微电机系统器件技术方案

一种微电机系统器件具有：支撑基部，具有与外部环境接触的底表面；传感器管芯，为半导体材料并且集成微机械检测结构；传感器框，布置在传感器管芯周围并且机械地耦合到支撑基部的顶表面；以及帽，布置在传感器管芯上方并且机械地耦合到传感器框的顶表面，帽的顶表面与外部环境接触。传感器管芯从传感器框被机械地去耦合。本微电机系统器件可以尽量减少机械应力和热应力对MEMS器件的影响，以保证其灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种有减少的应力灵敏度的MEMS(微电机系统)传感器器件。
技术介绍
在集成半导体器件中并且具体地在MEMS器件中，感觉到机械应力和应变的问题，这可能导致电参数(例如检测灵敏度)的不希望的修改和漂移。MEMS器件通常地包括一个或者多个半导体材料管芯，其中提供对应微机械检测结构和可能对应ASIC(专用集成电路)，后者例如包括用于采集和预处理检测到的电学量(例如指示检测的压力的电容变化)的对应接口用于生成(在来自MEMS器件的输出供应的用于后续处理操作的)电输出信号。MEMS器件还包括封装，该封装包围和保护检测结构的和可能ASIC的管芯，从而提供用于与外界电连接的接口。在所谓“衬底级封装”技术方案中，封装由一个或者多个基层和盖层制成，这些层直接地耦合到MEMS器件的管芯，从而构成其与外界的接口。已知在MEMS器件的封装内容纳的管芯中通常地由于相同封装的变形(例如卷曲或者其它类型的应力)引起机械应力，这些变形例如归因于焊接到外部印刷电路板(PCB)的工艺和对应热应力。假定检测结构的机械性质直接地影响MEMS器件的性能，显然需要尽可能减少前述应力的影响。例如参照实施压力传感器的MEMS器件1在图1A和图1B中图示已经提出的一种用于减少应力和所得变形的影响的技术方案。MEMS 1器件包括例如硅的支撑基部2，该支撑基部具有与外界接触的底表面。MEMS器件1还包括传感器管芯4，其中制成(示意地表示的)机械检测结构5例如用于检测压力。传感器管芯4经由折叠弹簧(例如在平面图中为S形)这一形式的弹性耦合元件8机械地耦合到如图1B的示意俯视平面图中所示外部包围它的传感器框6。弹性耦合元件8以未示出的方式也承载用于在机械检测结构5与传感器框6之间的电连接的电连接路径，该传感器框可以集成适当电元件和部件、可能是耦合到机械检测结构的ASIC(未图示)。传感器框6还承载用于例如通过电接线与外界电连接的接触焊盘7。经由这一机械耦合，传感器管芯4被布置为悬置在支撑基部2之上。停止件9耦合到传感器管芯4的底部部分，被布置在相同传感器管芯4与支撑基部2之间以便限制传感器管芯4由于弹性耦合元件8的弹性变形而在竖直方向上经历的移位。MEMS器件1还包括布置于传感器管芯4上方耦合到传感器框6的顶表面的帽10。气隙存在于传感器管芯4与帽10之间，从而微机械检测结构5在检测相关数量(例如压力)方面不受约束。在这一技术方案中，弹性耦合元件8的存在有利地实现在传感器管芯4(和对应微机械检测结构5)与传感器框6之间的电耦合以便减少作用于传感器管芯4的(例如热力类型的)应力。事实上，传感器框6例如由于将支撑基部2焊接到外部PCB而经历的可能变形至少被弹性耦合元件8部分“吸收”，从而减少向传感器管芯4传输的应力。然而本申请人已经认识到即使这一技术方案仍有问题。具体而言，如图2(该图参考MEMS器件1的模态分析)中所示，本申请人已经认识到由于外部变形，传感器管芯4经历贯穿它的延伸而不均匀、例如在与弹性耦合元件8的(在这一情况下布置在平面图中具有基本上矩形形状的传感器管芯4的四个拐角的)连接部分更大的应力。因此产生传感器管芯的不可忽略的变形和随之发生的对应微机械结构5对将要检测的数量的响应的不可预先确定的乱真变化。
技术实现思路
本技术的目的是至少部分克服先前突出的问题以便进一步减少应力和变形对传感器管芯和对对应的微机械检测结构的影响。根据本技术的一个方面，提供一种微电机系统器件，其特征在于，包括：支撑基部，具有被设计为与外部环境接触的底表面；传感器管芯，包括半导体材料并且集成微机械检测结构；传感器框，布置在所述传感器管芯周围并且机械地耦合到所述支撑基部的顶表面；以及帽，布置在所述传感器管芯上方并且机械地耦合到所述传感器框的顶表面，所述帽的相应顶表面被设计为与所述外部环境接触，所述传感器管芯从所述传感器框被机械地去耦合。。附图说明为了更好理解本技术，现在参照附图仅通过非限制例子描述其有线实施例，其中：–图1A是已知类型的MEMS器件的横截面图；–图1B是图1A的MEMS器件的示意俯视平面图；–图2是图1A的MEMS器件在存在应力时的简化透视图；–图3A是根据本技术方案的一个实施例的MEMS器件的横截面图；–图3B是图3A的MEMS器件的示意俯视平面图；-图4A-图4F是图3A的MEMS器件在对应制造工艺的相继步骤中的横截面图；以及–图5和图6是图3A的MEMS器件的变化实施例的横截面图。具体实施方式如图3A和图3B中所示，整体由20表示的根据本技术方案的一个实施例的一种MEMS器件包括具有(在水平面中具有基本上平面延伸而在正交方向z上彼此相对的)顶表面22a和底表面22b的例如 为半导体材料(具体为硅)的支撑基部22。支撑基部22的底表面22b构成MEMS器件20的被设计为与外部环境接触的底部外表面。MEMS器件20还包括传感器管芯24，其中制成机械检测结构25(例如用于检测压力)，在该例中，该机械检测结构包括在传感器管芯24内掩埋的腔26、在腔26上方布置的隔膜27和在隔膜27中提供的压电元件28。MEMS器件20还包括传感器框30，该传感器框如图3B的示意俯视平面图中突出的那样沿着传感器管芯24的周界包围它。在该例中，传感器管芯24在平面图中在水平面xy中具有基本上矩形形状，并且传感器框30具有绕着相同传感器管芯24的矩形环的形状。在所示实施例中，传感器管芯24和传感器框30在正交方向z上具有相同厚度(假定如下文具体地描述的那样，它们是从相同半导体材料(诸如硅)的晶片获得的)。另外，传感器管芯24被在水平平面xy的x和y方向上具有例如少于10μm、具体为2-3μm的延伸的分离沟槽32与传感器框30横向地分离。传感器框30经由例如诸如玻璃粉或者其它结合材料之类的粘合材料形成的耦合区域33耦合到支撑基部22。在一个可能实施例中，耦合区域33例如用矩形环保形外部延伸到分离沟槽32。MEMS器件20还包括借助例如诸如玻璃粉或者其它结合材料之类的粘合材料形成的又一耦合区域37耦合到传感器框30的顶表面30a的帽36，帽36被布置在传感器管芯24上方。又一耦合区域37如图3B中示意地所示也例如具有绕着分离沟槽32的矩形环的形状。帽36的顶表面36a构成MEMS器件20的被设计为与外部环境接触的顶部外表面。可能地经过帽36制成接入管道38以实现从外界朝着传感器管芯24中的检测结构25的流体连通并且例如实现检测外部环境压力。另外，传感器框30的顶表面30a在未由帽36覆盖的外横向部分 承载用于例如经由电接线(这里未图示)电连接到外部器件的电连接元件39(例如接触焊盘)。MEMS器件20还可以包括例如环氧树脂的保护区域(这里未图示)，该保护区域横向地包围和保护帽36并且可能地包围和保护传感器框30和支撑基部22。取而代之，这一保护区域未覆盖传感器框30的顶表面30a(以便让接入管道38自由)。支撑基部22和帽36在描述的实施例中形成MEMS器件20的封装(在晶片或者衬底级)。根据本技术方案的一个具体方面，传感器管芯24从传感器框30被机械地去耦合并且：由分离沟槽32与传感器框30分离；由底部空的空间42与支撑基部22分离；以及由顶部空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电机系统器件(20)，其特征在于，包括：支撑基部(22)，具有被设计为与外部环境接触的底表面(22b)；传感器管芯(24)，包括半导体材料并且集成微机械检测结构(25)；传感器框(30)，布置在所述传感器管芯(24)周围并且机械地耦合到所述支撑基部(22)的顶表面(22a)；以及帽(36)，布置在所述传感器管芯(24)上方并且机械地耦合到所述传感器框(30)的顶表面(30a)，所述帽(36)的相应顶表面(36a)被设计为与所述外部环境接触，其特征在于所述传感器管芯(24)从所述传感器框(30)被机械地去耦合。

【技术特征摘要】
2015.09.11 IT 1020150000508521.一种微电机系统器件(20)，其特征在于，包括：支撑基部(22)，具有被设计为与外部环境接触的底表面(22b)；传感器管芯(24)，包括半导体材料并且集成微机械检测结构(25)；传感器框(30)，布置在所述传感器管芯(24)周围并且机械地耦合到所述支撑基部(22)的顶表面(22a)；以及帽(36)，布置在所述传感器管芯(24)上方并且机械地耦合到所述传感器框(30)的顶表面(30a)，所述帽(36)的相应顶表面(36a)被设计为与所述外部环境接触，其特征在于所述传感器管芯(24)从所述传感器框(30)被机械地去耦合。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述传感器管芯(24)在其顶表面(24a)上承载至少一个第一电接触焊盘(45)，并且所述传感器框(30)在相应所述顶表面(30a)上承载至少一个第二电接触焊盘(46)；还包括电连接所述第一电接触焊盘(45)和第二电接触焊盘(46)的至少一个连接接线(44)。3.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述帽(36)在其底表面(36b)具有容纳所述至少一个连接接线(44)的容纳腔(48)。4.根据权利要求2或者3所述的器件，其特征在于，所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·杜奇，S·康蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT