一种新型SIP封装的多功能融合传感芯片的制作方法

本发明涉及一种新型sip封装的多功能融合传感芯片，属于微电子加工领域。

背景技术：

1、随着工艺技术不断缩放，设计复杂性不断增加，传统的二维集成芯片设计可能不再赶上摩尔定律的缩放趋势。此外，二维集成电路设计难以满足市场快速增长的高性能和多功能集成需求。于是从三维的概念寻找解决方案。它通过垂直堆叠芯片，将不同功能的芯片用更短的互连线和高密度凸点连接起来，弥补了二维集成电路设计的缺点。2d封装中需要大量长程互连，导致电路rc延迟的增加。为了提高信号传输速度，必须降低rc延迟，那么用3d封装的短程垂直互连来替代2d封装的长程互连是封装工艺技术向更高阶发展的必然趋势。然而，三维集成电路设计暴露了一些弱点，如通过硅通孔（tsv）的大开销和高温问题。

2、近年来。呼吸系统疾病频发，致呼吸机需求巨大，成为重症医学，家庭护理和急诊医学必不可少的设备，医用呼吸机需要实时、准确地监测病人的呼吸频率和气体浓度等多种物理量。因此，传感器作为感知患者呼吸过程多个重要指标的关键器件，是呼吸机的技术核心。呼吸机中传感器包括压力传感器、气体流量传感器、温湿度传感器、氧气传感器、血氧传感器和压电薄膜传感器等，其中，部分传感器尚无高质量的国产产品，长期依赖进口，并且传感器种类过多，极大提高了呼吸机的成本和售价，因此需要开发多功能融合传感的新型呼吸机专用芯片传感器，提高系统功能集成度，并降低呼吸机开发使用成本。

3、现有技术中，公开了部分相关的传感器系统封装结构的技术方案，如cn116253284a、cn219670141u等相关专利公开的mems传感器集成封装结构，但是其主要聚焦于单个芯片、单个器件的封装，并不是多传感融合封装的方案，没有先进封装的优势。cn109742464a 公开了一种嵌入式微型化智能多传感系统，其采用引线键合方式，属于传统的2d封装，在响应速度、时延方面的性能较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种新型sip封装的多功能融合传感芯片，封装结构具有更快的响应速度和更低的时延，传感器性能得以提高。

2、本发明采取的技术方案是一种新型sip封装的多功能融合传感芯片，包括融合芯片和pcb板，融合芯片被安装固定于pcb板上；

3、所述融合芯片包括若干传感器芯片、cmos逻辑控制电路芯片和硅中介层；

4、其中一个传感器芯片安装于cmos逻辑控制电路芯片的上部并与cmos逻辑控制电路芯片电连接；其他传感器芯片和cmos逻辑控制电路芯片安装于硅中介层上；

5、传感器芯片、cmos逻辑控制电路芯片和硅中介层封装于融合芯片内。

6、优化的，上述新型sip封装的多功能融合传感芯片，传感器芯片包括mems流量传感器、mems温度传感器、mems湿度传感器；

7、cmos逻辑控制电路芯片、mems温度传感器、mems流量传感器、mems湿度传感器封装在一个管壳内。

8、优化的，上述新型sip封装的多功能融合传感芯片，cmos逻辑控制电路芯片的上部预留电连接焊盘，cmos逻辑控制电路芯片上部的传感器芯片的下部预留电连接焊点；

9、cmos逻辑控制电路芯片的电连接焊盘通过倒装键合的焊接方式与cmos逻辑控制电路芯片上部的传感器芯片的电连接焊点焊接。

10、优化的，上述新型sip封装的多功能融合传感芯片，硅中介层的上表面或者硅中介层内具有重新分配电气连接的rdl金属层；

11、硅中介层上表面预留与rdl金属层电连接的倒装焊盘；

12、传感器芯片、cmos逻辑控制电路芯片的下部预留电连接焊点，传感器芯片、cmos逻辑控制电路芯片的电连接焊点与硅中介层的倒装焊盘采用倒装键合的方式焊接。

13、优化的，上述新型sip封装的多功能融合传感芯片，还包括封装基板；

14、所述硅中介层通过封装基板安装于pcb板上，硅中介层与封装基板通过倒装键合的焊接方式连接。

15、优化的，上述新型sip封装的多功能融合传感芯片，硅中介层内部具有若干贯穿硅中介层的tsv通孔，tsv通孔的上端与硅中介层表面的倒装焊盘连接，tsv通孔的下端具有焊接凸点；

16、所述封装基板上表面具有倒装焊盘，tsv通孔下端的焊接凸点与封装基板上表面的倒装焊盘配合。

17、优化的，上述新型sip封装的多功能融合传感芯片，封装基板内部具有若干贯穿封装基板的tsv通孔二，tsv通孔二的上端与封装基板上表面的倒装焊盘连接，tsv通孔二的下端具有焊接凸点；

18、所述pcb板表面具有倒装焊盘，pcb板的内部具有重新分配电气连接的rdl金属层二，倒装焊盘与rdl金属层二配合连接，tsv通孔二下端的焊接凸点与pcb板表面的倒装焊盘配合焊接。

19、优化的，上述新型sip封装的多功能融合传感芯片，还包括封装管壳 ，融合芯片被包裹于封装管壳内，融合芯片上具有传感器开口，传感器开口与传感器芯片配合设置；

20、封装管壳与封装基板共用tsv通孔二下端的焊接凸点二。

21、本申请的优点在于：

22、本申请中，将温度、湿度和流量传感器以及相应的cmos逻辑控制电路采用系统级封装的方式集成在一个芯片上。通过高度集成的设计将多个mems传感器的功能整合到单一的芯片封装中，实现空间的最优利用。通过优化设计，确保传感器之间的信号互不干扰，保证整体系统的性能稳定性。

23、本申请的技术方案采用系统级封装方式，将cmos逻辑控制电路、mems温度传感器、mems流量传感器、mems湿度传感器封装在一个管壳内，封装手段不再局限于引线键合，可以采用倒装键合、硅中介板、tsv/tgv、rdl、电铸、临时键合等封装手段，构建超越传统封装方式的多功能传感融合芯片。

24、使用本申请的封装方案，可以制造一种能为呼吸检测设备提供温湿度和流量检测功能的芯片，将cmos逻辑控制电路、温度、湿度、流量mems传感器通过sip技术集成在一起，可以节省空间的使用，简化电路设计，降低器件成本。同时能够有效降低信号延迟、信号损耗和失真、具有较好的热控制能力及较好的机械强度。

技术特征：

1.一种新型sip封装的多功能融合传感芯片，包括融合芯片（1）和pcb板（2），融合芯片（1）被安装固定于pcb板（2）上；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的新型sip封装的多功能融合传感芯片，其特征在于：传感器芯片（3）包括mems流量传感器、mems温度传感器、mems湿度传感器；

3.根据权利要求1所述的新型sip封装的多功能融合传感芯片，其特征在于：cmos逻辑控制电路芯片（4）的上部预留电连接焊盘，cmos逻辑控制电路芯片（4）上部的传感器芯片（3）的下部预留电连接焊点；

4.根据权利要求1所述的新型sip封装的多功能融合传感芯片，其特征在于：所述硅中介层（5）的上表面或者硅中介层（5）内具有重新分配电气连接的rdl金属层；

5.根据权利要求4所述的新型sip封装的多功能融合传感芯片，其特征在于：还包括封装基板（6）；

6.根据权利要求5所述的新型sip封装的多功能融合传感芯片，其特征在于：硅中介层（5）内部具有若干贯穿硅中介层（5）的tsv通孔（501），tsv通孔（501）的上端与硅中介层（5）表面的倒装焊盘连接，tsv通孔（501）的下端具有焊接凸点；

7.根据权利要求6所述的新型sip封装的多功能融合传感芯片，其特征在于：封装基板（6）内部具有若干贯穿封装基板（6）的tsv通孔二（601），tsv通孔二（601）的上端与封装基板（6）上表面的倒装焊盘连接，tsv通孔二（601）的下端具有焊接凸点二（702）；

8.根据权利要求7所述的新型sip封装的多功能融合传感芯片，其特征在于：还包括封装管壳(7) ，融合芯片（1）被包裹于封装管壳(7)内，融合芯片（1）上具有传感器开口(701)，传感器开口(701)与传感器芯片（3）配合设置；

技术总结
本申请公开了一种新型SIP封装的多功能融合传感芯片，属于微电子加工领域，解决了现有技术中传统的2D封装，在响应速度、时延方面的性能较低的问题。本申请中，采用系统级封装技术，将CMOS逻辑控制电路、MEMS温度传感器、MEMS流量传感器、MEMS湿度传感器等封装在一个管壳内，封装手段采用倒装键合、硅中介板、TSV/TGV、RDL、电铸、临时键合等先进封装手段，通过形成2.5D或3D的封装形式，构建多传感融合芯片。本发明的新型SIP封装的多功能融合传感芯片，封装结构具有更快的响应速度和更低的时延，传感器性能得以提高，并且结构紧凑。

技术研发人员：温良恭,孙统,白中扬,李昭颖,朱晨曦
受保护的技术使用者：深圳北航新兴产业技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9