具有中央固定座的微机电装置的制作方法

本发明涉及一种微机电装置，且特别是涉及一种具有中央固定座的微机电装置。

背景技术：

近年来由于智能型手机、平板电脑、互动游戏机等电子商品开始采用微机电惯性感测元件(如加速度计与陀螺仪)，微机电惯性感测元件的市场需求呈现快速地成长。在加速度计的制作工艺技术与相关产品已相对成熟的情况下，量产时的良率已成为微机电惯性感测元件市场中，下一个重要的竞争因素。

在微机电装置的制作上，目前遭遇的问题之一是在利用晶片至晶片(wafer-to-wafer)制作工艺来制作微机电装置，或是后续微机电装置运作时，基板会因热应力而产生翘曲的现象。如图1所示的一种已知的微机电装置100，基板110上设有感测质量块120以及位于感测质量块120之外，并通过扭转梁140支撑感测质量块120的固定座(anchor)130。当基板110因热应力而产生翘曲或变形时，固定座130会随着基板110变形而位移或变形，如此造成微机电装置在通过感测质量块120测量物理量(如加速度)时，产生严重误差。

技术实现要素：

本发明提供一种微机电装置，其能降低基板翘曲造成的影响，提升制作工艺良率与产品可靠度，并能提供优异的测量准确度。

本发明提供一种微机电装置，其能减少固定座的数量，缩小微机电装置的体积。

依据本发明的一实施例，微机电装置包括一基板、两第一固定座、一参考点、一环形质量块以及两弹性元件。所述两第一固定座设置于所述基板上，而参考点设置于各第一固定座的中心点的连线上，且各第一固定座至所述参 考点的距离相等。此外，所述环形质量块围绕所述两第一固定座，而各弹性元件连接相对应的第一固定座与所述环形质量块，以使所述环形质量块悬吊于所述基板上方，其中各第一固定座至所述参考点的距离小于各第一固定座至所述环形质量块的距离。

在一实施例中，在所述两第一固定座的连线方向上，定义所述环形质量块的内侧至所述环形质量块的另一内侧的距离为l，且所述两第一固定座之间的距离小于l/4。

在一实施例中，各弹性元件包括一固定端、一可动端以及一连接部。所述固定端连接相对应的第一固定座，所述可动端连接所述环形质量块，而所述连接部连接所述固定端与所述可动端，且所述固定端的宽度大于所述连接部的宽度。

在一实施例中，所述可动端的宽度大于所述连接部的宽度。

在一实施例中，所述微机电装置还包括至少一第二固定座，其设置于所述基板上，且所述至少一第二固定座至所述参考点的距离小于所述至少一第二固定座至所述环形质量块的距离。

在一实施例中，所述微机电装置还包括至少一固定电极。所述至少一固定电极连接所述至少一第二固定座，且悬吊于所述基板上方。

在一实施例中，所述微机电装置还包括至少一中央质量块，其包括一中央部及至少一侧部(sideportion)。所述中央部设置于所述两第一固定座之间，且所述中央部连接所述至少一侧部。

在一实施例中，所述至少一侧部的宽度大于所述中央部的宽度。

在一实施例中，所述至少一侧部包括至少一开口，所述至少一第二固定座设置于所述至少一开口中。

依据本发明的一实施例，另一种微机电装置包括一基板、两第一固定座、一参考点、一环形质量块、至少一中央质量块以及两弹性元件。所述两第一固定座设置于所述基板上，所述参考点设置于各第一固定座的中心点的连线上，且各第一固定座至所述参考点的距离相等。所述环形质量块围绕所述两第一固定座。所述至少一中央质量块包括一中央部及至少一侧部。各弹性元件连接相对应的第一固定座与所述环形质量块，以使所述环形质量块悬吊于所述基板上方，且各第一固定座至所述参考点的距离小于各第一固定座至所述环形质量块的距离。

在一实施例中，在两第一固定座的连线方向上，定义所述环形质量块的内侧至所述环形质量块的另一内侧的距离为l，且所述两第一固定座之间的距离小于l/4。

在一实施例中，各弹性元件包括一固定端、一可动端以及一连接部。所述固定端连接相对应的第一固定座，所述可动端连接所述环形质量块，所述连接部连接所述固定端与所述可动端，且所述固定端的宽度大于所述连接部的宽度。

在一实施例中，所述可动端的宽度大于所述连接部的宽度。

在一实施例中，所述至少一侧部的宽度大于所述中央部的宽度。

在一实施例中，所述微机电装置还包括至少一第二固定座，所述至少一侧部包括至少一开口，且所述至少一第二固定座设置于所述至少一开口中。

依据本发明的一实施例，又一种用以测量三轴加速度的微机电装置被提出。所述微机电装置包括一基板、两第一固定座、一参考点、至少一第二固定座、一环形质量块、至少一中央质量块以及两弹性元件。所述两第一固定座设置于所述基板上，所述参考点设置于各第一固定座的中心点的连线上，且各第一固定座至所述参考点的距离相等。所述至少一第二固定座设置于基板上。所述至少一中央质量块包括一中央部及至少一侧部。所述环形质量块围绕所述两第一固定座以及所述至少一中央质量块。各弹性元件连接相对应的第一固定座与所述环形质量块，以使所述环形质量块悬吊于所述基板上方，其中各第一固定座至所述参考点的距离小于各第一固定座至所述环形质量块的距离。此外，所述至少一第二固定座至所述参考点的距离小于所述至少一第二固定座至所述环形质量块的距离。

在一实施例中，在所述两第一固定座的连线方向上，定义所述环形质量块的内侧至所述环形质量块的另一内侧的距离为l，且所述两第一固定座之间的距离小于l/4。

在一实施例中，各弹性元件包括一固定端、一可动端以及一连接部。所述固定端连接相对应的第一固定座，所述可动端连接所述环形质量块，所述连接部连接所述固定端与所述可动端，且所述固定端的宽度大于所述连接部的宽度。

在一实施例中，所述可动端的宽度大于所述连接部的宽度。

在一实施例中，所述微机电装置还包括至少一固定电极，其中所述至少 一固定电极连接所述至少一第二固定座，且悬吊于所述基板上方。

在一实施例中，所述至少一侧部的宽度大于所述中央部的宽度。

在一实施例中，所述至少一侧部包括至少一开口，且所述至少一第二固定座设置于所述至少一开口中。

在一实施例中，所述微机电装置还包括多个弹簧。所述多个弹簧连接所述中央质量块及所述环形质量块，以使所述中央质量块能感测x轴加速度及感测y轴加速度。

在一实施例中，所述两弹性元件为二个扭转梁(torsionalbeam)，以使所述环形质量块能感测z轴加速度。

在一实施例中，所述环形质量块为一非平衡型质量块(unbalancedmass)。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为现有的一种微机电装置的剖面示意图；

图2为本发明的一实施例的微机电装置的示意图；

图3为本发明的另一实施例的微机电装置的示意图；

图4为本发明的另一实施例的微机电装置的示意图；

图5为本发明的另一实施例的微机电装置的示意图；

图6为本发明的另一实施例的微机电装置的示意图。

符号说明

100：微机电装置

110：基板

120：感测质量块

130：固定座

140：扭转梁

200：微机电装置

210：基板

220：环形质量块

230：第一固定座

240：弹性元件

250：中央质量块

252：中央部

254：侧部

300：微机电装置

310：基板

320：环形质量块

330：第一固定座

340：弹性元件

350：中央质量块

352：中央部

354：侧部

354a、354b：开口

359：指状结构

360：弹簧

370：第二固定座

380：固定电极

389：指状结构

400：微机电装置

420：环形质量块

430：第一固定座

440：弹性元件

442：固定端

444：可动端

446：连接部

500：微机电装置

520：环形质量块

530：第一固定座

540：弹性元件

542：固定端

544：可动端

546：连接部

600：微机电装置

620：环形质量块

622、624：边

640：弹性元件

p：参考点

l、l1～l4、l51、l52：距离

w0～w4：宽度

具体实施方式

本发明的微机电装置适于测量惯性物理量，亦即利用质量块的惯性所测量出来的物理量，例如是加速度、角速度、地磁磁力、共振频率等。虽然下列实施例绘示了几种可能的态样，但微机电装置的质量块或其他元件的实际数量、形状、位置等当可随着应用的场合以及需求有所变化，而不限于下列实施例所示的内容。所属技术领域中具有通常知识者在参酌本发明的内容后，当可依申请当时的技术水平，以本发明的技术特征为基础进行可能的更动与调整。

图2绘示依照本发明的一实施例的一种微机电装置200，其包括基板210、环形质量块220、参考点p、两第一固定座230以及两弹性元件240。本实施例将第一固定座230配置于环形质量块220内，并且靠近微机电装置200中心的位置，用于降低基板210因热应力翘曲造成的影响。更具体而言，参考点p位于各第一固定座230的中心点的连线上，且各第一固定座230至参考点p有相同的距离l1。在此，若定义基板210的表面为x-y平面，可将一x-y平面坐标系统的原点设置于参考点p且将y轴定义为通过各第一固定座230的中心点且通过参考点p的轴线。

所述两弹性元件240分别连接相对应的第一固定座230与环形质量块220，以使环形质量块220悬吊于基板210上方。此外，各第一固定座230至参考点p的距离l1小于各第一固定座230至环形质量块220的距离l2。换言之，相对于环形质量块220，第一固定座230较接近参考点p。

在本实施例中，所述两弹性元件240可为两个扭转梁(torsionalbeam)，使环形质量块220能沿着弹性元件240扭转。如此，环形质量块220例如可 被应用于感测垂直于基板210平面的z轴加速度。在本发明的其他实施例中，弹性元件240还可以是连接杆或弹簧(如折迭弹簧)等适用的弹性元件。

本实施例通过前述设计将第一固定座230设置于靠近微机电装置200中心的位置，用于降低在晶片对晶片接合制作工艺(wafertowaferbonding)时基板210翘曲造成的影响，因此有助于提升制作工艺良率与产品可靠度。更进一步说，当各第一固定座230至参考点p的距离小于各第一固定座230至环形质量块220的距离时，微机电装置200的两个弹性元件(例如扭转梁)240比较不会受到基板210翘曲的影响而产生弯曲变形的现象。如此，当微机电装置200用于量测z轴加速度时，会有较佳的准确度。为凸显前述效果，本实施例还可进一步定义第一固定座230与环形质量块220的相对位置。例如，在所述两第一固定座230的连线方向(例如本实施例的y轴向)上，定义所述环形质量块220内侧至另一内侧的距离为l，且所述两第一固定座230之间的距离l3小于l/4。换言之，所述两第一固定座230之间更为接近时，更能降低基板210翘曲造成的影响。

举例来说，所述两弹性元件240可为如附图2所示的两个扭转梁(torsionalbeam)。微机电装置200整体的面积缩小时，弹性元件240的宽度也必须随着缩小。但弹性元件240的宽度若因为要降低刚性，而要持续缩小时，则会影响制作此微机电装置200的制作工艺良率。本揭露使两个第一固定座230之间的距离l3小于l/4，弹性元件240会有足够的长度，而使弹性元件240刚性变小。如此一来，当微机电装置200用于量测z轴加速度时，环形质量块220会有比较大的转动量(rotation)。换句话说，两个第一固定座230之间的距离l3小于l/4时，在不必使弹性元件240的宽度变窄的情况下，就可以使微机电装置200用于量测z轴加速度时，会有较佳的灵敏度(sensitivity)。因此，当两个第一固定座230之间的距离l3小于l/4时，可使微机电装置200用于量测z轴加速度时，在不牺牲可靠度的情况下，即能同时有较佳的准确度以及较佳的灵敏度。

另一方面，本实施例还可选择性地在环形质量块220内设置一或多个其他质量块，以实现不同轴向或不同功能的测量。如图2所示，中央质量块250配置于环形质量块220内。由于支撑环形质量块220的两个第一固定座230之间的空间可供设置中央质量块250，因此缩小了微机电装置200整体的面积。更具体而言，中央质量块250可包括中央部252以及连接于中央部252 相对两侧的两个侧部254，且中央部252设置于两第一固定座230之间。通过中央部252连接两个侧部254，可使设置在环形质量块220内的中央质量块250能有较大的面积。当此中央质量块250例如可被应用于同时感测x轴加速度与y轴加速度时，可同时提升x轴加速度的感测灵敏度及y轴加速度的感测灵敏度。在本实施例中，侧部254的宽度w3例如大于中央部252的宽度w4。此处所指的侧部254的宽度w3即为在平行两第一固定座230的连线方向上的侧部254的尺寸。此外，此处所指的中央部252的宽度w4即为在平行两第一固定座230的连线方向上的中央部252的尺寸。

换言之，本实施例通过相互分离且对称设置的两个第一固定座230，可在环形质量块220内形成一可供设置中央质量块250的空间，因此使得微机电装置200在空间布局的设计上更具弹性。

图3进一步绘示将前述微机电装置200应用于三轴加速度测量的具体实施例。由于本实施例的微机电装置300为前述实施例的微机电装置200的具体实施例态样，因此不再重复赘述已经在前述实施例提及的特征与功效。以下仅说明本实施例通过图3进一步凸显的细节。

在本实施例中，环形质量块320通过作为扭转梁的两弹性元件340悬吊于相对应的两第一固定座330上，用以测量垂直于基板310平面(即x-y平面)的z轴加速度。另一方面，中央质量块350配置于环形质量块320内，并且通过多个弹簧360(如折迭弹簧)连接至环形质量块320，用以同时测量x轴加速度及y轴加速度。在本实施例中，都采用与前述图2的实施例相同的尺寸关系、宽度关系及位置关系(例如第一固定座330、环形质量块320与参考点p的相对位置关系、两第一固定座330之间的距离与环形质量块320的尺寸关系、中央质量块350的中央部352与侧部354的宽度关系等)。

除此之外，本实施例还包括一或多个第二固定座370以及一或多个固定电极380，用以搭配中央质量块350实现测量x轴加速度与y轴加速度的功能。更具体而言，如图3所示，中央质量块350的两侧的两个侧部354分别具有两开口354a、354b，且各开口354a或354b容置一个固定电极380以及一个第二固定座370，其中固定电极380连接第二固定座370并悬吊于基板310上。

在本实施例中，各第二固定座370至参考点p的距离l4小于第二固定座370至环形质量块320的距离。更具体而言，第二固定座370至环形质量 块320的距离可被定义为下列距离l51与距离l52中较小者，其中第二固定座370沿x轴至环形质量块320内侧的距离被定义为l51，而第二固定座370沿y轴至环形质量块320内侧的距离被定义为l52。换言之，本实施例将第二固定座330设置于靠近微机电装置300中心的位置，用于降低基板310翘曲造成的影响。此外，中央质量块350具有面向各固定电极380的多个指状结构359，且各固定电极380具有与所述多个指状结构359相耦合的多个指状结构389，以因应固定电极380与中央质量块350之间的相对位移产生电容的变化。并且，同一侧部354的一个开口354a所对应的指状结构359以及指状结构389与另一个开口354b所对应的指状结构359以及指状结构389具有不同的延伸方向，藉此，可以测量不同轴向的加速度。

图4是本发明的另一实施例的微机电装置的示意图。如图4所示，本实施例的微机电装置400与前述实施例的微机电装置200类似，主要差异在于两者的弹性元件不同。

更具体而言，本实施例提出在结构上具有宽度变化的弹性元件440，用以防止环形质量块420产生以z轴为旋转轴的旋转运动，进而影响测量准确度。本实施例的弹性元件440包括固定端442、可动端444以及连接部446。固定端442连接相对应的第一固定座430，可动端444连接环形质量块420，而连接部446连接固定端442与可动端444。固定端442的宽度w1(即固定端442的最大宽度)大于连接部的宽度w0。本实施例考虑到固定端442与第一固定座430连接处的结构强度较为脆弱，因此将固定端442的宽度加大(例如使固定端442的宽度由第一固定座430朝向连接部446逐渐递减)，用于防止环形质量块420产生以z轴为旋转轴的旋转运动并防止固定端442产生破裂。因此，具有宽度变化的弹性元件440不仅可使固定端442承受较低的应力且同时不会大幅增加弹性元件440的旋转刚性，进而维持了环形质量块420在测量z轴加速度时的灵敏度。

图5是本发明的另一实施例的微机电装置的示意图。如图5所示，本实施例的微机电装置500与前述实施例的微机电装置400类似，主要差异在于两者的弹性元件不同。

本实施例的弹性元件540包括固定端542、可动端544以及连接部546。固定端542连接相对应的第一固定座530，可动端544连接环形质量块520，而连接部546连接固定端542与可动端544。本实施例除了增加固定端542 的宽度之外，更增加了可动端544的宽度。可动端544的宽度w2即为可动端544的最大宽度且可动端544的宽度w2大于连接部546的宽度w0。换言之，本实施例考虑到可动端544与环形质量块520连接处的结构也较为脆弱，因此将可动端544的宽度加大。例如，可使可动端544的宽度由连接部546朝向环形质量块520逐渐递增，以防止可动端544与环形质量块520的连接处产生断裂。

图6是本发明的另一实施例的微机电装置的示意图。如图6所示，本实施例的微机电装置600与前述实施例的微机电装置500类似，主要差异在于两者的环形质量块的结构不同。

更具体而言，弹性元件640作为扭转梁且其中心连线没有通过环形质量块620的重心，因此本实施例的环形质量块620可定义为一非平衡型质量块(unbalancedmass)。举例而言，如图6所示，虽然弹性元件640至环形质量块620两内侧的距离相同，但环形质量块620一边622较宽而另一边624较窄，弹性元件640的中心连线没有通过环形质量块620的重心，因此环形质量块620可为一非平衡型质量块。在其它未绘示的实施例中，环形质量块620一边622可较厚且另一边624可较薄。如此，便能使弹性元件640的中心连线没有通过环形质量块620的重心，而使环形质量块620成为一非平衡型环形质量块。通过非平衡型环形质量块620，微机电装置600在测量z轴加速度时，会有较好的灵敏度。

综上所述，本发明将第一固定座及第二固定座设置于靠近微机电装置中心的位置，用于降低基板翘曲造成的影响，有助于提升制作工艺良率与产品可靠度，并能改善微机电装置的测量准确度。此外，本发明可对弹性元件的宽度进行设计，用以防止环形质量块产生以z轴为旋转轴的旋转运动，影响测量准确度。另一方面，本发明的微机电装置可应用于具有可旋转质量块的微机电感测器，例如三轴加速度计及磁力计等。此外，用于感测x轴及y轴加速度的中央质量块不需固定座而可通过弹簧悬吊于环形质量块上，因此有助于减少固定座的数量，缩小微机电装置的面积，并避免基板翘曲造成的影响。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为 准。