柔性一次性MEMS压力传感器制造技术

一种MEMS装置，例如柔性MEMS压力传感器，通过将牺牲层（诸如光致抗蚀剂）设置在衬底上而形成。第一柔性支撑层设置在衬底上，且第一导电层设置在第一支撑层的一部分上。一种液体或凝胶分离部（诸如硅油）被设置在第一导电层的内部区域上。第二柔性支撑层封装第一导电层和分离部。设置在第二支撑层上的第二导电层至少部分地与第一导电层重叠并形成平行板电容器。第三柔性支撑层封装第二导电层和第二支撑层。将传感器浸泡在热水中将传感器从牺牲层释放。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性一次性MEMS压力传感器相关申请本申请要求2014年12月15日提交的名称为“FLEXIBLEDISPOSABLEMEMSPRESSURESENSOR”的美国临时申请No.62/091,683的优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文。
本公开大体涉及半导体装置，且更具体地涉及电容性微机电系统(MEMS)压力传感器。
技术介绍
由于MEMS装置表现出的灵敏性、空间和时间分辨率以及更低电力要求，MEMS已经被证明是在各种应用中的有效解决方案。因此，基于MEMS的传感器，诸如加速计、陀螺仪、声学传感器、光学传感器和压力传感器已经被开发用于许多种应用。大体上，电容性MEMS压力传感器包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成平行板电容器的一个板，所述第二电极形成平行板电容器的另一个板。第一电极通常被固定并通常被设置在诸如硅晶片的衬底中。第二电极通常可运动且被合并到可变形的薄膜中，该薄膜在衬底的表面上的第一电极上悬浮。第一和第二电极通常通过开口空间、电介质、或其他材料间隔开。可变形薄膜配置成在所施加的压力下朝衬底偏转，这改变了在固定电极和可运动电极之间的间隙，从而导致两个电极之间的电容的变化。通过监测固定电极和可运动电极之间的电容的变化，能够确定施加到可变形薄膜的压力的大小。电极可以以多种不同方式形成，诸如通过导电膜的沉积、导电层的电隔离和在两个导电层之间增加间隔层。表面微加工用于制造许多MEMS装置。利用表面微加工，能够使用诸如化学气相沉积的方法在硅衬底上构建MEMS装置结构。这些方法允许MEMS结构包括小于若干微米的层厚度，其中，面内尺寸大致更大。通常，这些装置包括诸如电容性电极的部分，其配置成相对于装置的其他部分运动。在该类型的装置中，通常在材料的牺牲层上构建可运动结构。在形成可运动结构之后，能够通过牺牲层的选择性的湿法或者干法蚀刻来释放可运动结构。在湿法蚀刻之后，所释放的MEMS装置结构能够在去离子水中漂洗以移除蚀刻剂和蚀刻产品。对于干法释放，随后的清洁可以是不必要的。在一些情形中，具有运动或挠性部件的MEMS具有有限的寿命，尤其当此类装置从衬底释放且不能从增加的衬底支撑件获益时。在一个示例中，在生物材料上或接近生物材料或在严厉的环境中使用的MEMS装置可能需要定期替换以维持精确的操作。诸如压力传感器的惯常MEMS装置通常要求显著的封装以及昂贵的材料和处理要求，且因此对于上文中描述的用途不是最优的。因此所需要的是一种柔性MEMS装置，其能够被容易且大规模地生产，以便是一次性的。
技术实现思路
以下是在本文中更详细地描述的主题的简要概述。该
技术实现思路
不试图限制本公开或权利要求的范围。为了促进至少一个变量（诸如压力）的准确感测，MEMS装置被配置以便是柔性的。MEMS装置包括具有至少一个导电层的MEMS传感器元件，该至少一个导电层延伸至MEMS装置的一侧且配置成将MEMS装置操作地连接至设备。MEMS传感器元件由柔性材料构成，使得MEMS传感器元件是完全柔性的。在实施例中，MEMS传感器元件是MEMS压力传感器，其包括至少一个平行板电容器。在一个实施例中，MEMS传感器元件包括第一、第二和第三柔性支撑层以及第一和第二导电层。第一导电层形成平行板电容器的第一电极，且设置在第一柔性支撑层上以便从MEMS传感器元件的第一侧朝向与第一侧相对的第二侧延伸小于整个MEMS传感器元件。第二柔性支撑层设置在第一柔性支撑层和第一导电层上，使得第一导电层由第一柔性支撑层和第二柔性支撑层封装。第二导电层形成平行板电容器的第二电极，且设置在第二柔性支撑层上，且从MEMS传感器元件的第二侧朝向第一侧延伸小于整个MEMS传感器元件，使得第二导电层至少部分地与第一导电层重叠。第一和第二导电层一起形成平行板电容器。第三柔性支撑层设置在第二导电层和第二柔性支撑层上，使得第二导电层被封装在第二柔性支撑层和第三柔性支撑层之间。在另一实施例中，MEMS传感器元件还包括分离部，其被封装在第一导电层和第二柔性支撑层之间，且配置成将第一导体层与第二导体层间隔开。在又一实施例中，分离部是液体或凝胶中的一个，且具有比第二柔性支撑层的沉积压力更低的蒸汽压。在一个实施例中，第二柔性支撑层包括帕利灵，且分离部包括硅油。在实施例中，MEMS传感器元件还包括从第一导电层延伸至MEMS传感器元件的第二侧的连接元件和从第二导电层延伸至MEMS传感器元件的第一侧的连接元件中的至少一个。在另一实施例中，MEMS装置还包括至少一个设备主体安装件。设备主体安装件包括至少一个电部件，其配置成可移除地接收MEMS传感器元件，且配置成当MEMS传感器元件接收在所述至少一个设备主体安装件中时，电连接至MEMS传感器元件。在一个实施例中，MEMS传感器元件配置为一次性传感器，且所述至少一个设备主体安装件是可重复使用的安装件，其包括用于操作MEMS传感器元件的电部件。在实施例中，MEMS装置是腕带，其包括经由带连接的两个设备主体安装件以及接收在所述两个安装件之间以闭合该带的MEMS传感器元件。在另一实施例中，所述至少一个设备主体安装件还包括一对安装构件。安装构件配置成利用过盈配合、卡扣配合、或任意其他可接受的类型的可移除配合中的一种在其间接收MEMS传感器元件。在实施例中，安装构件中的至少一个是弹簧构件，其可枢转地安装在所述至少一个设备主体安装件上，且配置成与相对的安装构件一起将MEMS传感器元件夹到所述至少一个设备主体安装件中。在示例性实施例中，一种生产MEMS装置的方法包括：将光致抗蚀剂层设置在衬底上，在光致抗蚀剂层上形成MEMS传感器元件以形成中间结构，以及将中间结构浸泡在具有从大约30℃至大约90℃的温度的水浴中，直到MEMS传感器元件从光致抗蚀剂层释放。在实施例中，MEMS传感器元件如以下所述的至少一种那样：由不溶于水的材料封装，和被配置以便不与水起化学反应。在另一示例性实施例中，生产柔性MEMS压力传感器的方法包括：在衬底上形成牺牲层；在衬底上形成第一柔性支撑层；在第一柔性层上形成第一导电层，其从第一侧延伸小于整个第一柔性支撑层；在第一导电层的内部区域上形成液体或凝胶分离部；在第一导电层的内部区域上形成液体或凝胶分离部；在第一柔性支撑层上、在分离部上以及在第一导电层上经由气相沉积形成第二柔性支撑层，其从第一侧延伸至与第一侧相对的第二侧，以便将分离部封装在第一导电层和第二柔性支撑层之间，且以便将第一导电层封装在第一柔性支撑层与第二柔性支撑层和分离部之间，其中，分离部具有比在第二柔性支撑层的气相沉积期间发生的蒸汽压更低的蒸汽压；在第二柔性支撑层上从第二侧小于整个第二柔性支撑层地形成第二导电层，使得第二导电层至少部分地与第一导电层重叠以形成平行板电容器；以及在第二导电层和第二柔性支撑层上形成第三柔性支撑层，以便将第二导电层封装在第二柔性支撑层和第三柔性支撑层之间。在实施例中，生产MEMS压力传感器的方法还包括：将MEMS压力传感器浸泡在具有从大约30℃至大约90℃的温度的水浴中，直到MEMS压力传感器从牺牲层释放。附图说明图1和图2是根据本公开的安装在设备主体中的MEMS压力传感器的不同示例性实施例的侧横截面视图。图3-图9是示出生产根据本公开的MEMS压力传感器的示例性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS装置，包括：由多个层形成的柔性MEMS传感器元件，所述多个层包括：第一柔性支撑层；和第一导电层，其从所述MEMS传感器元件的第一侧延伸，且配置成将所述MEMS传感器元件操作地连接至设备；所述MEMS传感器元件中的每层由柔性材料构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.15 US 62/0916831.一种MEMS装置，包括：由多个层形成的柔性MEMS传感器元件，所述多个层包括：第一柔性支撑层；和第一导电层，其从所述MEMS传感器元件的第一侧延伸，且配置成将所述MEMS传感器元件操作地连接至设备；所述MEMS传感器元件中的每层由柔性材料构成。2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，所述MEMS传感器元件是MEMS压力传感器。3.根据权利要求2所述的MEMS装置，其特征在于，所述MEMS传感器元件还包括：第二柔性支撑层，其设置在所述第一柔性支撑层和所述第一导电层上，使得所述第一导电层由所述第一柔性支撑层和所述第二柔性支撑层封装，所述第一导电层设置在所述第一柔性支撑层上，且朝向与所述第一侧相对的第二侧延伸小于整个所述MEMS传感器元件；第二导电层，其设置在所述第二柔性支撑层上，且从所述MEMS传感器元件的所述第二侧朝向所述第一侧延伸小于整个所述MEMS传感器元件，使得所述第二导电层至少部分地与所述第一导电层重叠，所述第一和第二导电层一起形成平行板电容器；和第三柔性支撑层，其设置在所述第二导电层和所述第二柔性支撑层上，使得所述第二导电层被封装在所述第二柔性支撑层和所述第三柔性支撑层之间。4.根据权利要求3所述的MEMS装置，其特征在于，所述MEMS传感器元件还包括：分离部，其被封装在所述第一导电层和所述第二柔性支撑层之间，且配置成将所述第一导电层与所述第二导电层间隔开。5.根据权利要求4所述的MEMS装置，其特征在于，所述分离部是液体或凝胶中的一种；且所述分离部具有比所述第二柔性支撑层的沉积压力更低的蒸汽压。6.根据权利要求5所述的MEMS装置，其特征在于，所述第二柔性支撑层包括帕利灵；且所述分离部包括硅油。7.根据权利要求3所述的MEMS装置，其特征在于，所述MEMS传感器元件还包括如下中的至少一个：连接元件，其从所述第一导电层延伸至所述MEMS传感器元件的所述第二侧；和连接元件，其从所述第二导电层延伸至所述MEMS传感器元件的所述第一侧。8.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，还包括：至少一个设备主体安装件，其包括：至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：SY余，G雅马，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE