一种带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器制造技术

本申请涉及一种带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于包括湿度传感器芯片，在所述芯片上表面包括湿度感测单元；壳体，所述壳体包括上表面以及上表面以下的凹腔，所述壳体下表面通过第二封装环与所述芯片上表面的第一封装环键合，从而在所述壳体与所述芯片之间形成空腔至少容纳所述湿度感测单元；以及所述壳体还包括一个或多个贯穿其上表面的通孔，所述通孔在所述芯片上表面的投影位于所述湿度感测单元范围内。述湿度感测单元范围内。述湿度感测单元范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器


[0001]本申请涉及一种MEMS(微机电系统)
，特别地涉及一种带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器。

技术介绍

[0002]随着技术发展，湿度在军事、气象农业、工业、医疗、建筑以及家用电器等方面有广泛使用。湿度传感器经过多年研究已有毛发、干湿、露点、电阻式等各种类型，但这些湿度传感器存在一致性差、价格贵、体积大、线性度差、回滞特性差等缺陷。
[0003]近年来，微机电技术通过采用先进的半导体制造工艺，实现微机电系统器件的批量制造，成为了一种主流的高新技术。利用MEMS技术制造，与CMOS工艺兼容的湿度传感器因具有一致性好、价格低、体积小等优点也开始广泛使用。
[0004]微机电系统器件一般包括至少一种敏感的活动部件，如湿度传感器中的感湿聚合物。因此在制造过程中需要利用封装等技术对敏感部件进行保护。此外，微机电系统器件中除了敏感部件，还要与集成电路电连接以形成一个完整的系统。因此在制作工艺中，如何实现系统的集成化是个重要的问题。目前常见的集成方案在封装过程中需要先将独立的微机电器件和集成电路芯片相邻安装在同一基板上，再通过引线将两部分电连接，最后用管壳封装完成集成。电容式湿度传感器的电容变化较为敏感，在封装过程中易导致湿度传感器精度变差，从而影响器件性能。
[0005]除了上述在封装过程中出现的问题，传统的半导体封装设备不能直接用于微机电器件的封装，且与现有的半导体封装测试设备不能很好兼容带来成本高昂的问题；传统封装工艺的真空密闭性较差同时会对敏感部件的保护造成影响。除此之外还有器件封装体积大、打线工艺造成封装形式占用空间大等问题。
[0006]微型化、集成化和低成本已经成为微机电器件封装的必然发展趋势，因此，如何解决现有技术的缺点并且实现小型化低成本集成化方案已成为亟待解决的课题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的技术问题，本申请提出了一种带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器，包括湿度传感器芯片，在所述芯片上表面包括湿度感测单元；壳体，所述壳体包括上表面以及上表面以下的凹腔，所述壳体下表面通过第二封装环与所述芯片上表面的第一封装环键合，从而在所述壳体与所述芯片之间形成空腔至少容纳所述湿度感测单元；以及所述壳体还包括一个或多个贯穿其上表面的通孔，所述通孔在所述芯片上表面的投影位于所述湿度感测单元范围内。
[0008]特别的，所述芯片包括第一衬底和集成电路单元，所述集成电路单元的一端与所述湿度感测单元电连接，所述集成电路单元的另一端通过贯穿所述第一衬底的导电通孔中的导电材料与外部电路电连接。
[0009]特别的，所述芯片包括加热结构，所述加热结构位于所述湿度感测单元的下方。
[0010]特别的，所述芯片包括加热结构，所述加热结构与所述湿度感测单元位于同一层。
[0011]特别的，所述湿度感测单元包括感湿聚合物以及叉指电极，所述叉指电极位于所述芯片的上表面，所述感湿聚合物覆盖所述叉指电极。
[0012]特别的，所述湿度感测单元还包括钝化层，所述钝化层位于所述感湿聚合物以及所述叉指电极之间且覆盖所述叉指电极。
[0013]特别的，所述叉指电极的结构包括单对叉指结构或差分式叉指结构。
[0014]特别的，所述壳体包括第二衬底以及绝缘层，所述绝缘层位于所述第二衬底上方构成所述壳体的上表面，其中所述凹腔形成于所述第二衬底中，所述通孔贯穿所述绝缘层。
[0015]特别的，所述一个或多个通孔的面积之和不小于所述湿度感测单元表面积的50％。
[0016]特别的，所述凹腔的部分或全部被所述第二衬底环绕。
[0017]特别的，所述第二衬底为硅衬底。
[0018]采用本申请的方案，可以大幅节省电容式湿度传感器芯片的占用空间，缩小湿度传感器的体积，同时减少打线工艺连接电路对芯片造成的影响。此外，本申请采用的电容式湿度传感器芯片设计还可以保护湿度感测单元，集成传感器和电路的同时隔离感湿介质和电路，保障器件性能，提高电容式湿度传感器的准确度。
附图说明
[0019]下面，将结合附图对本申请的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
[0020]图1A是根据本申请一个实施例的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器的剖面示意图；
[0021]图1B是根据本申请一个实施例的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器的整体结构示意图；
[0022]图2是根据本申请一个实施例的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器中湿度传感器芯片的剖面示意图；
[0023]图3A至B是根据本申请多个实施例的晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器中湿度传感器芯片的叉指电极结构示意图；以及
[0024]图4是根据本申请一个实施例的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器中壳体的剖面示意图。
具体实施方式
[0025]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0026]在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请
的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。在本文中“上方”或“下方”可表示彼此接触或不接触的上下相对位置关系。
[0027]图1A是根据本申请一个实施例的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器的剖面示意图。如图1A所示，带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器包括利用晶圆级对准键合技术彼此键合在一起的湿度传感器芯片10a和壳体10b，以及湿度传感器芯片10a和壳体10b键合形成的空腔。根据不同实施例，晶圆键合技术可采用金属键合、玻璃键合等方式。
[0028]根据一个实施例，如图1A所示，湿度传感器芯片10a用于感知外界湿度的变化，并将湿度变化转换成电信号通过集成电路传输至外部电路。湿度传感器芯片10a包括用于与被测空气接触的湿度感测单元23和第一封装环24，其中第一封装环24用于湿度传感器芯片10a与壳体10b的键合。其中，湿度感测单元23位于湿度传感器芯片10a和壳体10b键合产生的空腔中。
[0029]根据一个实施例，壳体10b位于湿度传感器芯片10a上方，在保证湿度感测单元23与空气接触的同时对湿度感测单元中的敏感器件起到保护作用。壳体10b至少包括凹腔402、凹腔402上方的通孔404和第二封装环41。凹腔402在湿度传感器芯片10a和壳体10b键合后与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于包括：湿度传感器芯片，在所述芯片上表面包括湿度感测单元；壳体，所述壳体包括上表面以及上表面以下的凹腔，所述壳体下表面通过第二封装环与所述芯片上表面的第一封装环键合，从而在所述壳体与所述芯片之间形成空腔至少容纳所述湿度感测单元；以及所述壳体还包括一个或多个贯穿其上表面的通孔，所述通孔在所述芯片上表面的投影位于所述湿度感测单元范围内。2.如权利要求1所述的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于所述芯片包括第一衬底和集成电路单元，所述集成电路单元的一端与所述湿度感测单元电连接，所述集成电路单元的另一端通过贯穿所述第一衬底的导电通孔中的导电材料与外部电路电连接。3.如权利要求2所述的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于所述芯片包括加热结构，所述加热结构位于所述湿度感测单元的下方。4.如权利要求2所述的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于所述芯片包括加热结构，所述加热结构与所述湿度感测单元位于同一层。5.如权利要求1所述的带有晶圆级封装的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍萍，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：