用于传感器芯片的开放式封装结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于传感器芯片的开放式封装结构及其制造方法，其包括承载衬底及位于所述承载衬底上的传感器结构；所述承载衬底上键合固定有封装封盖，所述封装封盖包括用于与承载衬底键合连接的封盖基体，所述封盖基体内包括用于容纳传感器结构的腔体；封盖基体与承载衬底键合连接后，传感器结构伸入腔体内；传感器结构的上方设有若干用于探测外界环境的探测孔，所述探测孔与腔体相连通，探测孔的内壁及腔体的内壁均覆盖有防粘层，且所述防粘层覆盖封盖基体与外界接触的对应表面。本发明专利技术实现芯片级封装，体积小，能够有效防止环境中的颗粒杂质与油污污染与传感器芯片的接触，与传感器芯片制造工艺兼容，适应范围广，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开放式封装结构及其制造方法，尤其是一种，具体地说是一种能够阻挡使用环境中的颗粒杂质及油污污染的封装结构及其制造方法，属于传感器封装的

技术介绍
随着物联网技术的发展，需要大量的传感器对不同类型的数据进行采集。经过二十余年的研发，传感器芯片的设计和制造工艺逐步成熟，但仍未能大量走出实验室，发挥其在军事和民品中的潜在应用，原因之一是传感器芯片的封装问题没有得到很好的解决。因此，开发成熟可靠、低成本的传感器封装技术并应用到实际产品中就显得尤为迫切。如今，有相当一部分传感器被应用于工业自动化生产领域以及环境监测领域，对复杂环境中的环境参数(如人体器官内的生物信息、涂装车间和设备内的工艺参数、食品和药品包装 中的保存环境等)进行检测，在这些复杂环境中，通常存在有物理或化学杂质对裸露的传感器芯片产生性能和寿命上的影响。因此，采取适当的封装方法，是保证传感器芯片在复杂环境中正常稳定工作的关键因素。以工厂的涂装车间为例，该环境中存在大量的漆雾颗粒与油污可能影响需要与外界接触的传感器芯片的正常工作，于是该类传感器的封装必须能够阻挡漆雾颗粒与油污，防止其与传感器的敏感区域接触或阻塞传感器芯片探测外界环境的探测孔。2005年，丹麦森迈帝克公司专利技术了一种使用疏水性油性材料(多孔聚四氟乙烯)作为湿度传感器芯片的保护膜，该保护膜位于湿度传感器器件封装壳体表面以阻挡外界环境中的杂质；2007年，德国特斯托公司提出了一种湿度传感器的器件级封装结构，该结构采用了多层保护膜，其中最外层为与上述案例相同的多孔特氟龙烧结体，内层为水蒸气的选择性透过膜，具体可以为磺化聚四氟乙烯或Nafion材料；2008年，德国博世公司在对汽车用传感器提出了一种高可靠性的封装方法，该方法在传感器器件外部加上了一个具有烧结金属过滤孔的外壳，使传感器满足在汽车排气管道中环境参数检测的需求；2011年，美国霍尼韦尔公司在传感器器件级封装中提出了多种不同的过滤结构，包括螺旋状、孔状和带孔的膜状，该结构采用不同的疏水材料制成。分析上述具有代表性的研究背景可知，目前传感器的封装中的防杂质或过滤结构已有较多的报道，但总的来说，均为体积较大的器件级封装。随着传感系统的集成度越来越高以及应用场合的物理空间越来越小，庞大的传感器封装体积已经不能满足未来的应用需求，于是需要对传感器进行芯片级封装，且采用与芯片加工制造工艺兼容的封装方法。虽然密歇根大学于2005年提出了一种湿度传感器的芯片级封装方法，但该结构无法有效过滤外界环境的杂质，保护传感器芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种，其实现芯片级封装，体积小，能够有效防止环境中的颗粒杂质与油污污染与传感器芯片的接触，与传感器芯片制造工艺兼容，适应范围广，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述用于传感器芯片的开放式封装结构，包括承载衬底及位于所述承载衬底上的传感器结构；所述承载衬底上键合固定有封装封盖，所述封装封盖包括用于与承载衬底键合连接的封盖基体，所述封盖基体内包括用于容纳传感器结构的腔体；封盖基体与承载衬底键合连接后，传感器结构伸入腔体内；传感器结构的上方设有若干用于探测外界环境的探测孔，所述探测孔与腔体相连通，探测孔的内壁覆盖有防粘层，且所述防粘层覆盖封盖基体与外界接触的对应表面。所述封盖基体包括用于与承载衬底键合连接的体式封盖或薄膜封盖；所述封盖基体采用薄膜封盖时，薄膜封盖的第一表面与承载衬底相键合，探测孔贯通薄膜封盖后与腔体相连通；所述探测孔的孔径为I μ πΓ ΟΟ μ m。所述封盖基体包括用于与承载衬底键合连接的体式封盖或薄膜封盖；所述封盖基体采用体式封盖时，体式封盖的第一表面与承载衬底键合连接，第二表面覆盖有防粘层；贯 通体式封盖的探测孔与腔体相连通，所述探测孔的孔径为I μ πΓ ΟΟ μ m。所述封盖基体包括用于与承载衬底键合连接的体式封盖或薄膜封盖；所述封盖基体采用体式封盖时，所述腔体的侧壁上设有第一导电层，所述第一导电层上覆盖有阳极氧化种子层；在腔体的底壁上形成多孔阳极物薄膜；探测孔为贯通多孔阳极氧化物薄膜的孔状结构，且探测孔与贯通体式封盖的第一窗口相连通，所述第一窗口位于探测孔的正上方，所述探测孔的孔径为IOnnTl μ m。所述封盖基体包括用于与承载衬底键合连接的体式封盖或薄膜封盖；所述封盖基体为体式封盖时，所述体式封盖的第一表面与承载衬底键合连接，第二表面覆盖有第二导电层；贯通第二导电层的导电层开孔与贯通体式封盖的第二窗口及位于第二窗口下方的腔体相连通；第二导电层上设置若干电纺纤维，位于导电层开孔上方的电纺纤维与导电层开孔间配合形成所需的探测孔，防粘层覆盖第二窗口的内壁、导电层开孔的内壁、第二导电层及电纺纤维的表面。所述多孔阳极氧化物薄膜包括氧化钛薄膜、氧化铝薄膜或氧化硅薄膜。所述防粘层的材料包括聚四氟乙烯(特氟龙)、聚对二甲苯、全氟癸羧酸、全氟辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、二氯二甲基硅烷、氯代硅烷、氯氟硅烷、甲氧基硅烷、三氯硅烷、硅酮、聚苯乙烯、聚氨基甲酸酯或聚硅氮烷。一种用于传感器的开放式封装结构的制造方法，所述开放式封装结构的制造方法包括如下步骤 a、提供体式衬底,选择性地掩蔽和腐蚀所述体式衬底，以在体式衬底内形成所需的腔体； b、利用上述形成腔体的体式衬底，制作所需孔径的探测孔，所述探测孔位于所述腔体底壁的正上方，并与腔体相连通，以形成所需的封盖基体； C、在上述封盖基体上制作防粘层，所述防粘层覆盖探测孔的内壁及封盖基体的外侧表面； d、提供载有传感器结构的承载衬底，将上述封盖基体与承载衬底对准并进行键合，以形成位于承载衬底上键合固定的封装封盖，得到所需的开放式封装结构。所述封盖基体与承载衬底键合的方法包括表面活化键合、使用中间物键合或阳极键合；所述步骤c中，通过等离子增强型化学气相沉积、低压化学气相沉积、热丝化学气相沉积或真空涂覆的方法制作防粘层。所述步骤b包括如下步骤 bl、所述腔体的开口位于体式衬底的第一表面，在体式衬底的第二表面上淀积掩膜层； b2、选择性地掩蔽和刻蚀所述掩膜层，得到贯通掩膜层的掩膜层开孔；b3、利用所述掩膜层及掩膜层开孔，在体式衬底进行反应离子刻蚀或湿法腐蚀，形成贯通体式衬底的探测孔，所述探测孔与掩膜层开孔及腔体相连通；以形成所需的体式封盖。所述步骤b包括如下步骤 Si、所述腔体的开口位于体式衬底的第一表面，对体式衬底的第一表面及腔体的内壁图形化，并对体式衬底的第一表面及腔体的内壁进行重掺杂，以形成薄膜封盖； s2、提供临时衬底，并将所述临时衬底键合在体式衬底的第二表面上，以形成第一临时键合体； S3、对上述第一临时键合体进行各向同性的湿法腐蚀，以在腔体的底壁上形成贯通薄膜封盖的探测孔，并在体式衬底内形成腐蚀腔体，所述腐蚀腔体与探测孔相连通。所述步骤b包括如下步骤 tl、所述腔体的开口位于体式衬底的第一表面，对体式衬底的第一表面及腔体的内壁采用物理气相沉积法制作第一导电层，并在所述第一导电层上使用物理气相沉积法制作阳极氧化种子层；第一导电层及阳极氧化种子层均覆盖于体式衬底对应的第一表面及腔体的内壁； t2、在上述阳极氧化种子层上设置阳极氧化掩膜层，利用所述阳极氧化掩膜层在腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于传感器芯片的开放式封装结构，包括承载衬底（1）及位于所述承载衬底（1）上的传感器结构（2）；其特征是：所述承载衬底（1）上键合固定有封装封盖（8），所述封装封盖（8）包括用于与承载衬底（1）键合连接的封盖基体，所述封盖基体内包括用于容纳传感器结构（2）的腔体（9）；封盖基体与承载衬底（1）键合连接后，传感器结构（2）伸入腔体（9）内；传感器结构（2）的上方设有若干用于探测外界环境的探测孔（6），所述探测孔（6）与腔体（9）相连通，探测孔（6）的内壁覆盖有防粘层（7），且所述防粘层（7）覆盖封盖基体与外界接触的对应表面。

【技术特征摘要】
1.一种用于传感器芯片的开放式封装结构，包括承载衬底(I)及位于所述承载衬底(I)上的传感器结构(2);其特征是所述承载衬底(I)上键合固定有封装封盖(8)，所述封装封盖(8)包括用于与承载衬底(I)键合连接的封盖基体，所述封盖基体内包括用于容纳传感器结构(2)的腔体(9);封盖基体与承载衬底(I)键合连接后，传感器结构(2)伸入腔体(9)内；传感器结构(2)的上方设有若干用于探测外界环境的探测孔(6)，所述探测孔(6)与腔体(9)相连通，探测孔(6)的内壁覆盖有防粘层(7)，且所述防粘层(7)覆盖封盖基体与外界接触的对应表面。2.根据权利要求I所述的用于传感器芯片的开放式封装结构，其特征是所述封盖基体包括用于与承载衬底(I)键合连接的体式封盖(3)或薄膜封盖(10);所述封盖基体采用薄膜封盖(10)时，薄膜封盖(10)的第一表面与承载衬底(I)相键合，探测孔(6)贯通薄膜封盖(10)后与腔体(9)相连通；所述探测孔(6)的孔径为ΙμπΓ ΟΟμπι。3.根据权利要求I所述的用于传感器芯片的开放式封装结构，其特征是所述封盖基体包括用于与承载衬底(I)键合连接的体式封盖(3)或薄膜封盖(10);所述封盖基体采用体式封盖(3)时，体式封盖(3)的第一表面与承载衬底(I)键合连接，第二表面覆盖有防粘层(7);贯通体式封盖(3)的探测孔(6)与腔体(9)相连通，所述探测孔(6)的孔径为I μ m 100 μ m。4.根据权利要求I所述的用于传感器芯片的开放式封装结构，其特征是所述封盖基体包括用于与承载衬底(I)键合连接的体式封盖(3 )或薄膜封盖(10 );所述封盖基体采用体式封盖(3)时，所述腔体(9)的侧壁上设有第一导电层(14)，所述第一导电层(14)上覆盖有阳极氧化种子层(15);在腔体(9)的底壁上形成多孔阳极物薄膜(17);探测孔(6)为贯通多孔阳极氧化物薄膜(17)的孔状结构，且探测孔(6)与贯通体式封盖(3)的第一窗口( 18)相连通，所述第一窗口(18)位于探测孔(6)的正上方，所述探测孔(6)的孔径为IOnnTl μ m。5.根据权利要求2所述的用于传感器芯片的开放式封装结构，其特征是所述封盖基体包括用于与承载衬底(I)键合连接的体式封盖(3)或薄膜封盖(10);所述封盖基体为体式封盖(3)时，所述体式封盖(3)的第一表面与承载衬底(I)键合连接，第二表面覆盖有第二导电层(19);贯通第二导电层(19)的导电层开孔(20)与贯通体式封盖(3)的第二窗口(22)及位于第二窗口(22)下方的腔体(9)相连通；第二导电层(19)上设置若干电纺纤维(24)，位于导电层开孔(20)上方的电纺纤维(24)与导电层开孔(20)间配合形成所需的探测孔(6)，防粘层(7)覆盖第二窗口(22)的内壁、导电层开孔(20)的内壁、第二导电层(19)及电纺纤维(24)的表面。6.根据权利要求4所述的用于传感器芯片的开放式封装结构，其特征是所述多孔阳极氧化物薄膜(17)包括氧化钛薄膜、氧化铝薄膜或氧化硅薄膜。7.根据权利要求I所述的用于传感器芯片的开放式封装结构，其特征是所述防粘层(7)的材料包括聚四氟乙烯(特氟龙)、聚对二甲苯、全氟癸羧酸、全氟辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、二氯二甲基硅烷、氯代硅烷、氯氟硅烷、甲氧基硅烷、三氯硅烷、硅酮、聚苯乙烯、聚氨基甲酸酯或聚硅氮烷。8.一种用于传感器的开放式封装结构的制造方法，其特征是，所述开放式封装结构的制造方法包括如下步骤 (a)、提供体式衬底(25)，选择性地掩蔽和腐蚀所述体式衬底(25)，以在体式衬底(25)内形成所需的腔体(9)； (b)、利用上述形成腔体(9)的体式衬底(25)，制作所需孔径的探测孔(6)，所述探测孔(6)位于所述腔体(9)底壁的正上方，并与腔体(9)相连通，以形成所需的封盖基体； (c )、在上述封盖基体上制作防粘层(7 )，所述防粘层(7 )覆盖探测孔(6 )的内壁及封盖基体的外侧表面； (d)、提供载有传感器结构(2)的承载衬底(1)，将上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦毅恒，明安杰，张昕，谭振新，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：