CN102398885A - 微机电传感器装置 - Google Patents

Abstract

一种微机电传感器装置包含有一载板以及一微机电感测芯片，该芯片的一侧边是由粘胶粘着于该载板，且该芯片具有一悬置于该载板上方并与该侧边相对的自由边。由于该芯片具有一并未拘束于该载板上的自由边，因此纵使载板变形，不致影响悬置于该载板上的感测芯片的量测精度。

Description

微机电传感器装置

技术领域

本发明是与微机电(micro-electro-mechanical systems，以下简称MEMS)传感器装置有关，特别是关于一种将一微机电感测芯片(MEMS sensorchip)以粘胶，例如点状或线状的粘胶，粘着于一载板，致使该芯片具有一悬置该载板上方的自由侧边(free side)的微机电传感器装置。

背景技术

一般集成电路芯片封装时，为了给予芯片稳定的支撑，芯片的底面是整面由粘胶粘着于一诸如导线架或电路板的载板上，然而，就包含有可动感测元件(moveable sensing element)的MEMS感测芯片而言，其粘着于载板上时，MEMS感测芯片的底部对应该可动感测元件的位置是悬空。以图1及图2所显示的一种现有的压阻式三轴加速度感测芯片的装置结构为例，其中感测芯片1是由位于其底部四个角落的粘胶2而粘着于一载板3上，使得感测芯片1的可动感测元件4可悬置于该载板3上，并在感测芯片1受外力而姿态改变时，可相对该芯片1的固定框架5产生位移动作。此外，该可动感测元件4与该固定框架5之间一体连接有四个支撑臂6，各支撑臂6上布植有若干电阻7，由此，因可动感测元件的位移所造成的支撑臂6的应力应变(stress-strain)，将进一步造成电阻7的电阻值改变，如此一来，由量测电阻值的改变可测得应力应变的改变，而间接测得外力的变化。

在上述现有微机电传感器装置结构中，一旦载板3受环境温度或工作温度影响而收缩或膨胀，由于芯片2是被拘束在载板3上，载板的变形应力将传递至芯片2，而影响电阻7的电阻值，以致造成量测的误差。为解决此问题，目前业界大都致力于开发具有特定粘性以及耐候性的粘胶材料，期能由特殊的粘胶材料来吸收载板变形应力以降低芯片量测误差，然而，所述特殊粘胶材料仍有效果有限以及长期使用后材料劣化的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明目的之一在于提供一种微机电传感器装置，纵使载板变形不致造成感测芯片量测误差。

本发明的另一目的在于提供一种微机电传感器装置，感测芯片与载板之间不需采用具有特殊粘性及耐候性的粘胶材料。

为达成上述目的，本发明所提供的一种微机电传感器装置包含有一载板以及一微机电感测芯片，该芯片是以具有一悬置于该载板上方的自由边的方式粘着于该载板。由于该芯片具有一并未拘束于该载板上的自由边，因此纵使载板变形，不致影响感测芯片的量测，也因此可使用一般粘着芯片用的粘胶材料将该微机电感测芯片粘着于该载板，而不需使用具有特殊粘性及耐候性的粘着剂来吸收载板的变形应力。

在上述的微机电传感器装置中，该微机电感测芯片可以具有一与该自由边相对的固定边，且该固定边是可由粘胶，例如至少一点状粘胶，而粘着于该载板。最好，该固定边是由二分别位于该固定边的二角落端的点状粘胶而粘着于该载板，但并不以此为限。例如，在本发明所提供的一较佳实施例中，该固定边是由一线状粘胶而粘着于该载板。然而，此线状粘胶并不以直线状为限，其可以曲线、折线或其它可行的线条。

在本发明所提供的另一较佳实施例中，该微机电感测芯片具有与该固定边相邻且彼此相对的第一邻边与第二邻边，且该第一邻边与该第二邻边二者至少有其中的一邻边，至少有一部分粘着于该载板。由此，除了可于该芯片上形成该自由边之外，更可使该芯片较为稳固地固定在载板上。

在上述的微机电传感器装置中，该微机电感测芯片可以是压阻式(piezo-resistive type)或是电容式加速度感测芯片，但并以此为限。例如，在本发明的一实施例中，该微机电感测芯片是以一压阻式三轴加速度感测芯片来体现，其包含有一具有该自由边的外框架、多个由该外框架往该外框架中心延伸的支撑臂，以及一与所述支撑臂连接而悬置于该外框架中并可摆动的感测元件(moveable sensing element)，亦即所谓的质量块(proof mass)。实际上，适用于本发明的微机电感测芯片并不以加速度感测芯片为限，任何具有可动感测元件或者底部必须至少有部分悬空地支撑在载板上的微机电感测芯片，皆可适用本发明所提供的装置技术。

在上述的微机电传感器装置中，该载板是可为一与该微机电感测芯片电性连接的印刷电路板，然而并不以此为限。例如，在本发明所提供的一实施例中，该载板是为一与该微机电感测芯片电性连接且用以处理信号的特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，以下简称ASIC)芯片，且该特定应用集成电路芯片的底面是粘着于一电路板。

在本发明所提供的另一实施例中，该载板是为一印刷电路板，且该微机电感测芯片更粘着且电性连接有一用以处理信号的ASIC芯片，如此一来，该微机电感测芯片的自由边是悬置于该印刷电路板与该ASIC芯片之间。此外，可利用一间隔件支撑于该印刷电路板与该ASIC芯片之间，以增加整体装置的结构强度。

有关本发明所提供的微机电传感器装置的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，所述详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅是用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

附图说明

以下将由所列举的实施例配合随附的附图，详细说明本发明的技术内容及特征，其中：

图1为一种现有微机电传感器装置的侧视示意图；

图2为图1所示的微机电传感器装置的顶视示意图，其中为了便于说明，并未显示出焊线(bonding wires)；

图3为本发明第一较佳实施例所提供的微机电传感器装置的侧视示意图；

图4为图3所示的微机电传感器装置的顶视示意图，其中为了便于说明，并未显示出焊线；

图5是图4中沿着剖线5-5方向的剖视示意图；

图6是为一顶视示意图，显示该微机电感测芯片是由单一点状粘胶粘着于该载板；

图7是为一顶视示意图，显示该微机电感测芯片是由一线状粘胶粘着于该载板；

图8是为本发明第二较佳实施例所提供的微机电传感器装置的侧视示意图；

图9是为本发明第三较佳实施例所提供的微机电传感器装置的侧视示意图；

图10是为本发明第四较佳实施例所提供的微机电传感器构装的顶视示意图，其中为了便于说明，并未显示出焊线；

图11是为本发明第五较佳实施例所提供的微机电传感器构装的顶视示意图，其中为了便于说明，并未显示出焊线；

图12是为本发明第六较佳实施例所提供的微机电传感器构装的顶视示意图，其中为了便于说明，并未显示出焊线；

图13是为本发明第七较佳实施例所提供的微机电传感器构装的顶视示意图，其中为了便于说明，并未显示出焊线；以及

图14是为本发明第八较佳实施例所提供的微机电传感器构装的顶视示意图，其中为了便于说明，并未显示出焊线。

具体实施方式

申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及附图中，相同的参考号码，表示相同或类似的元件或其结构特征。

如图3至图5所示，本发明第一较佳实施例所提供的微机电传感器装置，如图中所示的标号10，主要包含有一载板12以及一微机电感测芯片(MEMS sensor chip)14。

在本实施例中，该载板12是为一印刷电路板，其上布设有特定的电路图案(circuit pattern)(图中未示)。该印刷电路板是用以支撑并电性连接该微机电感测芯片14。

而该芯片14，具有一第一侧边16以及一与其相对的第二侧边18。该第一侧边16底面的二角落端是分别由一点状粘胶20而粘着于该载板12的顶面，致使该第一侧边16形成一与该载板12连接并拘束于该载板12上的固定边(mounting side)，而该第二侧边18形成一悬置于该载板12上方且并未拘束于该载板12上的自由边(free side)。在此必须说明的是，说明书中所谓的“自由边”，是指该侧边并未以粘着剂或其它机械方式连接于该载板12，以致该侧边不会受该载板12拘束。

在本实施例中，该芯片14是由二个点状粘胶20粘着于该载板12的方式，使该芯片14的第二侧边18形成自由边，然而，此种方式仅为一示例，并非以此为限。例如，该芯片14的固定边16可以由如图6所示的单一点状粘胶20，或者如图7所示的直线状的线状粘胶20而粘着于该载板12上，同样可于该芯片14的第二侧边18形成一自由边。当然，该线状粘胶的形状并不以“直线”为限，其可为曲线、折线或其它合适的形状。

至于用以将该芯片14粘着于该载板12上的粘胶20，其材质并未特别限定，例如，可以使用一般常用的环氧树脂系粘胶(epoxy-based adhesive)或者聚亚醯胺系粘胶(polyimide-based adhesive)。

请继续参阅图4及图5，在本实施例中，该微机电感测芯片14是为一压阻式三轴加速度感测芯片(3-axi s acceleration sensing chip ofpiezo-resistive type)，其具有一呈矩形的外框架22、四个分别由该外框架22的四侧边中段位置往该外框架22内部中心延伸且可挠性变形的支撑臂24，以及一与所述支撑臂24连接的可动感测元件(moveable sensingmember)26，亦即，俗称的质量块(proof mass)，由此，该可动感测元件26是悬置于该外框架22中，且承受外力后可以相对该外框架22位移。其次，该芯片14的顶面于所述支撑臂24的位置布植有三组感测电阻R_X1-R_X4、R_Y1-R_Y4，R_Z1-R_Z4，由于所述加速度计的构造及原理属于已知技术，故在此不予以赘述。此外，于该固定边16的顶面位置设置有多个作为信号输入/输出用的焊垫(bonding pads)28，由此，该微机电感测芯片14可由多个分别连接于所述焊垫28与该载板12之间的焊线(bonding wires)30而与该载板12电性连接。必须说明的是，芯片14与载板12之间电性连接的方法并不以打线方式(wire bonding technology)为限，其它适合的方式亦可采用，例如，利用覆片技术(flip chip technology)来达成。

在上述的实施例中，该载板12是为一印刷电路板，然而，该载板12的型态并不以此为限。例如，请参阅图8，图8显示依据本发明第二较佳实施例所为的微机电传感器装置，其中该载板12是为一特定应用集成电路芯片(ASIC chip)，该微机电感测芯片14的固定边是由粘胶20而粘着于该ASIC芯片的顶面，以使该感测芯片14具有一悬置于该ASIC芯片顶面的自由边18，且该ASIC芯片12的底面是粘着于一电路板32。至于该微机电感测芯片与该ASIC芯片之间，或者该ASIC芯片与该电路板之间的电性连接，可以利用焊线(图中未示)或其它合适方式来达成。

此外，请参阅图9，图9显示依据本发明第三较佳实施例所提供的微机电传感器装置，在此实施例中，用以支撑微机电感测芯片14的载板12是为一印刷电路板，且该微机电感测芯片14的固定边16上方，同样地是由点状或线性粘胶34而粘着有一用以处理信号的ASIC芯片36，如此一来，该微机电感测芯片14的自由边18是悬置于该载板12与该ASIC芯片36之间。此外，该载板12与该ASIC芯片36之间还粘着支撑有一间隔件38，以增加整体装置的结构强度，并可确保该微机电感测芯片14可稳定的悬置于该载板12与该ASIC芯片36之间。至于该微机电感测芯片14与该ASIC芯片36之间，或者该微机电感测芯片14与该载板12之间的电性连接，同样地，可以利用焊线(图中未示)或其它合适方式来达成。

由以上陈述可知，本发明所提供的微机电感测芯片的装置的主要技术特征在于，该微机电感测芯片的底面四周缘并未全部粘着拘束于载板上，而是由一侧边(固定边)粘着于载板，而使感测芯片具有一并未拘束于该载板上的自由边。而由于该芯片具有该自由边，因此纵使载板变形，不致影响悬置于该载板上的感测芯片的量测，也因此，可以使用一般常用的粘着剂将该感测芯片粘着于该载板，而不需使用具有特殊粘性或特殊耐候性的粘着剂。

此外，在上述揭实施例中，是仅由该固定边粘着于该载板的方式，使该芯片得以形成该自由边，然而，为了避免该固定边与该自由边之间因跨距过长且仅有该固定边单边粘着于该载板上而造成芯片与载板之间结合强度不足的疑虑，可进一步在该芯片与该固定边相邻的一邻边上(或同时在二邻边上)施以粘胶，使与该固定边相邻的一邻边或二邻边同样地粘着固定在该载板上，如此，除了仍可于该芯片相对该固定边的侧边(亦即该固定边的对边)形成前述的自由边之外，还可提升芯片与载板之间的结合强度。

详而言之，请参阅图10，图10是为本发明第四较佳实施例所提供的微机电传感器构装的顶视示意图，在此实施例中，该芯片14具有一与该固定边16的一端相邻的第一邻边40，以及一与该固定边16的另一端相邻且与该第一邻边40相对的第二邻边42，而且，该芯片14除了固定边16的底面是由线状粘胶20粘着于载板12之外，该第一邻边40的底面亦由一线状粘胶44粘着该载板12上，如此，同样可于该芯片14相对该固定边16的侧边(第二侧边)形成悬置于该载板12上方且并未拘束于该载板12上的自由边18，而且，相较于图7所示的微机电传感器构装而言，本实施例中芯片14与载板12之间的结合关系将更为稳固。其次，本实施例中，位于该第一邻边40的粘胶44是成直线状并与位于该固定边16的粘胶20相连接，且该粘胶44往该自由边18方向延伸的长度，约略等于该第一邻边40边长的一半，然而，该粘胶44的态样并不此为限，例如，其可以为不与该粘胶20连接的点状粘胶，或者，该粘胶44的延伸长度可以更长，甚至约略接近于该第一邻边40的边长(如图11所示)。

同理，如图12及图13所示，该第二邻边42的底面亦可以以粘胶46粘着于载板12上，或者，如图14所示，该第一、第二邻边40、42的底面同时分别以粘胶44、46粘着于该载板12，而达成稳固连接芯片14与载板12并可使芯片14的一边形成一自由边18的目的。

最后，必须再次说明，本发明于前揭实施例中所揭露的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的范围，其它等效元件的替代或变化，亦应为本案的权利要求范围所涵盖。

Claims (13)

1.一种微机电传感器装置，包含有：

一载板；以及

一微机电感测芯片，粘着于该载板且具有一悬置于该载板上方的一自由边。

2.如权利要求1所述的微机电传感器装置，其中该微机电感测芯片具有一与该自由边相对的固定边，且该固定边由粘胶而粘着于该载板。

3.如权利要求2所述的微机电传感器构装，其中该固定边由至少一点状粘胶而粘着于该载板。

4.如权利要求3所述的微机电传感器装置，其中该微机电感测芯片的固定边由二分别位于该固定边的二角落端的点状粘胶而粘着于该载板。

5.如权利要求2所述的微机电传感器装置，其中该固定边由一线状粘胶而粘着于该载板。

6.如权利要求2所述的微机电传感器构装，其中该微机电感测芯片具有一与该固定边相邻的第一邻边，以及一与该固定边相邻且与该第一邻边相对的第二邻边，且该第一邻边与该第二邻边二者至少有其中的一邻边，至少有一部分由粘胶而粘着于该载板。

7.如权利要求6所述的微机电传感器构装，其中该固定边由一点状或线状粘胶而粘着于该载板，且该第一邻边至少有一部分由一点状或线状粘胶而粘着于该载板。

8.如权利要求7所述的微机电传感器构装，其中该固定边由一线状粘胶而粘着于该载板，该第一邻边至少有一部分由一线状粘胶而粘着于该载板，且前述二线状粘胶相连接。

9.如权利要求8所述的微机电传感器构装，其中位于该第一邻边与该载板之间的线性粘胶的长度，等于该第一邻边边长的二分之一。

10.如权利要求1至9其中任一项所述的微机电传感器装置，其中该微机电感测芯片包含有一具有该自由边的外框架、多个由该外框架往该外框架中心延伸的支撑臂，以及一与所述支撑臂连接而悬置于该外框架中的可动感测元件。

11.如权利要求1至9其中任一项所述的微机电传感器装置，其中该载板为一印刷电路板。

12.如权利要求11所述的微机电传感器装置，还包含有：

一应用集成电路芯片，粘着于该微机电感测芯片，使该微机电感测芯片的自由边悬置于该印刷电路板与该应用集成电路芯片之间；以及

一间隔件，支撑于该印刷电路板与该应用集成电路芯片之间。

13.如权利要求1至9其中任一项所述的微机电传感器装置，其中该载板为一应用集成电路芯片，且该应用集成电路芯片的底面粘着于一电路板。

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