本發(fā)明屬于mems壓力傳感器封裝，具體涉及一種mems壓力傳感器低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical-systems，mems)是一種將電和機(jī)械集成的微系統(tǒng)。它是采用微加工技術(shù)將微機(jī)械結(jié)構(gòu)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理等功能集合于一體形成完整且復(fù)雜的系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)力或壓力變化的敏感監(jiān)測(cè)和精確轉(zhuǎn)換。

2、絕大多數(shù)mems壓力芯片使用硅基材料，以微加工技術(shù)在材料中間制作力敏膜片，然后在膜片上擴(kuò)散雜質(zhì)形成四只應(yīng)變電阻，再以惠斯頓電橋方式將電阻連接成電路來(lái)獲得高靈敏度力學(xué)輸出。

3、mems壓力傳感器封裝是連接mems壓力芯片和電子系統(tǒng)的一道橋梁，也是實(shí)現(xiàn)對(duì)硅基材料保護(hù)的一道重要工序。封裝通常是將mems壓力芯片使用特定的膠水粘貼到載板的粘片臺(tái)上，再通過(guò)金絲鍵合、塑封澆鑄等工序得到最終可用的器件。

4、塑料封裝以其外殼制造簡(jiǎn)單，適合自動(dòng)化生產(chǎn)，重量輕，體積小，成本低等優(yōu)勢(shì)在電子器件封裝中占比越來(lái)越高，但是塑料封裝中亟需解決的問(wèn)題就是塑封材料在從液態(tài)到固態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的殘留應(yīng)力。

5、mems壓力芯片、應(yīng)力隔離材料、粘接材料及載板材料等由于材料熱膨脹系數(shù)失配而產(chǎn)生較大的封裝應(yīng)力，這些封裝應(yīng)力會(huì)直接造成mems壓力芯片的翹曲和變形。

6、材料性能失配產(chǎn)生的封裝應(yīng)力，塑封材料液固轉(zhuǎn)化的殘留應(yīng)力，這些應(yīng)力的累積就造成了封裝后的mems器件輸出信號(hào)的偏移，同時(shí)封裝應(yīng)力隨時(shí)間逐漸變化，嚴(yán)重影響mems器件的可靠性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決mems壓力傳感器因材料性能失配產(chǎn)生的封裝應(yīng)力及塑封材料液固轉(zhuǎn)化的殘留應(yīng)力造成的輸出信號(hào)偏移及封裝應(yīng)力隨時(shí)間逐漸變化導(dǎo)致mems器件可靠性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性失效的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種mems壓力傳感器低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)及方法。

2、一種mems壓力傳感器低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)，包括mems壓力傳感器塑封殼體、應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)、mems壓力芯片、粘接材料和低應(yīng)力載板；

3、低應(yīng)力載板外觀呈金手指結(jié)構(gòu)，包含mems壓力芯片的承載臺(tái)，承載臺(tái)的搭載平面與整塊載板平面設(shè)計(jì)在了兩個(gè)不同的平面上；承載臺(tái)搭載平面通過(guò)兩個(gè)吊耳與整塊載板連接。

4、進(jìn)一步，所述金手指結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)在每個(gè)內(nèi)管腳，是通過(guò)電化學(xué)的方法將au/pd等貴金屬沉積到載板表面及背面形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)該器件焊盤(pán)的導(dǎo)電性能，有效地傳輸電信號(hào)，同時(shí)提高該器件裸露金屬的抗腐蝕、抗氧化能力。

5、進(jìn)一步，所述低應(yīng)力載板被應(yīng)力釋放槽分割為n個(gè)大組，n≥1，每個(gè)大組又由若干個(gè)mems壓力傳感器件單元組。

6、進(jìn)一步，所述兩個(gè)吊耳處設(shè)計(jì)了0.1mm～0.3mm的折彎深度。此種設(shè)計(jì)的目的是為了阻斷mems壓力芯片粘接過(guò)程中封裝應(yīng)力擴(kuò)展導(dǎo)致的粘接結(jié)構(gòu)變形。

7、mems壓力芯片通過(guò)粘接材料固定在低應(yīng)力載板的承載臺(tái)搭載平面上，mems壓力芯片的焊盤(pán)通過(guò)鍵合引線與低應(yīng)力載板的金手指結(jié)構(gòu)連接，應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)阻斷了塑封殼體材料液固轉(zhuǎn)化時(shí)的殘留應(yīng)力擴(kuò)散。

8、粘接材料在承載臺(tái)搭載平面的浸潤(rùn)面積占mems壓力芯片背面面積的60％～75％；粘接材料在mems壓力芯片四個(gè)側(cè)面無(wú)爬升；在搭載平面上的浸潤(rùn)剩余面積使用應(yīng)力隔離膠水填充。

9、進(jìn)一步，粘接材料使用光固，熱固兩種固化方式的膠水，固化后硬度shore?a控制在55～70。硬度過(guò)低粘接強(qiáng)度不足，硬度過(guò)大導(dǎo)致封裝應(yīng)力過(guò)大。

10、應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)由應(yīng)力隔離膠水固化得到。應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)圍繞mems壓力芯片的四周厚度均勻位于塑封殼體倒梯形的下邊緣，與mems壓力芯片力敏膜結(jié)構(gòu)不接觸，mems壓力芯片力敏膜結(jié)構(gòu)以外全部由應(yīng)力隔離材料保護(hù)。

11、進(jìn)一步，應(yīng)力隔離膠水的粘度為11000～18000mpa·s(shear?rate:10?1/s|gap:500μm)，固化后硬度shore?d控制在40～50，楊氏模量＜1mpa，常溫或中低溫固化。

12、進(jìn)一步，應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)與mems壓力芯片力敏膜結(jié)構(gòu)有0.005mm～0.015mm的間距。

13、進(jìn)一步，應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)在mems壓力芯片上表面的厚度為mems壓力芯片四個(gè)側(cè)面厚度的1.2～1.5倍。

14、進(jìn)一步，mems壓力傳感器低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)中粘貼有asic調(diào)理芯片。

15、進(jìn)一步，塑封殼體采用改善型環(huán)氧樹(shù)脂塑封材料通過(guò)澆鑄的方式實(shí)現(xiàn)，該塑封材料填充料配比含量占整個(gè)組分的45％～65％(wt％)。

16、進(jìn)一步，在mems壓力芯片的力敏膜結(jié)構(gòu)上方的塑封殼體有倒梯形的開(kāi)腔結(jié)構(gòu)

17、根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，本發(fā)明的mems壓力傳感器低應(yīng)力封裝設(shè)計(jì)，是與常規(guī)ic封裝設(shè)計(jì)、殼體類(lèi)傳感器封裝設(shè)計(jì)是有區(qū)別的，具體表現(xiàn)在：常規(guī)ic封裝，殼體類(lèi)傳感器封裝在芯片粘接時(shí)均要求粘接材料與芯片背面達(dá)到100％覆蓋，同時(shí)在芯片四個(gè)側(cè)面要求有一定量的粘接材料爬升。本發(fā)明低應(yīng)力封裝設(shè)計(jì)，其特征在于下述四方面：

18、根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，作為本發(fā)明的第三方面，mems壓力傳感器低應(yīng)力封裝方法，其特征在于下述兩方面：

19、方面5：這點(diǎn)也是有別與ic封裝、殼體類(lèi)傳感器封裝用塑封材料的，ic封裝要求填充料配比占有率＞75％，殼體類(lèi)傳感器封裝要求填充料配比占有率＜45％。

20、方面6：應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)，具體涉及應(yīng)力隔離層材料及應(yīng)力隔離層結(jié)構(gòu)。

21、所述應(yīng)力隔離層材料，其特征在于：材料要求有好的流動(dòng)性、填充性，固化后還要有一定的硬度，固化狀態(tài)下要能吸收環(huán)氧樹(shù)脂塑封材料從液體到固態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)的殘留應(yīng)力。本發(fā)明使用的保護(hù)層材料，

22、本發(fā)明還提供了mems壓力傳感器低應(yīng)力封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，步驟為：

23、(1)在載板的承載臺(tái)上設(shè)定mems壓力芯片粘貼位置，點(diǎn)涂粘接材料，芯片通過(guò)粘接材料固定在載板的承載臺(tái)上，形成特定形狀特定大小的粘接層，使得mems壓力芯片底部四周與載板留有一定空隙。

24、(2)用應(yīng)力隔離膠水填充mems壓力芯片底部剩余空隙，整體固化。

25、(3)加熱，進(jìn)行金線鍵合。

26、(4)用應(yīng)力隔離膠水圍繞mems壓力芯片四周畫(huà)膠，加熱固化形成高于mems壓力芯片的應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)。

27、(5)將改善型環(huán)氧樹(shù)脂塑封材料加熱后推入模腔內(nèi)填充上述結(jié)構(gòu)的空腔，形成最終的塑封封裝殼體。

28、(6)單體分割，打標(biāo)，清洗形成一個(gè)mems壓力傳感器件。

29、進(jìn)一步，步驟(1)中，asic調(diào)理芯片通過(guò)粘接材料固定在封裝載板的承載臺(tái)上。

30、根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，作為本發(fā)明的第四方面，說(shuō)明了本技術(shù)帶來(lái)的技術(shù)效果，表現(xiàn)在解決了mems壓力傳感器在封裝中因應(yīng)力疊加造成的mems器件輸出信號(hào)的偏移，提高了mems器件的可靠性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性；采用改善型環(huán)氧樹(shù)脂塑封材料實(shí)現(xiàn)了大批量封裝，提高了量產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)制造成本。