微机电振动传感器以及电子设备的制造方法

文档序号:10368295
微机电振动传感器以及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微机电振动传感器。
【背景技术】
[0002]众所周知,检测主体中的振动的一个方法是使用被刚性地连接至主体本身的微机电加速度计。微机电加速度计呈现出具有小尺寸连同具有非常高的灵敏度和非常低的消耗水平的优点。因此甚至在小型便携式设备中也容易包含微机电加速度计并因此显著扩大了可得到的功能的范围。特别地,由传感器供应的信号可以被处理用于提取关于所检测的事件的性质的信息。例如,一些便携式通信和/或处理设备(智能电话、平板电脑、便携式计算机)设置有触摸屏。触摸检测系统正常情况下仅使得能够定位触摸事件并且很可能是追踪屏幕上的移动。加速度计的使用可以使得能够实现如何已经产生触摸事件(通过指尖、指甲、指关节、硬的尖端等)的判别。此外,大多数当前便携式通信和/或处理设备已设置有用于与振动的检测不同的功能的加速度计(例如,微机电加速度计常用于确定设备的定向或用于识别自由落体条件)。
[0003]微机电加速度计总体包括被弹性地约束至支撑结构的移动质量体。移动质量体通过移动和固定电极的系统被进一步电容性地耦合至支撑机构。
[0004]然而,常用的微机电加速度计的结构复杂,并且其生产成本高。另外,微机电加速度计的带宽有时不足以使得能够实现事件(诸如在屏幕上的触摸事件等)的判别。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种微机电振动传感器以及电子设备,以至少部分地解决上述问题。
[0006]根据本公开的一个方面,提供了一种微机电振动传感器,包括:
[0007]第一室;
[0008]第二室;
[0009]在所述第一室与所述第二室之间的半导体隔膜;
[0010]被电容性地耦合至所述隔膜的参考电极;以及
[0011]封装结构,所述封装结构将所述第一室、所述第二室和所述隔膜包封并与所述封装结构外的环境声学地隔离。
[0012]优选地,所述微机电振动传感器包括具有空腔的基底,所述空腔限定所述第一室。
[0013]优选地,所述隔膜被锚固至所述基底并且布置成覆盖所述第一室的一侧。
[0014]优选地,所述第一室在与所述隔膜相对的一侧上由所述封装结构界定。
[0015]优选地,所述微机电振动传感器包括被接合至所述基底并支撑所述参考电极的支撑结构。
[0016]优选地,所述支撑结构至少部分地界定所述第二室。
[0017]优选地,所述支撑结构包括刚性电介质板。
[0018]优选地,所述支撑结构包括半导体主体。
[0019]优选地,所述封装结构包括集成电路封装。
[0020]优选地,所述微机电振动传感器包括被耦合至所述隔膜的辅助质量体。
[0021 ]根据本公开的另一方面,提供了一种电子设备,包括:
[0022]微机电振动传感器,包括:
[0023]第一室;
[0024]第二室;
[0025]在所述第一室与所述第二室之间的半导体隔膜;
[0026]被电容性地耦合至所述隔膜的参考电极;以及
[0027]封装结构,所述封装结构将所述第一室、所述第二室和所述隔膜包封并与所述封装结构外的环境声学地隔离;以及
[0028]触摸屏,所述微机电振动传感器被刚性地耦合至所述触摸屏,其中所述微机电振动传感器被配置成检测所述触摸屏的振动。
[0029]优选地,所述电子设备包括被耦合至所述微机电传感器的处理单元。
[0030]优选地,所述处理单元包括:存储器模块,包含典型触摸事件的模板;和分类引擎,被配置成基于存储在所述存储器模块中的所述模板将由所述微机电振动传感器检测到的触摸事件分类。
[0031 ]优选地,所述封装结构包括所述触摸屏的一部分。
[0032]优选地,所述设备是平板电脑、便携式计算机、可穿戴设备和拍摄设备中的至少一种。
[0033]所描述的振动传感器呈现出传统微机电加速度计相比制造简单且具有较宽检测带宽的微机电换能器的优点。
【附图说明】
[0034]为了更好地理解实用新型,现在将纯粹以非限制性示例的方式并参照附图来描述实用新型的实施例,其中:
[0035]图1是包含了根据本实用新型的实施例的微机电振动传感器的电子设备的部分截面侧视图;
[0036]图2是穿过图1的微机电振动传感器的截面;
[0037]图3是穿过图1的微机电振动传感器的部件的放大比例的截面;
[0038]图4是图1的微机电振动传感器的分解立体图;
[0039]图5是图1的微机电振动传感器的简化框图;
[0040]图6是图1的电子设备的简化框图;
[0041]图7是穿过根据本实用新型的不同实施例的微机电振动传感器的部件的截面;
[0042]图8是穿过根据本实用新型的进一步的实施例的微机电传感器的截面;和
[0043]图9是穿过根据本实用新型的进一步的不同实施例的微机电传感器的截面。
【具体实施方式】
[0044]为了方便起见,随后的处理将参考应用的具体示例,即振动传感器在设置有触摸屏的便携式通信/处理设备中的使用,用于对触摸事件的使用进行检测和分类。然而,应该理解的是,示例是非限制性的并且所描述的扩展到振动传感器的任何可能的使用。
[0045]关于“触摸事件”在这里并且在下文中意味着主体与触摸屏的接触,所述触摸产生可由所描述的振动传感器检测到的振动。主体可以例如是指尖、指甲、指关节、触笔的或钢笔的尖端,不管是介电的还是导电的。
[0046]在图1中,便携式通信/处理设备由附图标记I指定。在图1的实施例中,设备I是智能电话。纯粹是以示例的方式,设备I可以备选地是平板电脑、便携式计算机、诸如智能手表等的可穿戴设备或者诸如摄像机或照相机等的拍摄设备。
[0047]设备I包括其中容纳了处理单元3的封装2,并且设置有布置用于使封装2封闭的触摸屏4。此外,振动传感器5被固定至触摸屏4并且与处理单元3通信耦合。在一个实施例中,振动传感器5的一个面例如通过这里未图示的粘合剂层被直接接合至触摸屏4的内部面。以该方式,触摸屏4和振动传感器5被刚性地连接到一起。结果,触摸屏4的例如在触摸事件时跟随的振动引起振动传感器5的相应的振荡移动。
[0048]如图2所示,在一个实施例中振动传感器5包括封装结构7,容纳在其中的是设置在不同的芯片中且通过接线键合11连接到一起的电容型隔膜微机电换能器8和读取与控制电路10。
[0049]封装结构7、例如塑料或陶瓷型的集成电路封装界定空腔9并且将其与外界声学密封。特别地,封装结构7被以如下方式封闭和做成:使得入射声波被衰减并且未传输至空腔9内的微机电换能器8。在一个实施例中,可以在空腔9内形成真空。备选地,空腔9可以被填充有气体(例如,空气)或者填充有固体填充材料(例如,树脂)。
[0050]微机电换能器8更详细地示出在图3和图4中并且包括基底12、锚固层14、半导体材料的隔膜15、刚性板16和参考电极17。
[0051]在基底12中形成有限定出第一室18的贯通空腔,该第一室在一侧由封装结构7(图2)的壁界定并且在另一侧由隔膜15(图3和图4)界定。
[0052]隔膜15通过锚固层14的锚固件14a被固定至基底12并且展开以覆盖第一室18。在一个实施例中,隔膜15具有总体四边形形状并且使四个顶点被固定至相应锚固件14a。此夕卜,隔膜15可弹性变形并且被掺杂成导电的。隔膜15的机械特性基本上由材料(例如,外延硅)的类型、由质量并且由隔膜15自身的尺寸与厚度之间的关系确定。机械特性进而确定了微机电换能器8的频率响应并因此确定了可检测的带宽。
[0053]例如由碳化硅或氮化硅制成的板16基本上不可变形并且通过锚固层14的外框14a被固定至基底12。板16位于隔膜15的相对于第一室18的相对侧上并且用隔膜15自身界定第二室19。第二室19可以与第一室18并且与空腔9(当该空腔未用固体填充材料填充时)流体连通或者可以与两个中的一个或与两者流体分离。
[0054]在一个实施例中,板16在一个面、例如外部面上承载参考电极17。在一个实施例中,板16和参考电极17具有开口,因此将第二室19放置成与空腔9流体连通。
[0055]隔膜15和参考电极17限定了可变电容器20的板,该可变电容器的电容由隔膜15的变形的状态确定。结果,可变电容器20的电容的读数提供了关于改变了隔膜15自身的状态的垂直于隔膜15的加速度的信息。
[0056]隔膜电极22穿过板16中的开口21接触到共面焊盘23,共面焊盘23被电连接至
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