mems封装结构的制作方法-j9九游会真人

mems封装结构
技术领域
1.本实用新型涉及微电子机械领域，更具体地，涉及一种mems封装解结构。


背景技术：

2.mems传感器即微机电系统(microelectro mechanical systems)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。其中，又以电容式加速度计较为常见，外部物理量导致传感器输入端的电容值发生变化，传感器内部的检测回路将电容变化量转变成电信号输出。电容式mems加速度计的基本结构包括两颗合封的mems单元和asic单元，基于随意布局的键合线键合和塑封工艺进行包封形成mems封装结构，键合线在两个单元的压点间一一对应连接，键合线之间也会形成电容极板，塑封料介质层在键合线之间填充。塑封料介质层会导致寄生电容变大，且寄生电容会因为温度和湿度的变化而发生变化(例如在回流焊前后，寄生电容的值会发生变化)，进而导致该mems封装结构的输出值变化，影响mems封装结构的稳定性和可靠性。
3.期待进一步改进mems封装结构，以减小其寄生电容对输出值的影响，提高产品的稳定性和可靠性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种mems封装结构，以减小寄生电容对其输出值的影响，增强mems封装结构的稳定性和可靠性。
5.本实用新型提供一种mems封装结构，其特征在于，包括：mems传感器单元，所述mems传感器单元具有质量块检测电极、正电容检测电极和负电容检测电极；asic单元，所述asic单元具有质量块检测电极、正电容检测电极和负电容检测电极，所述asic单元的各电极与所述mems传感器单元的各电极相对应；第一键合线，用于连接mems传感器单元的质量块检测电极和asic单元的质量块检测电极；第二键合线，用于连接mems传感器单元的正电容检测电极和asic单元的正电容检测电极；第三键合线，用于连接mems传感器单元的负电容检测电极和asic单元的负电容检测电极；其中，所述第二键合线和所述第三键合线关于所述第一键合线轴对称。
6.优选地，所述第一键合线与相邻的所述第二键合线之间的最小距离为100μm～300μm。
7.优选地，所述第一键合线与相邻的所述第二键合线之间的最小距离为120μm～160μm。
8.优选地，所述第二键合线包括至少两根，所述第三键合线包括至少两根。
9.优选地，相邻的所述第二键合线之间的距离为40μm～60μm。
10.优选地，相邻的所述第二键合线之间的距离相等。
11.优选地，所述第一键合线与相邻的所述第二键合线之间的距离大于相邻的所述第二键合线之间的距离。
12.优选地，所述第一键合线与相邻的所述第二键合线之间的距离为相邻的所述第二键合线之间的距离的两倍。
13.优选地，所述第一键合线、第二键合线、第三键合线的直径均为15.24μm～25.4μm。
14.优选地，所述第一键合线、第二键合线、第三键合线的长度均为0.7mm～1.5mm。
15.优选地，所述mems传感器单元与所述asic单元位于同一基板上或所述mems传感器单元与所述asic单元上下堆叠于基板上。
16.优选地，所述第一键合线和相邻的所述第二键合线之间的寄生电容与所述第一键合线和相邻的所述第三键合线之间的寄生电容的差值小于1ff。
17.优选地，所述mems传感器单元为单轴、两轴和三轴加速度计单元中的至少一种。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型提供的mems封装结构，其中，第二键合线和第三键合线轴对称设置在第一键合线的两侧，该轴对称设计可以有效降低第一键合线和相邻的第二键合线之间的寄生电容与第一键合线和相邻的第三键合线之间的寄生电容的差值，即显著减小差分电容，进而减小寄生电容因回流焊、温度、湿度变化对mems封装结构造成的影响，可以显著增强mems封装结构的稳定性和可靠性。
20.进一步地，第一键合线与第二键合线之间的距离增大，有利于减小第一键合线与第二键合线之间的寄生电容；第一键合线与第三键合线之间的距离增大，有利于减小第一键合线与第三键合线之间的寄生电容。通过减小寄生电容，以及减小寄生电容之间的差值，最终减小老化(回流焊)前后的差分电容的变化量，减小环境变化对mems封装结构造成的影响。
21.进一步地，第一键合线、第二键合线和第三键合线的直径减小，有利于减小相邻键合线间的寄生电容；第一键合线、第二键合线和第三键合线的长度减小，有利于减小相邻键合线间的寄生电容。
22.进一步地，所有键合线均采用相同直径和长度可以使工艺简单、成本低。
23.进一步地，该mems封装结构的布局简单且易于实现。
附图说明
24.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
25.图1示出现有的mems封装结构的示意图；
26.图2示出本实用新型第一实施例的mems封装结构的示意图；
27.图3示出本实用新型第二实施例的mems封装结构的示意图；
28.图4示出本实用新型第三实施例的mems封装结构的示意图；
29.图5示出本实用新型第四实施例的mems封装结构的示意图；
30.图6示出本实用新型第五实施例的mems封装结构的示意图。
具体实施方式
31.以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
32.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
33.图1示出了现有的mems封装结构的示意图，如图1所示，该mems封装结构包括mems传感器单元110和asic单元120，两者间通过键合线键合相连，具体地，该mems传感器单元110例如为三轴加速度计单元，连接质量块检测电极的键合线为第一键合线101，连接正电容检测电极的键合线为第二键合线102，连接负电容检测电极的键合线为第三键合线103，第一键合线101与相邻的第二键合线102形成寄生电容c1，第一键合线101与相邻的第三键合线103形成寄生电容c2，c1与c2形成差分电容。该mems传感器单元110和asic单元120均包括9个电极压点，但其电极压点排列无序且随意，相应地，mems传感器单元110与asic单元120键合的键合线的设置也较为随意，各键合线之间并不平行也不对称，键合线的直径也无要求，键合线之间的间距也无特定的设计，当温度和湿度发生变化时，例如进行回流焊之后，会导致键合线之间的寄生电容增大，进而导致寄生电容c1和寄生电容c2发生变化，影响该mems封装结构的输出值。
34.具体地，图1中各键合线之间的距离较小，键合线之间的距离为60μm～80μm，且不均匀；第二键合线102、第三键合线103与第一键合线101未对称设置。通过仿真对该结构进行分析，如图中虚线所示，其第一键合线101与第二键合线102之间形成寄生电容c1，其第一键合线101与第三键合线103之间形成寄生电容c2，寄生电容c1和寄生电容c2的寄生电容差异(差分电容c＝|c1-c2|)大于4ff；取键合线直径为0.8mil(20.32μm)，键合线长度为0.9mm进行键合；两单元水平放置；对封装后形成的mems封装结构的成品测试其经过smt(surface mounted technology，表面组装技术)3次及“双85”试验(指在环境设定为温度85℃，且湿度为85％的条件下，对试验体进行老化测试)96小时之后的差分电容输出值变化小于9％，其变化幅度相当于180
×
10-3
g(g为重力加速度)，稳定性极差。
35.图2示出本实用新型第一实施例的mems封装结构的示意图；该mems封装结构例如包括mems传感器单元110和asic单元120，两者位于同一基板100上，具体地，该mems传感器单元110例如为单轴加速度计单元，其包括一个质量块检测电极、两个正电容检测电极和两个负电容检测电极，正电容检测电极和负电容检测电极例如均包括x轴检测电极和地电极(gnd)；asic单元120也具有与mems传感器单元110对应的电极，在此不再赘述。通过第一键合线111将mems传感器单元110和asic单元120的质量块检测电极相连，通过第二键合线112将mems传感器单元110和asic单元120的正电容检测电极相连，通过第三键合线113将mems传感器单元110和asic单元120的负电容检测电极相连，第二键合线112包括两根键合线，键合线1121例如用于连接x轴的正电容检测电极，键合线1122例如用于连接地电极；相应地，第三键合线113包括两根键合线，键合线1131例如用于连接x轴的负电容检测电极，键合线1132例如用于连接地电极。可以理解的是，各键合线是排列顺序不限于此。第二键合线112与第三键合线113分别位于第一键合线111的两侧且关于第一键合线111呈轴对称设置。第一键合线111与相邻的第二键合线112(键合线1121)之间的距离(指键合线的中心线之间的距离)d1例如为100μm～300μm，优选地，距离d1为120μm～160μm。虽然图示中第二键合线112
与第一键合线111平行设置，但第二键合线112和第三键合线113也可以与第一键合线111不平行设置。相邻的第二键合线112之间的距离以及相邻的第三键合线113之间的距离(指键合线的中心线之间的距离)d2例如为40μm～60μm。
36.沿第一键合线111两侧轴对称设置第二键合线112、第三键合线113第一键合线111与第二键合线112之间形成寄生电容c1，第一键合线111与第三键合线113之间形成寄生电容c2，最后输出的寄生电容差值c＝|c1-c2|，第二键合线112和第三键合线113关于第一键合线111轴对称设置可以使寄生电容c1和寄生电容c2的差值减小，最终减小寄生电容差异，当发生温度、湿度变化时，例如经过回流焊等，寄生电容c1和寄生电容c2同时受到影响，由于轴对称设计，两者差值的变化也较小，可显著提升该mems封装结构的稳定性和可靠性。
37.图3示出本实用新型第二实施例的mems封装结构的示意图，同样地，该mems封装结构也包括mems传感器单元110和asic单元120，两者位于同一基板100上，具体地，该mems传感器单元110例如为双轴加速度计单元，其包括一个质量块检测电极、三个正电容检测电极和三个负电容检测电极，正电容检测电极和负电容检测电极例如均包括x轴检测电极、y轴检测电极和地电极(gnd)；asic单元120也具有与mems传感器单元110对应的电极，在此不再赘述。第一键合线111将mems传感器单元110和asic单元120的质量块检测电极相连，第二键合线112包括三根键合线，键合线1121例如用于连接x轴的正电容检测电极，键合线1122例如用于连接y轴的正电容检测电极，键合线1123例如用于连接地电极；相应地，第三键合线113包括三根键合线，键合线1131例如用于连接x轴的负电容检测电极，键合线1132例如用于连接y轴的负电容检测电极，键合线1133例如用于连接地电极。可以理解的是，各键合线的排列顺序不限于此。第二键合线112与第三键合线113分别位于第一键合线111的两侧且关于第一键合线111呈轴对称设置。在该实施例中，mems封装结构中的所有键合线相互平行设置。第一键合线111与相邻的第二键合线112(键合线1121)之间的距离d1例如为100μm～300μm，优选地，距离d1为120μm～160μm；相邻的第二键合线112之间的距离以及相邻的第三键合线113之间的距离d2例如为40μm～60μm，相邻的第二键合线112和相邻的第三键合线113之间的距离可以相等也可以不相等，优选为相等。进一步地，各键合线之间并不要求一定相互平行，第一键合线111两侧的第二键合线112和第三键合线113沿第一键合线111轴对称设置即可。
38.图4示出本实用新型第三实施例的mems封装结构的示意图；该mems传感器单元的宽度例如为900μm，该mems封装结构例如同样包括mems传感器单元110和asic单元120，两者位于同一基板100上，具体地，该mems传感器单元110例如为三轴加速度计单元，其包括一个质量块检测电极、四个正电容检测电极和四个负电容检测电极，正电容检测电极和负电容检测电极例如均包括x轴检测电极、y轴检测电极、z轴检测电极和地电极(gnd)；asic单元120也具有与mems传感器单元110对应的电极，在此不再赘述。第一键合线111将mems传感器单元110和asic单元120的质量块检测电极相连，第二键合线112包括四根键合线，键合线1121例如用于连接x轴的正电容检测电极，键合线1122例如用于连接y轴的正电容检测电极，键合线1123例如用于连接z轴的正电容检测电极，键合线1124例如用于连接地电极；相应地，第三键合线113包括四根键合线，键合线1131例如用于连接x轴的负电容检测电极，键合线1132例如用于连接y轴的负电容检测电极，键合线1133例如用于连接z轴的负电容检测电极，键合线1134例如用于连接地电极。可以理解的是，各键合线的排列顺序不限于此。第
二键合线112与第三键合线113分别位于第一键合线111的两侧且关于第一键合线111呈轴对称设置。在该实施例中，mems封装结构中的所有键合线相互平行设置。
39.第一键合线111与相邻的第二键合线112(键合线1121)之间的距离d1例如为100μm～300μm，优选地，距离d1为120μm～160μm；相邻的第二键合线112之间的距离以及相邻的第三键合线113之间的距离d2例如为40μm～60μm，相邻的第二键合线112和相邻的第三键合线113之间的距离可以相等也可以不相等，优选为相等。进一步地，各键合线之间并不要求一定相互平行，第一键合线111两侧的第二键合线112和第三键合线113沿第一键合线111轴对称设置即可。
40.进一步地，第一键合线111、第二键合线112、第三键合线113中各键合线的直径可以相同也可以不同，优选地，上述各键合线的直径相同，其直径例如为0.6mil～1mil(15.24μm～25.4μm)；各键合线的长度可以相同也可以不同，优选地，各键合线的长度相同，其长度例如为0.7mm～1.5mm。
41.具体地，第一键合线111与相邻的第二键合线112(键合线1121)之间的距离d1设置为120μm；第二键合线112和第三键合线113轴对称设置在第一键合线111两侧，通过仿真该mems封装结构的寄生电容c1和寄生电容c2的寄生电容差异(差分电容c＝|c1-c2|)小于1ff；取键合线的直径为0.6mil(15.24μm)，键合线的长度为0.7mm进行键合；两单元水平放置；对封装后形成的mems封装结构的成品测试其经过smt 3次及“双85”试验96小时之后的差分电容输出值变化小于2％，其变化幅度相当于40
×
10-3
g，稳定性良好。
42.图5示出本实用新型第四实施例的mems封装结构的示意图；该mems封装结构与第三实施例相同的部分在此不再赘述，与第三实施例不同之处为第二键合线112和第三键合线113与第一键合线111未平行设置。具体的，所有第二键合线112平行设置，所有第三键合线113平行设置，且第二键合线112与第三键合线113关于第一键合线111呈轴对称设置。可以理解的是，在其他实施例中，所有第二键合线112也可以不平行设置，所有第三键合线113也可以不平行设置。
43.第一键合线111与相邻的第二键合线112(键合线1121)之间的最小距离d1例如为100μm～300μm，优选地，最小距离d1为120μm～160μm；相邻的第二键合线112之间的距离以及相邻的第三键合线113之间的距离d2例如为40μm～60μm，相邻的第二键合线112和相邻的第三键合线113之间的距离可以相等也可以不相等，优选为相等。
44.在上述实施例中，第一键合线111与相邻的第二键合线112之间的距离d1大于相邻的第二键合线112之间的距离d2。优选地，第一键合线111与相邻的第二键合线112之间的距离d1为相邻的第二键合线112之间的距离d2的两倍。可以理解的是，在其他实施例中，第一键合线111与相邻的第二键合线112之间的距离d1也可以小于或者等于相邻的第二键合线112之间的距离d2。
45.图6示出本实用新型第五实施例的mems封装结构的示意图；其中，mems传感器单元110与asic单元120为上下堆叠设置，具体地，mems传感器单元110位于asic单元120下方，传感器单元110位于基板100上。当然地，mems传感器单元110与asic单元120的上下位置也可互换，该实施例中mems传感器单元110以及asic单元120上的正电容检测电极和负电容检测电极同样轴对称设置在质量块检测电极的两侧，相应地，第二键合线112和第三键合线113也轴对称设置在第一键合线111的两侧，各键合线之间的间距与第三实施例类似，在此不再
赘述。
46.本实用新型提供的mems封装结构，其中，第二键合线和第三键合线轴对称设置在第一键合线的两侧，该轴对称设计可以有效降低第一键合线和相邻的第二键合线之间的寄生电容与第一键合线和相邻的第三键合线之间的寄生电容的差值，即显著减小差分电容，进而减小寄生电容因回流焊、温度、湿度变化对mems封装结构造成的影响，可以显著增强mems封装结构的稳定性和可靠性。
47.进一步地，第一键合线与第二键合线之间的距离增大，有利于减小第一键合线与第二键合线之间的寄生电容；第一键合线与第三键合线之间的距离增大，有利于减小第一键合线与第三键合线之间的寄生电容。通过减小寄生电容，以及减小寄生电容之间的差值，最终减小老化(回流焊)前后的差分电容的变化量，减小环境变化对mems封装结构造成的影响。
48.进一步地，第一键合线、第二键合线和第三键合线的直径减小，有利于减小相邻键合线间的寄生电容；第一键合线、第二键合线和第三键合线的长度减小，有利于减小相邻键合线间的寄生电容。
49.进一步地，所有键合线均采用相同直径和长度可以使工艺简单、成本低。
50.进一步地，该mems封装结构的布局简单且易于实现。
51.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。