[发明专利]一种多自由度微传感器模块及其封装

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量模块,特别涉及一种多自由度微传感器模块。

背景技术

多自由度MEMS（微电子机械系统）加速度计可以测量物体在三个方向上的加速度量，多自由度MEMS陀螺仪可以测量物体多个方向上的角速度量、多自由度MEMS磁传感器可以测量物体多个方向的磁通量、MEMS压力传感器可以测量某点的压力量、GPS/北斗导航芯片可以进行定位。现在每个单个的传感器都已经在消费、汽车等领域有了很大的应用，但目前尚没有将这多种传感器进行封装集成为一个多自由度的微传感器模块的设计及制造方法。

而多自由度集成封装的微传感器模块，不仅能为设备提供多自由度的物理量检测，更能极大地降低多种传感器的设计和封装成本，提高传感器的可靠性，使多功能传感器能够应用于导航、汽车、手持电子器件、游戏以及机器人等领域。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种多自由度微传感器模块。

本发明通过基于基板的封装技术或系统级封装技术，将多自由度MEMS加速度计、多自由度MEMS陀螺仪、多自由度MEMS磁传感器、MEMS压力传感器、GPS/北斗导航芯片通过封装进行集成。从而在很小的封装体积内低成本地实现多自由度、多参数的测量，而且方便安装与使用。

本发明的多自由度微传感器模块包括：多自由度MEMS加速度计、多自由度MEMS陀螺仪、多自由度MEMS磁传感器、MEMS压力传感器、GPS/北斗导航芯片、ASIC集成电路，其特征在于所述的多自由度MEMS加速度计、多自由度MEMS陀螺仪、多自由度MEMS磁传感器、MEMS压力传感器、GPS/北斗导航芯片、ASIC集成电路通过基于基板的封装技术进行封装集成或通过系统级封装(简称SiP)技术进行封装集成为一体化模块。

所述传感器为裸片或紧凑型封装件或基于CMOS工艺的具有多通道的传感器信号调理能力的裸片或紧凑型封装集成件，所述专用传感器芯片被制作在封帽中。

本发明还提供了多自由度微传感器模块的多种封装方法。

多自由度微传感器模块的基板封装：将多自由度MEMS加速度计、多自由度MEMS陀螺仪、多自由度MEMS磁传感器、MEMS压力传感器、GPS/北斗导航芯片平面放置在基板一侧或两侧或者隐埋在基板中央的某一层上。

所述基板为陶瓷基板或环氧玻璃布层压板(FR4基板)或硅基板或柔性基板或直接敷铜陶瓷（简称DBC）基板或直接电镀陶瓷（简称DPC）基板或印刷电路板（简称PCB基板），印刷电路板（简称PCB基板）、环氧玻璃布层压板（简称FR4基板）的材料为覆铜板和铝基板。

所述PCB基板、FR4基板，在基板的中间线处设有一腔体，腔体处于应力低区域，应力低区域比基板表面应力低1/3~2/3。

所述印刷电路板用卷对卷制程技术，采用挠性覆铜板，通过贴膜、曝光、湿洗流程，在挠性覆铜板形成电路，所述挠性覆铜板上附着一层保护挠性覆铜板及键合材料的厚度为50μm~100μm的薄层材料。

将多种传感器集成在陶瓷基板上，用于封装的传感器芯片为单个或多个传感器芯片堆叠集成后再封装在陶瓷基板上，陶瓷基板表面和内部设有布线层，所述陶瓷基板上设有凹槽，一个或者多个传感器被封装在凹槽之中，用盖帽与陶瓷基板键合起来将传感器封装在腔体内部，所述凹槽内填充满保护材料或按传感器轮廓涂覆一薄层保护材料。

将多种传感器传感器隐埋在基板中央的某一层上（隐埋式封装），传感器芯片与基板连接方式为倒装焊或引线键合方式，隐埋的传感器上方根据传感器的轮廓保形涂覆一层薄层保护材料，隐埋传感器的空腔内完全填满保护材料或不填充任何保护介质，隐埋传感器的空腔上方盖有保护盖板，盖板上的键合环区域为带有缓冲腔的双墙结构，该双墙结构用于单个传感器或多个传感器集成的真空封装，或用于整个传感器模块的真空封装。

多自由度微传感器模块的系统级封装方式：将多自由度MEMS加速度计、多自由度MEMS陀螺仪、多自由度MEMS磁传感器、MEMS压力传感器、GPS/北斗导航芯片以及ASIC集成电路利用中介层（interposer）进行垂直堆叠、垂直加平面堆叠方式进行封装。