[發明專利]用于加速度計的去耦結構

有效

• 申請號: 201880028580.1
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN110546516B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: S.貢塞斯;R.布里森;J.莫瑟爾
• 申請（專利權）人: 賽峰蜂鳥股份有限公司
• 主分類號: G01P1/00
• 分類號: G01P1/00;B81B7/00;G01P15/08;G01P1/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉書航;申屠偉進

一種加速度計，包括去耦結構，用于通過支承用于測量加速度的MEMS傳感器芯片而將加速度計固定在封裝上。MEMS傳感器芯片包括半導體材料的第一傳感器晶片層。去耦結構形成用于將去耦結構固定在封裝上的底部部分和被固定到第一傳感器晶片層的頂部部分。頂部部分在第一平面方向上的寬度小于底部部分的寬度。去耦結構由與第一傳感器晶片層相同的半導體材料制成。頂部部分和底部部分是由同一晶片層制造的。頂部部分在第一平面方向上的中心點被布置在底部部分的中心區中。MEMS傳感器芯片包括密閉地封閉的腔體，其包括MEMS傳感器芯片的振動質量部。

技術領域

本發明涉及一種具有去耦結構的加速度計。

背景技術

MEMS（微機電系統）加速度計慣常地使用在汽車和機動車應用中。它們也被越來越頻繁地選擇用于使用在諸如航空航天和國防等的高端市場環節中，其中它們必須滿足特別嚴格的穩定性要求。

MEMS加速度計典型地主要由諸如硅或玻璃的材料制成。它們是通過基于光刻的晶片處理技術來制造的。

MEMS加速度計是固有地對機械約束靈敏的。圖1a示出MEMS傳感器芯片10的現有技術示例，其被通過附接件21膠粘或以其它方式固定到例如像封裝那樣的組件、印刷電路板或其它種類的組件的基底表面20。施加到組件的應力被經基底表面20和附接件21傳遞到MEMS芯片傳感器10，并且如在圖1b中示出那樣造成芯片傳感器10的形變，其效果本質上與要被測量的加速度的效果不可區分。因此，從基底表面20傳遞到MEMS傳感器芯片10的應力導致測量誤差。已經將若干種方法應用于緩解該問題。

一種方法是以對稱方式設計傳感器，從而應力引發的形變相互抵消。這種方法本質上是出色的，但是嚴重地約束了傳感器的設計。

另一種方法是使傳感器本身更剛性。它的缺點是它僅具有有限的效果并且潛在地增加了限制設計約束。

第三種方法是將MEMS傳感器芯片10與附接到組件或基板的部件機械地去耦。該方法的一種形式是圍繞MEMS傳感器芯片10構建框架，如例如在EP0599174中描述的那樣。這種方法是有力的，但是其缺點是外部框架顯著地增加了裝置尺寸。在諸如用于構建硅MEMS的那些技術的晶片處理技術中，該大尺寸直接轉化為更高的材料需求和更高的制造成本。

US2001/047688公開了一種具有帶有中心安裝基座的底蓋的加速度計，在所述中心安裝基座上支承有內部框架，該內部框架支承外部質量。

US2017/0107098公開了一種被利用單個粘合劑或焊料凸塊連接到載體的加速度計。

在壓力傳感器的領域中，例如在DE102009046692中，進一步已知的是將壓力傳感器放置在基座上以便將壓力傳感器與來自基底表面的應力去耦。

在US4800758中，硅基座成為壓力傳感器的一部分。該基座相對于基底表面擴展其寬度并且與基底表面圍成腔體。通道通過插槽中的通道將該腔體中的參考壓力引導至壓力傳感器。

對于高性能MEMS加速度計而言，除了機械應力去耦之外，其它特征也是特別有利的。

首先，有利的是由振動質量部、彈簧和電極形成的系統被圍在密閉腔體中。密閉腔體的第一個優點是它提供對于灰塵和可能在相鄰的表面（在所謂的電容式加速度計的情況下所述表面典型地形成電極）之間穿透的來自環境的其它顆粒的保護。第二個優點是它提供控制腔體中存在的氣體的性質和壓力的可能性，因此允許使用氣體阻尼來優化加速度計的機械頻率響應。進一步有利的是針對要在晶片處理期間創建的密閉腔體保持低的制造成本。

其次，當將MEMS加速度計集成到系統中時，特別重要的是控制加速度計的關于其被安裝于其中的裝置的靈敏軸的定向。對于該要求的最直接的方法是能夠確保加速度計的外表面與其被安裝于其上的表面之間的良好平行度。這自然地通過提供足夠大尺寸的加速度計的底部表面來實現。