一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳及封装方法与流程

本发明属于mems封装领域，涉及一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳及封装方法。

背景技术：

目前mems传感器由于精度水平提升、可靠性较高、成本体积方面的优势，应用领域越来越多，但也对mems封装方式提出了新的要求。主要体现在高度集成化、高可靠性、成本低、体积小等方面。mems传感器通常由mems敏感元件与配套电路组成，敏感元件用于实现传感器的感应功能，配套电路实现感应物理信号转变为电信号的功能。现有的mems传感器封装形式一般较为单一，体积相对较大，采用一体化冲压成型，成本高，通常只对mems传感器中的敏感元件进行封装，配套电路则仅进行简单安装处理。随着对mems传感器集成化、精度、稳定性等性能的要求越来越高，配套电路关键核心电子元器件的性能稳定直接影响到mems传感器的性能稳定性，针对配套电路的封装保护需求明显增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳，同时满足mems传感器敏感元件与关键电子元器件的混合集成封装，同时采用分立加工方式节约成本，在mems传感器性能稳定性、体积、集成度、成本方面均有较大优势。

本发明的另一个目的在于提供一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳的封装方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳，包括敏感元件安装腔体封帽、敏感元件安装壳体、电子元器件安装壳体和电子元器件安装腔体封帽；

电子元器件安装壳体为槽形结构，底面上加工有通孔，底面上、通孔外侧对称布置有多个外引线柱；

敏感元件安装壳体形状与电子元器件安装壳体底面通孔形状相匹配，敏感元件安装壳体上表面中心位置设置有安装凸台，安装凸台周围对称设置有多个内引线柱，敏感元件安装壳体边缘沿周向设置有焊料环；

电子元器件安装壳体倒置，敏感元件安装壳体放置于电子元器件安装壳体通孔上，并通过焊接连接，焊接后形成双腔室壳体结构，正面为敏感元件安装腔体，背面为电子元器件安装腔体；

封装时，敏感元件贴装在敏感元件安装腔体内，通过引线与内引线柱进行连接，电子元器件贴装在电子元器件安装腔体内，通过引线与内引线柱、外引线柱连接，敏感元件安装腔体封帽用于密封敏感元件安装腔体，且敏感元件安装腔体封帽帽沿与焊料环接触；电子元器件安装腔体封帽用于密封电子元器件安装腔体。

电子元器件安装壳体底面通孔内侧圆周面设有一圈凸棱。

敏感元件安装壳体放置于电子元器件安装壳体通孔内侧凸棱上，并通过焊接与电子元器件安装壳体连接。

一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳的封装方法，包括如下步骤：

第一步，通过机械加工方法加工出敏感元件安装壳体，通过冲压方法在敏感元件安装壳体上表面中心位置冲压出安装凸台，在敏感元件安装壳体边缘沿周向冲压出焊料环，并在安装凸台周围加工多个内引线柱；

第二步，通过机械加工方法加工出槽形的电子元器件安装壳体，在电子元器件安装壳体底面加工通孔，在通孔外侧底面上加工多个外引线柱；

第三步，电子元器件安装壳体倒置，敏感元件安装壳体放置于电子元器件安装壳体通孔上，两者通过焊接连接，焊接后形成双腔室壳体结构，正面为敏感元件安装腔体，背面为电子元器件安装腔体，两个腔体分别实现气密封装，内引线柱一端位于敏感元件安装腔体内，另一端位于电子元器件安装腔体内；外引线柱一端位于电子元器件安装腔体内，另一端用于提供外部电信号连接；

第四步，将敏感元件贴装在敏感元件安装腔体的安装凸台上，通过引线将敏感元件与内引线柱连接，并通过内引线柱向电子元器件安装腔体提供电信号连接，然后通过储能封焊方式将敏感元件安装腔体封帽与敏感元件安装壳体进行焊接，实现敏感元件安装腔体气密封装；

第五步，将电子元器件贴装在电子元器件安装腔体内，并通过引线或印刷电路与内引线柱和外引线柱连接，随后利用电子元器件安装腔体封帽对电子元器件进行气密封装。

所述第四步中，敏感元件安装腔体在储能封焊时，充入惰性气体，用以提升敏感元件的性能稳定性。

所述第五步中，利用电子元器件安装腔体封帽对电子元器件进行气密封装的封装方式为真空平行缝焊或真空共晶焊。

利用电子元器件安装腔体封帽对电子元器件进行气密封装时，充入惰性气体，用以提升电子元器件的性能稳定性。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明包括敏感元件安装腔体和电子元器件安装腔体两个封装腔室，同时满足mems传感器敏感元件与关键电子元器件的混合集成封装，两个封装腔室分体加工，独立制作，独立制作敏感元件安装腔体位于上方，适用于储能焊接工艺，电子元器件安装腔体位于下方，两个腔室焊接起来保证气密性，避免了一体冲压成型带来的加工技术难度和成本，同时气密性可以有效保障，提高封装的可靠性。

(2)本发明采用背对背的双腔室设计，两个腔室通过自身引线柱实现电气互联，相较于传统方案中每个腔室单独加工各个腔室通过引线连接的方式，极大地提高了产品的集成化和可靠性，同时降低了体积。

附图说明

图1为本发明双腔室金属封装外壳分解示意图；

图2为敏感元件安装壳体示意图；

图3为电子元器件安装壳体示意图，其中(a)为与敏感元件安装壳体接触的一面示意图，(b)为槽形结构内侧示意图；

图4为敏感元件安装壳体与电子元器件安装壳体焊接示意图；

图5为敏感元件安装示意图；

图6为敏感元件安装腔体封帽示意图；

图7为电子元器件安装示意图；

图中：100表示敏感元件安装腔体封帽，200表示敏感元件安装壳体，300表示电子元器件安装壳体，400表示电子元器件安装腔体封帽，500表示双腔室壳体结构，201表示安装凸台，202表示焊料环，501表示敏感元件，502表示内引线柱，503表示外引线柱，504表示电子元器件。

具体实施方式

本发明针对当前需求，提出了一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳，同时满足mems传感器敏感元件与关键电子元器件的混合集成封装，采用分立加工方式节约成本，在mems传感器性能稳定性、体积、集成度、成本方面均有较大优势。

如图1所示，本发明一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳，包括敏感元件安装腔体封帽100、敏感元件安装壳体200、电子元器件安装壳体300和电子元器件安装腔体封帽400。

如图3所示，电子元器件安装壳体300为槽形结构，底面上加工有通孔，通孔内侧圆周面设有一圈凸棱，底面上、通孔外侧布置有多个外引线柱300。

如图2所示，敏感元件安装壳体200形状与电子元器件安装壳体300底面通孔形状相匹配，敏感元件安装壳体200上表面中心位置设置有安装凸台201，安装凸台201周围设置有多个内引线柱502，敏感元件安装壳体200边缘沿周向设置有焊料环202；

图3中(a)为与敏感元件安装壳体接触的一面示意图，(b)为槽形结构内侧示意图。电子元器件安装壳体300倒置，敏感元件安装壳体200放置于电子元器件安装壳体300通孔内侧凸棱上，并通过焊接与电子元器件安装壳体300连接，形成双腔室壳体结构500，正面为敏感元件安装腔体，背面为电子元器件安装腔体。如图4所示为敏感元件安装壳体与电子元器件安装壳体焊接示意图。

封装时，敏感元件501贴装在敏感元件安装腔体内，通过引线与内引线柱502进行连接，如图5所示。电子元器件504贴装在电子元器件安装腔体内，通过引线与内引线柱502、外引线柱503连接，如图7所示。敏感元件安装腔体封帽100用于密封敏感元件安装腔体，且敏感元件安装腔体封帽100的帽沿与焊料环202接触，如图6所示。电子元器件安装腔体封帽400用于密封电子元器件安装腔体。

本发明一种基于储能焊接方式的双腔室金属封装外壳的封装方法，步骤如下：

第一步，通过机械加工方法加工出敏感元件安装壳体200，通过冲压方法在敏感元件安装壳体200上表面中心位置冲压出安装凸台201，在敏感元件安装壳体200边缘沿周向冲压出焊料环202，并在安装凸台201周围加工多个内引线柱502；

第二步，通过机械加工方法加工出槽形的电子元器件安装壳体300，在电子元器件安装壳体300底面加工通孔，在通孔外侧底面上加工多个外引线柱300；

第三步，电子元器件安装壳体300倒置，敏感元件安装壳体200放置于电子元器件安装壳体300通孔上，两者通过焊接连接，焊接后形成双腔室壳体结构，正面为敏感元件安装腔体，背面为电子元器件安装腔体，两个腔体分别实现气密封装，内引线柱502一端位于敏感元件安装腔体内，另一端位于电子元器件安装腔体内；外引线柱503一端位于电子元器件安装腔体内，另一端用于与外部连接；

第四步，将敏感元件贴装在敏感元件安装腔体的安装凸台201上，通过引线将敏感元件与内引线柱502连接，并通过内引线柱502向电子元器件安装腔体提供电气连接，然后通过储能封焊方式将敏感元件安装腔体封帽100与敏感元件安装壳体200进行焊接，实现敏感元件安装腔体气密封装；敏感元件安装腔体在储能封焊时，可充入惰性气体，用以提升敏感元件的性能稳定性。

第五步，将电子元器件贴装在电子元器件安装腔体内，并通过引线或印刷电路与内引线柱502和外引线柱503连接，随后利用电子元器件安装腔体封帽400对电子元器件进行气密封装，封装方式为真空平行缝焊或真空共晶焊，封装时，可充入惰性气体，用以提升电子元器件的性能稳定性。

本发明是在考虑到mems传感器应用发展趋势的基础上，通过改进设计现有产品封装，提出了一种双腔室金属封装外壳，满足产品高度集成化、高可靠、低成本、体积小等方面的需求。该设计的优点在于独立的制作两个封装腔室，两个腔室结构采用分体加工方式，敏感元件安装腔体独立制作，适用于储能焊接工艺，再将两个腔室焊接起来保证气密性，避免一体冲压带来的加工技术难度和成本，同时气密性可以有效保障。这样做可以有效节约加工成本，并且有效降低加工难度，提高封装的可靠性。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。