專利名稱：一種基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
濕度傳感器廣泛應(yīng)用于氣象檢測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。近年來，濕度傳感器的發(fā)展越來越趨向于微型化。現(xiàn)有的微型濕度傳感器類型主要包括電容式、電阻式、壓阻式及微機電系統(tǒng)(英文全稱:Micro-Electro-Mechanical Systems，文中簡稱:MEMS)等。目前無線遙測傳感器包括兩大類:有源遙測和無源遙測。有源遙測是指傳感系統(tǒng)中帶有電源，這種遙測方式可以雙向長距離傳輸傳感器信號，但是其系統(tǒng)復(fù)雜、尺寸大，而且電池需要更換。無源遙測是指傳感系統(tǒng)中沒有電源，利用電感耦合或射頻(英文全稱:Radio Frequency，文中簡稱:RF)反射調(diào)制實現(xiàn)信號的獲取，這種遙測方式信號傳輸距離短，但是體積小、不需要更換電池，理論上可以無限期工作。其中，電感、電容回路(對應(yīng)英文為“LC tank，文中簡稱:LC)無源無線濕度傳感器是無源遙測中的最主要的一類。隨著傳感器市場的發(fā)展，無線傳感器將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個重要方向。但是傳感器微型化程度加深，引線問題是需要解決的一大問題，另外有些場合不能使用引線，這就需要使用無線傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供了一種基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，該濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)采用無線無源元件構(gòu)成，具有非接觸、體積小、功耗低的性能優(yōu)點。

技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，該濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)包括濕度敏感電容、有機封裝基板、設(shè)有內(nèi)連接線和外端口的平面螺旋電感、背面連接線、夕卜連接焊盤、內(nèi)連接焊盤、封蓋、上覆蓋層和下覆蓋層，其中，
濕度敏感電容通過膠層固定連接在有機封裝基板的頂面，平面螺旋電感固定連接在有機封裝基板的頂面，且平面螺旋電感環(huán)繞在濕度敏感電容的外側(cè)；外連接焊盤和內(nèi)連接焊盤分別固定連接在有機封裝基板的頂面，且外連接焊盤和內(nèi)連接焊盤位于平面螺旋電感和濕度敏感電容之間；
有機封裝基板上設(shè)有電鍍外通孔和電鍍內(nèi)通孔，電鍍內(nèi)通孔位于濕度敏感電容和平面螺旋電感之間，電鍍外通孔位于有機封裝基板邊緣和平面螺旋電感之間；
背面連接線位于有機封裝基板的底面，且背面連接線一端穿過電鍍外通孔，與平面螺旋電感的外端口連接，背面連接線另一端穿過電鍍內(nèi)通孔，與外連接焊盤連接；外連接焊盤通過外鍵合引線與濕度敏感電容的一極連接；平面螺旋電感的內(nèi)連接線與內(nèi)連接焊盤連接，內(nèi)連接焊盤通過內(nèi)鍵合引線和濕度敏感電容的另一極連接； 上覆蓋層連接在有機封裝基板的頂面，且平面螺旋電感位于上覆蓋層和有機封裝基板之間；下覆蓋層連接在有機封裝基板的底面，且背面連接線位于下覆蓋層和有機封裝基板之間；
封蓋通過膠層固定連接在有機封裝基板的上方。進一步，所述的封蓋上開有透氣孔。進一步，所述的基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，還包括濾膜，濾膜貼覆在封蓋的內(nèi)壁上。進一步，所述的平面螺旋電感的厚度為10-20微米 有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.由全無源元件構(gòu)成，體積小、功耗低、可用作非接觸式濕度測量場合。本發(fā)明的濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)包括濕度敏感電容、有機封裝基板、設(shè)有內(nèi)連接線和外端口的平面螺旋電感、背面連接線、外連接焊盤、內(nèi)連接焊盤、上覆蓋層和下覆蓋層。這些部件皆為無源元件。有機封裝基板表面上有平面螺旋電感3環(huán)繞在濕度敏感電容I周圍。這可以減小濕度傳感器的體積。同時，濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)的功耗低。首先該濕度傳感器屬于被動方式，傳感器節(jié)點本身不含電源，本身不消耗任何能量。其次，該濕度傳感器工作時，通過電感耦合，吸收外部讀出電路的能量，同時將濕度信息傳遞出去。由于是電容-濕度敏感，LC回路吸收的功率也是非常低的。利用敏感電容檢測濕度的變化，利用電感耦合輸出信號。本發(fā)明的濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)可使用在一些不能使用弓I線的場合，比如密封腔體內(nèi)濕度檢測等。2.可用于惡劣環(huán)境下的濕度檢測。本發(fā)明的濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)由全無源元件構(gòu)成，避免了有源器件中溫度效應(yīng)等引起的器件失效等，可以適用于高溫等惡劣環(huán)境下的濕度檢測。3.具有高Q值微亨電感。本發(fā)明的濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)屬于LC諧振式無源無線傳感器。為了提高這類傳感器的性能，往往需要高Q值的微亨電感，而一般的片上電感很難達到這個要求。因為在影響電感Q值的眾多因素中，金屬層厚度是最主要的。金屬層厚度越高，品質(zhì)因數(shù)Q值越高?；谖㈦娮蛹庸すに嚨慕饘賹油ǔＪ峭ㄟ^濺射工藝得到的，金屬層通常約1-2 μ m,而本發(fā)明的壓力傳感器的上金屬層和下金屬層采用電鍍工藝得到，上金屬層和下金屬層的厚度分別可達十幾微米。本發(fā)明采用封裝集成電感，其中的有機封裝基板即作為傳感器的封裝基板，又提供了器件所需要的高Q值微亨電感。因此，相比于同類型的LC無源無線傳感器，本發(fā)明的傳感器諧振回路品質(zhì)因數(shù)Q值高，性能更好。


圖1為本發(fā)明的濕度敏感電容、有機封裝基板和平面螺旋電感的裝配結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明中有機封裝基板的背面結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明的部件爆炸圖。圖4為本發(fā)明中設(shè)有上覆蓋層和下覆蓋層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有:濕度敏感電容1、有機封裝基板2、平面螺旋電感3、膠層4、電鍍外通孔5、電鍍內(nèi)通孔6、背面連接線7、外連接焊盤8、內(nèi)連接焊盤9、外鍵合引線10、內(nèi)鍵合引線11、濾膜12、封蓋13、透氣孔14、上覆蓋層15、下覆蓋層16、內(nèi)連接線17、外端口 18。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括濕度敏感電容1、有機封裝基板2、設(shè)有內(nèi)連接線17和外端口 18的平面螺旋電感3、背面連接線7、外連接焊盤8、內(nèi)連接焊盤9、封蓋13、上覆蓋層15和下覆蓋層16。有機封裝基板2可采用聚酰亞胺(PI)、液晶高分子聚合物(LCP)，或者聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)制作而成。濕度敏感電容I通過膠層4固定連接在有機封裝基板2的頂面。平面螺旋電感3固定連接在有機封裝基板2的頂面。平面螺旋電感3環(huán)繞在濕度敏感電容I的外偵U。濕度敏感電容I和平面螺旋電感3位于有機封裝基板2的同一側(cè)，且濕度敏感電容I和平面螺旋電感3之間有空隙。外連接焊盤8和內(nèi)連接焊盤9分別固定連接在有機封裝基板2的頂面。外連接焊盤8和內(nèi)連接焊盤9位于平面螺旋電感3和濕度敏感電容I之間。有機封裝基板2上設(shè)有電鍍外通孔5和電鍍內(nèi)通孔6。電鍍內(nèi)通孔6位于濕度敏感電容I和平面螺旋電感3之間，電鍍外通孔5位于有機封裝基板2邊緣和平面螺旋電感3之間。背面連接線7位于有機封裝基板2的底面。背面連接線7 —端穿過電鍍外通孔5，與平面螺旋電感3的外端口 18連接。背面連接線7另一端穿過電鍍內(nèi)通孔6，與外連接焊盤8連接。夕卜連接焊盤8通過外鍵合引線10與濕度敏感電容I的一極連接。平面螺旋電感3的內(nèi)連接線17與內(nèi)連接焊盤9連接。內(nèi)連接焊盤9通過內(nèi)鍵合引線11和濕度敏感電容I的另一極連接。上覆蓋層15連接在有機封裝基板2的頂面，且平面螺旋電感3位于上覆蓋層15和有機封裝基板2之間。下覆蓋層16連接在有機封裝基板2的底面，且背面連接線7位于下覆蓋層16和有機封裝基板2之間。封蓋13通過膠層固定連接在有機封裝基板2的上方。封蓋13起到封裝保護作用，同時，該封蓋13還可以支撐濾膜12，防止濾膜12黏貼到封蓋13下方的結(jié)構(gòu)上，影響散熱，影響性能。進一步，所述的封蓋13上開有透氣孔14。在封蓋13設(shè)置透氣孔14，可以讓封蓋13內(nèi)外空氣流通，讓濕度敏感電容I感受外界濕度變化。進一步，所述的基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，還包括濾膜12，濾膜12貼覆在封蓋13的內(nèi)壁上。濾膜12可以防止外界灰塵等雜質(zhì)進入濕度敏感電容I中，影響性能。在上述結(jié)構(gòu)的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)中，濕度敏感電容I通過膠層4粘附在有機封裝基板2上，有機封裝基板2表面上有平面螺旋電感3環(huán)繞在濕度敏感電容I周圍。這可以減小濕度傳感器的體積。綜合考慮平面螺旋電感3的電感量以及品質(zhì)因數(shù)Q值，平面螺旋電感3 —般采取中空結(jié)構(gòu)。這樣把濕度敏感電容I置于中間，就不會增加整個器件的尺寸。平面螺旋電感3的內(nèi)連接線17與內(nèi)連接焊盤9相連，內(nèi)連接焊盤9通過內(nèi)鍵合引線11和濕度敏感電容I的一極連接；平面螺旋電感3的外端口 18依次通過電鍍外通孔5、背面連接線7、電鍍內(nèi)通孔6與外連接焊盤8相連，外連接焊盤8通過外鍵合引線10和濕度敏感電容裸片I上的電容另一極連接。濕度敏感電容I和平面螺旋電感3兩端相互連接，形成LC (電感、電容回路)諧振回路。進一步，平面螺旋電感3的厚度為10-20微米?，F(xiàn)有的傳感器的金屬層厚度約為
1-2 μ m。本發(fā)明的平面螺旋電感3厚度大于現(xiàn)有的傳感器的金屬層厚度，有利提高電感品質(zhì)因數(shù)Q值。
上述結(jié)構(gòu)的濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)的工作原理是:電容式濕度傳感器的輸出是電容，為了將電容輸出，本發(fā)明采用無源無線的輸出方式，所以外加電感，用電容電感(LC)諧振的方式，測到的是頻率，就是f等于(LC)的開方，這樣如果頻率f變化了，電感L是不變的，就可以知道電容C的值。上述結(jié)構(gòu)的濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)的工作過程是:濕度敏感電容I首先根據(jù)外界濕度的變化，得到不同的電容值。濕度敏感電容I和平面螺旋電感3構(gòu)成的諧振電路相互作用以后，整個電路的諧振頻率就會改變。根據(jù)諧振頻率的變化得到電容的變化，從而得到濕度。金屬線圈的電阻損耗是抑制平面電感品質(zhì)因數(shù)Q值的最主要因素，而降低一定長度線圈電阻的兩個基本途徑就是提高電導(dǎo)率和增加截面積。傳統(tǒng)的片上濺射金屬電感，濺射金屬的厚度有限(通常是兩微米以下)。制作同樣寬度的電感，片上電感的截面積小，而本發(fā)明中的平面螺旋電感3截面積較大，從而提高電感Q值。
權(quán)利要求
1.一種基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)包括濕度敏感電容(I)、有機封裝基板(2)、設(shè)有內(nèi)連接線(17)和外端口( 18)的平面螺旋電感(3)、背面連接線(7)、外連接焊盤(8)、內(nèi)連接焊盤(9)、封蓋(13)、上覆蓋層(15)和下覆蓋層(16)，其中， 濕度敏感電容(I)通過膠層(4)固定連接在有機封裝基板(2)的頂面，平面螺旋電感(3 )固定連接在有機封裝基板(2 )的頂面，且平面螺旋電感(3 )環(huán)繞在濕度敏感電容(O的外側(cè)；外連接焊盤(8)和內(nèi)連接焊盤(9)分別固定連接在有機封裝基板(2)的頂面，且外連接焊盤(8)和內(nèi)連接焊盤(9)位于平面螺旋電感(3)和濕度敏感電容(I)之間； 有機封裝基板(2)上設(shè)有電鍍外通孔(5)和電鍍內(nèi)通孔(6)，電鍍內(nèi)通孔(6)位于濕度敏感電容(I)和平面螺旋電感(3 )之間，電鍍外通孔(5 )位于有機封裝基板(2 )邊緣和平面螺旋電感(3)之間； 背面連接線(7 )位于有機封裝基板(2 )的底面，且背面連接線(7 ) —端穿過電鍍外通孔(5)，與平面螺旋電感(3)的外端口(18)連接，背面連接線(7)另一端穿過電鍍內(nèi)通孔(6)，與外連接焊盤(8)連接；外連接焊盤(8)通過外鍵合引線(10)與濕度敏感電容(I)的一極連接；平面螺旋電感(3)的內(nèi)連接線(17)與內(nèi)連接焊盤(9)連接，內(nèi)連接焊盤(9)通過內(nèi)鍵合引線(11)和濕度敏感電容( I)的另一極連接； 上覆蓋層(15)連接在有機封裝基板(2)的頂面，且平面螺旋電感(3)位于上覆蓋層(15)和有機封裝基板(2)之間；下覆蓋層(16)連接在有機封裝基板(2)的底面，且背面連接線(7 )位于下覆蓋層(16 )和有機封裝基板(2 )之間； 封蓋(13)通過膠層固定連接在有機封裝基板(2)的上方。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的封蓋(13)上開有透氣孔(14)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括濾膜(12 )，濾膜(12 )貼覆在封蓋(13 )的內(nèi)壁上。
4.按照權(quán)利要求3所述的基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的平面螺旋電感(3)的厚度為10-20微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于有機基板的無源無線電容式濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括濕度敏感電容、有機封裝基板、平面螺旋電感、背面連接線、外連接焊盤、內(nèi)連接焊盤、封蓋、上覆蓋層和下覆蓋層，濕度敏感電容和平面螺旋電感分別固定連接在有機封裝基板的頂面，背面連接線一端與平面螺旋電感的外端口連接，背面連接線另一端與外連接焊盤連接；外連接焊盤與濕度敏感電容的一極連接；平面螺旋電感的內(nèi)連接線與內(nèi)連接焊盤連接，內(nèi)連接焊盤和濕度敏感電容的另一極連接；封蓋通過膠層固定連接在有機封裝基板的上方。該濕度傳感器封裝結(jié)構(gòu)采用無線無源元件構(gòu)成，具有非接觸、體積小、功耗低的性能優(yōu)點。
文檔編號G01N27/22GK103196958SQ20131011771
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者陳潔, 張聰, 秦明 申請人:東南大學(xué)