[发明专利]一种微型三维叠装的MEMS谐振器件的制造方法

说明书

本发明公开了一种微型三维叠装的MEMS谐振器件的制造方法，微型三维叠装的MEMS谐振器件包括外壳、盖帽及芯片支架，谐振芯片通过固定部安装在芯片支架上且使谐振梁悬空，芯片支架安装在外壳内壁上且与外壳电气连接，外壳内底面设有集成芯片安装槽，集成芯片安装槽内安装有与外壳电气连接的集成芯片，微型三维叠装的MEMS谐振器件的制造方法包括：制作谐振芯片；制造芯片支架；将谐振芯片贴装在芯片支架上；将集成芯片安装在集成芯片安转槽内，并将集成芯片与外壳电气连接；将芯片支架安装在外壳内，并将芯片支架与外壳电气连接；将盖帽盖在外壳敞口处进行气密封。与现有技术相比，本发明在满足MEMS谐振器件稳定性要求的前提下实现MEMS谐振器件的小型化。

技术领域

本发明涉及MEMS谐振器件制造技术领域，具体涉及一种微型三维叠装的MEMS谐振器件的制造方法。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是微机电系统的缩写，MEMS芯片制造利用微电子加工技术，特别是三维微细体加工技术，制造出各种微型机械结构敏感芯片，再与专用集成电路集成，组成微型化、智能化的传感器、执行器、光学器件等MEMS器件及组件，如晶体谐振器、角速度传感器、加速度传感器、压力传感器以及温度传感器等。MEMS器件及组件具有体积小、可靠性高、环境适应能力强、功耗低、成本低等特点，在航天、航空、电子等领域广泛应用，如手机、玩具、数码相机、无人飞机、汽车、机器人、智能交通、工业自动化、现代化农业等。

MEMS谐振器件的性能及体积主要取决于MEMS谐振芯片的加工、组装及封装工艺，特别是谐振器件的频率稳定性及体积大小受封装方式影响很大。MEMS谐振器工作时谐振芯片处于振动状态，在将芯片组装封装时，需要将谐振芯片悬空，让谐振梁可自由谐振。现有MEMS谐振器通常在芯片上制作凸出的固支点，通过凸出的固支点与封装外壳（通常为金属、陶瓷等材料）贴装，通过凸出的固支点高度，使谐振芯片悬空，形成谐振空间；或者制作一个垫片，先将垫片粘贴到封装外壳（通常为金属、陶瓷等材料）上，再组装上谐振芯片，通过垫片的高度，使谐振芯片悬空，形成一个谐振空间。这种形式的芯片组装封装方式，当温度发生变化时，由于谐振芯片材料及垫片材料与外壳材料的热膨胀系数不同，会产生热应力，引起谐振芯片结构形变，导致谐振频率发生变化；同时，当器件封装结构受到外力产生形变时，这种形变也会传到到谐振芯片上，引起芯片结构形变，导致谐振频率发生变化，影响谐振频率的稳定性。MEMS谐振器件工作时还需要有匹配的专用集成电路芯片，现有的MEMS谐振器通常是将MEMS谐振芯片和专用集成电路芯片单独封装后，在堆叠或并排安装在外壳底座中，如图9和图10所示。堆叠安装时，MEMS谐振芯片和专用集成电路芯片接触重叠在一起，MEMS谐振芯片容易受到专用集成电路芯片发热影响，影响MEMS谐振芯片频率稳定性；并排安装时，需要的外外壳积较大，不利于小型化，同时MEMS谐振芯片与外壳接触，外壳形变容易导致的芯片结构形变，影响其为稳定性。

减小组装封装对MEMS谐振芯片性能影响现有几种方法，其一是选用与谐振芯片材料（通常为石英晶体或硅晶体）的热膨胀系数相近的材料制作封装外壳；其二是采用与芯片材料相同的材料制作垫片；其三是增加外壳的强度，避免其变形；其四是小型化设计谐振芯片和专用集成电路，减小其体积，同时进行热优化设计，减小专用集成电路发热对谐振芯片的影响。但这些方法存在缺点：一是无法选择与谐振芯片材料热膨胀系数完全一样的材料制作外壳；二是垫片材料与芯片材料相同，可避免热膨胀系数失配的问题，但不能避免由于外壳变形导致的芯片结构形变；三是由于受到体积、材料及工艺等的限制，外壳的结构强度不能无限制增加；四是进一步小型化谐振芯片和专用集成电路，这往往需要产品整体架构及性能上的系统优化，难度大，不易实现，专用集成电路工作时发热现象不能彻底消除。上述方法不能从根本上解决由于封装对MEMS谐振器件稳定性的影响，并且没法有效解决小型化问题。

因此，如何在满足MEMS谐振器件稳定性要求的前提下实现MEMS谐振器件的小型化，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容