CN111732069A - 气敏传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种气敏传感器及其制备方法，该气敏传感器包括：第一封装体，包括气敏芯片；第二封装体，层叠设置于所述第一封装体一侧，包括封装基板和位于所述封装基板的承载面上的功能芯片，所述气敏芯片和所述功能芯片分别与所述封装基板电连接。通过上述方式，本申请能够将气敏芯片独立封装成第一封装体后贴装在封装有功能芯片的第二封装体上。
Description
技术领域
本申请属于半导体技术领域，具体涉及一种气敏传感器及其制备方法。
背景技术
目前气敏传感器使用的都是微电机***MEMS工艺制作方法，其具体过程包括：将气敏芯片和其他元器件并排贴装到电路板PCB上。
上述工艺过程导致气敏传感器尺寸较大，集成度不高；且气敏芯片在贴装过程中可能会受到其他元器件的影响，可能出现污染等问题，从而降低气敏传感器的可靠性。
发明内容
本申请提供了一种气敏传感器及其制备方法，能够将气敏芯片独立封装成第一封装体后贴装在封装有功能芯片的第二封装体上。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种气敏传感器，包括：第一封装体，包括气敏芯片；第二封装体，层叠设置于所述第一封装体一侧，包括封装基板和位于所述封装基板的承载面上的功能芯片，所述气敏芯片和所述功能芯片分别与所述封装基板电连接。
其中，所述第二封装体还包括：多个导电柱，位于所述承载面上，与所述封装基板电连接，且其高度大于所述功能芯片的高度；塑封层，覆盖所述封装基板的所述承载面一侧，且与所述导电柱高度齐平；其中，所述气敏芯片与所述导电柱从所述塑封层中露出的表面电连接。
其中，所述第二封装体还包括至少一个被动元件，所述被动元件的高度小于所述导电柱的高度，且所述被动元件位于所述多个导电柱围设的区域内。
其中，所述功能芯片、所述被动元件的厚度小于等于预定厚度。
其中，所述第一封装体还包括：基座，包括向所述第二封装体一侧延伸的凹槽，且所述基座内设置有多个引脚，所述引脚的一端从所述凹槽中露出，所述引脚的另一端从所述基座面向所述第二封装体一侧露出，且露出位置与所述导电柱的位置对应并电连接；所述气敏芯片位于所述凹槽内，且与所述引脚从所述凹槽中露出的区域电连接；具有过孔的盖板，覆盖所述基座远离所述第二封装体一侧表面。
其中，还包括：可去除的保护膜，覆盖所述盖板远离所述基座一侧。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种气敏传感器的制备方法，包括：将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，且使所述气敏芯片和所述封装基板电连接；其中，所述功能芯片位于所述封装基板的承载面上，且与所述封装基板电连接。
其中，所述第一封装体还包括多个导电柱和塑封层，所述将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，之前，包括：在所述封装基板的承载面上的每个封装单元内设置所述功能芯片和多个导电柱，其中，所述导电柱与所述封装基板电连接，且其高度大于所述功能芯片的高度；在所述封装基板的所述承载面一侧形成塑封层，所述塑封层与所述导电柱齐平。
其中，所述在所述封装基板的承载面上的每个封装单元内设置所述功能芯片和多个导电柱，之前，包括：减薄所述功能芯片的厚度，使其厚度小于等于预定厚度。
其中，所述第一封装体还包括基座和盖板，所述将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，之前，包括：在基座的凹槽内设置所述气敏芯片，且使所述气敏芯片与所述基座内的引脚电连接；在所述凹槽的上方设置具有过孔的盖板；其中，所述基座内的所述引脚的一端从所述凹槽中露出，所述引脚的另一端从所述凹槽底部下方的所述基座外表面露出；所述将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，包括：将所述基座朝向所述多个导电柱设置，且使所述基座的引脚与对应位置处的所述导电柱电连接。
区别于现有技术情况，本申请的有益效果是：本申请中气敏芯片单独封装于第一封装体中，功能芯片和封装基板设置于第二封装体中，且气敏芯片可以与第二封装体中的封装基板电连接。该设计方式可以使得整个气敏传感器的横向尺寸大幅度缩小，提高了气敏传感器的集成度；且由于气敏芯片独立封装，降低了气敏芯片在封装过程中受到其他元器件影响的概率，降低气敏芯片受到污染的概率，大幅度提高气敏传感器的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本申请气敏传感器一实施方式的结构示意图；
图2为本申请气敏传感器的制备方法一实施方式的流程示意图；
图3为图2中步骤S101之前气敏传感器的制备方法一实施方式的流程示意图；
图4a为图3中步骤S201对应的一实施方式的结构示意图；
图4b为图3中步骤S202对应的一实施方式的结构示意图；
图5为图2中步骤S101之前气敏传感器的制备方法另一实施方式的流程示意图；
图6a为图5中步骤S301对应的一实施方式的结构示意图；
图6b为图5中步骤S302对应的一实施方式的结构示意图；
图7为图2中步骤S101对应的一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请气敏传感器一实施方式的结构示意图。气敏传感器是指能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它能够将气体种类及其浓度相关的信息转换成电信号，根据电信号的强弱便可获得待测气体在环境中存在情况的相关信息。
具体地，该气敏传感器可以包括第一封装体10和第二封装体12。其中，第一封装体10中设置有气敏芯片100。气敏芯片100的结构可为现有技术中任一一种，例如，气敏芯片100包括硅基微热板、加热电极、测量电极和气敏料，硅基微热板的上表面一端为两个加热电极，硅基微热板的上表面的另一端为两个测量电极，硅基微热板上表面的中间区域为气敏料，加热电极和测量电极之间设置有隔离槽，测量电极和加热电极均可通过键合线引出。第二封装体12层叠设置于第一封装体10一侧，包括封装基板120和位于封装基板120的承载面1200上的功能芯片122，气敏芯片100和功能芯片122分别与封装基板120电连接。在本实施例中，封装基板120内部设置有线路，且其承载面1200上设置有与其内部线路电连接的多个焊盘，功能芯片122可以倒装于承载面1200上，且与对应位置处的焊盘电连接。第二封装体12内功能芯片122的个数可以为至少一个，且功能芯片122的类型可以为气敏芯片100之外的其他类型的芯片，例如，专用集成电路ASIC芯片等，该设计方式可以使得最终的气敏传感器具有更多功能和应用。而气敏芯片100与封装基板120电连接的方式在后续进行详细说明。
上述设计方式可以使得整个气敏传感器的横向尺寸大幅度缩小，提高了气敏传感器的集成度；且由于气敏芯片100独立封装于第一封装体10内，降低了气敏芯片100在封装过程中受到其他元器件影响的概率，降低气敏芯片100受到污染的概率，大幅度提高气敏传感器的可靠性。
在一个实施方式中，如图1所示，第二封装体12除了包括功能芯片122和封装基板120外，还包括多个导电柱124和塑封层126。其中，多个导电柱124位于承载面1200上，与封装基板120电连接，且其高度大于功能芯片122的高度；该导电柱124可以为圆柱体、棱柱体等，其材质可以为铜、金、铝等各种导电金属或合金。塑封层126覆盖封装基板120的承载面1200一侧，且与导电柱124高度齐平。由于导电柱124的高度大于功能芯片122的高度，当塑封层126与导电柱124高度齐平时，导电柱124远离封装基板120一侧表面可以从塑封层126中露出，而功能芯片122仍位于塑封层126内，塑封层126对功能芯片122进行保护。进一步，上述第一封装体10中的气敏芯片100可以与导电柱124从塑封层126中露出的表面电连接。此外，在本实施例中，功能芯片122中的某些引脚也可以通过封装基板120中的线路与部分导电柱124电连接，进而通过导电柱124与气敏芯片100实现电连接。
另外，上述实施例中的第二封装体12还包括至少一个被动元件128，该被动元件128可以为电阻、电容等元器件，该被动元件128可以与功能芯片122相互配合以实现某些功能。上述被动元件128的高度也小于导电柱124的高度，且被动元件128位于多个导电柱124围设的区域内，即多个导电柱124可以位于第二封装体12的边缘位置处。上述设计方式可以使得塑封层126起到保护被动元件128的作用。
在一个应用场景中，上述功能芯片122、被动元件128的厚度小于等于预定厚度，该预定厚度可以为100微米、150微米、200微米等；例如，当预定厚度为100微米时，功能芯片122和被动元件128的厚度可以为80微米等。上述设计方式有利于降低第二封装体12的厚度，有利于提高气敏传感器的集成度。
此外，第二封装体12中封装基板120背离功能芯片122一侧表面也可设置有焊盘，通过该焊盘可以使得第二封装体12可以与其他电路电连接，例如，可以连接到电路板上等。
而对于第一封装体10一侧，第一封装体10除了包含气敏芯片100外，还可以包括：基座102和具有过孔1040的盖板104。其中，基座102包括向第二封装体12一侧延伸的凹槽1020，且基座102内设置有多个引脚106，引脚106的一端从凹槽1020中露出，引脚106的另一端从基座102面向第二封装体12一侧露出，且露出位置与导电柱124的位置对应并电连接；气敏芯片100位于凹槽1020内，且与引脚106从凹槽1020中露出的区域电连接。基座102的主体材质可以为金属或陶瓷，该材质设计方式可以使得基座102在高度情况下无材质挥发，降低基座102本身对气敏芯片100的影响。而当基座102的主体材质为金属时，其与引脚106之间可以类似于框架设计方式，相互之间可以通过间隙等设计方式做到电气绝缘。而盖板104覆盖在基座102远离第二封装体12一侧表面；且外界环境中的气体可以通过盖板104上的过孔1040进入凹槽1020内以与气敏芯片100接触。上述盖板104的材质可以为金属等，有利于散热。通过上述基座102和盖板104的设计方式，可以将气敏芯片100进行封装和保护，降低其损坏的概率。
在一个应用场景中，气敏芯片100可以通过引线键合的方式与对应位置处的引脚106电连接。为了便于打线，如图1所示，图1中的凹槽1020内设置有台阶部(未标示)，该台阶部远离第二封装体12的表面高于气敏芯片100远离第二封装体12的表面，且两者之间具有预设间隔d。该预设间隔d可以为10微米等。
在又一个应用场景中，为了降低上述气敏传感器在运输过程中受到污染的概率，上述气敏传感器还可包括可去除的保护膜(图未示)，覆盖盖板104远离基座102一侧表面，该保护膜的材质可以为塑料等，其可通过双面胶等粘性层与盖板104的边缘固定。
下面从制备方法的角度对上述提供的气敏传感器作进一步说明。请一并参阅图1和图2，图2为本申请气敏传感器的制备方法一实施方式的流程示意图，该制备方法包括：
S101：将包含气敏芯片100的第一封装体10和包含功能芯片122和封装基板120的第二封装体12层叠设置，且使气敏芯片100和封装基板120电连接；其中，功能芯片122位于封装基板120的承载面1200上，且与封装基板120电连接。
在一个实施方式中，上述步骤S101之前还包括：提供第二封装体12，第二封装体12除了包含上述功能芯片122和封装基板120外，还可以包括多个导电柱和塑封层，请参阅图3，图3为图2中步骤S101之前气敏传感器的制备方法一实施方式的流程示意图。上述步骤S101之前提供第二封装体12的具体过程可以包括：
S201：在封装基板120的承载面1200上的每个封装单元A内设置功能芯片122和多个导电柱124，其中，导电柱124与封装基板120电连接，且其高度大于功能芯片122的高度。
具体地，请参阅图4a，图4a为图3中步骤S201对应的一实施方式的结构示意图。在本实施例中，封装基板120上的封装单元A的个数可以为1个或多个。且在进行上述步骤S201时，也可同时在封装基板120的承载面1200上的每个封装单元A内设置至少一个被动元件128。具体导电柱124、功能芯片122和被动元件128可以采用贴装的方式设置在封装基板120上。当然，在其他实施例中，导电柱124也可采用其他方式设置于封装基板120上，例如，可以在封装基板120上形成具有开口的光刻胶层，然后在光刻胶层的开口内利用电镀的方式形成导电柱124，最后去除该光刻胶层即可。
另外，为了降低整个气敏传感器的厚度，在上述贴装功能芯片122之前，需要减薄功能芯片122的厚度，使其厚度小于等于预定厚度，预定厚度可以为100微米、150微米、200微米等。具体实现过程可以为：将包含功能芯片122的圆片背面减薄至合适的厚度后，再切割为单颗功能芯片122。
S202：在封装基板120的承载面1200一侧形成塑封层126，塑封层126与导电柱124齐平。
具体地，请参阅图4b，图4b为图3中步骤S202对应的一实施方式的结构示意图。上述形成塑封层126的工艺可以为晶圆塑封工艺、注塑塑封工艺、压缩成型塑封工艺或其他塑封工艺。且上述形成塑封层126时，塑封层126的高度可以高于导电柱124，后续可以通过研磨的方式使得塑封层126与导电柱124齐平，导电柱124从塑封层126中露出。
此外，为了降低研磨过程中对第二封装器件12的损伤，还可在封装基板120背离塑封层126一侧设置可去除的保护膜，待研磨完成后，将该保护膜去除。
在另一个实施方式中，上述步骤S101之前还包括：提供第一封装体10，本申请对于提供第一封装体10和提供第二封装体12的顺序并无限定。第一封装体10除了包含上述气敏芯片100外，还可以包括基座102和盖板104，请参阅图5，图5为图2中步骤S101之前气敏传感器的制备方法另一实施方式的流程示意图。上述步骤S101之前提供第一封装体10的具体过程可以包括：
S301：在基座102的凹槽1020内设置气敏芯片100，且使气敏芯片100与基座102内的引脚106电连接。
具体地，请参阅图6a，图6a为图5中步骤S301对应的一实施方式的结构示意图。上述基座102内的引脚106的一端从凹槽1020中露出，引脚106的另一端从凹槽1020底部下方的基座102外表面露出；上述气敏芯片100可以通过打线的方式与引脚106从凹槽1020内露出的一端电连接。气敏芯片100的非功能面与基座102之间可以设置有粘性层，以使得气敏芯片100的位置固定。
S302：在凹槽1020的上方设置具有过孔1040的盖板104。
具体地，请参阅图6b，图6b为图5中步骤S302对应的一实施方式的结构示意图。上述盖板104可以仅覆盖基座102设置有凹槽1020的一侧表面；在其他实施例中，盖板104还可进一步覆盖基座102的外侧面。
此外，为了降低气敏芯片100在第一封装体10和第二封装体12贴合过程中受到污染的概率，上述盖板104远离基座102一侧可以设置有可去除的保护膜。
进一步，请参阅图7，图7为图2中步骤S101对应的一实施方式的结构示意图。上述步骤S101具体包括：将基座102朝向多个导电柱124设置，且使基座102的引脚106与对应位置处的导电柱124电连接。具体引脚106和导电柱124之间可以通过焊料等方式电连接。
此外，如图7所示，当封装基板120上设置有多个封装单元A时，在上述步骤S101之后，还可以包括：切割掉相邻封装单元A之间的塑封层126和封装基板120，以获得包含单个第一封装体10的气敏传感器。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种气敏传感器，其特征在于，包括：
第一封装体，包括气敏芯片；
第二封装体，层叠设置于所述第一封装体一侧，包括封装基板和位于所述封装基板的承载面上的功能芯片，所述气敏芯片和所述功能芯片分别与所述封装基板电连接。
2.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于，所述第二封装体还包括：
多个导电柱，位于所述承载面上，与所述封装基板电连接，且其高度大于所述功能芯片的高度；
塑封层，覆盖所述封装基板的所述承载面一侧，且与所述导电柱高度齐平；
其中，所述气敏芯片与所述导电柱从所述塑封层中露出的表面电连接。
3.根据权利要求2所述的气敏传感器，其特征在于，
所述第二封装体还包括至少一个被动元件，所述被动元件的高度小于所述导电柱的高度，且所述被动元件位于所述多个导电柱围设的区域内。
4.根据权利要求3所述的气敏传感器，其特征在于，
所述功能芯片、所述被动元件的厚度小于等于预定厚度。
5.根据权利要求2所述的气敏传感器，其特征在于，所述第一封装体还包括：
基座，包括向所述第二封装体一侧延伸的凹槽，且所述基座内设置有多个引脚，所述引脚的一端从所述凹槽中露出，所述引脚的另一端从所述基座面向所述第二封装体一侧露出，且露出位置与所述导电柱的位置对应并电连接；所述气敏芯片位于所述凹槽内，且与所述引脚从所述凹槽中露出的区域电连接；
具有过孔的盖板，覆盖所述基座远离所述第二封装体一侧表面。
6.根据权利要求5所述的气敏传感器，其特征在于，还包括：
可去除的保护膜，覆盖所述盖板远离所述基座一侧。
7.一种气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括：
将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，且使所述气敏芯片和所述封装基板电连接；其中，所述功能芯片位于所述封装基板的承载面上，且与所述封装基板电连接。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第二封装体还包括多个导电柱和塑封层，所述将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，之前，包括：
在所述封装基板的承载面上的每个封装单元内设置所述功能芯片和多个导电柱，其中，所述导电柱与所述封装基板电连接，且其高度大于所述功能芯片的高度；
在所述封装基板的所述承载面一侧形成塑封层，所述塑封层与所述导电柱齐平。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述在所述封装基板的承载面上的每个封装单元内设置所述功能芯片和多个导电柱，之前，包括：
减薄所述功能芯片的厚度，使其厚度小于等于预定厚度。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
所述第一封装体还包括基座和盖板，所述将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，之前，包括：在基座的凹槽内设置所述气敏芯片，且使所述气敏芯片与所述基座内的引脚电连接；在所述凹槽的上方设置具有过孔的盖板；其中，所述基座内的所述引脚的一端从所述凹槽中露出，所述引脚的另一端从所述凹槽底部下方的所述基座外表面露出；
所述将包含气敏芯片的第一封装体和包含功能芯片和封装基板的第二封装体层叠设置，包括：将所述基座朝向所述多个导电柱设置，且使所述基座的引脚与对应位置处的所述导电柱电连接。
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