KR20130120395A - 습도 센서 장치 - Google Patents

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이플러스이엘렉트로닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 습도 센서 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 하나의 판 형태의 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일 면에 배치되는 집적형 신호 처리 모듈; 상기 신호 처리 모듈과 전기 전도적으로 연결되고, 상기 신호 처리 모듈이 배치되는 상기 반도체 기판의 동일면이나 또는 대향하는 면에 배치되는 하나의 정전 용량성 습도 센서를 포함한다. 상기 반도체 기판은 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀을 통해서 상기 반도체 기판의 대향하는 면들에 배치되는 구성요소들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 신호 처리 모듈에는 적어도 하나의 온도 센서가 집적된다.

Description

습도 센서 장치{Apparatus for humidity sensor}
본 발명은 습도 센서 장치에 관한 것이다.
EP 1236038 B1은 정전 용량성 습도 센서가 배치된 반도체 칩을 포함하는 센서 장치를 개시한다. 상기 정전 용량성 습도 센서는 서로 나란히 배치되는 두 개의 인터 디지털 전극 및 습도에 따라서 정전 용량이 변하는 하나의 유전체 측정층으로 형성된다. 이렇게 발생된 측정 신호들은 반도체 칩에서 후속처리되어 후속하여 배치되는 전자 구성요소에 전달되는데 적합하도록 처리된다. 상기 반도체 칩의 컨택 상태 및 백금 등에 센서 장치를 장착하는 것과 관련하여, 본 문헌에서 더 참조할 내용은 없다.
US 7,181,966 B2는 제1 반도체 기판의 상면에 정전 용량성 습도 센서 등의 센서를 포함하는 또 다른 센서 장치를 개시한다. 상기 제1 반도체 기판의 대향하는 하면에는 신호 처리 모듈이 배치되는 제2 반도체 기판이 위치한다. 상기 신호 처리 모듈은 예를 들어 CMOS-ASIC으로 형성된다. 상기 센서와 상기 신호 처리 모듈 사이의 전기 전도성 연결부는 상기 제1 반도체 기판에 관통홀에 의해서 형성된다. 이 방법의 단점은 센서 장치 전체 구조에 두 개의 반도체 기판이 요구된다는 점이다.
US 2011/0079649 A1에는 반도체 기판의 일 면에 예를 들어 인터 디지털 전극들을 포함하는 정전 용량성 센서 등의 센서가 배치되는 센서 장치가 개시된다. 상기 반도체 기판의 대향면에는 CMOS-신호 처리 모듈이 고유의 캐리어 기판 없이 배치된다. 여기서도 마찬가지로 상기 센서와 상기 CMOS-신호 처리 모듈은 반도체 기판 내의 관통홀을 통해서 서로 전기적으로 연결된다. 본 문헌에는 CMOS-신호 처리 모듈의 형성에 관한 세부사항은 개시되지 않는다.
본 발명의 과제는 콤팩트하게 제작할 수 있고 컨택하기 쉬우며 주위 습도를 확실하게 측정할 수 있는 센서 장치를 제공하는 것이다.
본 과제는 본 발명에 따르면 청구항 1에 기재된 특징들을 포함하는 습도 센서 장치에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치의 바람직한 실시예들은 종속항에 기재된 방법에 나타나 있다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치는 신호 처리 모듈이 집적된, 판 형태의 반도체 기판을 포함한다; 상기 신호 처리 모듈은 반도체 기판의 일 면에 배치되고 정전 용량성 습도 센서를 포함한다; 상기 정전 용량성 습도 센서는 상기 신호 처리 모듈과 전기 전도적으로 연결되고 상기 신호 처리 모듈이 배치된 상기 반도체 기판의 동일면 또는 대향하는 면에 배치된다. 상기 반도체 기판은 상기 반도체 기판의 대향하는 면들에 배치되는 구성요소들을 서로 전기적으로 연결할 수 있는 관통홀을 포함한다. 또한 상기 신호 처리 모듈에는 적어도 하나의 온도 센서가 집적된다.
상기 신호 처리 모듈은 적어도 하기의 구성요소들을 더 포함하는 것이 바람직하다:
- 습도 센서 및 온도 센서의 아날로그 측정 신호를 독출하고 디지털화하기 위한 적어도 하나의 아날로그-디지털 컨버터,
- 독출한 측정 신호들로부터 측정치를 결정하는 평가부,
- 상기 결정된 측정치를 후속 배치되는 전자 구성요소에 직렬 전송하기 위한 디지털 인터페이스부.
상기 신호 처리 모듈은 예를 들어 커버가 없는 CMOS-적층체로 형성될 수 있다.
상기 정전 용량성 습도 센서는 적어도 두 개의 전극 및 하나의 습도 민감성(susceptible to moisture) 측정층을 포함할 수 있다.
상기 정전 용량성 습도 센서는, 적어도 하나의 베이스 전극과 적어도 하나의 커버 전극을 포함하고, 상기 전극들 사이에는 상기 습도 민감성 측정층이 배치되는 판형 커패시터(plate capacitor)로 형성될 수 있다.
일 변형예에 따르면 상기 습도 센서는 단 하나의 평평한 베이스 전극 및 단 하나의 평평한 커버 전극을 포함하고, 이 전극들 각각은 신호 처리 모듈에 전기 전도적으로 연결된다.
그러나 상기 습도 센서가 복수 개의 평평한 베이스 전극 및 단 하나의 평평한 커버 전극을 포함하고 상기 베이스 전극들만 상기 신호 처리 모듈에 전기 전도적으로 연결될 수도 있다.
상기 습도 센서가 배치된 상기 반도체 기판의 면의 반대편 면에는 구(ball) 형태의 컨택 요소가 배치되는 것이 바람직하다.
상기 습도 센서 장치는, 온도 센서와 관련된 칼리브레이션 데이터가 저장되고 평가부가 온도 결정을 위해서 접속하는 비휘발성 메모리를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 상기 습도 센서는 상기 신호 처리 모듈 상부에 수직 방향으로 배치되고, 상기 신호 처리 모듈은 상기 반도체 기판 내의 관통홀을 통해서 상기 반도체 기판의 대향면에 배치된 컨택 요소들에 전기 전도적으로 연결될 수 있다.
이때 상기 반도체 기판 내의 관통홀을 통해서 신호 처리 모듈의 에너지를 공급하고 측정치들을 후속 배치된 전자 구성요소에 직렬 전송할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면 상기 신호 처리 모듈은 상기 습도 센서 쪽을 향하는 면에 절연층을 포함하고, 상기 절연층 상에 상기 습도 센서의 상기한 적어도 하나의 베이스 전극이 배치되고, 상기 베이스 전극 상부에는 상기 습도 센서의 습도 민감성 측정층이 배치되며, 상기 습도 민감성 측정층의 상부에는 상기 습도 센서의 커버 전극이 배치된다.
이때 상기 습도 센서와 신호 처리 모듈은 상기 반도체 기판의 서로 대향하는 면들에 각각 배치되고 상기 반도체 기판 내의 관통홀을 통해서 서로 전기 전도적으로 연결될 수 있다.
상기 반도체 기판 내의 관통홀을 통해서 상기 습도 센서의 아날로그 측정 신호들이 상기 신호 처리 모듈에 전달될 수 있다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치의 장점은, 매우 콤팩트한 구조가 가능하다는 것이다. 상기 습도 센서 장치의 전기적 컨택 작업은 본딩 와이어를 요구하지 않으므로, 신호 처리 모듈의 외측 치수(external dimensions)에 필요한 공간이 줄어든다. 또한 상기 본딩 와이어를 보호하기 위한 추가적인 커버 장치 역시 불필요하므로, 이 역시 필요 공간 부족과 관련하여 긍정적으로 작용한다. 또한, 상기 신호 처리 모듈의 면적 거의 전체가 습도 센서에 사용될 수 있으므로, 본 발명에 따른 습도 센서 장치의 더 높은 정확도가 달성될 수 있다.
또한, 온도 센서를 신호 처리 모듈에 집적함으로써 습도 결정에 필요한 온도 측정이 용량 측정에 대하여 이상적인 측정점 간격으로 수행되는 것이 보장될 수 있다.
본 발명의 기타 장점 및 세부 사항은 아래의 실시예의 상세한 설명 및 첨부하는 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 습도 센서 장치의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 습도 센서 장치의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 습도 센서 장치의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 습도 센서 장치의 측단면도이다.
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 습도 센서 장치가 매우 간략하게 도시된다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치는 실리콘 기판 등 판 형태로 형성되고 습도 센서 장치의 여러 구성요소들이 배치되는 반도체 기판(1)을 포함한다. 도시된 제1 실시예에서 상기 반도체 기판(1)의 상면에 집적형 신호 처리 모듈(2)이 배치된다. 상기 신호 처리 모듈(2)은 신호 처리 및 신호 조정용 다양한 전자 구성요소들이 집적되어 형성되고, 커버가 없는 CMOS-적층체로 형성된다. 한편 상기 신호 처리 모듈(2)의 상부, 즉 수직방향으로 상기 신호 처리 모듈(2)에 인접하여 정전 용량성 습도 센서(3)가 배치된다. 상기 습도 센서(3)는 상기 신호 처리 모듈(2)에 전기 전도적으로 연결된다. 상기 습도 센서(3)에 의해 발생된 아날로그 측정 신호들은 상기 신호 처리 모듈(2)에서 처리되는데, 특히, 목표 측정치인 "상대 습도"가 측정 신호들에 기초하여 결정되고 상기 측정치는 후속 배치된 전자 구성요소에 전달되기 위하여 조정된다; 이후 상기 측정치와 관련하여서는 단지 "습도" 측정치만 상관이 있다. 이러한 신호 처리를 수행하기 위해서 상기 신호 처리 모듈(2)은 집적형 전자 구성요소로서 상기 습도 센서(3)의 아날로그 측정 신호들을 독출 및 디지털화하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함한다. 또한 또 다른 전자 구성요소로서 "습도" 측정치를 상기 습도 센서(3)의 측정 신호들로부터 검출하는 평가부가 상기 신호 처리 모듈(2)에 구비된다. 또 다른 전자 구성요소로서, 마지막으로, 상기 측정치를 후속 배치된 전자 구성요소에 직렬 전송하는 역할을 하는, 적절한 인터페이스부가 구비된다.
또한 본 발명에 따르면 상기 전자 구성요소들(상세하게 도시되지는 않음)에 추가적으로 상기 신호 처리 모듈(2)에는 도 1에 개략적으로 도시된 온도 센서(5)가 집적된다. 상기 온도 센서(5)는 상기 습도 센서(3)의 측정 신호들 외에, 상기 신호 처리 모듈(2)의 평가부에 의해서 "습도" 측정치의 정밀한 결정을 위해서 사용되는, 주변 온도와 관련된 측정 신호들을 공급한다. 여기서 본 발명에 따른 습도 센서 장치에서 상기 습도 센서(3) 및 상기 온도 센서(5)가 인접하게 배치되는 구성은 "습도" 측정치를 더욱 잘 결정하도록 한다.
이때 상기 온도 결정은 평가부에 의해서 수행된다. 여기서 상기 온도 센서의 반도체 물질의 밴드갭 전압은 상기에서 언급한 아날로그 디지털 컨버터에 의해서 디지털화되어 상기 평가부에 공급된다. 또는 또 다른 아날로그 디지털 컨버터가 위의 목적을 위해서 본 발명에 따른 습도 센서 장치에 구비될 수도 있다.
"습도" 측정치를 더욱 정확하게 결정하기 위해서는, 온도 수치가 리칼리브레이션(recalibration)되는 것이 더욱 바람직한 것으로 드러났다. 이때 상기한 본 발명에 따른 습도 센서 장치는, 온도 센서와 관련된 칼리브레이션 데이터가 저장되고 상기 평가부가 온도 결정을 위해서 접속하는 비휘발성 메모리를 포함한다.
CMOS 적층체로서 형성된 신호 처리 모듈(2)은 차폐층 역할을 하고 상기 신호 처리 모듈(2)에서 상기 습도 센서(3)에 의한 신호 처리가 결국 방해되는 것을 최소화하는 금속화층(2.1)을 상기 습도 센서(3)쪽 방향으로 맨 끝에 포함한다. 또한 상기 신호 처리 모듈(2)에서 상기 맨끝에 배치되는 금속화층(2.1) 상부에는 SiN층 또는 SiO2층 등으로 형성될 수 있는 절연층(2.2)이 더 배치된다. 상기 절연층(2.2)은 상기 신호 처리 모듈(2)이 상기 신호 처리 모듈(2)의 상부에 배치되는 습도 센서(3)로부터 전기적으로 절연되는 것을 보장한다.
상기 신호 처리 모듈(2)의 절연층(2.2) 상부에는 평평하게 형성된, 상기 정전 용량성 습도 센서(3)의 베이스 전극(3.1)이 배치되고, 그 상부에는 습도 민감성 측정층(3.3)이 형성되고, 끝으로 상기 측정층(3.3) 상부에는 평평하게 형성된 커버 전극(3.2)이 형성된다. 여기서 상기 베이스 전극(3.1, 3.2)은 니켈/크롬 및 금으로 형성된다; 또는 알루미늄이 석영(quartz)이나 SiN으로 형성된 절연층과 결합되어 사용될 수도 있다. 상기 커버 전극(3.2)의 물질로서 크롬이 구비되었다. 예를 들어 폴리이미드 등의 적절한 유전체가 습도에 따라 용량이 변하는 측정층(3.3)으로서의 역할을 한다.
이에 따라 상기한 본 발명의 제1 실시예에 따른 습도 센서 장치에서, 상기 전기 용량성 습도 센서(3)는 베이스 전극 및 커버 전극(3.1, 3.2)의 형태로 두 개의 평평한 전극들을 포함하고, 상기 전극들 사이에는 습도 민감성 측정층(3.3)이 배치되는 판형 커패시터로 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 정전 용량성 커패시터의 전극들을 손가락 모양으로 형성되는 인터디지털 전극들로 형성하고, 그 상부에 습도 민감성 측정층을 배치할 수도 있다.
상기 습도 센서(3) 및 본 실시예의 상기 습도 센서(3)의 베이스 전극(3.1) 및 커버 전극(3.2)은 상기 신호 처리 모듈(2)에 전기 전도적으로 연결된다. 상기 CMO-적층체의 상기 절연층(2.2) 상에 배치되는 베이스 전극(3.1)은 도시된 실시예의 도 1의 오른쪽 외측에 표시된 제1 컨택 영역(2.3a)에서 상기 신호 처리 모듈(2)에 연결된다. 상기 커버 전극(3.2)을 상기 신호 처리 모듈(2)과 전기 전도적으로 연결하기 위하여 상기 측정층(3.3)은 상기 신호 처리 모듈(2)의 제2 컨택 영역(2.3b)에 대한 연결부를 형성할 수 있는 개구(aperture, 3.4)를 포함한다.
또한, 상기 반도체 기판(1)은, 상기 반도체 기판(1)의 서로 대향하는 면에 배치되는 구성요소들을 서로 전기 전도적으로 연결할 수 있는, 상면 및 하면 사이에 형성되는 원통형의 다수의 개구(4)를 포함할 수 있다. 이때 상기 관통홀(4)에는 알루미늄 또는 구리 등의 적절한 전기 전도성 물질이 배치된다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치의 제1 실시예에 따르면 상기 반도체 기판(1)의 하면에는 구(ball) 형태로 형성된 다수의 컨택 요소(6)가 배치된다. 상기 컨택 요소(6)에 의해서 상기 도시된 습도 센서 장치가 백금 등의 캐리어 요소 상에 배치되게 된다.
이에 따라 도시된 제1 실시예에서 상기 반도체 기판(1)의 상면에 배치된 상기 신호 처리 모듈(2)이 상기 관통홀(4)을 통해서 상기 반도체 기판(1)의 하면에 배치되는 상기 컨택 요소(6)에 전기 전도적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 관통홀(4)을 통해서 상기 신호 처리 모듈(2)에 전력이 공급되고 상기 신호 처리 모듈(2)의 측정치가 후속 배치된 전자 구성요소(미도시)에 직렬 전송되어 계속해서 사용될 수 있다.
이때 도시된 실시예에서는 상기 컨택 요소(6)가 상기 관통홀(4)에 직접적으로 연결되지 않는다; 상기 반도체 기판(1)의 하면에는 추가적으로 전기 전도성 리와이어링층(7)이 구비되어, 상기 리와이어링층(7)에 의해서 상기 컨택 요소(6)의 위치가 적절하게 결정될 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 습도 센서 장치는 본딩 와이어 없이 전기적으로 컨택될 수 있다. 상기 반도체 기판(1)의 하면에 단독으로 배치되는 컨택 요소(6)는 추후 공정에서 자동화된 표면실장소자(Surface Mount Devices, SMD) 장착을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치의 제2 실시예가 도 2에 역시 매우 간략한 단면도로 도시된다. 아래에서는 이전에 상술된 제1 실시예와 차이가 큰 부분에 대해서만 설명할 것이다.
실질적으로 차이점은 약간 변형된 형태의 정전 용량성 습도 센서(13)에 있다. 제1 실시예의 경우 습도 센서는 단 하나의 평평한 베이스 전극과 단 하나의 평평한 커버 전극을 포함하고, 전극들은 각각 신호 처리 모듈에 전기 전도적으로 연결된다. 이와 달리 제2 실시예에서는 다수의 평평한 베이스 전극(13.1a, 13.1b)이 신호 처리 모듈(12)의 절연층(13.2) 상에 배치된다. 그 상부에, 제1 실시예에서처럼, 습도 민감성 측정층(13.3) 및 단 하나의 평평한 커버 전극(13.2)이 배치된다. 이때 상기 다수의 베이스 전극들(13.1a, 13.1b)만이 컨택 영역(12.3a, 12.3b)에 의해서 상기 신호 처리 모듈(12)에 연결된다. 상기 커버 전극(13.2)이 컨택될 필요가 없으므로 제1 실시예에서 요구되는 측정층(13.3) 내의 개구 및 이에 필요한 커버 전극의 구조는 생략된다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치의 제3 실시예가 도 3에 간략한 단면도로 도시된다. 본 실시예에 대해서도 이전에 상술된 실시예들과 차이가 큰 부분에 대해서만 설명할 것이다.
본 실시예에서는 정전 용량성 습도 센서(23)와 상기 신호 처리 모듈(22)이 반도체 기판(21)의 대향하는 면들에 각각 배치되도록 구비된다. 상기 반도체 기판(21)의 상면에는, 평평한 형태로 형성된 베이스 전극(23.1), 그 상부에 배치되는 습도 민감성 측정층(23.3) 및 상향 마감되는 커버 전극(23.2)을 포함하는 습도 센서(23)가 배치된다. 또한 도시된 실시예에서 상기 베이스 전극(23.1)과 상기 반도체 기판(21)의 상면 사이에는 전기 전도성 리와이어링층(27)이 더 배치된다. 상기 층에 의해서 상기 베이스 전극(23.1) 및 상기 커버 전극(23.2)이 반도체 기판 내의 관통홀(24)에 전기 전도적으로 연결되는 것이 유연하게 조정될 수 있다. 기본적으로 본 발명에 따른 습도 센서 장치에 상기한 리와이어링층(27)이 반드시 필요한 것은 아니다.
본 실시예에서 상기 반도체 기판(21)의 대향면, 즉, 하면에는 신호 처리 모듈(22)이 배치된다. 상기 신호 처리 모듈(22)은, 이미 설명한 처음 두 실시예에서처럼 여러 전자 구성요소들 외에 상기 신호 처리 모듈 내에 집적된 온도 센서(25)를 포함한다. 상기 온도 센서의 측정 신호들은 상기 정전 용량성 습도 센서(23)의 측정 신호들과 함께 상기 신호 처리 모듈에서 "습도" 측정치를 검출하는데 사용된다.
단 하나의 평평한 베이스 전극(23.1), 단 하나의 평평한 커버 전극(23.2), 및 상기 두 전극을 신호 처리 모듈(22)에 연결하는 전기적 연결부를 포함하는 정전 용량성 습도 센서의 구체적인 형성은 기본적으로 제1 실시예에 상응한다; 상기한 바와 같이 여기서도 상기 커버 전극(23.2)에 컨택하기 위하여 적절한 개구(23.4)가 습도 민감성 측정층(23.3)에 구비된다.
이에 따라 본 실시예에서는 상기 반도체 기판(21) 내의 관통홀(24)을 통해서상기 습도 센서(23)의 아날로그 측정 신호들이 상기 신호 처리 모듈(22)로 전송된다.
구 형태의 컨택 요소들(26)은 여기서도 마찬가지로 상기 반도체 기판(21)의하면에 구비되는데, 상기 하면에는 상기 신호 처리 모듈(22)도 위치한다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 컨택 요소들(26)은, 상기 신호 처리 모듈(23)의 절연층(22.2)이 제거되고 상기 컨택 요소들(26)이 맨 끝에 위치하는 금속화층(22.1)과 전기 전도적으로 연결되는 위치에 배치된다.
여기서 본 발명에 따른 습도 센서 장치의 상기 실시예는 상기 습도 센서(23)와 상기 신호 처리 모듈(22) 사이의 서로에 대한 영향을 가능한 한 적게 한다는 점에서 이점으로 작용한다. 상기 두 구성요소들은 이전의 두 실시예에 비하여 상기 반도체 기판(21)의 대향면들 각각에 배치된 구조로 인하여 확실히 더 큰 간격으로 떨어져 있으므로, 상기 신호 처리 모듈(22)의 폐열로부터 상기 습도 센서(23)가 받는 열적 영향이 특히 최소화될 수 있다.
본 변형예의 또다른 이점으로는, 여기에서 예를 들어 이른바 플립칩 주문형 반도체(Flip-chip Application Specific Integrated Circuits, ASICs)의 경우에 공지된, 컨택 요소들(26)의 장착을 위한 표준 공정이 전기적 컨택을 위하여 사용될 수 있으므로 습도 센서 장치의 제조 비용이 줄어든다는 점을 꼽을 수 있다.
본 발명에 따른 습도 센서 장치의 제4 실시예는 도 4에 간략한 단면도로서 도시되어있다.
반도체 기판(31)의 대향하는 면들 각각에 배치되는 습도 센서(33) 및 신호 처리 모듈(32)의 배치와 관련하여 본 실시예는 제3 실시예에 상응한다. 여기서 차이점은 단지 정전 용량성 습도 센서(33)이다. 제2 실시예에서처럼 여기서도 관통홀(34)을 통해서 신호 처리 모듈(32)에 전기적으로 연결되는 두 개의 베이스 전극(33.1a, 33.1b)이 포함된다. 이에 반하여 측정층(33.3) 상부에 배치되는 커버 전극(33.2)은 전기적으로 컨택되지 않는다. 그밖에 본 발명에 따른 습도 센서 장치의 상기 제4 실시예는 이전의 실시예에 상응한다.
상기에서 언급한 실시예 외에 본 발명의 범위 안에서 물론 다른 실시예도 가능하다.

Claims (14)

  1. 하나의 판 형태의 반도체 기판(1; 11; 21; 31);
    상기 반도체 기판(1;11;21;31)의 일 면에 배치되는 집적형 신호 처리 모듈(2;12;22;32);
    상기 신호 처리 모듈(2;12;22;32)과 전기 전도적으로 연결되고, 상기 신호 처리 모듈(2;12;22;32)이 배치되는 상기 반도체 기판(1; 11; 21; 31)의 동일면이나 또는 대향면에 배치되는 하나의 정전 용량성 습도 센서(3;13;23;33); 및
    상기 반도체 기판(1; 11; 21; 31)은 관통홀(4;14;24;34)을 포함하고, 상기 관통홀을 통해서 상기 반도체 기판(1; 11; 21; 31)의 대향하는 면들에 배치되는 구성요소들이 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 신호 처리 모듈(2;12;22;32)에 집적된, 적어도 하나의 온도 센서(5;15;25;35);
    를 포함하는
    습도 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 모듈(2;12;22;32)은,
    상기 습도 센서(3;13;23;33) 및 상기 온도 센서(5;15;25;35)의 아날로그 측정 신호들을 독출하고 디지털화하기 위한, 적어도 하나의 아날로그 디지털 컨버터;
    독출한 측정 신호들로부터 측정치를 결정하기 위한 평가부; 및
    결정된 측정치를 후속 배치되는 전자 구성요소에 직렬 전송하기 위한 디지털 인터페이스부;중 적어도 하나를 더 포함하는,
    습도 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호 처리 모듈(2;12;22;32)은 커버가 없는 CMOS-적층체로 형성되는,
    습도 센서 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정전 용량성 습도 센서(3;13;23;33)는 적어도 두 개의 전극(3.1,3.2;13.1a,13.1b,13.2;23.1,23.2;33.1a,33.1b;33.2) 및 하나의 습도 민감성 측정층(3.3;13.3;23.3;33.3)을 포함하는,
    습도 센서 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정전 용량성 습도 센서(3;13;23;33)는, 적어도 하나의 베이스 전극(3.1;13.1a,13.1b;23.1;33.1a,33.1b) 및 적어도 하나의 커버 전극(3.2;13.2;23.2;33.3)을 포함하고, 상기 전극들 사이에는 상기 습도 민감성 측정층(3.3;13.3;23.3;33.3)이 배치되는 판형 커패시터로 형성되는,
    습도 센서 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 습도 센서(3;23)는 단 하나의 평평한 베이스 전극(3.1; 23.1) 및 단 하나의 평평한 커버 전극(3.2; 23.2)을 포함하고, 상기 전극들은 각각 상기 신호 처리 모듈(2; 22)에 전기 전도적으로 연결되는,
    습도 센서 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 습도 센서(13;33)는 다수의 평평한 베이스 전극(13.1a;13.1b;33.1a;33.1b) 및 단 하나의 평평한 커버 전극(13.2; 33.2)을 포함하고 상기 베이스 전극들(13.1a,13.1b;33.1a,33.1b)만이 상기 신호 처리 모듈(12; 32)에 전기 전도적으로 연결되는,
    습도 센서 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 습도 센서(3;13;23;33)가 배치되는 상기 반도체 기판(1; 11; 21; 31)의 면의 반대편 면에는 구(ball) 형태의 컨택 요소(6)가 배치되는,
    습도 센서 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 온도 센서(5; 15; 25; 35)와 관련된 칼리브레이션 데이터가 저장되고 상기 평가부가 온도 결정을 위해서 접속하는, 비휘발성 메모리를 더 포함하는, 습도 센서 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 습도 센서(3; 13)는 상기 신호 처리 모듈(2; 12) 상부에 수직방향으로 배치되고 상기 신호 처리 모듈(2; 12)은 상기 반도체 기판(1; 11) 내의 관통홀(4; 14)을 통해서 상기 반도체 기판(1; 11)의 대향하는 면에 배치되는 상기 컨택 요소들(6; 16)에 전기 전도적으로 연결되는,
    습도 센서 장치.
  11. 제2항 및 제10항에 있어서,
    상기 반도체 기판(1; 11) 내의 관통홀(4; 14)을 통해서 상기 신호 처리 모듈(2; 12)의 전력 공급 및 후속배치되는 전자 구성요소에 대한 상기 측정치들의 직렬 전송이 수행되는,
    습도 센서 장치.
  12. 제5항 및 제10항에 있어서,
    상기 신호 처리 모듈(2; 12)은 상기 습도 센서(3; 13) 쪽으로 향한 면에 하나의 절연층(2.2; 12.2)을 포함하고, 상기 절연층 상에는 상기 습도 센서(3; 13)의 상기 적어도 하나의 베이스 전극(3.1; 13.1a,13.1b)이 배치되고, 상기 적어도 하나의 베이스 전극 상부에는 상기 습도 센서(3; 13)의 습도 민감성 측정층(3.3; 13.3)이 배치되고, 상기 습도 민감성 측정층 상부에는 상기 습도 센서(3; 13)의 커버 전극(3.2; 13.2)이 배치되는,
    습도 센서 장치.
  13. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 습도 센서(23; 33) 및 상기 신호 처리 모듈(22; 32)은 상기 반도체 기판(21; 31)의 대향하는 면들에 각각 배치되고 상기 반도체 기판(21; 31) 내의 관통홀(24; 34)을 통해서 서로 전기 전도적으로 연결되는,
    습도 센서 장치.
  14. 제2항 및 제13항에 있어서,
    상기 반도체 기판(21; 31) 내의 관통홀(24; 34)을 통해서 상기 습도 센서(23; 33)의 상기 아날로그 신호들이 상기 신호 처리 모듈(22; 32)에 전송되는,
    습도 센서 장치.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2995937A1 (en) * 2014-09-15 2016-03-16 Sensirion AG Integrated chemical sensor chip
CN105366636B (zh) * 2015-02-09 2017-03-22 江西师范大学 集成mos器件的cmos湿度传感器形成方法
CN104634832B (zh) * 2015-02-28 2018-01-05 苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司 Cmos mems电容式湿度传感器及其制备方法
AT516980B1 (de) * 2015-03-20 2017-10-15 Ait Austrian Inst Technology Anordnung zur Bestimmung der Feuchtigkeit eines Gegenstands
EP3176553B1 (de) 2015-12-02 2018-08-08 E+E Elektronik Ges.m.b.H. Sensor-anordnung
US10336606B2 (en) * 2016-02-25 2019-07-02 Nxp Usa, Inc. Integrated capacitive humidity sensor
EP3502680A4 (en) * 2016-09-30 2019-09-11 Minebea Mitsumi Inc. MOISTURE SENSOR
EP3364181B1 (de) * 2017-02-21 2019-04-10 E+E Elektronik Ges.M.B.H. Feuchtesensoranordnung mit esd-schutz
CN106940338B (zh) * 2017-05-12 2023-05-05 成都凡米科技有限公司 一种新型水分含量测量装置及方法
EP3427709A1 (en) * 2017-07-13 2019-01-16 Assistr Digital Health Systems GmbH Wetness monitoring apparatus for incontinence surveillance
CN209326840U (zh) 2018-12-27 2019-08-30 热敏碟公司 压力传感器及压力变送器
CN111323459A (zh) * 2019-06-28 2020-06-23 福建师范大学 一种基于标准cmos工艺的湿度传感器
CN113176309A (zh) * 2021-05-17 2021-07-27 福建师范大学 一种基于rdl工艺的半导体封装制作的湿度传感器
CN117705199B (zh) * 2024-02-05 2024-05-03 四川芯音科技有限公司 一种高性能mems温湿度传感器

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5444637A (en) * 1993-09-28 1995-08-22 Advanced Micro Devices, Inc. Programmable semiconductor wafer for sensing, recording and retrieving fabrication process conditions to which the wafer is exposed
US6249136B1 (en) * 1999-06-28 2001-06-19 Advanced Micro Devices, Inc. Bottom side C4 bumps for integrated circuits
AU6719000A (en) 1999-12-08 2001-06-18 Sensirion Ag Capacitive sensor
JP2004518119A (ja) * 2001-01-10 2004-06-17 ゼンジリオン アクチエンゲゼルシャフト 伸張性コーティングを有するマイクロメカニカルフローセンサ
DE10153176A1 (de) * 2001-08-24 2003-03-13 Schott Glas Packaging von Bauelementen mit sensorischen Eigenschaften mit einer strukturierbaren Abdichtungsschicht
US6911392B2 (en) * 2001-08-24 2005-06-28 Schott Glas Process for making contact with and housing integrated circuits
US6724612B2 (en) * 2002-07-09 2004-04-20 Honeywell International Inc. Relative humidity sensor with integrated signal conditioning
US20050052437A1 (en) * 2002-08-14 2005-03-10 Elcos Microdisplay Technology, Inc. Temperature sensor circuit for microdisplays
EP1704457B1 (en) * 2003-12-19 2014-11-12 Gentex Corporation Device with improved serial communication
US7554134B2 (en) * 2004-04-02 2009-06-30 ChipSensors Limited Integrated CMOS porous sensor
EP1738411A4 (en) * 2004-04-22 2012-06-27 Panasonic Corp SENSOR DEVICE, SENSOR SYSTEM, AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF
US7181966B2 (en) * 2004-09-08 2007-02-27 Nippon Soken, Inc. Physical quantity sensor and method for manufacturing the same
JP2006078280A (ja) * 2004-09-08 2006-03-23 Denso Corp 容量式湿度センサ
JP2006084232A (ja) * 2004-09-14 2006-03-30 Denso Corp 容量式湿度センサ
JP5280609B2 (ja) * 2004-10-01 2013-09-04 株式会社日立製作所 半導体装置およびその製造方法
JP4455286B2 (ja) * 2004-11-09 2010-04-21 株式会社日本自動車部品総合研究所 静電容量式湿度センサ
JP4609173B2 (ja) * 2005-04-22 2011-01-12 株式会社デンソー 容量式湿度センサおよびその製造方法
DE102005036824A1 (de) 2005-08-04 2007-03-29 Siemens Ag Chipmodul zum Einbau in Sensorchipkarten für fluidische Anwendungen sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Chipmoduls
US20070107500A1 (en) * 2005-11-16 2007-05-17 Neha Patel Sensing moisture uptake of package polymers
US20080191716A1 (en) * 2007-02-08 2008-08-14 International Business Machines Corporation On-Chip Real-Time Moisture Sensor For and Method of Detecting Moisture Ingress in an Integrated Circuit Chip
DE102008025599B4 (de) * 2007-05-14 2013-02-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Gehäuste aktive Mikrostrukturen mit Direktkontaktierung zu einem Substrat
EP2020339B1 (de) * 2007-07-31 2012-03-28 Micronas GmbH Auslösevorrichtung für eine Sicherheitseinrichtung in einem Kraftfahrzeug
EP2302327B1 (en) 2009-09-25 2020-02-26 Nxp B.V. Sensor

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US20130287062A1 (en) 2013-10-31
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EP2657691A1 (de) 2013-10-30

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