JP2008523466A - マルチセンサアセンブリ - Google Patents

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Abstract

本出願の1つの実施例は、マルチセンサアセンブリ(20)を含む。このアセンブリ(20)は、1つのウエハー層(51)により規定される電気機械動きセンサ部材(57)と、2以上の別のウエハー層(31、41)のうち第1のウエハー層に支持される第1センサ(32)と、該別のウエハー層(31、41)のうち第2のウエハー層に支持される第2センサ(42)とを具える。前記1つのウエハー層(51)は、センサ部材(57)をアセンブリ(20)のキャビティ(56)内で包囲するように前記別のウエハー層(31、41)の間に位置する。

Description

本発明は、電子システム用のセンサに関し、より具体的には、少なくとも1個の微小電気機械システム(MEMS)センサ型を含む複数センサのアセンブリに関するが、それに限定されるわけではない。

電子機器においてセンサはますます重要な機能を果たすようになっている。例えば、携帯電話、携帯情報端末(PDA)などでは、多様なセンサがごく普通に使われるようになっている。特殊なセンサタイプの1つとして、微小電気機械システム(MEMS)技術を基にしたものがある。MEMSには、ミクロンスケールの大きさの上に1または2以上の作動可能な機械部品を有する三次元的装置のほか、1個のウエハーダイ、断片またはチップ上に機械工学と電子工学をミクロンサイズで結合したものが含まれる。MEMSを基にしたセンサは、動き、空気、液体などのパラメータを感知することができ、広範な応用の可能性を有している。それに加えて、MEMS技術は、典型的なシリコンウエハーを起点として他の素材にも拡大している。同様に、MEMS製造技術は、半導体産業の典型技術を超えた広がりを見せている。

しかしながら、一般的に、MEMS装置は、信頼性のある性能を確保するための保護筐体を必要とする。この必要のため、要求される装置「不動産」の消費量が比較的大きいものとなっていた。作動性能と装置のサイズはしばしばトレードオフの関係に立つ。このように、この分野の技術にはさらなる寄与が現に必要とされている。

本出願に係る1つの実施例は、独自の検出装置に係る。他の実施例には、センサを提供する独自の方法、システム、機器、装置が含まれる。

本出願に係るさらなる実施例は、材料の第1層から形成する第1センサと、材料の第2層から形成する第2センサを設ける。また、材料の第3層から形成したMEMSを基にした装置を形成する。この装置の少なくとも一部を、第1層と第2層の間で包囲して、マルチセンサアセンブリを設ける。ある形態において、各層は別のウエハー部材に対応する。ここで使用する「ウエハー部材」は、あらゆる種類または構成のウエハー、または大きなウエハーから切り離しまたはその他の方法により派生したあらゆるウエハー片、部品、ダイその他を指す。ここで使用する「MEMS装置」は、特に、1ミリメートル以下の微小な大きさの三次元(3D)リソグラフ的特徴を有する少なくとも1個の機械部品を指す。MEMS装置の3D特徴は、典型的には1マイクロメートル(1メートルの100万分の1)から1ミリメートル(1メートルの1000分の1)までのサイズの様々な幾何図形を含み、これらの幾何図形は典型的には、少なくとも部分的に、半導体フォトリソグラフィーに一般的な平板処理を用いて加工される。「MEMS」および「装置」という用語は、「MEMS装置」という用法以外で用いる場合には、これらの用語それぞれの通常の意味で用いている。

本出願に係る別の実施例は、第1のセンサを材料の第1層から設けるとともに第2のセンサを材料の第2層から設け、第1センサは第2センサと異なる特性を検出し、電気機械動き検出器を材料の第3層から形成し、第3層を第1層および第2層に取り付け、第3層は取り付けの後第1層と第2層(41)の間に位置して、少なくとも部分的に電気機械動き検出器を包囲するとともにマルチセンサアセンブリを設ける。

更に別の実施例は、材料の第1層から第1センサを設けるとともに材料の第2層から第2センサを設け、第1センサは第2センサと異なる特性を検知する。また、第3層から動き検出器などの電気機械装置を形成し、第3層を第1層および第2層に取り付ける。この取り付けにより、第3層は第1層と第2層との間に位置し、電気機械装置が少なくとも部分的に包囲される。

更に別の実施例は、第1ウエハー層に対応する第1の特性を検出する手段と、第2ウエハー層に対応する第2の特性を検出する手段と、微小電気機械動き検出器とを含む。また、この検出器を少なくとも部分的に第1ウエハー層と第2ウエハー層との間に封止する手段を含む。

本出願に係る更に別の実施例は、第1のセンサを第1のウエハー部材から設けるとともに、第2のセンサを第2のウエハー部材から設け、第1センサは第2センサとは異なる特性を検知し、1個または複数のセンサ部材をキャビティ内に含む電気機械動きセンサを形成し、少なくとも1個または複数のセンサ部材を第1ウエハー部材と第2ウエハー部材の間のキャビティに封止して、マルチセンサアセンブリを設ける。

本出願の目的の1つは、独自の検出装置を提供することにある。

別の目的には、センサを提供するための独自の方法、システム、機器、装置が含まれる。

本出願のさらなる目的、実施例、形態、側面、便益、優位点、特徴および発明は、以下に示す図面および詳細な説明から明らかとなるであろう。

本発明の原理の理解を助けるため、図面に示した実施形態を参照する。ここで、同じ語句は同じものを表すものとして用いる。ただし、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではないことを理解されたい。記載の実施形態におけるあらゆる変更や更なる修正、ここに記載した本発明の原理のあらゆる更なる応用は、本発明に関連する技術の当業者に通常予期しうる範囲において、予期されているものである。

図1は、本発明の一実施例のる電子マルチセンサアセンブリ20を概略的に図示したものである。アセンブリ20は、ウエハー部材30、40、50を有するマルチセンサ装置22を含む。典型的には、ウエハー部材30、40、50は、それぞれ先の処理段階において大きなウエハーを分割することによって形成したそれぞれに対応するダイの形態で提供される。これは、後に図3のフローチャートとの関連で十分に説明する。ウエハー部材30、40、50はそれぞれ、アセンブリ20の各ウエハーまたは材料層31、41、51を規定する。層51は、境界34および44においてそれぞれ層31および41に取り付けられる対向面54aおよび54bを含む。装置22は基板60に装着される。図1において、基板60は部分のみ示されている。

一実施例において、装置22のウエハー部材30、40、50はそれぞれ、標準的な半導体材料から成る。標準的な半導体材料に加えてまたはその代替として、別の実施例では、ウエハー部材30、40、50の任意の1個または複数個は、ごく少数の例をあげると、ポリマー、セラミック、金属のうち1個または複数から成るものとすることができる。更に別の実施例では、ウエハー部材30、40、50の1個または複数個の構成を、当業者に想定しうる別のものに変更することができる。

ウエハー部材30は指紋読み取りセンサ32を含み、ウエハー部材40はジョイスティック移動センサ42を含む。この配置では、センサ32は基板60の反対の場所にあるため、指を直接または間接に嵌め込んで、対応する指紋を読み取るのに都合が良い位置としている。他方センサ42および52はそのような嵌め込みに適した位置とする必要はない。1個または複数個の他の電子装置、部品、センサ、回路、その他をウエハー部材30および40のいずれかまたは双方の上に形成することも可能であることを理解されたい。ウエハー部材50はMEMS装置を電気機械動きセンサ52の形態で含む。図示の実施例においては、センサ52は加速度計55の形態としている。加速度計55は、キャビティ56に隣接したベース部53を含む。キャビティ56は、ウエハー部材50の内へ伸びて、側面54a内の開口56aおよび側面54b内の開口56bを規定する。加速度計55は、ベース部53と結合した機械的腕部57aの形態のセンサ部材57を更に含む。機械的腕部57aは、ベース部53からキャビティ56内へ伸びており、中で自由に曲がりおよび/またはその他の動きをし、加速に対応してセンサ52により電子信号を電気機械的に発生する。別の実施例では、代替的または追加的に、1個または複数の異なるMEMS装置、または別の装置型式、部品、部材、回路構成のいずれか1個または複数をウエハー部材50から作ることもできる。センサ部材57が、開口56aおよび56bをそれぞれウエハー部材30および40で被覆することにより、キャビティ56内で包囲されていることを理解されたい。ウエハー部材30および40は、ウエハー部材50と結合されて密閉封止(hermetic seal)を成し、部材57をキャビティ56外部の原因による損傷から保護する。

露出した状態では、MEMS装置の機械的作用は一般に損傷に弱く、または望ましくない動作をする可能性がある。したがって、ウエハー部材30および40により保護封止を設けて、内部作用の望ましくない露出を除去しないまでも減少させる。同時に、ウエハー部材30および40は対応するセンサ32および42も含むため、MEMS装置(センサ52)が占有するスペースをセンサ32および42と垂直方向で共有することができる。結果として得られる装置22およびアセンブリ20は、1個または複数個のセンサを別々に使用する構成に比べて少ない占有面積を使用するものとして利用することができる。代替の実施例において、より多くまたは少ないセンサを本出願の教示に従って組み合わせることもできることを理解されたい。ある別の実施例においては、ウエハー部材50の1側面54aまたは56bだけに開口露出センサ52を含む。このセンサ52には、対応するウエハー部材30または40をウエハー部材50に取り付けることにより、保護筐体を設けてもよい。

更に、図2にはシステム120を図示している。ここで同様の参照番号は同様の部品等を示している。システム120は、携帯通信装置130を携帯電話132の形態で含む。装置130はマルチセンサアセンブリ20および回路構成122とを含む。回路122はマルチセンサアセンブリ20と電気的に接続している。回路122は、センサ32、センサ42、センサ52のいずれかまたは複数に対して、必要または要求に応じて電力を供給するよう構成されている。更に、回路122はセンサ32、42、52からの検知信号を受信し、また、こうした信号を装置130の動作の要求にしたがって利用するよう構成している。

図示の携帯電話132について、センサ32を、セキュリティー対策として利用することができる。この例では、携帯電話132の一部または全部の機能を利用するために、センサ32を介して決定した指紋認証信号が、他の予備的条件を伴ってまたは伴わずに要求される。更に、センサ42を、ジョイスティックで操作する携帯電話132のポインターまたはカーソル(図示なし)その他を実装するために利用することができる。センサ52を、携帯電話132の現在位置報告機能用に用いることができる。ある特定の実施例において、センサ52からの信号は、メインの静止軌道測位衛星(GPS)ロケーティング・サブシステムを補強して、良好でないGPS受信状態等を調整するために用いる。しかし、別の実施例では、センサ32、42、52の1個または複数を、携帯電話132の別の機能的能力に利用することができおよび/またはまったく別のセンサタイプとすることもできる。更に別の実施例では、アセンブリ22は、携帯情報端末(PDA)、パーソナルコンピューター(ノート型、ラップトップ型その他)、電子ゲーム機器、電子操作または入力装置、当業者に想定可能なその他の装置のいずれかまたは複数など、別の装置タイプに使用される。

図3には、製造手順220をフローチャートの形で示している。手順220は、アセンブリ22を含む装置の製造の1つの方法である。手順220は、工程222により開始する。工程222においては、ウエハー部材30、40、50のそれぞれに処理を行い、それぞれが支持する対応するセンサ32、42、52を設ける。ウエハー部材30、40、50のそれぞれは、各センサ32、42、52を提供するのに必要な選択ドーピング、エッチング、メタライザーションおよび/または種々のリソグラフ的または別の製造技術を含む標準的な技術によって処理される。ある特定の実施例において、ウエハー部材50の部材57を、標準的なエッチング技術によって形成し、それを取り囲むキャビティ56を形成する。大量生産に向いたアプローチでは、ウエハー部材30、40、50のそれぞれは、より大きな対応するウエハーを多数の断片(ダイス)または「チップ」に分割することにより形成したウエハーダイとして提供される。分割される任意の大ウエハーについて、各ダイ(ウエハー部材)は同種のセンサ32、42、52を支持する。したがって、この形態では、大ウエハーは多数の同種のセンサを提供することができ、3つの異なる大ウエハーをそれぞれ、ウエハー部材30、40、50(更に対応するセンサ32、42、52)の各種を複数個作るために使用することができる。

手順220は、工程222から工程224へ進む。工程224では、工程222で得られたウエハー部材30およびウエハー部材40を、ウエハー部材50の側面54aおよび側面54bへそれぞれ取り付ける。この境界34および/または境界44における取り付けは、接着剤等、融解、および/または当業者に想定可能な他の接合技術を用いた結合により行うことができる。ある実施例において、工程224により、加速度計55特に部材57を保護する密閉封止が得られる。しかし、別の実施例では、取り付けによりそのような封止を提供する必要はない。

工程224の後、手順220は工程226へと続く。工程226では、ウエハー部材40を標準的な技術を用いて基板60上に搭載する。基板60は、半導体、金属、セラミック、ポリマー材料および/または当業者に想定できるその他の構成とすることができる。更に別の実施例においては、基板60は存在しない。手順220は工程228へと続く。工程228では、アセンブリ20を回路に電気的に接続する。回路122は回路の1例にすぎず、これに限られるものではない。得られた構成は、工程230においてアプリケーション装置230に組み立てられる。この装置は、携帯通信装置130または当業者に想定できるその他の装置とすることができる。工程232において、アプリケーション装置を作動させる。工程232を、装置の機能および/または装置を使用した結果をテストするために行うことができる。手順220は装置22、マルチセンサアセンブリ20およびこれらの項目を含むシステムのための数ある製造工程の1例にすぎないことを理解されたい。

本発明を図面および上述の説明により詳細に図解し解説したが、これらは説明のためのものであり性格を限定するものではないと見なすべきである。選ばれた実施例だけを図示し、解説したものであり、これまでに記載され、および/または請求項で規定される本発明の精神に含まれるあらゆる変更、修正、相当物が保護の対象とされるべきことを理解されたい。

多層ウエハー部材を具えたマルチセンサアセンブリの概略図である。 図1のアセンブリを含むシステムを示す。 図1のアセンブリを含む装置の製造のための1手順のフローチャートを示す。

Claims (28)

  1. 第1のウエハー部材(30)に支持される第1のセンサ(32)および第2のウエハー部材(40)に支持される第2のセンサ(42)を形成し、、電気機械センサ(52)を第3のウエハー部材(50)から形成し、、該第3のウエハー部材(50)は第1の側面(54a)および反対側の第2の側面(54b)を有し、前記電気機械センサ(52)はキャビティ(56)内に伸びるセンサ部材(57)を含み、前記第1ウエハー部材(30)を前記第3ウエハー部材(50)の前記第1側面(54a)に結合しおよび前記第2ウエハー部材(40)を前記第3ウエハー部材(50)の前記第2側面(54b)に結合することによって、前記センサ部材(57)を包囲化してマルチセンサアセンブリ(20)を得るむ方法。
  2. 請求項1に記載の方法において、前記第1センサ(32)が指紋検出器であることを特徴とする方法。
  3. 請求項2に記載の方法において、前記第2センサ(42)がジョイスティック移動検出器であることを特徴とする方法。
  4. 請求項1に記載の方法において、前記電気機械センサ(52)が動き検出器であることを特徴とする方法。
  5. 請求項4に記載の方法において、前記動き検出器がMEMS装置形態の加速度計(55)であることを特徴とする方法。
  6. 請求項1に記載の方法において、マルチセンサアセンブリ(20)を基板(60)に実装することを特徴とする方法。
  7. 請求項1に記載の方法において、マルチセンサアセンブリ(20)を携帯電子機器(130)の回路(122)に電気的に接続することを特徴とする方法。
  8. 請求項7に記載の方法において、前記携帯電子機器(130)は、前記回路(122)および前記マルチセンサアセンブリ(20)を支持する携帯電話(132)を含むことを特徴とする方法。
  9. 請求項1に記載の方法において、前記センサ(52)は加速度計(55)であり、前記空隙(56)は、前記第3ウエハー部材(50)の前記第1側面(54a)および前記第2側面(54b)へ伸び、前記包囲は、前記センサ部材(57)の前記キャビティ内での前記第1ウエハー部材(30)と前記第2ウエハー部材(40)の間の封止を含むことを特徴とする方法。
  10. 第1のセンサ(32)を材料の第1層(31)から設けるとともに第2のセンサ(42)を材料の第2層(41)から設け、該第1センサ(32)は該第2センサ(42)と異なる特性を検出し、電気機械動き検出器(52)を材料の第3層(51)から形成し、該第3層(51)を前記第1層(31)および前記第2層(41)に取り付け、該第3層(51)は前記取り付けの後該第1層(31)と該第2層(41)の間に位置して、少なくとも部分的に前記電気機械動き検出器(52)を包囲するとともにマルチセンサアセンブリ(20)を設ける方法。
  11. 請求項10に記載の方法において、前記第1センサ(32)は指紋検出器であることを特徴とする方法。
  12. 請求項11に記載の方法において、前記第2センサ(42)はジョイスティック移動検出器であることを特徴とする方法。
  13. 請求項10に記載の方法において、前記電気機械動き検出器(52)は加速度計(55)であることを特徴とする方法。
  14. 請求項10に記載の方法において、前記第1センサ(32)は指紋検出器であり、前記第2センサ(42)はジョイスティック移動検出器であり、前記電気機械動き検出器(52)はMEMS装置型の加速度計(55)であり、前記第1層(31)を第1ウエハー部材(30)から設け、前記第2層(41)を第2ウエハー部材(40)から設け、かつ、前記第3層(51)を第3ウエハー部材(50)から設け、前記加速度計(55)のセンサ部材を前記第1層(31)と前記第2層(41)の間のキャビティ内に封止し、前記マルチセンサアセンブリ(20)を携帯電子機器(130)用回路に接続することを特徴とする方法。
  15. 請求項14に記載の方法において、前記携帯電子機器(130)は、前記回路構成(122)および前記マルチセンサアセンブリ(20)を搭載する携帯電話(132)を含むことを特徴とする方法。
  16. マルチセンサアセンブリ(20)を具え、該マルチセンサアセンブリが、1つのウエハー層により規定されるキャビティ内に形成した電気機械センサ部材(57)と、少なくとも2以上の別のウエハー層(31、41)のうち第1のウエハー層に搭載した第1の別のセンサ(32、42)と、該別のウエハー層(31、41)のうち第2のウエハー層に搭載した第2の別のセンサ(32、42)とを含み、前記1つのウエハー層(51)は、前記別のウエハー層(31、41)の前記第1のウエハー層と前記別のウエハー層(31、41)の前記第2のウエハー層の間に位置し、前記電気機械センサ(52)部材を、前記別のウエハー層(31、41)の前記第1のウエハー層と前記別のウエハー層(31、41)の前記第2のウエハー層の間に封止することを特徴とするマルチセンサアセンブリ(20)を具えた装置。
  17. 請求項16に記載の装置において、前記マルチセンサアセンブリ(20)および該マルチセンサアセンブリ(20)と電気的に接続した回路構成(122)を搭載する携帯電話を更に具えることを特徴等する装置。
  18. 請求項16に記載の装置において、前記第1の別のセンサ(32、42)は指紋検出器であることを特徴とする装置。
  19. 請求項18に記載の装置において、前記第2の別のセンサ(32、42)はジョイスティック移動検出器であることを特徴とする装置。
  20. 請求項19に記載の装置において、前記1個のウエハー層(51)はMEMS装置形態の加速度計(55)を規定し、該加速度計(55)は前記電気機械装置(52)部材を含むことを特徴とする装置。
  21. 請求項20に記載の装置において、前記センサ部材を前記第1ウエハー層(31)と前記第2ウエハー層(41)の間に封止する手段を更に具えること特徴等する装置。
  22. 第1のウエハー層(31)に保持された第1の特性を検出する手段と、第2のウエハー層(41)に保持された第2の特性を検出する手段と、センサ部材(57)を含むMEMS装置と、該センサ部材(57)を前記第1ウエハー層(31)と前記第2ウエハー層(41)の間に封止する手段とを具えるマルチセンサアセンブリ(20)。
  23. 第1のセンサ(32)を第1のウエハー部材(30)から設けるとともに、第2のセンサ(42)を第2のウエハー部材(40)から設け、該第1センサ(32)は該第2センサ(42)とは異なる特性を検知し、1個または複数のセンサ部材(57)をキャビティ(56)内に含む電気機械動きセンサ(52)を形成し、少なくとも1個または複数のセンサ部材(57)を前記第1ウエハー部材(30)と前記第2ウエハー部材(40)の間のキャビティ(56)に封止して、前記マルチセンサアセンブリ(20)を設ける方法。
  24. 請求項23に記載の方法において、前記電気機械動きセンサ(52)は加速度計(55)であることを特徴とする方法。
  25. 請求項24に記載の方法において、前記第1センサ(32)は指紋センサであることを特徴とする方法。
  26. 請求項25に記載の方法において、前記第2センサ(42)はジョイスティック移動検知器であることを特徴とする方法。
  27. 請求項23に記載の方法において、前記形成は、電気機械動きセンサ(52)をウエハー層から作ることを含み、該ウエハー層は前記キャビティ(56)を少なくとも部分的に規定し、前記封止は、該ウエハー層を前記第1ウエハー部材(30)および前記第2ウエハー部材(40)に取り付けることを含むことを特徴とする方法。
  28. 請求項27に記載の方法において、前記マルチセンサアセンブリを回路(122)に接続し、該回路(122)および該マルチセンサアセンブリ(20)を携帯電話(132)に設置することを特徴とする方法。
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