静电电容传感器的制作方法

专利名称:静电电容传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如MEMS (微机电系统)电容器传声器之类的静电电容传 感器。
本申请要求基于日本专利申请No.2006-345400的优先权，其内容在此 并入作为参考。
背景技术：
作为一种公知的静电电容传感器，诸如封装在MEMS封装中的电容器 传声器之类的MEMS传感器已经在各种文献中公开，如日本专利申请公开 号2004-537182,美国专利申请公开号US2004/0046245A1和美国专利申请 公开号US2005/0018864A1。每个用作电容器传声器的静电电容传感器都具 有高阻抗的相对电极。由于这个原因，静电电容传感器封装的盖(就是封装 盖)由接地导体组成，以便于用作噪声屏蔽物。
上述文献教导了电容器传声器的封装盖有允许声波进入封装内部的开 口。这就会意外地将电光(electric lighting)的电^ 兹感应带来的噪声引入电 容器传声器的输出信号，从而减弱了信噪比。

发明内容
本发明的目的是提供一种具有高信噪比的静电电容传感器。 在本发明的第 一方面中，静电电容传感器包括传感器管芯和屏蔽构件， 其中传感器管芯包括相互相对地定位的偏压电极和信号电极，以及所述屏蔽 构件具有接合传感器管芯(die)接合表面，所述屏蔽构件包括稳定电位导电 膜，所述稳定电位导电膜的外部形状在俯视图中包围信号电极的垂直投影区 域，其中信号电极定位在偏压电极和稳定电位导电膜之间。
如上所述，高阻抗的信号电极被夹在稳定电位导电膜(其电位被稳定化) 和偏压电极(施加了稳定的偏压)之间，所述稳定电位导电膜和偏压电极两 者的电位都被稳定化，其中信号电极在俯视图中与偏压电极和稳定电位导电
膜重叠。偏压电极和信号电极之间的距离非常小，例如在几个微米到几个亚 微米之间。这里，使用非常接近信号电极的偏压电极形成了用于信号电极的 噪声屏蔽，并且所述屏蔽构件的稳定电位导电膜接合传感器管芯。与使用与
传感器管芯分离的封装盖形成的噪声屏蔽构件相比，这种方式可以提高关于 信号电极的噪声电阻。就是说，不使用封装盖(用作所述噪声屏蔽)和其他 外部噪声屏蔽就可以实现静电电容传感器的高信噪比。
被稳定化的偏压或电位指电极或膜被连接到稳定电源电路，接地，或连 接到具有较大电容的导体。用于稳定电位的元件不受限于它是主动的还是被 动的。用于稳定电位的元件和静电电容传感器之间的关系不受限于所述元件 是相对于所述静电电容传感器定位还是定位在所述静电电容传感器的内部。
术语"地(ground)"不必局限于"大地(earth)";因此，它具有这样的技 术方面的广义含义，即包括建立了与信号电位相比的参考电位的任意类型的 导体。术语"垂直投影区域"指相应于当物体相对于指定投影表面垂直地投 影时显现的阴影的区域。例如，当电位被稳定化的稳定电位导电膜的外部形 状包围信号电极的垂直投影区域时，所述稳定电位导电膜的层间边界 (interlayer boundary )用作投影表面，从而信号电极相对于所述层间边界垂 直地投影以便于产生虚拟的(virtual)阴影区域，该区域相应于所述信号电 极的垂直才更影区域。
在该静电电容传感器中，传感器管芯包括具有多个音孔并形成信号电极 的板件，形成偏压电极且随声波相对于板件振动的隔膜，以及具有用于暴露 隔膜的通孔并支承板件和隔膜的管芯基板，其中传感器管芯经由与音孔连通 的声学通道接合屏蔽构件的接合表面。该静电电容传感器形成MEMS电容 器传声器，其中声波通过声学通道(对应于传感器管芯与多层布线基板的接 合表面之间的间隙)传递，而后通过板件的音孔传递从而到达隔膜，由此使 得隔膜随声波振动。
该静电电容传感器进一 步包括连接到信号电极上以降低输出阻抗的阻 抗变换器，以及接合屏蔽构件接合表面的驱动管芯。这里，屏蔽构件对应于 多层布线基板，该多层布线基板包括稳定电位导电膜，电位被稳定化的第二 稳定电位导电膜以及信号线，信号线定位在稳定电位导电膜和第二稳定电位 导电膜之间，且与稳定电位导电膜和第二稳定电位导电膜部分地重叠，从而 将信号电极和阻抗变换器连接起来。
在该连接中，静电电容传感器的输出阻抗通过驱动管芯的阻抗变换器降 低。除此之外，高阻抗的信号电极被夹在偏压电极和多层布线基板的电位稳 定导电膜之间。进一步地，用来连接信号电极和阻抗变换器的信号线被夹在 稳定电位导电膜和第二稳定电位导电膜之间，且在俯视图中与它们部分地重 叠。就是说，可以通过定位在接近信号线处且电位被稳定化的两个导电膜来 提高高阻抗信号线的噪声电阻。因此，可以进一步地增大静电电容传感器的 信噪比。
静电电容传感器进一步包括封装盖，它与多层布线基板结合，从而限定 了用于包含传感器管芯和驱动管芯的内部空间。这使得静电电容传感器能保 护内部电路不受外部环境中灰尘和光线的影响。这使得静电电容传感器易于操作。
在该静电电容传感器中，传感器管芯包括具有多个音孔并形成信号电极 的板件，形成偏压电极且随声波相对板件振动的隔膜和具有用于暴露隔膜的 通孔且支承板件和隔膜的管芯基板，其中传感器管芯经由将内部空间与音孔 连通的声学通道与屏蔽构件的接合表面相接合，且封装盖具有用于将内部空 间与外部空间连通的开口 。该静电电容传感器进一步包括接合传感器管芯表 面的垫圈，该垫圈具有内部腔体，它从内部空间隔离并与管芯基板的通孔连 通。
上述静电电容传感器形成了 MEMS电容器传声器，其中声波经由封装 盖的开口和声学通道(对应于传感器管芯和多层布线基板接合表面之间的间
隙)传递，而后通过板件上的音孔传递到达隔膜，从而使得隔膜随声波振动。 这里，背部腔体被定位为与隔膜背部相连，并且包括传感器管芯的管芯基板 的通孔和接合传感器管芯的垫圈的内部腔体。该背部腔体通过传感器管芯的 管芯基板和垫圈与允许声波达到隔膜的空间隔离。随着背部腔体体积增大， 截止频率降低，从而增加了低频带的灵敏度。常见的电容器传声器中，传感 器管芯(由硅晶片组成)的管芯基板接合多层布线基板，且管芯基板的通孔 被多层布线基板封闭从而形成背部腔体。与常见的电容器传声器相比，本发 明电容器传声器的背部腔体在与传感器管芯保持一定距离的封装盖和隔膜 之间形成；因此，就可以增加背部腔体的体积。就是说，与常见电容器传声 器相比，本发明的电容器传声器能降低截止频率，且增加低频带的灵敏度。 在该静电电容传感器中，屏蔽构件的接合表面具有形成声学通道的内壁
的凹部。由于提供了这个凹部和相对于多层布线基板接合表面的突出部，可 以增加允许声波传递至隔膜的声学通道中的声学阻抗和共振频率的自由度。 除此之外，该凹部可以很容易地通过在多层布线基板的接合表面层压具有不 同外部形状的多个陶瓷片形成。
在该静电电容传感器中，传感器管芯以倒装管芯(flip-chip)的连接方 式与多层布线基板接合。这样的连接可以减少封装的引脚。除此之外，焊球 或凸块之间的间隙可以形成用来连通板件上音孔与封装的内部空间的声学 通道。
在该静电电容传感器中，多层布线基板包括用于将偏压电极和管芯基板 两者都接合到稳定电源电路的偏压线，其中稳定电位导电膜和第二稳定电位 导电膜都接地。在速个连接中，噪声屏蔽效应完全地施加在多层布线基板中
的传感器管芯的垂直投影区域；因此，尽管信号线没有部分地与偏压电极重 叠，换句话说，尽管信号线通过了传感器管芯的垂直投影区域而在偏压电极 垂直投影区域的外部，但还是可以在不布置额外噪声屏蔽物的情况下增加静 电电容传感器的噪声阻抗。
在该静电电容传感器中，稳定电位导电膜将偏压电极和管芯基板两者都 连接到稳定电源电路。在这个连接中，噪声屏蔽效应完全地施加在多层布线 基板中的传感器管芯的垂直投影区域；因此，尽管信号线没有部分地与偏压 电极重叠，换句话说，尽管信号线通过了传感器管芯的垂直投影区域而在偏 压电极垂直投影区域的外部，但还是可以在不布置额外噪声屏蔽物的情况下 增加静电电容传感器的噪声阻抗。除此之外，从传感器管芯的角度来看，这 消除了在信号线背部额外引入"接地，，导电膜(只用作噪声屏蔽)的必要性； 因此，可以简化多层布线基板的结构。
在该静电电容传感器中，第二稳定电位导电膜连接到稳定电位导电膜。 在这个连接中，信号线被夹在多层布线基板中的两个电位都被稳定化的导电 膜之间。
根据本发明的第二方面， 一种电子装置被设计成包括上述静电电容传感 器，所述静电电容传感器的多层布线基板接合外部布线基板。这里，高阻抗 的信号电极和高阻抗的信号线被夹在静电电容传感器的多层布线基板中的 两个电位被稳定化的导电膜之间；因此，就不必额外提供对于外部布线基板 的噪声屏蔽(用于在静电电容传感器中使用)。也就是说，电子装置可以减 少噪声屏蔽的成本，同时增加静电电容传感器的信噪比。


本发明的这些和其它目的，方面和实施例将参照以下附图进行详细说 明，其中
图1A是示出依照本发明的优选实施例的电容器传声器的构造的纵向剖 面图；
图1B是图1A所示电容器传声器的俯视图；
图2是示出依照本发明的由传感器管芯和屏蔽构件组成的静电电容传感 器的基本构造的筒单剖面图；
图3是示出屏蔽构件由多层布线基板形成的静电电容传感器的构造的简 单剖面图；
图4是示出了用作MEMS电容器传声器的静电电容传感器的构造的筒 单剖面图；
图5是示出了依照本实施例第一变体的电容器传声器构造的纵向剖面
图；
图6是示出了依照本实施例第二变体的电容器传声器构造的纵向剖面
图；
图7是示出了依照本实施例第三变体的电容器传声器构造的纵向剖面图。
具体实施方式
下面将通过实施例并参照附图对本发明进行详细地说明。 l.基本构造与工作原理
在具体地说明依照本发明优选实施例的电容器传声器之前，将根据图2 ， 3和4详细说明其基本构造和工作原理。
图2是概要地示出了本发明的静电电容传感器的基本构造的简单剖面 图。如图2所示，本发明的静电电容传感器至少由传感器管芯10和屏蔽构 件20构成。
传感器管芯IO是一个包括偏压电极11 (用作相对电极之一并施加偏置 电压)和信号电极12 (用作另一个相对电极)的MEMS管芯。可以通过依 照各种成形技术的薄膜或膜的形成来形成诸如偏压电极11和信号电4及12之 类的传感器管芯构件10的构件。就是说，可以采用照相平版印刷^t支术，精
加工技术和薄膜成形技术，具体来说，化学气相沉积(CVD)，物理气相沉 积(PVD )和纳米压印(nano-imprint)技术应用于制造传感器管芯10。为 了实现将如压力、加速度和声波之类的物理量转换为电信号，偏压电极11 和信号电极12被彼此相对一定距离地支承，从而使得它们之间的距离是可 变化的。实际上，偏压电极11和信号电极12可以被设计成其中一个可以变 形或移动，或者两者都可以变形或移动。其中，由偏压电极11和信号电极 12组成的电容器(或电容)并入电路系统，其中信号电极12的电位由于静 电电容的变化而改变。
由于信号电极12具有高阻抗，就必须对静电电容传感器内部的信号电 极12采用如下的噪声屏蔽措施。即把用来稳定电位的导电膜布置在由薄膜 组成的信号电极12的表面和背部，它们部分地重叠信号电极12并与其接近。 具体来说，其中导电膜相当于偏压电极11，另一导电膜相当于与屏蔽构件 20相适应的稳定电位导电膜21。偏压电极11的外部形状完全地或大体地与 信号电极12的外部形状匹配，就是说，偏压电极11包围了信号电才及12的 垂直投影区域。由于偏压电极11和信号电极12都布置在同一个管芯上，它 们之间的距离非常小，例如可能在一个微米(或者lum)到几个亚微米之间。 稳定电位导电膜21的外部形状包围了信号电极12的垂直投影区域。由于屏 蔽构件20接合传感器管芯10，屏蔽构件20的稳定电位导电膜21与信号电 极12之间的距离非常小，可能只有几百个微米。由于屏蔽构件20和信号电 极12之间的距离受噪声的影响变小，就可以实现具有高屏蔽效应的小尺寸 噪声屏蔽。这就是为什么噪声屏蔽物完全嵌入静电电容传感器内，以使得信 号电极12布置为接近于与传感器管芯IO接合的指定部分而不是接近于偏压 电极11的原因。
与传感器管芯10接合的指定部分用来形成屏蔽构件20,且可以是，例 如，形成封装的底部的布线基板或与传感器管芯IO堆叠的另一个管芯。稳 定电位导电膜21被接地以稳定电位。或替代地，稳定电位导电膜21用作偏 置电压施加线从而稳定电位。
图3示出了静电电容传感器的一个变体，其中屏蔽构件20通过多层布 线基板形成。图3所示静电电容传感器由传感器管芯10和多层布线基板20
外加驱动管芯30构成。传感器管芯10和驱动管芯30两者都与多层布线基 板20接合。
驱动管芯(或LSI芯片)30是由给偏压电极11施加稳定电压的稳定电 源电路31，减小静电电容传感器输出阻抗的阻抗变换器32和接地的管芯基 板34构成。由于阻抗变换器32布置在静电电容传感器的内部，这就可以将 噪声屏蔽措施完全地嵌入静电电容传感器中。
多层布线基板20的表面形成了接合传感器管芯10和驱动管芯30的接 合表面25。与接合表面25相对的多层布线基板20的背面与外部布线基板(未 示出)接合，所述外部布线基板用于将静电电容传感器与其他电子器件安装 到一起。多层布线基板20包括用来连接信号电极12和阻抗变换器32的信 号线23。由于与信号电极12连接的信号线23具有高阻抗，就可以采用以下 的噪声屏蔽措施。即两导电膜经由多层布线基板20中的厚度在10到IOO微 米之间的绝缘层分别布置在信号线23的上下方，其中它们与信号线23部分 地重叠用以稳定电位。这里，使用两个导电膜形成了噪声屏蔽物。具体来说， 两导电膜之一相应于"第一"稳定电位导电膜21，它的外部形状包围信号电 极12的垂直投影区域，信号线23的垂直投影区域和驱动管芯30的垂直投 影区域，而另一导电膜是第二稳定电位导电膜22，它的外部形状包围信号线 23的垂直投影区域。其中，两个导电膜之一或两者都接地以便于稳定电位。 或替代地，两个导电膜之一或两者都用作偏置电压施加线(bias-voltage applied lines)以便于稳定电位。通过信号线23和两导电膜形成了浮动电容 (floating capacity )。然而，由于包含在多层布线基板20中的绝缘层的厚度 足够大，可以基本忽略浮动电容。
图4示出了用作电容器传声器的静电电容传感器的另一变体。具体来说， 图4所示的电容器传声器是由多层布线基板20和封装盖40构成的MEMS 电容器传声器。
封装盖40具有接合多层布线基板20的盒状外观。在封装盖40的指定 区域形成有开口 41以便于将声波引入封装的内部空间。封装盖40不是必须 用作噪声屏蔽构件；因此它可以由诸如树脂，陶瓷和玻璃之类的绝缘材料组 成。由于封装盖40不必接地，在设计开口41的位置、尺寸和形状时就可以 实现相对高的自由度。
传感器管芯10由形成偏压电极的隔膜11,形成信号电极的板件12,施
加了偏压的管芯基板13构成。隔膜11和板件12都通过使用在管芯基板13 上层压的薄膜形成，且两者都可以通过单个导电膜或多个导电膜形成；或替 代地，可以通过导电膜和绝缘膜组成的多层膜形成。绝缘膜(未示出)进一 步形成在隔膜11的薄膜和板件12的薄膜之间，从而在隔膜11和板件12之 间形成间隙，从而将偏压电极与信号电极绝缘。
如图4所示，当信号电极由板件12组成时，就可以通过偏压电^l和稳 定电位导电膜21来实现噪声屏蔽。其中，隔膜ll、板件12和多层布线基板 20之间必须建立这样的位置关系，即形成信号电极的板件12夹在形成偏压 电极的隔膜11和多层布线基板20的稳定电位导电膜21之间。
也可以按如下方式改变隔膜11、板件12和多层布线基板20之间的位置 关系，即隔膜11形成信号电极同时板件12形成偏压电极。然而，图4示出 了电容器传声器的 一种简单构造，其中隔膜11形成偏压电极同时板件12形 成信号电极，从而提高了噪声屏蔽效果。
被隔膜11隔开的两个空间之一可以用来使声波到达隔膜11;然而，与 允许声波到达隔膜11的与多层布线基板20 (如图4中隔膜11的下部空间) 接近的空间是有利的，因为可以降低截止频率，从而出于如下所述的原因增 加低频带的灵敏度。
在图4中，传感器管芯接合多层布线基板20,从而在封装盖40和传感 器管芯IO之间保留了间隙。与定位于传感器管芯IO以下的与多层布线基板 20接近的空间相比，定位于传感器管芯10以上的与封装盖40接近的空间较 大。换句话说，可以将定位于传感器管芯10以上的与封装盖40接近的空间 形成的背部腔体的体积增大，使其比通过定位于传感器管芯IO以下的与多 层布线基板20接近的空间形成的背部腔体的体积更大。也就是说，当背部 腔体由定位于传感器管芯10以上的与封装盖40接近的空间形成时，声波通 过定位于传感器管芯10以下的与多层布线基板10接近的空间到达隔膜11; 因此，就可以降低截止频率且增加低频带的灵敏度。
为了通过定位于传感器管芯10以下的与多层布线基板20接近的空间将 传递声波到达隔膜ll,例如，就必须形成允许声波被引入封装内部空间的穿 过多层布线基板的通孔。然而，这种结构的不利之处在于噪声可能通过多层 布线基板20上的通孔被采集进来。
为了使声波能通过定位于传感器管芯IO以下的与多层布线基板IO接近
的空间传递到达隔膜ll而不在多层布线基板20上形成通孔，就必须在多层
布线基板20的接合表面和传感器管芯IO之间形成间隙，所述间隙形成声学 通道。在图4中，凹部26形成于接合传感器管芯10的多层布线基板20的 接合表面25中从而形成声学通道27。其中，凹部26的内壁形成了声学通道
使得可以以一种适当的方式将传感器管芯10和多层布线基板20连接到一 起，使得对关于引线结合(wire bonding)之类的检查和修复容易实施。当 传感器管芯10经由倒装管芯连接与多层布线基板20接合时，在诸如凸块和 焊球这样的凸出电极之间可以保留间隙。除非这个间隙绝对地封闭，传感器 管芯10和多层布线基板20之间的间隙总能允许声波到达隔膜11;因此，凹 部26不总是必须的。
垫圈50将背部腔体从允许声波传播至隔膜11的空间隔离出来。垫圏50 是用例如由聚酰亚胺组成的树脂形成的，其中所述垫圈50具有围绕中空内 部的指定外部形状。如果封装步骤和将电容器传声器安装在外部布线基板的 安装步骤都在相对低的热处理温度下进行，就可以用橡胶之类的材料形成垫 圏50。垫圈50的内部腔体与形成在管芯基板13中的通孔131连通，由此将 垫圈50的内部腔体和通孔131结合在一起形成背部腔体。附带地，隔膜ll 暴露在通孔131中。
垫圈50的一端接合传感器管芯10的表面，而另一端接合封装盖40的 内壁。因此，垫圈50的中空腔体与垫圈50的外部空间分隔开。垫圈50可 以紧密地安装到传感器管芯10而不留间隙，或者垫圈50可以紧密地安装到 封装盖40而不留间隙。或替代地，垫圈50也可以以小间隙安装到传感器管 芯10,由此将音频范围内的声学阻抗增加到足够高，或者垫圏50可以以一 小间隙安装到封装盖40,由此将音频范围内的声学阻抗增加到足够高。这样 的间隙可以建立垫圏50的内部气压与外部大气压之间的平衡。垫圏50也可 以被重新设计成具有底部的另外的外部形状，譬如具有封闭的底部和被传感 器管芯10封闭的开口的圆柱形，由此将垫圈50的内部腔体与外部空间分隔。
由于板件12被定位于允许隔膜ll接收声波的空间中，多个允许声波传 递的音孔121在板件12中形成。因此，从封装盖40的开口 41上專#入的声 波传递通过多层布线基板20和传感器管芯10之间的声学通道27,然后通过 板件12上的音孔121到达隔膜11。由于带有音孔121的板件12具有相对隔
膜ll较高的刚度，由声波引起的板件12的振动非常小且可以忽略。由于这 个原因，当声波到达隔膜11时，隔膜11相对于板件12发生振动从而引起
传感器管芯IO的静电电容变化，由此引起信号电极相对板件12的电位变化。 2.优选实施例
接下来，将参照图1A和1B依照本发明的优选实施例对由电容器传声 器实现的静电电容传感器进行详细说明。图1B是示出了图1A所示的电容 器传声器移除封装盖40和垫圈50后的俯视图。
传感器管芯IO是通过切割层压了薄膜的晶片形成的MEMS芯片。
隔膜11和板件12都是由掺有诸如磷之类杂质的硅薄膜组成的。诸如二 氧化硅膜之类的绝缘膜(未示出)布置于形成隔膜11和板件12的两个硅薄 膜的外周之间。板件12被绝缘膜支承从而与隔膜11形成间隙。例如，隔膜 11和板件12之间的距离在1微米到4微米之间。例如，隔膜11的宽度(或 直径)与板件12的宽度(或直径)分别设置成1毫米。隔膜11和板件12 两者的外部形状没有特殊限制。例如，隔膜11与板件12都做成外部圓周完 全固定的同心的圓形。在俯视图中隔膜11和板件12可以互相重叠。或替代 地，它们可以部分地互相重叠。
传感器管芯10的管芯基板13由包括诸如硅之类杂质的半导体组成。诸 如二氧化硅膜之类的绝缘膜(未示出)布置在形成隔膜11的硅薄膜的外周 部分和管芯基板之间。隔膜ll被绝缘膜支承。形成隔膜11 (作为偏压电极) 的硅薄膜通过通路或接合点与管芯基板电连接。这使得可以给管芯基板13 施加稳定的偏压，由此该管芯基板的功能相当于噪声屏蔽物。因此,传感器 管芯10的垂直投影区域通过隔膜11完全屏蔽了噪声，其中所述隔膜11在 俯视图中与管芯基板13和通孔131 (形成在管芯基板13中)完全重叠。特 别地，用作信号电极的板件12通过隔膜11 (与板件12距离1微米左右)将 噪声屏蔽；因此，具有相对高阻抗的板件12的噪声电阻提高了。
驱动管芯(或LSI芯片)30以这样的结构形成，其中硅掺杂的导电薄膜 或由二氧化硅组成的绝缘膜与掺入如硅之类杂质的管芯基板13层压在一起。 稳定电源电路31 (如电荷泵)和阻抗变换器32 (如运算放大器)形成在驱 动管芯30中。稳定电源电路31通过通路连接焊球24 (用作电源端)。阻抗 转换器32的输出端通过通路连接焊球24 (用作信号端)。驱动管芯30的所 有电路部件通过通路连接到焊球24(用作接地端)，因此它们可以屏蔽噪声。多层布线基板20通过使用经陶瓷片层压在一起并烧结的三个导电膜形
成的。传感器管芯10和驱动管芯30通过使用由焊球和凸块组成的凸出电极 15和33,以一种倒装管芯的连接方式与多层布线基板20的接合表面25接 合。如图1B所示，形成声学通道27的壁的接合表面25的凹部26通过将多 个U型陶瓷片层压在矩形陶瓷片上形成。多个用于连接多层布线基板20的 线路和外部布线基板60的线路的焊球24布置在与封装底部相对应的多层布 线基板20的背部。
稳定电位导电膜21对应于在封装中形成多层布线基板20的三层导电膜 的最外层导电膜，因此其外部形状包围了封装中所有电路元件(除一些通路) 的垂直投影区域。稳定电位导电膜21通过通路与焊球24 (用作接地端，布 置在封装底部)连接。就是说，稳定电位导电膜221被接地以便于稳定电位。 因此，稳定电位导电膜21用作封装的所有电路元件的噪声屏蔽物。特别地， 用作信号电极的板件12与稳定电位导电膜21稍微隔开几百个微米；因此， 可以提高具有相对高阻抗的板件12的噪声电阻。
第二稳定电位导电膜22对应于形成多层布线基板20的三层导电膜的最 内层，其外部形状完全覆盖从传感器管芯IO和驱动管芯30垂直投影区域部 分地延伸出的信号线23。第二稳定电位导电膜22通过通路与第一稳定电位 导电膜21和用作接地端的焊球24连接。也就是说，第二稳定电位导电膜被 接地以便于稳定电位。
将用作信号电极的板件12和阻抗转换器32连接在一起的信号线23对 应于形成多层布线基板20的三层导电膜的中间层，它夹在了第一稳定电位 导电膜21和第二稳定电位导电膜22之间。在封装中，定位在信号线23外 部的稳定电位导电膜21的指定部分用作噪声屏蔽物，而定位于信号线23的 内部的稳定电位导电膜21的其他部分、第二稳定电位膜22、传感器管芯IO 的管芯基板13和驱动管芯30的管芯基板34共同组成噪声屏蔽物。信号线 23完全地被上述屏蔽物包围，它们非常靠近信号线23,其间仅为IO微米到 IOO微米之间的距离，且信号线23完全地与噪声屏蔽物重叠。因此就可以提 高具有相对高阻抗的信号线23的噪声电阻。
用作偏压电极的隔膜11通过偏压线28连接到稳定电源电路31 。与信号 线23类似，偏压线28也是通过形成多层布线基板20的三层导电膜中的中 间层导电膜形成的。偏压线28与信号线23保持适当距离从而使得浮动电容可以忽略。
在本实施例中，噪声屏蔽物被完全地嵌入电容器传声器封装内部，所述
噪声屏蔽物实现了关于具有高阻抗的板12和信号线23的高噪声阻抗。这就 消除了为与外部布线基板60及外围部分连接的电容器传声器安装噪声屏蔽 物的必要性。也就是说，可以降低适于电容器传声器的噪声屏蔽措施的整体 成本。 3.变体
本实施例可以用多种方式进行修改；因此，在下文中将对变体进行说明。
(a) 第一变体
图5示出了电容器传声器的第一变体，它与图1A和1B示出的实施例 的不同之处在于稳定电位导电膜21没有接地，而是与稳定电源电路31连接。 也就是说，第一变体允许通过通路将稳定电位导电膜21与用作偏压电极的 隔膜ll、传感器管芯10的管芯基板13和稳定电源电路31电连接。在这个 连接中，稳定电源电路31承担了噪声屏蔽物和偏压线这两个功能；因此与 图1A和1B所示的多层布线基板20的构造相比，可以简化图5中的多层布 线基板20的构造。
(b) 第二变体
图6示出了电容器传声器的第二变体，它与图1A和1B示出的实施例 的不同之处在于稳定电位导电膜21和第二稳定电位导电膜22都连接到稳定 电源电路31上。就是说，第二变体允许第二稳定电位导电膜22通过通路与 稳定电源电路31电连接。
(c) 第三变体
图7示出了电容器传声器的第三变体，它与图1A和1B示出的实施例 的不同之处在于额外引入保护电极16以便于减小形成隔膜11的导电膜形成 的寄生电容，或减小形成管芯基板13和板件12的导电膜形成的寄生电容。 保护电极16是由定位于板件12的导电膜和管芯基板13之间的导电膜构成 的，它与隔膜11的导电膜定位在同一层上，并且与隔膜11的导电膜绝缘。 保护电极16通过对应于形成多层布线基板20的导电膜的中间层导电膜的保 护线29连接到阻抗转换器32的输出端，其中保护电极16和板件12 (与信 号线23相连)的导电膜都设置到相同电位。这样就消除了保护电极16和板 件12的导电膜之间的寄生电容。除此之外，管芯基板13和保护电极16之
间形成的电容不会实质地影响电容器传声器的输出信号。由于保护电极16 的提高，可以显著地减小电容器传声器输出信号中的寄生电容成分。 (d)其他变体
可以在不背离本发明基本特征的基础上对电容器传声器作进一步修改。 比如，本发明的静电电容传感器可以适用于压力传感器和加速度传感器。静
态电容传感器的封装不必限于MEMS封装或MCP (多芯片封装)，其中在 MCP中可以使用引线结合和堆叠多个管芯。本发明的静电电容传感器可以 应用于诸如便携式电话终端(或移动电话)，个人数字助理(PDA), IC录音 机和个人计算机等任意类型的电子设备。
最后，本发明并不局限于该实施例及其变体，它可以在本发明所附的权 利要求范围内进一步以各种方式进行修改。
权利要求
1、一种静电电容传感器，包括
传感器管芯，包括相互相对地定位的偏压电极和信号电极；以及
屏蔽构件，具有接合所述传感器管芯的接合表面，其中所述屏蔽构件包括稳定电位导电膜，所述稳定电位导电膜的外部形状在俯视图中包围所述信号电极的垂直投影区域，
其中所述信号电极定位在所述偏压电极和所述稳定电位导电膜之间。
2、 如权利要求
1所述的静电电容传感器，其中所述传感器管芯包括 板件，具有多个音孔并形成所述信号电极，形成所述偏压电极的隔膜，所述隔膜由于声波而相对于所述板件振动，以及管芯基板，具有用于暴露所述隔膜的通孔且支承所述板件和所述隔膜， 其中所述传感器管芯经由与所述音孔连通的声学通道接合所述屏蔽构 件的接合表面。
3、 如权利要求
1所述的静电电容传感器，进一步包括 阻抗变换器，连接到所述信号电极从而降低输出阻抗；以及 驱动管芯，接合所述屏蔽构件的接合表面， 其中所述屏蔽构件对应多层布线基板，该多层布线基板包括 稳定电位导电膜，第二稳定电位导电膜，其电位被稳定化，以及信号线，定位在所述稳定电位导电膜和所述第二稳定电位导电膜之间， 且与所述稳定电位导电膜和所述第二稳定电位导电膜部分地重叠，从而将所 述信号电极和所述阻抗变换器连接到 一起。
4、 如权利要求
3所述的静电电容传感器，进一步包括封装盖，所述封 装盖与所述多层布线基板结合，从而限定了用于包含所述传感器管芯和所述 驱动管芯的内部空间。
5、 如权利要求
4所述的静电电容传感器，其中所述传感器管芯包括 板件，具有多个音孔并形成所述信号电极，形成偏压电极的隔膜，所述隔膜由于声波而相对于所述板件振动，以及 管芯基板，具有用于暴露所述隔膜的通孔且支承所述板件和所述隔膜，其中所述传感器管芯经由将所述音孔与所述内部空间连通的声学通道 接合所述屏蔽构件的接合表面，以及其中所述封装盖具有用于将所述内部空间与外部空间连通的开口 。
6、 如权利要求
5所述的静电电容传感器，进一步包括垫圈，该垫圈接合传感器管芯的表面并具有内部腔体，所述内部腔体与所述内部空间隔离并 与管芯基板的通孔连通。
7、 如权利要求
5所述的静电电容传感器，其中所述屏蔽构件的接合表 面具有凹部，所述凹部形成所述声学通道的内壁。
8、 如权利要求
3所述的静电电容传感器，其中所述传感器管芯以倒装 管芯的连接方式与所述多层布线基板接合。
9、 如权利要求
3所述的静电电容传感器，其中所述多层布线基板包括 用于将所述偏压电极和所述管芯基板两者都连接到稳定电源电路的偏压线， 以及其中所述稳定电位导电膜和所述第二稳定电位导电膜都接地。
10、 如权利要求
3所述的静电电容传感器，其中所述稳定电位导电膜将 所述偏压电极和所述管芯基板两者都连接到稳定电源电路。
11、 如权利要求
10所述的静电电容传感器，其中所述第二稳定电位导 电膜连接到所述稳定电位导电膜。
12、 一种电子装置，具有外部布线基板，在所述外部布线基板上接合了 静电电容传感器的多层布线基板，所述静电电容传感器包括传感器管芯，所述传感器管芯包括相互相对地 定位的偏压电极和信号电极，和屏蔽构件，具有接合所述传感器管芯的接合表面，其中所述屏蔽构件包 括稳定电位导电膜，所述稳定电位导电膜的外部形状在俯视图中包围信号电 极的垂直投影区域，其中所述信号电极定位在所述偏压电极和所述稳定电位导电膜之间。
13、 如权利要求
12所述的电子装置，其中所述传感器管芯包括 板件，具有多个音孔并形成所述信号电极，形成所述偏压电极的隔膜，所述隔膜由于声波而相对于所述板件振动，以及管芯基板，具有用于暴露所述隔膜的通孔且支承所述板件和所述隔膜，其中所述传感器管芯经由与所述音孔连通的声学通道接合所述屏蔽构件的接合表面。
14、如权利要求
12所述的电子装置，进一步包括 阻抗变换器，连接到所述信号电极从而降低输出阻抗；以及驱动管芯，接合所述屏蔽构件的接合表面， 所述屏蔽构件对应多层布线基板，该多层布线基板包括稳定电位导电膜，第二稳定电位导电膜，其电位被稳定化，以及信号线，定位在所述稳定电位导电膜和所述第二稳定电位导电膜之间， 且与所述稳定电位导电膜和所述第二稳定电位导电膜部分地重叠，从而将所述信号电极和所述阻抗变换器连接到一起。
专利摘要
一种静电电容传感器，包括传感器管芯以及屏蔽构件，其中传感器管芯包括间隔很小距离而相对定位的偏压电极和信号电极，所述屏蔽构件包括外部形状覆盖了信号电极的垂直投影区域的稳定电位导电膜。传感器管芯与屏蔽构件的接合表面接合。信号电极被定位在偏压电极和稳定电位导电膜之间。使用偏压电极和稳定电位导电膜形成了适用于信号电极的噪声屏蔽；因此，可以提高信号电极的噪声阻抗，并提高灵敏度中的信噪比。
文档编号H04R19/01GKCN101207941SQ200710305370
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月21日
发明者佐藤明善, 平野雅三, 铃木利尚 申请人:雅马哈株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan