一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳的制作方法

本实用新型属于微机电系统封装领域，具体是一种MEMS惯性传感器封装用陶瓷外壳。

背景技术：

MEMS技术开辟了微型化、集成化的新技术领域和产业，而其封装好坏关系到器件性能的优劣，同时封装成本过高也会降低MEMS器件的市场竞争力。MEMS中一些可动部分或悬空结构、硅杯空腔、梁、沟、槽、膜片，甚至是流体部件与有机部件，基本上是靠表面效应工作的。MEMS产品的封装技术大多数是借用半导体IC领域中现成的封装工艺，不过，由于各类产品的使用范围和应用环境的差异，其封装也没有统一的形式，应根据具体的使用情况选择适当的封装形式，对各种不同结构及用途的MEMS器件，导致其封装设计专用性很强。

目前MEMS惯性器件产品量较小，无标准工艺，传统的MEMS封装主要有金属封装、陶瓷封装和塑料封装三种形式。最近几年，MEMS封装技术取得了很大进展，出现了众多的MEMS封装技术，通常可将其分为 3个封装层次：芯片级封装、圆片级封装、系统级封装。而对于MEMS惯性器件来讲，封装技术除了保护内部结构不受外部环境的干扰和破坏之外，还要保证器件具有良好的气密性，较好的绝缘性，以及足够的机械应力，保证形状稳定。这样大大增加了器件封装难度，导致MEMS封装技术成本高于一般电子元器件，制约着MEMS惯性器件的发展和普及应用。

针对MEMS惯性传感器的封装难点，MEMS惯性传感器采用陶瓷封装。陶瓷材料具有足够高的机械强度，绝缘电阻及绝缘破坏电压高；在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性。并且热导率高；热膨胀系数与Si的热膨胀系数匹配，耐热性优良。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，可实现深腔封装、体积小、高可靠性、高气密性，高集成度，满足MEMS惯性器件的封装要求。

本实用新型采用提供一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，采用陶瓷结构，陶瓷材料具有足够高的机械强度，绝缘电阻及绝缘破坏电压高；在温度高、湿度大的条件下性能稳定，确保可靠性。并且热导率高；热膨胀系数与Si的热膨胀系数匹配，耐热性优良。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，包括可伐金属盖板(3)，和带引脚的陶瓷管座，陶瓷管座顶部设有金属封口环(1)，所述可伐金属盖板(3) 通过所述金属封口环(1)将所述陶瓷外壳上端的开口封闭，金属封口环(1)烧结在陶瓷管座侧壁(2) 上，陶瓷管座侧壁(2)固定在下方的带有金属埋线的台阶(4)上，带有金属埋线的台阶(4)与下方陶瓷基底(5)固定，在陶瓷管座外部与底部布有金属引脚(7)，在陶瓷管座底部三个方向布有接地引脚(8)，金属引脚(7)通过内部走线与带有金属埋线的台阶(4)表面上的金属焊盘(6)相连。

进一步的技术方案，所述的一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，其特征在于：所述的带有金属埋线的陶瓷台阶(4)采用单面设计，台阶上布有数量不定的金属焊盘(6)。

进一步的技术方案，所述陶瓷外壳采用氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或LTCC。

进一步的技术方案，金属封口环(1)与可伐金属盖板(3)之间通过平行封焊工艺进行焊接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1)实现器件小型化，具有足够高的机械强度，热膨胀系数与MEMS惯性芯片的热膨胀系数匹配；

2)封装气密性高：气密性满足≤1×10-3Pa·cm3/s；

3)与常规LCC或CQFP相比，本实用新型腔体深度大，可将Asic与MEMS芯片以及外围电路摆放在腔体内，提高了集成度和热传导速率，提供结构稳定，密闭性好的惯性传感器外壳。

附图说明

图1是本实用新型正面半剖结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是底部视图；

图4是侧面半剖结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型包括可伐金属盖板(3)，和带引脚的陶瓷管座，陶瓷管座顶部设有金属封口环(1)，所述可伐金属盖板(3)通过所述金属封口环(1)将所述陶瓷外壳上端的开口封闭，金属封口环(1)烧结在陶瓷管座侧壁(2)上，陶瓷管座侧壁(2)固定在下方的带有金属埋线的台阶(4)上，带有金属埋线的台阶(4)与下方陶瓷基底(5)固定，在陶瓷管座外部与底部布有金属引脚(7)，在陶瓷管座底部三个方向布有接地引脚(8)，金属引脚(7)通过内部走线与带有金属埋线的台阶(4)表面上的金属焊盘 (6)相连。

所述的陶瓷管座腔体采用陶瓷材料制成，带有金属埋线的陶瓷台阶(4)只布置在腔体左侧，带有金属埋线的陶瓷台阶(4)上布有数量不定的金属焊盘。本实用新型陶瓷管座内腔采用深腔设计，可将ASIC 芯片外围电路器件以及MEMS惯性芯片同时放入陶瓷管座内。

优选的，本实用新型外壳采用平行封焊封装，并对待封器件进行加热和抽真空处理，从而降低管腔内的湿度和氧分子的含量，封装后使得管腔内部的芯片不易被氧化、使芯片不受外界因素的影响而损坏和对芯片起到保护作用，不因外部条件变化而影响芯片的正常工作。在封焊过程中充以保护气体氮，其压强与一个大气压相同，这样既利于在使用过程中内外压强的平衡，也利于人员操作，使得器件在长时间工作下，不因内外压强差而使外壳脱离。

本实用新型为一种适用于MEMS惯性传感器封装的陶瓷外壳，结合陶瓷烧结技术、芯片粘接技术和平行封焊技术有效提高了器件可靠性封装，以及气密性，提供了一种小型化，集成化，稳定可靠的惯性传感器封装外壳。