[发明专利]一种多目标感知的智能传感器

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器技术领域，具体涉及一种多目标感知的智能传感器。

背景技术

人类感知自然具有多目标同时感知以及信息融合处理的特点：人类能够同时感知到周围的物体、声音、温度、风速、风向、化学气味、光照等众多的物理和化学量；尽管同时感知的环境参数极多，并且对某一参数（如温度）的感知能力是非精确定量的，但是人类能够在极短的时间内通过大脑的模糊运算，立即分析清楚哪些参数是主要矛盾、哪些是次要矛盾。

这种多目标感知和大数据融合处理的能力，或称为类脑多目标感知系统，一直是传感及测量系统追求的目标，这是因为多物理和化学参数的同时检测在航空航天、军事、汽车、环境、医疗以及消费电子等领域有极为广泛并重要的应用。例如对雷电、风速、阳光、气压、温度、湿度、颗粒物和化学气体的检测，可用于能源化工、城市、高速公路、军事及航空航天的天气预报及环境监测；通过对血压、脉搏、血糖、呼吸成分甚至心电信号等生理参数的检测，可实现远程健康监测和可穿戴式医疗系统；对粘度、硬度、光洁度、成分、颜色及味道的分析可用于工业和自动化控制；通过对姿态、速度、位置的检测，可实现工业和生活智能机器人等。

尽管多传感器三维集成微系统为传感器的发展描绘了未来的方向，多传感器异质集成系统实现了复杂功能，并且一些商用产品已经出现，但是总体上多传感器集成仍处于发展过程中，实现多MEMS传感器与CMOS电路的三维集成仍面临巨大的技术挑战：

（1）复杂系统中多传感器自身的工艺兼容性问题：多数传感器的结构、敏感机理和制造方法各不相同，如何通过一次工艺制造多传感器，是实现系统集成所面临的首要问题，亦或采用插入层的方式实现多传感器的集成，但如何提高集成度、减小体积并降低相互干扰仍旧是非常困难的；

（2）MEMS传感器三维集成工艺兼容性问题，绝大多数MEMS传感器具有脆弱的悬空微结构，在三维集成过程中很容易被破坏，导致常规三维集成方法对多数MEMS传感器并不适用；

（3）多传感器三维集成是一个复杂系统，系统可靠性、器件特性、热力学等问题尚待改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种集成度高、协同性强、成本低、体积小、稳定可靠的多目标感知的智能传感器。

本发明的技术方案如下：一种多目标感知的智能传感器，包括封装衬底，所述封装衬底一端设置有外接端口，所述封装衬底上侧面设置有插入层，所述插入层均匀设置有水平通孔，所述插入层穿设有TSV，所述TSV上端设置微凸块，所述插入层上侧设置有第一CMOS信号处理电路、第二CMOS信号处理电路、RF芯片、物理传感器、处理器和3D内存芯片，所述第二CMOS信号处理电路上侧设置化学传感器，所述第二CMOS信号处理电路与所述化学传感器电连接，所述第一CMOS信号处理电路与所述物理传感器电连接，所述第一CMOS信号处理电路和第二CMOS信号处理电路均与处理器连接，所述处理器还分别连接RF芯片和3D内存芯片。

优选的，所述插入层为硅转接板。

优选的，所述水平通孔的数量不少于2个，相互平行设置，且位于同一水平面。

优选的，所述物理传感器包括图像传感器和温度传感器。

优选的，所述化学传感器包括湿度传感器和离子传感器。

优选的，所述第一CMOS信号处理电路与处理器、第二CMOS信号处理电路与处理器均通过金属共晶键合进行键合。

优选的，所述微凸块为Cu、Sn、Au或SnAg的任一种制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）同时测量复杂的多物理和化学量，同时获得所需要的多种信息。在能源化工领域和环境监测领域，同时测量多种化学气体浓度、颗粒物浓度、温度、湿度、风向和风速等参数；而在输变电系统的可靠性监测中，同时测量电场强度、温度、湿度、振动等指标。

（2）多物理化学量提供互相依赖或冗余的信息，能够提高系统整体的测量性能。通过多种传感器的集成，实现更高精度的测量，达到1+1>2的目的。