MEMS芯片保护结构和MEMS器件的制作方法

本发明涉及mems芯片可靠性，具体而言，涉及一种mems芯片保护结构和mems器件。

背景技术：

1、随着mems器件在汽车、工业、航空、航天等领域的需求增加，这些场景所面临的冲击振动环境对mems器件的可靠性提出了挑战，例如:高g值冲击(峰值可达数百至数万倍重力加速度)、高频振动(幅值可达数十重力加速度，频率范围数十至数十千赫兹)以及振动耦合效应(即冲击或振动载荷刚好位于mems器件的固有频率附近)。这些冲击和振动环境可能导致mems器件内部微结构发生疲劳、甚至断裂。这使得许多高灵敏度的mems器件，诸如高精度加速度计、陀螺仪、微振镜、能量收集器等器件，在冲击振动环境下，面临严峻的可靠性挑战。

2、目前针对mems器件在抗冲击和抗振动方面，有三种常见的解决办法：

3、第一，通过mems敏感结构的设计优化，增加器件对冲击和振动的抵抗能力。这包括改变结构形式和尺寸设计以提高器件的结构刚度，以及增加限位结构防止结构内部在冲击和振动下出现过大的应力应变。

4、第二，通过改善封装技术和mems芯片外部的保护结构(例如环氧树脂保护)减轻mems器件所受外部冲击和振动的影响。

5、第三，通过采用振动隔离结构或减震措施，将外部振动传递给器件的能力降到最低。

6、尽管现有上述三种针对mems器件的抗冲击振动方法，但是上述方法各自存在一些不足：

7、首先，通过mems敏感结构设计优化以及增加限位结构可能导致器件复杂性增加，增加制造成本和工艺难度。此外，结构形式和尺寸的改变可能对器件的灵敏度和性能产生负面影响。

8、其次，改善封装技术和外部保护结构的保护效果是间接的，并不直接作用在mems结构本身，因此针对一些严峻的冲击振动环境可能无法提供足够的保护。此外，随着时间的推移，封装材料可能会发生老化和疲劳，降低其保护性能。

9、最后，采用振动隔离结构或减震措施，通常会显著增加器件的尺寸、重量和复杂性。此外，振动隔离效果可能受到频率和振幅的限制，无法完全消除外部振动对器件的影响。

10、更重要的是，上述三种方法在应对数千、乃至数万倍重力加速度的冲击，以及刚好在mems器件固有频率附近的振动时，都难以提供足够的保护效果。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种mems芯片保护结构，以解决现有对mems芯片保护效果不佳的技术问题。

2、本发明提供的mems芯片保护结构，包括主动限位机构，所述主动限位机构设置于mems芯片侧壁外侧，所述主动限位机构配置为在通电时夹持所述mems芯片。

3、本发明mems芯片保护结构带来的有益效果是：

4、通过设置主动限位机构，在通电时可以夹持mems芯片，可以实现：在不通电时，使得主动限位机构与mems芯片脱离，从而，被保护的mems芯片可以正常工作，发挥诸如加速度敏感、角速度敏感、振动和环能等功能；而当需要进行保护时，主动限位机构通电并接触mems芯片，在接触界面产生接触力从而进行约束。被保护的mems芯片在主动约束条件的作用下，拥有极好的抗冲击和抗振动性能。鞥能够有效防止被保护的mems芯片在冲击以及振动环境下产生过大的应变或应力，防止芯片断裂或疲劳失效。

5、优选的技术方案中，所述主动限位机构包括夹持部和驱动件，所述夹持部设置于所述驱动件的面向mems芯片的一侧，所述驱动件用于在通电时带动所述夹持部抵接所述mems芯片。

6、优选的技术方案中，所述驱动件为电热驱动梁。

7、优选的技术方案中，，所述电热驱动梁配置为通电时为v字形或n字形，所述夹持部设置于所述电热驱动梁通电时朝向所述mems芯片的折角部位。

8、优选的技术方案中，所述夹持部的截面为梯形，所述夹持部配置为与所述mems芯片侧壁的凹陷部适配。

9、优选的技术方案中，所述主动限位机构还包括锚区，所述锚区固定连接于所述驱动件且固定连接于晶圆。

10、优选的技术方案中，所述主动限位机构成对设置，每对成对设置的主动限位机构位于所述mems芯片的相背的侧壁。

11、优选的技术方案中，所述成对设置的所述主动限位机构对称。

12、优选的技术方案中，所述mems芯片为mems梳齿电容或mems加速度计或mems陀螺仪或mems微质量块或mems微振镜。

13、本发明的第二个目的在于提供一种mems器件，以解决对mems芯片保护效果不佳的技术问题。

14、本发明提供的mems器件，包括晶圆、mems芯片和上述任一项的mems芯片保护结构，所述mems芯片和所述mems芯片保护结构设置于所述晶圆。

15、通过在mems器件中设置上述mems芯片保护结构，相应地，该mems器件具有上述mems芯片保护结构的所有优势，在此不再一一赘述。

技术特征：

1.一种mems芯片保护结构，其特征在于，包括主动限位机构(10)，所述主动限位机构(10)设置于mems芯片(10)侧壁外侧，所述主动限位机构(10)配置为在通电时夹持所述mems芯片(10)。

2.根据权利要求1所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述主动限位机构(10)包括夹持部(11)和驱动件，所述夹持部(11)设置于所述驱动件的面向mems芯片(10)的一侧，所述驱动件用于在通电时带动所述夹持部(11)抵接所述mems芯片(10)。

3.根据权利要求2所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述驱动件为电热驱动梁(12)。

4.根据权利要求3所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述电热驱动梁(12)配置为通电时为v字形或n字形，所述夹持部(11)设置于所述电热驱动梁(12)通电时朝向所述mems芯片(10)的折角部位。

5.根据权利要求2所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述夹持部(11)的截面为梯形，所述夹持部(11)配置为与所述mems芯片(10)侧壁的凹陷部适配。

6.根据权利要求2所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述主动限位机构(10)还包括锚区(13)，所述锚区(13)固定连接于所述驱动件的端部且固定连接于晶圆。

7.根据权利要求1所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述主动限位机构(10)成对设置，每对成对设置的所述主动限位机构(10)位于所述mems芯片(10)的相背的侧壁。

8.根据权利要求7所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述成对设置的所述主动限位机构(10)对称。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的mems芯片保护结构，其特征在于，所述mems芯片(10)为mems梳齿电容或mems加速度计或mems陀螺仪或mems微质量块或mems微振镜。

10.一种mems器件，其特征在于，所述mems器件包括晶圆、mems芯片(10)和权利要求1-9中任一项的mems芯片保护结构，所述mems芯片(10)和所述mems芯片保护结构设置于所述晶圆。

技术总结本发明提供了一种MEMS芯片保护结构和MEMS器件，涉及MEMS芯片可靠性技术领域，以解决对MEMS芯片在冲击振动环境下可靠性不足的问题。MEMS芯片保护结构包括主动限位机构，所述主动限位机构设置于MEMS芯片侧壁外侧，所述主动限位机构配置为在通电时夹持所述MEMS芯片。本发明提供的MEMS芯片保护结构可以实现对MEMS芯片的有效保护。技术研发人员：彭天放,乔昱阳,夏阳,韩盈舟受保护的技术使用者：北京细胞膜科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/16