层通过焊料层与MEMS结构层连接，焊料层密封住通气槽的外端，底板上至少有一个外凹腔，外凹腔的底板绝缘层上至少有一个压焊块，压焊块与MEMS结构电连接。
2.根据权利要求1所述的双压力MEMS芯片，其特征在于：压焊块与MEMS结构层通过导线电连接，所述导线位于底板绝缘层内。
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| CN109110725A (zh) * | 2017-06-22 | 2019-01-01 | 罗伯特·博世有限公司 | 具有第一空腔和第二空腔的微机械装置 |
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2014
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Cited By (2)
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