[发明专利]一种中心支撑准悬浮式MEMS芯片封装结构的制作方法

说明书

本发明公开了中心支撑准悬浮式MEMS芯片封装结构的制作方法，采用高温氧化的方法在芯片硅结构表面上形成一层二氧化硅保护层，然后对芯片底部的二氧化硅保护层进行图形化，形成刻蚀掩膜。采用各向异性刻蚀工艺在MEMS芯片的衬底上刻蚀出一个面积较大的中心支撑结构和若干个面积较小的辅助支撑结构，然后将MEMS芯片粘胶或键合固定到陶瓷管壳腔体内进行金属引线键合，将含MEMS芯片的陶瓷管壳整体放入刻蚀腔体内，再采用各向同性刻蚀气体进行刻蚀,将辅助支撑结构完全刻蚀去除，保留一部分的中心支撑结构不被刻蚀去除。通过在硅衬底上加工出中心支撑结构，将MEMS芯片支撑近似悬浮于封装管壳内，大幅减小MEMS芯片上的封装应力，实现MEMS芯片的低应力封装。该方法具有封装工艺简单、不显著增加封装成本，易于实现的优点。

技术领域

本发明涉及电子领域，具体涉及一种采用中心支撑的准悬浮式的MEMS电容传感器低应力封装。

背景技术

MEMS（Micro Electro Mechanical System）电容传感器具有体积小、质量轻、功耗低、成本低等优点，应用广泛。MEMS电容传感器通过测量微小敏感结构构成的电容变化来实现相应待测物理量的测量。通常MEMS传感器需封装在一定的结构中，以提供传感器所需的电连接、机械连接和相应的化学环境保护等。

金属封装、塑料封装和陶瓷封装是最常见的三种MEMS芯片的封装形式。由于陶瓷封装具有导热性、气密性好的优点，因此陶瓷封装使用的最为广泛。

通常陶瓷封装的MEMS传感器的封装结构如图1所示。传统MEMS电容传感器首先加工出MEMS传感器裸芯片100，然后通过粘胶或键合500的方式固定在陶瓷管壳200腔体内。裸芯片上的焊盘与陶瓷管壳腔体内的焊盘通过金属引线300相互连接，实现电信号在管壳内外的相互传输。最后采用可伐合金盖板400密封陶瓷管壳200腔体。然而不论是陶瓷封装还是金属封装亦或是塑料封装，始终存在着封装材料与硅材料的热膨胀系数不同，因此温度变化会产生封装应力。封装应力会对传感器的精度和稳定度产生影响。如何降低封装应力，是高精度MEMS电容传感器设计的重点和难点。

发明专利申请《具有应力隔离的MEMS惯性传感器封装结构》（申请号201020124304.6）提出通过在传感器芯片与封装管壳之间粘接一层与传感器衬底相同材料的应力隔离层，实现对MEMS惯性传感器芯片的应力隔离。发明专利申请《可降低封装应力的封装构造》（申请号200810083425.8）提出了一种包含承载器、中介基板、第一密封胶以及第二密封胶的一种降低芯片封装应力的构造。该方法通过在芯片与中介基板之间包覆第一密封胶，在中介基板与承载器之间包覆第二密封胶，选择第一密封胶的玻璃转化温度大于第二密封胶的玻璃转化温度，实现降低封装应力。

飞思卡尔半导体公司提出了若干改善封装应力的技术途径。发明专利申请《具有补偿封装应力的应力消除的电容传感器》（申请号200980119818.2）提出了一种在MEMS电容式传感器内活动元件的末端加工出朝旋转轴延伸的槽缝，实现补偿封装应力改善传感器性能的目的。发明专利申请《降低了对封装应力的敏感性的半导体器件》（申请号200980120339.2）提出了通过差分电容性换能器包括元件的对称布置以及由固定指锚的位置定义的锚区域的建立，用于可移动元件或者检测质量块的悬置锚位于该锚区域中，可以有效地消除移位的非线性分量，进而降低封装应力对传感器输出的影响。发明专利申请《具有用于应力隔离的中央锚的MEMS装置》提出通过相对于现有技术的装置显著减少元件到基板的连接以及通过使这些连接位于彼此很接近的范围内并且在基板的中央局部处，实现减小应力的目的。

发明专利申请《一种消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片及其制作方法》（申请号201210333367.6）和发明专利申请《封装应力与温漂自补偿的双悬浮力敏传感器芯片及制备方法》（申请号201310234503.0）均是采用一种设计和加工手段将压力传感器集成在悬臂梁结构带上，充分依靠悬臂梁尾端活动自由结构的力学特性，使悬臂梁上的压力传感器能有效抑制芯片外部封装应力给力敏传感器性能带来的不利影响。