CN211255242U - 一种mems陀螺仪的冷压焊真空封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型针对真空回流焊工艺以及真空熔焊工艺中出现的成品率差、焊料出气、真空保持性不好、封装过程中施加高温等问题提出了一种新型的适用于MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，本实用新型采取冷压焊封帽技术，封装过程中无需施加高温和焊料，很好的避免了高温引起的热致封装效应以及焊料的出气问题，并具有较好的真空保持性可以提高器件的品质因数Q值和其他性能。
Description
技术领域
本实验新型属于MEMS封装领域，涉及一种MEMS器件级的真空封装。
背景技术
MEMS技术开辟了微型化、集成化的新技术领域和产业，而其封装好坏关系到器件性能的优劣，同时封装成本过高也会降低MEMS器件的市场竞争力。目前MEMS封装主要采用圆片级封装、多芯片封装和系统封装。MEMS真空封装是使MEMS器件的可动部分工作于真空环境或低气压状态下，这可以极大地提高器件的品质因数Q值和其他性能。
MEMS真空封装分为器件级的真空封装和圆片级的真空封装，圆片级真空封装的全部工艺流程均在超净间内完成，很好的提高了成品率，减小了体积，节约了封装成本，圆片级封装是MEMS封装的发展趋势。目前，国外关于MEMS真空封装的研究主要集中在圆片级真空封装，由于国内缺乏圆片级真空封装的基础，因此，国内实现MEMS器件的圆片级真空封装仍需较长时日。
我国MEMS真空封装大多采用器件级真空封装技术，主要难点在于如何降低封装应力、提高真空度以及高真空保持度。目前MEMS器件真空封装主要采用真空回流焊工艺，通过中间焊料层的加热融化然后冷却凝固后将管帽和管座封接在一起。该工艺对焊料加热时的温度曲线精度要求高，焊接时间长，焊料与焊接面精度要求高，在加热过程中易使腔内贴片胶排出气体，一致性差，成品率低，并且真空保持性不好。除真空回流焊工艺外，真空熔焊工艺也常用于MEMS器件真空封装，该方法相比于真空回流焊工艺具有更好的真空保持性、也不存在材料出气的问题，成品率高。但仍需要在封装过程中对器件施加高温，难以避免高温对MEMS器件的影响。
温度对MEMS器件至关重要，高温不仅会影响MEMS器件中ASIC的电学特性以及对MEMS敏感结构产生内部热应力，同时对器件寿命也有一定影响，甚至导致芯片的损坏。
发明内容
本实验新型的目的，针对真空回流焊工艺以及真空熔焊工艺中出现的成品率差、焊料出气、真空保持性不好、封装过程中施加高温等问题提出了一种新型的适用于MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，本实验新型采取冷压焊封帽技术，封装过程中无需施加高温和焊料，很好的避免了高温引起的热致封装效应以及焊料的出气问题，并具有较好的真空保持性可以提高器件的品质因数Q值和其他性能。
本实验新型的技术方案是，一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：包括管壳底座，所述管壳底座上包括适用于冷压焊的金属外腔(9)，金属外腔上具有贯穿金属外腔的引脚(11)，引脚 (11)表面有金属焊盘，引脚(11)与金属外腔(9)通过绝缘材料(10)进行固定连接，绝缘材料(10) 为陶瓷烧结而成，还包括陶瓷基板(7)；所述陶瓷基板(7)具有与引脚(11)电气连接的通孔，上下表面均铺有电路层(4)，陶瓷基板(7)表面具有利用硅橡胶或环氧树脂胶(3)粘接的MEMS陀螺仪芯片(5) 以及ASIC电路(1)，陶瓷基板(7)、MEMS陀螺仪芯片(5)以及ASIC电路(1)采用金丝(2)键合的形式进行电气连接；所述陶瓷基板(7)与引脚(11)采用焊锡或者焊膏(6)进行固定，以完成陶瓷基板 (7)与引脚(11)的电气连接，还包括金属管帽(8)；所述金属管帽(8)与底座金属外腔(9)均采用适用于冷压焊技术的延性金属制成。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：陶瓷基板(7)表面具有利用硅橡胶或环氧树脂胶(3)粘接的MEMS陀螺仪芯片(5)以及ASIC电路(1)。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：陶瓷基板(7)、MEMS陀螺仪芯片(5) 以及ASIC电路(1)采用金丝(2)键合的形式进行电气连接。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：所述金属管帽(8)与底座金属外腔(9) 均采用适用于冷压焊技术的延性金属制成。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：金属管帽(8)与底座金属外腔(9)在真空环境下通过冷压焊技术进行密封焊接。
附图说明
图1为管壳封前剖面示意图。
图2为管壳封后剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构包括金属管帽(1)管壳底座金属外腔(2)底座绝缘材料填充部分(3)和底座金属引脚(4)。所述金属引脚数目不定，主要根据不同MEMS 传感器需求进行定制，金属引脚上部布有焊盘，用来与MEMS传感器芯片相连。MEMS传感器芯片采用硅橡胶或环氧树脂胶与管壳底座固定连接。
如图1中所示，金属管帽(1)和底座金属外腔(2)均有突出金属边缘，金属边缘的设计是为了满足冷压焊技术的需求，所述金属管帽(1)与底座金属外腔(2)均采用适用于冷压焊技术的延性金属制成。延性金属包括Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Pb及其合金；它们之间的任意组合，包括液相、固相不相溶的非共格金属如Al与Pb、Zn与Pb等的组合也可进行冷压焊。
冷压焊技术是在焊接时无需用电、热、填料和焊剂，而是靠施加压力连接金属和合金的方法。在集中的压力载荷作用下，使需要连接的两接触面表面面积扩大，面积的扩大使表面上原始的阻碍焊接的保护膜破裂，外力的载荷又使暴露的纯净金属基体紧密接触，从而产生新的原子之间的结合，继续加力就可以实现焊接。
图1中3为绝缘材料填充在底座金属外腔(2)内，绝缘部分(3)采用陶瓷烧结而成，用于隔离贯穿底座的金属引脚(4)，并增加底座厚度，缓解封装过程中的应力变形。
陶瓷烧结技术是在高温下，陶瓷生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界逐渐减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为某种显微结构的致密多晶烧结体，有利于长期保持腔体内真空度。
本发明的技术方案是，一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：包括管壳底座，所述管壳底座上包括适用于冷压焊的金属外腔(9)，金属外腔上具有贯穿金属外腔的引脚(11)，引脚(11) 表面有金属焊盘，引脚(11)与金属外腔(9)通过绝缘材料(10)进行固定连接，绝缘材料(10)为陶瓷烧结而成，还包括陶瓷基板(7)；所述陶瓷基板(7)具有与引脚(11)电气连接的通孔，上下表面均铺有电路层(4)，陶瓷基板(7)表面具有利用硅橡胶或环氧树脂胶(3)粘接的MEMS陀螺仪芯片(5) 以及ASIC电路(1)，陶瓷基板(7)、MEMS陀螺仪芯片(5)以及ASIC电路(1)采用金丝(2)键合的形式进行电气连接；所述陶瓷基板(7)与引脚(11)采用焊锡或者焊膏(6)进行固定，以完成陶瓷基板 (7)与引脚(11)的电气连接，还包括金属管帽(8)；所述金属管帽(8)与底座金属外腔(9)均采用适用于冷压焊技术的延性金属制成。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：陶瓷基板(7)表面具有利用硅橡胶或环氧树脂胶(3)粘接的MEMS陀螺仪芯片(5)以及ASIC电路(1)。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：陶瓷基板(7)、MEMS陀螺仪芯片(5) 以及ASIC电路(1)采用金丝(2)键合的形式进行电气连接。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：所述金属管帽(8)与底座金属外腔(9) 均采用适用于冷压焊技术的延性金属制成。
所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：金属管帽(8)与底座金属外腔(9)在真空环境下通过冷压焊技术进行密封焊接。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：包括管壳底座，所述管壳底座上包括适用于冷压焊的金属外腔(9)，金属外腔上具有贯穿金属外腔的引脚(11)，引脚(11)表面有金属焊盘，引脚(11)与金属外腔(9)通过绝缘材料(10)进行固定连接，绝缘材料(10)为陶瓷烧结而成，还包括陶瓷基板(7)；所述陶瓷基板(7)具有与引脚(11)电气连接的通孔，上下表面均铺有电路层(4)，陶瓷基板(7)表面具有利用硅橡胶或环氧树脂胶(3)粘接的MEMS陀螺仪芯片(5)以及ASIC电路(1)，陶瓷基板(7)、MEMS陀螺仪芯片(5)以及ASIC电路(1)采用金丝(2)键合的形式进行电气连接；所述陶瓷基板(7)与引脚(11)采用焊锡或者焊膏(6)进行固定，以完成陶瓷基板(7)与引脚(11)的电气连接，还包括金属管帽(8)；所述金属管帽(8)与底座金属外腔(9)均采用适用于冷压焊技术的延性金属制成。
2.如权利要求1所述的一种MEMS陀螺仪的冷压焊真空封装结构，其特征在于：金属管帽(8)与底座金属外腔(9)在真空环境下通过冷压焊技术进行密封焊接。
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