一种新型MEMS传感器敏感结构的封装结构及粘接方法与流程

本发明涉及mems传感器的组装技术领域，具体地涉及一种新型mems传感器敏感结构的封装结构及粘接方法。

背景技术：

mems传感器具有可靠性高和寿命长、功耗低、数字化、响应快和成本低等特点，因此mems传感器被广泛应用于航天、航空、军事、消费电子等领域。

随着mems传感器的快速发展，高精度、响应快、动态范围宽、全温零偏极差小、抗震动、抗冲击等性能指标要求越来越高，这使得mems传感器在研究的每个阶段必须更加细致，其中，mems传感器的后期组装就是影响其性能指标的一大重要因素。

例如，在mems陀螺仪组装时，如何将mems陀螺敏感结构固定在陶瓷基板上，既能满足mems陀螺仪的稳定工作要求又能提高mems陀螺仪的性能及可靠性，是一个不可忽略的细节。目前mems陀螺敏感结构在粘片时，大部分的科研人员会根据需要使用胶对mems陀螺敏感结构的衬底底面与陶瓷基板实现完全粘接或者大面积单点粘接，由于陀螺仪的结构与工作方式各异，完全使用以上方法进行mems陀螺敏感结构的粘接，虽然可以满足mems陀螺仪的可靠性，但接触面产生的热应力会导致mems敏感结构内部衬底上的电极变形而影响其性能，并且在抗高过载方面也有明显的不足。本发明因此而来。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种新型mems传感器敏感结构的封装结构及粘接方法，通过局部五点粘接，可以减少mems陀螺敏感结构底部与陶瓷基板之间产生的热应力对陀螺性能的影响；通过在粘胶中间加小直径玻璃珠作为缓冲，可以提高mems陀螺仪的抗高过载能力。

本发明的技术方案是：

一种新型mems传感器敏感结构的封装结构，包括敏感结构和封装基板，所述敏感结构与封装基底之间设置有多个均匀分布的支撑结构，所述支撑结构粘接于敏感结构的衬底底面与封装基底的上部，所述支撑结构为球体，直径为0.1mm±0.05mm。

优选的技术方案中，所述支撑结构为中空结构。

优选的技术方案中，所述支撑结构由硼硅酸盐制成。

优选的技术方案中，所述支撑结构设置于敏感结构的衬底底面的边角和中部。

本发明还公开了一种新型mems传感器敏感结构的封装结构的粘接方法，包括以下步骤：

s01：在敏感结构的衬底底面和封装基板的上部的对应位置标记点胶点位置，在点胶点位置点胶；

s02：在点胶的位置放置支撑结构，胶水覆盖支撑结构，所述支撑结构为球体，直径为0.1mm±0.05mm；

s03：在支撑结构上放置敏感结构，轻压后在高温箱中固化。

优选的技术方案中，所述步骤s01中点胶点的胶水面积为0.8-1.2mm²。

优选的技术方案中，所述步骤s03中在150℃±3℃的高温箱中固化20-40分钟。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、选用导电环氧胶或者硅胶作为mems传感器敏感结构与陶瓷基板之间的粘接材料，传感器敏感结构底部的四角和中间共五个点所对应的陶瓷基板上进行点胶，大大减小了mems传感器敏感结构底部与陶瓷基板间产生的热应力对mems传感器仪性能的影响同时也提高了mems传感器的抗高过载能力。

2、在导电环氧胶或者硅胶中放置小直径玻璃珠作为mems传感器敏感结构的支撑与缓冲材料，最后在合适的温度下按一定时间进行固化，随即完成对mems传感器敏感结构的粘接。大大提高了mems传感器的可靠性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明新型mems传感器敏感结构的封装结构的俯视图；

图2为本发明新型mems传感器敏感结构的封装结构的剖视图；

图3为本发明新型mems传感器敏感结构的封装结构的粘接方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1、2所示，一种新型mems传感器敏感结构的封装结构，适用于mems传感器中，例如mems加速度计、陀螺仪等。包括敏感结构2和封装基板1，敏感结构2与封装基底1之间设置有多个均匀分布的支撑结构4，支撑结构4通过胶水粘接于敏感结构2的衬底底面与封装基底1的上部，支撑结构4为球体，直径为0.1mm±0.05mm。支撑结构4支撑与缓冲材料。

敏感结构2上还设置有专用集成电路（asic电路）5。

在一较佳的实施例中，支撑结构4可以为中空结构。可以进一步提高缓冲效果。

为了提高粘接的面积，支撑结构4与封装基底1接触的部分可以为平面，即支撑结构包括上部的球面和下部的平面。

在一较佳的实施例中，支撑结构4由硼硅酸盐制成光滑球形玻璃珠。

在一较佳的实施例中，支撑结构4设置于敏感结构2的衬底底面的边角和中部。胶点3的面积在1±0.2mm²。

在另一实施例中，公开了一种新型mems传感器敏感结构的封装结构的粘接方法，该方法以光滑球形玻璃珠为例进行说明，如图3所示，包括以下步骤：

s01：在敏感结构2的衬底底面和封装基板1的上部的对应位置标记点胶点3位置，在点胶点3位置点胶；较佳的实施例中，点胶点位置为边角和中部五个位置。胶水为导电环氧胶或者硅胶，胶点3面积要在（1±0.2）mm²，粘胶时，需尽量均匀，且相邻的两个粘胶点粘胶时不得相连。

s02：在点胶的位置放置光滑球形玻璃珠，胶水覆盖光滑球形玻璃珠，光滑球形玻璃珠的直径为0.1mm±0.05mm，玻璃珠由硼硅酸盐原料经加工而成，具有质量轻，低导热，较高的强度，良好的化学稳定性等特点，导电环氧或者硅胶需完全覆盖玻璃珠，如图1、2所示。

s03：将敏感结构2放在带小直径玻璃珠4的导电环氧胶或者硅胶点3上，轻压后在150℃±3℃的高温箱中固化30分钟，以保证其粘接强度。在粘接mems敏感结构时，采用自动粘片机，严格控制粘接力度，保证mems敏感结构底部接触玻璃珠，但不会对玻璃珠造成损伤，在以玻璃珠为支撑的同时，需保证粘胶的可靠性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：

1.一种新型mems传感器敏感结构的封装结构，包括敏感结构和封装基板，其特征在于，所述敏感结构与封装基底之间设置有多个均匀分布的支撑结构，所述支撑结构粘接于敏感结构的衬底底面与封装基底的上部，所述支撑结构为球体，直径为0.1mm±0.05mm。

2.根据权利要求1所述的新型mems传感器敏感结构的封装结构，其特征在于，所述支撑结构为中空结构。

3.根据权利要求1所述的新型mems传感器敏感结构的封装结构，其特征在于，所述支撑结构由硼硅酸盐制成。

4.根据权利要求1所述的新型mems传感器敏感结构的封装结构，其特征在于，所述支撑结构设置于敏感结构的衬底底面的边角和中部。

5.一种新型mems传感器敏感结构的封装结构的粘接方法，其特征在于，包括以下步骤：

s01：在敏感结构的衬底底面和封装基板的上部的对应位置标记点胶点位置，在点胶点位置点胶；

s02：在点胶的位置放置支撑结构，胶水覆盖支撑结构，所述支撑结构为球体，直径为0.1mm±0.05mm；

s03：在支撑结构上放置敏感结构，轻压后在高温箱中固化。

6.根据权利要求5所述的新型mems传感器敏感结构的封装结构的粘接方法，其特征在于，所述步骤s01中点胶点的胶水面积为0.8-1.2mm²。

7.根据权利要求5所述的新型mems传感器敏感结构的封装结构的粘接方法，其特征在于，所述步骤s03中在150℃±3℃的高温箱中固化20-40分钟。

技术总结
本发明公开了一种新型MEMS传感器敏感结构的封装结构，包括敏感结构和封装基板，所述敏感结构与封装基底之间设置有多个均匀分布的支撑结构，所述支撑结构粘接于敏感结构的衬底底面与封装基底的上部，所述支撑结构为球体，直径为0.1mm±0.05mm。通过局部五点粘接，可以减少MEMS陀螺敏感结构底部与陶瓷基板之间产生的热应力对陀螺性能的影响；通过在粘胶中间加小直径玻璃珠作为缓冲，可以提高MEMS陀螺仪的抗高过载能力。

技术研发人员：王晓臣;郑檬娟;吴宇曦;周铭;陈阳侃
受保护的技术使用者：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心
技术研发日：2021.01.12
技术公布日：2021.05.11