一种基于芯片堆叠技术的气体传感器及其封装结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于芯片堆叠技术的气体传感器及其封装结构，包括封装衬底、集成电路芯片、至少一个气体传感器芯片、导线、多个焊盘和引脚；所述集成电路芯片粘结在所述封装衬底的正面，所述引脚设置于封装衬底的背面，所述各个气体传感器芯片分别粘结在集成电路芯片上，所述焊盘分别设置在集成电路芯片、气体传感器芯片和封装衬底上，所述引脚和封装衬底上的焊盘相连通，所述封装衬底、集成电路芯片和气体传感器芯片上的焊盘分别通过导线键合实现电连接。采用一个集成电路芯片匹配多个气体传感器芯片的方式，不仅提高了集成度，而且整合并统一了多个气体传感器芯片的输出信号，提高了传感器应用的普适度和应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于MEMS技术的气体检测技术，尤其涉及的是一种基于芯片堆叠技术的气体传感器及其封装结构。
技术介绍
气体传感器是一种将气体中特定的成分通过某种原理检测出来，并且把检测出来的某种信号转换成适当的电学信号的器件。随着人类对环保、污染及公共安全等问题的日益重视，以及人们对于生活水平的要求的不断提高，气体传感器在工业、民用和环境监测三大主要领域内取得了广泛的应用。根据气体传感器检测气体的原理的不同，气体传感器主要包括催化燃烧式、电化学式、热导式、红外吸收式和半导体式气体传感器等。其中，半导体式气体传感器具有灵敏度高、操作方便、体积小、成本低廉、响应时间短和恢复时间短等优点，使得半导体式气体传感器得到了广泛应用，例如在对易燃易爆气体(如CH4，H2等)和有毒有害气体(如CO、NOx等)的探测中起着重要的作用。气体传感器在过去半个多世纪的发展历程中，广泛应用于石化、煤矿、医疗、航空航天、工业生产和家居生活等领域。随着物联网技术的发展，气体传感器的应用需求也不断增加，特别是具有小尺寸、低功耗、高灵敏和快响应的气体传感器具有迫切的应用需求。然而传统的气体传感器制造和封装技术，比如基于陶瓷管加热和管壳封装技术的半导体式气体传感器，在尺寸、功耗和灵敏度等方面已经难以满足物联网的应用需求。现在基于MEMS技术的气体传感器，有望解决这一问题，比如，中国技术专利，201520757454.3一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传感器，报道了一种低功耗高灵敏半导体式气体传感器。如何对MEMS气体传感器芯片和相应的配套集成电路芯片进行封装，是本领域专业人员关注的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于芯片堆叠技术的气体传感器及其封装结构，实现小尺寸、低功耗和高集成度。本技术是通过以下技术方案实现的，本技术包括封装衬底、集成电路芯片、至少一个气体传感器芯片、导线、多个焊盘和引脚；所述集成电路芯片粘结在所述封装衬底的正面，所述引脚设置于封装衬底的背面，所述各个气体传感器芯片分别粘结在集成电路芯片上，所述焊盘分别设置在集成电路芯片、气体传感器芯片和封装衬底上，所述引脚和封装衬底上的焊盘相连通，所述封装衬底、集成电路芯片和气体传感器芯片上的焊盘分别通过导线键合实现电连接。作为本技术的优选方式之一，所述导线为金丝。作为本技术的优选方式之一，所述集成电路芯片用于提供接口电源、控制信号、并采集处理气体传感器芯片的信号，所述气体传感器芯片采集气体信号。作为本技术的优选方式之一，所述封装衬底、集成电路芯片和气体传感器芯片上的焊盘分别沿各自的边框设置，便于金丝键合。作为本技术的优选方式之一，所述封装衬底为陶瓷材料制成。作为本技术的优选方式之一，所述引脚至少为四对。作为本技术的优选方式之一，所述引脚上设有镀金层。作为本技术的优选方式之一，所述集成电路芯片通过绝缘胶水粘结在封装衬底上，所述气体传感器芯片分别通过绝缘胶水粘结在集成电路芯片上。作为本技术的优选方式之一，所述集成电路芯片为IC工艺加工而成，所述气体传感器芯片为MEMS技术制成。一种所述的基于多芯片的气体传感器的封装结构，所述封装结构包括带有探测孔的封帽，所述封帽封装在所述气体传感器上。首先将集成电路芯片粘结在封装衬底上，然后把气体传感器芯片粘结在集成电路芯片上，可以是：将一个气体传感器芯片粘结在集成电路芯片上；也可以是将两个气体传感器芯片粘结在集成电路芯片上；还可以是将三个气体传感器芯片或是更多的气体传感器芯片粘结在集成电路芯片上。然后通过金丝焊接的方式，利用金丝把气体传感器芯片、集成电路芯片和封装衬底上的焊盘链接起来，实现电连接。最后，通过加上带探测孔的金属、陶瓷或塑料材质的封帽，完成封装后即可。本技术相比现有技术具有以下优点：本技术采用先进的MEMS技术制作气体传感器芯片，采用IC工艺制作配套气体传感器的集成电路芯片，与传统技术相比，不仅大幅度降低了传感器的功耗和尺寸，而且提高了气体传感器的灵敏度等性能，可以满足物联网和可穿戴设备等应用领域的需求。把多个气体传感器芯片和集成电路芯片的堆叠起来，进一步降低了整个传感器的尺寸，而且多个传感器芯片组成的阵列实现了在一个封装体内对多种气体的检测，提高了传感器的综合性能。采用一个集成电路芯片匹配多个气体传感器的方式，不仅提高了集成度，而且整合并统一了多个气体传感器芯片的输出信号，提高了传感器应用的普适度和应用范围。附图说明图1是实施例1的结构示意图；图2是实施例2的结构示意图；图3是实施例3的结构示意图；图4是封装衬底的仰视图。具体实施方式下面对本技术的实施例作详细说明，本实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1和图4所示，本实施例包括封装衬底1、集成电路芯片2、一个气体传感器芯片3、金丝4、多个焊盘5和引脚6；所述集成电路芯片2通过绝缘胶水粘结在所述封装衬底1的正面，气体传感器芯片3通过绝缘胶水粘结在集成电路芯片2上，所述引脚6设置于封装衬底1的背面，所述焊盘5分别设置在集成电路芯片2、气体传感器芯片3和封装衬底1上，所述引脚6和封装衬底1上的焊盘5相连通，所述封装衬底1、集成电路芯片2和气体传感器芯片3上的焊盘5分别通过金丝4键合实现电连接。本实施例的气体传感器芯片3基于MEMS技术制造完成，气体传感器芯片3尺寸为1.0mm×2.5mm，检测的气体种类分别为：氮氧化物，二氧化碳，挥发性有机物，氨气这四种典型气体。一个集成电路芯片2，基于0.18微米工艺加工完成，集成电路芯片2尺寸为2.2mm×3.3mm，为气体传感器芯片3提供工作电源和控制信号，采集并处理气体传感器感知的信号。封装衬底1采用的是氧化铝陶瓷，尺寸为3.5×4.8mm。封装衬底1下面有四对引脚6，引脚6的尺寸为0.5mm×1.0mm，引脚6表面设有镀金层0.5微米。装配过程：首先把集成电路芯片2粘结在封装衬底1上，然后把气体传感器芯片3通过粘结的方式堆叠在集成电路芯片2上，再用金丝球焊的方式通过金丝把焊盘5链接起来，最后用带探测孔的金属封帽进行封装。实施例2如图2所示，本实施例的两个气体传感器芯片3基于MEMS技术制造完成，每个气体传感器芯片3尺寸为1.0mm×1.2mm，检测的气体为：氮氧化物和二氧化碳。其他实施方式和实施例1相同。实施例3如图3所示，本实施例的四个气体传感器芯片3基于MEMS技术制造完成，每个气体传感器芯片3尺寸为0.5mm×1.0mm，检测的气体为：氮氧化物，二氧化碳，挥发性有机物，氨气这四种典型气体。其他实施方式和实施例1相同。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于芯片堆叠技术的气体传感器，其特征在于，包括封装衬底、集成电路芯片、至少一个气体传感器芯片、导线、多个焊盘和引脚；所述集成电路芯片粘结在所述封装衬底的正面，所述引脚设置于封装衬底的背面，所述各个气体传感器芯片分别粘结在集成电路芯片上，所述焊盘分别设置在集成电路芯片、气体传感器芯片和封装衬底上，所述引脚和封装衬底上的焊盘相连通，所述封装衬底、集成电路芯片和气体传感器芯片上的焊盘分别通过导线键合实现电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于芯片堆叠技术的气体传感器，其特征在于，包括封装衬底、集成电路芯片、至少一个气体传感器芯片、导线、多个焊盘和引脚；所述集成电路芯片粘结在所述封装衬底的正面，所述引脚设置于封装衬底的背面，所述各个气体传感器芯片分别粘结在集成电路芯片上，所述焊盘分别设置在集成电路芯片、气体传感器芯片和封装衬底上，所述引脚和封装衬底上的焊盘相连通，所述封装衬底、集成电路芯片和气体传感器芯片上的焊盘分别通过导线键合实现电连接。2.根据权利要求1所述的一种基于芯片堆叠技术的气体传感器，其特征在于，所述导线为金丝。3.根据权利要求1所述的一种基于芯片堆叠技术的气体传感器，其特征在于，所述集成电路芯片用于提供接口电源、控制信号、并采集处理气体传感器芯片的信号，所述气体传感器芯片采集气体信号。4.根据权利要求1所述的一种基于芯片堆叠技术的气体传感器，其特征在于，所述封装衬底、集成电路芯片和气体传...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，罗钱倩，
申请(专利权)人：合肥微纳传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34