CN101115675B - 多传感器组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例包括多传感器组件(20)。该组件(20)具有：由一个晶片层(51)定义的机电运动传感器构件(57)；由两个或更多个其他晶片层(31、41)中第一晶片层承载的第一传感器(32)；以及由所述其他晶片层(31、41)中第二晶片层承载的第二传感器(42)。所述一个晶片层(51)位于其他晶片层(31、41)之间，从而相应地把所述传感器构件(57)封入所述组件(20)的空腔(56)中。

Description

多传感器组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子系统的传感器，更具体地但不唯一地涉及多传感器组件，该组件包括至少一个微机电系统(MEMS)传感器类型的传感器。
背景技术
传感器已成为电子设备中更加主要的特征。例如，各种传感器已经在移动电话、个人数字助理(PDA)等中变得普遍。一种具体的传感器类型基于微机电系统(MEMS)技术。MEMS涉及把微米尺寸上的机械和电子元件组合在单一的晶片管芯、晶片块或晶片芯片上，而且三维器件具有微米尺度上的一个或更多个可操作的机械构件。基于MEMS的传感器得以广泛应用，能够检测例如运动、空气、光线、液体等的参数。另外，MSMS技术已经超越了典型的硅晶片来源而扩展至其他材料。同样，MEMS制造技术已经超越了典型的半导体业。
不幸的是，MEMS器件通常需要保护外壳以保证可靠的性能。这个要求导致对渴求的器件“不动产”的相对大的消耗。通常在操作性能与器件尺寸之间进行折衷。因此，需要对这个技术领域做出进一步的贡献。
发明内容
本发明的一个实施例是唯一的传感器件。其他实施例包括提供传感器的唯一方法、系统、设备和装置。
本发明的其他实施例包括：提供由第一材料层形成的第一传感器以及由第二材料层形成的第二传感器。此外，由第三材料层形成基于MEMS的器件。把这个器件的至少一部分封入第一层和第二层之间，以提供多传感器组件。在一种形式中，每一层与不同的晶片构件相对应。如这里所用，“晶片构件”是指具有任何类型或成分的晶片，或从较大的晶片分出或以其他方式得到的任何晶片块、部分、管芯等。如这里所用，“MEMS器件”具体是指包括至少一个三维(3D)光刻特征的任何机械元件，该特征具有最小为1毫米的尺度。典型地，MEMS器件的3D特征包括各种几何形状，其尺寸范围从1微米(一米的百万分之一)到1毫米(一米的千分之一)，而且典型地，至少部分地使用半导体光刻中常见的平面处理来制造这些几何形状。除了在“MEMS器件”中一同使用的方式之外，术语“MEMS”和“器件”的使用将具有与单独分配给这些术语中的每一个的普通含义。
本发明的另一个实施例包括：制造由第一晶片构件承载的第一传感器，以及由第二晶片构件承载的第二传感器；从第三晶片构件形成机电传感器，其中，第三晶片构件的第一面与第二面相对，第三晶片构件具有延伸穿过该第三晶片构件的空腔，该空腔在第一面中定义了孔且在第二面中定义了孔，而且机电传感器包括延伸至空腔中的传感器构件；以及通过把第一晶片构件与第三晶片构件的第一面结合并把第二晶片构件与第三晶片构件的第二面结合而封入传感器构件，以提供多传感器组件。
另一个实施例包括：提供由第一材料层形成的第一传感器以及由第二材料层形成的第二传感器；其中第一传感器与第二传感器检测不同的特性。还包括：由第三层形成机电器件，例如运动检测器，并把第三层附加到第一层和第二层。通过这个附加，第三层位于第一层和第二层之间，从而至少部分地封入所述机电器件。
另一个实施例包括：用于检测与第一晶片层相对应的第一特性的装置；用于检测与第二晶片层相对应的第二特性的装置；以及微机电运动检测器。还包括：用于把所述检测器的至少一部分封入第一晶片层和第二晶片层之间的装置。
本发明的另一个实施例包括：提供由第一材料层形成的第一传感器以及由第二材料层形成的第二传感器，每一个传感器检测不同的特性；形成微机电运动检测器；以及把所述检测器的至少一部分封入第一晶片层和第二晶片层之间，以提供多传感器组件。
本发明的一个目的是提供唯一的传感器件。
其他目的包括用于提供传感器的唯一的方法、系统、设备和装置。
附图说明
根据附图和随附图提供的描述，本发明的其他目的、实施例、形式、方面、益处、优点和特征将会变得明显。
图1是以多个晶片构件而实现的多传感器组件的示意图。
图2是包括图1的组件的系统。
图3是用于制造包括图1的组件的器件的一个过程的流程图。
具体实施方式
为了帮助理解本发明的原理，对附图示出的实施例进行参考，并以特定语言来进行描述。然而可以理解的是，其并不意在限制本发明的范围。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，对所述实施例的任何更改和其他修改、以及对这里描述的本发明的原理的其他应用是可以设想的。
图1示意性地示出了本发明一个实施例中的电子多传感器组件20。组件20包括由晶片构件30、40和50所组成的多传感器器件22。典型地，晶片构件30、40和50每一个都被设置为通过在较早的处理级中对较大的晶片进行划分而形成的相应管芯，这将在下文结合图3中的流程图而更加完整地描述。晶片构件30、40和50中每一个都定义了组件20中各自的晶片或材料层31、41和51。层51包括相对的面54a和54b，它们分别在边界34和44处附加到层31和层41。器件22安装到衬底60。衬底60仅在图1中局部地示出。
在一个实施例中，器件22的晶片构件30、40和50中的每一个都由标准半导体材料所组成。作为标准半导体材料的附加或备选，在其他实施例中，晶片构件30、40和/或50中的任意一个都可以包括聚合体、陶瓷和/或金属，等等。在其他实施例中，晶片构件30、40和/或50的成分能够以本领域的技术人员所知的方式而变化。
晶片构件30包括指纹读取器传感器32，而晶片构件40包括操纵杆移动传感器42。利用这些装置，由于传感器32的位置与衬底60相对，所以传感器32能够方便地定位以便与手指直接或间接地接触以读取相应的指纹，而不需要传感器42和52也如此定位。可以理解的是，一个或更多个其他电子器件、元件、传感器、电路等可以形成于晶片构件30、晶片构件40或两者上。晶片构件50包括具有机电运动传感器52的形式的MEMS器件。对于所示实施例，传感器52具有加速计55的形式。加速计55包括与空腔56相邻的基部53。空腔56延伸经过晶片构件50，定义了面54a中的孔56a和面54b中的孔56b。加速计55还包括具有与基部53相连的机械臂57a形式的传感器构件57。机械臂57a从基部53延伸至空腔56，而且可以自由地弯曲和/或以其他方式移动，从而以机电的方式产生与加速相对应的传感器52的电信号。备选地或附加地，在其他实施例中，可以根据晶片构件50而制造一个或更多个不同的MEMS器件或其他器件类型、元件、构件和/或电路。可以理解的是，通过分别使用晶片构件30和40来覆盖孔56a和56b，传感器构件57被封入空腔56中。晶片构件30和40与晶片构件50结合，以提供保护构件57免受空腔56外部的源的损害的密封。
当暴露在外时，MEMS装置的机械工作典型地对于损害是敏感的，或者可能不会以期望的方式执行。因此，晶片构件30和40提供了保护性密封，以减小(如果没有消除)内部工作不期望的暴露。伴随而来的是，由于晶片构件30和40还包括相应的传感器32和42，所以MEMS器件(传感器52)所占据的空间与传感器32和42垂直共享。能够以如下方式使用所产生的器件22和组件20：与分别使用一个或更多个传感器的配置相比，占据更少的空间。可以理解的是，在备选实施例中，可以根据本发明的教益把更多或更少的传感器组装在一起。在一个其他的实施例中，晶片构件50的面54a和54b中仅有一个包括用于暴露传感器52的孔，对此，仅有一个相应的晶片构件30或40可以附加到晶片构件50以提供保护性封装。
另外参考图2，示出了系统120；其中相似的附图标记表示相似的特征。系统120包括具有移动(或蜂窝)电话132的形式的手持通信设备130。设备130包括多传感器组件20和电路122。电路122与多传感器组件20电连接。电路122被设置用于根据需要或期望向传感器32、传感器42和/或传感器52提供电功率。此外，电路122被配置用于从传感器32、42和52接收检测信号；以及根据设备130的操作中期望的那样而使用这些信号。
对于所示移动电话132，可使用传感器32作为安全措施。在这个示例中，需要通过传感器32所确定的指纹验证信号，以便在可能具有其他意外的情况下使用电话132的某些或全部功能。此外，可以使用传感器42来实现由操纵杆控制的、电话132的显示指针或光标(未示出)等。传感器52可以用于电话132的位置报告操作。在一个具体实施例中，来自传感器52的信号用于增加主要的同步定位卫星(GPS)定位子系统，以适应较差的GPS接收等情况。但是，在其他实施例中，传感器32、42和52中的一个或更多个可以用于电话132的不同的功能容量，和/或具有完全不同的传感器类型。在其他实施例中，组件22以另一器件类型而使用，例如个人数字助理(PDA)、个人计算机(笔记本计算机、膝上计算机等)、电子游戏设备、电子操作控制或输入设备、和/或本领域的技术人员所知的不同设备。
图3以流程图的形式示出了制造过程220。过程220是制造包括组件22的设备的一种方式。过程220以操作222开始。在操作222，对晶片构件30、40和50中每一个进行处理，以提供其承载的相应传感器32、42、52。利用标准技术对晶片构件30、40、50中的每一个进行处理，包括选择性掺杂、蚀刻、金属化、和/或期望用于提供各个传感器32、42和52的各种光刻或不同的制造技术。在一个具体的实施例中，晶片构件50的构件57通过标准蚀刻技术而形成，留下空腔56包围着构件57。在一种用于批量制造的方法中，晶片构件30、40和50中的每一个被设置为晶片管芯，其中通过把较大的相应晶片分为多个块(小方块)或“芯片”而获得所述晶片管芯。对于被分开的给定的较大晶片，每一个管芯(晶片构件)承载相同类型的传感器32、42或52。因此，对于这种形式，较大的晶片能够提供具有相同类型的多个传感器，而三个不同的较大晶片可以用于分别制造若干个具有每一种类型的晶片构件30、40和50(以及相应的传感器32、42和52)。
过程220从操作222前进到操作224。在操作224，操作222中产生的晶片构件30和晶片构件40分别被附加到晶片构件50的面54a和54b。这个在边界34和/或边界44处的附加可以通过如下方式实现：利用粘合剂等进行结合、融化、和/或本领域的技术人员所知的不同的结合技术。在一个实施例中，操作224产生用于保护加速计55(具体为构件57)的密封；然而，在其他实施例中，该附加不需要提供该密封。
从操作224，过程220继续到操作226。在操作226，使用标准技术把晶片构件40安装在衬底60上。衬底60可以是半导体、金属、陶瓷、聚合材料和/或本领域的技术人员所知的不同成分。在其他实施例中，不存在衬底60。过程220继续到操作228。在操作228，组件20与电路电连接，其中电路122仅作为一个非限制示例。在操作230，把得到的配置组装到应用设备中。这个设备可以是手持通信设备130或本领域的技术人员所知的不同设备。在操作232，操作该应用设备。可以执行操作232以测试设备的功能和/或作为使用该设备的结果。可以理解的是，过程220仅是器件22、多传感器组件20和包括这些项的系统的多种制造过程中的一种。
虽然在附图和上文描述中示出并详细描述了本发明，然而该描述应被看作是示意性而非限制性的，可以理解的是仅示出和描述了所选的实施例，而且，期望保护落入此前描述的和/或由所附权利要求限定的本发明的精神内的所有改变、修改和等同物。

Claims (15)

1.一种制造多传感器组件的方法，包括：
制造由第一晶片构件(30)承载的第一传感器(32)，以及由第二晶片构件(40)承载的第二传感器(42)；
从第三晶片构件(50)形成机电传感器(52)，
其中，第三晶片构件(50)的第一面(54a)与第二面(54b)相对，第三晶片构件(50)具有延伸穿过该第三晶片构件(50)的空腔(56)，该空腔(56)在第一面(54a)中定义了孔(56a)且在第二面(54b)中定义了孔(56b)，而且机电传感器(52)包括延伸至空腔(56)中的传感器构件(57)；以及
该方法进一步包括：通过把第一晶片构件(30)与第三晶片构件(50)的第一面(54a)结合并把第二晶片构件(40)与第三晶片构件(50)的第二面(54b)结合而封入所述传感器构件(57)，以提供多传感器组件(20)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一传感器(32)是指纹检测器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第二传感器(42)是操纵杆移动检测器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机电传感器(52)是运动检测器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述运动检测器是具有MEMS器件形式的加速计(55)。
6.根据权利要求1所述的方法，包括把所述多传感器组件(20)安装到衬底(60)。
7.根据权利要求1所述的方法，包括把所述多传感器组件(20)与手持电子设备(130)的电路(122)电连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述手持设备(130)包括承载所述电路(122)和所述多传感器组件(20)的移动电话(132)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器(52)是加速计(55)，所述空腔(56)延伸穿过第三晶片构件(50)的第一面(54a)和第二面(54b)，而且所述封入的步骤包括把所述传感器构件(57)密封到所述空腔中的第一晶片构件(30)和第二晶片构件(40)之间。
10.一种包括多传感器组件(20)的设备，所述多传感器组件(20)包括：
在一个晶片层(51)限定的空腔(56)中形成的机电传感器构件(57)；
第一其他传感器(32、42)，由至少两个或更多个其他晶片层(31、41)中的第一晶片层承载；
第二其他传感器(32、42)，由所述其他晶片层(31、41)中的第二晶片层承载；
其中，所述一个晶片层(51)位于所述其他晶片层(31、41)的第一晶片层和所述其他晶片层(31、41)的第二晶片层之间，
空腔(56)延伸穿过所述一个晶片层(51)，该空腔在所述一个晶片层的第一面(54a)中具有孔(56a)且在所述一个晶片层的第二面(54b)中具有孔(56b)，
所述机电传感器(52)构件被封入于所述其他晶片层(31、41)的第一晶片层和所述其他晶片层(31、41)的第二晶片层之间，其中所述一个晶片层(51)结合至所述其他晶片层(31、41)中的第一晶片层以及所述其他晶片层中的第二晶片层。
11.根据权利要求10所述的设备，还包括移动电话，所述移动电话承载有所述多传感器组件(20)和与所述多传感器组件(20)电连接的电路(122)。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，第一其他传感器(32、42)是指纹检测器。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，第二其他传感器(32、42)是操纵杆移动检测器。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述一个晶片层(51)定义了MEMS器件形式的加速计(55)，而且所述加速计(55)包括所述机电传感器(52)构件。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括：用于把所述传感器构件密封到第一晶片层(31)与第二晶片层(41)之间的装置。
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