CN221165991U - 适用于mems传感器的低应力封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种适用于MEMS传感器的低应力封装结构，与MEMS芯片、ASIC芯片和陶瓷管壳一体封装相关联，在MEMS芯片底部增设有方形且一体胶粘的垫板，且所述垫板通过支撑架与陶瓷管壳一体胶粘并保持浮空状，其中该支撑架面向垫板底侧任一外角或底边设有立体相容的折面阴角，且折面阴角与垫板侧壁间隙配合，折面阴角中朝上的表面布设有粘结胶；在垫板底面粘结及垫板重力状态下，该粘结胶侧向溢胶，垫板侧壁与折面阴角中朝内侧的表面粘结固定，该支撑架底部与陶瓷管壳粘结固定。应用本实用新型该封装结构，通过引入支撑架能部分吸收向上传递给垫板和MEMS芯片、ASIC芯片的残余应力，并通过分阶段的粘胶联结，有利于逐步缓冲应力，从而提高MEMS传感器的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种MEMS芯片封装技术，尤其涉及一种针对MEMS芯片减低残余应力影响的封装结构。
背景技术
MEMS芯片是指微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）芯片，也被称为微机电系统集成电路。它通过微纳制造技术将微小的机械部件制造在芯片表面上，并与电路元件相互连接。这些微小的机械结构可以实现感应、测量、控制和执行等功能。MEMS已被广泛应用于各种传感器芯片，其核心功能是将物理信号转换为电子设备能够识别的电信号。由于MEMS芯片具有体积小、重量轻、能耗低、性能高等诸多优点，因此它们在移动设备、汽车领域、医疗设备、工业控制、消费电子、环境监测等领域都有着广泛的应用。
但是，目前在应用封装中，常通过粘结胶直接将MEMS传感器（或称其为MEMS芯片）固定在陶瓷管壳上。由于不同结构之间是直接接触，且不同材料之间热膨胀系数（CTE）存在较大差异。因而在粘结胶固化过程中就会产生较大的残余应力，导致敏感的器件结构产生较大变形，很大程度上会降低MEMS传感器的测量精度。
发明内容
本实用新型的目的旨在提出一种适用于MEMS传感器的低应力封装结构，旨在优化MEMS传感器封装后的抗变形能力和联结可靠性。
本实用新型实现上述目的的技术解决方案是，一种适用于MEMS传感器的低应力封装结构，与MEMS芯片、ASIC芯片和陶瓷管壳一体封装相关联，其特征在于：在MEMS芯片、ASIC芯片或两者底部增设有方形且一体胶粘的垫板，且所述垫板通过支撑架与陶瓷管壳一体胶粘并保持浮空状，其中所述支撑架面向垫板底侧任一外角或底边设有立体相容的折面阴角，且折面阴角与垫板侧壁间隙配合，折面阴角中朝上的表面布设有粘结胶；在垫板底面粘结及垫板重力状态下，所述粘结胶侧向溢胶，垫板侧壁与折面阴角中朝内侧的表面粘结固定，所述支撑架底部与陶瓷管壳粘结固定。
进一步地，所述垫板为顶、底两面平整的等厚片体，且与MEMS芯片、ASIC芯片或两者整体熔融固结。
进一步地，所述垫板在俯视投影方向上的面积大于MEMS芯片、ASIC芯片或两者的面积，且垫板在超出MEMS芯片覆盖范围的区域作开槽或开孔设置。
进一步地，所述支撑架为适于周向包裹垫板的环状支架。
进一步地，所述支撑架为正交相对且呈环向分布包裹垫板四面或四角的单体块。
进一步地，所述支撑架为包裹垫板两相背侧壁的一对支架块。
更进一步地，所述支撑架在垂直于延伸方向的截面形状为缺角方形、缺角梯形或缺角异形，且在缺角内及底面处均布设有粘结胶。
应用本实用新型的封装结构，所具备的技术效果为：通过引入支撑架能部分吸收向上传递给垫板和MEMS芯片、ASIC芯片的残余应力，并通过分阶段的粘胶联结，有利于逐步缓冲应力，从而保障并提高MEMS传感器的测量精度。
附图说明
图1是本实用新型封装结构之优选实施例的立体结构示意图。
图2是图1所示封装结构沿A-A线的剖视结构示意图。
图3是图1所示封装结构中所用支撑架的结构示意图。
图4是本实用新型封装结构之一个较佳实施例的立体结构示意图。
图5是本实用新型封装结构之另一个较佳实施例的立体结构示意图。
图6是本实用新型封装结构之又一个较佳实施例的剖视结构示意图。
图7是本实用新型中支撑架的一种截形示意图。
图8是本实用新型中支撑架的另一种截形示意图。
图9是本实用新型中支撑架的又一种截形示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握，从而对本实用新型的保护范围做出更为清晰的界定。
鉴于传统封装结构因不同构件间热膨胀系数存在较大差异，为避免残余应力带来变形对MEMS传感器测量精度的影响，本实用新型改良了芯片的封装结构，旨在优化MEMS传感器封装后的抗变形能力和联结可靠性。虽然其依旧关联MEMS芯片和陶瓷管壳一体封装，但两者并非直接相连，而是通过多种媒介结合粘结胶实现一体化固接。具体如图1至图3所示，在MEMS芯片1底部增设有同样为方形且通过粘结胶51一体胶粘的垫板2，且垫板2通过支撑架3与陶瓷管壳4一体胶粘并保持浮空状。这样，底侧陶瓷管壳所发生的形变将不会直接传递给垫板及其上的MEMS芯片，而直接作用的对象仅限于支撑架。其中该支撑架3面向垫板底侧任一外角或底边设有立体相容的折面阴角31，且折面阴角31中朝上的表面31a布设有粘结胶52a；在垫板底面粘结及垫板受自身重力状态下，一部分粘结胶52b便发生侧向溢胶，填满垫板侧面与折面阴角中朝内侧的表面31b并粘结固定。在芯片-垫板-支撑架整装的基础上，再由支撑架底部通过布设粘结胶53与陶瓷管壳4粘结固定。实际情况下，上述粘结胶为相同的普通胶粘材料，所不同的是其各自布设的位置和所需联结的对象差异。
从更进一步的细节特征来看，优选实施例中垫板2为顶、底两面平整的等厚片体，且与MEMS芯片整体熔融固结。而且该垫板2在俯视投影方向上的面积大于MEMS芯片1的面积，提供MEMS芯片底面的完全承载。当然虽未图示，还可选将垫板在超出MEMS芯片覆盖范围的区域作开槽或开孔设置，以此微调垫板在上述MEMS芯片覆盖范围外的结构强度，从而更有利于利用槽或孔状结构的形变吸收部分应力，降低MEMS芯片覆盖范围的应力幅值。
结合图2和图3所示，优选实施例中该支撑架3为适于周向包裹垫板2的环状支架，且支撑架3顶部所开设的折面阴角31与垫板侧壁间隙配合，适于封装作业时粘结胶的溢胶固结。该优选实施例大致的封装作业过程为：先使用粘结胶51完成MEMS芯片与垫板之间的粘结。然后在支撑架中朝上的表面31a布设粘结胶52a，将垫板放置在支撑架上完成底面粘结，同时施加向下的外力或依靠垫板本身的重量沉降，使得部分粘结胶52b侧向溢胶并向上漫延、填充垫板侧面与支撑架中朝内侧的表面31b之间并完成两者的粘结。最后在陶瓷管壳对应位置涂布粘结胶53并使其完成与支撑架底面的粘结。
在上述环状支架的基础上，也可以去除其中一对边，从而保留为包裹垫板两相背侧壁的一对支架块。除此之外，如图4所示的一个较佳实施例可见，其中支撑架设为正交相对且呈环向分布包裹垫板四面的单体块6，且该支撑架顶部所开设的折面阴角为互相垂直的两面结构，其中一面与垫板侧壁间隙配合。而如图5所示的另一个较佳实施例可见，其中支撑架设为正交相对且呈环向分布包裹垫板四角的单体块7，且该支撑架顶部所开设的折面阴角为两两垂直的三面结构，其中两面与各自相对的垫板侧壁间隙配合。
再请参照图6所示，该较佳实施例较之于优选实施例，其垫板上方通过粘结胶同时粘连有MEMS芯片1和ASIC芯片8两部分，且两者之间相隔有一小段间隙。该MEMS传感器在垫板以下的支撑结构与优选实施例相同，故不予赘述。且本实施例下，通过改进的支撑架能部分吸收向垫板及两个芯片传递的残余应力，使得两者之间的间隙保持不变。当然，垫板上方单独的ASIC芯片也适用于以上技术改进。
更进一步地，优选实施例中该支撑架在垂直于延伸方向的截面形状为缺角方形，如图7所示。当然，上述该截面形状并不限于此，对于陶瓷管壳表面封装空间相对局促的情况，则该截形可选为图8所示的缺角梯形状，而当陶瓷管壳表面封装空间足量多余的情况，则该截形可选为图9所示的缺角异形状，提供更稳定的支撑平衡。
综上关于本实用新型低应力封装结构的方案介绍及实施例详述可见，本方案具备实质性特点和进步性，其技术效果表现为：通过引入可变形的支撑架能部分吸收向上传递给垫板和MEMS芯片、ASIC芯片的残余应力，并通过分阶段的粘胶联结，有利于逐步缓冲应力，从而保障并提高MEMS传感器的测量精度。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型所要求保护的范围之内。
Claims (7)
1.适用于MEMS传感器的低应力封装结构，与MEMS芯片、ASIC芯片和陶瓷管壳一体封装相关联，其特征在于：在MEMS芯片、ASIC芯片或两者底部增设有方形且一体胶粘的垫板，且所述垫板通过支撑架与陶瓷管壳一体胶粘并保持浮空状，其中所述支撑架面向垫板底侧任一外角或底边设有立体相容的折面阴角，且折面阴角与垫板侧壁间隙配合，折面阴角中朝上的表面布设有粘结胶；在垫板底面粘结及垫板重力状态下，所述粘结胶侧向溢胶，垫板侧壁与折面阴角中朝内侧的表面粘结固定，所述支撑架底部与陶瓷管壳粘结固定。
2.根据权利要求1所述适用于MEMS传感器的低应力封装结构，其特征在于：所述垫板为顶、底两面平整的等厚片体，且与MEMS芯片、ASIC芯片或两者整体熔融固结。
3.根据权利要求1所述适用于MEMS传感器的低应力封装结构，其特征在于：所述垫板在俯视投影方向上的面积大于MEMS芯片、ASIC芯片或两者的面积，且垫板在超出MEMS芯片覆盖范围的区域作开槽或开孔设置。
4.根据权利要求1所述适用于MEMS传感器的低应力封装结构，其特征在于：所述支撑架为适于周向包裹垫板的环状支架。
5.根据权利要求1所述适用于MEMS传感器的低应力封装结构，其特征在于：所述支撑架为正交相对且呈环向分布包裹垫板四面或四角的单体块。
6.根据权利要求1所述适用于MEMS传感器的低应力封装结构，其特征在于：所述支撑架为包裹垫板两相背侧壁的一对支架块。
7.根据权利要求4、5或6所述适用于MEMS传感器的低应力封装结构，其特征在于：所述支撑架在垂直于延伸方向的截面形状为缺角方形、缺角梯形或缺角异形，且在缺角内及底面处均布设有粘结胶。
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