Mems傳感器器件組件和電子設備的製作方法

2023-05-05 00:40:16 5

專利名稱:Mems傳感器器件組件和電子設備的製作方法
【專利摘要】一種MEMS傳感器器件組件和電子設備，設想：第一裸片，集成微機械檢測結構，並具有外部主面；第二裸片，其集成電子電路，該電子電路被可操作地耦合到微機械檢測結構，被電氣和機械地耦合到第一裸片並且具有相應的外部主面。第一裸片的外部主面與第二裸片的外部主面兩者均被設置為與組件外部的環境直接接觸，而不引入封裝材料。
【專利說明】MEMS傳感器器件組件和電子設備

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種MEMS傳感器器件的晶片級組件；特別是，下面的描述將參考包括聲轉換器的MEMS傳感器器件的組件，而不因此這意味著在一般性的任何損失。

【背景技術】
[0002]傳感器器件是已知的，包括至少部分地由半導體材料並且使用MEMS(微機電系統)技術製造的微機械結構。這些傳感器器件用於諸如舉例而言，可攜式電腦、筆記本電腦或超級本、PDA、平板電腦、行動電話、智慧型電話、數字音頻播放器、照相相機或攝像機，以及電腦遊戲的主機的可攜式電子設備，使得能夠獲得關於在面積和厚度方面的大小佔用的重要優點。
[0003]MEMS傳感器器件通常包括:微機械檢測結構，設計為將要檢測的機械量(例如，聲波、壓力等)轉換成電氣量(例如，電容變化)；和電子讀出電路，通常提供作為ASIC(特定用途集成電路)，被設計來執行電氣量的適當的處理運算(其中，放大和濾波運算)，以便提供電輸出信號，無論該輸出信號是模擬(例如，電壓)或是數字(例如PDM-脈衝密度調製-信號)。該電信號，可能由電子接口電路進一步處理，然後使得其對於外部電子系統可用的，例如，結合了傳感器器件的電子設備的微處理器控制電路。
[0004]電容式的MEMS聲學轉換器的微機械檢測結構，通常包括移動電極，提供作為隔板或膜，面向基本固定的電極。移動電極通常通過它們的周圍部分被固定到襯底，而其中心部分可響應聲壓波入射在其表面上而自由移動或彎曲。移動電極和固定電極提供檢測電容器的板，以及構成移動電極的膜的彎曲導致該檢測電容器的電容的變化。在操作期間，電容變化由合適的處理電子器件轉換成電信號，其被作為MEMS聲學轉換器的輸出信號。
[0005]一個已知類型的MEMS聲學轉換器，例如，在以本 申請人:的名字遞交的專利申請號為US 2010/0158279 Al (本文將其作為參考)中進行了詳細描述。
[0006]聲轉換器的微機械檢測結構的一部分以示例的方式被示出在圖1中，被指定為I並作為一個整體。
[0007]微機械檢測結構I包括由半導體材料製成的襯底2，以及移動膜(或隔膜)3。膜3是由導電材料製成的並面向固定電極或剛性板4，通常被稱為「背面板」，其是剛性的，至少如果與膜3相比較其是剛性的，該膜即，相反地，柔性的並發生以入射聲壓波作為函數的變形。
[0008]膜3通過由膜3的突起形成的膜固定部5被固定到襯底2，該膜3的突起從相同的膜3的周邊區域向著襯底2延伸。
[0009]例如，膜3在平面視圖即在主延伸的水平平面上具有大致正方形的形狀，並且膜固定部5 (其數目上為4個)被設置在正方形的頂點上。
[0010]膜固定部5將膜3以從膜3的一定距離的位置懸在襯底2上；該距離的值是響應在低頻率的線性度和聲學轉換器的噪聲之間的折衷的結果。
[0011]為了使得在膜3中的殘餘(拉伸和/或壓縮)應力(例如，從製造過程中產生的應力)能夠釋放，通過開口 3'可以通過膜3，特別是每個膜固定部5的的接近而形成，以便於「均衡」存在於同一膜3的表面上的靜態壓力。
[0012]剛性板4是由以導電材料製成並設置面向薄膜3的第一板層4a以及以絕緣材料製成的第二板層4b形成的。
[0013]第一板層4a與膜3 —起形成微機械檢測結構I的檢測電容器。
[0014]特別是，第二板層4b覆蓋第一板層4a，除了在它延伸穿過第一板層4a以便形成剛性板4的突起部6的部分，該突起部6向底層膜3延伸並具有防止膜3粘附到剛性板4的功能，以及限制了相同的膜3的振蕩。
[0015]例如，膜3的厚度被包括在0.3-1.5 ym的範圍，例如它等於0.7 μ m，第一板層4a的厚度被包括在0.5-2 μ m的範圍，例如它等於0.9 μ m，並且第二板層4b的厚度被包括在
0.7-2 μπι的範圍，並且，例如，它等於1.2 μπι。
[0016]此外，剛性板4具有多個孔7，其延伸通過第一和第二板層4a、4b，例如具有圓形的橫截面，並且允許在製造步驟期間移去下面的犧牲層。例如，孔7是被布置以便形成在一個水平面上的晶格，平行於襯底。此外，在使用中，孔7使得在剛性板4與膜3之間的空氣能夠自由流通，在效果中呈現出剛性板4是聲學透明的。孔7因此提供聲學埠，以使得聲壓波能夠到達和變形膜3。
[0017]剛性板4通過板固定部8被固定到襯底2，該板固定部8被連接到相同的剛性板4的外圍區域。
[0018]特別地，板固定部8由與第一板層4a相同的導電材料製成的垂直柱(S卩，柱正交於水平面和襯底2的方向上延伸)形成，並因此形成具有剛性板4的單件；換言之，第一板層4a具有延伸到遠至襯底2的延長部，定義了剛性板4的固定部。
[0019]膜3被懸在第一腔體9a上並直接面向第一腔體9a，該第一腔體9a由通過溝槽形成在襯底2內或穿過襯底2，該通過溝槽由諸如從襯底2的背表面2b開始通過蝕刻而形成，該背表面2b與襯底2的前表面2a相反，在前表面2a上坐落有膜固定部5 (第一腔體9a因此定義了在襯底2的前表面2a與後表面2b之間延伸的通孔)；特別地，前表面2a位於水平平面內。
[0020]在聲學壓力波首先衝擊第一剛性板4然後衝擊膜3的情況下，第一腔體9a也被稱為「背腔室」。在該情況下，前腔室由第二腔體％形成，在頂部和底部分別由第一板層4a和膜3定界。
[0021]可替代地，在通過第一腔體9a使壓力波到達膜3的任何可能情況下，在這種情況下提供了聲學訪問埠，並且因此提供了前腔室。
[0022]更詳細地，膜3具有第一主表面3a和第二主表面3b，其相反於彼此，並分別面向第一和第二腔體9a、9b，因此分別與聲轉換器的背腔室和前腔室流體連通。
[0023]此外，第一腔體9a由兩個腔體部分形成:第一腔體部分9a'被布置在襯底2的前表面2a處並具有在水平平面上的第一延伸；第二腔體部分9a〃被設置在襯底2的後表面2b處並具有在水平面上的第二延伸，該第二延伸大於第一延伸。
[0024]在已知的方式中，聲轉換器的靈敏度取決於薄3的機械特性，以及取決於在相應封裝中膜3和剛性板4的組件，其構成聲轉換器相對於外部環境的接口。
[0025]特別地，聲轉換器的性能取決於背腔室的體積和前腔室的體積。前腔室的體積確定了聲轉換器的上諧振頻率，並且因此確定了它在高頻率的性能；在一般情況下，實際上，前腔室的體積越小，聲轉換器的上限截止頻率越高。此外，背腔室的大體積使得能夠改善相同的聲轉換器的頻率響應和靈敏度。
[0026]聲轉換器的封裝必須被配置成不僅容納微機械檢測結構1，也容納與其相關聯的讀出電子器件，通常被提供為ASIC，電耦合到微機械檢測結構I。在設計階段，還應當考慮到聲轉換器典型地在不利的工作環境下工作的事實，例如那些受高射頻輻射和電磁幹擾的環境(當集成在行動電話或類似的無線通信設備中時)。
[0027]因此，幾個約束施加在MEMS聲轉換器的組件和相應的封裝上，這使得優選為緊湊的尺寸的它們的設計特別有問題。
[0028]已經提出的組件布置設想提供由半導體材料製成的兩個不同的裸片，第一裸片用於微機械檢測結構並且第二裸片用於讀取電路。
[0029]在該類型的解決方案中，圖2中示意性地圖示(並例如描述於美國專利6，781，231中)，第一裸片10，集成了微機械檢測結構I (本文示意性圖示的)，以及第二裸片11，集成了讀取電子器件的ASICll'，被並排耦合在相應的封裝14的支撐層12上。在第一和第二裸片11、12之間的電連接15通過利用引線鍵合技術的電線提供，而適當的金屬化層和通孔(未詳細示出)被設置在支撐層12以用於向封裝14的外部路由的電信號。
[0030]此外，封裝14的蓋件16被耦合到支撐層12，包圍第一及第二裸片11、12 ;該蓋16可以由金屬或具有內部金屬化層的預模製塑料製成，以諸如防止外部電磁信號的幹擾(通過提供一種法拉第籠)。
[0031]此外，蓋件16具有開口 18，以使得聲壓波能夠進入。有利的是，用於入射光的屏幕(未圖示)，或過濾器(也未圖示)可被耦合到開口 18，以防止灰塵或其它材料的顆粒滲入到蓋件16中。
[0032]焊盤(未示出)在支承層12的下側處設置，以用於焊接和到外部印刷電路的電連接。
[0033]然而，該組件布置並非沒有缺陷，其中優選大尺寸以用來並排容納聲轉換器的兩個裸片以及用來提供相應的封裝的事實。
[0034]此外，該解決方案不提供給設計者很大的自由度(如相反將是合意的)以調整聲轉換器的腔室的大小，用於其電特性的確定。
[0035]針對MEMS聲轉換器的各種組裝和封裝解決方案都已因此被提出，其中，例如，在US6, 088，463、US 2007/0189568、W02007/112743、EP2252077、EP2517480 描述的那些。
[0036]然而，這些解決方案也都沒有關於尺寸，組件成本，和傳感器的電氣特性被優化。
[0037]該提供MEMS傳感器器件的適當的組件的需要因而被本領域所感受到，其可以提供低製造成本、高性能和高可靠性，並包含要被滿足的尺寸。
實用新型內容
[0038]本實用新型的目的是提供一種緊湊的、具有低製造成本和高的電性能的MEMS傳感器器件的組件。
[0039]一個或多個實施例涉及MEMS傳感器器件的組件。一個實施例涉及包括第一裸片和第二裸片的組件。該第一裸片和第二裸片分別具有內表面和外表面。微型機械檢測結構位於第一裸片的內表面上。第二裸片集成可操作地耦合到微機械檢測結構的電子電路。第二裸片的內表面被耦合到所述第一裸片的內表面。第一裸片和第二裸片的外表面形成組件的外表面，該組件的外表面被配置為被放置在與組件外部的結構直接接觸。
[0040]根據本實用新型的一方面，提供一種MEMS傳感器器件組件，其特徵在於，包括:第一裸片，具有內表面和外表面，微機械檢測結構位於所述內表面上；以及第二裸片，具有內表面和外表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微機械檢測結構的電子電路，所述第二裸片的所述內表面耦合到所述第一裸片的所述內表面，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面是所述組件的暴露的外表面，並且所述外表面中的至少一個外表面被配置為放置成與所述組件外部的結構直接接觸。
[0041]根據本實用新型的一個實施例，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面在各自的平行平面內，並且所述第一裸片和所述第二裸片在橫切於所述平面的方向上親合。
[0042]根據本實用新型的一個實施例，所述第一裸片和所述第二裸片被配置成被機械及電氣地耦合至所述組件外部的所述結構，而不引入封裝材料。
[0043]根據本實用新型的一個實施例，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面的至少一個外表面被配置成直接耦合到印刷電路板上。
[0044]根據本實用新型的一個實施例，被配置為直接耦合到所述印刷電路板的所述外表面包括被配置為將所述組件電耦合到所述印刷電路板的第一電連接元件。
[0045]根據本實用新型的一個實施例，進一步包括:第二電連接元件，位於所述第一裸片的所述內表面與所述第二裸片的所述內表面之間，並且將所述微機械檢測結構電耦合到所述電子電路；導電通孔，延伸穿過所述第一裸片和所述第二裸片中的一個裸片；以及第三電連接元件，位於所述第一裸片的所述內表面和所述第二裸片的所述內表面之間，並且被配置為通過所述導電通孔電耦合到所述第一電連接元件。
[0046]根據本實用新型的一個實施例，包括在所述第一裸片和所述第二裸片之間的耦合環，所述耦合環將所述第一裸片和所述第二裸片耦合在一起，所述耦合環環繞所述微機械檢測結構。
[0047]根據本實用新型的一個實施例，所述第二裸片包括位於靠近所述微機械檢測結構的腔體。
[0048]根據本實用新型的一個實施例，所述微機械檢測結構是第一微機械檢測結構，所述組件進一步包括集成第二微機械檢測結構的第三裸片，所述第三裸片被固定到所述第二裸片的所述內表面、被容納在所述第二裸片的所述腔體中、並以一定距離面向所述微機械檢測結構，所述第二微機械檢測結構被電耦合到所述電子電路。
[0049]根據本實用新型的一個實施例，在所述第二裸片中的所述腔體具有側壁，所述組件進一步包括具有相應地位於所述側壁上的相應部分的導電路徑，以及在所述第三裸片中的所述第二微機械檢測結構通過所述導電路徑被耦合到所述電子電路。
[0050]根據本實用新型的一個實施例，包括集成第三微機械檢測結構的第四裸片，所述第四裸片固定到所述第二裸片的所述內表面並且被容納在所述第二裸片中的所述腔體中，所述第三微機械檢測結構被電耦合到所述電子電路。
[0051]根據本實用新型的一個實施例，所述微機械檢測結構是聲轉換器，並且包括具有第一腔體的半導體材料的襯底，懸在所述第一腔體之上的膜，和電容耦合到所述膜的剛性板。
[0052]根據本實用新型的一個實施例，在所述第一裸片中的所述腔體與所述組件外部的環境流體接觸，並允許聲壓波進入所述組件；所述第二裸片包括位於接近所述微機械檢測結構的第二腔體；以及所述第一腔體和所述第二腔體相應地形成所述聲轉換器的前腔室和後腔室。
[0053]根據本實用新型的一個實施例，所述微機械檢測結構是壓力傳感器，並且包括具有懸在埋置的腔體之上的膜的半導體材料的襯底；其中所述壓力傳感器進一步包括彈性元件，所述彈性元件將所述膜耦合到所述襯底，所述膜通過在所述第一裸片中的腔體被懸在一側。
[0054]根據本實用新型的一個實施例，所述第一裸片和所述第二裸片具有外部側表面，所述外部側表面橫切於所述外表面和內表面並且被配置為放置成與外部結構直接接觸。
[0055]根據本實用新型的另一方面，提供一種電子設備，其特徵在於，包括:MEMS傳感器器件，包括:第一裸片，具有第一表面、第二表面，和位於所述第一表面上的微機械檢測結構；以及第二裸片，具有第一表面和第二表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微機械檢測結構的電子電路，所述第二裸片的所述第一表面被耦合到所述第一裸片的所述第一表面，所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面形成所述組件的外表面；印刷電路板，直接耦合到所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面中的一個第二表面，而不引入封裝材料。
[0056]根據本實用新型的一個實施例，所述微機械檢測結構是壓力傳感器，包括半導體襯底、被彈性耦合到所述襯底的懸膜、以及被電容耦合到所述懸膜的剛性電極。
[0057]根據本實用新型的一個實施例，所述第一微機械檢測結構是第一微機械檢測結構，其中所述第一裸片包括具有形成在所述第一表面中的底表面的凹部，所述電子設備進一步包括被固定到所述第一裸片的所述凹部的所述底表面的第三裸片，所述第三裸片包括被可操作地耦合到所述第二裸片的所述電子電路的第二微機械檢測結構。
[0058]根據本實用新型的一個實施例，所述電子設備是行動電話、PDS、筆記本電腦、錄音筆、具有語音錄製能力的音頻播放器和水聽器中的一個。
[0059]本實用新型的有益效果是:通過與外部環境形成直接耦合的MEMS傳感器器件無需引入封裝材料，從而使得所佔用的空間能夠明顯節省並且製造過程能夠被簡化。此外，由於前腔室和後腔室的有利尺寸，該MEMS傳感器器件使得相關聯的聲轉換器的性能能夠得到增強。

【附圖說明】

[0060]為了更好地理解本實用新型，現在對其優選實施例，純粹以非限制性示例的方式並參照附圖進行描述，其中:
[0061]圖1是一個已知類型的MEMS傳感器器件的微機械檢測結構的一部分的示意性橫截面表示；
[0062]圖2是MEMS傳感器器件具有相應的封裝的示意性表示；
[0063]圖3是根據本解決方案的MEMS傳感器器件的組件的第一實施例的示意性橫截面表不;
[0064]圖4是圖3的組件的示意性頂視圖；
[0065]圖5是圖3的組件的一種變體的示意性橫截面表示；
[0066]圖6是圖3的組件的另一種變體的示意性橫截面表示；
[0067]圖7是MEMS傳感器器件的組件的第二實施例的示意性橫截面表示；
[0068]圖8是圖7的組件的一種變體的不意性截面表不;
[0069]圖9是圖7的組件的另一種變體的示意性橫截面表示；
[0070]圖10是包括MEMS傳感器器件的電子設備的框圖；以及
[0071]圖11是MEMS傳感器器件的組件的另一實施例的示意性橫截面表示。

【具體實施方式】
[0072]如將在下文中詳細地描述的，本解決方案相關的總體思路設想使用相同的裸片，該裸片集成微機械檢測結構和相應的ASIC，如MEMS傳感器器件與外部環境的直接接口，同樣關於例如到印刷電路板的機械和電連接，以及關於要被檢測的與機械量的耦合。MEMS傳感器器件的組件因此沒有設想封裝的存在，並且被設計為與外部環境電氣及機械接觸的同樣的組件的外表面通過上述裸片的外表面被構成。
[0073]圖3示出了作為整體被指定為20的MEMS傳感器器件的組件的第一實施例。
[0074]MEMS傳感器器件20包括第一裸片21，該第一裸片21包括半導體材料，尤其是矽，集成了第一裸片微機械檢測結構22。
[0075]例如，示意性圖示的第一裸片微機械檢測結構22限定了聲轉換器，如參考圖1所描述的被製成(因此，在下文中，相同的附圖標記將用於指代相似的元件)。
[0076]第一裸片微機械檢測結構22因而包括:襯底2，通過其厚度被設置的是第一腔體9a，其具有在平面視圖中(即，在水平平面xy)的一般性多邊形(例如正方形)的形狀；膜3，其懸在第一腔體9a上並且可能以入射聲壓波作為函數發生變形；以及剛性板4，其被機械連接到襯底2並且電容耦合到膜3。
[0077]特別地，在所描述的實施例中，第一裸片21構成組件的較低部分(相對於與水平平面xy正交的垂直軸z)，其被設計為提供一種到外部印刷電路板(未示出)的機械及電氣連接。
[0078]例如，第一裸片21沿著與水平平面xy正交的垂直軸z具有200 μπι的厚度。
[0079]第一裸片21具有外部主面21a，置於水平平面xy上，被設計成與外部環境直接接觸，外部環境在此作為整體被指定為100，並且該外部主面21a與上述外部印刷電路板電氣及機械接觸(因此，提供了整個組件的外表面)，其帶有用於此目的合適的外部電氣連接元件26，諸如舉例而言，凸面(lands)或導電凸塊(bumps)，根據所使用的特定連接技術(例如，LGA-凸面柵陣列，或BGA-球柵陣列)。
[0080]此外，第一裸片21具有內部主面21b，其垂直地相反於外部主面21a，在內部主面21b處布置了聲轉換器的膜3，並且耦合到內部主面21b的是相同的聲轉換器的剛性板4。
[0081]此外，第一裸片21具有第一側面21c和第二側面21d，被設置為平行於垂直軸z，其也與外部環境通信，並構成整個組件的外表面。
[0082]在圖示的示例中，其中MEMS傳感器器件20包括聲轉換器，第一腔體9a終止於上述外部主面21a並且構成用於聲壓波的進氣埠 ；換言之，第一腔體9a構成聲轉換器的所謂前腔室。電氣連接元件26相對於第一腔體9a被橫向地設置。
[0083]該組件布置被定義為「底部埠 」類型，具有在該組件的較低部分的聲學訪問埠，其被設置在外部印刷電路板的附近。
[0084]MEMS傳感器器件20還包括第二裸片28，其包括半導體材料，尤其是矽，集成ASIC29 (示意性地圖示)，被耦合到第一裸片微機械檢測結構22。
[0085]特別是，第二裸片28具有:相應的外部主面28a，被設計成與外部環境(從而提供了整個組件的外表面)的直接聯通；以及相應的內部主面28b，其面向第一裸片21的內部主面21b，並且被機械及電氣耦合到第一裸片21的內部主面21b。該ASIC29是，例如，設置在對應於第二裸片28的內部主面28b的一部分的區域。
[0086]此外，第二裸片28具有第三側面28c、第四側面28d，被設置為平行於垂直軸z，其也與外部環境聯通，並與第一裸片21的第一側面21c、第二側面21d —起構成整個組件的外部側表面。
[0087]例如，第二裸片28沿垂直軸z具有700 μ m的厚度。
[0088]在第二裸片28中，從內部主面28b開始提供了第二腔體％，其佔據對應於第一裸片微機械檢測結構22的位置，以及相應的膜3和剛性板4。特別是，第二腔體9b由底壁30'被定界在頂部，平行於內部主面28b的表面並且平行於水平平面xy，該底壁30'從外部主面28a被具有小於第二裸片28的整個厚度的同一第二裸片28的一部分分離開，並被側壁30"側面地分離開。例如，第二腔體9b在平面圖中為正方形或矩形。
[0089]在所描述的實施例中，第二腔體9b表示的MEMS聲轉換器的所謂的背腔室。更一般地，第二腔體9b的存在可以使得第一裸片微機械檢測結構22(例如，膜或隔膜)的可變形元件的能夠變形。雖然未示出，但是應當理解，在一些實施例中，第二裸片28可以包括將第二腔體9b置於與設備20外部的環境流體聯通的通孔。
[0090]第一內部電連接元件31 (由焊盤或導電材料的通路所構成，示意性地圖示出)被設置在第一裸片21和第二裸片28的內部主面21b、28b之間，將微機械結構電連接到ASIC29(例如，將耦合到膜3和剛性板4的適當的電觸點與上述的ASIC 29的適當的電路元件相連接)。此外，第二內部電連接元件32，其也被設置在第一裸片21和第二裸片28的內部主面21b、28b之間，將ASIC 29經由過矽通孔(TSV) 33電連接到外部電連接元件26，該過矽通孔33跨過第一裸片21的整個厚度。
[0091]以已知的方式，通孔33的布置使得電信號能夠從ASIC 29到外部連接元件26適當路由。
[0092]例如，耦合結構35包括例如由金屬材料製成的鍵合環，而且將第一裸片21機械地耦合到第二裸片28 ;該耦合結構35被設置在相對於第一和第二內部電連接元件31、32以夕卜，並且橫向環繞第一裸片微機械結構22 (以及相應的膜3和剛性板4)。
[0093]此外，耦合結構35橫向地提供用於第一裸片21與第二裸片28之間的組件的密封封閉。
[0094]前面所描述的機械和電氣耦合元件的一種可能的布局是，例如在圖4中示意性圖示，其中剛性板4和膜3的與相應的第一內部電連接元件31和第二內部電連接元件32的電連接被另外再次示意性圖示。
[0095]有利地，第一和第二裸片21、28的至少一個或兩者可以具有高的摻雜水平，以便提供一種法拉第籠，因而降低了電磁幹擾。
[0096]在所描述的實施例中，再次有利地，聲轉換器的前腔室的體積減小(相對於已知的解決方案，如在圖2中所圖示的，其中由於封裝的構造相同的體積不能被降低)，並且背腔室的體積增加(再次相對於已知的解決方案，其中相同的體積由集成微機械檢測結構的裸片的構造所限制)。
[0097]如圖5所圖示，所描述的實施例的變體設想了 MEMS傳感器器件20包括至少一個另外的轉換器，例如，壓力或溼度轉換器。
[0098]特別地，MEMS傳感器器件20包括第三裸片40，集成相應的第三裸片微機械檢測結構41，例如，設計用來檢測壓力或溼度值，該第三裸片40被耦合到所述第二裸片28，在第二腔體9b的內。
[0099]詳細地說，第三裸片40具有第一主面40a，在該處提供第三裸片微機械檢測結構41，第三裸片40還具有第二主面40b，被機械地耦合一一例如，由一層粘合材料(未圖示)一一到第二腔體9b的底壁30'。
[0100]需要強調的是，通過第一腔室9a (聲轉換器的前腔室)以及通過膜3和剛性板4形成的孔，流體路徑被設置在外部環境100和第三裸片40的第三裸片微機械檢測結構41之間。換言之，橫跨MEMS聲轉換器的聲壓波，或通常是來自外部環境的空氣，衝擊到第三裸片微機械檢測結構41，使得能夠檢測感興趣的進一步的外部量。
[0101]合適的電連接元件44，例如，以電線的形式，將第一觸點焊盤45(由第一主面40a承載)連接到第二觸點焊盤46 (由第二腔9b的底壁3(V承載)。第二觸點焊盤46依次，例如，通過沿底壁30'本身和/或沿側壁30〃中的至少一個發展的導電路徑47(僅示意性地在該圖中圖示)，被連接到第一內部電連接元件31和/或第二內部電連接元件32，進而被連接到ASIC 29。
[0102]可替換地，電連接元件44可以將第一觸點焊盤45直接連接到以上所述的第一和/或第二內部電連接元件31、32。
[0103]有利地，該解決方案使得能夠使用半導體技術製造集成的多功能MEMS傳感器器件，其能夠檢測多於一個的環境量，例如，聲波及壓力和/或存在於外部環境中的溼度，在各轉換器之間使用共同的單個ASIC 29，該ASIC與外部印刷電路板聯通。
[0104]如圖6圖不的，圖不實施例的另一種變體設想了第四裸片48的存在，整合了相應的第四裸片微機械檢測結構49 (例如，在第三裸片40集成了壓力轉換器的情況下，用於提供溼度傳感器)，以基本上類似於已經針對第三裸片40圖示的方式被耦合到第二裸片28。特別是，第四裸片48具有第一主面48a，在該處提供了第四裸片微機械檢測結構49，第四裸片48還具有第二主面48b，被耦合到第二腔體9b的底壁3(V。第四裸片48與第三裸片40並排設置在第二腔體9b內。
[0105]有利地，該解決方案使得能夠進一步提高關於環境量檢測的MEMS傳感器器件20的多功能特性。
[0106]參考圖7，現在對MEMS傳感器器件的組件的第二實施例進行說明，其在此被指定為20'，為「頂部埠」類型，即，具有聲入口埠設置在組件的頂部部分(即，以從外部印刷電路板到組件要被耦合到的距離)。
[0107]MEMS傳感器器件20'相對於垂直軸z被基本上倒置地設置，如果相比於先前描述的第一實施例。
[0108]特別是，在這種情況下，第二裸片28的外部主面28a通過外部電連接元件26被機械及電氣地耦合到外部印刷電路板(在本例中未圖示)，在此由相同的外部主面28a承載。
[0109]第一裸片21中設置的第一腔體9a在此操作為MEMS聲轉換器的前腔室用於聲壓波的進入，而第二裸片28中制出的第二腔體9b操作為背腔室；第一腔體9a被設置為與外部環境100在第一裸片21的外部主面21a直接聯通。
[0110]而且，在這種情況下通孔33延伸穿過第二裸片28。
[0111]本實施例的變體(圖示於圖8和9)可以再次設想，MEMS傳感器器件20'包括具有相應的第三裸片微型機械檢測結構41和第四裸片微型機械檢測結構49的另一裸片或另一晶粒(第三裸片40，也可能是第四裸片48)，用於提供一種多功能環境檢測器件。
[0112]圖10是電子設備50的示意圖，其包括MEMS傳感器器件20、2(V，包括一個或多個第一裸片微機械檢測結構22、第三裸片微型機械檢測結構41、第四裸片微型機械檢測結構49以用於檢測相應的量(例如，環境類型的量)，和單個ASIC 29以用於處理轉換的電信號。
[0113]電子設備50，除了 MEMS傳感器設備20、20'之外還包括，微處理器54、連接到微處理器54的存儲器塊55、和輸入/輸出接口 56，例如，包括鍵盤和顯示器，其也被連接到微處理器54。此外，可以存在揚聲器58，以用於在電子設備50的音頻輸出(未不出)產生聲立曰ο
[0114]特別是，電子設備50包括印刷電路板59，機械和電氣地耦合到MEMS傳感器器件20、2(V，以及其它元件，微處理器54和存儲器塊55。
[0115]電子設備50優選是移動通信器件，諸如舉例而言，行動電話、PDA、筆記本電腦，但也可為錄音機、具有語音記錄能力的音頻播放器等。可替換地，電子器件50可以是能夠在水下操作的水聽器。
[0116]本文所描述的解決方案的優點從前面的討論清楚地顯現。
[0117]在任何情況下，再次強調的是，它有可能獲得尤其是緊湊的、具有低製造成本和高的電性能的MEMS傳感器器件的組件。該製造方法得到簡化，該傳感器器件的電測試同樣得到簡化。
[0118]特別是，沒有封裝隨著向外部環境的接口使得所佔用的空間能夠明顯節省以及製造過程能夠簡化，因為該過程可以使用傳統的技術和工具完全以所謂的「前端」步驟實現。
[0119]例如，本 申請人:已經證實如下可能性:提供在水平平面xy具有2mmX 2mm尺寸的組件，即，比那些已知的組件更小(例如，在圖2中所示類型的，其已對第一和第二裸片21、28給定例如相同尺寸2.5mmX 3.35mm)。
[0120]此外，有利的是所描述的組件使得相關聯的聲轉換器的性能能夠增強，由於前腔室和後腔室的有利尺寸。
[0121]特別有利的是，MEMS傳感器器件的整個組件可以由半導體材料製成，例如，矽(而不存在相應封裝的不同材料，例如，塑料或陶瓷的)。此外，半導體材料的適當摻雜可以使得能夠屏蔽來自電磁的幹擾。
[0122]此外，上面提到的優點在MEMS傳感器器件提供多功能檢測器件的情況下甚至更為重要，由於耦合到單個電子讀取電路的一定數量的微機械檢測結構的單一組件的集成。
[0123]最後，顯然可以對本文已經描述和圖示出的進行修改和變化，而不由此偏離本實用新型的精神和範圍。
[0124]特別是，它被再次強調的是，所描述的組件布置可有利地應用到不包括聲轉換器的MEMS傳感器器件，例如，用於壓力或溼度傳感器。
[0125]例如，圖11示出了又一個實施例，其中第一裸片21的襯底2包括設計成提供壓力傳感器的第一裸片微機械檢測結構22，並且在此情況下包括膜或隔膜60，其被懸在腔體62上，埋在襯底2內，並設置在第一裸片21的內部主面21b。
[0126]特別地，第一裸片微機械檢測結構22在這裡設置在襯底2的非耦合部分64，這是從襯底2的剩餘部分機械地去耦的，該其餘部分被指示為65，根據以本 申請人:的名稱遞交於2012年12月18日的專利公布號2013/0168840中詳細描述的技術。
[0127]非耦合部分64是通過彈性元件66與襯底2的其餘部分65連接並且進而懸在設置在相同的第一裸片21的第一腔體9a上，以不與外部環境100和印刷電路板59直接接觸的方式(第一腔體9a因此被設置在外部環境100與非耦合部分64之間，以及在其中集成的相應的第一裸片微機械檢測結構22)。
[0128]有利地，如在上述專利公布號2013/0168840中強調的，這種配置使得第一裸片微機械檢測結構22能夠從外部環境100機械解耦，並消除或顯著減少，由相同的外部環境引致的任何應力(這可能導致，例如，變形，或通常而言在第一裸片微機械檢測結構22中不期望的機械應力，)。
[0129]根據進一步的變體，第一和/或第二腔體9a、9b可以不存在，例如，不存在第二裸片28中的第二腔體9b (如上述的圖11所示)，在該情況下空的空間是不需要在第一裸片21中提供的微機械結構之上的。
[0130]此外，腔體9a、9b的幾何形狀可以是不同的；例如，根據用於形成相同的第二腔體9b的化學蝕刻工藝，第二腔體9b的側壁30"可以關於垂直軸z傾斜非零角度。
[0131]上述的各種實施例可被組合以提供進一步的實施例。可以在參考上述詳細描述可以對這些實施例做出這些和其它的變化。通常而言，在所附權利要求書中，所使用的術語不應當被解釋為限制權利要求為在說明書和權利要求書中公開的具體實施例，而是應被解釋為包括連同權利要求書所賦予的等同物的全部範圍的所有可能的實施例。因此，權利要求書不受本公開的限制。
【權利要求】
1.一種MEMS傳感器器件組件，其特徵在於，包括:第一裸片，具有內表面和外表面，微機械檢測結構位於所述內表面上；以及第二裸片，具有內表面和外表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微機械檢測結構的電子電路，所述第二裸片的所述內表面耦合到所述第一裸片的所述內表面，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面是所述組件的暴露的外表面，並且所述外表面中的至少一個外表面被配置為放置成與所述組件外部的結構直接接觸。2.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面在各自的平行平面內，並且所述第一裸片和所述第二裸片在橫切於所述平面的方向上耦合。3.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述第一裸片和所述第二裸片被配置成被機械及電氣地耦合至所述組件外部的所述結構。4.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面的至少一個外表面被配置成直接耦合到印刷電路板上。5.根據權利要求4所述的組件，其特徵在於，被配置為直接耦合到所述印刷電路板的所述外表面包括被配置為將所述組件電耦合到所述印刷電路板的第一電連接元件。6.根據權利要求5所述的組件，其特徵在於，進一步包括:第二電連接元件，位於所述第一裸片的所述內表面與所述第二裸片的所述內表面之間，並且將所述微機械檢測結構電耦合到所述電子電路；導電通孔，延伸穿過所述第一裸片和所述第二裸片中的一個裸片；以及第三電連接元件，位於所述第一裸片的所述內表面和所述第二裸片的所述內表面之間，並且被配置為通過所述導電通孔電耦合到所述第一電連接元件。7.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，包括在所述第一裸片和所述第二裸片之間的耦合環，所述耦合環將所述第一裸片和所述第二裸片耦合在一起，所述耦合環環繞所述微機械檢測結構。8.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述第二裸片包括位於靠近所述微機械檢測結構的腔體。9.根據權利要求8所述的組件，其特徵在於，所述微機械檢測結構是第一微機械檢測結構，所述組件進一步包括集成第二微機械檢測結構的第三裸片，所述第三裸片被固定到所述第二裸片的所述內表面、被容納在所述第二裸片的所述腔體中、並以一定距離面向所述微機械檢測結構，所述第二微機械檢測結構被電耦合到所述電子電路。10.根據權利要求9所述的組件，其特徵在於，在所述第二裸片中的所述腔體具有側壁，所述組件進一步包括具有相應地位於所述側壁上的相應部分的導電路徑，以及在所述第三裸片中的所述第二微機械檢測結構通過所述導電路徑被耦合到所述電子電路。11.根據權利要求10所述的組件，其特徵在於，包括集成第三微機械檢測結構的第四裸片，所述第四裸片固定到所述第二裸片的所述內表面並且被容納在所述第二裸片中的所述腔體中，所述第三微機械檢測結構被電耦合到所述電子電路。12.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述微機械檢測結構是聲轉換器，並且包括具有第一腔體的半導體材料的襯底，懸在所述第一腔體之上的膜，和電容耦合到所述膜的剛性板。13.根據權利要求12所述的組件，其特徵在於:在所述第一裸片中的所述腔體與所述組件外部的環境流體接觸，並允許聲壓波進入所述組件；所述第二裸片包括位於接近所述微機械檢測結構的第二腔體；以及所述第一腔體和所述第二腔體相應地形成所述聲轉換器的前腔室和後腔室。14.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述微機械檢測結構是壓力傳感器，並且包括具有懸在埋置的腔體之上的膜的半導體材料的襯底；其中所述壓力傳感器進一步包括彈性元件，所述彈性元件將所述膜耦合到所述襯底，所述膜通過在所述第一裸片中的腔體被懸在一側。15.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述第一裸片和所述第二裸片具有外部側表面，所述外部側表面橫切於所述外表面和內表面並且被配置為放置成與外部結構直接接觸。16.—種電子設備，其特徵在於，包括:MEMS傳感器器件，包括:第一裸片，具有第一表面、第二表面，和位於所述第一表面上的微機械檢測結構；以及第二裸片，具有第一表面和第二表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微機械檢測結構的電子電路，所述第二裸片的所述第一表面被耦合到所述第一裸片的所述第一表面，所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面形成所述組件的外表面；印刷電路板，直接耦合到所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面中的一個第二表面。17.根據權利要求16所述的電子設備，其特徵在於，所述微機械檢測結構是壓力傳感器，包括半導體襯底、被彈性耦合到所述襯底的懸膜、以及被電容耦合到所述懸膜的剛性電極。18.根據權利要求16所述的電子設備，其特徵在於，所述第一微機械檢測結構是第一微機械檢測結構，其中所述第一裸片包括具有形成在所述第一表面中的底表面的凹部，所述電子設備進一步包括被固定到所述第一裸片的所述凹部的所述底表面的第三裸片，所述第三裸片包括被可操作地耦合到所述第二裸片的所述電子電路的第二微機械檢測結構。19.根據權利要求16所述的電子設備，其特徵在於，所述電子設備是行動電話、PDS、筆記本電腦、錄音筆、具有語音錄製能力的音頻播放器和水聽器中的一個。
【文檔編號】B81C1-00GK204281296SQ201420220391
【發明者】S·康蒂, M·佩爾勒蒂, R·卡米納蒂, L·巴爾多, A·莫塞利 [申請人]意法半導體股份有限公司