[发明专利]一种MEMS加速度计的多级抗过载封装结构及方法

说明书

本发明涉及一种MEMS加速度计的多级抗过载封装结构及方法，该加速度计包括封装管壳、封装盖板、被封装MEMS加速度计芯片、被封装ASIC芯片、外止档、侧面应力缓冲层、上表面应力缓冲层；所述被封装MEMS加速度计芯片固定在封装管壳基底上；被封装MEMS加速度计芯片粘贴在封装管壳上；外止档固化在封装管壳基底上，外止档罩在被封装MEMS加速度计芯片上方，使得被封装MEMS加速度计芯片位于外止档内部，且被封装MEMS加速度计芯片和外止档之间留有抗过载间隙，用于限制被封装MEMS加速度计芯片在高过载环境下的位移改变量；被封装ASIC芯片粘结在外止档上表面；被封装MEMS加速度计芯片的侧面和上表面涂覆有柔性聚合物作为应力缓冲层，在高过载情况下，利用应力缓冲层储存和耗散能量。

技术领域

本发明涉及一种MEMS加速度计的多级抗过载封装结构及方法，属于芯片封装技术领域，可应用于MEMS加速度计、MEMS陀螺仪等MEMS惯性仪表的封装，用于提高MEMS惯性仪表的抗高过载能力。

背景技术

MEMS加速度计因其具有体积小、功耗低、寿命长、价格低廉及可批量化生产的特点，被广泛应用于航空航天、制导弹药等装备以及汽车、机器人及消费电子产品等领域。随着MEMS加速度计的快速发展，对其抗振动、抗过载等环境适应性要求越来越高。特别是应用在火炮、舰炮、电磁炮用制导弹药等方面，MEMS加速度计在载体发射、飞行过程都要承受很大的过载冲击，会达到上万g甚至达十万g乃至数十万g。由于MEMS加速度计主要放置于载体的端面或侧面，而其所受的过载冲击也集中在载体的运动方向，在这种情况下，为保证MEMS加速度计的正常工作，提高其X向和Z方向的抗高过载特性显得尤为重要。

提高器件的抗过载能力可以从结构本身及后续封装环节进行设计研究，其中，封装对MEMS加速度计如何更好地克服环境状态改变对其性能的影响、从而提高环境适应性具有举足轻重的作用。由于传统管壳封装方式为简单的把被封装MEMS加速度计芯片直接粘结在管壳底部，当过载较大时，一方面被封装MEMS加速度计芯片与封装管壳的相对位移导致性能退化，另一方面，如没有外止档有效的卸载掉一定量级的高过载应力，易使敏感结构因承载传导过来的过载应力过大从而导致仪表失效。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种MEMS加速度计的多级抗过载封装结构及方法，将MEMS加速度计和信号处理芯片可靠的互连并固定在封装管壳中，既能满足MEMS加速度计的稳定工作要求又能提高EMS加速度计的抗过载能力。

本发明解决技术的方案是：一种MEMS加速度计的多级抗过载封装结构，该封装结构包括封装管壳、封装盖板、外止档、侧面应力缓冲层、上表面应力缓冲层；其中：

所述MEMS加速度计包括MEMS加速度计芯片和ASIC芯片，ASIC芯片用于MEMS加速度计芯片信号调理和采集，所述被封装MEMS加速度计芯片固定在封装管壳基底上；被封装MEMS加速度计芯片粘贴在封装管壳上；外止档固化在封装管壳基底上，外止档罩在被封装MEMS加速度计芯片上方，使得被封装MEMS加速度计芯片位于外止档内部，且所述被封装MEMS加速度计芯片和外止档之间留有抗过载间隙，用于限制被封装MEMS加速度计芯片在高过载环境下的位移改变量；所述被封装ASIC芯片粘结在外止档上表面；

所述被封装MEMS加速度计芯片的侧面和上表面涂覆有分布式布局的柔性聚合物作为应力缓冲层，分别记为侧面应力缓冲层和上表面应力缓冲层；在高过载情况下被封装MEMS加速度计芯片与外止档产生碰撞时，利用应力缓冲层的储存和耗散能量。

所述外止档结构为倒U型。

所述外止档选择陶瓷材料。

所述外止档通过第一粘结剂固化在封装管壳基底上；所述第一粘结剂采用平铺的方式粘接，且粘度越大越好。

所述外止档边缘设有光学观察窗，用以校准被封装MEMS加速度计芯片与外止档的相对位置。

所述侧面应力缓冲层和上表面应力缓冲层的厚度为微米量级。