CN105712283A - 一种lcc封装应力释放结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于封装领域，具体涉及一种LCC封装应力释放结构。一种LCC封装应力释放结构，包括与芯片外形匹配的应力释放结构，应力释放结构上设置锚点和支撑点，锚点和支撑点之间通过连接梁连接。本发明的效果是：1)在不改变原有LCC壳体材料、增大工艺成本的前提下，通过应力释放结构能够有效降低因材料热膨胀系数不匹配导致的热应力。2)在不显著增大体积的前提下，通过位于LCC壳体内部的应力释放结构能够有效隔离和衰减外界振动、冲击等力学输入，降低机械应力、防护芯片，提升系统的力学环境适应性。
Description
技术领域
本发明属于封装领域，具体涉及一种LCC封装应力释放结构。
背景技术
LCC封装是微机电系统常见的封装形式，如图1所示，具有批量制造、成本低等优点，能够为MEMS敏感元件(芯片)提供高真空高稳定密闭环境，同时利于实现系统的小型集成化；目前广泛应用于MEMS陀螺、MEMS加速度计等封装中。
现有LCC封装中，通常通过金锡焊料将MEMS芯片和LCC壳体直接键合，如图2所示，这种封装方式存在如下问题。
1)LCC壳体材料通常选用Al2O3陶瓷，其热膨胀系数为6～7ppm/℃，MEMS芯片通常为硅材料，其热膨胀系数为2～3ppm/℃。MEMS封装一般需适应较大的温度变化范围，如室温～+300℃，LCC壳体与芯片之间较大的热膨胀系数不匹配极易产生应力，进而恶化系统的整体性能。
2)MEMS芯片特征尺寸通常在微米量级，部分还采用悬臂结构，相对脆弱，直接将LCC壳体与芯片焊接易引入外界振动、冲击等力学干扰，一方面对MEMS芯片强度提出较大挑战，另一方面易导致材料蠕变和迟滞，进而降低系统的力学环境适应性。
选用热膨胀系数相对较小的AlN陶瓷作为LCC壳体材料可在一定程度上降低封装应力，但其价格高达Al2O3陶瓷7～10倍，大大增加了成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种LCC封装应力释放结构。
本发明是这样实现的：一种LCC封装应力释放结构，包括与芯片外形匹配的应力释放结构，应力释放结构上设置锚点和支撑点，锚点和支撑点之间通过连接梁连接。
如上所述的一种LCC封装应力释放结构，其中，所述的锚点设置在中心，支撑点设置在四周。
如上所述的一种LCC封装应力释放结构，其中，所述的锚点设置在应力释放结构中心，锚点的形状为方形或圆形，锚点通过键合或胶黏的方式与LCC壳体相连，以锚点为中心，放射性设置4个或更多的连接梁，在应力释放结构最外围设置与连接梁数量匹配的支撑点，支撑点与锚点通过连接梁连接。
如上所述的一种LCC封装应力释放结构，其中，锚点下方设置锚接凸台。
如上所述的一种LCC封装应力释放结构，其中，所述的锚点设置在四周，支撑点设置在中心。
如上所述的一种LCC封装应力释放结构，其中，所述的锚点设置在应力释放结构四周，锚点的形状为方形或圆形，锚点通过键合或胶黏的方式与LCC壳体相连，以锚点为定点以应力释放结构几何中心为中心，放射性设置4个或更多的连接梁，在应力释放结构中心处设置与连接梁数量匹配的支撑点，支撑点与锚点通过连接梁连接。
如上所述的一种LCC封装应力释放结构，其中，锚点下方设置锚接凸台。
如上所述的一种LCC封装应力释放结构，其中，应力释放结构的材料为7740玻璃或4J44铁钴镍合金。
本发明的效果是：1)在不改变原有LCC壳体材料、增大工艺成本的前提下，通过应力释放结构能够有效降低因材料热膨胀系数不匹配导致的热应力。2)在不显著增大体积的前提下，通过位于LCC壳体内部的应力释放结构能够有效隔离和衰减外界振动、冲击等力学输入，降低机械应力、防护芯片，提升系统的力学环境适应性。
附图说明
图1是微机电系统LCC封装示意图；
图2是一种现有LCC封装剖视图；
图3是本发明对应的一种应力释放结构；
图4是图3所示应力释放结构对应的封装组合示意图；
图5是本发明对应的另一种应力释放结构；
图6是图5所示应力释放结构对应的封装组合示意图。
图中：1.LCC壳体、2.芯片、3.焊料、4.应力释放结构、41.锚点、42.连接梁、43.边框、44.键合区、411.锚接凸台、5.应力释放结构、51.连接梁、52.边框、53.锚点、531.锚接凸台。
具体实施方式
实施例1
如图3所示，一种LCC封装应力释放结构呈对称式分布，主要由锚点41、连接梁42、边框43和键合区44等组成。锚点41位于中心，一般为方形或圆形，其下部为锚接凸台411，可通过键合或胶黏的方式与LCC壳体相连。连接梁42在锚点四周呈放射状均匀分布，一般至少为4个。边框43与连接梁42的另一端相连，分布在外侧，边框43与连接梁42构成悬臂型组合梁结构，可等效为弹簧，能够有效隔离应力。键合区44均匀分布在边框的顶角处，一般为方形或圆形，其上部可通过键合或胶黏的方式与芯片底部相连，起支撑作用。
应力释放结构4的整体形状可根据芯片外形相应地调整，一般为方形或圆形，可选取与芯片主体材料热膨胀系数接近的材料，如7740玻璃或4J44铁钴镍合金等。
LCC壳体1、芯片2以及应力释放结构4的组合示意图如图4所示。
应力释放结构4的特点是中心锚接、四周支撑。
实施例2
本发明的另一个变种如图5所示。
应力释放结构5呈对称式分布，主要由连接梁51、边框52、锚点53等组成。连接梁51围绕中心呈放射状均匀分布，一般至少为4个，其上部可通过键合或胶黏的方式与芯片底部相连，起支撑作用。边框52与连接梁51相连，分布在外侧，边框52与连接梁51构成悬臂型组合梁结构，可等效为弹簧，能够有效隔离应力。锚点53均匀分布在边框的顶角处，一般为方形或圆形，其下部为锚接凸台531，可通过键合或胶黏的方式与LCC壳体相连。
应力释放结构5采用四周锚接、中心支撑的方式.
应力释放结构5的整体形状可根据芯片外形相应地调整，一般为方形或圆形，可选取与芯片主体材料热膨胀系数接近的材料，如7740玻璃或4J44铁钴镍合金等。
LCC壳体1、芯片2以及应力释放结构5的组合示意图如图6所示。
Claims (8)
1.一种LCC封装应力释放结构，包括与芯片外形匹配的应力释放结构，其特征在于：应力释放结构上设置锚点和支撑点，锚点和支撑点之间通过连接梁连接。
2.如权利要求1所述的一种LCC封装应力释放结构，其特征在于：所述的锚点设置在中心，支撑点设置在四周。
3.如权利要求2所述的一种LCC封装应力释放结构，其特征在于：所述的锚点设置在应力释放结构中心，锚点的形状为方形或圆形，锚点通过键合或胶黏的方式与LCC壳体相连，以锚点为中心，放射性设置4个或更多的连接梁，在应力释放结构最外围设置与连接梁数量匹配的支撑点，支撑点与锚点通过连接梁连接。
4.如权利要求3所述的一种LCC封装应力释放结构，其特征在于：锚点下方设置锚接凸台。
5.如权利要求1所述的一种LCC封装应力释放结构，其特征在于：所述的锚点设置在四周，支撑点设置在中心。
6.如权利要求5所述的一种LCC封装应力释放结构，其特征在于：所述的锚点设置在应力释放结构四周，锚点的形状为方形或圆形，锚点通过键合或胶黏的方式与LCC壳体相连，以锚点为定点以应力释放结构几何中心为中心，放射性设置4个或更多的连接梁，在应力释放结构中心处设置与连接梁数量匹配的支撑点，支撑点与锚点通过连接梁连接。
7.如权利要求6所述的一种LCC封装应力释放结构，其特征在于：锚点下方设置锚接凸台。
8.如权利要求1～7中任意一项权利要求所述的一种LCC封装应力释放结构，其特征在于：应力释放结构的材料为7740玻璃或4J44铁钴镍合金。
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