微型多参数传感器制作方法及微型多参数传感器与流程

本发明实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种微型多参数传感器制作方法及微型多参数传感器。

背景技术：

多参数传感器与信号处理电路在使用的时候，很多情况下都需要配合使用，多参数传感器将采集到的参数传输给信号处理电路，由信号处理电路对采集到的信号进行处理。

现有的多参数传感器与信号处理电路主要采用分别封装在不同的电路板上，两者在相互结合时，体积大、重量重、需要安装的空间大，从而造成成本高。无法满足消费电子等在狭小空间使用的要求。

因此在狭小空间内，需要使用集成有信号处理电路的多参数传感器时，需要一种简单可行的方法，保证多传感器芯片与信号处理电路同时封装在微型化的同一壳体内，保证多参数传感器在小体积空间内的准确测量。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供一种微型多参数传感器制作方法及微型多参数传感器。

第一方面，本发明实施例提供一种集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，包括：

基于基板上用于导电连接信号处理电路的焊点，通过倒装焊的方式，将所述信号处理电路焊接在所述基板正面；

基于所述基板上用于导电连接若干传感器的焊盘和引线，通过引线键合的方式，将所述传感器焊接在所述基板正面，其中所述传感器位于所述信号处理电路的上面，所述传感器的背面与所述信号处理电路的背面固定连接；

基于所述基板上用于焊接外壳的焊片，通过回流焊的方式，将所述外壳焊接在所述基板正面，其中所述信号处理电路与所述传感器均位于所述外壳内。

第二方面，本发明实施例提供一种集成有信号处理电路的微型多参数传感器，所述微型多参数传感器通过本发明实施例第一方面提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法获得。

本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法及微型多参数传感器通过倒装焊的方式在基板上焊接信号处理电路，若干个传感器位于信号处理电路上面，传感器的背面与信号处理电路的背面接触固定，通过基板上焊盘和引线，以引线键合的方式焊接在基板正面，最后在基板正面通过焊片焊接外壳，以实现对整个传感器的封装，有效的减小了传感器的厚度和尺寸，同时避免了硅通孔工艺所要求的传感器衬底需要使用硅材料，适用于不同衬底材料多传感器的封装，满足了微型化的带有信号处理电路不同种类传感器封装要求，获得了封装后的微型化多参数传感器，并能够放置在手机等消费电子中，方法简单、操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的外壳结构示意图；

图3为发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的压力传感器芯片或湿度传感器芯片结构示意图；

图4为发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的信号处理电路芯片结构示意图；

图5为本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的基板结构示意图；

图6为本发明实施例提供的多参数传感器与信号处理电路封装结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前现有的多参数传感器与信号处理电路主要采用分别封装在不同的电路板上，两者在相互结合时，体积大、重量重、需要安装的空间大，从而造成成本高，带有信号处理电路的多种传感器，如温度、湿度、压力、气体等多种传感器集成的情况下，需要将多个传感器芯片与信号处理电路同时集成在封装在同一个壳体内，现有技术无法满足消费电子等在狭小空间使用的要求。

针对上述需求，使用简单可行的方法来实现多传感器芯片与信号处理电路同时封装在微型化的同一壳体内，保证多参数传感器在小体积内准确测量，本发明实施例提供一种集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，图1为本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤10、基于基板上用于导电连接信号处理电路的焊点，通过倒装焊的方式，将信号处理电路焊接在基板正面；

步骤11、基于基板上用于导电连接若干传感器的焊盘和引线，通过引线键合的方式，将传感器焊接在基板正面，其中传感器位于信号处理电路的上面，传感器的背面与信号处理电路的背面固定连接；

步骤12、基于基板上用于焊接外壳的焊片，通过回流焊的方式，将外壳焊接在基板正面，其中信号处理电路与传感器均位于外壳内。

具体地，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中通过倒装焊的焊接方式，将制作完成的信号处理电路通过基板正面的焊点焊接在基板正面，信号处理电路跟焊点导电连接，可通过焊点接收或输出电流或电压信号；若干个用于采集不同信号的传感器，即多个采集不同参数的传感器包括采集温度、湿度、压力、气体等不同参数的传感器，分别通过基板正面的焊盘和引线，以引线键合的方式焊接在基板正面，引线一端跟焊盘焊接，另一端跟传感器焊接，使得传感器可通过焊盘和引线输出电流或电压信号，且传感器位于信号处理电路上面，传感器的背面与信号处理电路的背面接触在一起进行固定；外壳通过基板上的焊片，以回流焊的方式焊接在基板正面，将信号处理电路与传感器封装在外壳内，其中，焊片与上述的焊点、焊盘和引线均不导通，其中，可在焊片上涂覆焊膏，进行回流焊，将外壳焊接在基板上，制作出整体外形微型化带有专用信号处理电路的温度、压力、湿度等多参数传感器。

本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法通过倒装焊的方式在基板上焊接信号处理电路，若干个传感器位于信号处理电路上面，传感器的背面与信号处理电路的背面接触固定，通过基板上焊盘和引线，以引线键合的方式焊接在基板正面，最后在基板正面通过焊片焊接外壳，以实现对整个传感器的封装，有效的减小了传感器的厚度和尺寸，同时避免了硅通孔工艺所要求的传感器衬底需要使用硅材料，适用于不同衬底材料多传感器的封装，满足了微型化的带有信号处理电路不同种类传感器封装要求，获得了封装后的微型化多参数传感器，并能够放置在手机等消费电子中，方法简单、操作方便。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，在基于基板上用于导电连接信号处理电路的焊点，通过倒装焊的方式，将信号处理电路焊接在基板正面之前，还包括：

基于传感器的信号输出端点和信号处理电路的信号输入端点之间的端点位置关系，在基板上制作焊点、焊盘和引线，其中：

信号处理电路的信号输入端点与焊点导电连通；

传感器的信号输出端点通过引线与焊盘导电连通。即在基板正面焊接信号处理电路之前，先在基板上制作焊点、焊盘和引线，根据传感器的信号输出端点和信号处理电路的信号输入端点之间的端点位置关系确定焊点、焊盘的位置，信号处理电路的信号输入端点与焊点导电连通，传感器的信号输出端点通过引线与焊盘导电连通，即引线一端连接在传感器的信号输出端点，另一端连接在焊盘上，从而使得信号处理电路通过焊点输入电流或电压信号，传感器通过焊盘以及引线输出电流或电压信号。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，在基于基板上用于导电连接信号处理电路的焊点，通过倒装焊的方式，将信号处理电路焊接在基板正面之前，还包括：

通过基板单层布线或多层布线，导电连通焊点和焊盘。即在基板正面焊接信号处理电路之前，在制作好焊点和焊盘之后，根据具体情况在基板上进行单层布线或多层布线，以实现焊点和焊盘之间的导电连接，从而使得传感器输出的电流或电压信号传输给信号处理电路做信号处理。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，在基于基板上用于导电连接信号处理电路的焊点，通过倒装焊的方式，将信号处理电路焊接在基板正面之前，还包括：

在基板背面制作信号输出焊盘，通过基板布线以及基板上的过孔，导电连接信号输出焊盘和信号处理电路的信号输出端点。即在基板正面焊接信号处理电路之前，根据之前信号处理电路在基本上的安装布局，确定信号输出端点位置后，在基板背面制作信号输出焊盘，以引出信号处理电路的信号输出端点输出的电压或电流信号，通过基板布线的方式将信号输出焊盘和信号处理电路的信号输出端点导电连接，其中布线方式为单层布线或多层布线均可。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，在基于基板上用于导电连接信号处理电路的焊点，通过倒装焊的方式，将信号处理电路焊接在基板正面之前，还包括：

基于若干传感器，制作用于处理传感器输出信号的信号处理电路，并对信号处理电路的芯片以及传感器的芯片均进行减薄处理。即在基板正面焊接信号处理电路之前，先要制作用用于处理传感器采集到的信号的信号处理电路，并对信号处理电路的芯片做减薄处理，厚度一般为150μm，并对传感器芯片也做减薄处理，一般为400μm。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，还包括：

在信号处理电路的信号输入端点制作第一电极，第一电极与焊点导电连通；

在传感器的信号输出端点制作第二电极，第二电极通过引线与焊盘导电连通。即本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中在信号处理电路的信号输入端点制作第一电极，第一电极与焊点导电连通；在传感器的信号输出端点制作第二电极，第二电极通过引线与焊盘导电连通，在信号输出端点制作第三电极，第三电极与信号输出焊盘导电连通，从而实现信号传输。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，在基于基板上用于导电连接信号处理电路的焊点，通过倒装焊的方式，将信号处理电路焊接在基板正面后，还包括：

通过胶粘剂将信号处理电路与基板固定粘接。即在基板正面焊接信号处理电路后，可通过胶粘剂将信号处理电路与基板固定粘接，以实现信号处理电路与基板相对固定，增强整体性。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的传感器的背面与信号处理电路的背面固定连接具体为：

通过胶粘剂将传感器的背面与信号处理电路的背面固定粘接。即为了实现进一步地固定传感器，以实现稳定结构，可用过胶粘剂将传感器的背面与信号处理电路的背面固定粘接。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，在基于基板上用于焊接外壳的焊片，通过回流焊的方式，将外壳焊接在基板正面之前，还包括：

在外壳上开设采集孔，传感器通过采集孔采集外部信号。即本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的外壳上开设有采集孔，在焊接外壳之前，可进行开设，传感器通过采集孔采集外部信号，包括温度、湿度、压力等。该外壳也可采用伐材料开模具一次性冲压而成，厚度为0.2mm～0.3mm，并在上面带有采集孔，作为感受采集量的传入通道，孔的直径为0.3mm～0.5mm。

本发明实施例还提供一种集成有信号处理电路的微型多参数传感器，该微型多参数传感器通过上述各发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法获得。

具体地，通过上述各发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法一步一步地制作得到集成有信号处理电路的微型多参数传感器，该微型多参数传感器集成了多个传感器和信号处理电路，在底层基板上焊接有信号处理电路，多参数传感器位于信号处理电路上面与基板焊接在一起，带有采集孔的外壳实现整体封装，并实现微型化，保证多参数传感器在小体积内准确测量。

本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，结合了在一个小的壳体内集成了多种传感器芯片与专用信号处理电路芯片，并采用一种叠层封装的方式，利用倒装焊与引线键合相结合的方式将不同材料衬底的传感器芯片与专用信号处理电路与基板进行信号引出。

为了更加清楚说明本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法，现以优选实施例进一步说明：

步骤20、外壳制作，图2为本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的外壳结构示意图，如图2所示，外壳1采用可伐材料开模具冲压而成，厚度为0.2mm～0.3mm，并在上面合适的位置开采集孔2，孔的直径为0.3mm～0.5mm，作为感受外部信号的传入通道；

步骤21、传感器芯片以压力敏感芯片和湿度敏感芯片为例：

压力传感器芯片和湿度传感器芯片制作，图3为发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的压力传感器芯片或湿度传感器芯片结构示意图，如图3所示，压力传感器芯片利用硅压阻原理制作，在压力传感器芯片衬底5上制作单晶硅敏感电阻4，在单晶硅敏感电阻4上制作压焊焊盘3，焊盘3材料可以为铝、铜等，压力传感器芯片衬底5采用cavity-soi硅片材料，片厚为400μm，以承受100kpa压力的压力传感器芯片为例，硅片腔深为6μm～10μm，敏感膜厚依据所设计的敏感膜尺寸为7μm～10μm，压力传感器芯片尺寸为0.8mm*0.8mm，图形制作完成后背面减薄到150μm；

湿度传感器芯片制作，如图3所示，压焊焊盘3的材料为金，电阻4为聚酰亚胺敏感材料，湿度传感器芯片衬底5为玻璃或陶瓷材料制作，片厚为400μm，敏感芯片尺寸为0.5mm*0.5mm，图形制作完成后背面减薄到150μm；

步骤22、信号处理电路芯片制作，图4为发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的信号处理电路芯片结构示意图，如图4所示，在电路芯片中利用三极管的结温集成了温度传感器，信号处理电路芯片6采用单晶硅材料，片厚为400μm，芯片尺寸为2mm×2mm，信号处理电路图形部分7包括：压力、温度、湿度信号提取电路、a/d转换器、数字信号处理电路、i²c接口电路及电源和偏置管理电路五大模块，在电极引出部分使用铜材料，制作完成后在铜焊盘上植上焊球，焊球使用锡银铜材料，制作完成后背面减薄到150μm，要求多传感器芯片合起来的总体尺寸小于专用信号处理电路的尺寸；

步骤23、基板制作，图5为本发明实施例提供的集成信号处理电路的微型多参数传感器制作方法中的基板结构示意图，如图5所示，基板的基底12，为有机材料fr4，厚度为0.2mm，在其上设计制作连接，并利用过孔的方法与下面信号输出焊盘13相连接，焊点9与信号处理电路信号输入端点对应，焊盘10与传感器芯片的信号输出端点对应，用于焊接外壳的焊片11固定在基板边缘，信号输出焊盘13的材料为铜或金；

步骤24、信号处理电路与基板封装，将图4所示的专用信号处理电路信号输入端点8与图5的基板中的焊盘9对准，进行回流焊，焊接温度为240℃～250℃,将信号处理电路与基板倒装焊接在一起，焊接完成后，填充me541胶进行固化；

步骤25、多传感器芯片与专用信号处理电路封装，在专用信号处理电路的背面涂me541胶，将压力、湿度传感器芯片的背面粘接在信号处理电路的背面；

步骤26、多传感器芯片信号引出，将压力、湿度传感器芯片的焊盘与基板上的焊盘利用热压或超声压焊的方法使用硅铝丝或金丝键合在一起，硅铝丝或金丝的直径为0.3mm；

步骤27、外壳与基板封装，制作与图5所示的焊片11，焊片材料为锡铋，在图5所示的焊片11中涂覆焊膏，将制作完成的焊片11放置在焊膏上，进行回流焊，焊接温度为145℃～150℃。按照上述制作方法，可以制作出整体外形尺寸≤3mm×3mm×1.5mm的微型化带有专用信号处理电路的温度、压力、湿度多传感器。

本发明实施例主要提供了一种带有信号处理电路的微型多参数传感器制作方法。由上述制作方法得到的传感器主要分为外壳、多传感器芯片、信号处理电路芯片和基板四个部分。该传感器的敏感芯片可以采用硅、玻璃、陶瓷等材料作为基底，在其上制作不同的敏感结构和敏感材料，其敏感芯片可以是多个。在传感芯片制作完成后，如果厚度不能满足使用要求，需要进行减薄处理，直到满足使用要求。然后制作专用信号处理电路，该电路需要能够处理传感器芯片的信号，必要时可以带有存储功能，并且可以集成部分敏感量，为满足叠层封装要求，该电路需要制作电极凸点，制作完成后需要减薄到所需要的厚度。基板为信号引出部分，需要制作与信号处理电路相对应的电极、敏感芯片相对应的电极、与外壳焊接对应的焊盘以及整体引岀焊盘等。制作过程为:将信号处理电路图形面倒置，与基板倒装焊接在一起，敏感芯片背面与信号处理电路背面通过胶粘剂背对背的粘接在一起，敏感芯片通过引线键合与基板相连，外壳与基板通过中间金属焊接。

其中，图6为本发明实施例提供的多参数传感器与信号处理电路封装结构示意图，如图6所示，信号处理电路61通过焊点64倒装焊接在基板62上，传感器芯片63通过焊盘65以及焊接引线66焊接在基板62上，传感器芯片63位于信号处理电路61上面，外壳通过基板62上的焊片67焊接在基板上，从而形成封闭的传感器。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。