[發明專利]微機械傳感器設備

有效

• 申請號: 201410613568.0
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104627951B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: J·弗萊;A·克爾布爾;J·賴因穆特;J·克拉森
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

一種微機械傳感器設備(100)，其具有：一個未經封裝的第一傳感器裝置(10)；和至少一個未經封裝的第二傳感器裝置(20)，其中，所述傳感器裝置(10、20)相互在功能上連接，其中，所述傳感器裝置(10、20)基本上垂直地如此相疊地設置，使得在基面方面較大的傳感器裝置(10)完全覆蓋在基面方面較小的傳感器裝置(20)。

技術領域

本發明涉及一種微機械傳感器設備。本發明還涉及一種用于制造微機械傳感器設備的方法。

背景技術

用于測量加速度、轉速和磁場的微機械傳感器是已知的并且制造用于在汽車和大規模生產的消費者領域中的不同應用。傳統地在消費領域中還主要由以三軸加速度傳感器、三軸轉速傳感器和三軸磁場傳感器形式的分離的傳感器模塊示出不同的傳感參量，然而具有朝系統集成方向的趨勢，也就是說6D元件作為羅盤模塊(加速度和磁場的測量)或IMU(英語：慣性測量單元，加速度和轉速的測量)的或9D元件(加速度和轉速和磁場的測量)的實現。

在現有技術中通常在一個塑料殼體(例如LGA、BGA、QFN)中安裝用于不同測量參量的多個芯片作為所謂的系統級封裝(SiP)。所述系統具有不同的分離的芯片，它們借助于引線鍵合連接或通過焊球在功能上連接。

替代地，微機電系統(MEMS)和專用集成電路(ASIC)芯片已經可以垂直集成到晶片層面上。垂直集成在此表示MEMS和在復合體中的ASIC晶片的接合，其中，建立在MEMS功能元件與ASIC之間的電接觸。用于垂直集成方法的例子例如在：文獻US 7 250 353 B2、US 7442 570 B2、US2010 0109102 A1、US 2011 0049652 A1、US 2011 0012247 A1、US20120049299 A1和DE 10 2007 048604A1中描述。

除塑料封裝以外，也已知所謂的“裸片”系統，其中，硅芯片直接通過焊球焊接到應用電路板上。因為在這些系統中省去了塑封再封裝，這些傳感器的突出之處在于特別小的基面(英語：footprints(表面區域))。MEMS慣性傳感器的裸片構造是已知的。在這樣的常規加速度傳感器和轉速傳感器中，ASIC——其面積顯著小于MEMS元件的面積——通過小的焊球與MEMS元件連接。MEMS元件包括再接線層面(英語：再分布層)，該再接線層面實現了靈活的接線并且為了外部接通可以設有大的焊球，所述焊球的高度超過ASIC厚度加上小的焊球的厚度。相應的傳感器設備例如在文獻US 2012 0119312 A1中描述，其中，一個MEMS元件分別與一個ASIC構件連接，根據參量比例或者MEMS構件或者ASIC構件設有外部觸點。

對于磁傳感機構應用不同的物理原理和測量方法，例如磁阻層(AMR、GMR)的阻性測量、在軟磁材料(磁通門或翻轉芯(Flipcore)原理)中電感的測量或霍爾效應的利用。所述技術解決方案中的多個需要施加附加的磁層或磁阻層并且因此提高制造過程的復雜性和成本。尤其常見的是以下方法：在所述方法中直接在CMOS-ASIC上施加磁層或磁阻層。

日益地也使得傳感器模塊“更智能”，這意味著，進行傳感器數據的更強的預處理，以便由此例如計算四元數并且將這些已經預處理的信息向外提供到應用上。對此需要附加的微控制器功能，其中，微控制器原理上可以共同集成或單獨應用在傳感器ASIC中。

發明內容

本發明的任務在于，提供改進的高度集成的微機械傳感器。

根據第一方面，該任務借助微機械傳感器設備解決，該微機械傳感器設備具有：

一個未經封裝的第一傳感器裝置；和

至少一個未經封裝的第二傳感器裝置，其中，所述傳感器裝置相互在功能上連接，其中，傳感器裝置基本上垂直地如此相疊地設置，使得在基面方面較大的傳感器裝置完全覆蓋在基面方面較小的傳感器裝置。

根據第二方面，該任務借助用于制造微機械傳感器設備的方法解決，該方法具有以下步驟：