多换能器模块、含该模块的电子装置和制造该模块的方法制造方法及图纸

本申请涉及多换能器模块、含该模块的电子装置和制造该模块的方法。一种换能器模块(11；51；61；71；81；91)，包括：支撑衬底(23)；帽盖(27)，该帽盖安排在该支撑衬底上并且与其限定腔室(8)；该腔室(8)中的压力换能器(12’)；该腔室(8)中的声换能器(12”)；以及处理芯片(22)或ASIC，该处理芯片或该ASIC操作性地耦合至该压力换能器(12’)以及至该声换能器(12”)。该压力换能器(12’)和该声换能器(12”)被安排在彼此顶部上以形成堆叠。

【技术实现步骤摘要】
多换能器模块、含该模块的电子装置和制造该模块的方法
本专利技术涉及一种多换能器模块，涉及一种包括多换能器模块的电子装置，并且涉及一种用于制造多换能器模块的方法。
技术介绍
如所已知的，MEMS(微机电系统)型换能器和传感器包括能够将环境量转换为电量(换能信号)的敏感结构。读取电子器件接收换能信号并且被设计成用于执行处理该电量的适当操作(其中的放大操作和滤波操作)以供应表示由敏感结构检测到的环境压力的电输出信号(例如，电压)。通常，换能器和读取电子器件容纳在设置有内部空腔的相同封装体中，并且彼此并排地安排。封装体通常安装在PCB(印刷电路板)上。优化封装体内部的空间以能够容纳多个传感器或换能器的需要日益增加。设想并排地安排的相同类型的多个换能器的解决方案在现有技术中是已知的。然而，这些解决方案呈现了需要与容纳在其中的换能器的数量成比例的大尺寸封装体的缺点。多个不同类型的换能器共享封装体的内部空腔引入了若干技术难题，因为不同的传感器需要其自身的空间以及朝向其自身外部的连接以在不干扰其他换能器的操作的情况下获取待检测的环境量。本专利技术的目的是提供针对之前所展示的问题的解决方案。具体地，本公开的目的是提供针对将不同类型的换能器集成到同一封装体中的难题的技术解决方案，在不改变换能器的性能的情况下优化空间占用。
技术实现思路
根据本专利技术，因此如在所附权利要求书中所限定的提供了一种多换能器模块、一种包括多换能器模块的电子装置以及一种用于制造多换能器模块的方法。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在仅以非限制性示例的方式并参照附图来描述其优选实施例，在附图中：-图1至图6展示了根据本公开的对应实施例的多换能器模块；以及-图7是根据图1至图6的实施例中的任一实施例的包括多换能器模块的电子装置的示意图。具体实施方式参照图1，在空间坐标系X、Y和Z中以及在横向截面图中展示了根据本公开的一个方面的多换能器模块11。本说明书将明确引用包括第一MEMS换能器12’和第二MEMS换能器12”的多换能器模块，该第一MEMS换能器被配置成用于将环境压力P换能成第一电信号(第一换能信号)，该第二MEMS换能器被配置成用于将声波S换能成第二电信号(第二换能信号)。第一换能器12’和第二换能器12”操作性地耦合至集成处理电路(具体地ASIC(专用集成电路)22’)的同一控制芯片22。ASIC22’接收第一和第二换能信号，以对其进行处理。如对本领域技术人员而言显而易见的是，根据本公开的教导同样适用于不同于图1中所示出的类型的换能器。多换能器模块11包括衬底23，该衬底具有其上安排有帽盖27的顶侧23a，该帽盖限定空腔(或腔室)8。在一个实施例中，衬底23为LGA(栅格阵列)型衬底。在替代性实施例中，衬底23由半导体材料(例如，硅)制成，使用已知微机械加工获得。帽盖27可以由金属或预模制塑料材料制成并且具有贯通开口39，该贯通开口被设计成用于安排腔室8与其外部的环境流体连通。在本公开的上下文中，“流体连接”指的是根据要求使得液体和/或气体(包括空气)能够通自和通向腔室8的连接。帽盖27通过一个或多个耦合区域24(焊接区域或胶区域等)耦合至衬底23。衬底23和帽盖27一起形成封装体20。第一MEMS换能器12’集成在第一传感器芯片21’中，该第一传感器芯片容纳在腔室8中并且集成用于将环境压力信号换能成电信号的一个或多个MEMS结构。具体地，在压敏电阻器的帮助下执行换能。在一个实施例中，第一传感器芯片21’包括半导体材料(优选地硅，具体地例如具有晶面晶向(100)的N型单晶硅)的结构体16。结构体16属于例如单片型并且在一个实施例中具有顶部由前表面16a界定并且底部由与前表面16a相反并且平行的后表面16b界定的四边形截面。在一个实施例中，前表面16a形成第一传感器芯片21’的前侧，并且后表面16b形成第一传感器芯片21’的后侧。结构体16包括具有例如方形截面的掩埋空腔18。空腔18通过形成薄膜19的结构体16的薄部与前表面16a分离开。根据非限制性实施例，薄膜19的厚度小于第一空腔18的厚度以防止可能导致薄膜本身失效的在薄膜19的约束点处的剪切应力。可以根据任何期望的制造工艺来提供空腔18，在其不形成本公开的主题的情况下不在此进行详细描述。欧洲专利EP1577656描述了出于此目的而设计的用于制造掩埋空腔的方法。存在至少部分地集成在薄膜19内的压敏电阻感测元件(具体地，数量为四，被安排成在薄膜19的中心处居中的理想交叉顶点处——未在图1中展示)，例如，由例如具有P型掺杂的掺杂区域形成。压敏电阻感测元件可以通过适合的扩散掩模经由掺杂原子的扩散来获得，并且具有例如近似于矩形的截面。进一步地，压敏电阻感测元件可以连接在一起以形成惠斯通电桥电路。可替代地，第一压敏电阻感测元件可以形成环形振荡器电路的一部分。第二MEMS换能器12”集成在第二传感器芯片21”中，该第二传感器芯片容纳在腔室8中并且集成用于将声信号换能成电信号的一个或多个MEMS结构；具体地，该换能是基于电容性耦合。以示例的方式，第二换能器(声换能器)12”设置有薄膜2，该薄膜是可移动的并且包括导电材料层、面向还被称为“背板”的刚性板3(以此术语在此被理解如与薄膜2相比相对刚性的元件，该薄膜反而是柔性的)。背板3包括面向薄膜2的导电层，使得薄膜2和背板3形成电容器的面板。背板3可以包括具有任何形状的(例如，圆形的)多个孔，具有以下功能：在制造步骤期间有助于移除下层以及在使用中使得背板3与薄膜2之间的空气能够自由循环，减少“挤压膜”阻尼效应。出于类似的原因，薄膜2还可以存在一个或多个孔(未展示)。在使用中根据入射的声压波经受变形的薄膜2至少部分地悬置在半导体材料的结构层5之上并且直接面向空腔6，该空腔通过在结构层5的后表面5b处形成挖掘而获得(后表面5b与结构层5本身的前表面5a相反，被安排在薄膜3附近)。在相对于空腔6的相反侧(即，在结构层5的前表面5a的附近)与薄膜2并排地安排背板3。空腔6在一侧由薄膜2界定并且在相反侧面向衬底23。衬底23中的通孔49限定第二换能器12”的声音端口并且使得空腔6能够与封装体20外部的环境声耦合。在此上下文中，空腔6被称为前腔室，并且是面向薄膜2的中空区域，在使用中使薄膜2变形的声波穿过该薄膜到达。根据本公开的一方面，第一传感器芯片21’和第二传感器芯片21”被安排成堆叠在彼此上，并且具体地使得结构体16的后表面16b面向结构体5的前表面5a。更具体地，第一传感器芯片21’和第二传感器芯片21”为使得薄膜19在平面XY的视图中至少部分地覆盖由薄膜2和背板3形成的换能器组件。耦合区域7在第一传感器芯片21’与第二传感器芯片21”之间延伸，将它们耦合在一起。根据本公开的非限制性方面，耦合区域7由非导电胶制成并且形状类似于沿结构体16的后表面16b的以及结构体5的前表面5a的外缘区域延伸的框架。耦合区域7沿Z的厚度对在第一传感器芯片21’与第二传感器芯片21”之间的形成第二换能器12”的背腔室9的体积进行限定。背腔室是在薄膜2相对于前腔室的相反侧上延伸的中空区域。为了优化第二换能器12”的性能，优选的是，使背腔室9的体积最大化。出于此目的，考虑到封装体20内可用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换能器模块(11；51；61；71；81；91)，包括：支撑衬底(23)；帽盖(27)，所述帽盖耦合至所述支撑衬底(23)并且与其限定腔室(8)；压力换能器(12’)，所述压力换能器容纳在所述腔室(8)内、具有第一敏感元件(19)，所述第一敏感元件被配置成用于检测环境压力(P)并且根据所述检测到的环境压力(P)生成第一换能信号；声换能器(12”)，所述声换能器容纳在所述腔室(8)内、具有第二敏感元件(2，3)，所述第二敏感元件被配置成用于检测声波(S)并且根据所述检测到的声波生成第二换能信号；以及处理芯片(22)，所述处理芯片至少部分地容纳在所述腔室(8)内、操作性地耦合至所述压力换能器(12’)以及至所述声换能器(12”)，以用于接收所述第一和第二换能信号，其中，所述压力换能器(12’)和所述声换能器(12”)形成堆叠。

【技术特征摘要】
2016.11.30 IT 1020160001212231.一种换能器模块(11；51；61；71；81；91)，包括：支撑衬底(23)；帽盖(27)，所述帽盖耦合至所述支撑衬底(23)并且与其限定腔室(8)；压力换能器(12’)，所述压力换能器容纳在所述腔室(8)内、具有第一敏感元件(19)，所述第一敏感元件被配置成用于检测环境压力(P)并且根据所述检测到的环境压力(P)生成第一换能信号；声换能器(12”)，所述声换能器容纳在所述腔室(8)内、具有第二敏感元件(2，3)，所述第二敏感元件被配置成用于检测声波(S)并且根据所述检测到的声波生成第二换能信号；以及处理芯片(22)，所述处理芯片至少部分地容纳在所述腔室(8)内、操作性地耦合至所述压力换能器(12’)以及至所述声换能器(12”)，以用于接收所述第一和第二换能信号，其中，所述压力换能器(12’)和所述声换能器(12”)形成堆叠。2.根据权利要求1所述的换能器模块，其中，所述第一敏感元件(19)在距所述第二敏感元件(2，3)一定距离处延伸，并且覆盖所述第二敏感元件。3.根据权利要求1或权利要求2所述的换能器模块，其中，所述声换能器(12”)被安排在所述压力换能器(12’)上。4.根据权利要求2或权利要求3所述的换能器模块，其中：所述支撑衬底(23)具有面向所述压力换能器(12’)的窗口(49)，所述窗口限定所述声波(S)的以及所述环境压力(P)的访问开口；所述堆叠包括在所述第二敏感元件(2，3)与所述压力换能器(12’)之间的空腔(53)，所述空腔至少部分地形成所述声换能器(12”)的前腔室，所述压力换能器(12’)集成在具有通孔(52)的第一传感器芯片(21’)中，所述通孔被适配成用于设置所述窗口(49)与所述空腔(53)流体连通以形成所述声波(S)到所述第二敏感元件(2，3)的访问路径。5.根据权利要求2或权利要求3所述的换能器模块，其中，所述帽盖(27)具有窗口(39)，所述窗口面向所述腔室(8)并且形成所述声波(S)的以及所述环境压力(P)的访问开口；所述堆叠具有在所述第二敏感元件(2，3)与所述压力换能器(12’)之间的第一空腔(53)，所述第一空腔至少部分地形成所述声换能器(12”)的后腔室，所述声换能器(12”)集成在具有通孔的第二传感器芯片(21”)中，所述通孔被设计成用于安排所述窗口(39)与所述第一空腔(53)流体连通以形成所述环节压力(P)到所述第一敏感元件(19)的访问路径。6.根据权利要求5所述的换能器模块，其中，所述压力换能器(12’)集成在悬置在所述支撑衬底(23)之上的第一传感器芯片(21’)中，由此限定在所述第一传感器芯片(21’)与所述支撑衬底(23)之间的第二空腔(73)，所述第一传感器芯片(21’)具有通孔(52)，所述通孔被设计成用于安排所述第一空腔(53)与所述第二空腔(73)流体连通以形成所述声换能器(12”)的扩大的后腔室。7.根据权利要求2至6中任一项所述的换能器模块，其中，所述压力换能器(12’)通过来自以下各项的一项或多项耦合至所述支撑衬底(23)：胶层(58)、粘合层(58)和阻焊掩模(38)。8.根据权利要求2或权利要求3所述的换能器模块，其中，所述压力换能器(12’)具有第一表面(16a)和第二表面(16b)，所述第一表面面向所述腔室(8)，所述第一敏感元件(19)向所述第一表面延伸，所述第二表面与所述第一表面(16a)相反，并且所述压力换能器通过安排在距彼此一定距离处的焊料凸块(84)在所述第一表面(16a)处进一步耦合至所述支撑衬底(23)以形成朝向所述腔室(8)的一条或多条流体路径，所述支撑衬底(23)具有面向所述第一敏感元件(19)的窗口(49)，形成所述环境压力(P)朝向所述第一敏感元件(19)的访问路径并且与所述焊料凸块(84)之间的所述一条或多条流体通道一起形成所述声波(S)到所述第二敏感元件(2，3)的访问路径。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·格里蒂，M·O·格西多尼，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT