TWI419833B - 感測器組合 - Google Patents

Description

感測器組合

本發明是關於感測技術領域，特別是關於一種感測器組合。

感測器具有許多應用，其商業潛力正開始被人們所認識。感測器之類型很多，包括有用於捕捉圖像之圖像感測器、用於捕捉聲音之聲音感測器、用於測量物體的轉動角速度之陀螺儀及用於測量運動物體的加速度之加速度計。這些感測器被廣泛使用於數碼相機、移動電話、導航儀、筆記本電腦等產品中。

惟，上述感測器之功能單一，並不能滿足目前多功能之需求。

有鑒於此，提供一種具有多功能之感測器組合實為必要。

為解決先前技術中存在功能單一之技術問題，本發明提供一種具有多功能之感測器組合。

本發明所採用之技術方案為：所述感測器組合，包括一基板，於基板上設置有互補金屬氧化物半導體圖像感測器、陀螺儀、加速度計、聲音感測器及射頻感測器。

所述互補金屬氧化物半導體圖像感測器包括光電二極體層、電源線路層、門電極、第一絕緣層、第一金屬層、第二絕緣層、第二 金屬層、第三絕緣層、氮化物層、複數彩色濾光片、平面化層及複數微透鏡；光電二極體層設置於上述基板表面，電源線路層形成於光電二極體層表面，門電極連接於電源線路層與第一金屬層之間，第一絕緣層形成於光電二極體與第一金屬層之間，第二絕緣層、第二金屬層、第三絕緣層、氮化物層依序設置於第一金屬層表面，上述複數彩色濾光片形成矩陣，設置於氮化物層表面，平面化層設置於氮化物層表面，並圍繞彩色濾光片，上述複數微透鏡設置於平面化層表面。

所述射頻感測器包括藍牙模組、無線局域網模組和碼分多址模組。

所述加速度計包括一封裝體，該封裝體為立方體，具有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面；於第一、二、三平面中分別形成一凹槽，於每一凹槽底部設置第一正、負電極，導電性黏結劑和壓電振動片，導電性黏結劑分別設置於第一正、負電極和壓電振動片之間；一蓋體氣密性地密封每一個凹槽；上述第四平面與上述基板接觸。

所述陀螺儀包括一封裝體，該封裝體為立方體，具有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面；於第一、二、三平面中分別形成一凹槽，於每一凹槽內設置一陀螺儀元件，一蓋體氣密性地密封每一凹槽；第四平面與上述基板接觸。

所述聲音感測器包括振動膜層和背極板；上述基板包括第一部分和與第一部分間隔之第二部分；振動膜層包括懸置端、固定端和 波紋結構；該固定端固定於第一部分，懸置端放置於第二部分之上，波紋結構形成於固定端與懸置端之間；於振動膜層邊緣形成複數第一通氣孔，振動膜層表面塗覆第一電極層；背極板具有邊緣，該邊緣固定於基板之第一部分和第二部分上；於背極板與振動膜層之間形成空隙；於靠近背極板的邊緣形成複數第二通氣孔；第一、第二通氣孔與空隙貫通；複數聲音孔形成於背極板之中心部分；背極板於其內表面塗覆第二電極層。

與先前技術相比較，本發明之感測器組合功能多樣，具有圖像感測、聲音感測、射頻感測、角速度測量和加速度測量之功能。

10‧‧‧感測器組合

100‧‧‧CMOS圖像感測器

200‧‧‧加速度計

300‧‧‧陀螺儀

400‧‧‧聲音感測器

500‧‧‧射頻感測器

102‧‧‧光電二極體層

104‧‧‧電源線路層

106‧‧‧門電極

108‧‧‧第一絕緣層

110‧‧‧第一金屬層

112‧‧‧第二絕緣層

114‧‧‧第二金屬層

116‧‧‧第三絕緣層

118‧‧‧氮化物層

120‧‧‧彩色濾光片

122‧‧‧平面化層

124‧‧‧微透鏡

126‧‧‧外延層

201、301‧‧‧封裝體

210、310‧‧‧第一平面

230、330‧‧‧第二平面

231‧‧‧第一正電極

232‧‧‧壓電振動片

233‧‧‧第一負電極

234‧‧‧第一振動臂

235‧‧‧第二振動臂

239‧‧‧蓋體

240、340‧‧‧第三平面

243‧‧‧導電性黏結劑

250、350‧‧‧第四平面

251‧‧‧基部

252‧‧‧第二正電極

253‧‧‧第二負電極

254‧‧‧激勵負電極

255‧‧‧激勵正電極

256‧‧‧第一條形槽

257‧‧‧第二條形槽

260、360‧‧‧凹槽

339‧‧‧蓋體

380‧‧‧陀螺儀元件

381‧‧‧主體

382‧‧‧基部

384‧‧‧激勵懸臂

385‧‧‧檢測懸臂

386‧‧‧第一收容槽

387‧‧‧第一加重塊

388‧‧‧第二收容槽

389‧‧‧第二加重塊

411‧‧‧振動膜層

412‧‧‧基板

412A‧‧‧第一部分

412B‧‧‧第二部分

413‧‧‧背極板

414‧‧‧聲音孔

415‧‧‧第二電極層

416‧‧‧第一通氣孔

417‧‧‧第二通氣孔

419‧‧‧第一電極層

420‧‧‧波紋結構

421‧‧‧邊緣

442‧‧‧懸置端

424‧‧‧固定端

425‧‧‧空隙

圖1為本發明實施例之感測器組合之邏輯結構示意圖。

圖2為本發明實施例之感測器組合之互補金屬氧化物半導體圖像感測器之局部剖面圖。

圖3為本發明實施例之感測器組合之加速度計之立體圖。

圖4為沿圖3中之IV-IV線之剖面圖。

圖5為本發明實施例之感測器組合之加速度計之壓電振動片之示意圖。

圖6為沿圖5之VI-VI線之剖面圖。

圖7為本發明實施例之感測器組合之陀螺儀之立體圖。

圖8為本發明實施例之感測器組合之聲音感測器之剖面圖。

為使本發明之目的、技術方案及功效更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述之具體實施例僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參閱圖1，本發明實施例提供之感測器組合10包括互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)圖像感測器100、加速度計200、陀螺儀300、聲音感測器400及射頻(Radio frequency，RF)感測器500。

請參閱圖2，上述CMOS圖像感測器100包括光電二極體層102、電源線路層104、複數門電極106、第一絕緣層108、第一金屬層110、第二絕緣層112、第二金屬層114、第三絕緣層116、氮化物(Nitride)層118、複數彩色濾光片120、平面化(Planarization)層122、複數微透鏡124、複數外延層126及複數連接件128。

電源線路層104形成於光電二極體層102表面。每一門電極106連接於電源線路層104與第一金屬層110之間。第一絕緣層108形成於電源線路層104與第一金屬層110之間。第二絕緣層112位於第一、二金屬層110，114之間，用於絕緣第一、二金屬層110，114。第三絕緣層116設置於第二金屬層114與氮化物層118之間，用於絕緣第二金屬層114與氮化物層118。複數彩色濾光片120形成矩陣，設置於氮化物層118表面。平面化層122設置於氮化物層118表面，並圍繞彩色濾光片120。複數微透鏡124設置於平面化層122表面。

外延層126設置於第一絕緣層108之中，每一連接件128連接外延 層126與電源線路層104。於本實施例中，上述外延層126為N型矽，厚度為300~500埃。

請一併參閱圖3和圖4，上述加速度計200包括一封裝體201，該封裝體201為立方體，具有第一平面210、第二平面230、第三平面240和第四平面250。

於第二平面230形成一凹槽260，於凹槽260底部設置第一正電極231、第一負電極233。該第一正、負電極231、233用於與外部電路連接，以供給驅動電壓。於該第一正、負電極231、233上分別塗敷有導電性黏結劑243，於該導電性黏結劑243上設置一壓電振動片232。一蓋體239氣密性地密封凹槽260。於本實施例中，上述導電性黏結劑243可為摻有銀金屬顆粒等導電性顆粒之樹脂。上述蓋體239可由陶瓷、金屬、玻璃材料製得。

上述壓電振動片232為音叉(Tuning Fork)結構，具有基部251、第一振動臂234和第二振動臂235，上述第一、第二振動臂234、235以該基部251為始端，分成二部份平行地沿Y軸延伸。上述基部251設置於導電性黏結劑243之上。

請一併參圖5和圖6，於基部251之正面和背面兩側分別設置第二正電極252和第二負電極253。第二正電極252通過導電性黏結劑243與第一正電極231電性連接，第二負電極253通過導電性黏結劑243與第一負電極233電性連接。

於第一、第二振動臂234、235之正面和背面，沿其長度方向分別形成第一、第二條形槽256、257。於第一條形槽256內設置激勵 負電極254，於第一振動臂234之兩側面設置激勵正電極255。相似地，於第二條形槽257內設置激勵正電極255，於第二振動臂235之兩側面設置激勵負電極254。第二正電極252與激勵正電極255電性連接，第二負電極253與激勵負電極254電極連接。於本實施例中，壓電振動片232之長度大約為1300微米。振動臂之長度大約為1040微米、臂寬大約為40~55微米。上述第一正、負電極231、233，第二正、負電極252、253，激勵正、負電極255、254由鎢金屬製得。

第一、第三平面210、240結構與第二平面230基本相似，不同之處在於第一、第二振動臂234、235於第一平面210沿Y軸設置，於第三平面240沿Z軸設置。

請參閱圖7，上述陀螺儀300包括一封裝體301，該封裝體301為立方體，具有第一平面310、第二平面330、第三平面340和第四平面350。

於第二平面330形成一凹槽360，於凹槽360內設置一陀螺儀元件380，一蓋體339氣密性地密封凹槽360。

上述陀螺儀元件380包括一主體381，於主體381之兩側分別延伸出基部382。每一基部382沿Y軸延伸出激勵懸臂384，於與激勵懸臂384相反方向延伸出檢測懸臂385。

於激勵懸臂384之正面與背面，沿其長度方向形成第一收容槽386，用於收容激勵電極(圖未示)。相似地，於檢測懸臂385之正面與背面，沿其長度方向形成第二收容槽388，用於收容檢測電 極(圖未示)。陀螺儀300之激勵電極、檢測電極與加速度計200的激勵電極254、255相同。陀螺儀300的用於驅動之電極與加速度計200的第一正、負電極231、233，第二正、負電極252、253相同。

於激勵懸臂384之末端設置第一加重塊(Mass Block)387。於檢測懸臂385之末端設置第二加重塊389。

第一、第三平面310、340具有與第二平面330相似的結構，不同之處在於激勵懸臂384、檢測懸臂385於第一平面310沿Z軸設置，於第三平面340沿X軸設置。

請參閱圖8，上述聲音感測器400包括基板412、振動膜層(Diaphragm Layer)411及背極板(Backplate)413。基板412包括第一部分412A和與第一部分間隔的第二部分412B。振動膜層411包括懸置端442、固定端424和波紋結構420。固定端424固定於第一部分412A，懸置端442放置於第二部分412B之上，波紋結構420形成於固定端424與懸置端442之間。懸置端442和波紋結構420用於釋放振動膜層411之內應力。於振動膜層411邊緣形成複數第一通氣孔416。振動膜層411表面塗覆第一電極層419。

背極板413具有邊緣421，該邊緣421固定於基板412之第一部分412A和第二部分412B上。於背極板413與振動膜層411之間形成空隙425。於靠近邊緣421處形成複數第二通氣孔417。第一、第二通氣孔416、417與空隙425貫通。複數聲音孔414形成於背極板413之中心部分。背極板413於其內表面塗覆有第二電極層415。 第一電極層419與第二電極層415之間連接有電容(圖未示)。當聲波通過聲音孔414入射到振動膜層411時，振動膜層411將隨聲波產生振動，導致電容的電容量發生變化。於本實施例中，上述基板412為矽基板。

上述射頻感測器500包括藍牙模組、無線局域網(Wireless Local Area Networks，WLAN)模組和碼分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)模組。

組裝時，上述CMOS圖像感測器100之光電二極體層102、加速度計200之第四平面250、陀螺儀300之第四平面350及射頻感測器500皆設置於聲音感測器400之基板412上。

本發明實施例之感測器組合10具有圖像感測、聲音感測、射頻感測、加速度測量、角速度測量之功能，可用於移動電話、導航儀、個人數位助手、遊戲機手柄等。

儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域之技術人員應明白，於形式上及細節上可以對本發明做出各種變化，而不會脫離所附權利要求書所限定之本發明之精神及範圍。

10‧‧‧感測器組合

100‧‧‧CMOS圖像感測器

200‧‧‧加速度計

300‧‧‧陀螺儀

400‧‧‧聲音感測器

500‧‧‧射頻感測器

Claims (10)

1. 一種感測器組合，其包括一基板，其改進在於：於基板上設置有互補金屬氧化物半導體圖像感測器、陀螺儀、加速度計、聲音感測器及射頻感測器，其中所述互補金屬氧化物半導體圖像感測器包括光電二極體層、電源線路層、複數門電極、第一絕緣層、第一金屬層、第二絕緣層、第二金屬層、第三絕緣層、氮化物層、複數彩色濾光片、平面化層及複數微透鏡；光電二極體層設置於上述基板表面，電源線路層形成於光電二極體層表面，每一門電極連接於電源線路層與第一金屬層之間，第一絕緣層形成於電源線路層與第一金屬層之間，第二絕緣層、第二金屬層、第三絕緣層、氮化物層依序設置於第一金屬層表面，上述複數彩色濾光片形成矩陣，設置於氮化物層表面，平面化層設置於氮化物層表面，並圍繞彩色濾光片，上述複數微透鏡設置於平面化層表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之感測器組合，其中所述互補金屬氧化物半導體圖像感測器進一步包括複數外延層及複數連接件；外延層設置於第一絕緣層之中，每一連接件連接外延層與電源線路層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之感測器組合，其中所述外延層為N型矽，厚度為300~500埃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之感測器組合，其中所述射頻感測器包括藍牙模組、無線局域網模組和碼分多址模組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之感測器組合，其中所述加速度計包 括一封裝體，該封裝體為立方體，具有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面；於第一、二、三平面中分別形成一凹槽，於每一凹槽底部設置第一正、負電極，導電性黏結劑和壓電振動片，導電性黏結劑分別設置於第一正、負電極和壓電振動片之間；一蓋體氣密性地密封每一個凹槽；上述第四平面與上述基板接觸。
6. 如申請專利範圍第5項所述之感測器組合，其中所述壓電振動片為音叉結構，其包括基部、第一振動臂和第二振動臂，基部設置於導電性黏結劑之上；於第一平面中，該第一、第二振動臂以基部為始端，分成二部份平行地沿X軸延伸；於第二平面中，該第一、第二振動臂以基部為始端，分成二部份平行地沿Y軸延伸；於第三平面中，該第一、第二振動臂以基部為始端，分成二部份平行地沿Z軸延伸。
7. 如申請專利範圍第6項所述之感測器組合，其中所述基部之正面和背面兩側分別設置第二正、負電極；第二正電極通過導電性黏結劑與第一正電極電性連接，第二負電極通過導電性黏結劑與第一負電極電性連接；於第一、第二振動臂之正面和背面，沿其長度方向分別形成第一、第二條形槽；於第一條形槽內設置激勵負電極，於第一振動臂之兩側面設置激勵正電極，於第二條形槽內設置激勵正電極，於第二振動臂之兩側面設置激勵負電極；第二正電極與激勵正電極電性連接，第二負電極與激勵負電極電極連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述之感測器組合，其中所述陀螺儀包括一封裝體，該封裝體為立方體，具有第一平面、第二平面、第三 平面和第四平面；於第一、二、三平面中分別形成一凹槽，於每一凹槽內設置一陀螺儀元件，一蓋體氣密性地密封每一凹槽；第四平面與上述基板接觸。
9. 如申請專利範圍第8項所述之感測器組合，其中所述陀螺儀元件包括一主體，於主體之兩側分別延伸出基部；於第一平面中，每一基部沿Z軸延伸出激勵懸臂，於與激勵懸臂相反方向延伸出檢測懸臂；於第二平面中，每一基部沿Y軸延伸出激勵懸臂，於與激勵懸臂相反方向延伸出檢測懸臂；於第三平面中，每一基部沿X軸延伸出激勵懸臂，於與激勵懸臂相反方向延伸出檢測懸臂。
10. 如申請專利範圍第1項所述之感測器組合，其中所述聲音感測器包括振動膜層和背極板；上述基板包括第一部分和與第一部分間隔的第二部分；振動膜層包括懸置端、固定端和波紋結構；該固定端固定於第一部分，懸置端放置於第二部分之上，波紋結構形成於固定端與懸置端之間；於振動膜層邊緣形成複數第一通氣孔，振動膜層表面塗覆第一電極層；背極板具有邊緣，該邊緣固定於基板之第一部分和第二部分上；於背極板與振動膜層之間形成空隙；於靠近背極板之邊緣形成複數第二通氣孔；第一、第二通氣孔與空隙貫通；複數聲音孔形成於背極板之中心部分；背極板於其內表面塗覆第二電極層。