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目前MEMS封裝包括三個(gè)級(jí)別:芯片封裝、器件封裝和系統(tǒng)封裝。芯片級(jí)封裝包括組裝和保護(hù)微型裝置中的敏感元件,避免發(fā)生變形或。器件級(jí)封裝包括MEMS芯片和信號(hào)調(diào)理電路。系統(tǒng)級(jí)封裝包含MEMS芯片器件和主要的信號(hào)處理電路,能夠屏蔽電磁、熱或震動(dòng)的影響。MEMS封裝技術(shù)主要包括單芯片封裝、多芯片組件和倒裝焊等技術(shù)。單芯片封裝屬于器件級(jí)封裝的范疇,是指在一塊芯片上制作保護(hù)層,將易損壞的元器件和電路屏蔽起來,避免環(huán)境對(duì)其造成的不利影響。多芯片組件屬于系統(tǒng)級(jí)封裝,是指在一個(gè)封裝體中包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的芯片。半導(dǎo)體熱敏電阻的特點(diǎn)是靈敏度高,體積小,反應(yīng)快,它是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成的。它們通過基板互連,構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的封裝形式。倒裝焊是將芯片正面朝下,并與封裝基板鍵合的一種封裝方式。由于芯片與基板直接相連,實(shí)現(xiàn)了封裝的小型化和輕便化。
1)封裝過程
將封裝后的處理器芯片與溫濕度傳感器混合封裝在同一塊基板上,構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的封裝形式。為避免芯片受外力損壞,采用封裝管殼提供保護(hù)。在封裝管殼上留有三個(gè)梯形透氣窗口,可以保證封裝內(nèi)部溫濕度傳感器敏感元件接觸到的空氣與外界環(huán)境保持一致。
集成系統(tǒng)的封裝過程如下:
(1)將鉑電阻溫度傳感器與電容濕度傳感器芯片粘貼在基板上的區(qū)域,然后將粘貼好芯片的基板放置在烘箱中,以一定的溫度和時(shí)間烘干,使芯片粘貼膠固化。
(2)采用鍵合機(jī)將傳感器的電極與基板壓焊塊進(jìn)行引線鍵合,實(shí)現(xiàn)兩者之間的電氣連接。
(3)連接完成后將黑膠滴在鍵合線上保護(hù)鍵合線,放入烘箱后設(shè)定溫度為120℃,時(shí)間為4分鐘,直至鍵合線上的保護(hù)膠固化。
2)集成封裝管殼設(shè)計(jì)
集成系統(tǒng)封裝時(shí)除了需要考慮隔離外力和機(jī)械支撐的作用外,還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)封裝內(nèi)外的溫濕度交換,即保證封裝內(nèi)部溫濕度傳感器敏感元件接觸到的環(huán)境與外界環(huán)境保持一致。
數(shù)字濕度/溫度集成式傳感器在專用設(shè)備上有著特殊的用途。美國(guó)一家公司采用激光裁剪工藝,熱固性聚合物電容檢測(cè)元件開發(fā)的數(shù)字濕度/溫度傳感器系列,具有多層結(jié)構(gòu),適合大多數(shù)惡劣的應(yīng)用環(huán)境,產(chǎn)品能夠直接安裝在空氣流經(jīng)處,可監(jiān)測(cè)并控制氣流的溫度和濕度。在CPAP機(jī)、呼吸機(jī)及其他呼吸設(shè)備(比如睡眠呼吸機(jī))等應(yīng)用中,能同時(shí)精準(zhǔn)地監(jiān)控和管理溫度以及濕度檢測(cè)。最后,將所有的電路測(cè)試完畢如為正常,則需調(diào)試或替換環(huán)境空氣溫度。在過去,實(shí)現(xiàn)這兩種檢測(cè)需要在單個(gè)電路板上安裝兩種不同的傳感器以及所有必需的電子設(shè)備,然后在單元周圍進(jìn)行封裝,數(shù)字/溫度傳感器只需要在相對(duì)濕度系列產(chǎn)品將溫度傳感器和濕度傳感器組合在一個(gè)封裝內(nèi),使設(shè)計(jì)工程師能夠使用單個(gè)包含所有信息、程序及I/O(輸入/輸出)的預(yù)認(rèn)證傳感器配件。
傳感器外殼廠家稱熱電偶具有很高的溫度測(cè)量范圍。是工業(yè)上常用的測(cè)溫元件。下限為270 C,上限在1800℃以上,屬于自發(fā)電傳感器。測(cè)量時(shí)無(wú)需外部電源,可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表。在使用熱電偶測(cè)溫時(shí),必須熟練運(yùn)用基準(zhǔn)端處理方法、安裝方法、測(cè)溫電路、測(cè)溫儀表和焊接技術(shù)對(duì)表面溫度進(jìn)行測(cè)量。熱電偶的基準(zhǔn)端處理:當(dāng)熱電偶工作時(shí),基準(zhǔn)端溫度必須保持恒定,熱電偶的刻度盤是在參考端溫度為0度時(shí)制成的。因?yàn)樵诠こ虦y(cè)量中,參考端靠近熱源,暴露在空氣中。傳感器外殼廠家稱測(cè)量對(duì)象容易受到溫度和溫度波動(dòng)的影響,使基準(zhǔn)端溫度難以恒定,造成測(cè)量誤差。數(shù)字溫度傳感器通過串行總線將測(cè)得的溫度傳送至系統(tǒng)控制器,還可以用于配置系統(tǒng)以及加載那些高、低和臨界寄存器。為了消除這種誤差,可以采取溫度補(bǔ)償或校正措施。參考端恒溫法:將熱電偶的基準(zhǔn)端放在帶有冰水混合物的保溫瓶?jī)?nèi),使熱電偶輸出熱電勢(shì)和分?jǐn)?shù)值。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),參考端可以放在裝滿油的容器中,利用油的熱慣性使基準(zhǔn)端保持在室溫附近。