MEMS管芯和基于MEMS的传感器制造技术

本发明专利技术涉及MEMS管芯和基于MEMS的传感器。MEMS传感器的各种实现包括IC管芯，该IC管芯具有形成传感器的后腔容积的至少部分的腔室。该布置帮助解决横向速度梯度和粘滞所引起的损失的问题。在这些实施方式中的一些实施方式中，对腔室进行特别配置(例如，具有支柱、通道和/或环)以减少空气的横向移动。其它解决方案(与这种腔室结合使用)包括使振膜移动得更像活塞的方式(例如，通过添加使“上下”运动更多而横向运动更少的突起)，或者使用活塞(举例来说，诸如集成电路管芯的刚性硅片)来代替振膜的方式。的方式。的方式。

【技术实现步骤摘要】
MEMS管芯和基于MEMS的传感器


[0001]本公开涉及基于微机电系统MEMS的传感器。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2021年10月6日提交的美国临时申请No.63/252,731的优先权权益，并且通过引用其全部内容并入本文。

技术介绍

[0004]包括微机电系统(MEMS)管芯的传感器将压力波(例如，由声音产生的)转换成电信号。采用这种传感器的麦克风组件可以被用在移动通信装置、膝上型计算机、和电器，以及其它装置和机器中。麦克风组件的一个重要参数是声学信噪比(SNR)，它将希望的信号水平(例如，因由麦克风组件捕获的声学干扰而造成的信号幅度)与背景噪声水平进行比较。在包括MEMS声学管芯的麦克风组件中，SNR通常限制了可以实现的最小尺寸以及麦克风组件的总封装尺寸。
[0005]使用基于振膜的电容式MEMS传感器的一个潜在问题是振膜本身的动态移动导致横向速度梯度和粘滞所引起的损失。由于例如所施加的偏压与振膜附近的其它结构的紧密接近相结合而造成的任何初始振膜挠曲加重了粘滞损失。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一方面涉及一种微机电系统(MEMS)传感器，MEMS传感器包括：集成电路IC管芯，所述IC管芯具有被限定在所述IC管芯中的腔室，其中，所述腔室形成所述MEMS传感器的后腔容积的至少一部分；振膜，所述振膜面对所述腔室，其中，在所述MEMS传感器的操作期间，所述振膜响应于压力的变化而移动，从而改变电容，并且所述IC管芯上的电路检测所述电容的变化并且处理表示所述变化的一个或更多个信号。
[0007]本专利技术的另一方面涉及一种MEMS传感器，MEMS传感器包括：集成电路IC管芯，所述IC管芯具有限定在所述IC管芯中的腔室，其中，所述腔室形成所述MEMS传感器的后腔容积的至少一部分；MEMS管芯；弹性结构，所述弹性结构设置在所述IC管芯与所述MEMS管芯之间，其中，所述弹性结构支承所述IC管芯，并且抵抗所述IC管芯朝着所述MEMS管芯的移动，其中，在所述MEMS传感器的操作期间，所述IC管芯与所述MEMS管芯之间的电容随着所述IC管芯与所述MEMS管芯之间的距离的改变而改变，并且所述IC管芯上的电路检测所述电容的变化并且处理表示所述变化的一个或更多个信号。
[0008]本专利技术的有一方面涉及一种MEMS传感器，所述MEMS传感器包括：活塞，所述活塞包括集成电路IC管芯；MEMS管芯，所述MEMS管芯面对所述活塞，所述IC管芯具有限定在所述IC管芯中的腔室，其中，所述腔室形成所述MEMS传感器的后腔容积的至少一部分；弹性结构，所述弹性结构设置在所述IC管芯与所述MEMS管芯之间，其中，所述弹性结构支承所述MEMS管芯，并且抵抗所述IC管芯朝着所述MEMS管芯的移动，其中，在所述MEMS传感器的操作期间，所述IC管芯与所述MEMS管芯之间的电容随着所述IC管芯与所述MEMS管芯之间的距离的
改变而改变，并且所述IC管芯上的电路检测所述电容的变化并且处理表示所述变化的一个或更多个信号。
附图说明
[0009]本公开的前述和其它特征根据下面结合附图的描述和所附权利要求将完全变得更加显而易见。附图仅描绘了根据本公开的几个实施方式，并因此不应被视为对其范围的限制。
[0010]图1A是根据实施方式的其中使用支柱的腔室(在MEMS传感器的集成电路(IC)管芯或MEMS管芯中)的立体图和截面图。
[0011]图1B是根据实施方式的其中使用支柱的、具有较大的中央部分的腔室(在MEMS传感器的IC管芯或MEMS管芯中)的立体图和截面图。
[0012]图1C是根据实施方式的其中使用支柱的腔室(在MEMS传感器的IC管芯或MEMS管芯中)的立体图和截面图，并且其中电极是在腔室的开口处分布在支柱当中(沿着顶部)的。
[0013]图1D是根据实施方式的其中使用支柱的腔室(在MEMS传感器的IC管芯或MEMS管芯中)的立体图和截面图，并且其中电极是在腔室的开口处分布在支柱当中的。
[0014]图1E是根据实施方式的其中使用支柱的、具有较大的中央部分的腔室(在MEMS传感器的IC管芯或MEMS管芯中)的立体图和截面图，其中该较大的中央部分具有电极。
[0015]图1F是根据实施方式的其中使用环的腔室(在MEMS传感器的IC管芯或MEMS管芯中)的俯视图。
[0016]图1G是根据实施方式的其中使用环的、具有较大的中央部分的腔室(在MEMS传感器的IC管芯或MEMS管芯中)的俯视图。
[0017]图1H是根据实施方式的其中使用环的腔室(在MEMS传感器的IC管芯或MEMS管芯中)的俯视图，并且其中电极是在腔室的开口处分布在环当中的。
[0018]图2A是根据实施方式的具有IC管芯和MEMS管芯的MEMS传感器的截面图，其中，MEMS管芯包括具有突出结构(例如，凸台)的振膜，其中，IC管芯上的IC面对振膜。
[0019]图2B是作为关于图2A所描绘的实施方式的变型例的MEMS传感器的截面图。
[0020]图3A是具有IC管芯和MEMS管芯的MEMS传感器的实施方式的截面图，其中，MEMS管芯包括具有突出结构(例如，凸台)的振膜，其中，IC管芯的基板具有腔室并且面对振膜。
[0021]图3B是作为关于图3A所描绘的实施方式的变型例的MEMS传感器的截面图。
[0022]图4A是具有通过弹性结构支承在MEMS管芯的表面上的IC管芯的MEMS传感器的实施方式的截面图。
[0023]图4B是作为关于图4A所描绘的实施方式的变型例的MEMS传感器的截面图。
[0024]图5A是MEMS传感器的实施方式的截面图，该MEMS传感器包括具有振膜和背板的MEMS管芯以及IC管芯，其中，IC管芯的基板面对MEMS管芯并且具有腔室。
[0025]图5B是包括具有振膜和背板的MEMS管芯和具有腔室的IC管芯的MEMS传感器的截面图，其中，IC面对MEMS管芯。
[0026]图5C是与图5B的MEMS传感器相同的MEMS传感器的截面图，不同之处在于其具有从IC延伸、贯穿IC管芯的基板、并到达MEMS传感器外部的硅通孔。
[0027]图6A是MEMS传感器的实施方式的截面图，该MEMS传感器包括具有两个振膜和背板
的MEMS管芯以及IC管芯，其中，IC管芯的基板面对MEMS管芯并且具有腔室。
[0028]图6B是MEMS传感器的实施方式的截面图，该MEMS传感器包括具有两个振膜和背板的MEMS管芯以及IC管芯，其中，IC面对MEMS管芯并且具有腔室。
[0029]图6C是与图6B的MEMS传感器相同的MEMS传感器的截面图，不同之处在于其具有从IC延伸、贯穿IC管芯的基板、并到达MEMS传感器外部的硅通孔。
[0030]图7是根据实施方式的双振膜固体介电质组件的截面立体图。
[0031]图8A是包括具有图7的双振膜固体介电质组件的ME本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统MEMS传感器，所述MEMS传感器包括：集成电路IC管芯，所述IC管芯具有被限定在所述IC管芯中的腔室，其中，所述腔室形成所述MEMS传感器的后腔容积的至少一部分；振膜，所述振膜面对所述腔室，其中，在所述MEMS传感器的操作期间，所述振膜响应于压力的变化而移动，从而改变电容，并且所述IC管芯上的电路检测电容的变化并且处理表示所述变化的一个或更多个信号。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，面对所述IC的表面的所述振膜是振膜组件中的第一振膜，所述振膜组件还包括面对所述第一振膜的第二振膜，其中，所述第一振膜与所述第二振膜之间的区域处于比环境压力低的压力下。3.根据权利要求2所述的MEMS传感器，其中，所述IC管芯包括IC和基板，所述电路处于所述IC上，并且所述腔室被限定在所述基板中。4.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述IC管芯包括多个支柱，所述多个支柱从所述腔室的内表面起延伸。5.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述IC管芯包括多个同心环，所述多个同心环从所述腔室的内表面起延伸。6.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述振膜包括电极，由所述电路检测到的所述电容的变化是所述IC管芯与所述电极之间的电容的变化。7.根据权利要求1所述的MEMS传感器，所述MEMS传感器还包括凸台，所述凸台从所述振膜的中心起延伸。8.根据权利要求7所述的MEMS传感器，其中，在所述凸台中限定了第二腔室，所述第二腔室形成所述MEMS传感器的后腔容积的至少一部分。9.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述振膜包括第一电极，所述MEMS传感器还包括第二电极，所述第二电极固定在所述振膜与所述IC管芯之间，其中，由所述电路检测到的所述电容的变化是所述第一电极与所述第二电极之间的电容的变化。10.一种微机电系统MEMS传感器，所述MEMS传感器包括：集成电路IC管芯，所述IC管芯具有限定在所述IC管芯中的腔室，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：美商楼氏电子有限公司，
类型：发明
国别省市：