MEMS器件应力隔离封装结构的制作方法

本申请属于微机电系统封装，更具体地说，是涉及一种mems器件应力隔离封装结构。

背景技术：

1、mems器件的封装是mems芯片形成可应用器件所必须经历的工艺过程。由于mems芯片内部通常设有微梁、质量块、梳齿或膜片等微机械敏感结构，其输出容易受到外部应力和结构变形的影响。因此，mems器件封装除需要满足电气互连、机械支撑、环境保护和散热等基本要求外，还需要降低封装结构传递至mems芯片的应力。

2、mems器件在封装和使用过程中可能受到多种应力影响。例如，芯片、安装基板、粘接材料和封装壳体之间的热膨胀系数不同，在粘接材料固化、壳体密封及温度变化过程中容易产生热失配应力；器件与外部电路板或安装结构连接时，外部装配载荷和壳体变形也可能通过封装结构传递至mems芯片。

3、现有mems器件通常将mems芯片直接固定在壳体底面或连续刚性基板上。壳体与芯片承载区域之间形成连续的刚性传力路径，当壳体发生热变形、装配变形或受到外部机械载荷时，应力容易经由壳体和芯片承载结构传递至mems芯片，使mems芯片内部敏感结构的应力状态发生变化，进而可能引起零偏漂移、灵敏度变化或非线性误差。

4、现有技术中虽然可以通过采用低弹性模量粘接材料、减小粘接面积或对局部结构进行减薄等方式降低应力，但上述方式通常难以同时兼顾芯片安装稳定性和应力隔离效果，且壳体与mems芯片承载区域之间仍可能存在较短的刚性传力路径。因此，需要提供一种能够将壳体的应力输入区域与mems芯片承载区域分隔，并降低应力向mems芯片传递的封装结构。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种mems器件应力隔离封装结构，以解决现有mems器件中壳体产生的封装应力、热应力或外部机械应力容易经由连续刚性传力路径传递至mems芯片，影响mems芯片输出稳定性的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

3、提供一种mems器件应力隔离封装结构，包括壳体、安装板、mems芯片和多个柔性结构。

4、安装板设置于壳体内部，安装板包括用于承载mems芯片的内部区域和围设于内部区域外周的外部区域，内部区域与外部区域之间设有环绕内部区域的隔离孔。安装板的底部设有多个连接部，安装板通过多个连接部与壳体连接，且多个连接部均设置于外部区域。

5、mems芯片设置于内部区域。多个柔性结构沿隔离孔的周向间隔设置，并分别连接内部区域和外部区域。

6、每个柔性结构均包括菱形框、外连杆和内连杆。菱形框设置于隔离孔内，外连杆的一端与菱形框的一个角点连接，另一端与外部区域连接；内连杆的一端与菱形框上和上述一个角点相对的另一角点连接，另一端与内部区域连接。

7、柔性结构用于通过菱形框的弹性变形容纳外部区域与内部区域之间的相对位移，以降低由壳体经连接部和外部区域向内部区域传递的应力。

8、在一种可能的实现方式中，菱形框的短对角线与相邻的内部区域的边缘垂直，菱形框的长对角线与相邻的内部区域的边缘平行；外连杆和内连杆均沿平行于短对角线的方向延伸。

9、在一种可能的实现方式中，菱形框的上表面与安装板的上表面齐平，菱形框的下表面与安装板的下表面齐平。

10、在一种可能的实现方式中，沿隔离孔的同一边缘相邻设置的两个柔性结构中，两个菱形框的相邻端角相互连接。

11、在一种可能的实现方式中，隔离孔为环绕mems芯片设置的方形环孔，方形环孔的四个角点处分别向外部区域延伸，以形成角点释放区；角点释放区用于增加外部区域与内部区域之间的传力路径长度，并降低方形环孔角点处的应力集中。

12、在一种可能的实现方式中，各角点释放区均设有释放孔，释放孔朝向外部区域一侧的孔壁包括多个外凸曲面，相邻两个外凸曲面之间通过过渡平面或过渡弧面连接。

13、在一种可能的实现方式中，对应于隔离孔同一角点设置的两个柔性结构相互垂直，两个柔性结构的内连杆连接于内部区域的同一连接节点。

14、在一种可能的实现方式中，内部区域的上表面设有凹槽，mems芯片至少部分嵌设于凹槽内。

15、在一种可能的实现方式中，多个连接部均为朝向壳体内底面延伸的凸台，凸台与壳体内底面连接，以使安装板与壳体内底面之间形成隔离腔。

16、在一种可能的实现方式中，壳体内部设有键合部，mems芯片上设置有集成芯片，集成芯片分别与mems芯片和键合部电连接。

17、本申请实施例提供的mems器件应力隔离封装结构在装配时，可先将mems芯片固定于安装板的内部区域，再将安装板通过位于外部区域的多个连接部固定于壳体内。mems芯片上还可以设置集成芯片，集成芯片分别与mems芯片和壳体内的键合部进行电连接，随后对壳体进行封装。

18、当壳体因封装工艺、温度变化、外部装配或机械载荷产生变形时，壳体的变形和应力首先经由连接部传递至安装板的外部区域。由于多个连接部均设置于外部区域，而mems芯片设置于由隔离孔围成的内部区域，壳体与mems芯片之间不存在大面积连续刚性连接。

19、外部区域与内部区域之间主要通过位于隔离孔内的多个柔性结构实现机械连接。当外部区域与内部区域之间产生相对位移时，柔性结构中的菱形框发生弹性变形，使柔性结构具有低于连续安装板的等效连接刚度，从而减少外部区域的变形和应力向内部区域传递。

20、本申请实施例提供的mems器件应力隔离封装结构，通过将连接部集中设置于安装板的外部区域，并利用隔离孔将承载mems芯片的内部区域与外部区域分隔，使壳体应力的输入位置与mems芯片的承载位置在空间上分离。菱形框、外连杆和内连杆构成的柔性结构能够通过弹性变形容纳内、外区域之间的相对位移，降低应力传递路径的等效刚度，从而减小传递至mems芯片的应力，有利于降低壳体变形对mems芯片零偏、灵敏度及输出稳定性的影响。

21、此外，多个柔性结构沿隔离孔周向间隔布置，能够在保持内部区域安装稳定性的同时，对不同方向传入的应力进行衰减。安装板底部的多个连接部还能够保证安装板与壳体之间具有稳定的机械连接。因此，本申请提供的封装结构能够兼顾mems芯片的安装可靠性和应力隔离需求，有利于提高mems器件在温度变化、装配载荷和长期贮存条件下的性能稳定性。

1.一种mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，所述菱形框的短对角线与相邻的所述内部区域的边缘垂直，所述菱形框的长对角线与相邻的所述内部区域的边缘平行；所述外连杆和所述内连杆均沿平行于所述短对角线的方向延伸。

3.如权利要求1或2所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，所述菱形框的上表面与所述安装板的上表面齐平，所述菱形框的下表面与所述安装板的下表面齐平。

4.如权利要求1所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，沿所述隔离孔的同一边缘相邻设置的两个所述柔性结构中，两个所述菱形框的相邻端角相互连接。

5.如权利要求1所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，所述隔离孔为环绕所述mems芯片设置的方形环孔，所述方形环孔的四个角点处分别向所述外部区域延伸，以形成角点释放区；所述角点释放区用于增加所述外部区域与所述内部区域之间的传力路径长度，并降低所述方形环孔角点处的应力集中。

6.如权利要求5所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，各所述角点释放区均设有释放孔，所述释放孔朝向所述外部区域一侧的孔壁包括多个外凸曲面，相邻两个所述外凸曲面之间通过过渡平面或过渡弧面连接。

7.如权利要求5或6所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，对应于所述隔离孔同一角点设置的两个所述柔性结构相互垂直，两个所述柔性结构的所述内连杆连接于所述内部区域的同一连接节点。

8.如权利要求1所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，所述内部区域的上表面设有凹槽，所述mems芯片至少部分嵌设于所述凹槽内。

9.如权利要求1所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，多个所述连接部均为朝向所述壳体内底面延伸的凸台，所述凸台与所述壳体内底面连接，以使所述安装板与所述壳体内底面之间形成隔离腔。

10.如权利要求1所述的mems器件应力隔离封装结构，其特征在于，所述壳体内部设有键合部，所述mems芯片上设置有集成芯片，所述集成芯片分别与所述mems芯片和所述键合部电连接。