一種微型氣體傳感器的封裝結構的製作方法

2023-05-02 01:45:46

本實用新型涉及一種基於MEMS技術的氣體檢測技術，尤其涉及的是一種微型氣體傳感器的封裝結構。

背景技術：

氣體傳感器是一種將氣體中特定的成分通過某種原理檢測出來，並且把檢測出來的某種信號轉換成適當的電學信號的器件。隨著人類對環保、汙染及公共安全等問題的日益重視，以及人們對於生活水平的要求的不斷提高，氣體傳感器在工業、民用和環境監測三大主要領域內取得了廣泛的應用。

根據氣體傳感器檢測氣體的原理的不同，氣體傳感器主要包括催化燃燒式、電化學式、熱導式、紅外吸收式和半導體式氣體傳感器等。其中，半導體式氣體傳感器具有靈敏度高、操作方便、體積小、成本低廉、響應時間短和恢復時間短等優點，使得半導體式氣體傳感器得到了廣泛應用，例如在對易燃易爆氣體(如CH4，H2等)和有毒有害氣體(如CO、NOx等)的探測中起著重要的作用。

氣體傳感器在過去半個多世紀的發展歷程中，廣泛應用於石化、煤礦、醫療、航空航天、工業生產和家居生活等領域。隨著物聯網技術的發展，氣體傳感器的應用需求也不斷增加，特別是具有小尺寸、低功耗、高靈敏和快響應的氣體傳感器具有迫切的應用需求。然而傳統的氣體傳感器製造和封裝技術，比如基於陶瓷管加熱和管殼封裝技術的半導體式氣體傳感器，在尺寸、功耗和靈敏度等方面已經難以滿足物聯網的應用需求。現在基於MEMS技術的氣體傳感器，有望解決這一問題，比如，中國實用新型專利，201520757454.3一種具有兩支撐懸梁六層結構的電阻式氣體傳感器，報導了一種低功耗高靈敏半導體式氣體傳感器。如何對MEMS氣體傳感器晶片和相應的配套集成電路晶片進行封裝，是本領域專業人員關注的問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供了一種微型氣體傳感器的封裝結構，實現對MEMS氣體傳感器晶片和配套集成電路晶片的小尺寸封裝。

本實用新型是通過以下技術方案實現的，本實用新型包括基底、邊框、多個引腳、蓋板和晶片單元，所述晶片單元放置在基底的頂面，所述多個引腳分別設置於基底的底面，所述邊框的底部粘合在基底頂面的周邊，所述蓋板粘合在邊框的頂部，所述蓋板的頂部開設至少一個用於探測氣體的探測氣孔。

作為本實用新型的優選方式之一，所述邊框為塑料或陶瓷製成的框體。

作為本實用新型的優選方式之一，所述蓋板和邊框頂部的尺寸相匹配。

作為本實用新型的優選方式之一，所述蓋板為金屬製成的矩形蓋板。

作為本實用新型的優選方式之一，所述蓋板和邊框通過絕緣膠水相粘合。

作為本實用新型的優選方式之一，所述引腳的表面設有鍍金層。

所述晶片單元包括集成電路晶片和至少一個氣體傳感器晶片，所述集成電路晶片和氣體傳感器晶片分別粘結在基底上，所述集成電路晶片、氣體傳感器晶片與基底分別通過金絲球焊實現電連接。

所述氣體傳感器晶片為MEMS技術製成，所述集成電路晶片為0.18微米工藝製成，所述氣體傳感器晶片採集氣體信號，所述集成電路晶片採集並處理氣體傳感器晶片的信號。

所述晶片單元包括集成電路晶片和至少一個氣體傳感器晶片，所述集成電路晶片粘結在基底上，所述氣體傳感器晶片粘結在集成電路晶片上，所述集成電路晶片、氣體傳感器晶片與基底分別通過金絲球焊實現電連接。

所述氣體傳感器晶片為MEMS技術製成，所述集成電路晶片為0.25微米工藝製成，所述氣體傳感器晶片採集氣體信號，所述集成電路晶片採集並處理氣體傳感器晶片的信號。

本實用新型實現過程如下：先把氣體傳感器晶片和集成電路晶片放置在基底上，並通過金絲球焊的方式用金絲把對應的焊盤連接起來，實現電連接。然後把邊框和基底粘合起來，晶片單元位於內部，引腳位於外部。最後把蓋板和邊框粘合起來。

本實用新型相比現有技術具有以下優點：本實用新型針對MEMS氣體傳感器晶片和集成電路晶片設計的微型封裝方案，具有尺寸小、重量輕的優點，可以滿足物聯網和可穿戴設備等應用領域的需求。能把多個氣體傳感器晶片和集成電路晶片的封裝起來，提高了集成度，進一步降低了整個傳感器的尺寸，而且多個傳感器晶片組成的陣列實現了在一個封裝體內對多種氣體的檢測，提高了傳感器的綜合性能。

附圖說明

圖1是實施例1的封裝結構示意圖；

圖2是實施例1氣體傳感器晶片和集成電路晶片粘結在基底上的示意圖；

圖3是圖2裝配邊框後的結構示意圖；

圖4是蓋板的結構示意圖；

圖5是封裝後的結構示意圖；

圖6是封裝後的基底的仰視圖；

圖7是實施例2的結構示意圖。

具體實施方式

下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

如圖1～6所示，本實施例包括基底1、邊框2、五對引腳3、蓋板4和晶片單元，所述晶片單元放置在基底1的頂面，所述引腳3分別設置於基底1的底面，所述邊框2的底部粘合在基底頂面的周邊，所述蓋板4粘合在邊框2的頂部，所述蓋板4的頂部開設一個用於探測氣體的探測氣孔41。

本實施例的晶片單元包括集成電路晶片5、氣體傳感器晶片6和金絲7，所述集成電路晶片5和氣體傳感器晶片6分別粘結在基底1上，所述集成電路晶片5、氣體傳感器晶片6與基底1分別通過金絲球焊實現電連接。

本實施例的基底1尺寸為3.5×4.8mm。引腳3的尺寸為0.4mm×1.0mm，引腳3表面設有鍍金層0.5微米。氣體傳感器晶片6基於MEMS技術製造完成，氣體傳感器晶片6尺寸為1.5mm×1.0mm，檢測的氣體種類分別為：氮氧化物。集成電路晶片5基於0.18微米工藝加工完成，集成電路晶片5尺寸為1.5mm×1.0mm，為氣體傳感器晶片6提供工作電源和控制信號，採集並處理氣體傳感器晶片6感知的信號。蓋板4的材料為銅，探測氣孔41的孔徑為0.5mm。

封裝步驟為：首先把氣體傳感器晶片6和集成電路晶片5分別通過絕緣膠水粘結在基底1上，並通過金絲7球焊的方式用金絲7把焊盤連接起來，實現電連接。然後把邊框2和基底1粘合起來，晶片單元位於整個框體的內部，引腳3位於外部。最後把蓋板4和邊框2粘合起來。

實施例2

如圖7所示，本實施例的晶片單元包括集成電路晶片5、氣體傳感器晶片6和金絲7，所述集成電路晶片5粘結在基底1上，所述氣體傳感器晶片6粘結在集成電路晶片5上，所述集成電路晶片5、氣體傳感器晶片6與基底1分別通過金絲7球焊實現電連接。

本實施例的基底1尺寸為3.0×3.8mm。引腳3的尺寸為0.3mm×1.0mm，引腳3表面設有鍍金層0.5微米。基底1上面堆疊排布氣體傳感器晶片6和集成電路晶片5。氣體傳感器晶片6基於MEMS技術製造完成，氣體傳感器晶片6尺寸為0.5mm×1.0mm，檢測的氣體種類分別為：二氧化碳。集成電路晶片5基於0.25微米工藝加工完成，集成電路晶片5尺寸為2.2mm×3.3mm，為氣體傳感器晶片6提供工作電源和控制信號，採集並處理氣體傳感器晶片6感知的信號。蓋板4的材料為銅，探測氣孔41的孔徑為0.5mm。

封裝步驟為：首先把集成電路晶片5通過絕緣膠水粘結在基底1上，再把氣體傳感器晶片6堆疊粘結在集成電路晶片5上，然後通過金絲7球焊的方式用金絲7把焊盤連接起來，實現電連接。然後把邊框2和基底1粘合起來，整個晶片單元位於整個框體的內部，引腳3位於外部。最後把蓋板4和邊框2粘合起來。

其他實施方式和實施例1相同。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。