DE102012215239A1 - Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils - Google Patents
Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils Download PDFInfo
- Publication number
- DE102012215239A1 DE102012215239A1 DE102012215239.3A DE102012215239A DE102012215239A1 DE 102012215239 A1 DE102012215239 A1 DE 102012215239A1 DE 102012215239 A DE102012215239 A DE 102012215239A DE 102012215239 A1 DE102012215239 A1 DE 102012215239A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- component
- membrane
- actuator
- sensor
- microphone
- 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
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
- G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
- G01L27/005—Apparatus for calibrating pressure sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
- H04R29/004—Monitoring arrangements; Testing arrangements for 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
- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
-
- 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
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/003—Mems transducers or their use
Abstract
Es werden Maßnahmen vorgeschlagen, die die Funktionsprüfung eines Bauteils (100) mit einem MEMS-Bauelement (10) mit einer druckempfindlichen Sensormembran (2) vereinfachen und eine Selbstkalibrierung des Bauteils auch noch am Einsatzort, also nach Abschluss des Fertigungsprozesses, ermöglichen. Das Bauteil (100) ist mit einem Gehäuse (101, 102) ausgestattet, in dem mindestens ein MEMS-Bauelement (10) mit einer druckempfindlichen Sensormembran (2) und mit Schaltungsmitteln zum Erfassen der Membranauslenkungen als Messsignale, Mittel (11) zum Auswerten der Messsignale und Mittel zum definierten Anregen der Sensormembran angeordnet sind, wobei das Gehäuse (101, 102) mindestens eine Druckanschlussöffnung (103) aufweist. Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zum Anregen der Sensormembran (2) mindestens eine gezielt ansteuerbare Aktorkomponente (12) zum Erzeugen von definierten Druckimpulsen, die auf die Sensormembran (2) einwirken.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem Gehäuse, in dem mindestens ein MEMS-Bauelement mit einer druckempfindlichen Sensormembran und mit Schaltungsmitteln zum Erfassen der Membranauslenkungen als Messsignale, Mittel zum Auswerten der Messsignale und Mittel zum definierten Anregen der Sensormembran angeordnet sind. Das Gehäuse des Bauteils weist mindestens eine Druckanschlussöffnung auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen eines derartigen Bauteils.
- Bei dem hier in Rede stehenden Bauteil handelt es sich bevorzugt um ein Mikrofonbauteil oder auch um ein Drucksensorbauteil.
- In der Regel werden derartige Mikrofonbauteile nach der Fertigstellung einer akustischen Endmessung unterzogen. Dabei wird die Einhaltung von Spezifikationen, wie Empfindlichkeit, Rauschen, Frequenzgang und Stromverbrauch, überprüft. Eine Funktionsprüfung der einzelnen Bauteilkomponenten, insbesondere der MEMS- und ASIC-Bauelemente auf Waferlevel, die vergleichsweise kostengünstig ist, reicht hier nicht aus, da die Mikrofonverpackung, d.h. die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) und das Bauteilgehäuse, einen wesentlichen Einfluss auf die Mikrofonperformance hat. Die Testkosten machen einen signifikanten Anteil an den Gesamtkosten des Bauteils aus.
- In der
DE 101 54 867 A1 wird eine Möglichkeit zum Überprüfen der Sensoreigenschaften eines mikromechanischen Drucksensorelements beschrieben. Dieses Drucksensorelement umfasst eine Sensormembran, die eine abgeschlossene Kaverne im Halbleitersubstrat des Bauelements überspannt. Am Kavernenboden befindet sich eine Elektrode, die zusammen mit einer Elektrode auf der Membran einen Kondensator bildet. Dieser Kondensator wird nicht nur zur kapazitiven Signalerfassung genutzt, sondern dient auch zur gezielten Anregung der Membran. Dazu wird eine definierte, ggf. zeitlich variierende Spannung an den Kondensator angelegt, um die Sensormembran in eine Schwingung zu versetzen. Die resultierenden Membranauslenkungen werden dann mit Hilfe desselben Kondensators quantitativ und qualitativ erfasst. Durch Analyse des so gewonnenen Messsignals können Aussagen über die Höhe und Ausdehnung der Kaverne gemacht werden sowie über die Beweglichkeit und Dicke der Membran, deren maximale Auslenkbarkeit und deren Elastizitätsmodul. - Offenbarung der Erfindung
- Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, die die Funktionsprüfung eines Bauteils der hier in Rede stehenden Art vereinfachen und eine Selbstkalibrierung des Bauteils auch noch am Einsatzort, also nach Abschluss des Fertigungsprozesses, ermöglichen.
- Erfindungsgemäß wird das Bauteil dazu mit mindestens einer gezielt ansteuerbaren Aktorkomponente zum Erzeugen von definierten Druckimpulsen ausgestattet, die auf die Sensormembran einwirken.
- Die Funktionsfähigkeit einer derartigen Aktorkomponente kann auf Waferebene geprüft werden, so wie die Funktionsfähigkeit der übrigen Komponenten des Bauteils. Die damit verbundenen Kosten sind vergleichsweise gering. Mit Hilfe der Aktorkomponente kann die Endprüfung des Bauteils, bei der dann auch der Einfluss der AVT zum Tragen kommt, für jedes Bauteil gesondert vorgenommen werden. Da diese Endprüfung keiner speziellen Prüfumgebung bedarf, halten sich auch die damit verbundenen Kosten im Rahmen, so dass die Testkosten für das erfindungsgemäße Bauteil insgesamt gering sind. Des Weiteren ermöglichen die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Funktionsprüfung unter authentischen Testbedingungen, was zur Aussagekraft der Testergebnisse beiträgt. Die Sensormembran wird hier nämlich nicht aktiv ausgelenkt, sondern mit einem Testsignal angeregt, das der Art der Messgröße entspricht und sich auch im Rahmen des zu erwartenden Signalpegels bewegt. Mit Hilfe der Aktorkomponente wird dazu ein entsprechendes Drucksignal erzeugt, das wie ein Messdruck oder eine Schallwelle auf die Sensormembran trifft. Die so hervorgerufenen Membranauslenkungen werden wie Messsignale erfasst. Lediglich die Auswertung der im Testmodus erfassten Signale unterscheidet sich von der Auswertung der Messsignale, die im Normalbetrieb erfasst werden. Das erfindungsgemäße Bauteil zeichnet sich durch eine geringe Fehleranfälligkeit aus, da die Funktionen der einzelnen Bauteilkomponenten klar voneinander getrennt sind. So wird die Sensorkomponente ausschließlich zur Signalerfassung genutzt. Die Aktorkomponente wird ausschließlich im Testmodus angesteuert, um die Sensormembran mit einem definierten Drucksignal zu beaufschlagen. Lediglich das Auswerten der Messsignale hängt vom Betriebsmodus des Bauteils ab.
- Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung eines erfindungsgemäßen Bauteils, insbesondere was die Aktorkomponente des Bauteils betrifft.
- Um die einzelnen Bauteilkomponenten nicht nur funktionell sondern auch fertigungstechnisch zu entkoppeln, kann die Aktorkomponente in einem eigenständigen Bauteil implementiert werden, das unabhängig von dem MEMS-Bauelement mit der Sensormembran innerhalb des Bauteilgehäuses montiert wird. Dabei kann es sich um ein weiteres MEMS-Bauelement handeln. Die Aktorkomponente kann aber auch in einer anderen Technologie realisiert werden. Vorteilhafterweise sind die Mittel zum Ansteuern der Aktorkomponente und die Mittel zum Auswerten der Messsignale der Sensorkomponente auf einem gemeinsamen ASIC-Bauelement angeordnet, da diese Prozesse, wie voranstehend erläutert, koordiniert werden müssen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Aktorkomponente zumindest teilweise in die Bauelementstruktur des MEMS-Bauelements integriert. Die Druckimpulse werden in diesem Fall mit Hilfe einer mikromechanischen Struktur erzeugt, die unabhängig von der Sensorstruktur des MEMS-Bauelements ansteuerbar ist. Vorteilhafterweise sind die Aktorstruktur und die Art der Sensorstruktur bei dieser Ausführungsform aufeinander abgestimmt. Zum einen kann so das Layout des MEMS-Bauelements optimiert werden, zum anderen können Aktorstruktur und Sensorstruktur dann zusammen in einem Herstellungsprozess im Schichtaufbau des MEMS-Bauelements erzeugt werden. Vorteilhafterweise umfasst die Aktorkomponente deshalb mindestens eine Aktormembran, die seitlich neben der Sensormembran ausgebildet ist. Des Weiteren müssen Schaltungsmittel vorgesehen werden, mit denen sich die Aktormembran unabhängig von der Sensormembran ansteuern und auslenken lässt. Auf diese Weise können gezielt definierte Druckimpulse erzeugt werden, die auf die Sensormembran einwirken. Bei den Schaltungsmitteln kann es sich beispielsweise um gezielt ansteuerbare piezoelektrische Schichten handeln, die vorzugsweise im Randbereich der Aktormembran angeordnet sind. Damit lassen sich vergleichsweise große Auslenkungen der Aktormembran hervorzurufen und damit auch relativ große Druckimpulse generieren. Die Ansteuerung der Aktormembran kann aber auch kapazitiv erfolgen. Diese Variante eignet sich insbesondere für kapazitive Mikrofonbauelemente mit einer Mikrofonmembran und einem feststehenden Gegenelement, auf denen die Elektroden eines Mikrofonkondensators angeordnet sind. In diesem Fall wird auch die Aktormembran mit mindestens einer Elektrode ausgestattet, die zusammen mit mindestens einer Elektrode auf dem feststehenden Gegenelement einen gezielt ansteuerbaren Aktorkondensator bildet. Im Hinblick auf eine gleichmäßige Anregung der Sensormembran erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Aktormembran ringförmig ausgebildet ist und konzentrisch zur Sensormembran angeordnet ist.
- Wie bereits erwähnt, wird die Aktorkomponente des erfindungsgemäßen Bauteils genutzt, um definierte Druckimpulse innerhalb des Bauteilgehäuses zu erzeugen und so die Sensormembran zu Testzwecken auszulenken bzw. zu Schwingungen anzuregen. Dazu kann die Membran der Aktorkomponente beispielsweise gezielt bis zu einem Anschlag in der Aktorstruktur ausgelenkt werden. Da der Aktorweg in diesem Fall definiert ist, ist auch der resultierende Druckimpuls definiert. Eine entsprechende Auswertung des so gewonnenen Messsignals ermöglicht eine Bewertung der funktionalen Eigenschaften des Bauteils. Auf diese Weise können Bauteile am Ende des Fertigungsprozesses als Gutteil oder als Schlechtteil deklariert werden, um die Schlechtteile zu identifizieren und auszusortieren. Die Auswertung der durch die definierten Druckimpulse hervorgerufenen Messsignale ermöglicht zudem eine Kalibrierung des Bauteils, bei der die elektrischen Sensorparameter, insbesondere die Polarisationsspannung und die mechanische Vorspannung der Sensormembran, in Abhängigkeit vom Auswerteergebnis angepasst werden, um die gewünschte Sensorspezifikation zu erzielen. Da die Aktorkomponente Bestandteil des Bauteils ist, können die Sensoreigenschaften des Bauteils so während seiner gesamten Lebensdauer immer wieder überprüft und „nachjustiert“ werden, um einem Wegdriften der Sensoreigenschaften entgegenzuwirken. Eine solche Funktionsprüfung mit anschließender Anpassung der elektrischen Sensorparameter kann automatisch, also beispielsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, oder auch von außen aktiviert initiiert werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren.
-
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Mikrofonbauteil100 , -
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch das MEMS-Bauelement20 eines erfindungsgemäßen Bauteils, -
3a , b zeigen schematische Schnittdarstellungen durch das MEMS-Bauelement30 eines erfindungsgemäßen Bauteils mit aktivierter Aktorkomponente und -
4 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Testen eines Bauteils der hier in Rede stehenden Art. - Ausführungsformen der Erfindung
- Bei dem in
1 dargestellten Bauteil100 handelt es sich um ein Mikrofonbauteil mit einem MEMS-Mikrofonbauelement10 . Die Mikrofonstruktur ist in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat1 realisiert und umfasst eine Mikrofonmembran2 , die eine Kaverne3 in der Substratrückseite überspannt. Im Schichtaufbau über der Mikrofonmembran2 befindet sich ein feststehendes Gegenelement4 mit Durchgangsöffnungen5 . Das Mikrofonbauelement10 ist mit der Substratrückseite auf einem Träger101 montiert, so dass der Träger101 die Kaverne3 unter der Mikrofonmembran2 druckdicht abschließt. Der Träger101 bildet zusammen mit einem Deckelteil102 das Gehäuse des Bauteils100 . Im Deckelteil102 befindet sich eine Druckanschlussöffnung103 . Die Schallbeaufschlagung der Mikrofonmembran2 erfolgt über diese Druckanschlussöffnung103 im Bauteilgehäuse und über die Durchgangsöffnungen5 im Gegenelement4 des Mikrofonbauelements10 . Die abgeschlossene Kaverne3 dient als Rückvolumen. Die Auslenkungen der Mikrofonmembran2 werden kapazitiv erfasst. Dazu sind die Mikrofonmembran2 und das Gegenelement4 jeweils mit mindestens einer Elektrode ausgestattet, die zusammen einen Mikrofonkondensator bilden. Das so gewonnene Mikrofonsignal wird mit Hilfe eines ASIC-Bauelements11 ausgewertet, das neben dem Mikrofonbauelement10 auf dem Träger101 im Bauteilgehäuse angeordnet ist. - Erfindungsgemäß umfasst das Bauteil
100 ferner eine gezielt ansteuerbare Aktorkomponente12 , mit der innerhalb des Gehäuses definierte Druckimpulse erzeugt werden können. Diese wirken auf die Mikrofonmembran2 ein und regen sie zu Schwingungen an, die mit Hilfe des Mikrofonkondensators erfasst und mit Hilfe des ASIC-Bauelements11 ausgewertet werden. - Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aktorkomponente
12 in Form eines eigenständigen Bauelements12 realisiert, das ebenfalls auf dem Träger101 innerhalb des Bauteilgehäuses montiert ist. Wie das Mikrofonbauelement10 so ist auch das Aktorbauelement12 über Bonddrähte13 mit dem ASIC-Bauelement11 elektrisch verbunden. Das ASIC-Bauelement koordiniert hier die Aktivierung der Aktorkomponente12 und die Auswertung der vom Mikrofonkondensator erfassten Messsignale im Testmodus. - Das ASIC-Bauelement
11 ist außerdem über Bonddrähte13 mit dem Träger101 verbunden, über den die externe Kontaktierung bei der 2nd-Level-Montage des Bauteils100 erfolgt. - In
2 ist ein MEMS-Bauelement20 dargestellt, das speziell zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Bauteil konzipiert ist. Auch hier handelt es sich um eine Mikrofonbauelement20 mit einer Mikrofonmembran22 und einem feststehenden Gegenelement24 , die jeweils mit mindestens einer Elektrode eines Mikrofonkondensators ausgestattet sind. Die Mikrofonmembran22 und das Gegenelement24 sind in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat1 realisiert, so dass die Mikrofonmembran22 eine Kaverne23 in der Substratrückseite überspannt. Das Gegenelement24 ist im Schichtaufbau über der Mikrofonmembran22 angeordnet und weist über dem Membranbereich Durchgangsöffnungen251 auf. Zusätzlich zu dieser Mikrofonstruktur umfasst das MEMS-Bauelement20 eine Aktorstruktur, mit der die Mikrofonmembran zur Funktionsprüfung des Bauteils gezielt angeregt werden kann. Diese Aktorstruktur umfasst eine Ringmembran26 , die konzentrisch zur Mikrofonmembran22 angeordnet und in derselben Schicht des Schichtaufbaus ausgebildet ist. Auch über der Ringmembran26 sind Durchgangsöffnungen252 im feststehenden Gegenelement24 ausgebildet. Wie die Mikrofonmembran22 und der gegenüberliegende Bereich des Gegenelements24 , so sind auch die Ringmembran26 und der dieser gegenüberliegende Bereich des Gegenelements24 jeweils mit mindestens einer Elektrode einer Kondensatoranordnung ausgestattet. Im Unterschied zum Mikrofonkondensator, der zur Signalerfassung genutzt wird, dient die Kondensatoranordnung im Bereich der Ringmembran26 zur gezielten Ansteuerung der Ringmembran26 , d.h. zum Erzeugen von definierten Druckimpulsen, die auf die Mikrofonmembran22 einwirken. Die so induzierten Schwingungen der Mikrofonmembran22 werden mit Hilfe des Mikrofonkondensators erfasst und können dann im Sinne der Funktionsprüfung des Bauteils ausgewertet werden. Das in2 dargestellte Mikrofonbauelement20 kann, wie das in1 dargestellte Mikrofonbauelement10 , auf dem Bauelementträger eines Bauteilgehäuses montiert werden, so dass die rückseitige Kaverne23 als Rückseitenvolumen druckdicht abgeschlossen wird. Aufgrund der konzentrischen Anordnung von Mikrofonmembran22 und Aktor-Ringmembran26 über der rückseitigen Kaverne23 hat das Mikrofonbauelement20 gegenüber dem in1 dargestellten Mikrofonbauelement10 ein vergrößertes Rückseitenvolumen, was sich positiv auf die Mikrofoneigenschaften eines so realisierten Bauteils auswirkt. - Auch das in den
3a und3b dargestellte MEMS-Mikrofonbauelement30 ist speziell zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Bauteil konzipiert und wurde dazu mit einer kapazitiv ansteuerbaren Aktorstruktur zusätzlich zur kapazitiven Mikrofonstruktur ausgestattet. Wie im Fall des Mikrofonbauelements20 sind sowohl die Mikrofonstruktur als auch die Aktorstruktur in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat1 realisiert. Die Mikrofonstruktur umfasst eine Mikrofonmembran32 und ein feststehendes Gegenelement34 mit Durchgangsöffnungen351 im Bereich über der Mikrofonmembran32 . Auch die Aktorstruktur umfasst eine Membran36 , die hier seitlich neben der Mikrofonmembran32 angeordnet und in derselben Schicht des Schichtaufbaus ausgebildet ist. Im Bereich über dieser Aktormembran36 befinden sich Durchgangsöffnungen362 im feststehenden Gegenelement34 . Die Aktormembran36 und der dieser gegenüberliegende Bereich des Gegenelements34 sind wie die Mikrofonmembran32 und der dieser gegenüberliegende Bereich des Gegenelements34 jeweils mit mindestens einer Elektrode einer Kondensatoranordnung ausgestattet. Der Mikrofonkondensator wird zur Signalerfassung genutzt, während die Kondensatoranordnung im Bereich der Aktormembran36 zur gezielten Ansteuerung der Aktormembran36 dient. Im Unterschied zum Mikrofonbauelement20 erstreckt sich hier nur die Mikrofonmembran32 über die Kaverne33 in der Substratrückseite. Die Aktormembran36 ist seitlich davon angeordnet und lediglich innerhalb des Schichtaufbaus auf dem Substrat1 freigestellt. Auf dem Substrat1 unterhalb der Aktormembran36 ist eine weitere feststehende Elektrode der Kondensatoranordnung der Aktorstruktur angeordnet. Diese Elektrode kann in Form einer geeigneten Substratdotierung oder auch in Form einer gegen das Substrat elektrisch isolierten leitfähigen Beschichtung realisiert sein. Die3a und3b verdeutlichen, dass sich die Aktormembran36 mit Hilfe dieser Kondensatoranordnung sowohl in Richtung Gegenelement34 als auch in Richtung Substrat1 gezielt auslenken lässt. Aufgrund des im Vergleich zum Mikrofonbauelement20 größeren Membranhubs der Aktormembran36 lassen sich so größere Druckimpulse zur Anregung der Mikrofonmembran32 generieren. - Wie das in
1 dargestellte Mikrofonbauelement10 wird auch das Mikrofonbauelement30 bevorzugt auf dem Bauelementträger eines Bauteilgehäuses montiert, so dass die rückseitige Kaverne33 als Rückseitenvolumen druckdicht abgeschlossen ist. An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass für die Mittel zur Signalauswertung und Ansteuerung der Aktorkomponente nicht zwangsläufig ein eigenes ASIC-Bauelement vorgesehen werden muss. Es ist auch möglich, entsprechende Schaltungsmittel in das MEMS-Bauelement des erfindungsgemäßen Bauteils zu integrieren. - In Verbindung mit
4 wird nachfolgend noch das erfindungsgemäße Verfahren zum rein elektrischen Prüfen bzw. Charakterisieren und Anpassen der Sensoreigenschaften eines Mikrofonbauteils mit einem Mikrofonbauelement, wie in den2 oder3 dargestellt, beschrieben. Für diese Funktionsprüfung wird das Bauteil in einem Testmodus betrieben. In einem ersten Schritt41 wird die Kondensatoranordnung der Aktorkomponente angesteuert, indem eine definierte Testspannung Vtest angelegt wird. Dadurch wird die Aktormembran definiert ausgelenkt. Im nächsten Schritt42 wird die Testspannung abgeschaltet, wodurch die Aktormembran freigegeben wird und eine Schwingung ausführt. Die so induzierten definierten Druckimpulse treffen auf die Mikrofonmembran und regen diese ebenfalls zu Schwingungen an. Diese Auslenkungen der Mikrofonmembran werden im Schritt43 mit Hilfe des Mikrofonkondensators erfasst und entsprechend dem Testmodus ausgewertet. Da in dem so gewonnenen Messsignal alle Informationen über die akustischen Eigenschaften des gehäusten Mikrofonbauelements enthalten sind, kann dann in Schritt44 eine geeignete Anpassung der elektrischen Sensorparameter, wie z.B. der Polarisationsspannung und der mechanischen Membranvorspannung, durchgeführt werden. Danach kann der Testvorgang wiederholt werden, um zu prüfen, ob die vorgenommenen Anpassungen der Sensorparameter sich wie gewünscht auf die akustischen Eigenschaften des Mikrofonbauelements ausgewirkt haben. In einem letzten Verfahrensschritt45 wird das Bauteil schließlich noch aufgrund der ermittelten akustischen Eigenschaften als Gutteil oder als Schlechtteil deklariert. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10154867 A1 [0004]
Claims (12)
- Bauteil (
100 ) mit einem Gehäuse (101 ,102 ), in dem mindestens – ein MEMS-Bauelement (10 ) mit einer druckempfindlichen Sensormembran (2 ) und mit Schaltungsmitteln zum Erfassen der Membranauslenkungen als Messsignale, – Mittel (11 ) zum Auswerten der Messsignale und – Mittel zum definierten Anregen der Sensormembran angeordnet sind, wobei das Gehäuse (101 ,102 ) mindestens eine Druckanschlussöffnung (103 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anregen der Sensormembran (2 ) mindestens eine gezielt ansteuerbare Aktorkomponente (12 ) zum Erzeugen von definierten Druckimpulsen umfassen, die auf die Sensormembran (2 ) einwirken. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorkomponente zumindest teilweise in die Bauelementstruktur des MEMS-Bauelements (
20 ;30 ) integriert ist. - Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorkomponente mindestens umfasst – eine Aktormembran (
26 ;36 ), die seitlich neben der Sensormembran (22 ,32 ) ausgebildet ist, und – Schaltungsmittel zum Auslenken der Aktormembran (26 ;36 ) unabhängig von der Sensormembran (22 ;32 ). - Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktormembran mit gezielt ansteuerbaren Piezoschichten ausgestattet ist.
- Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktormembran (
26 ;36 ) mit mindestens einer Elektrode eines gezielt ansteuerbaren Aktorkondensators ausgestattet ist, dass in der Bauelementstruktur des MEMS-Bauelements (20 ;30 ) mindestens ein feststehendes Gegenelement (24 ;34 ) über und/oder unter der Aktormembran (26 ;36 ) ausgebildet ist und dass das Gegenelement (24 ;34 ) mit mindestens einer Gegenelektrode des Aktorkondensators ausgestattet ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktormembran (
26 ) ringförmig ausgebildet ist und konzentrisch zur Sensormembran (22 ) angeordnet ist. - Bauteil (
100 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorkomponente (12 ) unabhängig von dem ersten MEMS-Bauelement (10 ) mit der Sensormembran (2 ) in einem weiteren Bauelement realisiert ist, insbesondere in einem weiteren MEMS-Bauelement. - Drucksensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
- Mikrofonbauteil (
100 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 - Verfahren zum Prüfen eines Bauteils mit einem Gehäuse, in dem mindestens – ein MEMS-Bauelement mit einer druckempfindlichen Sensormembran und mit Schaltungsmitteln zum Erfassen der Membranauslenkungen und – Mittel zum Auswerten der Membranauslenkungen angeordnet sind, wobei das Gehäuse mindestens eine Druckanschlussöffnung aufweist, insbesondere zum Kalibrieren eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem – mit Hilfe einer zusätzlichen Aktorkomponente mindestens ein definierter Druckimpuls innerhalb des Gehäuses erzeugt wird und – die dadurch induzierten Auslenkungen der Sensormembran erfasst und ausgewertet werden.
- Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die elektrischen Sensorparameter des Bauteils, insbesondere die Polarisationsspannung und die mechanische Vorspannung der Sensormembran, in Abhängigkeit vom Auswerteergebnis angepasst werden.
- Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Bauteil in Abhängigkeit vom Auswerteergebnis als Gutteil oder als Schlechtteil deklariert wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012215239.3A DE102012215239B4 (de) | 2012-08-28 | 2012-08-28 | Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils |
US14/011,684 US9588005B2 (en) | 2012-08-28 | 2013-08-27 | Component part and method for testing such a component part |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012215239.3A DE102012215239B4 (de) | 2012-08-28 | 2012-08-28 | Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102012215239A1 true DE102012215239A1 (de) | 2014-03-06 |
DE102012215239B4 DE102012215239B4 (de) | 2023-12-21 |
Family
ID=50098293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102012215239.3A Active DE102012215239B4 (de) | 2012-08-28 | 2012-08-28 | Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9588005B2 (de) |
DE (1) | DE102012215239B4 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017032555A1 (de) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | USound GmbH | Mems-schallwandler mit geschlossenem regelsystem |
US9752944B2 (en) | 2014-03-12 | 2017-09-05 | Stmicroelectronics S.R.L. | Microelectromechanical sensing structure for a pressure sensor including a deformable test structure |
DE102017209470B3 (de) | 2017-06-06 | 2018-11-22 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung mechanischer Schwingungen |
DE102021202239A1 (de) | 2021-03-09 | 2022-09-15 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Herstellung eines MEMS Sensors |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012215239B4 (de) * | 2012-08-28 | 2023-12-21 | Robert Bosch Gmbh | Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils |
US10469948B2 (en) * | 2014-05-23 | 2019-11-05 | Infineon Technologies Ag | Method for manufacturing an opening structure and opening structure |
DE102014225858A1 (de) * | 2014-12-15 | 2016-06-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Kalibrieren eines mikromechanischen Sensorelements und ein System zum Kalibrieren einesmikromechanischen Sensorelements |
US9491558B2 (en) | 2014-12-23 | 2016-11-08 | Robert Bosch Gmbh | Method for testing signal-to-noise ratio using a film frame |
US20170240418A1 (en) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Knowles Electronics, Llc | Low-cost miniature mems vibration sensor |
WO2017205533A1 (en) | 2016-05-26 | 2017-11-30 | Knowles Electronics, Llc | Microphone device with integrated pressure sensor |
DE102017214630A1 (de) * | 2017-08-22 | 2019-02-28 | Infineon Technologies Ag | Mems, verfahren zum herstellen desselben und verfahren zum kalibrieren eines mems |
EP3850325B1 (de) | 2018-09-14 | 2023-11-15 | Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy | Drucksensor |
TWI732228B (zh) * | 2019-02-19 | 2021-07-01 | 美律實業股份有限公司 | 麥克風封裝結構 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10154867A1 (de) | 2001-11-08 | 2003-05-28 | Bosch Gmbh Robert | Halbleiterbauelement, insbesondere mikromechanischer Drucksensor |
Family Cites Families (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4607186A (en) * | 1981-11-17 | 1986-08-19 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Ultrasonic transducer with a piezoelectric element |
US4924131A (en) * | 1987-10-14 | 1990-05-08 | Fujikura Ltd. | Piezo-electric acceleration sensor |
US5029215A (en) | 1989-12-29 | 1991-07-02 | At&T Bell Laboratories | Automatic calibrating apparatus and method for second-order gradient microphone |
IL127569A0 (en) * | 1998-09-16 | 1999-10-28 | Comsense Technologies Ltd | Interactive toys |
US6839444B2 (en) * | 2000-11-30 | 2005-01-04 | New Transducers Limited | Loudspeakers |
US6856073B2 (en) * | 2002-03-15 | 2005-02-15 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Electro-active device using radial electric field piezo-diaphragm for control of fluid movement |
DE102004033956A1 (de) | 2004-07-14 | 2006-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung und Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Sensoren mit Membran |
US7885423B2 (en) * | 2005-04-25 | 2011-02-08 | Analog Devices, Inc. | Support apparatus for microphone diaphragm |
US20070103697A1 (en) * | 2005-06-17 | 2007-05-10 | Degertekin Fahrettin L | Integrated displacement sensors for probe microscopy and force spectroscopy |
US8577048B2 (en) * | 2005-09-02 | 2013-11-05 | Harman International Industries, Incorporated | Self-calibrating loudspeaker system |
US7421903B2 (en) | 2005-10-27 | 2008-09-09 | Amnon Brosh | Internal pressure simulator for pressure sensors |
EP1961263A1 (de) * | 2005-12-16 | 2008-08-27 | TC Electronic A/S | Verfahren zum durchführen von messungen mittels eines audiosystems mit passiven lautsprechern |
DE102006043499A1 (de) | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Flüssigkeitsverlusten in mit Druck übertragenden Flüssigkeiten gefüllten Druckmessaufnehmern |
EP1906704B1 (de) * | 2006-09-26 | 2012-03-21 | Epcos Pte Ltd | Kalibriertes mikroelektromechanisches Mikrofon |
US7571650B2 (en) * | 2007-07-30 | 2009-08-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Piezo resistive pressure sensor |
TWI336770B (en) * | 2007-11-05 | 2011-02-01 | Ind Tech Res Inst | Sensor |
JP2009284110A (ja) | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 音声入力装置及びその製造方法、並びに、情報処理システム |
TWI372570B (en) * | 2009-12-25 | 2012-09-11 | Ind Tech Res Inst | Capacitive sensor and manufacturing method thereof |
FR2963099B1 (fr) * | 2010-07-22 | 2013-10-04 | Commissariat Energie Atomique | Capteur de pression dynamique mems, en particulier pour des applications a la realisation de microphones |
US20130001550A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Invensense, Inc. | Hermetically sealed mems device with a portion exposed to the environment with vertically integrated electronics |
TWI461657B (zh) * | 2011-12-26 | 2014-11-21 | Ind Tech Res Inst | 電容傳感器、其製造方法以及具此種電容傳感器的多功能元件 |
US9372104B2 (en) * | 2012-03-07 | 2016-06-21 | Deka Products Limited Partnership | Volumetric measurement device, system and method |
JP5701807B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2015-04-15 | 株式会社東芝 | 圧力センサ及びマイクロフォン |
US9210516B2 (en) * | 2012-04-23 | 2015-12-08 | Infineon Technologies Ag | Packaged MEMS device and method of calibrating a packaged MEMS device |
JP5252104B1 (ja) * | 2012-05-31 | 2013-07-31 | オムロン株式会社 | 静電容量型センサ、音響センサ及びマイクロフォン |
US8833171B2 (en) * | 2012-08-23 | 2014-09-16 | Nxp, B.V. | Pressure sensor |
DE102012215239B4 (de) * | 2012-08-28 | 2023-12-21 | Robert Bosch Gmbh | Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils |
KR102074450B1 (ko) * | 2012-09-14 | 2020-02-07 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | 마이크로폰 및 초저압 센서의 결함있는 제조에 대한 테스트 |
US9238580B2 (en) * | 2013-03-11 | 2016-01-19 | Analog Devices Global | Spread-spectrum MEMS self-test system and method |
US9414175B2 (en) * | 2013-07-03 | 2016-08-09 | Robert Bosch Gmbh | Microphone test procedure |
-
2012
- 2012-08-28 DE DE102012215239.3A patent/DE102012215239B4/de active Active
-
2013
- 2013-08-27 US US14/011,684 patent/US9588005B2/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10154867A1 (de) | 2001-11-08 | 2003-05-28 | Bosch Gmbh Robert | Halbleiterbauelement, insbesondere mikromechanischer Drucksensor |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9752944B2 (en) | 2014-03-12 | 2017-09-05 | Stmicroelectronics S.R.L. | Microelectromechanical sensing structure for a pressure sensor including a deformable test structure |
US10215652B2 (en) | 2014-03-12 | 2019-02-26 | Stmicroelectronics S.R.L. | Microelectromechanical sensing structure for a pressure sensor including a deformable test structure |
WO2017032555A1 (de) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | USound GmbH | Mems-schallwandler mit geschlossenem regelsystem |
US10327083B2 (en) | 2015-08-27 | 2019-06-18 | USound GmbH | MEMS sound transducer with closed control system |
DE102017209470B3 (de) | 2017-06-06 | 2018-11-22 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung mechanischer Schwingungen |
DE102021202239A1 (de) | 2021-03-09 | 2022-09-15 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Herstellung eines MEMS Sensors |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140060146A1 (en) | 2014-03-06 |
US9588005B2 (en) | 2017-03-07 |
DE102012215239B4 (de) | 2023-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102012215239B4 (de) | Bauteil und Verfahren zum Prüfen eines solchen Bauteils | |
EP3342185B1 (de) | Mems-schallwandler mit geschlossenem regelsystem | |
DE102009047018B4 (de) | Verfahren zum Abgleich eines Beschleunigungssensors und Beschleunigungssensor | |
EP1877740A2 (de) | Verfahren und system zur diagnose von mechanischen, elektromechanischen oder fluidischen komponenten | |
DE102017212875A1 (de) | Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung | |
DE102014225010A1 (de) | Mikrofon und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE102012204638A1 (de) | Ultraschallsensor und Verfahren zur Messung eines Objektabstands | |
DE102005020900B3 (de) | Verfahren und System zur Diagnose von mechanischen, elektromechanischen oder fluidischen Komponenten | |
DE102007057136A1 (de) | Schaltung für einen mikromechanischen Körperschallsensor und Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Körperschallsensors | |
EP1752642B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen und Beurteilen der Funktion eines piezoelektrischen Aktors | |
EP4051995A1 (de) | Prüfvorrichtung und verfahren zur beurteilung des geräuschverhaltens einer baugruppe | |
EP3917170B1 (de) | Testvorrichtung zum testen eines mikrofons | |
WO2022122490A1 (de) | Ultraschallsensorsystem für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben des ultraschallsensorsystems | |
DE102007059279B3 (de) | Vorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von mikroelektromechanischen Sensoren (MEMS) | |
EP3444605B1 (de) | Ultraschallmikrofon mit selbsttest | |
DE102007028194A1 (de) | Mikrofon mit integrierter Vorrichtung zum akustischen Ferntest | |
DE102015218660A1 (de) | Kombinierter mikromechanischer Druck- und Feuchtesensor sowie Herstellungsverfahren | |
DE102021115817A1 (de) | Verfahren zur Bestimmung des Zustandes mindestens eines piezoelektrischen Sensorelementes | |
DE102022202295A1 (de) | Umgebungssensor und Verfahren zum Betreiben eines Umgebungssensors | |
DE102007016735B4 (de) | Testeinrichtung für mikromechanische Bauelemente | |
EP2884774B1 (de) | Verfahren zur kontaktlosen Funktionsprüfung eines Signalwandlers | |
DE102016210008A1 (de) | Sensor- und/oder Wandlervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Sensor- und/oder Wandlervorrichtung mit zumindest einer mindestens eine piezoelektrische Schicht umfassenden Biegestruktur | |
DE102022129141A1 (de) | Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines piezoelektrischen Elementes und Sensorvorrichtung mit einem piezoelektrischen Element | |
DE102015206225B4 (de) | Vorrichtung, verfahren und system zum prüfen eines schallwandlers | |
DE102022125498A1 (de) | Überprüfen einer Funktion einer elektromechanischen Einheit eines Ultraschallsensors mit wenigstens einer von einer Grundmode unterschiedlichen Mode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |