微机电系统振动传感器管芯的制作方法

1.本公开总体涉及包括振动传感器的微机电系统(mems：microelectromechanical systems)换能器组件。


背景技术：

2.当前，mems麦克风被用在电子设备中以检测设备的移动。微纳米加工技术的进步导致了越来越小的mems麦克风的发展。mems麦克风传感器可以被集成到紧凑型设备中，诸如手机、笔记本电脑、智能手表、耳机、其它紧凑型设备以及一般的其它设备。这是因为mems麦克风相对较小，当各种设备上的空间非常宝贵时，这很有用。


技术实现要素：

3.根据本公开的一方面，涉及一种微机电系统振动传感器管芯，所述微机电系统振动传感器管芯包括：基板，所述基板具有顶部部分、安装表面和至少部分地延伸穿过所述基板的孔；第一电极，所述第一电极联接至所述基板的所述顶部部分并且置放在所述孔上方；第二电极，所述第二电极布置在所述基板与所述第一电极之间，其中，所述第二电极与所述第一电极间隔开；检验质量块，所述检验质量块具有：第一部分，所述第一部分联接至所述第一电极或所述第二电极；以及第二端，所述第二端与所述第一部分相反，所述第二端相对于所述基板的所述安装表面凹入所述孔内，其中，所述检验质量块不受障碍地悬吊在所述孔内，并且其中，所述检验质量块响应于振动使所述第一电极或所述第二电极移动，所述检验质量块被从所述第一电极或所述第二电极悬吊下来。
4.根据本公开的另一方面，涉及一种微机电系统振动传感器管芯，所述微机电系统振动传感器管芯包括：基板，所述基板具有顶部部分和安装表面；孔，所述孔至少部分地延伸穿过所述基板；电容性电极，所述电容性电极被以间隔开的关系布置并且布置在所述基板的所述顶部部分上，所述电容性电极中的至少一个电容性电极联接至所述基板；以及检验质量块，所述检验质量块联接至所述电容性电极中的一个电容性电极并不受障碍地悬吊在所述孔内，所述检验质量块被所述基板包围并且相对于所述基板的所述凹入；其中，所述检验质量块响应于振动使所述电容性电极移动，所述检验质量块被从所述电容性电极悬吊下来。
附图说明
5.为了描述可以获得本公开的优点和特征的方式，通过参考在附图中例示的本公开的特定实施方式来对本公开进行描述。这些附图仅示出了本公开的示例实施方式，因此不被认为限制本公开的范围。为清楚起见，附图可能已经简化，并且不一定按比例绘制。
6.图1是根据可能的实施方式的振动传感器管芯的侧视剖面图；
7.图2是根据可能的实施方式的振动传感器管芯的俯视剖面图；
8.图3是根据可能的实施方式的振动传感器管芯的侧视剖面图；
9.图4是根据可能的实施方式的振动传感器管芯的俯视剖面图；
10.图5是根据可能的实施方式的振动传感器管芯的侧视剖面图；
11.图6是根据可能的实施方式的包括图1的振动传感器管芯的振动传感器组件的侧视剖面图；以及
12.图7是根据可能的实施方式的包括图1的振动传感器管芯的麦克风组件的示意图示。
具体实施方式
13.至少一些实施方式可以提供一种mems振动传感器管芯(die)。该管芯可以包括基板，该基板具有顶部部分、安装表面和至少部分地延伸穿过该基板的孔。该管芯可以包括第一电极，该第一电极联接至基板的顶部部分并且置放在孔上方。该管芯可以包括第二电极，该第二电极布置在基板与第一电极之间。第二电极可以与第一电极间隔开。管芯可以包括检验质量块(proof mass)。检验质量块可以具有联接至第一电极或第二电极的第一部分。检验质量块可以具有与第一部分相反的第二端。第二端可以相对于基板的安装表面凹入孔内。检验质量块可以不受障碍地悬吊在孔内。检测质量块可以响应于振动而使第一电极或第二电极移动，该检测质量块被从该第一电极或第二电极悬吊下来。在一些实现方式中，管芯包括半导体材料，并且使用本领域普通技术人员已知的光刻工艺来制造。
14.至少一些实施方式可以提供振动传感器的稳健性。例如，在传感器受到冲击而震荡的情况下，可以限定振动传感器中的检测质量块以防止诸如多晶硅振膜之类的电极破裂。例如，振动传感器可能包括联接至振膜的相对较大的检验质量块，并且某些力会损坏振膜或检验质量块。同样，较大的挠曲可能导致振膜与背板发生碰撞和/或破坏振膜、背板、或将振膜连接至基板的连接件(runner)。因此，在至少一些实现方式中，管芯可以被配置成减少或消除损坏的可能性。
15.例如，至少一些实施方式可以提供添加到检验质量块和/或基板的结构，以物理地将检验质量块的竖直或横向行进限制在不会引起损坏的范围内。这可以提供振动传感器的冲击稳健性，该振动传感器也可以用作加速度计。在至少一些实施方式中，检验质量块可以相对于管芯的安装表面凹入，以防止在来自晶片的管芯的制造和分离期间以及在将管芯组装到传感器封装件的基底或基板上期间的损坏。
16.参照图1至图7所示的不同的可能的实施方式，mems振动传感器管芯100可以包括基板110和检验质量块130。管芯100可以包括和/或可以由以下材料形成：多个基板、一个或更多个介电层、一个或更多个金属层、一个或更多个半导体、一个或更多个形成基板的材料层和/或其它材料。
17.参照图1、图3、图5和图7中所示的不同的可能的实施方式，管芯100可以包括第一电极121和第二电极122，该第一电极121和第二电极122中的至少一者在工作期间相对于另一者移动。移动电极可以是第一电极或第二电极，并且可以是自由板类型或约束板类型。根据一种可能的实现方式，第一电极121可以是背板，并且第二电极122可以是振膜。基板110还可以包括至少部分地延伸穿过基板的孔116。
18.参照图1、图3和图5所示的不同的可能的实施方式，基板110可以具有顶部部分112、安装表面114和至少部分地延伸穿过基板110的孔116。第一电极121可以联接至基板
110的顶部部分112并且置放在孔116上方。第二电极122可以布置在基板110与第一电极121之间。第二电极122可以与第一电极121间隔开。
19.检验质量块130可以具有联接至第一电极121或第二电极122的第一部分131。在所示的实施方式中，第一部分131被示出为联接至第二电极122。检验质量块130可以具有与第一部分131相反的第二端132。检验质量块130可以不受障碍地悬吊在孔116内。检验质量块130可以响应于振动而使第一电极121或第二电极122移动，该检验质量块被从该第一电极121或第二电极122悬吊下来。
20.参照图1的可能的实施方式，第二端132可以相对于基板110的安装表面114凹入孔116内。根据一种可能的实现方式，可以向后蚀刻检验质量块130的高度，以使得检验质量块相对于基板110凹入。在一种实现方式中，可以将检验质量块130的高度减小134介于10um至至少50um之间的量。在其它实现方式中，检验质量块凹入的程度可以根据检验质量块和管芯的其它部分的尺寸、检验质量块的指定运动范围、预期使用情况等而不同。
21.根据本公开的一个方面，管芯可以包括邻近检验质量块的横向支承构件，其中，该横向支承构件限制检验质量块在与检验质量块所联接到的第一电极或第二电极的移动方向不平行的方向上的移动。参照图2至图5的可能的实施方式，其是基板的一部分。横向支承构件210可以是基板110的一部分。另选地，横向支承构件可以是位于基板与检验质量块之间的另一构件，或者是固定构件，检验质量块围绕该固定构件布置。检验质量块130与横向支承构件210之间的间隔可以使得横向支承构件210可防止检验质量块130破坏。间隔的具体尺寸可能取决于检验质量块和管芯的其它部分的尺寸、指定的运动范围、预期使用情况等。
22.根据可能的实施方式，管芯100可以包括多个突出部220。多个突出部220可以如图4和图5所示从基板110朝着检验质量块130延伸，或者如图2和图3所示从检验质量块130朝着基板110延伸。横向支承构件210可以是基板110的延伸出突出部220的一部分，或者是基板110的、突出部220从检验质量块130朝着其延伸的一部分。例如，根据可能的实施方式，图2和图3例示了从检验质量块130朝着基板110延伸的突出部220。作为另一示例实施方式，图4和图5例示了从基板110朝着检验质量块130延伸的突出部220。根据可能的实现方式，突出部220可以是鳍状件、柱状件、杯状件、任何其它突出部形状。突出部220的尺寸可以被设置成使添加的质量最小化、保持灵敏度和/或减小横向行进，诸如小于15um。
23.根据可能的实施方式，检验质量块130可以具有中空部分230，并且基板110可以基本上包围检验质量块130。检验质量块130和基板110可以具有任何大体互补的形状。根据可能的实现方式，横向支承构件可以在检验质量块130的中空部分230内部。
24.图6是根据可能的实施方式的包括图1的振动传感器管芯100的振动传感器组件600的侧视剖面图。管芯100可以包括从基板110的安装表面114突出的至少一个刚性柱610。柱610可以与基板110一体地形成。柱也可以与基底部分710一体地形成，或者可以与基板110和基底部分710分开。根据可能的实施方式，柱610可以减小诸如粘合剂630之类的管芯附接件的厚度的变化，该管芯附接件可以将基板110联接至基底部分710。至少一个刚性柱610可以被嵌入在粘合剂630中并且布置在基板110的安装表面114与基底部分710之间。所示的柱具有均匀的横截面，但是其也可以具有适合用于mems管芯制造工艺的其它形状(例如，锥形、四面体等)。
25.根据可能的实施方式，管芯100可以与mems传感器壳体700进行组合，该mems传感器壳体700包括安装在基底部分710上的盖或罩。基板110的安装表面114可以诸如经由粘合剂630安装在基底部分710上，并且孔116可以完全延伸穿过基板110。检验质量块130可以布置在基底部分710与第一电极121之间的孔116中。根据可能的实施方式，壳体700还可以包括多个盖720。
26.根据可能的实施方式，管芯100可以包括可以联接至基底部分710的位移限制支承构件620。位移限制支承构件620可以诸如通过成为基板110的一部分而与管芯100成一体。例如，位移限制支承构件620可以通过在蚀刻期望的结构之后接合两个单独的管芯(诸如通过管芯接合工艺)来制造。根据可能的实现方式，位移限制支承构件620可以联接至基板110。位移限制支承构件620可以位于检验质量块130的下方并与检验质量块130间隔开。位移限制支承构件620可以对检验质量块130在检验质量块130所联接到的第一电极121和/或第二电极122的移动方向上的位移进行限制。
27.根据可能的实现方式，位移限制支承构件620可以与管芯100分开。例如，位移限制支承构件620可以是铜支柱(pillar)、可以是硅支柱、可以是玻璃支柱、可以由与基底部分710相同的材料制成或者可以由任何其它材料制成。根据可能的实现方式，位移限制支承构件620的高度可以大于柱610的高度。
28.图7是根据可能的实施方式的包括振动传感器管芯100和壳体700的麦克风组件900的示意图示。尽管在该实施方式中检验质量块130被示出为实心检验质量块，但是它也可以具有任何其它形式，诸如前述实施方式中所示。类似地，该实施方式和其它实施方式可以包括或排除其它实施方式的其它方面。
29.壳体700可包括安装在基底部分710上的盖720。麦克风组件900还可以包括布置在壳体700中的集成电路740。集成电路740可以电联接至振动传感器管芯100，并电联接至布置在基底部分710的外表面712上的表面安装接口750上的电触点。
30.根据可能的实施方式，表面安装接口750可以具有多个触点，该多个触点联接至集成电路740，诸如联接至可以设置在集成电路740上的连接焊盘，诸如接合焊盘。触头可以被实施成销、焊盘、凸块、球和/或其它结构。表面安装接口750上的触点的功能和数量可以取决于所实现的一个协议或多个协议，并且可以包括电源触点、接地触点、数据触点和时钟触点等等。表面安装接口750可以准许使用回流焊接、熔融接合或其它组装工艺将麦克风组件900与主机设备集成。
31.根据可能的实施方式，麦克风组件900可以包括声传感器800。孔116可以是第一孔116，并且声传感器800可以包括延伸穿过基板110的第二部分的第二孔810。声传感器800可以包括第一声电极821，该第一声电极821联接至基板110并且置放在第二孔810上方。声传感器800可以包括第二声电极822，该第二声电极822布置在基板110与第一声电极821之间。第二声电极822可以与第一声电极821间隔开。第一声电极821或第二声电极822可以响应于声音而相对于彼此移动。
32.根据可能的实施方式，壳体700可以具有声端口730，该声端口730在声学上联接至基板110的第二孔810。声端口730可以在基底部分710中、在盖720中或在壳体700上的其它任何位置。声传感器800可以置放在声端口730上，使得第二孔810与声端口730对准，以允许接收通过声端口730接收到的声信号。
33.根据可能的实施方式，集成电路740可以置放在基底部分710上，并且可以电联接至声传感器800、电联接至振动传感器100以及电联接至布置在基底部分710的外表面712上的表面安装接口750上的电触点。例如，集成电路740可以诸如经由第一电引线724电联接(例如，用电线接合)至声传感器800，并且经由第二电引线726电联接至振动传感器100。集成电路740也可以经由第三电引线728联接至基底部分710，诸如联接至设置在基底部分710上的迹线或其它电触点。集成电路740可以从声传感器800和振动传感器100接收电信号。根据可能的实现方式，基底部分710可以包括印刷电路板(pcb)，该印刷电路板被配置成在其上安装振动传感器管芯100、声传感器800、集成电路740和盖720。
34.在一些实现方式中，密封剂722可以布置在集成电路740上。密封剂可以包括例如环氧树脂或保护集成电路免受湿气和/或散热影响的其它材料。
35.振动传感器100、声传感器800和集成电路740被示出为布置在基底部分710的表面上。在其它实施方式中，这些部件中的一个或更多个可以布置在盖720上、在盖720的内表面上、在盖720的侧壁上和/或彼此堆叠。
36.根据与以上实施方式有关的可能的第一实施方式，一种微机电系统(mems)振动传感器管芯，所述管芯包括基板，所述基板具有顶部部分、安装表面和至少部分地延伸穿过所述基板的一部分的孔。所述管芯包括第一电极，所述第一电极联接至所述基板的所述顶部部分并且置放在所述孔上方。所述管芯包括第二电极，所述第二电极布置在所述基板与所述第一电极之间，其中，所述第二电极与所述第一电极间隔开。所述管芯包括联接至所述第一电极或所述第二电极的检验质量块，所述检验质量块不受障碍地悬吊在孔内，并且所述检验质量块相对于所述基板的所述安装表面凹入。所述检验质量块响应于振动使所述第一电极或所述第二电极移动，所述检验质量块被从所述第一电极或所述第二电极悬吊。
37.根据与第一实施方式有关的第二可能的实施方式，所述管芯包括邻近所述检验质量块的横向支承构件，其中，所述横向支承构件限制所述检验质量块在与所述检验质量块联接到的所述第一电极或所述第二电极的移动方向不平行的方向上的移动。
38.根据与第二实施方式有关的第三可能的实施方式，所述管芯还包括多个突出部，所述多个突出部从所述基板朝着所述检验质量块延伸或者从所述检验质量块朝着所述基板延伸，其中，所述横向支承构件是所述基板的延伸出所述突出部的一部分或者是所述基板的、所述突出部从所述验证质量块朝着其延伸的一部分。
39.根据与第三实施方式有关的第四可能的实施方式，所述检验质量块具有中空部分，并且所述基板基本上包围所述检验质量块。
40.根据与第一实施方式有关的第五可能的实施方式，所述管芯还包括从所述基板的所述安装表面延伸并与所述基板一体地形成的突出部。
41.根据与第一至第五实施方式中的任一实施方式有关的第六可能的实施方式，所述管芯包括联接至所述基板的位移限制支承构件，所述位移限制支承构件位于所述检验质量块下方并与所述检验质量块间隔开，其中，所述位移限制支承构件对所述检验质量块在所述检验质量块联接到的所述第一电极或所述第二电极的移动方向上的位移进行限制。
42.根据与第三实施方式有关的第七可能的实施方式，所述管芯还包括声传感器。所述声传感器包括延伸穿过所述基板的第二部分的第二孔。所述声传感器包括第一声电极，所述第一声电极联接至所述基板并且置放在所述第二孔上方。所述声传感器包括第二声电
极，所述第二声电极布置在所述基板与所述第一声电极之间，其中，所述第二声电极与所述第一声电极间隔开。所述第一声电极或所述第二声电极能响应于声音而相对于彼此移动。
43.根据与第一至第五实施方式中的一个实施方式有关的第八可能的实施方式，所述管芯与mems传感器壳体的基底部分进行组合，所述基板的所述安装表面安装在所述基底部分上并且所述孔延伸穿过所述基板，并且所述检验质量块布置在所述基底部分与所述第一电极之间。所述管芯还与联接至所述基底部分的位移限制支承构件进行组合，所述位移限制支承构件位于所述检验质量块下方并与所述检验质量块间隔开，其中，所述位移限制支承构件限制所述检验质量块在所述检验质量块联接到的所述第一电极或所述第二电极的移动方向上的位移。
44.根据与第八实施方式有关的第九可能的实施方式，所述组合还包括：粘合剂，所述粘合剂将所述基板的所述安装表面联接至所述基底部分；以及至少一个刚性柱，所述至少一个刚性柱嵌入在所述粘合剂中并布置在所述基板与所述基底部分之间。
45.根据与第九实施方式有关的第十可能的实施方式，所述组合还包括：mems传感器壳体，所述mems传感器壳体包括安装在所述基底部分上的盖；以及集成电路，所述集成电路布置在所述壳体中，所述集成电路电联接至所述振动传感器并且电联接至布置在所述基底部分的外表面上的表面安装接口上的电触点。
46.尽管已经利用本公开的特定实施方式描述了本公开，但是显然，对于本领域技术人员而言，许多替代、修改和变化将是显而易见的。例如，在其它实施方式中，实施方式的各种部件可以互换、添加或替换。而且，每个附图的所有元件对于所公开的实施方式的操作不是必需的。例如，所公开的实施方式的本领域普通技术人员将能够通过简单地采用独立权利要求的要素来进行和使用本公开的教导内容。因此，本文阐述的本公开的实施方式旨在是例示性的，而不是限制性的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。
47.在本文献中，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语可以仅用于将一个实体或动作与另一实体或动作区分开，而不必要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。跟随有列表的短语“以下中的至少一者”、“选自以下组中的至少一者”或“选自以下中的至少一者”被定义成表示一个、一些或全部(但不一定是全部)列表中的元素。术语“包含”、“含有”、“包括”或其任何其它变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括一系列元素的过程、方法、制品或装置不包括仅那些元素，而是可以包括未明确列出或此类过程、方法、制品或装置所固有的其它元素。在没有更多约束的情况下，以“一”、“一个”等开头的元素并不排除在包括该元素的过程、方法、制品或装置中存在附加的相同元素。同样，术语“另一”被定义成至少第二或更多。本文所使用的术语“包括”、“具有”等被定义成“包含”。此外，背景技术部分不被认为是现有技术，被写为发明人自己在提交时对某些实施方式的背景的理解，并且包括发明人自己对现有技术的任何问题和/或在发明人自己的工作中遇到的问题的认识。