惯性传感器的封装结构
技术领域
本实用新型涉及MEMS惯性传感器封装技术领域，特别涉及惯性传感器的封装结构。
背景技术
微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System)，简称MEMS，是在微电子技术基础上发展起来的集微型机械、微传感器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的一项新兴科学技术。其中，MEMS惯性传感器包括加速度传感器、角速度传感器、IMU惯性测量单元、姿态航向参考系统等。
MEMS惯性传感器内部含有可动质量块，可动质量块实现加速度和转速的检测功能，但因为其可以运动，所以可动质量块经常因为外部应力导致质量块本体出现各种早期损伤。MEMS惯性传感器的早期损伤分为，封装过程损伤、测试过程损伤和贴片过程损伤。目前，MEMS惯性传感器封装过程大多采用环氧树脂装片，环氧树脂在室温下的杨氏模量是800-2000Mpa，此量级的杨氏模量会导致MEMS惯性传感器在封装、测试和贴片过程中出现损伤。
实用新型内容
鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种惯性传感器的封装结构，实现对传感器管芯内部质量块的保护。
根据本实用新型的一方面，提供一种惯性传感器的封装结构，包括：基板，具有相对的第一表面和第二表面；
第一管芯，固定在所述基板的第一表面上；
第二管芯，固定在所述第一管芯上；
框架结构，固定在所述基板的第一表面上，使所述第一管芯和所述第二管芯位于所述框架结构中；以及塑封体，位于所述基板的第一表面上，并且覆盖所述第一管芯和所述第二管芯以及所述框架结构。
优选地，所述框架结构上设置有镂空孔。
优选地，所述框架结构的杨氏模量为190-210Gpa，热膨胀系数为17×10-6-20×10-6 1/K。
优选地，所述惯性传感器的封装结构还包括：第一接合线，用于将第二管芯连接至基板；第二接合线，用于将第一管芯连接至第二管芯。
优选地，所述第一管芯通过第一粘合层固定在所述基板的第一表面上；所述第二管芯通过第二粘合层固定在所述第一管芯上。
优选地，所述第一粘合层和/或所述第二粘合层均为硅胶层。
优选地，所述第一粘合层的形状为矩形，所述第二粘合层的形状为矩形。
优选地，所述硅胶层为单组分热固性硅胶层。
优选地，所述第一粘合层和/或所述第二粘合层为在室温下的杨氏模量为2～4Mpa的硅胶层。
优选地，所述硅胶层的厚度为20～100um。
优选地，所述第一管芯的数量为一个或多个，所述第二管芯的数量为一个或多个。
优选地，所述第一管芯为惯性传感器管芯，所述第二管芯为信号处理电路管芯。
优选地，所述框架结构为不锈钢框架。
优选地，所述基板为至少一层的PCB板。
本实用新型提供的惯性传感器的封装结构中，采用固定在所述基板的第一表面上的框架结构，将所述第一管芯和所述第二管芯位于所述框架结构中。由于框架结构的高模量，吸收封装过程中对传感器管芯产生的应力，使传感器管芯避免或减轻外部应力导致的应力和形变，保持传感器内部可动块原本的物理特性，实现优良的传感器零漂性能和温漂性能。
进一步地，基板和第一管芯之间以及第一管芯和第二管芯之间采用硅胶层粘合在一起。由于硅胶层的室温低模量特性，进一步降低封装过程中对传感器管芯产生的应力，从而实现对传感器管芯内部质量块的保护。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1和图2分别示出了根据本实用新型实施例的提供的惯性传感器的封装结构的截面图和俯视图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
本实用新型的封装结构可应用于微机械传感器结构，例如MEMS传感器，或者其他结构中。
图1和图2分别示出了根据本实用新型实施例的提供的惯性传感器的封装结构的截面图和俯视图。如图1和图2所示，所述惯性传感器的封装结构100包括基板110、位于所述基板110上的第一管芯130、位于所述第一管芯130上的第二管芯150以及位于所述第一基板110上的框架结构160以及塑封体170。
其中，所述基板110具有相对的第一表面和第二表面。第一管芯130通过第一粘合层120固定在所述第一基板的第一表面上；第二管芯150通过第二粘合层140固定在所述第一管芯130上；框架结构160固定在基板110的第一表面上，使所述第一管芯130和所述第二管芯150位于所述框架结构160中。
在本实施例中，基板110起对其上第一管芯130和第二管芯150承载的作用，可以是包括至少两层PCB板，当然在一些实施例中也可以是单层PCB板。
第一管芯130和第二管芯150可以是芯片，也可以是器件，其数量可以是单个，也可以是多个。例如，第一管芯130为惯性传感器管芯，其内部包含固定元件和可动元件。第二管芯150为信号处理电路管芯。
第一粘合层120、第二粘合层140为硅胶层。所述硅胶层在室温下的杨氏模量为2～4Mpa。所述硅胶层的厚度包括但不限于20～100um，可根据受力性能调整填充的硅胶量，改变所述硅胶层的厚度。所述硅胶层的材料为单组分热固性硅胶，硅胶层在室温下的杨氏模量是环氧树脂模量的千分之一。
第一粘合层120位于所述基板110和第一管芯130之间，与基板110的第一表面和第一管芯130的下表面接触；第二粘合层140位于所述第一管芯130和第二管芯150之间，与第一管芯130的上表面和第二管芯的下表面接触。第一粘合层120和第二粘合层140的形状为矩形。第一粘合层120、第二粘合层140均采用TSE322S点胶形成。
框架结构160通过点胶固定在所述基板110的第一表面上，使所述第一管芯130和所述第二管芯150位于所述框架结构160中。所述框架结构160为不锈钢框架，其各个表面上均设置有镂空孔161，以减轻塑封体的重量。所述框架结构的杨氏模量为200Gpa，热膨胀系数为17×10-6-20×10-6 1/K。由于框架结构的高模量，可以吸收封装过程中对传感器管芯产生的应力。
塑封体170可以是含树脂的复合材料、陶瓷等材料，例如环氧树脂，其与基板110固定，将第一管芯130和第二管芯150覆盖，从而与基板110共同为第一管芯130和第二管芯150提供保护。
在优选地实施例中，所述封装结构100还包括第一接合线180和第二接合线190，其中，第一接合线180用于将第二管芯150连接至基板110；第二接合线190用于将第一管芯130连接至第二管芯150。
在本实施例中，第一接合线180和第二接合线190为金属导线，其导电材料是铜、钨、铝、银、金等或他们的组合。
在装片工序过程中，装片机拾取头从切割后的蓝膜盘上拾取第一管芯放到基板上，在放置管芯的过程拾取头与基板之间会产生撞击力；以及在金丝打线工序过程中，劈刀会对焊点进行超声波冲击；在测试过程中，测试夹具会对封装结构压持，外部压持的应力会传递到传感器芯片上；贴片过程中，回流焊炉温从环境温度上升至260℃，并在260℃下维持至少20s，高温使封装体内产生强大的热应力。以上各个工序中不论是撞击力、冲击力，还是压持应力、热应力，均会导致传感器管芯损伤。本实施例提供的封装结构，在基板和第一管芯之间以及第一管芯和第二管芯之间采用硅胶层固定，均受到低杨氏模量硅胶的保护，从而避免受到大的应力冲击。
本实用新型提供的惯性传感器的封装结构中，采用固定在所述基板的第一表面上的框架结构，将所述第一管芯和所述第二管芯位于所述框架结构中。由于框架结构的高模量，吸收封装过程中对传感器管芯产生的应力，使传感器管芯避免或减轻外部应力导致的应力和形变，保持传感器内部可动块原本的物理特性，实现优良的传感器零漂性能和温漂性能。
进一步地，基板和第一管芯之间以及第一管芯和第二管芯之间采用硅胶层粘合在一起。由于硅胶层的室温低模量特性，进一步降低封装过程中对传感器管芯产生的应力，从而实现对传感器管芯内部质量块的保护。
依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
