用于傳感器芯片的開放式封裝結構及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種用于傳感器芯片的開放式封裝結構及其制造方法，其包括承載襯底及位于所述承載襯底上的傳感器結構；所述承載襯底上鍵合固定有封裝封蓋，所述封裝封蓋包括用于與承載襯底鍵合連接的封蓋基體，所述封蓋基體內包括用于容納傳感器結構的腔體；封蓋基體與承載襯底鍵合連接后，傳感器結構伸入腔體內；傳感器結構的上方設有若干用于探測外界環境的探測孔，所述探測孔與腔體相連通，探測孔的內壁及腔體的內壁均覆蓋有防粘層，且所述防粘層覆蓋封蓋基體與外界接觸的對應表面。本發明專利技術實現芯片級封裝，體積小，能夠有效防止環境中的顆粒雜質與油污污染與傳感器芯片的接觸，與傳感器芯片制造工藝兼容，適應范圍廣，安全可靠。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種開放式封裝結構及其制造方法，尤其是一種，具體地說是一種能夠阻擋使用環境中的顆粒雜質及油污污染的封裝結構及其制造方法，屬于傳感器封裝的

技術介紹
隨著物聯網技術的發展，需要大量的傳感器對不同類型的數據進行采集。經過二十余年的研發，傳感器芯片的設計和制造工藝逐步成熟，但仍未能大量走出實驗室，發揮其在軍事和民品中的潛在應用，原因之一是傳感器芯片的封裝問題沒有得到很好的解決。因此，開發成熟可靠、低成本的傳感器封裝技術并應用到實際產品中就顯得尤為迫切。如今，有相當一部分傳感器被應用于工業自動化生產領域以及環境監測領域，對復雜環境中的環境參數(如人體器官內的生物信息、涂裝車間和設備內的工藝參數、食品和藥品包裝 中的保存環境等)進行檢測，在這些復雜環境中，通常存在有物理或化學雜質對裸露的傳感器芯片產生性能和壽命上的影響。因此，采取適當的封裝方法，是保證傳感器芯片在復雜環境中正常穩定工作的關鍵因素。以工廠的涂裝車間為例，該環境中存在大量的漆霧顆粒與油污可能影響需要與外界接觸的傳感器芯片的正常工作，于是該類傳感器的封裝必須能夠阻擋漆霧顆粒與油污，防止其與傳感器的敏感區域接觸或阻塞傳感器芯片探測外界環境的探測孔。2005年，丹麥森邁帝克公司專利技術了一種使用疏水性油性材料(多孔聚四氟乙烯)作為濕度傳感器芯片的保護膜，該保護膜位于濕度傳感器器件封裝殼體表面以阻擋外界環境中的雜質；2007年，德國特斯托公司提出了一種濕度傳感器的器件級封裝結構，該結構采用了多層保護膜，其中最外層為與上述案例相同的多孔特氟龍燒結體，內層為水蒸氣的選擇性透過膜，具體可以為磺化聚四氟乙烯或Nafion材料；2008年，德國博世公司在對汽車用傳感器提出了一種高可靠性的封裝方法，該方法在傳感器器件外部加上了一個具有燒結金屬過濾孔的外殼，使傳感器滿足在汽車排氣管道中環境參數檢測的需求；2011年，美國霍尼韋爾公司在傳感器器件級封裝中提出了多種不同的過濾結構，包括螺旋狀、孔狀和帶孔的膜狀，該結構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，目前傳感器的封裝中的防雜質或過濾結構已有較多的報道，但總的來說，均為體積較大的器件級封裝。隨著傳感系統的集成度越來越高以及應用場合的物理空間越來越小，龐大的傳感器封裝體積已經不能滿足未來的應用需求，于是需要對傳感器進行芯片級封裝，且采用與芯片加工制造工藝兼容的封裝方法。雖然密歇根大學于2005年提出了一種濕度傳感器的芯片級封裝方法，但該結構無法有效過濾外界環境的雜質，保護傳感器芯片。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種，其實現芯片級封裝，體積小，能夠有效防止環境中的顆粒雜質與油污污染與傳感器芯片的接觸，與傳感器芯片制造工藝兼容，適應范圍廣，安全可靠。按照本專利技術提供的技術方案，所述用于傳感器芯片的開放式封裝結構，包括承載襯底及位于所述承載襯底上的傳感器結構；所述承載襯底上鍵合固定有封裝封蓋，所述封裝封蓋包括用于與承載襯底鍵合連接的封蓋基體，所述封蓋基體內包括用于容納傳感器結構的腔體；封蓋基體與承載襯底鍵合連接后，傳感器結構伸入腔體內；傳感器結構的上方設有若干用于探測外界環境的探測孔，所述探測孔與腔體相連通，探測孔的內壁覆蓋有防粘層，且所述防粘層覆蓋封蓋基體與外界接觸的對應表面。所述封蓋基體包括用于與承載襯底鍵合連接的體式封蓋或薄膜封蓋；所述封蓋基體采用薄膜封蓋時，薄膜封蓋的第一表面與承載襯底相鍵合，探測孔貫通薄膜封蓋后與腔體相連通；所述探測孔的孔徑為I μ πΓ ΟΟ μ m。所述封蓋基體包括用于與承載襯底鍵合連接的體式封蓋或薄膜封蓋；所述封蓋基體采用體式封蓋時，體式封蓋的第一表面與承載襯底鍵合連接，第二表面覆蓋有防粘層；貫 通體式封蓋的探測孔與腔體相連通，所述探測孔的孔徑為I μ πΓ ΟΟ μ m。所述封蓋基體包括用于與承載襯底鍵合連接的體式封蓋或薄膜封蓋；所述封蓋基體采用體式封蓋時，所述腔體的側壁上設有第一導電層，所述第一導電層上覆蓋有陽極氧化種子層；在腔體的底壁上形成多孔陽極物薄膜；探測孔為貫通多孔陽極氧化物薄膜的孔狀結構，且探測孔與貫通體式封蓋的第一窗口相連通，所述第一窗口位于探測孔的正上方，所述探測孔的孔徑為IOnnTl μ m。所述封蓋基體包括用于與承載襯底鍵合連接的體式封蓋或薄膜封蓋；所述封蓋基體為體式封蓋時，所述體式封蓋的第一表面與承載襯底鍵合連接，第二表面覆蓋有第二導電層；貫通第二導電層的導電層開孔與貫通體式封蓋的第二窗口及位于第二窗口下方的腔體相連通；第二導電層上設置若干電紡纖維，位于導電層開孔上方的電紡纖維與導電層開孔間配合形成所需的探測孔，防粘層覆蓋第二窗口的內壁、導電層開孔的內壁、第二導電層及電紡纖維的表面。所述多孔陽極氧化物薄膜包括氧化鈦薄膜、氧化鋁薄膜或氧化硅薄膜。所述防粘層的材料包括聚四氟乙烯(特氟龍)、聚對二甲苯、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。一種用于傳感器的開放式封裝結構的制造方法，所述開放式封裝結構的制造方法包括如下步驟 a、提供體式襯底,選擇性地掩蔽和腐蝕所述體式襯底，以在體式襯底內形成所需的腔體； b、利用上述形成腔體的體式襯底，制作所需孔徑的探測孔，所述探測孔位于所述腔體底壁的正上方，并與腔體相連通，以形成所需的封蓋基體； C、在上述封蓋基體上制作防粘層，所述防粘層覆蓋探測孔的內壁及封蓋基體的外側表面； d、提供載有傳感器結構的承載襯底，將上述封蓋基體與承載襯底對準并進行鍵合，以形成位于承載襯底上鍵合固定的封裝封蓋，得到所需的開放式封裝結構。所述封蓋基體與承載襯底鍵合的方法包括表面活化鍵合、使用中間物鍵合或陽極鍵合；所述步驟c中，通過等離子增強型化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積、熱絲化學氣相沉積或真空涂覆的方法制作防粘層。所述步驟b包括如下步驟 bl、所述腔體的開口位于體式襯底的第一表面，在體式襯底的第二表面上淀積掩膜層； b2、選擇性地掩蔽和刻蝕所述掩膜層，得到貫通掩膜層的掩膜層開孔；b3、利用所述掩膜層及掩膜層開孔，在體式襯底進行反應離子刻蝕或濕法腐蝕，形成貫通體式襯底的探測孔，所述探測孔與掩膜層開孔及腔體相連通；以形成所需的體式封蓋。所述步驟b包括如下步驟 Si、所述腔體的開口位于體式襯底的第一表面，對體式襯底的第一表面及腔體的內壁圖形化，并對體式襯底的第一表面及腔體的內壁進行重摻雜，以形成薄膜封蓋； s2、提供臨時襯底，并將所述臨時襯底鍵合在體式襯底的第二表面上，以形成第一臨時鍵合體； S3、對上述第一臨時鍵合體進行各向同性的濕法腐蝕，以在腔體的底壁上形成貫通薄膜封蓋的探測孔，并在體式襯底內形成腐蝕腔體，所述腐蝕腔體與探測孔相連通。所述步驟b包括如下步驟 tl、所述腔體的開口位于體式襯底的第一表面，對體式襯底的第一表面及腔體的內壁采用物理氣相沉積法制作第一導電層，并在所述第一導電層上使用物理氣相沉積法制作陽極氧化種子層；第一導電層及陽極氧化種子層均覆蓋于體式襯底對應的第一表面及腔體的內壁； t2、在上述陽極氧化種子層上設置陽極氧化掩膜層，利用所述陽極氧化掩膜層在腔本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于傳感器芯片的開放式封裝結構，包括承載襯底（1）及位于所述承載襯底（1）上的傳感器結構（2）；其特征是：所述承載襯底（1）上鍵合固定有封裝封蓋（8），所述封裝封蓋（8）包括用于與承載襯底（1）鍵合連接的封蓋基體，所述封蓋基體內包括用于容納傳感器結構（2）的腔體（9）；封蓋基體與承載襯底（1）鍵合連接后，傳感器結構（2）伸入腔體（9）內；傳感器結構（2）的上方設有若干用于探測外界環境的探測孔（6），所述探測孔（6）與腔體（9）相連通，探測孔（6）的內壁覆蓋有防粘層（7），且所述防粘層（7）覆蓋封蓋基體與外界接觸的對應表面。

【技術特征摘要】
1.一種用于傳感器芯片的開放式封裝結構，包括承載襯底(I)及位于所述承載襯底(I)上的傳感器結構(2);其特征是所述承載襯底(I)上鍵合固定有封裝封蓋(8)，所述封裝封蓋(8)包括用于與承載襯底(I)鍵合連接的封蓋基體，所述封蓋基體內包括用于容納傳感器結構(2)的腔體(9);封蓋基體與承載襯底(I)鍵合連接后，傳感器結構(2)伸入腔體(9)內；傳感器結構(2)的上方設有若干用于探測外界環境的探測孔(6)，所述探測孔(6)與腔體(9)相連通，探測孔(6)的內壁覆蓋有防粘層(7)，且所述防粘層(7)覆蓋封蓋基體與外界接觸的對應表面。2.根據權利要求I所述的用于傳感器芯片的開放式封裝結構，其特征是所述封蓋基體包括用于與承載襯底(I)鍵合連接的體式封蓋(3)或薄膜封蓋(10);所述封蓋基體采用薄膜封蓋(10)時，薄膜封蓋(10)的第一表面與承載襯底(I)相鍵合，探測孔(6)貫通薄膜封蓋(10)后與腔體(9)相連通；所述探測孔(6)的孔徑為ΙμπΓ ΟΟμπι。3.根據權利要求I所述的用于傳感器芯片的開放式封裝結構，其特征是所述封蓋基體包括用于與承載襯底(I)鍵合連接的體式封蓋(3)或薄膜封蓋(10);所述封蓋基體采用體式封蓋(3)時，體式封蓋(3)的第一表面與承載襯底(I)鍵合連接，第二表面覆蓋有防粘層(7);貫通體式封蓋(3)的探測孔(6)與腔體(9)相連通，所述探測孔(6)的孔徑為I μ m 100 μ m。4.根據權利要求I所述的用于傳感器芯片的開放式封裝結構，其特征是所述封蓋基體包括用于與承載襯底(I)鍵合連接的體式封蓋(3 )或薄膜封蓋(10 );所述封蓋基體采用體式封蓋(3)時，所述腔體(9)的側壁上設有第一導電層(14)，所述第一導電層(14)上覆蓋有陽極氧化種子層(15);在腔體(9)的底壁上形成多孔陽極物薄膜(17);探測孔(6)為貫通多孔陽極氧化物薄膜(17)的孔狀結構，且探測孔(6)與貫通體式封蓋(3)的第一窗口( 18)相連通，所述第一窗口(18)位于探測孔(6)的正上方，所述探測孔(6)的孔徑為IOnnTl μ m。5.根據權利要求2所述的用于傳感器芯片的開放式封裝結構，其特征是所述封蓋基體包括用于與承載襯底(I)鍵合連接的體式封蓋(3)或薄膜封蓋(10);所述封蓋基體為體式封蓋(3)時，所述體式封蓋(3)的第一表面與承載襯底(I)鍵合連接，第二表面覆蓋有第二導電層(19);貫通第二導電層(19)的導電層開孔(20)與貫通體式封蓋(3)的第二窗口(22)及位于第二窗口(22)下方的腔體(9)相連通；第二導電層(19)上設置若干電紡纖維(24)，位于導電層開孔(20)上方的電紡纖維(24)與導電層開孔(20)間配合形成所需的探測孔(6)，防粘層(7)覆蓋第二窗口(22)的內壁、導電層開孔(20)的內壁、第二導電層(19)及電紡纖維(24)的表面。6.根據權利要求4所述的用于傳感器芯片的開放式封裝結構，其特征是所述多孔陽極氧化物薄膜(17)包括氧化鈦薄膜、氧化鋁薄膜或氧化硅薄膜。7.根據權利要求I所述的用于傳感器芯片的開放式封裝結構，其特征是所述防粘層(7)的材料包括聚四氟乙烯(特氟龍)、聚對二甲苯、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。8.一種用于傳感器的開放式封裝結構的制造方法，其特征是，所述開放式封裝結構的制造方法包括如下步驟 (a)、提供體式襯底(25)，選擇性地掩蔽和腐蝕所述體式襯底(25)，以在體式襯底(25)內形成所需的腔體(9)； (b)、利用上述形成腔體(9)的體式襯底(25)，制作所需孔徑的探測孔(6)，所述探測孔(6)位于所述腔體(9)底壁的正上方，并與腔體(9)相連通，以形成所需的封蓋基體； (c )、在上述封蓋基體上制作防粘層(7 )，所述防粘層(7 )覆蓋探測孔(6 )的內壁及封蓋基體的外側表面； (d)、提供載有傳感器結構(2)的承載襯底(1)，將上述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦毅恒，明安杰，張昕，譚振新，
申請(專利權)人：江蘇物聯網研究發展中心，
類型：發明
國別省市：