具有向边缘通气的埋置腔的微机电系统（MEMS）力芯片技术方案

本发明专利技术涉及具有向边缘通气的埋置腔的微机电系统（MEMS）力芯片，具体公开了一种力传感器，力传感器可包括传感芯片，传感芯片包括盖和支撑件。一般地，支撑件的第一表面可包括埋置腔和一个或多个通道。一个或多个通道可从埋置腔朝向支撑件的外边缘延伸，并且可确保力传感器对环境或大气压力变化不敏感。盖可结合到支撑件的第一表面，由此形成定位在埋置腔上方的传感膜。另外，力传感器可包括用以感测来自外部媒介的力变化的致动元件。致动元件可将力传递到传感膜，从而导致其挠曲进入埋置腔内。传感膜上的一个或多个传感元件可基于挠曲的量提供对力的变化的指示。

【技术实现步骤摘要】
具有向边缘通气的埋置腔的微机电系统（MEMS）力芯片
本公开一般地涉及力传感器，并且更具体地，涉及包括埋置腔和过力（over-force）止挡件的力传感器。
技术介绍
力传感器被用在多种应用中，包括例如商业应用、汽车应用、航空航天应用、工业应用、以及医疗应用。一般地，力传感器可依靠部件的位移（例如，施加到应力敏感元件的应力场）来测量力的存在和/或施加在力传感器上的力的量。力传感器通常使用力传感芯片（die），力传感芯片使用芯片贴装安装到力传感器封装件。通常，力传感芯片通常构造成通过如下方式来检测力：将由作用在力传感芯片的传感膜上的力引起的机械应力转变成电输出信号。
技术实现思路
本专利技术包括如下技术方案：方案1：一种力传感器，包括：传感芯片，所述传感芯片包括盖和支撑件，其中，所述盖联接到所述支撑件的第一表面并且包括传感膜，其中，所述支撑件在所述第一表面中包括埋置腔，并且其中，所述传感膜邻近所述埋置腔定位；一个或多个通道，所述一个或多个通道定位在所述支撑件的第一表面与所述盖之间，其中，所述一个或多个通道从所述埋置腔延伸到所述支撑件的外边缘；以及一个或多个传感元件，所述一个或多个传感元件由所述盖的传感膜支撑。方案2：如方案1所述的力传感器，还包括致动元件，所述致动元件构造成将力传递到所述传感芯片的传感膜。方案3：如方案1所述的力传感器，还包括由所述盖支撑的一个或多个电接触部，其中，所述一个或多个电接触部中的每个邻近所述传感膜定位并且电连接到所述一个或多个传感元件，并且其中，所述一个或多个传感元件包括一个或多个压阻式元件。方案4：如方案3所述的力传感器，还包括邻近所述传感芯片定位的衬底，其中，所述衬底包括电迹线，并且其中，所述一个或多个电接触部构造成电联接到所述衬底的电迹线。方案5：如方案4所述的力传感器，其中，所述衬底结合到所述支撑件的第二表面，并且其中，所述结合包括以下中的至少一种：直接结合、粘接、钎焊、或其任何组合。方案6：如方案3所述的力传感器，还包括一个或多个结合垫，其中，所述一个或多个电接触部电联接到所述一个或多个结合垫。方案7：如方案1所述的力传感器，其中，所述埋置腔由所述盖的第二表面与所述支撑件的第一表面之间的空隙限定。方案8：如方案1所述的力传感器，其中，所述一个或多个通道和所述腔通过蚀刻形成，并且其中，蚀刻包括以下中的至少一种：KOH湿法蚀刻、深反应离子蚀刻（DRIE）、等离子蚀刻、或其任何组合。方案9：如方案1所述的力传感器，其中，所述一个或多个通道使所述埋置腔向所述传感芯片的边缘通气，其中，所述一个或多个通道确保来自所述力传感器的输出信号与由所述致动元件施加在所述传感膜上的力相关，并且其中，使所述腔向所述传感芯片的边缘通气消除了环境压力变化和大气压力变化并使所述传感膜上方和下方的压力相等。方案10：如方案1所述的力传感器，其中，所述腔的表面包括平面状的、均匀的表面，其中，所述传感膜构造成接触所述腔的所述表面。方案11：如方案1所述的力传感器，其中，所述盖的第二表面通过硅熔融结合而接合到所述支撑件的第一表面。方案12：如方案1所述的力传感器，其中，所述腔的深度大于所述一个或多个通道的深度。方案13：一种使用力传感器检测力的方法，所述方法包括：将力施加到所述力传感器，所述力传感器包括传感芯片，其中，所述传感芯片包括盖和支撑件，其中，埋置腔和一个或多个通道定位在所述盖与所述支撑件之间，其中，所述一个或多个通道从所述埋置腔延伸到所述支撑件的外边缘，其中，所述盖的一部分限定传感膜，并且其中，所述力传感器包括由所述传感膜支撑的一个或多个传感元件和构造成将力传递到所述传感膜的致动元件；当所述传感膜在所述腔内自由移动时，检测处于第一速率的力增加；使所述传感膜至少部分地接触所述腔的表面；当所述传感膜至少部分地接触所述腔的表面时，检测处于第二速率的力增加；以及通过所述一个或多个通道使所述埋置腔通气。方案14：如方案13所述的方法，其中，所述一个或多个通道使所述埋置腔向所述传感芯片的边缘通气，其中，使所述腔向所述传感芯片的边缘通气消除了环境压力变化和大气压力变化，并且使所述膜上方和下方的压力相等，并且其中，来自所述力传感器的输出信号指示由所述致动元件施加在所述膜上的力。方案15：一种组装力传感器的传感芯片的方法，其中，所述组装包括：在支撑晶片的第一表面中创建多个凹部；在支撑晶片的第一表面中创建多个通道，其中，所述多个通道与所述多个凹部中的一个或多个相交；将盖晶片结合到所述支撑晶片的第一表面；将传感元件施加到所述盖晶片的第一表面；以及裁切经结合的盖晶片和支撑晶片以形成多个传感芯片。方案16：如方案15所述的方法，其中，所述多个传感芯片中的每个传感芯片包括所述支撑晶片的一部分、所述盖晶片的一部分、凹部、以及所述多个通道中的一个或多个通道。方案17：如方案15所述的方法，其中，在裁切经结合的盖晶片和支撑晶片以形成多个传感芯片之前，所述多个凹部被真空密封在所述盖晶片与所述支撑晶片之间。方案18：如方案16所述的方法，其中，裁切经结合的盖晶片和支撑晶片使所述通道在所述传感芯片的边缘处打开，并使所述传感芯片的凹部通气。方案19：如方案16所述的方法，其中，所述凹部定位在所述传感芯片的中心处位于所述支撑晶片的所述部分与所述盖晶片的所述部分之间，并且其中，所述一个或多个通道从所述凹部延伸到所述传感芯片的边缘。方案20：如方案15所述的方法，其中，所述传感元件近似置放在所述一个或多个通道与对应的凹部之间的相交部上方。附图说明为了更加充分地理解本公开，现在结合附图和具体实施方式，参考以下的具体实施方式，其中，相似的附图标记表示相似的部件。图1图示了力传感器的示例性实施例的截面图；图2A图示了传感芯片的示例性实施例的截面图，该传感芯片包括盖、支撑件、传感膜、腔、以及一个或多个通道；图2B图示了传感芯片（与图2A中示出的传感芯片的示例性实施例相似）的示例性实施例的侧视图，该传感芯片包括盖、通道、以及支撑件；图3图示了传感芯片的支撑件的俯视图，该传感芯片包括腔和多个通道；图4A图示了示例性支撑晶片（wafer）的俯视图，该示例性支撑晶片包括一个或多个支撑件；图4B图示了包括一个或多个支撑件的示例性支撑晶片的替代的俯视图；以及图5图示了传感芯片的盖的示例性实施例的示意性俯视图。具体实施方式在开始时应理解的是，尽管以下说明了一个或多个实施例的说明性实施方式，然而所公开的系统和方法可使用多种技术来实施，无论是目前已知的还是尚未存在的。不应以任何方式将本公开限制于以下所说明的说明性实施方式、附图和技术，而是可在所附权利要求的范围及它们的等同物的全部范围内修改本公开。术语的以下简短限定将适用于本申请通篇：术语“包括”表示包括但不限于，并且应以其在专利语境中通常被使用的方式来解释；短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等等一般表示短语之后的特定的特征、结构、或特点可被包括在本专利技术的至少一个实施例中，并且可被包括在本申请的多于一个的实施例中（重要的是，这样的短语不必指的是相同的实施例）；如果本说明书将某物描述为“示例性”或“示例”，则应理解的是，这指的是非排它的示例；术语“大约”或“近似”等等，当与数字一起使用时，可表示特定的数字，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种力传感器（100），包括：传感芯片（210），所述传感芯片（210）包括盖（120）和支撑件（130），其中，所述盖（120）联接到所述支撑件（130）的第一表面（130a）并且包括传感膜（123），其中，所述支撑件（130）在所述第一表面（130a）中包括埋置腔（133），并且其中，所述传感膜（123）邻近所述埋置腔（133）定位；一个或多个通道（132），所述一个或多个通道（132）定位在所述支撑件（130）的第一表面（130a）与所述盖（120）之间，其中，所述一个或多个通道（132）从所述埋置腔（133）延伸到所述支撑件（130）的外边缘；以及一个或多个传感元件（122），所述一个或多个传感元件（122）由所述盖（120）的传感膜（123）支撑。

【技术特征摘要】
2017.03.15 US 15/4598411.一种力传感器（100），包括：传感芯片（210），所述传感芯片（210）包括盖（120）和支撑件（130），其中，所述盖（120）联接到所述支撑件（130）的第一表面（130a）并且包括传感膜（123），其中，所述支撑件（130）在所述第一表面（130a）中包括埋置腔（133），并且其中，所述传感膜（123）邻近所述埋置腔（133）定位；一个或多个通道（132），所述一个或多个通道（132）定位在所述支撑件（130）的第一表面（130a）与所述盖（120）之间，其中，所述一个或多个通道（132）从所述埋置腔（133）延伸到所述支撑件（130）的外边缘；以及一个或多个传感元件（122），所述一个或多个传感元件（122）由所述盖（120）的传感膜（123）支撑。2.如权利要求1所述的力传感器，还包括致动元件（140），所述致动元件（140）构造成将力传递到所述传感芯片（210）的传感膜（123）。3.如权利要求1所述的力传感器，还包括由所述盖（120）支撑的一个或多个电接触部（124），其中，所述一个或多个电接触部（124）中的每个邻近所述传感膜（123）定位并且电连接到所述一个或多个传感元件（122），并且其中，所述一个或多个传感元件（122）包括一个或多个压阻式元件。4.如权利要求3所述的力传感器，还包括邻近所述传感芯片（120）定位的衬底（150），其中，所述衬底（150）包括电迹线，并且其中，所述一个或多个电接触部（124）构造成电联接到所述衬底（150）的电迹线。5.如权利要求3所述的力传感器，还包括一个或多个结合垫（524），其中，所述一个或多个电接触部（124）电联接到所述一个或多个结合垫（524）。6.如权利要求1所述的力传感器，其中，所述一个或多个通道（132）和所述腔（133）通过蚀刻形成，并且其中，蚀刻包括以下中的至少一种：KOH湿法蚀刻、深反应离子蚀刻（DRIE）、等离子蚀刻、或其任何组合。7.如权利要求1所述的力传感器，其中，所述一个或多个通道（132）使所述埋置腔（133）向所述传感芯片（210）的边缘通气，其中，所述一个或多个通道（132）确保来自所述力传感器（100）的输出信号与由所述致动元件（140）施加在所述传感膜（123）上的力相关，并且其中，使所述腔（133）向所述传感芯片（210）的边缘通气消除了环...

【专利技术属性】
技术研发人员：BD阿利斯泰尔，RA戴维斯，R沃德，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US