用于检测异物的存在的封装压力传感器设备和对应方法技术

本公开涉及用于检测异物的存在的封装压力传感器设备和对应方法。一种压力传感器设备具有：压力检测结构，其被提供在半导体材料的第一裸片中；封装物，其被配置为在内部以不可渗透的方式容纳压力检测结构，该封装物具有基底结构和主体结构，主体结构布置在基底结构上，具有与外部环境接触的进入开口并且在内部限定壳体腔，覆盖有涂层材料的第一裸片被布置在该壳体腔中。在壳体腔中容纳超声型的压电换能结构，以便允许检测在涂层材料上方且在封装物内的异物。特别地，压电换能结构集成在第一裸片中，该第一裸片包括：第一部分，压力检测结构被集成在第一部分中；以及与第一部分分离且不同的第二部分，压电换能结构被集成在第二部分中。分中。分中。

【技术实现步骤摘要】
用于检测异物的存在的封装压力传感器设备和对应方法


[0001]本公开涉及封装压力传感器设备和用于检测在对应封装物内的异物的存在的方法。

技术介绍

[0002]微机电(所谓的MEMS
‑
微机电系统)压力传感器(或气压计)已知是不可渗透或密封型的，或在任何情况下是耐水的(所谓的“防水”)。
[0003]这些压力传感器可以被使用在诸如智能电话、智能手环或智能手表的便携式或可穿戴电子装置中，该便携式或可穿戴电子装置可以用于水下应用或一般在水里使用。
[0004]这些压力传感器通常包括检测结构，该检测结构具有悬置在腔上方的膜，并且在该膜中提供检测元件(例如压阻器)以检测由撞击压力波而引起的变形。
[0005]通常与被提供作为ASIC(专用集成电路)的对应的信号读取和处理电子器件一起，检测结构被集成在封装物内，该ASIC提供指示检测到的压力的压力信号。
[0006]上述封装物具有入口开口以允许检测外部压力，并且在内部限定腔，在该腔中容纳上述检测结构和相关联的ASIC。
[0007]通常，该腔填充有保护材料，诸如涂层凝胶(所谓的“灌封凝胶”)，该保护材料涂覆和保护检测结构和ASIC例如免受来自外部环境的污染物、灰尘、化学物质、流体(特别是水)影响。仅这种保护材料与外部环境接触，从而有效地使腔(填充有相同的保护材料)不可渗透或密封。
[0008]除了检测压力值(以及可能的相关联的海拔值)之外，压力传感器还可以由处理模块(可能集成在上述ASIC中并例如被提供有人工智能处理核)用于识别由便携式或可穿戴电子装置的用户执行的活动。通过示例的方式，可以通过识别压力信号中的对应模式来检测的一些活动包括：用户的脚步；举重；使用电梯；使用自行车；游泳(或浮潜)。
[0009]在使用压力传感器时，水或其他液体(诸如汗水、雨水等)可能会从上述进入开口进入腔中，从而与保护材料接触。一般，对压力传感器来说是外来的任何材料都可能进入封装物，例如，包括污染颗粒等。
[0010]由压力传感器提供的压力信号可能会受到这种异物的存在影响；例如，在水(更一般地，液体)的情况下，检测到的信号不能被正确地使用，例如用于识别活动，直到相同的水的蒸发；事实上，由于不同的环境因素、蒸发速率、表面张力等，水的存在可能会修改压力检测。
[0011]例如，压力信号可以更缓慢地变化，从而延迟在其之后模式识别可以用于检测用户活动的时间。
[0012]还已知的是，一些压力传感器可以具有双满量程：第一满量程，用于检测环境压力(或气压压力，例如用于监测海拔或高度)；以及第二(更高)满量程，用于检测在水里发生的压力(例如用于深度监测)。
[0013]在这些压力传感器中，可以实现对插入水里(即从外部环境、空气到水中或水下环
境的操作环境变化)的自动检测，以便自动激活/去激活一些特定功能，并且特别是，自动改变用于压力检测的满量程值。在这方面，可以通过适当调整与压力检测相关联的读取电子器件的增益因子来实现满量程变化。
[0014]一般，排他地或主要根据检测到的压力值来实现对操作环境变化的自动检测。例如，如果检测到的压力值超过高于空气或气压压力的某一阈值(在这种情况下激活较高的满量程)或低于比相同气压压力低的某一阈值(在这种情况下激活较低的满量程)达设置时间间隔，则可以实现压力传感器满量程自动变化。
[0015]然而，一般，已经观察到，目前使用的解决方案不允许覆盖操作环境变化的上述自动识别中的所有可能使用情况。例如，将在其中集成了压力传感器的电子装置(例如，智能手表)缓慢地引入水中可能无法正确地被检测到。
[0016]一般，在检测操作环境变化时存在发生错误(所谓的“假阳性”)的可能性，因为不同的事件原则上可能导致可能被不正确地解释为操作环境改变的压力变化。
[0017]例如，在可穿戴电子装置的情况下，当电子装置实际上仍然在空气中操作时，在检测引入水中时的假阳性可能导致压力传感器满量程的变化(在这种情况下是不期望的)，和/或可能导致装置的一些功能被错误地禁用。

技术实现思路

[0018]总体上，本公开旨在克服先前强调的已知解决方案的缺点。
[0019]因此，根据本公开，提供了一种用于检测异物的存在的压力传感器设备和对应的方法。
[0020]在本公开的压力传感器设备的至少一个实施例中包括：压力检测结构，其被提供在半导体材料的第一裸片中；封装物，其被配置为在内部以不可渗透的方式容纳所述压力检测结构，该封装物包括基底结构和主体结构，主体结构布置在基底结构上，具有与外部环境接触的进入开口并且在内部限定壳体腔，被涂层材料覆盖的所述第一裸片被布置在壳体腔中，包括容纳在所述壳体腔中的超声型的压电换能结构，其被配置为允许检测在所述封装物内的所述涂层材料上的异物。
附图说明
[0021]为了更好地理解本公开，现在纯粹通过非限制性示例的方式并参考所附附图描述本公开的实施例，其中：
[0022]图1示出了根据本公开的一个实施例的压力传感器设备的示意性横截面；
[0023]图2示出了在对应的封装物内存在异物的情况下图1的压力传感器设备的示意性横截面；
[0024]图3A至3C是与图1的设备的膜在不同操作条件下的变形的模拟有关的图表；
[0025]图4A至4B是与图1的设备的操作有关的电信号；
[0026]图5A至5C是与图2的设备的膜在不同操作条件下的变形的模拟有关的图表；
[0027]图6A至6B是与图2的设备的操作有关的电信号；
[0028]图7示出了在对应的封装物内存在不同配置的异物的情况下图1的压力传感器设备的示意性横截面；以及
[0029]图8是在其中可以使用图1的压力传感器设备的电子装置的示意性框图。
具体实施方式
[0030]图1示出了压力传感器设备1，压力传感器设备1包括压力检测结构2，该压力检测结构被提供在半导体材料(特别是硅)的第一裸片4中。
[0031]第一裸片4具有顶表面4a和底表面4b，顶表面4a和底表面4b平行于水平面xy延伸，并沿正交于上述水平面xy的垂直轴z彼此相对。
[0032]压力检测结构2包括第一膜6，该第一膜被提供在顶表面4a处，布置在第一腔7上方，第一腔7埋设在裸片4内；换句话说，第一膜6插设在下面的第一腔7与第一裸片4的上述顶表面4a之间。
[0033]检测元件8(特别是压阻器)被布置在第一膜6内，被配置为允许检测由于撞击压力波而引起的第一膜6的变形。
[0034]压力传感器设备1还包括处理电路10，该处理电路被实现为ASIC，集成在半导体材料(特别是硅)的第二裸片12中，该第二裸片具有相应的顶表面12a和相应的底表面12b。
[0035]在示出的实施例中，上述第一裸片4和第二裸片12堆叠布置，其中第二裸片12的顶表面12a通过第一结合区域13与第一裸片4的底表面4b耦接。
[0036]第一结合线15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：第一裸片，所述第一裸片包括：压力检测结构；以及超声的压电换能结构；封装物，包含所述第一裸片，所述封装物包括基底结构和所述基底结构上的主体结构，所述封装物具有与外部环境流体连通的进入开口，所述封装物在内部限定壳体腔，在所述壳体腔中布置有所述第一裸片，并且在所述壳体腔中所述第一裸片被涂层材料覆盖，所述涂层材料在所述封装物内并且在所述壳体腔中，其中所述第一裸片的所述压电换能结构被配置为允许检测所述涂层材料上的异物。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一裸片还包括：第一部分，所述压电换能结构被集成在所述第一部分处；以及第二部分，与在其处集成了所述压电换能结构的所述第一部分分离且不同。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述压电换能结构包括：在所述第一裸片的表面处的第一膜，所述第一膜被布置在埋设在所述第一裸片内的第一腔之上；在所述第一膜之上形成的压电堆叠，所述压电堆叠包括第一电极、压电材料区域和第二电极，所述压电材料区域被插设在所述第一电极与所述第二电极之间，并且所述第一电极被布置在所述第一裸片的所述表面上。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述压力检测结构包括：在所述第一裸片的所述表面处的第二膜，所述第二膜被布置在埋设在所述第一裸片内的第二腔之上；以及压阻型的检测元件，所述检测元件被布置在所述第二膜中，并且被配置为允许检测由于撞击压力波而引起的所述第二膜的变形。5.根据权利要求3所述的设备，还包括：第二裸片，所述第二裸片包括处理电路，所述处理电路被实现为ASIC专用集成电路，并且所述第二裸片位于所述封装物的所述壳体腔中，以及其中所述处理电路包括：用于驱动所述压电换能结构的驱动模块，所述驱动模块被配置为向所述第一电极和所述第二电极提供偏置信号，以使所述第一膜变形并且生成超声的检测声波；以及检测模块，所述检测模块被配置为当所述第二膜通过由于所述检测声波的反射而引起的回声而变形时读取由所述压电换能结构换能的电信号。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述检测模块被配置为：通过处理通过所述压电检测结构检测到的、由于所述回声而引起的检测到的信号的特性，来检测在所述封装物的所述壳体腔的部分中的所述异物的存在，所述异物插设在所述涂层材料与所述进入开口之间。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述检测模块被配置为确定与所述异物相关联的声阻抗改变。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述检测模块被配置为：确定以下中的至少一项：所述检测到的信号中的峰的幅度和所述峰相对于所述检测声
波的生成的时刻的时间位置；以及根据以下中的至少一项来确定所述异物的存在：所述峰的所述幅度，所述峰的所述时间位置。9.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一裸片和所述第二裸片堆叠，其中所述第二裸片的第一表面通过结合区域耦接到所述第一裸片的第二表面。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述压电换能结构包括：在所述第一裸片...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
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：