一种mems封装结构及其制造方法
阅读说明：本技术 一种mems封装结构及其制造方法 (MEMS packaging structure and manufacturing method thereof ) 是由 张利松 陈雷 衡文举 沈国强 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种MEMS封装结构及其制造方法,属于集成电路封装技术领域。其压力接头本体的中央开设上下贯通的压力进入通道(1-1),所述压力进入通道(1-1)的出口设置压力分散口(1-2),所述压力分散口(1-2)包括若干对倒置的Y型分散口,所述压力传感器芯片(6)通过粘结胶(7)黏贴在基座(4)的基台(4-3)中央,基座(4)向上与转接头(2)固连,并将压力敏感膜片(3)固定在基座(4)与转接头(2)之间。本发明提出的接头结构采用型分散口实现压力分流,设置压力分流通道,可以有效避免压力对MEMS芯片的正面冲击。(The invention discloses an MEMS (micro-electromechanical system) packaging structure and a manufacturing method thereof, belonging to the technical field of integrated circuit packaging. The central authorities of its pressure joint body set up pressure entering passageway (1-1) that link up from top to bottom, the export of pressure entering passageway (1-1) sets up pressure dispersion mouth (1-2), pressure dispersion mouth (1-2) include a plurality of Y type dispersion mouths to the inversion, pressure sensor chip (6) are pasted in base station (4-3) central authorities of base (4) through bonding glue (7), and base (4) upwards links firmly with adapter (2) to fix pressure sensitive diaphragm (3) between base (4) and adapter (2). The joint structure provided by the invention adopts the type dispersing port to realize pressure shunting, and the pressure shunting channel is arranged, so that the front impact of pressure on the MEMS chip can be effectively avoided.)
技术领域
本发明涉及一种MEMS封装结构及其制造方法，属于集成电路封装技术领域。
背景技术
流体压力传感器内部使用基于硅基MEMS技术加工的压力传感器芯片，称为 MEMS压力传感器芯片。在流体压力传感器中，当流体压力作用于MEMS压力传感器芯片上时，引起压力敏感膜片发生形变，压力敏感膜片上的压敏电阻由于压 阻效应而产生电阻变化，从而导致压力感测元件中由压敏电阻组成的惠斯顿电桥产生电信号输出，实现了压力信号到电信号的转换。
现有技术中，流体压力传感器包含取样管和与取样管配合连接的壳体底座，在壳体底座中，设置有MEMS压力传感器芯片和校准芯片，MEMS压力传感器芯片和校准芯片分开设置在所述壳体底座中，因此占用传感器的空间较大，材料成本高，生产周期长，焊接产生应力大往往造成产品输出漂移。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种采用压力接头一体化设计的压力接头结构的MEMS封装结构及其制造方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种MEMS封装结构，其从上而下依次包括压力接头、转接头、压力敏感膜片、金属丝、基座、金属引脚和压力传感器芯片，
所述压力接头包括压力接头本体和接口，所述压力接头本体的上端中央开设上下贯通的压力进入通道，所述压力进入通道的出口设置压力分散口，所述压力分散口包括若干对倒置的Y型分散口，所述接口凸出压力接头本体的下端边侧；
所述转接头包括转接头本体、转接头前接口、转接头后接口和通孔Ⅰ，所述通孔Ⅰ设置在转接头本体的中央，所述转接头前接口设置在转接头本体的上端外侧，所述转接头后接口设置在转接头本体的下端内侧；
所述基座的中央具有基台，所述基台外缘设有向外伸出的若干个端子，形成MEMS压力传感器检测腔体, 所述端子的中端开设一通孔Ⅱ，将金属引脚穿过该通孔Ⅱ，所述金属引脚的上端通过玻璃烧结物与基座的端子的固连；
所述压力传感器芯片通过粘结胶黏贴在基座的基台中央，所述压力传感器芯片通过金属丝与金属引脚电连接；
所述基座的端子、压力敏感膜片的边缘与转接头的转接头后接口对齐，将所述基座向上与转接头固连，并将压力敏感膜片固定在基座与转接头之间；
所述转接头的转接头前接口卡入压力接头的接口内并固连。
可选地，所述压力分散口为一对倒置Y型分散口。
可选地，所述压力进入通道位于通孔Ⅰ正上方。
可选地，所述压力传感器芯片位于所述通孔Ⅰ正下方。
可选地，所述金属引脚的下端向下超出基台的底部。
本发明还提供了一种MEMS封装结构的制造方法，其工艺如下：
步骤一、取合适大小的压力接头本体的原材料，用车床加工出对称的阶梯外形，并留足尺寸；
步骤二、加工压力接头本体的压力分散口，具体步骤如下：
步骤2.1、使用夹具水平夹住压力接头本体的上端，车床的钻头水平调至与压力接头本体的轴对称中心线对齐，再使压力接头本体任意偏过α=45度角，钻头水平进刀，至压力接头本体的轴对称中心线停止，退刀，形成斜向上指向压力接头本体的中心的Y型孔的第一个压力分散口，夹具归位；
步骤2.2、压力接头本体周向转过一角度β，重复步骤2.1，完成Y型孔的第二个压力分散口；
步骤2.3、重复步骤2.1和步骤2.2，均匀完成所有钻孔；
步骤三、车床的钻头换成铣刀，从压力接头本体的轴对称中心线开始向外，铣掉压力接头本体的下端的接口内的无用部分，收刀；
步骤四、使用夹具夹住压力接头本体的下端，调水平，车床换大一码的钻头，车床的钻头沿压力接头本体的轴对称中心线水平进刀，直抵压力分散口的深处，打通所有压力分散口，形成压力进入通道，收刀；
步骤五、检查并打磨整个压力接头，去掉毛刺，完成压力接头的制造；
步骤六、取一转接头，所述转接头的转接头前接口卡入压力接头的接口内并使用焊接方法固连在一起；
步骤七、取一基座，在基座的端子的中端开设一通孔Ⅱ，将金属引脚穿过该通孔Ⅱ，通过玻璃烧结工艺，将金属引脚的上端通过玻璃烧结物与基座的固连；
步骤八、取一压力传感器芯片，将压力传感器芯片通过粘结胶黏贴在基座的基台中央，压力传感器芯片与金属丝的一头通过焊剂固连，金属丝的另一头在基座与金属引脚通过焊剂固连；
步骤九、所述基座的端子、压力敏感膜片的边缘与转接头的转接头后接口对齐，将所述基座向上与转接头使用焊接方法固连在一起，并将压力敏感膜片固定在基座与转接头之间。
可选地，所述压力接头本体周向均匀转过的角度β计算如下：
若分散口为一对，角度β转过180度；
若分散口为两对，角度β每次转过90度；
若分散口为三对，角度β每次转过60度；依次类推。
可选地，步骤三中，所述铣刀的进刀深度为接头本体的下端的接口的深度的一半。
可选地，步骤六中，所述焊接方法为氩弧焊或激光焊或电子束焊。
可选地，步骤九中，所述焊接方法为氩弧焊或激光焊或电子束焊。
有益效果
1、本发明MEMS封装中的压力接头采用Y型压力分散口，将进入通道的压力通过Y型分散口实现压力分流，可以有效避免压力对MEMS芯片的正面冲击，压力入口处连通被检测空间与压力传感器芯片，使得MEMS芯片（即压力传感器芯片）接触到压力源，精简了结构，减少了生产周期和成本，降低大约50%材料成本；
2.本发明中的压力接头与转接头、转接头与基座之间都采用固设连接，减少了一次焊接，避免了焊接过程中产生的应力对压力传感器芯片带来的负面影响。
附图说明
图1为本发明一种减少焊接的压力接头结构的剖面示意图；
图2为图1的使用状态图；
图3A至图3I为图1的成形制造方法的流程示意图；
图中：
压力接头1
压力进入口1-1
压力分散口1-2
接口1-3
转接头2
转接头前接口2-1
转接头后接口2-2
通孔Ⅰ2-3
压力敏感膜片3
基座4
玻璃烧结物4-1
金属引脚4-2
基台4-3
通孔Ⅱ4-7
金属丝5
压力传感器芯片6
粘结胶7
线路板8
线路板上的元件8-1
连接通孔8-2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。为了易于说明，可以使用空间相对术语(诸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“在…上方”、“上部”等)以描述图中所示一个元件或部件与另一个元件或部件的关系。除图中所示的定向之外，空间相对术语还包括使用或操作中设备的不同定向。装置可以以其他方式定向旋转90度或处于其他定向，本文所使用的空间相对描述可因此进行类似的解释。
如图1所示，本发明一种MEMS封装结构，其从上而下依次包括压力接头1、转接头2、压力敏感膜片3、金属丝5、基座4、金属引脚4-5和压力传感器芯片6。
所述压力接头1包括压力接头本体和接口1-3，所述压力接头本体的上端中央开设上下贯通的压力进入通道1-1，所述压力进入通道1-1的出口设置压力分散口1-2，所述压力分散口1-2包括若干对倒置的Y型分散口，图中以一对倒置Y型分散口示意，也可以是两对、三对或四对，根据实际需要而定，分散从通道1-1进入的瞬间增加的压力，改变压力流向，避免对压力传感器芯片6造成的冲击，避免了芯片变形损坏。所述接口1-3凸出压力接头本体的下端边侧。
所述转接头2包括转接头本体、转接头前接口2-1、转接头后接口2-2和通孔Ⅰ2-3，所述通孔Ⅰ2-3设置在转接头本体的中央，位于压力进入通道1-1的正下方。所述转接头前接口2-1设置在转接头本体的上端外侧，所述转接头后接口2-2设置在转接头本体的下端内侧；
所述基座4的中央具有基台4-3，其侧面设有向外伸出的若干个端子4-2，形成MEMS压力传感器检测腔体，端子4-2的中端开设一通孔Ⅱ4-7，将金属引脚4-5穿过通孔Ⅱ4-7，金属引脚4-5的上端通过玻璃烧结物4-1与基座4的端子4-2固连。
所述压力传感器芯片6通过粘结胶7黏贴在基座4的基台4-3中央，位于压力敏感膜片3的正下方。压力传感器芯片6通过金属丝5与金属引脚4-5电连接，金属丝5使压力芯片5和外界通信成为可能，用于输入电压，信号输出。
所述基座4的端子4-2、压力敏感膜片3的边缘与转接头2的转接头后接口2-2对齐，将所述基座4向上与转接头2使用氩弧焊(或激光焊，电子束焊)焊接在一起固连，并将压力敏感膜片3固定在基座4与转接头2之间。所述压力接头1的通道1-1及其出口设置的压力分散口1-2使压力联通被检测空间与测试用压力传感器芯片6，让压力传感器芯片6接触压力源，精简了结构。
所述转接头2的转接头前接口2-1卡入压力接头1的接口内并使用氩弧焊(或激光焊，电子束焊)焊接在一起固连。
使用时，所述基座4的金属引脚4-5的下端通过锡焊连接在线路板的连接通孔Ⅱ8-2里。所述线路板8上设有电容和电阻等元件8-1，用于平衡线路板8上的桥路。
本发明一种MEMS封装结构的制造方法，图3A至图3I 为图1的成形制造方法的流程示意图，其工艺如下：
步骤一、如图3A所示，取合适大小的压力接头本体的原材料，用车床加工出对称的阶梯外形，并留足尺寸；
步骤二、加工压力接头本体的压力分散口1-2，具体步骤如下：
1）使用夹具水平夹住压力接头本体的上端，车床的钻头水平调至与压力接头本体的轴对称中心线对齐，再使压力接头本体任意偏过α=45度角，钻头水平进刀，至压力接头本体的轴对称中心线停止，退刀，形成斜向上指向压力接头本体的中心的Y型孔的第一个压力分散口1-2，夹具归位，如图3B所示；
2）压力接头本体周向转过一角度β，重复步骤1），完成Y型孔的第二个压力分散口1-2，如图3C 所示；
3）重复步骤1）和步骤2），完成所有钻孔；
为使钻孔均匀分布，压力接头本体周向转过的角度β计算如下：
若分散口1-2为一对，角度β转过180度；
若分散口1-2为两对，角度β每次转过90度；
若分散口1-2为三对，角度β每次转过60度；依次类推。
步骤三、车床的钻头换成铣刀，从压力接头本体的轴对称中心线开始向外，铣掉压力接头本体的下端的接口1-3内的无用部分，铣刀的进刀深度为接头本体的下端的接口1-3深度的一半，收刀，如图3D所示；
步骤四、使用夹具夹住压力接头本体的下端，调水平，车床换大一码的钻头，车床的钻头沿压力接头本体的轴对称中心线水平进刀，直抵压力分散口1-2的深处，打通所有压力分散口1-2，形成压力进入通道1-1，收刀，如图3E所示；
步骤五、检查并打磨整个压力接头1，去掉毛刺，完成压力接头1的制造；
步骤六、取一转接头2，所述转接头2的转接头前接口2-1卡入压力接头1的接口内并使用氩弧焊或激光焊或电子束焊固连在一起，如图3F所示；
步骤七、取一基座4，在基座4的端子4-2的中端开设一通孔Ⅱ4-7，将金属引脚4-5穿过该通孔Ⅱ4-7，通过玻璃烧结工艺，将金属引脚4-5的上端通过玻璃烧结物4-1与基座4的固连，如图3G所示；
步骤八、取一压力传感器芯片6，将压力传感器芯片6通过粘结胶7黏贴在基座4的基台4-3中央，压力传感器芯片6与金属丝5的一头通过焊剂固连，金属丝5的另一头在基座4与金属引脚4-5通过焊剂固连，如图3H所示；
步骤九、所述基座4的端子4-2、压力敏感膜片3的边缘与转接头2的转接头后接口2-2对齐，将所述基座4向上与转接头2使用氩弧焊或激光焊或电子束焊固连，并将压力敏感膜片3固定在基座4与转接头2之间，如图3I所示。所述压力接头1的通道1-1及其出口设置的压力分散口1-2使压力联通被检测空间与测试用压力传感器芯片6，让压力传感器芯片6直接接触压力源，精简了结构。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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