TWI336770B - Sensor - Google Patents

Description

1336770 P27960〇〇ixW 23757twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種 , 電容式感測裝置。 r 【先前技術】 隨著科技的進步，各種感測裝置已普遍地被應用於電 φ 子產品中。舉例來說’感測裝置可以是用以感測壓力之壓 力感測器（Pressure Sensor)、加速度計（Accelerometer)或 ' 是用以感測聲波之聲音感測器（Acoustic Sensor)。以聲音 感測益為例，由於市場對聲音品質的要求曰益增高，因此 一般之聲音感測器會配設訊號品質較佳之電容式麥克風。 圖1為習知之一種聲音感測器應用於手機應用上的示 意圖。請參考圖1，聲音感測器1 〇〇是利用一蓋體1丨〇覆 蓋載板120上之微機電系

System，MEMS)麥克風130，並在蓋體丨10中填充橡膠材 馨料140’且於蓋體110中預留一與MgMs麥克風13〇相通 之收音孔道150(Acoustic Channel)，而聲波可經由收音孔 道150，遞至MEMS麥克風13〇以轉換成電子訊號。值得 一提的疋，隨著電子產品朝向輕薄化之趨勢發展，電子產 品内部空間有限，上述聲音感測器1〇〇則因内部設有收音 孔道150 ’導致聲音感測器1〇〇體積較大而不易配設於内 部空間有限之電子產品中。 另外’如圖2所示’美國公告專利編號us 6,78〗，231 1336770 P27960001TW 23757twf.doc/n 亦揭露一種「具有環境及干擾防護之微.機電系統封裝」 (MICROELECTROMECHANIC AL SYSTEM PACKAGE WITH ENVIRONMENTAL AND INTERFERENCE SHIELD) ’其中此封裝結構200包括一 MEMS麥克風 210、一載板220及一金屬蓋體230。載板220用以承載 MEMS麥克風210。其中，金屬蓋體230上設有至少一收 音孔240 ’以使聲波能通過收音孔240傳遞至MEMS麥克 風 210。

然而，上述之封裝結構200在製作時有其困難度與限 制。更詳細而言，在金屬蓋體230上製作收音孔240時， 由於金屬蓋體230的厚度較薄，因此加工上較為困難。另 —方面，若上述收音孔240位於金屬蓋體230側面，則金 屬蓋體230的高度會限縮收音孔24〇本身的大小尺寸，而 導致封裝結構200的咼度無法進一步降低，相對不利於產 品的輕薄化。 此外，在封裝過程中，習知技術會利用一機台來吸附 金，蓋體230 ’以將金屬蓋體23〇配設於載板22〇上，並 覆蓋MEMS麥克風210。若收音孔24〇設置於金屬蓋體23〇 之頂部’則機台在吸附金屬蓋體23G時，機台之吸附範圍 容易涵蓋到收音孔240,而機台所產生之吸附力即 致MEMS麥克風別的共振膜受損，造成製作良率不佳。 【發明内容】 本發明提供-種感測裝置，其符合輕薄化之趨勢，並 6 1336770 P27960001TW 23757twf.doc/n 具有較佳之製作良率。 本發明提供一種感測裝置，其可達到方向性感測的效 果。 本發明提出一種感測裝置’其包括設有一第一孔道以 及一第二孔道之一載板、一配設於载板之電容感測元件以 及蓋體。電谷感測元件具有一振動膜（Membrane)，而振 動膜與載板間形成一第一腔室’蓋體則配設於載板，並覆 蓋電容感測元件。其中，振動膜與蓋體間形成一第二腔室， 第一腔室與第二腔室分別位於振動膜之兩側，且第一孔道 連通至第一腔室與第二腔室其中之一，而第二孔道連通至 第一腔室與第二腔室之另一。 本發明再提出一種感測裝置，其包括一載板、多個導 電凸塊、一電容感測元件以及一蓋體。其中，電容感測元 件具有一振動膜，電容感測元件經由導電凸塊連接載板， 且電容感測元件、導電凸塊以及載板間形成一孔道。蓋體 則覆蓋電容感測元件，且蓋體與電容感測元件之間形成一 腔室，腔室與孔道則分別位於振動膜之兩側。 本發明是在載板設置孔道，而外界之波動可經由孔道 傳遞至感測裝置之電容感測元件。由於在載板設置孔道並 不會影響感測裝置之整體體積，因此本發明之感測裝置適 於配設於輕薄化之電子產品中。此外，相較於在金屬蓋體 上不易加工，本發明有較簡易之孔道配設方式。 另一方面，電容感測元件亦可經由多個導電凸塊連接 載板，以於電容感測元件、多個凸塊以及載板間形成一孔 7 1336770 P27960001TW23757twf.doc/n 道’而外界之波動同樣可經由孔道傳遞至感測裝置之電容 感測元件。 · 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 本發明是在用以承載電容感測元件之載板中設置一 孔道，電容感測元件例如是用以感測壓力之壓力感測元 件、加速度計、或是用以感測聲波之電聲元件，而外界之 波動可經由孔道傳遞至感測裝置内，位於感測裝置内之電 容感測元件即可將波動轉換成電子訊號。此外，電容感測 元件亦可經由多個導電凸塊連接載板，以於電容感測元 件、多個導電凸塊以及載板間形成孔道，而外界之波動同 樣可經由孔道傳遞至感測裝置中。另一方面，本發明亦可 於載板製作另一孔道或是於覆蓋電容感測元件之蓋體上製 作一開孔，以使感測裝置為一方向性之感測裝置。關於上 述各種實施方式’本發明將於下文中做詳細說明，且為方 便說明，下文所述之感測裝置將以聲音感測器為例。 圖3Α即繪示本發明一實施例之感測裝置的剖視 圖，圖3Β繪示圖3Α之感測裝置的側視圖。請同時參考圖 3Α與圖3Β，本實施例之感測裝置3〇〇包括一載板31〇、 一配設於載板310之電容感測元件32〇以及一蓋體330。 其中，本實施例之載板310設有_第〆孔道312以及一第 二孔道314，第一孔道312與第二孔道314例如是應用雷 8 1336770 P2796000ITW 23757twf.doc/n 射加工技術以於例如是印刷電路板或是導電塑膠疊層之載 板310中形成之孔道。例如是電聲元件之電容感測元件32〇 則具有一振動膜322，且振動膜322與載板310間形成一 第一腔室340。此外，本實施例可以在载板31〇上製作一 凹槽302，以使第一腔室340與凹槽302相通。另外，蓋 體330則配設於載板310 ’並覆蓋電容感測元件32〇，且振 動膜322與蓋體330間形成一第二腔室350。上述第一腔 室340與第二腔室350分別位於振動膜322之兩側。 在本實施例中，第一孔道312與第二孔道314分別位 於電容感測元件320之兩側，第一孔道312是連通至第— 腔室340與第二腔室350其中之一，而第二孔道314是連 通至第一腔室340與第二腔室350之另一（圖3A所繪示之 第一孔道312是連通至第二腔室350，第二孔道314是連 通至第一腔室340，而其他實施例之第一孔道312亦可連 通至第一腔室34〇,第二孔道314是連通至第二腔室350)。 如此一來’外界之聲波即可經由第一孔道312傳遞至第二 腔室350 ’或是經由第二孔道314傳遞至第一腔室340,並 使付電容感測元件320之振動膜322產生振動（圖3A、圖 4之電容感測元件上並未詳細繪製感測電路，而是以較簡 略之圖案來表示’以避免造成任何限制。關於電容感測元 件上之感測電路仍會在圖5、圖6、圖7、圖8中繪示）。 值得一提的是’由於第一孔道312與第二孔道314分 別位於電容感測元件320之兩側，電容感測元件320即可 接收不同方向之聲波。特別的是，在本實施例中，第二孔 9 I33677〇 P27960001TW23757twf.d〇c/n 道314之孔道長度例如是大於第一孔道312之孔道長度， 因此經由第一孔道312以及第二孔道314傳遞至電容感測 元件320之聲波會存在一時間差，而感測裝置3〇〇即可判 .別聲波之傳遞方向。亦即，本實施之例感測裝置300為一 ，方向性感測裝置。 在本發明中，除了利用第一孔道312以及第二孔道314 之孔道長度差異來使傳遞至電容感測元件320之聲波存在 時間差之外，其他實施例亦可於第一孔道312與第二孔道 _ 314其中之一設置一聲學阻尼裝置(mechanical screen)(未 . 繪示），以藉由例如是多孔性材料之阻尼來使在第一孔道 312與第二孔道314中傳遞之聲波產生時間差。 此外，為避免環境中之雜塵經由第一孔道312進入感 測裝置300内部而導致電容感測元件320受到污染，本實 施例可於第一孔道312之開口形成一多孔狀結構312,，以 有效地阻隔環境中之雜塵，多孔狀結構312’例如是網狀結 構或是栅狀結構）（請參考圖3C，其繪示設有多孔狀結構 φ 之孔道開口的示意圖）。當然，本實施例亦可於第二孔道 314之開口形成另一多孔狀結構，以有效地阻隔環境中之 雜塵。 接著，本文將針對另一種方向性感測裝置做說明。請 參考圖4，其繪示本發明一實施例之感測裝置的剖視圖， 本實施例例如是在載板410上設置一與第一腔室440相通 之第一孔道412，而盍體430上設置一與第二腔室450相 通之開孔432。與圖3A之感測裝置300相同，在本實施例 之感測裝置400中’電容感測元件420之振動獏422亦可 1336770 P27960001TW23757twf.doc/n f自開孔432以及第一孔道412傳遞至感測裝置4〇〇内之 聲波進行方向性之判別。 " 在一實施例中，電容感測元件520可以為一互補式金 氧半導體（CMOS，Complementary Metal-Oxide

SemiconductoO元件（如圖5所示），其設有一感測電路 524’感測電路524可包括讀取電路、放大電路以及加壓電 路，而感測裝置500即可藉由讀取電路來讀取振動膜522 所產生之振動參數。此外，在另一實施例中，電容感測元 件620亦可包括一微機電感測元件62〇a與一與微機電感測 元件620a電性連接之控制晶片620b(如圖6所示）。其中， 控制晶片620b同樣設有感測電路624，以利用感測電路624 中之續取電路來讀取振動膜622所產生之振動參數。在本 發明中，上述實施例之電容感測元件32〇、420、520可為 微機電感測元件620a與控制晶片620b之組合或是互補式 金氧半導體元件，本文在此並不作任何限制。 本發明除了可於載板中設置孔道，以使聲波能經由孔 道傳遞至感測裝置内之外’在其他實施例之感測裝置 700(如圖7所示）中，電容感測元件720亦可經由多個導電 凸塊760連接載板710(載板710例如為印刷電路板咬導電 塑膠璧層），以於電容感測元件720、多個導電凸塊76〇以 及載板710間形成孔道780。具體地說’在感測裝置7〇〇 中’電容感測元件720例如是經由覆晶（Flip Chip)技術接 合於載板710上’以使電容感測元件720、導電凸塊760 以及載板710間形成孔道780。此外，蓋體730是覆蓋電 11 1336770 P27960001TW 23757twf.doc/n 容感測元件720，且蓋體730與電容感測元件wo之間形 成一腔室770，而腔室770與孔道7S0則分別位於電容感 測元件720之振動膜722的兩側。如此一來，聲波即可經 由孔道780傳遞至電容感測元件72〇。其中，本實施例之 電谷感測元件720例如是具有感測電路724之互補式金氧 半導體元件，以讀取振動膜722所產生之振動參數。 此外，本發明亦可於感測裝置700之蓋體730上製作 開孔以使感測裝置7〇〇為一方向性之感測裝置8〇〇(如圖8 所示）。詳細地說，本實施例是於蓋體73〇上製作一與腔室 770相通之開孔732。如此一來，聲波即可分別經由孔道 780與開孔732傳遞至振動膜722,而感測電路724之讀取 電路即可讀取振動膜722所產生之振動參數，並對自開孔 732以及孔道78G傳遞至感測裝i _中之聲波進行方向 性之判別。 综上所述’在本發明之制裝置中，電紐測元件配 ;具有一孔道之載板上，而外界之波動即可經由二孔道 Z傳遞域職置之第—腔室錢第二腔室巾，並藉由 置ίίΪΪί異或是於二孔道其中之—内設置聲學阻尼裝 裝ίΪϋ 聲波傳遞產生時間差，即本發明之感測 元件可將波二 訊;二：％電= ==凸塊連接載板，以於電容= : 遞至感測裝置之第一腔室以及第二肢室中，電容感測元 12 lJJ0/70 P27960001TW23757twf.d〇c/n 件即可將波動轉彳域電子訊號。 制。相!交於習知技術之在金屬蓋體上進行收音孔之加疋 製私或^於蓋體中製作收音孔道之方式，由於本發明無需 . 在金屬蓋體上進行任何加工製程，且波動所通過之孔道是 . 絲板之製作過程巾即㈣形成於載板巾，因此本發明之 感測裝置有較佳的製程良率。此外，由於孔道是位於載板 中’因此孔道之配設並不會影響感測裝置之整體高度，即 肇 ，發明^感測裝置有較小之整體尺寸，以符合電子產品輕 薄化之需求。另外’本發明亦可於蓋體上設置-開孔來使 ‘ 感測裝置為—方向性之感測裝置。 雖…、:本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 準。 ， Φ 【圖式簡單說明】

圖1繪示習知之一種聲音感測器應用於手機應用上的 的不意圖D 圖2繪示習知之另一種聲音感測器的示意圖。 圖3A繪示本發明一實施例之感測裝置的剖視圖。 圖3B繪示圖3A之感測裝置的側視圖。 圖3C繪示設有多孔狀結構之孔道開口的示意圖。 圖4繪示本發明一實施例之感測裝置的剖视圖。 13 1336770 P2796000ITW 23757twf.d〇c/n 圖5緣示本發明一實施例之感測裝置的剖視圖。 圖6繪示本發明一實施例之感測裝置的剖視圖。 圖7繪示本發明—實施例之感測裝置的剖視圖。 圖8繪示本發明—實施例之感測裝置的剖視圖。 【主要元件符號說明】 100 :聲音感測器 110 :蓋體 120 :載板 130 : MEMS麥克風 140 :橡膠材料 150 :收音孔道 200 :封裝結構 210 : MEMS麥克風 220 :載板 230 :金屬蓋體 240 :收音孔 300、400、500、700、800 :感測裝置 302 :凹槽 310、410、710 :載板 312、412 :第一孔道 312’ ：多孔狀結構 320、420、520 :電容感測元件 322、422、522、622、722 :振動膜 14 1336770 P27960001TW 23757twf.doc/n 524、624、724 ··感測電路 330、430、730 :蓋體 340、440 :第一腔室 350、450 :第二腔室 314 :第二孔道 432、732 :開孔 620a :微機電感測元件 620b .控制晶片 760 :導電凸塊 770 :腔室 780 :孔道

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Claims (1)

1336770 P27960001TW 23757nvf.doc/n 十、申請專利範圍： 1. 一種感測裝置，包括： ‘· 一載板，設有一第一孔道以及一第二孔道； 一電容感測元件，配設於該載板，其_該電容感測元 件具有一振動膜，而該振動膜與該載板間形成一 室；以及 一蓋體，配設於該載板，並覆蓋該電容感測元件，其 丨中該振動膜與該蓋體間形成一第二腔室，該第一腔室與諛 第二腔室分別位於該振動膜之兩側，且該第—孔道連通至 •該第一腔室與該第二腔室其中之一，而該第二孔道連通至 該第〆腔室與該第二腔室之另一。 2. 如申請專利範圍第丨項所述之感測裝置，其中該第 一孔道或該第二孔道的開口形成一多孔狀結構。 3. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該第 二孔道之孔道長度大於該第一孔道之孔道長度。 4. 如申請專利範圍第1項所述之感測装置，其中該第 丨一孔道與該第二孔道其令之一設有一聲學阻尼裝置。 5. 如申凊專利範圍第4項所述之感測裝置，其中該阻 尼包括一多孔性材料。 6. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該蓋 體包枯一開孔，該開孔與該第二腔室相通，而該第一孔道 與該第一腔室相通。 7·如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該電 容感測元件為一互補式金氧半導體元件。 1336770 P27960001TW 23757twf.doc/n 8. 如申請專利範圍第7項所述之感測裝置，其中該互 補式金氧半導體元件更具有一感測電路。 9. 如申請專利範圍第8項所述之感測裝置，其中該感 測電路包括讀取電路、放大電路以及加壓電路。 10. 如申請專利範圍第〗項所述之感測裝置，其中該電 谷感測元件包括一微機電感測元件與一控制晶片，該控制 晶片與該微機電感測元件電性連接。 11. 如申请專利範圍第10項所述之感測裝置，其中該 控制晶片包括一讀取電路。 12. 如申请專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該電 容感測元件為電聲元件或壓力感測元件。 13. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該載 板為印刷電路板或導電塑膠疊層。 14. 一種感測裝置，包括： 一載板； 多個導電凸塊； 一電容感測元件，具有一振動膜，該電容感測元件經 由該些導電凸塊連接該載板，且該電容感測元件、該些導 電凸塊以及該載板間形成·一孔道；以及 一蓋體’覆蓋該電容感測元件，其中該蓋體與該電容 感測元件之間形成一腔室，且該腔室與該孔道分別位於該 振動膜之兩侧。 15. 如申請專利範圍第14項所述之感測裝置，其中該 蓋體包括一開孔，該開孔與該腔室相通。 17 1336770 P2796000ITW 23757twf.doc/n 16. 如申請專利範圍第i4項所述之感測裝置 電容感測元件為一互補式金氧半導體元件。 17. 如申請專利範圍第16項所述之感測裝置 > 互補式金氧半導體元件更具有一感測電路。 • I8·如申請專利範圍第17項所述之感測裝置， 感測電路包括讀取電路、放大電路以及加壓電路〇 ^ I9·如申請專利範圍第14項所述之感測裝置， « 电容，測元件為電聲元件或壓力感測元件。 巷把如申*青專利範圍第14項所述之感測裝置， •载板為印刷電路板或導電塑膠疊廣。 其中該 其中該 其申該 其中該 其中該