一种基于芯片堆叠和倒装焊的气体传感器及其封装结构的制作方法

本实用新型涉及一种基于MEMS技术的气体检测技术，尤其涉及的是一种基于芯片堆叠和倒装焊的气体传感器及其封装结构。

背景技术：

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，中国实用新型专利，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。

技术实现要素：

本实用新型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和倒装焊的气体传感器及其封装结构，实现较大尺寸的气体传感器芯片和较小尺寸的集成电路芯片的堆叠封装。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括封装衬底、集成电路芯片、气体传感器芯片、导线、多个焊盘和引脚；所述集成电路芯片通过倒装焊焊接在所述封装衬底的正面，所述引脚设置于封装衬底的背面，所述气体传感器芯片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。

作为本实用新型的优选方式之一，所述导线为金丝。

作为本实用新型的优选方式之一，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。

作为本实用新型的优选方式之一，所述集成电路芯片上沉积焊球，所述集成电路芯片和封装衬底之间通过焊球进行倒装焊。

作为本实用新型的优选方式之一，所述封装衬底为陶瓷基板或PCB基板。

作为本实用新型的优选方式之一，所述引脚至少为四对。

作为本实用新型的优选方式之一，所述引脚上设有镀金层。

作为本实用新型的优选方式之一，所述气体传感器芯片通过绝缘胶水粘结在集成电路芯片上。

作为本实用新型的优选方式之一，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通过倒装焊技术焊接在封装衬底上，然后把气体传感器芯片粘结在集成电路芯片上，再通过金丝焊接的方式，利用金丝把气体传感器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。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：本实用新型采用先进的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。采用芯片堆叠和倒装焊技术，实现了对较大尺寸的气体传感器芯片和较小尺寸的集成电路芯片的堆叠封装，既减小了传感器的尺寸又确保了气体传感器芯片与环境气体的良好接触，提高了传感器的综合性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的立体图；

图3是封装衬底的仰视图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型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，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1～3所示，本实施例包括封装衬底1、集成电路芯片2、气体传感器芯片3、金丝4、多个焊盘5和引脚7；所述集成电路芯片2上沉积焊球6，所述集成电路芯片2和封装衬底1之间通过焊球6进行倒装焊，所述引脚7设置于封装衬底1的背面，所述气体传感器芯片3粘结在集成电路芯片2上，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7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1.5mm×1.0mm，检测的气体种类是挥发性有机物。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1.2mm×0.8mm，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3.5×2.8mm。封装衬底1下面有四对引脚7，引脚7的尺寸为0.5mm×1.0mm，引脚7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通过倒装焊的方式焊接在封装衬底1上，然后把气体传感器芯片3通过绝缘胶水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。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。