CN103449353A - 传感器模块 - Google Patents

传感器模块 Download PDF

Info

Publication number
CN103449353A
CN103449353A CN2013102131099A CN201310213109A CN103449353A CN 103449353 A CN103449353 A CN 103449353A CN 2013102131099 A CN2013102131099 A CN 2013102131099A CN 201310213109 A CN201310213109 A CN 201310213109A CN 103449353 A CN103449353 A CN 103449353A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
pressure
microphone
diaphragm structure
sensor assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013102131099A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103449353B (zh
Inventor
J·策尔林
R·艾伦普福特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN103449353A publication Critical patent/CN103449353A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103449353B publication Critical patent/CN103449353B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/02—Casings; Cabinets ; Supports therefor; Mountings therein
    • H04R1/04—Structural association of microphone with electric circuitry therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/04—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48145—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16151—Cap comprising an aperture, e.g. for pressure control, encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16152—Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/08—Mouthpieces; Microphones; Attachments therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/08—Mouthpieces; Microphones; Attachments therefor
    • H04R1/083—Special constructions of mouthpieces
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/08—Mouthpieces; Microphones; Attachments therefor
    • H04R1/083—Special constructions of mouthpieces
    • H04R1/086—Protective screens, e.g. all weather or wind screens
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R11/00—Transducers of moving-armature or moving-core type
    • H04R11/04—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/02—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R21/00—Variable-resistance transducers
    • H04R21/02—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/08—Microphones

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)

Abstract

提出一种用于具有相同封装要求的至少两个微机械传感器元件的成本有利且极其节省空间的模块解决方案。根据本发明的传感器模块（100）具有至少两个微机械传感器元件（1，2），其传感器功能基于测量介质的直接作用或间接作用，其特征在于，所述至少两个传感器元件（1，2）设置在一个共同的壳体（40）中，所述壳体具有用于所述测量介质的至少一个进口（43），所述至少两个传感器元件（1，2）通过构件背侧置于构件前侧上的方式彼此堆叠，使得上面的传感器元件（1）至少部分地覆盖下面的传感器元件（2）的有效区域，但确保所述测量介质对所述下面的传感器元件（2）的有效区域的对于所述传感器功能而言所需的作用。

Description

传感器模块
技术领域
本发明涉及一种具有至少两个微机械传感器元件的传感器模块，所述至少两个微机械传感器元件的传感器功能基于测量介质的直接作用或间接作用。
背景技术
压力测量和麦克风功能是微机械上可实现的、基于测量介质作用的传感器功能的重要示例。所述传感器功能越来越重要，尤其是在消费者应用领域中——例如在移动电话、智能手机、导航设备、MP3播放器、游戏机和数码相机中。借助压力传感器可以检测空气压力变化，以便因此获得例如用于导航设备的天气信息或高度信息。麦克风在此用于语音检测和干扰噪声降低。
具有微机械麦克风构件和基于载体或衬底的、具有声开口的壳体的麦克风部件在实践中是已知的。麦克风芯片在这种情况中借助板上芯片（Chip-on-Board：COB）技术装配在载体上、电接通并且以盖或模制材料加壳。如果MEMS构件上的微机械麦克风结构和信号分析装置完全或部分地在单独的ASIC构件上实现，则芯片通常并排地设置在载体上，从而已知的部件的面积需求与MEMS芯片的面积相比相对较大。
发明内容
借助本发明提出用于具有相同的封装要求的至少两个微机械传感器元件的成本有利且极其节省空间的模块解决方案。
为此，根据本发明，至少两个传感器元件设置在一个共同的、具有用于测量介质的至少一个进口的壳体内并且通过构件背侧置于构件前侧上的方式彼此堆叠，使得上面的传感器元件至少部分地覆盖下面的传感器元件的有效区域，但确保测量介质对下面的传感器元件的有效区域的作用，所述作用是传感器功能所需的。
首先已认识到，其传感器功能分别基于测量介质作用的传感器元件可以很简单地设置在一个共同的壳体中，当所述共同的壳体配备有至少一个进口作为介质入口时。单单由此可以在整体上明显降低用于传感器元件的封装开销。此外，与由现有技术已知的并排芯片布置不同，根据本发明的封装方案提供两个MEMS传感器元件的堆叠布置。即根据本发明已认识到，堆叠布置不一定不利地作用于传感器功能，而是相反地，当使用合适的装配技术时，甚至相对环境影响可以具有一定的保护作用。此外，传感器元件的堆叠布置能够实现传感器模块的横向尺寸的最小化，使得传感器模块的空间需求在第二级装配中相对较小。这最后同样有助于用于最终设备的制造成本的降低。
根据本发明的封装方案在整体上提供很高的灵活性，这不仅涉及传感器功能的组合和构件叠堆中传感器元件的布置，而且涉及壳体的类型、形状和材料以及介质入口的构型。微机械传感器元件可以配备有仅仅一个传感器功能或也可以配备有多个传感器功能。除了已经提到的传感器功能——压力检测和麦克风功能以外，在此还示例性地提到光、气体、湿度、温度和流体流的感测。
在消费者电子设备领域中特别有经济重要性的是具有压敏的膜片结构的传感器元件的组合，更确切地说，尤其是麦克风构件和用于检测静态压力的压力传感器元件的组合。麦克风构件的膜片结构通常横跨构件背侧中的空穴，所述空穴然后根据麦克风构件的装配形成麦克风构件的背侧容积或前部容积。
在根据本发明的具有压力传感器和麦克风构件的传感器模块的第一构造变型方案中，麦克风构件如此设置在壳体和构件叠堆内，使得背侧的空穴由装配决定地封闭并且充当麦克风构件的背侧容积，而通过构件前侧实现声压加载。
在所述第一构造变型方案的一个特别有利的实施方式中充分利用：麦克风构件的膜片结构首先对于声压、即对于快速的压力波动是灵敏的，而其对于指定的截止频率以下的低频压力变化是可穿透的。在所述实施方式中，麦克风构件装配在压力传感器构件的膜片结构上方。静态的压力在此通过麦克风构件的膜片结构和空穴传输到压力传感器元件的膜片结构上，使得在这种情况下间接地实现压力传感器构件的膜片结构的压力加载。在传感器元件的这种布置中，麦克风构件形成一种用于压力传感器元件的前侧的罩，在那构造膜片结构并且必要时还构造电路功能。通过这种方式良好地保护压力传感器元件的灵敏组件免受测量介质的不利影响。
在第一构造变型方案的一种备选实施方式中，压力传感器元件装配在麦克风构件的膜片结构上方。因为压力传感器元件对于声波通常是不可穿透的，所以在此在压力传感器元件装配在麦克风构件上时构造用于麦克风构件的膜片结构的声压加载的压力连接（Druckanschluss）。为此，压力传感器元件例如可以通过直立型结构装配在麦克风构件上。根据连接技术例如可以以结构化的连接层的形式实现这样的直立型结构。
在根据本发明的具有压力传感器元件和麦克风构件的传感器模块的一种第二构造变型方案中，麦克风构件如此装配在壳体内并且尤其装配在壳体的进口上方，使得通过背侧的空穴实现膜片结构的声压加载。背侧的空穴在这种情况下形成麦克风构件的前部容积。优选地，压力传感器元件如此装配在麦克风构件的膜片结构上方，使得在麦克风构件的前侧和壳体内部空间之间存在压力连接（Druckverbindung）。由此，整个壳体内部空间可以用作用于麦克风构件的背侧容积，这积极地影响麦克风功能的灵敏度、信噪比和频率范围。因为如已经提到的那样麦克风构件对于低频压力变化是可穿透的，所以静态的压力在此间接地通过麦克风构件的膜片结构和壳体内部空间传输到压力传感器元件的膜片结构上。此外，在这种构造变型方案中，压力传感器元件满足用于具有膜片结构和必要时集成的电路功能的麦克风构件的前侧的保护功能。
在此讨论的类型的传感器模块通常还包括用于传感器信号的分析处理电子设备。在根据本发明的传感器模块的情况中，存在用于这样的分析处理电子设备的定位的不同可能性。为了不同的传感器功能的去耦合，可能有意义的是，每个传感器元件配备有自己的分析处理电子设备或这样的分析处理电子设备的至少一部分。在相同的或类似的传感器功能中适合的是，使用一个共同的分析处理电子设备。所述共同的分析处理电子设备然后例如可以集成在传感器模块的传感器元件之一上。从制造技术角度来看，混合集成的解决方案证明是特别有利的，其中微机械传感器功能和所属的分析处理电子设备在分离的部件上实现。在这种情况中，用于传感器模块的所有传感器元件的分析处理电子设备可以简单地集成在一个ASIC构件上。具有不同传感器功能的传感器元件大多还具有不同的分析处理周期，使得可以借助相同的电路或借助相同的电路的一部分来顺序地分析处理不同的传感器信号。可能需要的均衡电路通常也可以用于多个传感器元件。
基本上存在用于具有分析处理电子设备的ASIC构件在传感器模块的壳体内的布置的不同可能性。因此，这样的ASIC构件例如设置在具有传感器元件的构件叠堆旁并且面朝上或面朝下地装配在壳体内壁上。传感器元件和ASIC构件之间的电连接可以可选地通过引线键合和/或通过印制导线在壳体内壁上制造。在本发明的一种因为节省空间而特别有利的实施方式中，ASIC构件设置在堆叠的传感器元件下方或上方，即构件叠堆内。ASIC构件面朝上或面朝下的定向在这种情况中不仅取决于构件叠堆内部的位置而且取决于传感器元件的电接通。
如已经提到的那样，在根据本发明的传感器模块的壳体的实现中存在大的设计灵活性，只要其配备有至少一个进口作为介质入口。在简单的结构和连接技术方面，当壳体包括载体（在所述载体上装配构件叠堆并且必要时也装配其他构件）时，这证明是有利的。此外，这类壳体包括至少一个盖部件和/或盖结构，所述至少一个盖部件或盖结构设置在构件叠堆上方并且至少与载体连接。进口在此不仅可以构造在载体中而且可以构造在盖部件中或盖结构中。所述至少一个进口的布置在任何情况下很大程度地取决于传感器模块的传感器功能和使用位置。
在此应再次明确指出，根据本发明的封装方案很好地适于MEMS麦克风构件结合MEMS压力传感器元件的第一级封装，但不限于所述应用并且还可以包括多于两个微机械传感器元件。
附图说明
如先前已经讨论的，存在用于以有利的方式设计和扩展本发明的不同可能性。为此，一方面参考从属于独立权利要求1的权利要求并且另一方面参考根据附图对本发明的多个实施例的后续描述。
图1示出根据本发明的具有麦克风构件和压力传感器元件的传感器模块100的示意性剖视图，其中麦克风构件设置在压力传感器元件上，
图2示出根据本发明的第二传感器模块200的示意性剖视图，其中压力传感器元件设置在麦克风构件上并且介质入口构造在壳体盖中，
图3示出根据本发明的第三传感器模块300的示意性剖视图，其中压力传感器元件设置在麦克风构件上并且麦克风构件装配在壳体的载体中的介质入口上方，
图4示出根据本发明的第四传感器模块201的示意性剖视图，其中用于两个传感器元件的分析电子设备集成在麦克风构件上，
图5a、5b分别示出传感器模块501或502的示意性剖视图，其中用于两个传感器元件的分析电子设备分别集成在单独的ASIC构件上。
在所有附图中，对于传感器模块结构的相同组件使用统一的参考标记。
具体实施方式
所有以下描述的实施例涉及具有作为微机械传感器元件的麦克风构件1和压力传感器元件2的传感器模块，所述微机械传感器元件的传感器功能基于测量介质的直接作用或间接作用。
在麦克风构件1的前侧中构造具有用于信号检测的装置的膜片结构11，其通过麦克风构件1的前侧上的连接盘13接通。膜片结构11横跨构件背侧中的空穴12并且对于声压灵敏，而其对于具有低频的压力变化——所谓的静态压力变化是可穿透的。
压力传感器元件2的膜片结构21也被构造在构件前侧中并且配备有用于信号检测的装置，其通过构件前侧中的连接盘23接通。膜片结构21横跨压力传感器2的衬底中的空腔22，所述压力传感器2是背侧封闭的。所述膜片结构用于静态环境压力的检测。
麦克风构件1和压力传感器元件2分别通过构件背侧置于构件前侧上的方式彼此堆叠，使得上面的传感器元件至少部分地覆盖下面的传感器元件的有效区域，然而确保测量介质对下面的传感器元件的有效区域的作用，所述作用是传感器功能所需的。以下再针对每个实施例单独讨论本发明的这些方面。
在所有以下描述的实施例中，构件叠堆设置在壳体40中，所述壳体包括载体41和盖部件42并且配备有通向壳体内部空间44的至少一个进口43形式的介质入口。构件叠堆分别装配在载体41上，所述载体优选设有用于电接通和屏蔽的至少一个能够导电的、结构化的层。在此，例如可以涉及多面板衬底形式的印刷电路板衬底。盖部件42设置在构件叠堆上方并且环绕地与载体41连接，使得所述盖部件限定壳体内部空间44并且为在那设置的构件形成机械保护。为了电屏蔽壳体内部空间44，盖部件42也可以设有导电层。
可以通过使用减薄的传感器构件来减小这样的传感器模块的结构高度。
为了电接通根据本发明的传感器模块的各个组件，可以至少局部导电地设计构件叠堆的各个传感器元件之间的连接层以及至载体的连接层。
在图1中所示的传感器模块100的情况中，压力传感器元件2通过连接层45以其背侧装配在载体41上并且相应地形成构件叠堆的下面的传感器元件。根据连接层45的类型，所述连接层可以仅仅用于机械固定，但也可以建立构件和载体之间的电连接。此外，在此所示的实施例中，压力传感器元件2还通过连接盘23和键合引线46电连接到载体41上。根据本发明，麦克风构件1以其背侧装配在压力传感器元件2的前侧上，更确切地说，装配在膜片结构21上方，所述膜片结构形成压力传感器元件2的有效区域。麦克风构件1机械地固定在压力传感器元件2的膜片结构21的框架上。相应地，麦克风构件1的空穴12在背侧通过压力传感器元件2的膜片结构21封闭。必要时还可以通过两个构件之间的机械连接建立电连接。任何情况下，麦克风构件1还通过连接盘13和键合引线47与载体41电连接。
传感器模块100的壳体40具有仅仅一个进口43，所述进口被构造在盖部件42中。替代地或作为补充，根据在应用中应如何安装传感器模块以及在所述应用中如何设计测量介质的供应，进口也可以设置在压力传感器元件旁的载体中。在传感器模块100的情况中，在任何情况下，声压从构件前侧起作用于麦克风构件1的膜片结构11并且整个壳体内部空间44用作前部容积。通过压力传感器元件2的膜片结构21封闭的空穴12相应地形成麦克风构件1的背侧容积。
测量介质在这种布置中不直接作用于压力传感器元件2的压敏的膜片结构21。壳体内部空间44中的环境压力在此通过麦克风构件1的膜片结构11和空穴12传输到压力传感器元件2的膜片结构21上并且在那作为膜片偏转检测。
与传感器模块100不同，在图2中所示的传感器模块200中，麦克风构件1装配在载体41上，使得背侧的空穴12通过载体41封闭。根据本发明，压力传感器元件2以其背侧装配在麦克风构件1的前侧上，更确切地说，装配在膜片结构11上方，所述膜片结构形成麦克风构件1的有效区域。为了确保麦克风构件1的传感器功能，压力传感器元件2通过连接层51在膜片结构11的框架范围内机械地固定在麦克风构件1上并且必要时还电连接。
连接层51形成压力传感器元件2和麦克风构件1之间的非环绕封闭的直立型结构并且确保在麦克风构件1的前侧和壳体内部空间44之间存在压力连接。所述压力连接可以以一个或多个管路状的开口的形式在否则封闭的连接层51中实现或者也可以通过如下方式实现：连接层51仅仅在框架范围的一个区段上延伸并且压力传感器元件2相应地仅仅在所述区段中与麦克风构件1连接。当两个传感器元件彼此错开地设置或压力传感器元件比麦克风构件具有明显更小的芯片面积时，所述变型方案尤其适合。在任何情况下，在所述类型的紧固的情况中，形成具有流体阻抗的流体区域，通过所述流体阻抗可以有针对性地影响传感器元件的传输特性，其方式例如是，改变如此连接的传感器元件的重叠程度。在麦克风功能的情况下，这可以被用于调整噪声、频率响应和方向相关性。
如在传感器模块100的情况中那样，传感器模块200的壳体40具有盖部件42中的仅仅一个进口43。相应地，在壳体内部空间44中存在传感器模块200的环境压力，其直接作用于压力传感器元件2的膜片结构21。此外，壳体内部空间44形成用于麦克风构件1的前部容积，因为声压通过至壳体内部空间44的压力连接作用于麦克风构件1的膜片结构11。通过载体41封闭的空穴12在此形成麦克风构件1的背侧容积。因此，在传感器元件200的情况中，测量介质不仅直接作用于压力传感器2的膜片结构21而且直接作用于麦克风构件1的膜片结构11。
传感器模块200的结构和在图3中所示的传感器模块300之间唯一区别在于介质连接（Medienanschluss）或壳体40的进口43的布置。在传感器模块300中，进口43构造在载体41中。麦克风构件1在此装配在载体41上进口43上方，使得介质连接通到麦克风构件1的背侧空穴12中。如在传感器模块200的情况中那样，压力传感器元件2装配在麦克风构件1的膜片结构11上方，更确切地说，通过连接层51装配在麦克风构件1的膜片结构11的框架范围中，使得在麦克风构件1的前侧和壳体内部空间44之间存在压力连接。
在传感器模块300中，通过麦克风构件1的膜片结构11的背侧实现压力加载，其中空穴12充当前部容积。声压由麦克风构件1作为膜片振动检测，其中整个壳体内部空间44用作背侧容积。由此，不仅能够提高麦克风灵敏度而且能够改善信噪比。麦克风功能的频率范围也相对于先前描述的模块变型方案增大。因为麦克风构件1对于指定的截止频率以下的压力变化是可穿透的，所以施加在传感器模块300上的静态压力通过麦克风构件1的膜片结构11传输到壳体内部空间44上并且因此传输到压力传感器元件2的膜片结构21上。如在传感器元件100的情况中那样，测量介质因此在此不直接作用于压力传感器元件2的压敏的膜片结构21。相反地，传感器模块300的环境压力间接通过麦克风构件1的膜片结构11传输到壳体内部空间上并且因此传输到压力传感器元件2的膜片结构21上并且在那作为膜片偏转被检测。
在此还应指出，除了麦克风构件1的膜片结构11以下的载体41中的进口43之外，还可以在壳体的盖部件中和/或载体中构造其他进口。传感器模块连接到施加在壳体两侧上的测量介质上尤其证明是有利的。在麦克风功能的情况中，这例如可以用于噪声抑制、用于传输函数或方向相关性的成形。
根据本发明的传感器模块通常还配备有用于唯一的传感器元件的分析处理电子设备。图4示出传感器模块200的实施变型方案201，其中用于两个传感器元件——麦克风构件1和压力传感器元件2的共同的分析处理电子设备15集成在麦克风构件1上。压力传感器元件2在此如此装配在麦克风构件1上在分析处理电子设备15和膜片结构11上方，使得它形成用于分析处理电子设备15的机械保护和电磁屏蔽。
但用于传感器元件的分析处理电子设备还可以集成在单独的ASIC构件50上，所述单独的ASIC构件随后与传感器元件一起设置在传感器模块的壳体中。除了ASIC构件面朝上或面朝下地在载体上设置在传感器元件的构件叠堆旁的并排布置，ASIC构件50还可以设置在构件叠堆内。在图5a中所示的传感器模块501的情况中，ASIC构件50面朝下地、即翻转地装配在压力传感器元件2、即构件叠堆的上面的传感器元件上。图5b示出一种构造变型方案，其中ASIC构件50以倒芯片技术装配在载体41上并且由麦克风构件1和压力传感器元件2组成的构件叠堆装配在ASIC构件50的背侧上。在此示出的构造变型方案中，在传感器模块的结构高度方面，优选使用减薄的传感器构件和ASIC构件。就此而言，在此还应参考以下可能性：将一个或多个构件如此嵌入载体中和/或如此设计盖部件，使得所述盖部件介质密封地封闭传感器模块的最上面的构件或其他的构件。

Claims (10)

1.一种传感器模块（100），其具有至少两个微机械传感器元件（1，2），所述至少两个微机械传感器元件的传感器功能基于测量介质的直接作用或间接作用，
其特征在于，所述至少两个传感器元件（1，2）设置在一个共同的壳体（40）中，所述壳体具有用于所述测量介质的至少一个进口（43），所述至少两个传感器元件（1，2）通过构件背侧置于构件前侧上的方式彼此堆叠，使得上面的传感器元件（1）至少部分地覆盖下面的传感器元件（2）的有效区域，但确保所述测量介质对所述下面的传感器元件（2）的有效区域的对于所述传感器功能而言所需的作用。
2.根据权利要求1所述的传感器模块（100），其特征在于，所述至少两个传感器元件（1，2）分别包括一个压敏的膜片结构（11，21），一个传感器元件（2）充当压力传感器而另一个传感器元件（1）充当麦克风，并且至少所述麦克风构件（1）的膜片结构（11）横跨所述构件背侧中的空穴（12）。
3.根据权利要求2所述的传感器模块（100），其特征在于，所述麦克风构件（1）如此设置在所述壳体（40）和所述构件叠堆内，使得所述背侧的空穴（12）由装配决定地封闭并且充当用于所述麦克风构件（1）的背侧容积，而通过所述构件前侧实现所述声压加载。
4.根据权利要求3所述的传感器模块（100），其特征在于，所述麦克风构件（1）设置在所述压力传感器元件（2）的膜片结构（12）上方，并且所述压力传感器元件（2）的压力加载通过所述麦克风构件（1）的膜片结构（11）和空穴（12）实现。
5.根据权利要求3所述的传感器模块（200），其特征在于，所述压力传感器元件（2）装配在所述麦克风构件（1）的膜片结构（11）上方，使得用于所述麦克风构件（1）的膜片结构（11）的声压加载的至少一个压力连接位于所述麦克风构件（1）的前侧和所述压力传感器元件（2）的背侧之间。
6.根据权利要求2所述的传感器模块（300），其特征在于，所述麦克风构件（1）如此装配在所述壳体（40）内并且尤其装配在所述壳体（40）的进口（43）上方，使得所述膜片（11）的声压加载通过所述背侧的空穴（12）实现。
7.根据权利要求6所述的传感器模块（300），其特征在于，所述压力传感器元件（2）装配在所述麦克风构件（1）的膜片结构（11）上方，使得在所述麦克风构件（1）的前侧和所述壳体内部空间（44）之间存在压力连接并且所述壳体内部空间（44）充当用于所述麦克风构件（1）的背侧容积。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器模块（201），其具有用于所述传感器元件（1，2）的分析处理电子设备（15），其特征在于，所述分析处理电子设备（15）的至少一部分集成在所述传感器元件（1，2）中的至少一个上和/或同样设置在所述壳体（40）内的至少一个ASIC构件上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器模块（501，502），其具有至少一个ASIC构件（50），用于所述传感器元件（1，2）的分析处理电子设备的至少一部分集成在所述至少一个ASIC构件上，其特征在于，所述ASIC构件（50）是与所述传感器元件（1，2）相同的构件叠堆的组成部分。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器模块（100），其特征在于，所述壳体（40）包括一个载体（41）和至少一个盖部件（42）和/或一个盖结构，所述构件叠堆装配在所述载体上，所述至少一个盖部件和/或一个盖结构与所述载体（41）连接并且包围所述构件叠堆，并且所述至少一个进口（43）构造在所述载体中和/或所述盖部件（42）或所述盖结构中。
CN201310213109.9A 2012-05-31 2013-05-31 传感器模块 Active CN103449353B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012209235.8A DE102012209235B4 (de) 2012-05-31 2012-05-31 Sensormodul mit zwei mikromechanischen Sensorelementen
DE102012209235.8 2012-05-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103449353A true CN103449353A (zh) 2013-12-18
CN103449353B CN103449353B (zh) 2017-04-12

Family

ID=49579437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310213109.9A Active CN103449353B (zh) 2012-05-31 2013-05-31 传感器模块

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9143849B2 (zh)
CN (1) CN103449353B (zh)
DE (1) DE102012209235B4 (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105470212A (zh) * 2014-09-26 2016-04-06 意法半导体(马耳他)有限公司 用于半导体器件的封装及其组装方法
CN105848080A (zh) * 2015-02-03 2016-08-10 英飞凌科技股份有限公司 用于集成的换能器和温度传感器的系统和方法
CN105992116A (zh) * 2015-03-18 2016-10-05 英飞凌科技股份有限公司 用于声换能器和环境传感器组件的系统和方法
CN106458575A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 因文森斯公司 包含微机电系统声敏感测器和环境感测器的集成封装件及其制造方法
CN106716095A (zh) * 2014-09-19 2017-05-24 株式会社村田制作所 压力传感器模块
CN108117036A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 意法半导体股份有限公司 多设备换能器模块、包括换能器模块的电子装置以及用于制造换能器模块的方法
CN108124234A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 意法半导体股份有限公司 多换能器模块、含该模块的电子装置和制造该模块的方法
CN108663487A (zh) * 2018-06-13 2018-10-16 佛山市澄澜点寸科技有限公司 一种气体传感器
CN108827449A (zh) * 2017-05-01 2018-11-16 苹果公司 组合式环境压力和声学mems传感器
CN109582165A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 苹果公司 使用压力传感器的输入控件
CN111107473A (zh) * 2019-12-13 2020-05-05 歌尔股份有限公司 Mic和压力传感器的集成结构与方法
CN111537054A (zh) * 2020-06-20 2020-08-14 南京元感微电子有限公司 一种压力与水声集成传感器及其制备方法
CN114401479A (zh) * 2021-12-28 2022-04-26 荣成歌尔微电子有限公司 骨声纹传感器及电子设备

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10125012B2 (en) 2013-08-27 2018-11-13 Infineon Technologies Ag MEMS device
EP3052901B8 (en) * 2013-10-03 2018-08-29 Robert Bosch GmbH Inertial and pressure sensors on single chip
US9628918B2 (en) * 2013-11-25 2017-04-18 Infineon Technologies Ag Semiconductor device and a method for forming a semiconductor device
DE102014203881A1 (de) * 2014-03-04 2015-09-10 Robert Bosch Gmbh Bauteil mit Mikrofon- und Mediensensorfunktion
DE102015206863B3 (de) * 2015-04-16 2016-05-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Mikrofonstruktur und einer Drucksensorstruktur im Schichtaufbau eines MEMS-Bauelements
DE102015107557A1 (de) * 2015-05-13 2016-11-17 USound GmbH Leiterplattenmodul mit durchgehender Aussparung sowie diesbezügliche Schallwandleranordnung sowie Herstellungsverfahren
CN104883652B (zh) * 2015-05-29 2019-04-12 歌尔股份有限公司 Mems麦克风、压力传感器集成结构及其制造方法
CN205442631U (zh) * 2015-05-29 2016-08-10 意法半导体股份有限公司 封装的传感器组件
WO2017015516A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 Knowles Electronics, Llc Microphone with humidity sensor
KR101684526B1 (ko) * 2015-08-28 2016-12-08 현대자동차 주식회사 마이크로폰 및 그 제조 방법
US10129676B2 (en) * 2016-02-16 2018-11-13 Infineon Technologies Ag MEMS microphone, apparatus comprising a MEMS microphone and method for fabricating a MEMS microphone
US9952110B2 (en) * 2016-03-29 2018-04-24 Infineon Technologies Ag Multi-die pressure sensor package
US10861796B2 (en) * 2016-05-10 2020-12-08 Texas Instruments Incorporated Floating die package
US10351419B2 (en) 2016-05-20 2019-07-16 Invensense, Inc. Integrated package containing MEMS acoustic sensor and pressure sensor
DE102018207605B4 (de) * 2018-05-16 2023-12-28 Infineon Technologies Ag MEMS-Sensor, MEMS-Sensorsystem und Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Sensorsystems
US11945714B2 (en) * 2020-07-30 2024-04-02 Stmicroelectronics S.R.L. Electronic device and corresponding method
CN112492485B (zh) * 2020-12-03 2022-05-10 重庆黄葛树智能传感器研究院有限公司 一种可切换的硅麦克风

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1993001A (zh) * 2005-12-27 2007-07-04 雅马哈株式会社 半导体器件
US20080267431A1 (en) * 2005-02-24 2008-10-30 Epcos Ag Mems Microphone
CN101437187A (zh) * 2007-11-15 2009-05-20 财团法人工业技术研究院 用以减缩微型传感器封装体积的堆叠式封装结构
US20100284553A1 (en) * 2009-05-11 2010-11-11 Stmicroelectronics S.R.L. Assembly of a capacitive acoustic transducer of the microelectromechanical type and package thereof
CN102158787A (zh) * 2011-03-15 2011-08-17 迈尔森电子（天津）有限公司 Mems麦克风与压力集成传感器及其制作方法
US20120018820A1 (en) * 2009-04-01 2012-01-26 Panasonic Corporation Semiconductor device
CN102340727A (zh) * 2010-06-01 2012-02-01 欧姆龙株式会社 传声器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4307825C2 (de) 1993-03-12 1997-10-23 Sennheiser Electronic Doppelwandler für Kondensatormikrofone mit variabler Richtcharakteristik
US20080192962A1 (en) 2007-02-13 2008-08-14 Sonion Nederland B.V. Microphone with dual transducers
DE102008043271A1 (de) 2008-10-29 2010-05-06 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung zur Differenzdruckmessung
US8390083B2 (en) 2009-09-04 2013-03-05 Analog Devices, Inc. System with recessed sensing or processing elements
DE102010015400B4 (de) 2010-04-19 2013-01-17 Siemens Medical Instruments Pte. Ltd. Mikrofon für eine Hörvorrichtung sowie Verfahren zum Ermitteln eines Luftschalls und eines Körperschalls
DE102010064120B4 (de) * 2010-12-23 2023-05-25 Robert Bosch Gmbh Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
US8290184B2 (en) * 2011-02-11 2012-10-16 Fan-En Yueh MEMS microphone
DE102011004577B4 (de) * 2011-02-23 2023-07-27 Robert Bosch Gmbh Bauelementträger, Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementträgers sowie Bauteil mit einem MEMS-Bauelement auf einem solchen Bauelementträger

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080267431A1 (en) * 2005-02-24 2008-10-30 Epcos Ag Mems Microphone
CN1993001A (zh) * 2005-12-27 2007-07-04 雅马哈株式会社 半导体器件
CN101437187A (zh) * 2007-11-15 2009-05-20 财团法人工业技术研究院 用以减缩微型传感器封装体积的堆叠式封装结构
US20120018820A1 (en) * 2009-04-01 2012-01-26 Panasonic Corporation Semiconductor device
US20100284553A1 (en) * 2009-05-11 2010-11-11 Stmicroelectronics S.R.L. Assembly of a capacitive acoustic transducer of the microelectromechanical type and package thereof
CN102340727A (zh) * 2010-06-01 2012-02-01 欧姆龙株式会社 传声器
CN102158787A (zh) * 2011-03-15 2011-08-17 迈尔森电子（天津）有限公司 Mems麦克风与压力集成传感器及其制作方法

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106458575A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 因文森斯公司 包含微机电系统声敏感测器和环境感测器的集成封装件及其制造方法
CN106458575B (zh) * 2014-05-09 2018-07-06 因文森斯公司 包含微机电系统声敏感测器和环境感测器的集成封装件及其制造方法
US10343897B2 (en) 2014-05-09 2019-07-09 Invensense, Inc. Integrated package containing MEMS acoustic sensor and environmental sensor and methodology for fabricating same
CN106716095A (zh) * 2014-09-19 2017-05-24 株式会社村田制作所 压力传感器模块
CN105470212B (zh) * 2014-09-26 2019-01-01 意法半导体(马耳他)有限公司 用于半导体器件的封装及其组装方法
CN105470212A (zh) * 2014-09-26 2016-04-06 意法半导体(马耳他)有限公司 用于半导体器件的封装及其组装方法
CN105848080A (zh) * 2015-02-03 2016-08-10 英飞凌科技股份有限公司 用于集成的换能器和温度传感器的系统和方法
CN105992116A (zh) * 2015-03-18 2016-10-05 英飞凌科技股份有限公司 用于声换能器和环境传感器组件的系统和方法
CN105992116B (zh) * 2015-03-18 2019-07-12 英飞凌科技股份有限公司 用于声换能器和环境传感器组件的系统和方法
CN108117036A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 意法半导体股份有限公司 多设备换能器模块、包括换能器模块的电子装置以及用于制造换能器模块的方法
CN108124234A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 意法半导体股份有限公司 多换能器模块、含该模块的电子装置和制造该模块的方法
CN108124234B (zh) * 2016-11-30 2021-01-08 意法半导体股份有限公司 多换能器模块、含该模块的电子装置和制造该模块的方法
CN108827449A (zh) * 2017-05-01 2018-11-16 苹果公司 组合式环境压力和声学mems传感器
CN109582165A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 苹果公司 使用压力传感器的输入控件
CN109582165B (zh) * 2017-09-29 2021-03-16 苹果公司 使用压力传感器的输入控件
CN108663487A (zh) * 2018-06-13 2018-10-16 佛山市澄澜点寸科技有限公司 一种气体传感器
CN111107473A (zh) * 2019-12-13 2020-05-05 歌尔股份有限公司 Mic和压力传感器的集成结构与方法
CN111107473B (zh) * 2019-12-13 2022-02-25 潍坊歌尔微电子有限公司 Mic和压力传感器的集成结构与方法
CN111537054A (zh) * 2020-06-20 2020-08-14 南京元感微电子有限公司 一种压力与水声集成传感器及其制备方法
CN111537054B (zh) * 2020-06-20 2020-09-29 南京元感微电子有限公司 一种压力与水声集成传感器及其制备方法
CN114401479A (zh) * 2021-12-28 2022-04-26 荣成歌尔微电子有限公司 骨声纹传感器及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN103449353B (zh) 2017-04-12
DE102012209235B4 (de) 2023-08-10
US9143849B2 (en) 2015-09-22
US20130322675A1 (en) 2013-12-05
DE102012209235A1 (de) 2013-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103449353A (zh) 传感器模块
CN107343249B (zh) 多设备模块、包括该模块的装置和制造该模块的方法
US9998812B2 (en) Surface mountable microphone package, a microphone arrangement, a mobile phone and a method for recording microphone signals
US6732588B1 (en) Pressure transducer
CN204281296U (zh) Mems传感器器件组件和电子设备
CN101316462B (zh) 微机电系统麦克风封装体及其封装组件
US8625832B2 (en) Packages and methods for packaging microphone devices
US9485560B2 (en) Embedded circuit in a MEMS device
US8526665B2 (en) Electro-acoustic transducer comprising a MEMS sensor
US9369788B1 (en) MEMS microphone package
US20120280335A1 (en) Component
CN105102952A (zh) Mems压力传感器组件
US9319772B2 (en) Multi-floor type MEMS microphone
PL209935B1 (pl) Układ czujnika na bazie krzemu do mikrofonu
JP2003508997A (ja) 圧力変換器
CN109644307B (zh) 麦克风和压力传感器封装件以及制造麦克风和压力传感器封装件的方法
JP2007060389A (ja) シリコンマイクロホンパッケージ
WO2013156539A1 (en) Assembly of a semiconductor integrated device including a mems acoustic transducer
JP2007150514A (ja) マイクロホンパッケージ
US10199344B2 (en) Side ported MEMS sensor device package and method of manufacturing thereof
US9516424B2 (en) Micromechanical sensor system combination and a corresponding manufacturing method
CN105993207A (zh) 用于装配麦克风构件的电路板和具有这种电路板的麦克风模块
CN207649640U (zh) 一种惯性传感器、环境传感器的封装结构
CN216491057U (zh) 一种麦克风结构及电子设备
WO2016153871A1 (en) Embedded circuit in a mems device

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant