[实用新型]一种MEMS传感器封装结构

说明书

本实用新型公开了一种MEMS传感器封装结构，包括封帽、管壳结构以及MEMS芯片；其中，管壳结构设有容纳腔以及加深腔，封帽盖设于管壳结构上，用于封闭容纳腔；MEMS芯片设置于容纳腔内，且MEMS芯片的背腔正对加深腔。本实用新型的MEMS传感器封装结构，加深了封装结构内MEMS芯片背部的深度，提高MEMS芯片的背部空间，可以有效降低芯片系统的空气阻尼，提高系统的性能。

技术领域

本实用新型涉及微电子机械系统领域，尤其涉及一种MEMS传感器封装结构。

背景技术

基于半导体集成电路技术以及微细加工技术，微机电系统(microelectromechanical systems，MEMS)得以迅速发展起来，MEMS传感器集微型化、集成化和可批量生产化等特点于一身，被广泛应用于众多领域，例如，应用于惯性导航和精确制导的微加速度计和微陀螺仪，应用于智能手机的微麦克风和微压力传感器以及应用于医疗成像的微光学传感器等。

MEMS芯片通常是多层结构，由具有可动结构的器件层、中间绝缘层和底部衬底层上下堆叠组成，通常为了保证可动结构具有充分的运动空间和合适的空气阻尼，在可动结构的下方会设置空腔，使芯片背部镂空。

由于MEMS传感器的精密性，MEMS传感器的封装是保护MEMS芯片不受外部影响(颗粒和水汽的污染或机械破坏等等)的重要手段之一，而且MEMS传感器的封装还提供了MEMS芯片与外部的互连通道(电互连或光互连等等)。常见的MEMS传感器封装结构由封帽和管壳结构组成，封帽与管壳键合在一起，封闭MEMS芯片于内，管壳结构通常由密封层、打线层和衬底层上下堆叠组成，密封层上表面通过键合工艺与封窗键合，芯片粘接在衬底层上，通过打线与封装管壳内部的布线相连，实现封装管壳内外的电气互联。

由流体力学理论可知，当MEMS芯片的可动结构向着基底运动时，其与基底之间的间隙减小，两个表面之间的气体压强增大，气膜经受挤压，可动结构下表面产生阻尼力，由此引起的能耗就会产生阻尼，这种阻尼被称为压膜阻尼。

在常规的MEMS传感器的传感器封装结构下，当MEMS芯片封装后，芯片受到自身厚度的限制，可动结构与基底之间的间隙较小，运动时气体压强较大，往往具有较大的压膜阻尼和较低的品质因子。为了提升封装后MEMS芯片的性能，通常的解决方法是采用真空封装，即整体降低气体压强，但这意味着更高的成本与更大的加工难度，另外，采用真空封装的MEMS芯片的稳定性也较差。一方面，气密性封装始终面临着漏气的问题，随着时间的推移，真空封装内部的真空度也将发生劣化，进而封装芯片所受到的空气阻尼也产生变化；另一方面，由外界环境或器件自身工作引起的封装内部温度的变化，会使得MEMS芯片(例如MEMS微振镜)的谐振频率发生漂移，在工作频率不变下，将导致系统振幅的变化。因此，真空封装的MEMS芯片的性能的稳定性将得不到保证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种MEMS传感器封装结构，可以有效降低系统的空气阻尼，提高系统性能。

本实用新型公开了一种MEMS传感器封装结构，包括封帽、管壳结构以及MEMS芯片；其中，管壳结构设有容纳腔以及加深腔，封帽盖设于管壳结构上，用于封闭容纳腔；MEMS芯片设置于容纳腔内，且MEMS芯片的背腔正对加深腔。

可选地，管壳结构包括自下而上的衬底层、打线层以及密封层。

可选地，加深腔设置于衬底层上，且加深腔的深度为0.1mm～10mm。

可选地，管壳结构还包括设于衬底层与打线层之间的粘片层，加深腔设置于粘片层上。

可选地，加深腔贯穿粘片层。

可选地，MEMS芯片与衬底层之间还设有垫片结构，加深腔设置于垫片结构上。

可选地，加深腔贯穿垫片结构。

可选地，加深腔由多个阻尼释放孔组成。