微机械传感器的制作方法

1.本发明涉及一种微机械传感器。


背景技术：

2.用于测量例如加速度、转速、压力和其他物理参量的微机械传感器批量生产地制造用于例如汽车和消费领域中的各种应用。安装在共同壳体中的组合的转速和加速度传感器扮演越来越重要的角色。三轴转速传感器与三轴加速度传感器的组合也称为imu(inertial measurement unit，惯性测量单元)。
3.在所述传感器中可以使用微机械芯片，也称为mems芯片。在此，微机械芯片可以包括微机电系统。该传感器还可以包括一个分析处理芯片或多个分析处理芯片，所述分析处理芯片例如可以构型为asic(专用集成电路)。
4.然而，多个分析处理芯片导致壳体的以及因此传感器的增大，这是不期望的。对于许多应用，壳体尺寸的增大是不可容忍的。尤其在可穿戴设备(例如智能手表)和可听设备(例如蓝牙入耳式耳机)领域中，结构尺寸是传感器的市场成功的决定性标准。


技术实现要素：

5.本发明的任务是，说明一种具有高效空间利用率的微机械传感器，在该微机械传感器中，壳体尺寸能够保持得尽可能地小。
6.该任务借助一种根据本发明的微机械传感器解决。下面对有利的构型进行说明。
7.本发明涉及一种微机械传感器，该微机械传感器具有微机械芯片、第一分析处理芯片和第二分析处理芯片，该微机械芯片具有第一微机械结构，该第一分析处理芯片具有第一专用集成电路，该第二分析处理芯片具有第二专用集成电路。在此，微机械结构可以包括微机电系统。第一分析处理芯片和微机械芯片堆叠地布置。这意味着，第一分析处理芯片和微机械芯片至少基本上彼此上下地布置。第一分析处理芯片和微机械芯片尤其可以直接彼此邻接地布置，其中，例如，第一分析处理芯片可以至少部分地突出超过微机械芯片，或微机械芯片可以至少部分地突出超过第一分析处理芯片。微机械芯片与第一分析处理芯片能够导电地直接连接。因此，微机械芯片与第一分析处理芯片之间的能够导电的连接是直接导引的，从而能够导电的连接并不是通过可能存在的衬底来导引的。第一分析处理芯片与第二分析处理芯片能够导电地直接连接。因此，第一分析处理芯片与第二分析处理芯片之间的能够导电的连接同样是直接地(即并不是通过可能存在的衬底)来导引的。第一专用集成电路主要包括模拟电路元件。第二专用电路主要包括数字电路元件。
8.通过该布置能够实现具有高效空间利用率的微机械传感器。
9.在该传感器的一种实施方式中，第一分析处理芯片的第一技术节点(technologieknoten)大于第二分析处理芯片的第二技术节点。由此可以进一步改善空间利用率。特别地，与数字电路元件相比，对于模拟电路元件而言，需要更大的技术节点，以便能够在同时相对较低的制造成本的情况下实现特别好的信噪比和/或特别低的电流消耗。
如在半导体技术中常见的那样，术语“技术节点(英：technology node)”在此表示定义制造工艺世代的里程碑，并且基本上涉及可最小光刻制造的结构尺寸。
10.在该传感器的一种实施方式中，第一技术节点在80至180纳米的范围中，和/或第二技术节点小于70纳米。这能够实现空间利用率的进一步改善。
11.在该传感器的一种实施方式中，其还具有另一微机械芯片，该另一微机械芯片具有第二微机械结构。第二分析处理芯片和另一微机械芯片堆叠地布置，其中，该另一微机械芯片与第一分析处理芯片能够导电地直接连接。因此，该另一微机械芯片与第一分析处理芯片之间的能够导电的连接是直接导引的，从而能够导电的连接并不是通过可能存在的衬底来导引的。
12.在该传感器的一种实施方式中，微机械芯片的第一键合盘组(bondpadreihe)借助键合线与第一分析处理芯片连接。另一微机械芯片的第二键合盘组借助键合线与第一分析处理芯片连接。第一键合盘组和第二键合盘组相互垂直地布置。这能够实现空间利用率的进一步改善。
13.在该传感器的一种实施方式中，该微机械芯片具有第二微机械结构。第二分析处理芯片和微机械芯片堆叠地布置。第一分析处理芯片和第二分析处理芯片要么两者均布置在微机械芯片的上方，要么两者均布置在微机械芯片的下方。这能够实现空间利用率的进一步改善。
14.在该传感器的一种实施方式中，第一微机械结构设置用于测量三维转速，第二微机械结构设置用于测量三维加速度。
15.在该传感器的一种实施方式中，其还具有衬底。在该衬底上布置有通信盘，其中，第一分析处理芯片和/或第二分析处理芯片与该通信盘能够导电地连接。尤其可以设置，第一分析处理芯片与通信盘能够导电地连接，并且第二分析处理芯片仅与第一分析处理芯片连接。在这种情况下，例如可以将第二分析处理芯片在其恰好不被需要时关断。这可以通过存在于第一分析处理芯片上的逻辑装置进行，其中，由此能够在微机械传感器的运行中节省能量。另一方面，第二分析处理芯片也可以与通信盘能够导电地连接，并且第一分析处理芯片仅与第二分析处理芯片连接。这能够实现更简单的通信和电连接的节省。
16.在该传感器的一种实施方式中，其具有壳体。该壳体是模具壳体。衬底是集成电路板衬底。这能够实现传感器的成本有利的制造。
17.在该传感器的一种实施方式中，第一分析处理芯片和第二分析处理芯片借助键合线彼此连接。这能够实现第一分析处理芯片和第二分析处理芯片的高效电连接。
附图说明
18.基于以下附图对本发明的实施例进行阐述。在示意性附图中示出：
19.图1示出微机械传感器；
20.图2示出图1的微机械传感器的截面图；
21.图3示出另一微机械传感器；
22.图4示出图3的另一微机械传感器的截面图；
23.图5示出图3的另一微机械传感器的另一截面图；
24.图6示出另一微机械传感器；
25.图7示出图6的另一微机械传感器的截面图；和
26.图8示出另一微机械传感器。
具体实施方式
27.图1示出一种微机械传感器1，该微机械传感器具有微机械芯片2，该微机械芯片具有第一微机械结构，该微机械传感器还具有第一分析处理芯片3和第二分析处理芯片4，该第一分析处理芯片具有第一专用集成电路31，该第二分析处理芯片具有第二专用集成电路41。微机械芯片2在此布置在可选的衬底13上。第一分析处理芯片3和微机械芯片2彼此上下地、即堆叠地布置。微机械芯片2与第一分析处理芯片3能够导电地连接。该连接在图1中借助从微机械芯片2的芯片盘22导引至第一分析处理芯片3的芯片连接盘32的键合线11实施。同样可以设置其他能够导电的连接(例如借助通孔或直接的键合盘连接)，然而未在图1中示出。第一分析处理芯片3与第二分析处理芯片4能够导电地连接。该连接借助从第一分析处理芯片3的第一数据交换盘33导引至第二分析处理芯片4的第二数据交换盘42的键合线11实现，然而同样可以不同于在图1中所示出的那样地实施。第一专用集成电路31主要包含模拟电路元件，第二专用电路41主要包含数字电路元件。
28.在衬底13上布置有通信盘12，所述通信盘借助键合线11与第一分析处理芯片3的分析处理通信盘34连接。借助通信盘13，能够提供来自微机械传感器1外部的第一分析处理芯片3的数据。芯片盘22布置在第一键合盘组23中。借助键合线11所实施的连接的数量可以不同于在图1中所示的数量，其由本领域技术人员根据对于芯片2、3、4而言所必要的前提条件进行选择。
29.图2示出图1的微机械传感器1在所述键合线11中的一个从第一数据交换盘33导引至第二数据交换盘42的键合线的区域中的截面图。微机械芯片2包含第一微机械结构21，其例如可以构型为压力传感器、加速度传感器或者转速传感器。
30.在一个实施例中，第一分析处理芯片3的第一技术节点大于第二分析处理芯片4的第二技术节点。在一个实施例中，第一技术节点在80至180纳米的范围中。在一个实施例中，第二技术节点小于70纳米。
31.图3示出微机械传感器1，其相应于图1和2的微机械传感器1，只要在下文中未描述任何差异。微机械传感器1还具有另一微机械芯片5，其具有第二微机械结构。该另一微机械芯片5在此布置在可选的衬底13上。第二分析处理芯片4和另一微机械芯片5彼此上下地、即堆叠地布置。该另一微机械芯片5与第一分析处理芯片3能够导电地连接。该连接在图3中借助从另一微机械芯片5的其他芯片盘52导引至第一分析处理芯片3的其他芯片连接盘35的键合线11实施。同样可以设置其他能够导电的连接(例如借助通孔或直接的键合盘连接)，然而未在图3中示出。其他芯片盘52布置在第二键合盘组53中。
32.第一分析处理芯片3布置在微机械芯片2的上方。第二分析处理芯片4布置在另一微机械芯片5的上方。在一种替代的构型中，第一分析处理芯片3可以布置在微机械芯片2的下方和/或第二分析处理芯片4可以布置在另一微机械芯片5下方。所述布置中的哪个布置最为有利，尤其取决于所述两个微机械芯片2、5和两个分析处理芯片3、4所需的芯片面积，其中，典型地但是不是必然地，将各个更大的芯片布置在各个更小的芯片的下方。
33.图4示出图3的微机械传感器1在所述键合线11中的一个从其他芯片连接盘35导引
至其他芯片盘52的键合线的区域中的截面图。该另一微机械芯片5包含第二微机械结构51，该第二微机械结构例如可以构型为压力传感器、加速度传感器或转速传感器。
34.图5示出图3的微机械传感器1在所述键合线11中的一个从第一数据交换盘33导引至第二数据交换盘42的键合线的区域中的截面图。
35.在一个实施例中，微机械芯片2的第一键合盘组23借助键合线11与第一分析处理芯片3连接。此外，另一微机械芯片5的第二键合盘组53借助键合线11与第一分析处理芯片3连接。第一键合盘组23和第二键合盘组53——如在图3中所示的那样——相互垂直地布置。
36.图6示出微机械传感器1，其相应于图1和2的微机械传感器1，只要在下文中未描述任何差异。微机械芯片2具有第二微机械结构，其中，第二分析处理芯片4和微机械芯片2堆叠地布置。第一分析处理芯片3和第二分析处理芯片4两者均布置在微机械芯片2的上方。
37.此外在图6中示出，衬底13的通信盘12与第二分析处理芯片4的其他分析处理通信盘43连接。为此，不存在第一分析处理芯片3的分析处理通信盘34。图6的该构型也可以设置在图1至5的实施例中。替代地，图6的实施例也可以替代于第二分析处理芯片4的其他分析处理通信盘43而如在图1中所示的那样具有第一分析处理芯片3的分析处理通信盘34。
38.如果第一分析处理芯片3与通信盘12能够导电地连接并且第二分析处理芯片4仅与第一分析处理芯片3连接，如在图1和3中所示的那样，则例如可以将第二分析处理芯片4在其恰好不被需要时关断。这可以通过存在于第一分析处理芯片3上的逻辑装置进行，其中，由此能够在微机械传感器1的运行中节省能量。如果第二分析处理芯片4与通信盘12能够导电地连接并且第一分析处理芯片3仅与第二分析处理芯片4连接，如在图6中所示的那样，则能够实现更简单的通信和电连接的节省。
39.图7示出图6的微机械传感器1在所述键合线11中的一个从第一数据交换盘33导引至第二数据交换盘42的键合线的区域中的截面图。微机械芯片2不仅包含第一微机械结构21，而且包含第二微机械结构51。
40.同样在图7的截面图中示出壳体6，其中，壳体6是模具壳体。在这种情况下，衬底13可以是集成电路板衬底。在壳体6内可以布置有模具材料61，其中，尤其微机械芯片2、分析处理芯片3、4和键合线嵌入到该模具材料61中，如此，存在所述元件的机械保护。图7的壳体也可以设置在图1至5的实施例中。
41.在图3和4的实施例中，但也在图5和6的实施例中，可以设置：第一微机械结构21设置用于测量三维转速，第二微机械结构51设置用于测量三维加速度。
42.在所有的实施例中，第一分析处理芯片3尤其可以包含用于操控和分析处理微机械芯片2的或微机械芯片2、5的信号的模拟前端电路，而第二分析处理芯片4尤其包含微处理器和/或数字信号处理器和/或存储单元。在微处理器和/或数字信号处理器上能够执行更复杂的计算和存储更大的数据量，以便实现诸如数据融合、自校准和特殊过滤之类的附加功能。
43.图8示出微机械传感器1，其相应于图3至图5的微机械传感器1，只要在下文中未描述任何差异。微机械传感器1还具有带有第三微机械结构的微机械芯片7，其中，该第三微机械结构可以类似于第一微机械结构21或第二微机械结构51地构建。在此，该另一微机械芯片7布置在可选的衬底13上。具有第三专用电路81的第三分析处理芯片8布置在另一微机械芯片7的上方。第三分析处理芯片8和另一微机械芯片7彼此上下地、即堆叠地布置。该另一
微机械芯片7与第一分析处理芯片3能够导电地连接。该连接在图3中借助从另一微机械芯片7的其他芯片盘72导引至第一分析处理芯片3的其他芯片连接盘37的键合线11实施。同样可以设置其他能够导电的连接(例如通过通孔或直接的键合盘连接)，然而未在图3中示出。其他芯片盘72布置在第三键合盘组73中。第一分析处理芯片3与第三分析处理芯片8能够导电地连接。该连接借助从第一分析处理芯片3的其他第一数据交换盘36导引至第三分析处理芯片8的第三数据交换盘82的键合线11实现，然而同样可以不同于在图8中所示的那样地实施。第三专用电路81类似于第二专用电路41地主要包含数字电路元件。第三键合盘组73在此垂直于第一键合盘组23并且平行于第二键合盘组53。
44.不同于图8的图示，同样可以在没有另一微机械芯片7的情况下或在没有第三分析处理芯片8的情况下实现微机械传感器1。
45.尽管已经通过优选的实施例对本发明进行详细描述，但是本发明不限于所公开的示例，并且可以由本领域技术人员在不背离本发明保护范围的情况下导出其其他变型。