论文题目: CMOS兼容湿度传感器封装的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 黄慧锋
导师: 黄庆安,秦明
关键词: 湿度传感器,封装,工艺
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 湿度传感器广泛应用于工业生产和日常生活中。随着基于硅技术的集成电路工艺的发展,特别是CMOS工艺的日渐成熟和MEMS技术的飞速发展,人们已经开始尝试把湿度传感器和后端信号处理电路集成在同一片芯片上,制成集成湿度传感器。这是当前湿度传感器研究的热点。本论文首先介绍了课题的背景和湿度传感器的发展概况,回顾了湿度测量技术的发展史,并且介绍了湿度传感器的分类和当前国内外湿度传感器研究现状。然后讨论了封装的定义,微电子封装的发展和目前的现状,同时介绍了MEMS封装分类、功能和基本的工艺方法,以及MEMS封装和微电子封装的异同。最后重点分析比较了目前湿度传感器封装结构,讨论了当前国内外湿度传感器封装概况,指出了湿度传感器封装的发展方向。本论文的主要工作是完成对CMOS兼容湿度传感器芯片的封装。封装结构采用SOP封装结构。封装基板是采用具有比较大的空腔的陶瓷基板,将湿度传感器粘贴在陶瓷基板的空腔内,用引线键合实现湿度传感器芯片和陶瓷基板的电连接。封装盖板采用的是带有透气孔的塑料盖板,同时,盖板内侧粘贴聚偏二氟乙烯微孔滤膜,这种微孔滤膜作为芯片的保护膜,过滤空气中的灰尘等杂质,给湿度传感器芯片提供了一个较为稳定的工作环境。最后将盖板和基板粘贴在一起,实现封装。随后,我们对封装后的湿度传感器的一些特性参数,如量程、输出特性、灵敏度、滞回特性、温度系数作了比较全面地测试。湿度传感器在测试仪器所能达到的相对湿度范围15%RH～95%RH之间能正常工作。在15%RH～75%RH范围内湿度传感器的输出特性曲线基本是线性的,25℃时灵敏度为0.011pf/%RH,同时灵敏度随着温度的升高有所上升。湿度传感器的电容温度系数为电容温度系数为0.092%/℃。在相对湿度为85%RH时候,有最大的滞回差,约为10%。文章最后介绍了几种湿度传感器的后端处理电路,并且对其中一种电路进行测试,在相对湿度为15%RH～75%RH之间,每变化一个湿度,电路的输出频率的变化为9.68 Hz/%RH,基本能够达到设计要求。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 课题背景
1.2 本论文的主要工作
1.3 论文纲要
1.4 本章小结
第二章 湿度传感器
2.1 湿度传感器的分类
2.1.1 伸缩式湿度传感器
2.1.2 蒸发式湿度传感器
2.1.3 露点传感器
2.1.4 电磁波湿度传感器
2.1.5 吸收式、分压式、红外线等湿度传感器
2.1.6 电子式湿度传感器
2.1.6.1 电阻式湿度传感器
2.1.6.2 电容式湿度传感器
2.2 CMOS兼容电容式湿度传感器
2.2.1 金属-PI-金属湿度传感器
2.2.2 Si-SiO_2-PI结构湿度传感器
2.2.3 高速湿度传感器
2.2.4 悬臂梁结构湿度传感器
2.2.5 梳齿状电极湿度传感器
2.2.6 多孔硅湿度传感器
2.2.7 多孔SiC湿度传感器
2.3 湿度的表示方法
2.4 湿度传感器的主要参数
2.4.1 湿度量程
2.4.2 相对湿度特性曲线
2.4.3 灵敏度
2.4.4 湿度温度系数
2.4.5 响应时间
2.4.6 滞回特性
2.5 本章小结
第三章 湿度传感器封装的结构分析
3.1 封装的定义和发展
3.1.1 封装的定义
3.1.2 世界范围内的电子封装最近进展
3.1.3 MEMS封装技术的发展
3.1.4 MEMS封装与微电子封装的异同
3.1.5 MEMS封装的功能
3.1.6 MEMS封装的类别
3.1.7 MEMS封装的工艺方法
3.2 湿度传感器封装的结构分析
3.2.1 晶体管外壳（TO）封装
3.2.2 单列直插封装（SIP）
3.2.3 小外形封装（SOP）
3.2.4 其它封装形式
3.2.5 湿度传感器和其它传感器混合封装
3.3 本章小结
第四章 湿度传感器的封装设计
4.1 CMOS 工艺兼容湿度传感器
4.2 湿度传感器封装的结构设计
4.2.1 TO封装形式
4.2.2 SOP封装形式
4.3 封装结构材料的选择
4.3.1 封装基板的选择
4.3.2 盖板材料选择和结构设计
4.3.3 微孔滤膜的选择
4.4 湿度传感器封装制作步骤
4.5 本章小结
第五章 湿度传感器的性能测试
5.1 微孔滤膜特性测试
5.2 湿度传感器封装前后输出特性曲线比较
5.3 封装后湿度传感器的性能测试
5.3.1 湿度量程
5.3.2 灵敏度测试
5.3.3 滞回特性测试
5.3.4 温度特性测试
5.3.4.1 电容温度系数
5.3.4.2 感湿温度系数
5.3.5 响应时间测量
5.4 本章小结
第六章 湿度传感器接口电路
6.1 多谐振荡电路
6.2 电容/电压转换电路
6.3 C-F施密特转换电路
6.3.1 C-F施密特转换电路
6.3.2 电路性能的初步测试
6.4 本章小结
第七章 结束语
7.1 展望
7.2 总结
参考文献
图表索引
作者简介
攻读硕士期间发表论文
致谢
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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