CN220542324U - 传感器设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于检测异物的存在的封装压力传感器设备和对应方法。一种压力传感器设备具有：压力检测结构，其被提供在半导体材料的第一裸片中；封装物，其被配置为在内部以不可渗透的方式容纳压力检测结构，该封装物具有基底结构和主体结构，主体结构布置在基底结构上，具有与外部环境接触的进入开口并且在内部限定壳体腔，覆盖有涂层材料的第一裸片被布置在该壳体腔中。在壳体腔中容纳超声型的压电换能结构，以便允许检测在涂层材料上方且在封装物内的异物。特别地，压电换能结构集成在第一裸片中，该第一裸片包括：第一部分，压力检测结构被集成在第一部分中；以及与第一部分分离且不同的第二部分，压电换能结构被集成在第二部分中。

Description

传感器设备

技术领域

本公开涉及封装压力传感器设备。

背景技术

微机电(所谓的MEMS-微机电系统)压力传感器(或气压计)已知是不可渗透或密封型的，或在任何情况下是耐水的(所谓的“防水”)。

这些压力传感器可以被使用在诸如智能电话、智能手环或智能手表的便携式或可穿戴电子装置中，该便携式或可穿戴电子装置可以用于水下应用或一般在水里使用。

这些压力传感器通常包括检测结构，该检测结构具有悬置在腔上方的膜，并且在该膜中提供检测元件(例如压阻器)以检测由撞击压力波而引起的变形。

通常与被提供作为ASIC(专用集成电路)的对应的信号读取和处理电子器件一起，检测结构被集成在封装物内，该ASIC提供指示检测到的压力的压力信号。

上述封装物具有入口开口以允许检测外部压力，并且在内部限定腔，在该腔中容纳上述检测结构和相关联的ASIC。

通常，该腔填充有保护材料，诸如涂层凝胶(所谓的“灌封凝胶”)，该保护材料涂覆和保护检测结构和ASIC例如免受来自外部环境的污染物、灰尘、化学物质、流体(特别是水)影响。仅这种保护材料与外部环境接触，从而有效地使腔(填充有相同的保护材料)不可渗透或密封。

除了检测压力值(以及可能的相关联的海拔值)之外，压力传感器还可以由处理模块(可能集成在上述ASIC中并例如被提供有人工智能处理核)用于识别由便携式或可穿戴电子装置的用户执行的活动。通过示例的方式，可以通过识别压力信号中的对应模式来检测的一些活动包括：用户的脚步；举重；使用电梯；使用自行车；游泳(或浮潜)。

在使用压力传感器时，水或其他液体(诸如汗水、雨水等)可能会从上述进入开口进入腔中，从而与保护材料接触。一般，对压力传感器来说是外来的任何材料都可能进入封装物，例如，包括污染颗粒等。

由压力传感器提供的压力信号可能会受到这种异物的存在影响；例如，在水(更一般地，液体)的情况下，检测到的信号不能被正确地使用，例如用于识别活动，直到相同的水的蒸发；事实上，由于不同的环境因素、蒸发速率、表面张力等，水的存在可能会修改压力检测。

例如，压力信号可以更缓慢地变化，从而延迟在其之后模式识别可以用于检测用户活动的时间。

还已知的是，一些压力传感器可以具有双满量程：第一满量程，用于检测环境压力(或气压压力，例如用于监测海拔或高度)；以及第二(更高)满量程，用于检测在水里发生的压力(例如用于深度监测)。

在这些压力传感器中，可以实现对插入水里(即从外部环境、空气到水中或水下环境的操作环境变化)的自动检测，以便自动激活/去激活一些特定功能，并且特别是，自动改变用于压力检测的满量程值。在这方面，可以通过适当调整与压力检测相关联的读取电子器件的增益因子来实现满量程变化。

一般，排他地或主要根据检测到的压力值来实现对操作环境变化的自动检测。例如，如果检测到的压力值超过高于空气或气压压力的某一阈值(在这种情况下激活较高的满量程)或低于比相同气压压力低的某一阈值(在这种情况下激活较低的满量程)达设置时间间隔，则可以实现压力传感器满量程自动变化。

然而，一般，已经观察到，目前使用的解决方案不允许覆盖操作环境变化的上述自动识别中的所有可能使用情况。例如，将在其中集成了压力传感器的电子装置(例如，智能手表)缓慢地引入水中可能无法正确地被检测到。

一般，在检测操作环境变化时存在发生错误(所谓的“假阳性”)的可能性，因为不同的事件原则上可能导致可能被不正确地解释为操作环境改变的压力变化。

例如，在可穿戴电子装置的情况下，当电子装置实际上仍然在空气中操作时，在检测引入水中时的假阳性可能导致压力传感器满量程的变化(在这种情况下是不期望的)，和/或可能导致装置的一些功能被错误地禁用。

实用新型内容

总体上，本公开旨在克服先前强调的已知解决方案的缺点。

在一个方面，提供了一种传感器设备，其包括：第一裸片，第一裸片包括压力检测结构以及超声的压电换能结构；封装物，包含第一裸片，封装物包括基底结构和基底结构上的主体结构，封装物具有与外部环境流体连通的进入开口，封装物在内部限定壳体腔，在壳体腔中布置有第一裸片，并且在壳体腔中第一裸片被涂层材料覆盖，涂层材料在封装物内并且在壳体腔中，其中第一裸片的压电换能结构被配置为允许检测涂层材料上的异物。

在一些实施例中，第一裸片还包括：第一部分，压电换能结构被集成在第一部分处；以及第二部分，与在其处集成了压电换能结构的第一部分分离且不同。

在一些实施例中，压电换能结构包括：在第一裸片的表面处的第一膜，第一膜被布置在埋设在第一裸片内的第一腔之上；在第一膜之上形成的压电堆叠，压电堆叠包括第一电极、压电材料区域和第二电极，压电材料区域被插设在第一电极与第二电极之间，并且第一电极被布置在第一裸片的表面上。

在一些实施例中，压力检测结构包括：在第一裸片的表面处的第二膜，第二膜被布置在埋设在第一裸片内的第二腔之上；以及压阻型的检测元件，检测元件被布置在第二膜中，并且被配置为允许检测由于撞击压力波而引起的第二膜的变形。

在一些实施例中，传感器设备还包括：第二裸片，第二裸片包括处理电路，处理电路被实现为ASIC专用集成电路，并且第二裸片位于封装物的壳体腔中。处理电路包括：用于驱动压电换能结构的驱动模块，驱动模块被配置为向第一电极和第二电极提供偏置信号，以使第一膜变形并且生成超声的检测声波；以及检测模块，检测模块被配置为当第二膜通过由于检测声波的反射而引起的回声而变形时读取由压电换能结构换能的电信号。

在一些实施例中，检测模块被配置为：通过处理通过压电检测结构检测到的、由于回声而引起的检测到的信号的特性，来检测在封装物的壳体腔的部分中的异物的存在，异物插设在涂层材料与进入开口之间。

在一些实施例中，检测模块被配置为确定与异物相关联的声阻抗改变。

在一些实施例中，检测模块被配置为：确定以下中的至少一项：检测到的信号中的峰的幅度和峰相对于检测声波的生成的时刻的时间位置；以及根据以下中的至少一项来确定异物的存在：峰的幅度，峰的时间位置。

在一些实施例中，第一裸片和第二裸片堆叠，其中第二裸片的第一表面通过结合区域耦接到第一裸片的第二表面。

在一些实施例中，压电换能结构包括：在第一裸片中的多个腔；多个膜，多个膜被布置在第一裸片的表面处的矩阵或阵列中，多个膜与多个腔重叠；以及在第一裸片的表面处的多个压电堆叠，多个压电堆叠与多个膜重叠。

在一些实施例中，涂层材料填充除了壳体腔的部分之外的壳体腔，壳体腔的部分通过进入开口与外部环境流体连通。

在另一方面，提供了一种传感器设备，其包括：基底结构，包括表面；主体结构，耦接在基底结构的表面上，主体结构包括进入开口；壳体腔，由基底结构和主体结构限定；第一裸片，在壳体腔内并且在基底结构的表面上；第二裸片，在壳体腔内并且堆叠在第二裸片上，第二裸片包括压电检测结构以及压电换能结构；在壳体腔中的涂层材料，覆盖第一裸片并且覆盖第二裸片，涂层材料包括通过进入开口暴露的表面。

在一些实施例中，压电换能结构是超声型的。

在一些实施例中，第二裸片还包括背对着第一裸片的表面，压电检测结构位于第一裸片的表面处，并且压电换能结构位于第一表面处。

在一些实施例中，压电换能结构包括：在第一裸片内的第一腔；第一膜，跨第一腔延伸；以及在膜上的压电堆叠结构。

在一些实施例中，压电堆叠结构包括膜上的第一电极、第一电极上的压电层、以及压电层上的第二电极。

在一些实施例中，压电检测结构包括：第二腔，在第一裸片中并且与第一腔间隔开；第二膜，跨第二腔延伸；以及检测元件，在第一裸片中并且与第二膜重叠。

因此，根据本公开，提供了一种用于检测异物的存在的压力传感器设备。

在本公开的压力传感器设备的至少一个实施例中包括：压力检测结构，其被提供在半导体材料的第一裸片中；封装物，其被配置为在内部以不可渗透的方式容纳所述压力检测结构，该封装物包括基底结构和主体结构，主体结构布置在基底结构上，具有与外部环境接触的进入开口并且在内部限定壳体腔，被涂层材料覆盖的所述第一裸片被布置在壳体腔中，包括容纳在所述壳体腔中的超声型的压电换能结构，其被配置为允许检测在所述封装物内的所述涂层材料上的异物。

在任何情况下，要强调的是，在压力传感器设备的封装物内集成了压电检测结构允许检测在相同封装物内的异物，这具有高准确度并且具有有限的能耗和附加区域占用。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在纯粹通过非限制性示例的方式并参考所附附图描述本公开的实施例，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的压力传感器设备的示意性横截面；

图2示出了在对应的封装物内存在异物的情况下图1的压力传感器设备的示意性横截面；

图3A至3C是与图1的设备的膜在不同操作条件下的变形的模拟有关的图表；

图4A至4B是与图1的设备的操作有关的电信号；

图5A至5C是与图2的设备的膜在不同操作条件下的变形的模拟有关的图表；

图6A至6B是与图2的设备的操作有关的电信号；

图7示出了在对应的封装物内存在不同配置的异物的情况下图1的压力传感器设备的示意性横截面；以及

图8是在其中可以使用图1的压力传感器设备的电子装置的示意性框图。

具体实施方式

图1示出了压力传感器设备1，压力传感器设备1包括压力检测结构2，该压力检测结构被提供在半导体材料(特别是硅)的第一裸片4中。

第一裸片4具有顶表面4a和底表面4b，顶表面4a和底表面4b平行于水平面xy延伸，并沿正交于上述水平面xy的垂直轴z彼此相对。

压力检测结构2包括第一膜6，该第一膜被提供在顶表面4a处，布置在第一腔7上方，第一腔7埋设在裸片4内；换句话说，第一膜6插设在下面的第一腔7与第一裸片4的上述顶表面4a之间。

检测元件8(特别是压阻器)被布置在第一膜6内，被配置为允许检测由于撞击压力波而引起的第一膜6的变形。

压力传感器设备1还包括处理电路10，该处理电路被实现为ASIC，集成在半导体材料(特别是硅)的第二裸片12中，该第二裸片具有相应的顶表面12a和相应的底表面12b。

在示出的实施例中，上述第一裸片4和第二裸片12堆叠布置，其中第二裸片12的顶表面12a通过第一结合区域13与第一裸片4的底表面4b耦接。

第一结合线15将由第一裸片4的顶表面4a承载的第一焊盘16电连接到由第二裸片12的顶表面12a承载的相应的第二焊盘17，以允许在压力检测结构2(以及对应的检测元件8)与处理电路10之间的电连接。

特别地，处理电路10被配置为根据由检测元件8提供的电信号来生成压力信号，该压力信号指示撞击在第一膜6上的压力值。

压力传感器设备1还包括封装物20，该封装物被配置为在内部以不可渗透或密封的方式容纳由压力检测结构2和相关联的处理电路10形成的上述堆叠。

封装物20包括基底结构21和主体结构22，主体结构22被布置在基底结构21上，并且具有杯状，并且在内部限定壳体腔23，在壳体腔23中布置有压力检测结构2和处理电路10。

特别地，第二裸片12的底表面12b通过第二结合区域24耦接到基底结构21的面向上述壳体腔23的内表面21a。

第二结合线25将由第二裸片12的顶表面12a承载的第三焊盘26电连接到由基底结构21的内表面21a承载的相应的第四焊盘27，以允许在处理电路10与封装物20外部的外部环境之间的电连接。

为此目的，导电的通孔28穿过基底结构21的整个厚度，并将上述第四焊盘27连接到连接元件29，该连接元件例如以相应焊盘(如示出示例中)或导电凸块的形式提供，由相同基底结构21的外表面21b承载，布置为与外部环境接触。

以未示出的方式，这些连接元件29可以从封装物20的外部接触，例如用于将压力信号传输到电子装置的控制和管理单元，压力传感器设备1被并入该电子装置中。

上述主体结构22在上面(在与基底结构21相对的端部处)具有进入开口30，进入开口30与壳体腔23流体连通，以用于允许在封装物20内引入待检测的压力波。

涂层材料32几乎完全填充上述壳体腔23，并完全覆盖和涂覆由压力检测结构2和相关联的处理电路10形成的上述堆叠，以确保其不可渗透性；该涂层材料(灌封凝胶)32特别地是涂层凝胶，例如硅酮凝胶。

相反，壳体腔23的顶部部分23'保持没有上述涂层材料32，并且因此包含通过进入开口30与外部环境流体连通的空气。

根据本公开的具体方面，压力传感器设备1还包括超声型的压电换能结构35，所谓的PMUT(压电微机械超声换能器)。

该压电换能结构35集成在相同的第一裸片4中，在第一裸片4中制作压力检测结构2；特别地，第一裸片4因此包括：第一部分4′，在第一部分4′中集成了压力检测结构2；以及与第一部分4′分离且不同的第二部分4″，在第二部分4″中集成了压电换能结构35。

详细地，压电换能结构35包括第二膜36，该第二膜36被提供在裸片4的顶表面4a处，布置在第二腔37上方，第二腔37埋设在裸片4内；换句话说，第二膜36插设在下面的第二腔37与第一裸片4的上述顶表面4a之间。

第二膜36具有例如沿垂直轴z的等于5μm的厚度，以及在水平面xy中具有等于120μm的直径的基本上圆形的延伸，而第二腔37具有沿相同的垂直轴z的等于3μm的厚度。

在第二膜36上方提供压电堆叠38，压电堆叠38由底部电极38a、压电材料区域38b和顶部电极38c形成(压电材料区域38b插设在底部电极38a与顶部电极38b之间，并且相同的底部电极38a被布置在第一裸片4的顶表面4a上，其延伸基本上对应于下面的第二膜36)。

以未详细示出的方式，适当的电连接轨道将上述底部电极38a和顶部电极38b连接到由第一裸片4的顶表面4a承载的第一焊盘16中的相应第一焊盘，以用于通过由第二裸片12的顶表面12a承载的第二焊盘17中的相应第二焊盘而连接到处理电路10。

特别地，处理电路10包括(如上述图1示意性示出的)：用于压电换能结构35的驱动模块39a，用于向上述底部电极38a和顶部电极38b提供适当的偏置信号，以引起第二膜36的变形并生成检测声波(特别是超声波，例如共振频率约为5MHz)；以及还包括检测模块39b，用以读取当第二膜36通过撞击声波而变形时由相同的底部电极38a和顶部电极38b换能的电信号，该撞击声波是由于上述检测声波的回声而引起的。

在操作期间，上述压电换能结构35允许通过检测与相同涂层材料32的存在相关联的声阻抗改变来检测封装物20内的异物的存在，特别地该异物插设在涂层材料32与进入开口30之间，在壳体腔23的上述顶部部分23'中。

通过由压电换能结构35生成的检测声波产生的回声由相同压电换能结构35检测(以及例如由处理电路10的上述检测模块39b处理)。

特别地，检测到的信号具有受上述异物的存在影响的特性(例如在幅度和对应的时间趋势方面)，上述异物的存在事实上会引起声阻抗改变和检测声波的不同反射模式。例如，检测模块39b被配置为确定检测到的信号中的峰的幅度和/或相同峰相对于上述检测声波的生成的时刻的时间位置。

图2示意性地示出了异物区域42的存在，在该示例中，异物区域42具有在相同涂层材料32上方的局部布置(具有可变尺寸)；在该示例中，该异物区域42是存在于壳体腔23的顶部部分23'中并且尚未蒸发的一滴(或某个量的)残留水。

然而，要强调的是，该异物区域42可以备选地是不同液体的，或者包括污染材料的一个或多个固体颗粒。

图3A至3C示意性地示出，在上述异物区域42不存在的情况下，在从由压电换能结构35生成相同检测声波起的三个不同时刻中，由于压电换能结构35的第二膜36的变形而引起的检测声波的模拟趋势。

特别地，图3C强调了在封装物20的进入开口30处、由于在涂层材料32与壳体腔23的顶部部分23'中的空气之间的界面处的声阻抗改变而引起的反射。

图4A示出了第二膜36的表面的由S_d指示的(沿垂直轴z的)垂直位移的实际趋势，其中可以标识由于压电堆叠38的致动而引起的幅度峰，以及随后由于在涂层材料32与空气之间的界面处的反射而引起的回声。

图4B示出了根据压电检测结构35在接收到上述回声时的响应、由S_r指示的检测信号的对应趋势，在该示例中，检测信号的对应趋势在压电堆叠38的致动之后的1.15μs的时间间隔之后具有最大幅度峰。

图5A至5C示出了在从由相同压电换能结构35生成检测声波起的三个不同时刻中，与由于压电换能结构35的第二膜36的变形引起的检测声波的趋势相关的类似模拟，这次是在上述异物区域42存在的情况下。

在这种情况下，在封装物20的进入开口30处，由于在涂层材料32与异物区域42之间的界面处的第一声阻抗改变以及在相同异物区域42与空气之间的第二声阻抗改变，发生两次反射。

图6A示出第二膜36的表面的垂直位移S_d的对应趋势，其中，可以标识由于压电堆叠38的致动而引起的峰，以及随后与由于在涂层材料32与异物区域42之间的界面处的第一反射而引起的第一回声相关联的第一变形，以及随后与由于在涂层材料32与空气之间的第二反射而引起的第二回声相关联的第二变形。

图6B示出在接收到上述回声时的检测信号S_r的对应趋势。由于上述第一回声，在该示例中检测信号的最大峰出现在压电堆叠38的致动之后的等于3.5μs的时间间隔之后，因此相对于不存在异物区域42的情况具有更大的时间延迟(参见对应的图4B)。

总体上，显而易见的是，检测信号S_r的特性和趋势指示在封装物20内存在上述异物区域42。

如图7所示，上述异物区域42也可以是材料(例如水或不同的液体)的连续区域，该材料的连续区域插设在涂层材料32与进入开口30之间，贯穿相同进入开口30在水平面xy中的延伸。该异物区域42的厚度可以变化；此外，相同异物区域42也可以可能存在于进入开口30外部，例如，在并入有压力传感器设备1的电子装置浸入水中(或另一流体中)的情况下。

图8示意性地示出了电子装置50，特别是可穿戴类型的电子装置50(例如智能手环或智能手表)，电子装置50包括前面描述的压力传感器设备1。

电子装置50包括主控制器52(微控制器、微处理器或类似的数字处理单元)，主控制器52与压力传感器设备1的处理电路10耦接，以便接收与压力检测相关的信息，以及还有与在封装物20内检测到的任何异物的存在相关的信息。

根据对上述异物的检测，主控制器52可以执行特定动作，例如(在水的情况下)在对由相同压力传感器设备1提供的压力信号执行模式识别之前等待适合于蒸发的时间间隔，或者生成与相同异物的存在相关联的警报信号。

从前面的描述清楚地看出由本公开提供的优点。

在任何情况下，要强调的是，在压力传感器设备1的封装物20内集成了压电检测结构35允许检测在相同封装物20内的异物，这具有高准确度并且具有有限的能耗和附加区域占用。

此外，由上述压电检测结构35提供的检测信号可以用于帮助确定在其中使用压力传感器设备1的电子装置50进入水中，从而允许消除或在任何情况下大大减少错误检测(假阳性)的数量。

最后，变体和修改可以适用于本公开，而不会因此脱离由权利要求所限定的范围。

特别地，以未示出的方式，多个压电检测结构35可以集成在第一裸片4中，布置在相同的第一裸片4的顶表面4a处的矩阵或阵列中。

例如，压电检测结构35的适当布置可以允许扫描整个进入腔30，或在任何情况下以任何期望方式引导生成的检测声波。

此外，要强调的是，与由压电检测结构35检测回声相关联的信号的处理可以在压力传感器设备1的外部执行(例如由上述电子装置50的主控制器52执行)，而不是由处理电路10执行。

此外，要强调的是，压力传感器设备1可以具有各种使用领域，例如用于工业或汽车应用，一般来说，用在其中需要密封压力检测并且可能会发生污染材料(诸如灰尘、流体或化学物质)进入相同压力传感器设备1的封装物20的可能性的任何应用中。

在本公开的至少一个实施例中，一种压力传感器设备(1)可以概括为包括：压力检测结构(2)，其被提供在半导体材料的第一裸片(4)中；封装物(20)，其被配置为在内部以不可渗透的方式容纳所述压力检测结构(2)，该封装物(20)包括基底结构(21)和主体结构(22)，主体结构(22)布置在基底结构(21)上，具有与外部环境接触的进入开口(30)并且在内部限定壳体腔(23)，在该壳体腔中被布置有被涂层材料(32)覆盖的所述第一裸片(4)，压力传感器设备(1)包括容纳在所述壳体腔(23)中的超声型的压电换能结构(35)，压电换能结构(35)被配置为允许检测在所述封装物(20)内的所述涂层材料(32)上的异物(42)。

所述压电换能结构(35)可以集成在所述第一裸片(4)中，第一裸片(4)可以包括：第一部分(4′)，压力检测结构(2)可以集成在第一部分(4′)中；以及与所述第一部分(4′)分离且不同的第二部分(4″)，压电换能结构(35)可以集成在第二部分(4″)中。

所述压电换能结构(35)可以包括：至少一个膜(36)，其被提供在第一裸片(4)的顶表面(4a)处，布置在腔(37)上方，腔(37)埋设在第一裸片(4)内；在膜(36)上方形成的压电堆叠(38)，其由底部电极(38a)、压电材料区域(38b)和顶部电极(38c)制成，压电材料区域(38b)被插设在底部电极(38a)与顶部电极(38b)之间，并且底部电极(38a)被布置在第一裸片(4)的顶表面(4a)上。

所述压力检测结构(2)可以包括：相应的膜(6)，其被提供在所述第一裸片(4)的顶表面(4a)处，布置在相应的腔(7)上方，腔(7)埋设在第一裸片(4)内；以及压阻型的检测元件(8)，其被布置在所述相应的膜(6)中并被配置为允许检测由于撞击压力波而引起的相应的膜(6)的变形。

因而，所述设备还可以包括处理电路(10)，其被实现为ASIC(专用集成电路)，集成在半导体材料的第二裸片(12)中，第二裸片(12)被容纳在所述封装物(20)的所述壳体腔(23)中；处理电路(10)可以包括：用于驱动所述压电换能结构(35)的驱动模块(39a)，其被配置为向所述底部电极(38a)和顶部电极(38b)提供偏置信号以使所述膜(36)变形并生成超声检测声波；以及检测模块(39b)，其被配置为当膜(36)通过由于所述检测声波的反射引起的回声而变形时读取由压电换能结构(35)换能的电信号。

所述检测模块(39b)可以被配置为：通过处理通过所述压电检测结构(35)检测到的、由于所述回声而引起的信号的特性，来检测封装物(20)的壳体腔(23)的顶部部分(23′)中的所述异物(42)的存在，所述异物(42)插设在涂层材料(32)与进入开口(30)之间。

检测模块(39b)可以被配置为确定与所述异物相关联的声阻抗改变。

所述检测模块(39b)可以被配置为：确定检测到的信号中的峰的幅度和/或峰相对于所述检测声波的生成的时刻的时间位置；以及可以根据所述峰的幅度和/或所述峰的时间位置来确定所述异物(42)的存在。

所述第一裸片(4)和第二裸片(12)可以堆叠布置，其中第二裸片(12)的顶表面(12a)通过结合区域(13)耦接到第一裸片(4)的底表面(4b)。

所述压电换能结构(35)可以包括：多个膜(36)，其被布置为在相应腔(37)上方的所述第一裸片(4)的顶表面(4a)处形成矩阵或阵列；以及在膜(36)上方形成的相应压电堆叠(38)。

所述涂层材料(32)可以填充除了对应的顶部部分(23′)之外的所述壳体腔(23)，该对应的顶部部分可以通过进入开口(30)与外部环境流体连通；并且所述异物(42)可以被布置在壳体腔(23)的所述顶部部分(23′)中。

所述异物(42)可以包括一定量的液体和/或污染材料的固体颗粒。

所述液体可以是水。

在本公开的至少一个实施例中，一种电子装置(50)可以概括为包括压力传感器设备(1)和主控制器(52)，该主控制器耦接到所述压力传感器设备(1)，并且被配置为响应于对所述异物(42)的检测而执行和/或激活特定动作。

该装置可以是可穿戴类型的，以用于在水中或水下的应用。

在本公开的至少一个实施例中，一种用于检测异物(42)的方法可以概括为包括压力传感器设备(1)，该压力传感器设备(1)被提供具有：在半导体材料的第一裸片(4)中制成的压力检测结构(2)；封装物(20)，其被配置为在内部以不可渗透的方式容纳所述压力检测结构(2)，所述封装物(20)包括基底结构(21)和主体结构(22)，主体结构(22)布置在基底结构(21)上，具有与外部环境接触的进入开口(30)，并且在内部限定壳体腔(23)，覆盖有涂层材料(32)的所述第一裸片(4)被布置在该壳体腔中，该方法包括：确定在所述涂层材料(32)上方和在所述封装物(20)内的所述异物(42)的存在，其中该确定包括通过在超声中操作并容纳在所述壳体腔(23)中的压电换能结构(35)生成超声检测声波；以及处理通过所述压电换能结构(35)检测到的、由于与所述检测声波的反射相关联的回声而引起的电信号。

处理可以包括确定与所述异物相关联的声阻抗改变。

该方法可以包括：确定检测到的信号中的峰的幅度和/或峰相对于所述检测声波的生成的时刻的时间位置；以及根据所述峰的幅度和/或所述峰的时间位置来确定所述异物(42)的存在。

可以组合上述各种实施例以提供另外的实施例。在必要时，可以修改实施例的方面，以采用各种专利、申请和出版物的概念来提供又一些另外的实施例。

可以鉴于上述详细描述对实施例进行这些和其他改变。一般来说，在随附权利要求中，使用的术语不应被解释为将权利要求限制于在说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求被赋予的等同物的全范围。因而，权利要求不受本公开限制。

Claims (17)

1.一种传感器设备，其特征在于，包括：

第一裸片，所述第一裸片包括：

压力检测结构；以及

超声的压电换能结构；

封装物，包含所述第一裸片，所述封装物包括基底结构和所述基底结构上的主体结构，所述封装物具有与外部环境流体连通的进入开口，所述封装物在内部限定壳体腔，在所述壳体腔中布置有所述第一裸片，并且在所述壳体腔中所述第一裸片被涂层材料覆盖，所述涂层材料在所述封装物内并且在所述壳体腔中，

其中所述第一裸片的所述压电换能结构被配置为允许检测所述涂层材料上的异物。

2.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述第一裸片还包括：

第一部分，所述压电换能结构被集成在所述第一部分处；以及

第二部分，与在其处集成了所述压电换能结构的所述第一部分分离且不同。

3.根据权利要求2所述的传感器设备，其特征在于，所述压电换能结构包括：

在所述第一裸片的表面处的第一膜，所述第一膜被布置在埋设在所述第一裸片内的第一腔之上；

在所述第一膜之上形成的压电堆叠，所述压电堆叠包括第一电极、压电材料区域和第二电极，所述压电材料区域被插设在所述第一电极与所述第二电极之间，并且所述第一电极被布置在所述第一裸片的所述表面上。

4.根据权利要求3所述的传感器设备，其特征在于，所述压力检测结构包括：

在所述第一裸片的所述表面处的第二膜，所述第二膜被布置在埋设在所述第一裸片内的第二腔之上；以及

压阻型的检测元件，所述检测元件被布置在所述第二膜中，并且被配置为允许检测由于撞击压力波而引起的所述第二膜的变形。

5.根据权利要求3所述的传感器设备，其特征在于，还包括：

第二裸片，所述第二裸片包括处理电路，所述处理电路被实现为ASIC专用集成电路，并且所述第二裸片位于所述封装物的所述壳体腔中，以及

其中所述处理电路包括：

用于驱动所述压电换能结构的驱动模块，所述驱动模块被配置为向所述第一电极和所述第二电极提供偏置信号，以使所述第一膜变形并且生成超声的检测声波；以及

检测模块，所述检测模块被配置为当所述第一膜通过由于所述检测声波的反射而引起的回声而变形时读取由所述压电换能结构换能的电信号。

6.根据权利要求5所述的传感器设备，其特征在于，所述检测模块被配置为：通过处理通过所述压电换能结构检测到的、由于所述回声而引起的检测到的信号的特性，来检测在所述封装物的所述壳体腔的部分中的所述异物的存在，所述异物插设在所述涂层材料与所述进入开口之间。

7.根据权利要求6所述的传感器设备，其特征在于，所述检测模块被配置为确定与所述异物相关联的声阻抗改变。

8.根据权利要求6所述的传感器设备，其特征在于，所述检测模块被配置为：

确定以下中的至少一项：所述检测到的信号中的峰的幅度和所述峰相对于所述检测声波的生成的时刻的时间位置；以及

根据以下中的至少一项来确定所述异物的存在：所述峰的所述幅度，所述峰的所述时间位置。

9.根据权利要求5所述的传感器设备，其特征在于，所述第一裸片和所述第二裸片堆叠，其中所述第二裸片的第一表面通过结合区域耦接到所述第一裸片的第二表面。

10.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述压电换能结构包括：

在所述第一裸片中的多个腔；

多个膜，所述多个膜被布置在所述第一裸片的表面处的矩阵或阵列中，所述多个膜与所述多个腔重叠；以及

在所述第一裸片的所述表面处的多个压电堆叠，所述多个压电堆叠与所述多个膜重叠。

11.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于：

所述涂层材料填充除了所述壳体腔的部分之外的所述壳体腔，所述壳体腔的所述部分通过所述进入开口与所述外部环境流体连通。

12.一种传感器设备，其特征在于，包括：

基底结构，包括表面；

主体结构，耦接在所述基底结构的所述表面上，所述主体结构包括进入开口；

壳体腔，由所述基底结构和所述主体结构限定；

第一裸片，在所述壳体腔内并且在所述基底结构的所述表面上；

第二裸片，在所述壳体腔内并且堆叠在所述第二裸片上，所述第二裸片包括：

压电检测结构；以及

压电换能结构；

在所述壳体腔中的涂层材料，覆盖所述第一裸片并且覆盖所述第二裸片，所述涂层材料包括通过所述进入开口暴露的表面。

13.根据权利要求12所述的传感器设备，其特征在于，所述压电换能结构是超声型的。

14.根据权利要求12所述的传感器设备，其特征在于，所述第二裸片还包括背对着所述第一裸片的表面，所述压电检测结构位于所述第一裸片的所述表面处，并且所述压电换能结构位于所述第一表面处。

15.根据权利要求12所述的传感器设备，其特征在于，所述压电换能结构包括：

在所述第一裸片内的第一腔；

第一膜，跨所述第一腔延伸；以及

在所述膜上的压电堆叠结构。

16.根据权利要求15所述的传感器设备，其特征在于，所述压电堆叠结构包括所述膜上的第一电极、所述第一电极上的压电层、以及所述压电层上的第二电极。

17.根据权利要求16所述的传感器设备，其特征在于，所述压电检测结构包括：

第二腔，在所述第一裸片中并且与所述第一腔间隔开；

第二膜，跨所述第二腔延伸；以及

检测元件，在所述第一裸片中并且与所述第二膜重叠。