[实用新型]具有应力隔离的MEMS惯性传感器封装结构

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子系统技术，特别是一种具有应力隔离的MEMS惯性传感器封装结构。

背景技术

MEMS(Micro-electro-mechanical Systems，简称MEMS)惯性传感器，如MEMS陀螺仪、MEMS加速度计体积小，成本低、易于批量生产等特点，在军民两方面都具有广泛的应用前景。在实际应用过程中，MEMS惯性传感器需要进行气密性封装，以避免外部环境的干扰和破坏，有时MEMS惯性传感器甚至需要真空封装，以提高MEMS惯性传感器性能，如MEMS陀螺仪和MEMS谐振式加速度计。MEMS惯性传感器封装的常用方法是将传感器直接与封装管壳连接，则封装材料的热膨胀系数与MEMS惯性传感器芯片的热膨胀系数不匹配时，在封装过程中或工作环境温度变化时，会产生较大的热应力。热应力会影响MEMS惯性传感器频率的稳定性，从而降低了传感器的性能。因此，对于MEMS惯性传感器而言，封装不仅要保证封装的气密性、真空度等，还必须降低封装应力。

2009年，施芹等(施芹，丁荣峥，苏岩等.硅微陀螺仪器件级真空封装.机械工程学报，2009.2)提出了一种用于硅微陀螺仪的器件级真空封装技术，该技术通过粘接剂将陀螺芯片固定在陶瓷管壳衬底上。在封装过程中要进行高温烘烤、封帽等一系列热循环，由于硅材料的热膨胀系数为2.5ppm/℃，玻璃衬底的热膨胀系数为3.3ppm/℃，而氧化铝制的陶瓷管壳的热膨胀系数为6.7ppm/℃，封装材料与陀螺芯片的热膨胀系数差别较大，在封装过程中会产生较大的热应力，从而影响陀螺的性能。氮化铝的热膨胀系数为4.0ppm/℃，与陀螺芯片的热膨胀系数较为接近，但采用氮化铝制成的陶瓷管壳成本将大大增加，约为氧化铝管壳的8倍。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有应力隔离、结构简单、可批量生产、成本低MEMS惯性传感器封装结构。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种具有应力隔离的MEMS惯性传感器封装结构，包括封装管壳、盖板、MEMS惯性传感器和粘接剂，将MEMS惯性传感器通过粘接剂安装在应力隔离层上，该应力隔离层通过粘接剂安装封装管壳上。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：(1)应力隔离层的材料与MEMS惯性传感器的衬底材料相同，可以大大减小封装应力以及工作环境温度变化产生的热应力对MEMS惯性传感器的影响；(2)应力隔离层可减小外界机械应力对MEMS惯性传感器的影响；(3)封装管壳材料不受限制，可以是氧化铝或金属；(4)应力隔离层采用微电子工艺加工，可实现批量生产，结构简单，加工工艺步骤少，成本低。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1是本实用新型MEMS惯性传感器封装结构剖面图。

图2是本实用新型应力隔离层结构示意图。

具体实施方式

结合图1，本实用新型具有应力隔离的MEMS惯性传感器封装结构，包括封装管壳1、盖板2、MEMS惯性传感器3和粘接剂4，将MEMS惯性传感器3通过粘接剂4安装在应力隔离层5上，该应力隔离层5通过粘接剂4安装封装管壳1上。封装管壳1可以采用陶瓷或金属，外型为矩形或圆形。盖板2通过焊料环与管壳1连接。应力隔离层5采用的材料与MEMS惯性传感器3的衬底材料相同，，如惯性传感器采用硅玻键合工艺加工时则隔离结构材料为玻璃，而惯性传感器采用硅硅键合工艺加工时则隔离结构材料为硅，这样大大降低了热应力，同时可减小外界机械应力对MEMS惯性传感器的影响。应力隔离层5采用微电子工艺加工，可实现批量生产，将连接柱6a、6b、6c、6d和平板7加工为一体。应力隔离层5与管壳1的连接以及MEMS惯性传感器3与隔离结构的连接皆采用传统的IC封装工艺，技术成熟，成本低。

结合图2(a)、图2(b)，应力隔离层5由连接柱6a、6b、6c、6d和平板7组成，连接柱6a、6b、6c、6d底部通过底部粘接剂4b与管壳1连接，MEMS惯性传感器3通过顶部粘接剂4a安装在平板7上。连接柱的个数依需要而定，可以是两个、三个、四个等。粘接剂4由顶部粘接剂4a和底部粘接剂4b组成。