[发明专利]一种MEMS芯片低应力多孔阵列封装结构及封装方法

说明书

本发明公开了一种MEMS芯片低应力多孔阵列封装结构及封装方法，所述方法包括多孔阵列结构的硅基板的加工；所述基于多孔阵列结构的硅基板的加工包括以下步骤：准备单晶硅晶圆，底部刻隔离腔，顶部刻蚀多孔阵列结构，刻蚀划片槽，沿划片槽划片形成单个硅基板，本发明通过在硅基板底部刻蚀隔离腔，使得硅基板下表面与多孔阵列结构底面产生了台阶，通过环形粘胶固定在封装管壳底面上，既实现了机械固定又降低了硅基板的粘接应力。台阶可避免硅基板底面施胶过多溢出导致与多孔阵列结构底面粘连，且通过设置多孔阵列结构，使得产品在给MEMS芯片与硅基板提供足够强度的同时，又能释放封装管壳与硅基板之间的应力。

技术领域

本发明属于MEMS芯片封装技术领域，具体涉及一种MEMS芯片低应力多孔阵列封装结构及封装方法。

背景技术

贴片是MEMS器件级封装工艺中的一个重要环节，其主要功能是为器件的敏感结构提供机械支撑，确保外界的振动和冲击不会对可动部件和功能部件造成破坏，同时它也会影响器件的导热性能。常用的贴片方法有焊接和封装胶粘接两种，与焊接相比，胶粘接具有成本低、应力低、操作温度低、工艺简单灵活等优点，因此广泛地应用于MEMS贴片工艺中。

传统基于硅基板的叠片式MEMS芯片封装结构通常是由封装管壳、基板、粘接胶、MEMS结构芯片和ASIC芯片组成，其剖视图如图1所示，基板通过粘接胶面粘于管壳上，MEMS结构芯片胶粘接于硅基板上表面中心，ASIC芯片胶粘接于MEMS结构芯片上表面中心。该封装方式在实际应用过程中存在很大的弊端：粘接胶固化是在高温下进行的，其恢复至常温时由于各种封装材料的热膨胀系数差异产生热失配，导致芯片中产生残余应力。MEMS器件尺寸微小，测量精度要求高，对封装引起的残余应力更为敏感，经过温度变化或者长期贮存之后，器件内部残余应力会随温度和时间发生变化，性能也随之变化，从而产生器件的温度稳定性和长期稳定性问题。因此高精度和高性能MEMS器件需要解决MEMS芯片封装的温升和热应力两个难题。

MEMS封装是在微电子封装的工艺和技术上发展起来的，它是MEMS器件由芯片到最终形成产品之前所必须经历的一个工艺过程。由于MEMS器件尺寸小，测量精度高，应用环境的复杂性与特殊性，MEMS器件的封装除了需要满足电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护等基本要求，降低或隔离封装应力也是重要的考虑因素。

由封装引入的机械应力是由于芯片、贴片材料、基板、封装管壳之间的杨氏模量不同和热膨胀系数的不匹配，导致温度变化会在器件各部分之间引入热应力，热应力的引入会导致对应力敏感的MEMS结构产生不正常形变，从而影响MEMS器件的分辨率、灵敏度和稳定性等性能参数，特别严重时会导致器件失效。

为降低或隔离MEMS器件封装应力，国内外相关研究人员提出了多种解决途径，目前普遍采用的用于降低或隔离MEMS器件封装应力的方法主要有以下几种：(1)采用点粘或面粘的方式减少MEMS芯片与封装管壳的接触面积，其缺点是芯片与管壳间的连接强度低，抗机械冲击能力弱；且MEMS芯片形变的均衡性难以保证。(2)使用硬度低的软胶作为粘接胶，其缺点在于软胶本身容易产生形变且抗机械冲击能力弱。(3)通过在封装管壳与MEMS芯片之间插入弹性封装衬底实现MEMS芯片与管壳间的应力隔离，其缺点在于衬底成本高，封装工艺复杂，抗机械冲击能力弱，易产生低频谐振，还可能导致信号延迟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS芯片低应力多孔阵列封装结构及封装方法，以解决MEMS芯片与封装管壳之间的应力隔离，及封装应力对MEMS结构芯片影响的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种MEMS芯片低应力多孔阵列封装结构，包括封装管壳及硅基板，所述硅基板底部外周胶粘于封装管壳内底部上表面；