CN104515793B - 气体传感器封装件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体传感器封装件，包括：包括气体流入孔的第一基板；以及安装至第一基板并且包括布置成与气体流入孔对应的气体感测部的气体感测元件。根据本发明的气体传感器封装件可以应用于通常的IT器件，其中表现出封装件的整体尺寸的减小和制造成本的降低。

Description

气体传感器封装件
技术领域
本发明实施方案涉及气体传感器封装件。
背景技术
需要一种具有下述特征的气体传感器，诸如显示气体传感器能够如何快速地响应于环境的速度、尽管检测少量气体但也能够对所述气体的检测进行响应的敏感性、显示出气体传感器能够运行多久的耐用性，显示出传感器能够在无负担的情况下被用户使用的经济效率等。为了使该气体传感器与现有的半导体处理技术相结合，气体传感器应具有易于集成和计数的特征。以二氧化锡(SnO2)为材料制成的家用气体泄漏报警器作为实用的气体传感器已经广泛使用。气体传感器分为利用电阻值根据气体量的变化而变化的半导体型和利用当气体被吸收到振荡器(该振荡器以预定频率振荡)上时产生的振荡频率中的变化的振荡器型。大多数的气体传感器已被用作具有简单电路并在室温下显示稳定的热性能的半导体型气体传感器。
总体上，气体传感器具有其中气体传感材料或传感芯片被安装至气体传感器的封装件结构，并应当具有用于保护气体传感材料的上表面或传感芯片的上表面的单独的帽构件，并且该帽构件的上表面上设置由微小的网形成的网状构件以允许气体的通风。
在该用于感测气体的气体传感封装件中，由于盖构件和网状构件使得上部结构的高度增加，并且由于当传感器芯片连接至电极部时使用了引线接合法，因而气体传感封装件的整体尺寸进一步增加直至数倍至数十几倍于传感器芯片。由于此，存在对于实现小型化的气体传感器的限制。
发明内容
本发明关注以上问题，本发明的实施方案的方面提供了一种气体传感器封装件，其能够通过使用倒装芯片接合法将气体感测元件安装至基板来构造具有轻薄结构的气体传感器以使得能够经由形成在基板上的气体流入孔而进行感测。
根据本发明的实施方案的方面，提供了一种气体传感器封装件，其包括：包括气体流入孔的第一基板；以及气体感测元件，气体感测元件被安装至第一基板并且包括被布置成与气体流入孔对应的气体感测部。
根据本发明的另一实施方案，气体流入孔可以形成为穿过第一基板。
根据本发明的又一实施方案，第一基板还可以包括金属图案，并且气体感测元件可以接合至金属图案。
根据本发明的又一实施方案，气体传感器封装件还可以包括借助于穿过第一基板连接至各个金属图案的金属填充部。
根据本发明的又一实施方案，金属填充部中的每个金属填充部可以从第一基板的表面突出。
根据本发明的又一实施方案，气体传感器封装件还可以包括经由金属填充部连接至第一基板的第二基板。
根据本发明的又一实施方案，气体传感器封装件还可以包括在第一基板与第二基板之间以连通气体流入孔的气体流入部。
根据本发明的又一实施方案，气体传感器封装件还可以包括安装在第一基板上以改变气体感测元件的输出模式的输出改变部。
根据本发明的又一实施方案，输出改变部可以由电阻固定的元件或NTC(负温度系数)热敏电阻构成。
根据本发明的又一实施方案，气体传感器封装件还可以包括形成在气体感测元件上的模制部。
根据本发明的又一实施方案，模制部可以形成为填覆气体感测元件和第一基板的上表面。
根据本发明的又一实施方案，模制部可以被施加至气体感测元件的一侧和第一基板以使气体感测元件能够被固定至第一基板。
根据本发明的又一实施方案，气体传感器封装件还可以包括接合至气体感测元件以覆盖气体感测元件的保护部。
根据本发明的又一实施方案，气体传感器封装件还可以包括：具有用于使气体能够经由气体流入孔进入的空腔部的本体；以及用于感测气体的气体感测部。
附图说明
附图被包括到本说明书中以提供本发明的进一步理解，并且被结合到本说明书中并组成本说明书的一部分。附图图示了本发明的示例性实施方式，与描述一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1和图2为根据本发明的实施方案的气体感测封装件的主部的横截面视图；
图3至图5示出根据本发明的实施方案的气体感测元件；
图6为根据本发明的实施方案的气体感测封装件的上平面视图；
图7和图8示出其中气体感测通过将根据本发明的实施方案的气体感测封装件与印刷电路板(PCB)进行组合而实现的概念视图。
图9为示出在根据本发明的实施方案的气体感测封装件与PCB之间生成的空气传送流的概念视图；
图10示出根据本发明的实施方案的气体传感器封装件的截面概念视图；
图11示出安装至图10的气体传感器封装件的根据本发明的实施方案的气体感测元件的结构；
图12为示出用于根据图10的实施方案的气体传感器封装件的组合的概念视图；以及
图13为经图12的组合之后的气体传感器封装件的上平面视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明的实施方案的构造和操作。然而，然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限制本文中所提出的实施方案。在参照附图的说明中，无论附图的附图标记如何，贯穿说明书相似的附图标记指代相似的元件，并且省略对其的重复说明。术语例如第一和第二可以用于说明各种构成元件，但构成元件受这些术语限制。这些术语仅用于使构成元件与其他构成元件进行区分的目的。
在下文中将参照附图和实施例更全面地描述本发明的实施方案。还将理解的是，在元件称为在另一元件、基本、层(膜)、区、焊盘或图案“上”的情况下，该元件可以“直接”在其他元件或基板“上”，也可以存在“插入元件”。此外，将理解的是，在元件称为在另一元件、基本、层(膜)、区、焊盘或图案“下”的情况下，该元件可以“直接在...下”，也可以存在“一个或更多个插入元件”。在附图中，为了示出的清楚起见，元件和区的尺寸可能被放大、省略或示意性示出。在下文中，将参照附图描述实施方案。
图1和图2为根据本发明的实施方案的气体感测封装件的主部的横截面视图。图3示出根据本发明的实施方案的气体感测元件的主部的概念视图
参照图1至图3，根据本发明的实施方案的气体感测封装件包括：包括气体流入孔220的第一基板210；以及安装至第一基板210并且包括气体感测部110的气体感测元件100，其中气体感测部110被安装成面对第一基板的表面。
如图1所示，第一基板210被配置成使得经用金属材料图案化的金属图案211、212被包括在由绝缘材料制成的基板的表面上，并且具体地，第一基板包括被配置成穿过基板的上部和下部的气体流入孔220。
气体流入孔220用作通过暴露气体感测元件100的气体感测部110而使气体能够流动的通道。
此外，除气体流入孔220之外，第一基板210具有用于使第一基板210和外部基板或目标进行组合的多个通孔230，并且具体地，如图1和图2所示通孔230中的每个通孔被填充有金属材料(在下文中称作“金属填充部”)。如所示，金属填充部240被配置成突出至第一基板210的下部分到达固定部的程度。如此，在金属填充部240被配置成突出的情况下，金属填充部240用于提供气体运动通道同时被电连接至目标例如印刷电路板即稍后将描述的第二基板。
另外，第一基板210的上表面的金属图案211、212直接接合至气体感测元件100的各个电极焊盘130，并且金属图案211、212通常形成为如下结构：在该结构中在Cu层中包括有Ag、Au、Sn等表面处理镀层，使得可以提高与电极焊盘130的接合能力。
具体地，通过调整金属图案211、212的厚度使金属图案211、212中的每个金属图案形成为1μm至几百μm的范围以使气体能够流入气体感测元件100的侧面部分。
气体感测元件100可以包括能够进行气体感测的气体感测部110，并且所有已经被商品化了的气体感测型结构均可被应用为气体感测元件。使用氧化物半导体的感测元件、使用碳纳米管的感测元件、各种其他感测半导体芯片等均可被应用为气体感测元件。在本发明的实施方案中，气体感测部被特征性地安装成面对第一基板210的安装气体感测元件100的表面。
也就是说，气体感测元件100的电极焊盘130使用倒装芯片法直接接合至第一基板210的各个金属图案211、212使得可以去除接合引线。因而，可以减小封装件的面积，并且在气体感测部的上部中不需要单独的器具例如盖构件、网状构件等，由此确保了封装件的小型化和制造成本的降低。
如图1和图2所示，优选的是，气体感测元件100的气体感测部110被对齐成对应于第一基板100的气体流入孔220以通过来自外界的气体的运动而与气体进行接触。在感测效率方面，最有效的是，将气体感测部110对齐成经由气体流入孔220露出使得可以增加与气体的接触效率，也就是说，将气体感测部110设置成使得气体感测部110与气体流入孔220的中心部分对齐。
当然，本发明不限于此，并且关于对齐构造，气体感测部可以被设置成以预定范围与气体流入孔的中心部分偏离。在这种情况下，在本发明的实施方案中，在气体感测元件方面，气体检测可以通过气体流入部等来补充，从而可以实现提高感测效率的相同效果。
此外，在第一基板210中还可以包括有输出改变部400。输出改变部400可以由电阻固定的元件或NTC(负温度系数)热敏电阻构成。在电阻固定的元件或NTC(负温度系数)热敏电阻的情况下，电阻模式可被转化成电压模式，并且具体地，可以通过对于根据各温度的电阻改变而补偿初始感测材料而使NTC热敏电阻具有预定初始电压值。
同时，在图1和图2的实施方案中，在气体感测元件100上形成有模制部300。
此时，在图1的实施方案中，模制部300形成为填覆气体感测元件100和第一基板210的上表面，并且在图2的实施方案中，模制部300被施加至气体感测元件100的一侧和第一基板210以使气体感测元件100可以被固定至第一基板210。
根据图1的实施方案，有利的是，模制部300可以更稳定地形成为填覆气体感测元件100，并且根据图2的实施方案，有利的是，模制部300的尺寸可以最小化成使得材料成本可以最小化，气体传感器封装件可以变得更小，以及气体感测元件200可以被有效固定。
图3至图5为示出安装至在关于图1和图2的部分中所描述的气体感测封装件的根据本发明的实施方案的气体感测元件的实施例的概念视图。
图3为根据本发明的实施方案的气体感测元件100的透视图并且示出：在本体120的表面上布置有用于使用感测材料或感测芯片来进行检测的气体感测部110，并且在每个相邻表面上设置有可连接至外部端子的电极焊盘130，所以气体感测部110和电极焊盘130可以彼此电连接。
图4示出根据本发明的实施方案的气体感测元件100的下表面，并且图5示出气体感测元件100的沿图3和图4的线A-A′所取的横截面。
如图4和图5所示，在本体120内部形成有空腔部140使得可以获得气体停留时间。
气体感测元件100被安装成使得气体感测元件100面对图1和图2中的第一基板210的表面，并且具体地，气体感测元件被安装成使得可以检测流经第一基板210的气体流入孔220的气体。
图1和图2示出气体感测元件100安装至第一基板的结构，并且考虑到结构差，可以以如下方式进行模制以保持空腔部140：在将空腔部140保持在气体感测元件100内部的同时使用高粘度模制材料例如环氧树脂等对气体感测元件、或电阻固定的元件或NTC(负温度系数)热敏电阻进行模制。
此时，在使用低粘度模制材料的情况下，对气体感测元件100或电阻固定的元件或NTC(负温度系数)热敏电阻的除上表面之外的仅周围部进行模制并固定使得可以将空腔部140保持在气体感测元件100内部，由此能够提高感测效率。
与布置在常规感测部的上部分处的盖构件或网状构件不同，模制部300为用于固定气体感测元件100本身的固定材料，并且由于模制部的尺寸非常小而几乎不会增加封装件的尺寸。
图6示出表示图1和图2的气体感测元件100安装至第一基板210的状态的上平面视图。
如在图6中所示，气体感测元件100的气体感测部110使用倒装芯片法被接合至第一基板210的表面上使得气体感测部能够面对第一基板的表面。
金属填充部240可以布置在第一基板210的下部分处并且在第一基板上还可以包括有电阻固定的元件或NTC(负温度系数)热敏电阻400。
图7和图8示出其中根据图1和图2的实施方案的封装件被接合至第二基板500的结构的应用实施例。
根据图7和图8，印刷电路板可以应用为第二基板500。具体地，印刷电路板可以由柔性材料制成，并且如所述，作为印刷电路板的第二基板500被电连接至第一基板210的金属填充部240。
此时，由于金属填充部240沿第一基板210的下表面的方向突出成预定部分的程度，所以即使在金属填充部已经连接至第二基板500之后，也会形成预定间隔部510，并且如所示，间隔部510形成作为气体运动通道的气体流入部510。
气体流入部510能够使气体经由设置在第一基板处的气体流入孔220与气体感测部110直接进行接触并且还通过能够使从气体感测元件100的侧面部分流出的气体与气体感测部110进行接触而确保了感测效率的增加。
由于常规气体传感器被实现成使得气体感测部被布置成面对基底的上表面，所以为了确保与气体的接触效率，气体感测部应该必需面对基底的上部分并且需要网状结构的保护网等，因此，必定会增加每个封装件的尺寸。然而，在根据本发明的实施方案的封装件中，由于设置有气体感测部110的部分被实现成与第一基板210的表面接触，所以没有装配单独的盖使得可以使封装件最小化并且可以减小制造成本。此外，由于实现了用于将来自气体流入孔220和气体感测元件的侧面的气体导引至气体感测部的气体流入部510，所以还可以确保感测效率。
图9为图8的封装件的当从上方观看时的平面概念视图并且示出在下PCB 500与第一基板210已经彼此连接之后经由气体流入部510的气体运动通道X、Y。
如在图9中所示，实现了从右面和左面经由第一基板210与下PCB500之间的气体流入部510流动的气体以及从气体感测元件100流动的气体的平滑通风，使得气体可以更容易地被传送至气体感测部110。
图10示出根据本发明的另一实施方案的气体传感器封装件的截面概念视图，并且图11示出安装至图10的气体传感器封装件的根据本发明的另一实施方案的气体感测元件的结构。
参照图10和图11，气体传感器封装件包括：包括金属图案和气体流入孔220的第一基板210；以及安装至金属图案211、212的气体感测元件110，其中气体感测部110布置成与气体流入孔220对应。
气体流入孔220为使得气体传感器封装件能够以倒装芯片接合法实现的基础元件，并且还能够与气体感测元件100内部的空腔部140一起增加感测效率。
气体感测元件100基本上用于检测气体并且包括包含用于能够进行气体感测的感测材料的气体感测部110。所有已经被商品化了的气体感测型结构均可被应用为气体感测元件，也就是说，使用氧化物半导体的感测元件、使用碳纳米管的感测元件、各种其他感测半导体芯片等均可被应用为气体感测元件。
气体感测元件100的电极焊盘130使用倒装芯片法直接接合至第一基板210的各个金属图案211、212使得可以去除接合引线。因而，可以减小封装件的面积，并且在气体感测部的上部中不需要单独的器具例如盖构件、网状构件等，由此确保了封装件的小型化和制造成本的降低。
具体地，如图11所示，气体感测元件100可以包括：具有下表面121的本体120；侧壁122和空腔部140；以及配置成用于感测穿过空腔部140或第一基板210的气体流入孔220的气体的气体感测部110。
具体地，本体120可以配置成使得形成空腔140并且气体感测部110布置在下表面121的相反表面上。
为了增加气体感测部110的气体感测效率，在下表面121中可以形成有多个连通孔，并且在图10所示的结构中，通过能够使穿过气体流入孔220的气体停留在空腔部140中，可以提高气体感测效率。
此时，如果任何元件由具有绝缘性质的材料制成，则所有元件可以应用为第一基板210。例如，可以应用PI、PET、PPG等。
另外，在第一基板210上可以形成有通过用金属材料填充通孔231而突出至第一基板210的下部分的金属填充部230。
因此，在第二基板例如印刷电路板被额外地连接至第一基板210的下部分的情况下，第一基板210和第二基板通过在与第一基板的连接中的突出金属填充部230而彼此隔离，使得可以形成气体运动通道，并且气体可以自由运动，由此能够得到更高的气体感测效率。
另外，第一基板210的上表面的金属图案211、212直接接合至气体感测元件100的各个电极焊盘130，并且金属图案211、212通常形成为如下结构：在该结构中在Cu层中包括有Ag、Au、Sn等表面处理镀层，使得可以提高与电极焊盘130的接合能力。
具体地，通过调整金属图案211、212的厚度使金属图案211、212中的每个金属图案形成为1μm至几百μm的范围以使气体能够流入气体感测元件100的侧面部分。
另外，在图10的实施方案中，气体感测元件100的气体感测部110被对齐成对应于第一基板100的气体流入孔220以通过来自外界的气体的运动而与气体进行接触。
在感测效率方面，最有效的是，将气体感测部110对齐成经由气体流入孔220露出使得可以增加与气体的接触效率，也就是说，将气体感测部110设置成使得气体感测部110与气体流入孔220的中心部分对齐。
当然，本发明不限于此，并且关于对齐构造，气体感测部可以被设置成以预定范围与气体流入孔的中心部分偏离。在这种情况下，在本发明的实施方案中，在气体感测元件方面，气体检测可以通过气体流入部等来补充，从而可以实现提高感测效率的相同效果。
图12为示出根据图10的实施方案的气体传感器封装件的组合的概念视图，并且图13为经图12的组合之后的气体传感器封装件的上平面视图。
参照图12和图13，气体的流通经由设置在第一基板210处的气体流入孔220进行，使得气体可以从下部分进入。
另外，气体感测元件100的电极焊盘130连接至设置在第一基板210的表面上的各个金属图案211、212，使得气体感测元件100与第一基板210之间的连接可以以倒装芯片接合法实现。
空腔部形成在气体感测元件100的本体120内部使得可以实现使本体的上部分开口的结构，并且如所示，使用模制材料可以将保护部150连接至气体感测元件100的本体的上部分。
各种模制材料可以应用为保护部150，并且保护部可以形成为通过使用例如高粘度模制材料例如环氧树脂等围绕气体感测元件100。在这种情况下，具体地，如图12和图13所示，保护部150的形状形成为结构X1、X2，在结构X1、X2中保护部150的侧面的一部分或整个部分开口，使得侧面处的气体自由运动。
在保护部150使用模制材料形成的情况下，即使在应用低粘度模制材料的情况以及应用高粘度模制材料的情况下也对气体感测元件100的除上表面之外的仅周围部进行模制并固定，气体感测元件100内部的空腔部被保持，由此能够提高气体感测效率。
如上所述，根据本发明的实施方案，由于气体感测元件以倒装芯片法安装以经由形成在基板中的气体流入孔进行感测使得气体传感器可以形成为非常轻薄的结构。
具体地，有利的是，由于气体感测元件直接安装至基板的金属电极，所以不需要引线接合，所以可以减小封装件的面积，并且还可以减小封装件的整体高度。
另外，与常规气体传感器封装件不同，不需要用于保护传感器芯片的上部分的气体感测部的单独的盖使得可以进一步减小制造成本，并且可以使封装件进一步小型化。
此外，有利的是，气体可以除起初穿过基板的作为气体通道的气体流入孔进入之外穿过芯片的侧面的间隔部进入以用于感测，使得可以实现有效感测。
基于如上所述的轻薄结构和多个功能，根据本发明的各种实施方案的气体传感器封装件可以应用于通常的IT器件，其中表现出封装件的整体尺寸的减小和制造成本的降低。
如之前描述的，在本发明的详细描述中，已经描述了本发明的详细的示例性实施方式，应当明显的是在不偏离本发明的精神或范围的情况下可由技术人员做出改型和变型。因此，需理解的是前述是对本发明的说明而不应解释为对所公开的具体实施方式的限制，并且对所公开的实施方式的改型以及其它实施方式意在被包括在所附权利要求及其等效物的范围内。

Claims (4)

1.一种气体传感器封装件，包括：
包括气体流入孔和金属图案的第一基板；以及
气体感测元件，所述气体感测元件被安装至所述第一基板并且包括被布置成与所述气体流入孔对应的气体感测部，并且所述气体感测元件被接合至所述金属图案，
金属填充部，所述金属填充部借助于穿过所述第一基板连接至各个金属图案，其中所述金属填充部中的每个金属填充部从所述第一基板的底表面突出，所述每个金属填充部由单块金属形成；
第二基板，所述第二基板经由所述金属填充部连接至所述第一基板；以及
输出改变部，所述输出改变部安装在所述第一基板上以改变所述气体感测元件的输出模式；
其中所述第一基板具有用于组合所述第一基板和所述第二基板的通孔，
其中所述通孔被所述金属填充部填充，
其中所述金属填充部的顶表面直接物理接触所述金属图案，
其中所述金属填充部的底表面直接物理接触所述第二基板；以及
所述气体感测元件包括本体，所述本体中形成有空腔部使得所述本体的上部分是开口的；
所述气体传感器封装件还包括接合至所述气体感测元件的由模制材料制成的保护部，以覆盖所述气体感测元件的除所述空腔部之外的所述本体的所述上部分；以及
其中所述气体感测元件内部的所述空腔部被保持；并且其中
所述保护部的侧面的至少一部分是开口的使得气体能够运动；
所述气体传感器封装件还包括形成在所述气体感测元件上的模制部，其中所述模制部形成为填覆所述第一基板的上表面以及所述气体感测元件，
其中所述气体感测元件通过所述模制部固定至所述第一基板，
其中所述气体感测元件的电极焊盘直接接合至所述各个金属图案，以及
其中所述气体感测部的最低表面位于比所述金属图案中的每个金属图案的顶表面更低的水平处。
2.根据权利要求1所述的气体传感器封装件，其中，所述气体流入孔穿过所述第一基板。
3.根据权利要求1所述的气体传感器封装件，还包括形成在所述第一基板与所述第二基板之间以连通所述气体流入孔的气体流入部。
4.根据权利要求1所述的气体传感器封装件，其中所述输出改变部是电阻固定的元件或负温度系数热敏电阻。
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