[實用新型]微機電傳感器和MEMS裝置

有效

• 申請號: 201820262313.8
• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN208150964U
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: M·亞巴西加瓦蒂;D·卡爾塔比亞諾;A·皮科;A·A·波馬里科;G·羅塞利;F·布拉格辛
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張昊

本公開涉及微機電傳感器和MEMS裝置，其具有：半導體材料的傳感器裸片，其具有在水平面內延伸的前表面和下表面，并且由具有沿垂直方向的厚度的橫向于水平面的緊湊塊體區域平面；壓阻元件，集成在傳感器裸片的塊體區域中，位于其前表面處；以及帽狀裸片，其耦合在傳感器裸片上方，覆蓋壓阻元件，帽狀裸片具有沿垂直方向彼此相對的相應前表面和底表面，底表面面向傳感器裸片的前表面。轉換層布置在傳感器裸片的前表面和帽狀裸片的底表面之間，被圖案化以限定沿著垂直方向橫穿整個厚度的凹槽；壓阻元件垂直對應于凹槽布置，并且轉換層被設計為將施加到帽狀裸片的前表面和/或傳感器模的底表面的負載沿垂直方向轉換成在凹槽處的平面應力分布，這在水平面上起作用。

技術領域

本公開涉及一種微機電傳感器和MEMS裝置。

背景技術

例如在工業或汽車領域存在若干應用，需要使用具有高滿縮放量程值的力/壓力傳感器來測量高范圍負載(力或壓力)值，例如高達10kN或更高。

用于感測高范圍負載的已知傳感器解決方案通常設想使用高強度金屬負載單元，包括不同種類的應變計作為感測元件。應變計感測元件通過電阻的變化來檢測它們所耦合到的芯的幾何變形。

雖然通常使用，但這些傳感器的缺點是靈敏度低，并且小型化的可能性有限。

使用半導體技術制造的集成壓力傳感器也是已知的，其使用集成在硅裸片中的壓阻元件來檢測施加的壓力。

這些傳感器的缺點是需要復雜的封裝結構，以便將施加的負載轉換為作用于硅裸片和集成壓阻上的應力。這些傳感器因此昂貴，并且通常不允許容易定制，特別是在所施加負載的范圍方面。

例如，已知的集成壓力傳感器在W.Kurniawan，R.Tjandra，E.Obermeier的Proceedings of the Eurensensors XXIII conference，Proceia Chemistry 1(2009)544-547中的文件“Bulk-type piezoresistive force sensor for high pressureapplications”中得到公開。該文件中公開的解決方案基于在硅裸片上緊密相鄰的突出島上施加力，以在島之間的區域中引起機械應力。對于壓力測量，使用含金屬隔膜和耦合金屬棒的殼體將壓力轉化為力。傳感器裸片采用SOI技術制造，這簡化了突出島的實現。

雖然具有良好的靈敏度并且允許小型化，但是該傳感器也具有上述缺點，即具有昂貴且復雜的制造工藝和封裝設計以將外部施加的壓力轉換為集中在硅裸片(也稱為“管芯”)上的力。

實用新型內容

提供一種易于制造、實現高度定制并且具有高檢測靈敏度的微機電傳感器。

在一個方面，提供了一種微機電傳感器，包括：半導體材料的傳感器裸片，具有第一表面和第二表面，第一表面和第二表面在水平面中延伸并且具有沿橫向于水平面的垂直方向上的厚度；多個壓阻元件，在第一表面處集成在傳感器裸片中；帽狀裸片，耦合到傳感器裸片并覆蓋多個壓阻元件，帽狀裸片具有第一表面和沿著垂直方向與第一表面相對的第二表面，帽狀裸片的第二表面面向傳感器裸片的第一表面；以及轉換層，布置在傳感器裸片的第一表面和帽狀裸片的第二表面之間，轉換層包括沿垂直方向通過轉換層的整個厚度的凹槽，其中多個壓阻元件相對于凹槽垂直布置，其中轉換層被配置為將沿垂直方向施加至帽狀裸片的第一表面或傳感器裸片的第二表面中的至少一個的負載轉換為在凹槽處作用在水平面中的傳感器裸片中的平面應力分布。

在某些實施例中，凹槽在水平面中具有縱向主延伸部，并且應力分布限定在橫向于縱向主延伸部的方向上的最大平面應力以及在平行于凹槽的縱向主延伸部的方向上的最小平面應力。