一、硬件架構(gòu)設(shè)計
溫濕度傳感器集成系統(tǒng)設(shè)計共分為兩部分：硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。由于集成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集芯片只能作為從機工作，因此系統(tǒng)接入其他外部設(shè)備時需要外部通信電路。
二、集成系統(tǒng)設(shè)計
MEMS溫濕度傳感器集成系統(tǒng)包括三個傳感器配件部分：處理器芯片、溫濕度傳感器以及封裝結(jié)構(gòu)。其中溫濕度傳感器對溫濕度信號進行測量，處理器將測量數(shù)據(jù)進行存儲與處理。溫濕度傳感器集成系統(tǒng)使用MEMS鉑電阻溫度傳感器和電容式濕度傳感器分別采樣待測環(huán)境的溫濕度。
1)MEMS溫度傳感器
MEMS微加工工藝制備的薄膜結(jié)構(gòu)鉑電阻傳感器。由于鉑的電阻率較高，靈敏度較好，因此經(jīng)常作為溫度傳感器的感溫材料。鉑電阻溫度傳感器利用金屬鉑(PT)的電阻值隨溫度的變化而變化的物理特性制成溫度傳感器，在實際測量中，一般將電阻值轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號的變化，再將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 后交由微處理器轉(zhuǎn)換成實際的溫度值。
2)MEMS濕度傳感器采用的濕度傳感器為電容濕度傳感器。兩側(cè)電極構(gòu)成電容極板，中間的電介質(zhì)采用濕度敏感材料。外界環(huán)境中的相對濕度對應(yīng)了空氣中的水分子的含量，當待測環(huán)境中的相對濕度發(fā)生變化時，空氣中的水汽分子含量也會發(fā)生相應(yīng)的變化。濕度敏感材料吸收水分子后的混合物的介電常數(shù)由于空氣中的水汽分子含量不同而變化，即混合介質(zhì)的相對介電常數(shù)與待測環(huán)境中的相對濕度相對應(yīng)。
三、目前MEMS封裝包括三個級別：芯片封裝、器件封裝和系統(tǒng)封裝。芯片級封裝包括組裝和保護微型裝置中的敏感元件，避免發(fā)生變形或破裂。器件級封裝包括MEMS芯片和信號調(diào)理電路。系統(tǒng)級封裝包含MEMS芯片器件和主要的信號處理電路，能夠屏蔽電磁、熱或震動的影響。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封裝的范疇，是指在一塊芯片上制作保護層，將易損壞的元器件和電路屏蔽起來，避免環(huán)境對其造成的不利影響。多芯片組件屬于系統(tǒng)級封裝，是指在一個封裝體中包含兩個或兩個以上的芯片。它們通過基板互連，構(gòu)成整個系統(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。在封裝管殼上留有三個梯形透氣窗口，可以封裝內(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指定區(qū)域，然后將粘貼好芯片的基板放置在烘箱中，以的溫度和時間烘干，使芯片粘貼膠固化。
(2)采用鍵合機將傳感器的電極與基板壓焊塊進行引線鍵合，實現(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鍵合線，放入烘箱后設(shè)定溫度為120℃，時間為4分鐘，直至鍵合線上的保護膠固化。
2)集成封裝管殼設(shè)計
集成系統(tǒng)封裝時除了需要考慮隔離外力和機械支撐的作用外，還應(yīng)該實現(xiàn)封裝內(nèi)外的溫濕度交換，即封裝內(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。
