CN113176309A - 一种基于rdl工艺的半导体封装制作的湿度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其包括RDL金属层、感湿材料层、信号处理芯片和塑封材料层；RDL金属层设在感湿材料层的一侧，信号处理芯片设在感湿材料层的另一侧，塑封材料层设在感湿材料层的另一侧覆盖在信号处理芯片外表面，塑封材料层和感湿材料层形成容纳腔将信号处理芯片与空气隔绝，RDL金属层和信号处理芯片通过金属过孔连接，感湿材料层部分裸露并直接接触外界空气，以吸收空气中的水分引起其本身的介电常数的变化，RDL金属层和感湿材料层形成感应湿度变化的感湿电容；信号处理芯片检测感湿电容的变化量。本发明实现了湿度传感器高度集成化和微型化，不需考虑由工艺带来的测量电路和感湿单元的接口问题，提高稳定性，节约生产成本，可大规模批量制造。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备、电子器件技术领域，尤其涉及一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器。
背景技术
随着物联网的迅速发展，万物进入互联时代，对底层的数据获取提出了更高的要求，而湿度传感器作为湿度数据获取的重要器件其扮演的角色也愈加重要，其广泛应用在环境监测、生物制药、食品加工、国防军工等人们生活的方方面面，因而对其制备工艺也提出了更高的要求。现如今湿度传感器的制备工艺多样化，但是，大部分湿度传感器制备工艺繁琐、材料复杂、体积庞大、成本高昂，这些都成为湿度传感器发展的难点。
随着制备材料的丰富，湿度传感器可分为电阻型湿度传感器和电容型湿度传感器其基本原理都是将湿度变化转换成阻值或者容值变化。其中，电解质型和陶瓷型湿度传感器作为电阻型类的湿度传感器体积庞大，制备材料复杂，价格昂贵难以广泛应用。随着半导体工艺的进步，在CMOS工艺基础上衍生出MEMS技术制成的湿度传感器芯片，能够在很大程度上减少器件的尺寸，且使用该工艺和感湿材料聚酰亚胺（POLYIMIDE）制备的电容型湿度传感器相比于其他电阻型具有更加良好的性能，但是，由于感湿部分和测量电路的工艺不同，且大多数为分立元件，所以需要解决在该工艺下测量电路和感湿单元的接口问题，且MEMS技术为非标准CMOS工艺，有额外非常见工艺步骤，增加成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器。
本发明采用的技术方案是：
一种基于RDL（Re-Distribution Layer）工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其包括RDL金属层、感湿材料层、信号处理芯片和塑封材料层；RDL金属层设在感湿材料层里面，信号处理芯片设在感湿材料层的另一侧，塑封材料层设在感湿材料层的另一侧覆盖在信号处理芯片外表面，塑封材料层和感湿材料层形成容纳腔将信号处理芯片与空气隔绝，RDL金属层和信号处理芯片通过金属过孔连接，感湿材料层部分裸露并直接接触外界空气，以吸收空气中的水分引起其本身的介电常数的变化，RDL金属层和感湿材料层形成感应湿度变化的感湿电容；信号处理芯片检测感湿电容的变化量。
进一步地，作为一种优选实施方式，感湿材料层采用聚酰亚胺(PI)材料成型。
进一步地，作为一种优选实施方式，塑封材料层覆盖感湿材料层区域部分挖空，以便裸露塑封材料层直接接触外界空气。
进一步地，作为一种优选实施方式，感湿材料层的一侧朝上设置，感湿材料层的一侧部分裸露并直接接触外界空气。
进一步地，作为一种优选实施方式，感湿材料层的一侧朝下设置，感湿材料层的一侧部分裸露并直接接触外界空气。
进一步地，作为一种优选实施方式，RDL金属层构成感湿电容的上极板和下极板。
进一步地，作为一种优选实施方式，上极板和下极板形成长条形叉指结构、环形叉指结构。
本发明采用以上技术方案，在具有RDL（Re-Distribution Layer）工艺的芯片/晶圆封装过程中，利用RDL金属层并将其制作成感应外界环境湿度变化的电容。现如今具有RDL工艺的芯片封装技术已十分成熟，且成本日趋下降，比如说倒装芯片球栅阵列（FCBGA）、倒装芯片规模封装（FCCSP）、扇出晶圆级封装（FOWLP）、扇出面板级封装（FOPLP）等；而制作在芯片内的电路完成对因湿度变化感湿电容容值发生变化的检测，由此可形成一个封装整体，完成整个湿度传感器。本发明实现了湿度传感器高度集成化和微型化，不需考虑由工艺带来的测量电路和感湿单元的接口问题，提高稳定性，节约生产成本，可大规模批量制造。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器的结构示意图之一；
图2为本发明一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器的结构示意图之二；
图3为本发明一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器的结构示意图之3；
图4为本发明RDL金属层的长条形叉指结构示意图；
图5为本发明RDL金属层的环形叉指结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图5之一所示，本发明公开了其包括RDL金属层1、感湿材料层2、信号处理芯片3和塑封材料层5；RDL金属层1设在感湿材料层2的一侧，信号处理芯片3设在感湿材料层2的另一侧，塑封材料层5设在感湿材料层2的另一侧覆盖在信号处理芯片3外表面，塑封材料层5和感湿材料层2形成容纳腔将信号处理芯片3与空气隔绝，RDL金属层1和信号处理芯片3通过金属过孔4连接，感湿材料层2部分裸露并直接接触外界空气，以吸收空气中的水分引起其本身的介电常数的变化形成感应湿度变化的感湿电容；信号处理芯片3检测感湿电容的变化量。
进一步地，作为一种优选实施方式，感湿材料层2采用聚酰亚胺(PI)材料成型。
具体地，如图1至图3所示，本发明所提的具有RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器整体结构有三种形式。半导体封装工艺具有的RDL金属层1和感湿材料层2构成感应湿度变化的电容，电容值随湿度发生变化；感湿材料是感应湿度变化的电介质，电介质与外界空气接触，介电常数随环境湿度发生改变；信号处理芯片3处理感湿电容容值变化通过金属过孔4与感湿电容的RDL金属层1相互连接，信号处理芯片3制作在芯片内的电路完成电容变化量的检测，再由塑封材料层5将信号处理芯片3塑封。
进一步地，如图1所示，作为一种优选实施方式，塑封材料层5覆盖感湿材料层2区域部分挖空，以便裸露塑封材料层5直接接触外界空气，即湿度传感器感湿电容位于信号处理芯片3旁侧。
进一步地，如图2所示，作为一种优选实施方式，感湿材料层2的一侧朝上设置，感湿材料层2的一侧部分裸露并直接接触外界空气，即湿度传感器感湿电容位于信号处理芯片3顶部。
进一步地，如图3所示，作为一种优选实施方式，感湿材料层2的一侧朝下设置，感湿材料层2的一侧部分裸露并直接接触外界空气，即湿度传感器感湿电容位于信号处理芯片3底部。
进一步地，作为一种优选实施方式，RDL金属层1设有感湿电容的上下极板，上下极板都处于RDL金属层1上，上下极板形状构成可以是任意状，上下极板采用长条形叉指结构、环形叉指结构。
本发明中所提的将先进半导体封装技术中的RDL金属层1制作成感湿电容，其结构可以是任意状，如长条形叉指结构、环状叉指结构等。RDL制作的电容电极与制作在晶圆内电路相连，构成一个完整的数字湿度传感器。本发明所提的湿度传感器集成度高，制造成本低，抗干扰能力强。
本发明采用以上技术方案，在具有RDL（Re-Distribution Layer）工艺的芯片/晶圆封装过程中，利用RDL金属层1并将其制作成感应外界环境湿度变化的电容。现如今具有RDL工艺的芯片封装技术已十分成熟，且成本日趋下降，比如说倒装芯片球栅阵列（FCBGA）、倒装芯片规模封装（FCCSP）、扇出晶圆级封装（FOWLP）、扇出面板级封装（FOPLP）等；而制作在芯片内的电路完成对因湿度变化感湿电容容值发生变化的检测，由此可形成一个封装整体，完成整个湿度传感器。本发明实现了湿度传感器高度集成化和微型化，不需考虑由工艺带来的测量电路和感湿单元的接口问题，提高稳定性，节约生产成本，可大规模批量制造。
显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其特征在于：其包括RDL金属层、感湿材料层、信号处理芯片和塑封材料层； RDL金属层设在感湿材料层的一侧，信号处理芯片设在感湿材料层的另一侧，塑封材料层设在感湿材料层的另一侧覆盖在信号处理芯片外表面，塑封材料层和感湿材料层形成容纳腔将信号处理芯片与空气隔绝，RDL金属层和信号处理芯片通过金属过孔连接，感湿材料层部分裸露并直接接触外界空气，以吸收空气中的水分引起其本身的介电常数的变化形成感应湿度变化的感湿电容；信号处理芯片检测感湿电容的变化量。
2.根据权利要求1所述的一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其特征在于：感湿材料层采用聚酰亚胺(PI)材料成型。
3.根据权利要求1所述的一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其特征在于：塑封材料层覆盖感湿材料层区域部分挖空，以便裸露塑封材料层直接接触外界空气。
4.根据权利要求1所述的一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其特征在于：感湿材料层的一侧朝上设置，感湿材料层的一侧部分裸露并直接接触外界空气。
5.根据权利要求1所述的一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其特征在于：感湿材料层的一侧朝下设置，感湿材料层的一侧部分裸露并直接接触外界空气。
6.根据权利要求1所述的一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其特征在于： RDL金属层构成感湿电容的上极板和下极板。
7.根据权利要求6所述的一种基于RDL工艺的半导体封装制作的湿度传感器，其特征在于：上极板和下极板形成长条形叉指结构、环形叉指结构。
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