专利名称：微机电系统三维垂直组合封装的结构及其利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种微机电系统三维垂直组合封装的结构及其利记博彩app，更
确切地说本发明是一种采用支架组合方式实现的微机电系统(MEMS)器件三维 垂直组合封装的结构及利记博彩app，属于MEMS器件封装领域。
背景技术：
MEMS(microelectromechanical system)是指采用微细加工技术制作的， 集微型传感器、微型构件、微型执行器、信号处理、控制电路等于一体的系 统。MEMS器件在许多领域都有十分广阔的应用前景。各种运载工具和飞航系 统在飞行过程中，需要对飞行的姿态、运行的轨迹和振动状态等加以监测。 其中，对各个纬度的加速度进行测量和控制是必需的。目前，对于一体化的 三轴加速度传感器的研究的历史并不长，主要以压电式、电容式为主，设计 制造都比较复杂，技术上并不成熟。低维加速度的设计和制造都相对容易， 经过学术界和产业界的共同努力，低维加速度的研究和应用已经比较成熟， 国内对加速度传感器的研究主要集中在单轴加速度上。对低维加速度传感器 进行三维垂直组合封装，可制作用于测量三个纬度的加速度的传感器系统。
对低维加速度传感器进行三维垂直组合封装是通过组合方式，将低维加 速度芯片置于相互垂直的面上，不同的低维加速度测量不同纬度上的加速度。 其关键有两个方面机械结构的制作和电互连的完成。机械结构的制作主要 有两个方面的要求强度要求和角度要求。因为加速度是用于飞行、震动， 甚至冷热变化剧烈的环境，所以机械结构需要有较高的强度和耐冷热冲击的 能力。只有将单轴加速度传感器置于相互垂直的面上，才能完成三个纬度的 加速度的测量，机械结构正是传感器芯片支撑体，因此需要机械结构本身具 有较高的垂直度。传感器系统一般包括敏感芯片和调制解调电路，组装好的 机械结构需要进行电互连(包括单个芯片与基板的电互连和芯片与芯片之间的电互连)。
微机电系统(MEMS)器件三维垂直组合封装的整体结构设计须保证三轴方
向的严格垂直，这将会涉及芯片与基板的互连材料和互连方式，以及互连的 可靠性。在整个系统对体积和质量有限制的情况下，将尽量考虑采用轻质材 料和较为紧凑的组合方式。同时，由于垂直度的测量可能会与组装同时进行， 操作时间不允许太长，因此须保证组装过程要具有易操作性。目前采用较多 的组合方式有开槽组合方式和支架组合方式。传统开槽组合方式对槽的加工 精度要求较高，虽然开槽组合方式在预组装时更方便，但在组装时监测相对
困难，组装精度差，成品率和可靠性低；相对而言，支架组合方式实现相对
较容易，组装精度和可靠性高。
发明内容
为降低封装成本，同时简化工艺，本发明提供一种MEMS三维垂直组合封 装的结构及其利记博彩app，同时为三维加速度的测量提供另一种选择。本发明 提出了一种支架组合结构，该结构用激光校准加三棱镜辅助定位的方法和紫 外光固化来制作直角支架，用引线键合的方式来实现电互连，集芯片封装与 组装与一条，避免了三轴加速度设计和制作的困难，降低了封装成本，为三 维加速度的测量提供另一种途径。
本发明所采取的技术方案是首先制作用于构成支架和对芯片其支撑互 连作用的基板；然后在基板上贴装芯片，如有必要，还需要贴装用于光学校 准的反射镜面，并通过引线键合实现芯片到基板的电连接；随后使用激光校 准加三棱镜辅助定位的方法将用于测量X-Y方向的加速度的模块所在的平 面与用于测量Z方向的加速度的模块所在的平面垂直；在两个模块的接触面 用紫外光固化胶固定；最后引线键合实现两个模块之间的电互连，并采用植 秋方式，以使三维垂直组合封装结构与外界互连。
具体利记博彩app为
A.在基板上贴装芯片，如有必要，还需要贴装用于光学校准的反射镜面 (a)首先在基板上用胶贴装MEMS加速度传感器芯片并固化(固化条件 150C，120s)。如果芯片表面没有用于反射的镜面，或者作为反射面的芯片表面达不到镜面要求时，可在基板表面冗余处(无布线、焊盘和器件的基板表 面)贴装辅助反射镜面；
B. 使用激光校准加三棱镜辅助定位的方法进行定位
(a) 将水平模块和竖直模块分别加载到水平调节架和竖直调节架上；
(b) 调节水平调节架，使水平模块与准直仪光路垂直；
(c) 用45°三棱镜辅助定位，使竖直模块与准直仪光路平行；
(d) 调节调节架，使竖直模块的底面与水平模块的顶面接触。
C. 紫外光固化胶固定
(a) 在竖直模块与水平模块的接触面涂覆紫外光固化胶；
(b) 曝光固化。
D. 模块间互连的完成
(a) 对竖直模块与水平模块进行引线键合，实现芯片到基板和两个模块 间的互连；
(b) 加金属帽保护。
(c) 在水平模块的底面进行植秋，然后回流。
由上述方法所制作的微机电系统三维垂直组合封装的结构特征是.-(1 )整个微机电系统三维垂直组合封装的结构包括一个20X 14X 2. 6mm3 用于测试X-Y方向加速度的水平模块和16X14X2. 6mm3用于测试Z方向加速 度的竖直模块；
(2) 芯片到基板表面的键合的功率条件为第一键合点307w，第二 键合点278W;
(3) 在水平模块的背面形成了nXm的焊点阵列。焊点阵列根据互连引 出端子数和对整个三维垂直组合封装的结构进行支撑而决定是采用周边分 布，还是采用面阵列分布；
(4) 竖直模块的底面与水平模块的上表面接触，水平模块与竖直模块之 间的电互连通过分布于两模块的接触面附近的焊盘来实现；
(5) 竖直模块与水平模块由紫外光固化胶连接(耐125C高温)，曝光时 间5分钟；
(6) 焊球材料为Pb/Sn，回流峰值温度为215C。(7)竖直模块与水平模块之间的角度与90。相差在10'以内。 上述结构描述中的n和m均为大于等于2的正整数，其中n和m表示焊
点阵列的行数和列数。
本发明的实际效果是用单轴加速度传感器组合成三轴加速度传感器，集
芯片封装与组装为一体，避免了三轴加速度设计和制作的困难，降低了封装
成本，为三维加速度的测量提供另一种途径。整个工艺过程与传统ic封装工
艺兼容，工艺简单。
图1为贴装加速度传感器裸芯片后的俯视图。 图2为水平模块的背面图。
图3为贴装加速度传感器裸芯片后的竖直模块的正面图。
图4为水平模块准直的示意图。
图5为竖直模块准直的示意图。
图6为水平模块和竖直模块支架组合后的侧视图。
图7为引线键合后的组合模块图。
图8为加金属帽保护后的组合模块图。
图9为植秋回流形成凸点后的组合模块图。
具体实施例方式
为了能使本发明的优点和积极效果得到充分体现，下面结合附图和实施 例对本发明实质性特点和显著的进歩作进一步说明。
在图1中，在基板101上，贴装MEMS加速度传感器103，为进行电信号 的传输，MEMS器件在基板101上有6个金属焊盘102和三个用于竖直模块信 号传输的焊盘104。
在图2中，在基板的背面201上，有nXm个焊盘202。 (n和m是可变的， 视加速度芯片对外的接口数而定，如果需要连出的信号多，则nXm大，反之 亦然)
在图3中，在基板301上，贴装MEMS传感器303，为进行电信号的传输，
7MEMS器件在基板301上有6个金属焊盘302和三个用于信号再分布的焊盘 304。
在图4中，光源发出的光束，通过MEMS器件103反射到分光镜，再反射 到目镜，与目镜中的十字分划板重合。
在图5中，光源发出的光束，通过45°棱镜、MEMS器件303和分光镜反 射回到目镜，与目镜中的十字分划板重合。
在图6中，把竖直模块301移动到与水平模块101接触，涂胶，固化。
在图7中，把MEMS器件103和303上的焊盘引线键合到基板焊盘102 和302上，同时，为了把竖直MEMS器件303上的信号传输到下一级电路，将 焊盘304和焊盘104进行引线键合。
在图8中，用金属帽将两个MEMS芯片103和303及其引线加金属帽801、 802保护起来，同时用金属帽803保护104和304之间的引线。三个金属帽 用黑胶在100°C/30min固化。
在图9中，在202焊盘上涂覆助焊剂，然后植秋回流形成凸点901。
权利要求
1、微机电系统三维垂直组合封装的结构的利记博彩app，其特征在于首先制作用于构成支架和对芯片起支撑互连作用的基板；然后在基板上贴装芯片，并通过引线键合实现芯片到基板的电连接；随后使用激光校准加三棱镜辅助定位的方法将用于测量X-Y方向的加速度的模块所在的平面与用于测量Z方向的加速度的模块所在的平面垂直；在两个模块的接触面用紫外光固化胶固定；最后引线键合实现两个模块之间的电互连，最后采用植球方式，以使三维垂直组合封装结构与外界互连。
2、 按权利要求1所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构的制作方 法，其特征在于具体工艺步骤为A. 在基板上贴装芯片首先在基板上用胶贴装MEMS加速度传感器芯片并固化；B. 使用激光校准加三棱镜辅助定位的方法进行定位(a) 将水平模块和竖直模块分别加载到水平调节架和竖直调节架上；(b) 调节水平调节架，使水平模块与准直仪光路垂直；(c) 用45°三棱镜辅助定位，使竖直模块与准直仪光路平行；(d) 调节调节架，使竖直模块的底面与水平模块的顶面接触；C. 紫外光固化胶固定(a) 在竖直模块与水平模块的接触面涂覆紫外光固化胶；(b) 曝光固化；D. 模块间互连的完成(a) 对竖直模块与水平模块迸行引线键合，实现芯片到基板和两个模块 间的互连；(b) 加金属帽保护。(c) 在水平模块的底面进行植秋，然后回流。
3、 按权利要求1或2所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构的制作 方法，其特征在于在基板上贴装芯片时在基板表面冗余处贴装光学标准的反 射镜面；所述的冗余处是指无布线、焊盘和器件的基板表面。
4、 按权利要求2所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构的利记博彩app，其特征在于步骤A固化的温度为150°C、时间为120秒。
5、 按权利要求2所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构的制作方 法，其特征在于在步骤C中选用的紫外光固化胶耐125'C的高温，且曝光时 间为5min。
6、 按权利要求2所述的微机电系统芯片尺寸气密封装垂直互连结构的制 作方法，其特征在于在步骤D中植秋使用的焊球为Pb/sn焊接，回流形成凸 点。
7、 按权利要求2或5所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构的制作 方法，其特征在于所述形成凸点的回流峰值温度为215°C。
8、 由权利要求1-6中任意一项权利要求所制作的微机电系统三维垂直组 合封装的结构，其特征在于(1) 所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构采用支架组合方式，包 括一个用于测试X-Y方向加速度的水平模块和一个用于测试Z方向加速度的 竖直模块；(2) 在水平模块的背面形成了nXm的焊点阵列，焊点阵列根据互连引 出端子数和对整个三维垂直组合封装的结构进行支撑而决定采用周边分布或 采用面阵列分布；所述的n和m为大于等于2的正整数，其中，n和m表示 焊点阵列的行数和列数；(3) 竖直模块底面与水平模块上表面接触，水平模块与竖直模块之间的 电互连是通过分布于两模块的接触面附近的焊盘实现的；(4) 竖直模块与水平模块由紫外光固化胶连接；(5) 竖直模块与水平模块之间的角度与90。误差在10'以内。
9、 按权利要求8所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构，其特征在 于水平模块和竖直模块上的贴装MEMS加速度传感器的芯片和引线用金属帽 保护，竖直模块和水平模块附近的信号再分布之间的引线也用金属帽保护。
10、 按权利要求9所述的微机电系统三维垂直组合封装的结构，其特征 在于所述的金属帽是用黑胶，固化温度为10(TC，时间为30min。
全文摘要
本发明涉及一种微机电系统三维垂直组合封装的结构及其制造方法，其特征在于提出一种新颖的三轴加速度计组合封装的结构和利记博彩app。其中，模块组合封装的结构采用支架组合方式激光校准加三棱镜的定位方法，紫外光固化胶固定的方法，使用引线键合实现电互连的技术。整个工艺过程与传统IC封装工艺兼容，工艺简单。该结构在降低封装成本，简化工艺的同时，为三维加速度的测量提供了另一种选择。
文档编号B81B7/00GK101525116SQ200810207329
公开日2009年9月9日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者徐高卫, 乐 罗, 阮祖刚 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所