CN207798140U - 一种芯片的集成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种芯片的集成装置，在衬底上依次设置有压力传感器的第一下电极、对压力敏感的第一上电极，第一下电极、第一上电极构成了压力传感器的电容器结构；在所述衬底上设置有第二下电极、第二上电极，在所述第二下电极、第二上电极之间设置有湿敏材料；第二下电极、第二上电极、湿敏材料构成了湿度传感器的电容器结构；在所述衬底上经掺杂还形成有用于检测温度的二极管。本实用新型的集成装置，可以大大降低封装的尺寸，简化了芯片安装的工序。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，更具体地，本实用新型涉及温度传感器、湿度传感器、温度传感器的集成。
背景技术
随着工业数字化、智能化发展，传感器在可穿戴设备、智能家居、智慧交通、工业制造等领域中得到了广泛的应用。而且，随着科技的发展以及用户要求的提高，传感器目前正朝着智能化、集成化、微型化的趋势发展。
气压、温度和湿度是与人们日常生活息息相关的三个物理量，其中气压数据可以用来探测垂直方向的高度变化来进行运动监测、室内导航及辅助气象预报。温度数据可以反映环境或者终端内部的温度状态。湿度数据可以用来检测环境湿度，湿度过小会增加呼吸系统负担，湿度过大会增加霉菌的滋生。因此这三类传感器被广泛应用在智能穿戴及智能家居等领域。
现有的电子设备，都是在电路板上分别贴装压力传感器芯片、湿度传感器芯片、温度传感器芯片，这不但占用了较大的电路板的面积，而且贴装工艺繁琐。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供了一种芯片的集成装置。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种芯片的集成装置，包括衬底，在所述衬底上依次设置有压力传感器的第一下电极、对压力敏感的第一上电极，所述第一下电极、第一上电极之间通过牺牲层支撑；所述第一下电极、第一上电极之间形成的腔体为真空腔体，且构成了压力传感器的电容器结构；
在所述衬底上还设置有第二下电极、第二上电极，在所述第二下电极、第二上电极之间设置有湿敏材料；在所述第二上电极上还设置有将湿敏材料露出的通孔，所述第二下电极、第二上电极、湿敏材料构成了湿度传感器的电容器结构；
在所述衬底上经掺杂还形成有PN结的二极管，所述二极管构成了用于检测温度的温度传感器。
可选地，所述第一下电极、第二下电极同时形成，所述第一上电极、第二上电极采用相同的材质同时成型。
可选地，所述第一下电极、第二下电极经过掺杂的工艺在衬底上形成。
可选地，所述衬底采用单晶硅材质。
可选地，所述第一上电极、第二上电极为多晶硅材质。
可选地，在所述第一上电极上设置有腐蚀孔，所述腔体通过所述腐蚀孔腐蚀部分牺牲层得到；还包括填充所述腐蚀孔的钝化层。
可选地，所述钝化层覆盖在第一上电极、第二上电极的上表面。
可选地，在所述钝化层上还设置有用于将压力传感器、湿度传感器、温度传感器信号引出的焊盘。
可选地，在所述第一上电极、第二上电极的下表面设置有钝化层。
可选地，所述湿敏材料为聚酰亚胺。
本实用新型提出了一种新的传感器芯片结构，在同一个芯片上集成了气压、湿度和温度三种传感器，利用电容式原理来测量环境的气压和湿度变化，利用热敏二极管来测量环境温度。本实用新型的集成装置，可以大大降低封装的尺寸，简化了芯片安装的工序。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
图1是本实用新型集成装置的剖面图。
图2是本实用新型集成装置的俯视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了减小封装的整体尺寸，本实用新型提供了一种芯片的集成装置，其包括衬底1，在所述衬底1的上端设置有压力传感器2、湿度传感器3，以及温度传感器4，使得可以将压力传感器2、湿度传感器3、温度传感器4集成在同一个芯片上。
具体地，参考图1，本实用新型的集成装置，在所述衬底1上设置有第一下电极20、对压力敏感的第一上电极21，以及将第一上电极21支撑在第一下电极20上方的牺牲层23。第一上电极21、牺牲层23、第一下电极20围成了密闭的腔体22，且该腔体22为真空腔。第一上电极21与第一下电极20构成了压力传感器2的平板电容器结构。当外界压力发生变化的时候，第一上电极21会发生相应的形变，以改变其与第一下电极20之间的间距，进而改变电容值。通过检测电容值的变化，来反映外界气压值。这种平板电容器属于本领域技术人员所熟知的结构，在此不再具体说明。
在所述衬底1上还设置有第二下电极30、第二上电极31以及位于第二上电极31与第二下电极30之间的湿敏材料32。其中，第二上电极31与第二下电极30构成了湿度传感器3平板电容器结构的两个极板。该湿敏材料32可以是本领域技术人员所熟知的对湿度敏感的材质，例如聚酰亚胺等。当外界湿度发生变化时，该湿敏材料32会吸收周围环境中的水分子，从而改变第二上电极31与第二下电极30之间的介电常数。当外界的湿气被湿敏材料32吸收时，湿敏材料32的介电常数会发生改变，进而改变平板电容器的电容值，通过检测电容值的变化，来反映湿度值。
本实用新型的衬底1可以采用单晶硅材质，通过对衬底1的掺杂以在衬底1的相应位置同时形成第一下电极20、第二下电极30。之后可在第一下电极20的区域沉积牺牲层23，在第二下电极30的区域沉积湿敏材料32。之后在牺牲层23、湿敏材料32的上方同时沉积多晶硅材质，经过对多晶硅材质的图案化处理，形成了第一上电极21、第二上电极31。
为了形成第一下电极20与第一上电极21之间的腔体22，可在第一上电极21上设置腐蚀孔，通过该腐蚀孔可以将位于第一下电极20与第一上电极21之间的部分牺牲层23腐蚀掉。压力传感器的腔体22需为真空腔体，因此可通过第一钝化层61将所述腐蚀孔进行封闭。
第一钝化层61可以选用本领域技术人员所熟知的氮化硅材质，其可通过沉积的方式形成，在此不再具体说明。
为了使第二下电极30与第二上电极31之间的湿敏材料32暴露出来，在所述第二上电极31上设置有多个通孔33，使得湿敏材料32可以感应外界的湿度变化。
本实用新型的集成装置，在衬底1相应位置掺杂形成第一下电极20、第二下电极30的时候，还可以在衬底1上掺杂形成具有PN结的二极管，所述PN结形成用于检测温度的二极管。参考图2，所述二极管构成了温度传感器4。利用二极管在不同的温度下，二极管两端的偏置电压不同，实现温度的测量。
在本实用新型一个优选的实施方式中，所述第一钝化层61可以覆盖在第一上电极21、第二上电极31的上表面，以保护第一上电极21、第二上电极31。
为了将压力传感器2、湿度传感器3、温度传感器4的电信号引出，可以在第一钝化层61上设置焊盘5，这种焊盘5的设置属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
在本实用新型一个优选的实施方式中，在所述第一下电极21、第二下电极31的下表面还可以设置第二钝化层60，第二钝化层60可以选用本领域技术人员所熟知的氮化硅材质。在具体工艺中，其可以首先沉积在牺牲层以及湿敏材料的上表面，之后在第二钝化层60的上表面沉积多晶硅材质，以形成第一上电极21、第二上电极31。
本实用新型提出了一种新的传感器芯片结构，在同一个芯片上集成了气压、湿度和温度三种传感器，利用电容式原理来测量环境的气压和湿度变化，利用热敏二极管来测量环境温度。本实用新型的集成装置，可以大大降低封装的尺寸，简化了芯片安装的工序。
虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种芯片的集成装置，其特征在于：包括衬底，在所述衬底上依次设置有压力传感器的第一下电极、对压力敏感的第一上电极，所述第一下电极、第一上电极之间通过牺牲层支撑；所述第一下电极、第一上电极之间形成的腔体为真空腔体，且构成了压力传感器的电容器结构；
在所述衬底上还设置有第二下电极、第二上电极，在所述第二下电极、第二上电极之间设置有湿敏材料；在所述第二上电极上还设置有将湿敏材料露出的通孔，所述第二下电极、第二上电极、湿敏材料构成了湿度传感器的电容器结构；
在所述衬底上经掺杂还形成有PN结的二极管，所述二极管构成了用于检测温度的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：所述第一下电极、第二下电极同时形成，所述第一上电极、第二上电极采用相同的材质同时成型。
3.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：所述第一下电极、第二下电极经过掺杂的工艺在衬底上形成。
4.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：所述衬底采用单晶硅材质。
5.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：所述第一上电极、第二上电极为多晶硅材质。
6.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：在所述第一上电极上设置有腐蚀孔，所述腔体通过所述腐蚀孔腐蚀部分牺牲层得到；还包括填充所述腐蚀孔的钝化层。
7.根据权利要求6所述的集成装置，其特征在于：所述钝化层覆盖在第一上电极、第二上电极的上表面。
8.根据权利要求7所述的集成装置，其特征在于：在所述钝化层上还设置有用于将压力传感器、湿度传感器、温度传感器信号引出的焊盘。
9.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：在所述第一上电极、第二上电极的下表面设置有钝化层。
10.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：所述湿敏材料为聚酰亚胺。
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Cited By (3)
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| TWI740256B (zh) * | 2019-10-31 | 2021-09-21 | 國立清華大學 | 感測裝置及其製作方法 |
| CN114427883A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-05-03 | 荣成歌尔微电子有限公司 | 温湿度传感器及其制备方法 |
| WO2024041431A1 (zh) * | 2022-08-23 | 2024-02-29 | 歌尔微电子股份有限公司 | 集成器件、电子设备及集成器件的制作方法 |
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