TWI665153B - Ｍｅｍｓ傳感器之應力解耦 - Google Patents
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Abstract
一種MEMS傳感器(200)包含具有一第一表面(102)之一基板(101)及相對於該基板中之一孔隙形成之一膜(103)。該MEMS傳感器(200)進一步包含耦接至該基板之一或多個結合結構(107)，其中該一或多個結合結構(107)在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板(111)。該MEMS傳感器(200)包含一密封元件(109)，其用於在使用期間提供關於該基板(101)及該相關聯之基板(111)的一密封。一應力解耦部件(119)耦接於該基板(101)與該密封元件(109)之間。
Description
本申請案係關於與MEMS傳感器之應力解耦有關之方法及裝置，且尤其係關於用於結合一MEMS傳感器之一密封元件提供應力解耦之方法及裝置。
消費型電子器件不斷地變小，且隨著技術之進步，正獲得不斷增加之效能及功能性。此在用於消費型電子產品及(尤其，但非排他地)攜帶型產品(諸如，行動電話、音訊播放器、視訊播放器、PDA、可穿戴式器件、行動計算平台(諸如，膝上型電腦或平板電腦及/或遊戲器件))或可在物聯網(IoT)環境中操作之器件中之技術中清晰可見。舉例而言，行動電話行業之需求正驅使組件變得愈來愈小，而功能性愈來愈高且成本降低。因此需要將電子電路之功能整合在一起，且將其與諸如麥克風及揚聲器之傳感器器件組合。
微機電系統(MEMS)傳感器(諸如，MEMS麥克風)正在諸多此等器件中有應用之處。因此亦存在對減小MEMS器件之大小及成本的持續不斷之動力。
使用MEMS製造製程形成之麥克風器件通常包含一或多個膜，其中用於讀出/驅動之電極沈積於膜及/或基板上。在MEMS壓力感測器
及麥克風之情況下，通常藉由量測電極之間的電容實現讀出。在輸出傳感器之情況下，藉由靜電力移動膜，該等靜電力係藉由變化電極上所施加的電位差而產生。
為提供保護，MEMS傳感器將通常含於封裝內，或可自身形成封裝。封裝有效地圍封MEMS傳感器，且可提供環境保護及亦可提供對電磁干擾(EMI)或類似者之屏蔽。
圖1說明MEMS麥克風封裝100(且詳言之，晶片尺度(CS)MEMS傳感器封裝，亦稱為晶圓級封裝(WLP))之一實例。MEMS傳感器103(例如，可撓性膜)附著至封裝基板101之第一表面。MEMS傳感器103可通常藉由已知MEMS製造技術而形成於半導體晶粒上。封裝基板101可為矽或PCB或任何其他合適之材料。蓋105機械附接至封裝基板101之第二表面(且可能電連接)。
圖1中展示的封裝配置之類型可被稱作“底部埠”組態，其中MEMS傳感器封裝100為“倒裝晶片”結合至下一互連層級，例如，結合至產品器件內之主體基板111(例如，PCB)。在此安裝配置中，主體基板111可包含聲音埠113以允許聲學信號至/自MEMS傳感器103之通過。聲音埠113可經配置以實質上與MEMS傳感器103排成一排。聲音埠113聲學耦接至MEMS傳感器103之一側上的第一容積，其可有時被稱作前容積。注意，代替聲音埠113，其它底部埠配置可包含用於將聲學信號用通道傳送至MEMS傳感器103/自MEMS傳感器103用通道傳送聲學信號之替代性路徑。
封裝基板101包含第一空腔115，其中此實例之蓋或帽蓋105亦包含第二空腔117。第一及第二空腔115/117形成被稱作後容積之物。後容
積可填充有空氣(或某一其他流體或氣體)，且經充分地定大小使得MEMS傳感器103(例如，可撓性膜)提供所要的聲學回應。
通常需要後容積115/117以允許膜回應於入射聲音或壓力波而自由地移動，且此後容積可實質上密封，但熟習此項技術者應瞭解，對於MEMS麥克風及類似者，第一與第二容積可由一或多個流道(諸如，膜中之小孔洞)連接，該等小孔洞經組態以便在所要的聲學頻率下呈現相對高的聲學阻抗，但其允許兩個容積之間的低頻壓力平衡，以考量壓差(例如，歸因於溫度改變)。應注意，在一些應用(諸如，雙向麥克風)中，聲音埠104亦可聲學耦接至後容積115/117，使得MEMS傳感器103經由前容積及後容積兩者接收聲學信號。
雖未展示，但封裝基板101可包含積體電子電路系統，例如，針對傳感器之操作而提供的積體電子電路系統，其可(例如)為用於放大來自MEMS麥克風之信號的低雜訊放大器。此積體電子電路系統電連接至傳感器103之電極且亦附接至封裝基板101之第一表面，例如，至一或多個結合結構107，該一或多個結合結構係為了機械及/或電連接至另一器件(例如，正使用MEMS封裝的消費品之相關聯之主體基板111)而提供。
MEMS封裝100可進一步包含耦接至封裝基板101之第一表面之密封元件109，密封元件109包圍MEMS傳感器103。在一個實例中，密封元件109包含聲學密封元件，諸如，聲學密封環。亦可使用其它形狀之密封元件。提供密封元件109以用於聲學密封MEMS傳感器103，例如，使得MEMS傳感器103僅接收正經由聲音埠113在底部埠組態中用通道傳送至MEMS傳感器103/自MEMS傳感器103用通道傳送之聲學信號。
因此，提供密封元件109(其可為金屬化環，亦即，金屬化之環形結合結構)以輔助形成組裝之主體器件中之聲道。
在組裝之主體器件中封裝基板101與MEMS傳感器封裝貼附至的相關聯之基板111可具有不同熱膨脹特性。結果，溫度之改變可導致封裝基板101以與相關聯之基板111不同的速率膨脹，且由於封裝基板101與相關聯之基板111由一或多個結合結構107機械固定，因此此可導致由密封元件109形成之聲密封被破壞。
本發明之一目的為提供一種除去或減少以上提到的缺點中之至少一或多者之方法及裝置。
根據本發明之第一態樣，提供一種MEMS傳感器，其包含具有一第一表面之一基板，及相對於該基板中之一空腔形成的一膜。該MEMS傳感器包含耦接至該基板之一或多個結合結構，其中該一或多個結合結構在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板。該MEMS傳感器包含一密封元件，其用於在使用期間提供關於該基板及該相關聯之基板的一密封。一應力解耦部件耦接於該基板與該密封元件之間，用於允許該密封元件相對於該基板移動。
根據本發明之另一態樣，提供一種製造一MEMS傳感器之方法。該方法包含形成具有一第一表面之一基板，及相對於該基板中之一空腔形成一膜。該方法包含在該基板上形成一或多個結合結構，其中該一或多個結合結構在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板。該方法包含形成一密封元件，用於在使用期間提供關於該基板及該相關聯
之基板的一密封。該方法包含在該基板與該密封元件之間形成一應力解耦部件。
根據另一態樣，提供一種MEMS傳感器，其包含一基板，及相對於該基板中之一空腔形成的一膜。一或多個結合結構耦接至該基板，其中該一或多個結合結構在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板。一應力解耦部件耦接於該基板與至少一個結合結構之間，用於允許該結合結構相對於該基板移動。
根據另一態樣，提供一種MEMS傳感器，其包含一基板，及耦接至該基板之一或多個結合結構，其中該一或多個結合結構在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板。一應力解耦部件耦接於該基板與至少一個結合結構之間，用於允許該結合結構相對於該基板移動。
50‧‧‧犧牲層
50a‧‧‧犧牲層之至少一部分
60a、60b‧‧‧犧牲層之部分
100‧‧‧MEMS麥克風封裝
/MEMS傳感器封裝/MEMS封裝
101‧‧‧基板
102‧‧‧第一表面
103‧‧‧膜/MEMS傳感器
104‧‧‧聲音埠
105‧‧‧封裝蓋/基板
107‧‧‧結合結構
109‧‧‧密封元件
111‧‧‧相關聯之基板
113‧‧‧聲音埠
115‧‧‧第一空腔/後容積
117‧‧‧第二空腔/後容積
119‧‧‧應力解耦部件
119a‧‧‧第一臂
119b‧‧‧第二臂
119c‧‧‧側壁區段
119d‧‧‧支撐區段
119e‧‧‧彈性區段
200‧‧‧MEMS傳感器
為了更好地理解本發明之實例，且為了更清晰地展示可如何實行該等實例，現將僅舉例參考以下圖式，其中：圖1說明先前技術MEMS傳感器封裝；圖2展示根據本發明之一實施例的MEMS傳感器之一實例；圖3a展示根據本發明之一實施例的應力解耦部件之一實例；圖3b展示包含根據圖3a之實施例的應力解耦部件之MEMS傳感器之一實例；圖4a展示根據本發明之另一實施例的應力解耦部件之一實例；圖4b展示包含根據圖4a之實施例的應力解耦部件之MEMS傳感器之一實例；
圖5a至圖5e展示形成根據圖3a之實施例的應力解耦部件之方法之一實例；圖6a至圖6e展示形成根據圖4a之實施例的應力解耦部件之方法之一實例，及圖7展示再一實施例。
本發明之實施例係關於一種MEMS傳感器器件，例如，麥克風。在一些實例中，該MEMS傳感器器件形成MEMS傳感器封裝之部分，且可與在晶圓級下形成之晶片尺度(CS)MEMS電容性麥克風封裝有關。在一些實例中，該晶圓級封裝(WLP)包含併有MEMS電容性麥克風及其相關聯之積體電子電路系統(例如，用於提供驅動及讀出電路系統之電子電路系統)兩者之基板(例如，矽基板)；以及用於保護矽基板及為麥克風提供後容積之封裝蓋或帽蓋(例如，矽帽蓋)。
某些將被描述如下之實施例係被組態為“底部埠”傳感器或封裝的MEMS傳感器或晶圓級封裝之形式，其中傳感器或封裝經“倒裝晶片”結合至下一互連層級，例如，結合至相關聯之主體基板，舉例而言，消費品內之PCB。然而，應注意，本發明亦可用於其他封裝配置中或其他安裝組態中。
應注意，下文所描述之實施例之圖中的任何尺寸為概念性的，且未必按比例。
圖2展示根據本發明之一實施例的MEMS傳感器200之一實例，藉以圖2係關於該MEMS傳感器之橫截面側視圖(但應注意，尚未將網狀
線應用至傳感器之所有部分以便使圖式清晰)。
MEMS傳感器200包含具有一第一表面102之基板101。膜103相對於該基板中之空腔115形成。一或多個結合結構107耦接至該基板。當在主體器件中組裝時，該一或多個結合結構107在使用期間將該MEMS傳感器100機械耦接至一相關聯之基板111，例如，MEMS傳感器將在使用期間貼附於其上之PCB。應注意，該一或多個結合結構107也可充當電連接，例如，用於在MEMS傳感器200與相關聯之基板111上之電路系統之間介接電信號。
MEMS傳感器200包含一密封元件109(例如，聲學密封元件)，其用於在使用期間提供關於基板101及相關聯之基板111的密封。應注意，雖然本文中描述之實施例提及密封元件為用於密封聲學信號之聲學密封元件，但應注意，可針對其他形式之密封提供密封元件，例如，密封MEMS傳感器以不受光或其他環境因素影響。應注意，當充當聲學元件時，密封元件109未必提供氣密封，亦即，密封元件可包含一或多個開口或穿孔，其限制條件為其仍然充當用於防止或抑制聲學信號之通過的聲密封件或障壁。在如圖2中所示之底部埠配置中，密封元件109可圍繞膜103提供聲密封，使得入射於膜103上之聲波限於穿過相關聯之基板111中的聲音埠113之聲波，亦即，使得無不想要的聲波(例如，來自基板101與相關聯之基板111之間的側過道)由膜103接收。
應力解耦部件119耦接於基板101與密封元件109之間，用於允許密封元件109相對於基板101移動。
應力解耦部件119提供以下優勢：若基板101與相關聯之基板111(例如，MEMS傳感器經由一或多個結合結構在使用期間機械附接至之
PCB)以不同速率熱膨脹(例如，歸因於基板101與相關聯之基板111具有不同熱膨脹係數)，或相對於彼此移動，則應力解耦部件119可允許聲學密封元件109相對於基板之移動，以維持所需之聲密封。此提供MEMS傳感器200內的應力解耦之形式，且詳言之，聲學密封元件109自機械固定之基板101及相關聯之基板111之移動的應力解耦。
在一個實施例中，應力解耦部件119經組態以允許密封元件109(例如，聲學密封元件)在關於基板之第一表面102的側向方向及/或正交方向及/或對角線方向上之移動。
圖3a展示應力解耦部件119之一個實施例之一實例。根據此實施例，應力解耦部件119包含懸臂支架或板片彈簧型配置。
舉例而言，應力解耦部件119可包含第一臂119a，其具有耦接至基板之第一表面102的第一端，其中第一臂119a自第一表面102延伸。第二臂119b具有耦接至第一臂119a之第二端的第一端，其中第二臂119b之第二端自由移動。密封元件109耦接於第二臂119b之第一端與第二端之間。
此配置具有允許密封元件109移動之優勢，例如，回應於在使用期間密封元件109貼附至的相關聯之基板關於密封元件109亦耦接至(經由應力解耦部件119)之基板101的各別移動。
在此實例中，第一臂119a按一角度自基板101之第一表面102延伸。然而，注意，第一臂可實質上與第一表面102正交地延伸。
在此實例中，第二臂119b在實質上平行於第一表面102之平面的平面中自第一臂119a之第二端延伸，例如，在非施加應力條件期間。
在一些實例中，第一臂119a及第二臂119b整體形成為基板
101之第一表面102的部分，或在第一表面102上形成的另一層之部分。舉例而言，在一個實施例中，第一臂119a及第二臂119b整體形成為形成基板101之第一表面102之至少部分的膜層之部分。換言之，當在基板101之另一部分上形成另一層或結構(諸如，形成膜103)時，應力解耦部件119可作為此過程之部分形成。在此實例中，應力解耦部件119可自與膜相同的材料形成。
應注意，圖3a之應力解耦部件119可包含其他形狀，例如，包含第一臂及第二臂之連續彎曲結構，例如，“S形”結構。圖3a之應力解耦部件119亦可包含另外的臂或彎曲。應注意，可控制各種參數以改變應力解耦部件119之應力解耦特性，例如，應力解耦部件119自身之大小、寬度、高度、厚度或材料中之任何一或多者。
圖3b展示包含一MEMS傳感器及蓋的MEMS傳感器封裝之一部分之一實例，其中應力解耦部件119提供於MEMS傳感器之基板與聲學密封元件109之間，應力解耦部件119屬於圖3a之實施例中展示的類型。
圖4a展示根據應力解耦部件119之另一實施例的一實例。應力解耦部件119包含自基板101之第一表面102延伸的升高區段。
在一個實例中，升高區段包含自基板101之第一表面延伸的側壁區段119c。支撐區段119d收納密封元件109，例如，聲學密封元件。彈性區段119e耦接於側壁區段119c與支撐區段119d之間，其中彈性區段119e經組態以允許支撐區段119d相對於側壁區段119c之移動。
在一個實例中，彈性區段119e經組態以允許支撐區段119d在關於基板101之第一表面102的側向方向及/或正交方向及/或對角線方向上之移動。在一些實例中，應注意，側壁119c亦可對在關於基板101之第一
表面102的側向方向及/或正交方向及/或對角線方向上之任何移動有影響。
彈性區段119e可包含波紋狀或彈簧型配置。
在圖4a的實例中，支撐區段119d處於實質上平行於基板101之第一表面102之平面的平面中，例如，在非施加應力之條件期間。側壁區段119c按一角度自基板101之第一表面102延伸，但應注意，側壁區段119c亦可實質上正交於第一表面102延伸。
在一些實例中，側壁區段119c、支撐區段119d及彈性區段119e整體形成為基板101之第一表面102或形成於第一表面102上之另一層的部分。
舉例而言，側壁區段119c、支撐區段119d及彈性區段119e可整體形成為形成基板101之第一表面102之至少部分的膜層之部分。換言之，當形成封裝基板之另一層時，可在同一蝕刻製程期間且自與彼另一層相同的材料形成應力解耦部件。
密封元件109可包含經組態使得其完全包圍膜之一聲學密封元件。舉例而言，聲學密封元件109可包含環形或圓柱形結構或環，用於包圍膜。可形成聲學密封元件109，例如，自金屬化或矽層形成。如較早先所提到，倘若聲學元件提供聲學障壁，則其未必需要提供氣密封。因而，可在環形結構中提供一或多個開口。在本文中描述的實施例中之每一者中，注意，密封元件109可自身包含多個組件或材料，例如，自多種不同材料(例如，矽、半導體、PCB、陶瓷、層壓物、塑膠、金屬、鎳、金、銀)中之一或多種形成，且可包含用於將密封元件109貼附至另一基板之焊料區段。
圖4b展示包含一MEMS傳感器及蓋的MEMS傳感器封裝之
部分之一實例，其中應力解耦部件119提供於MEMS傳感器之基板與聲學密封元件109之間，應力解耦部件119為圖4a之實施例中展示的類型。
雖然在圖2至圖4之實例中展示，但注意，基板101可包含積體電子電路系統。舉例而言，積體電子電路系統可包含類比電路系統及/或數位電路系統。
亦注意，雖然以上描述之實施例展示關於MEMS傳感器中之一個空腔或孔隙形成之一個膜，但MEMS傳感器可包含相對於基板中之一或多個開口形成之多個個別膜。該多個個別膜中之至少一者可為與該多個個別膜中之至少一其他者不同類型的傳感器，例如，其中不同個別膜經設計以具有針對特定應用之不同特性。
本文中描述之MEMS傳感器可包含一蓋，其中該MEMS傳感器及該蓋形成一MEMS傳感器封裝。
在以上描述之實施例中，MEMS傳感器可包含一MEMS麥克風。
如上所提到，雖然本文中描述之實施例將密封元件提及為用於密封聲學信號之聲學密封元件，但注意，可針對其他形式之密封提供密封元件，例如，密封MEMS傳感器以免受光或其他環境因素影響。
根據另一實施例，提供一種包含如本文中所描述之一MEMS傳感器之電子器件。電子裝置可包含(例如)攜帶型器件、可穿戴器件、電池電力器件、計算器件、通信器件、適宜於在物聯網(IoT)系統中使用之器件、遊戲器件、行動電話、個人媒體播放器、膝上型電腦、平板電腦或筆記型計算器件。
根據本發明之另一態樣，提供一種製造一MEMS傳感器200之方法。
在一個實施例中，該方法包含：形成具有一第一表面102之一基板101；相對於該基板中之一孔隙形成一膜103；在該基板上形成一或多個結合結構107，其中該一或多個結合結構107在使用期間將該MEMS傳感器100機械耦接至一相關聯之基板111；形成一密封元件109以用於在使用期間提供關於基板101及相關聯之基板111的密封；以及在基板101與密封元件109之間形成一應力解耦部件119，用於允許密封元件109相對於基板101移動。
該方法可包含以下步驟：形成應力解耦部件119使得其允許密封元件109在關於基板101之第一表面102的側向方向及/或正交方向及/或對角線方向上移動。
形成應力解耦部件119之步驟包含形成懸臂支架或板片彈簧型配置。
在一些實施例中，形成應力解耦部件119之步驟包含以下步驟：沈積一犧牲層，使得該犧牲層包含應力解耦部件之所要的形狀；在犧牲層上形成該應力解耦部件；以及移除犧牲層以允許應力解耦部件119移動。
圖5a至圖5e說明此用於形成根據圖3a之實施例的應力解耦部件之方法。
圖5a展示沈積犧性層50使得犧牲層包含應力解耦部件之所要的形狀之步驟。犧牲層可沈積於基板101之第一表面102上(或至形成於基
板101之表面上的另一層(未展示))。
圖5b展示在犧牲層50上形成應力解耦部件之步驟。在此特定實例中，此導致該方法藉由形成具有耦接至基板101之第一表面102(或至形成於基板101之表面上的另一層(未展示))之一第一端的一第一臂119a來形成應力解耦部件，其中第一臂119a自第一表面102延伸。該方法包含形成具有耦接至第一臂119a之第二端的一第一端之一第二臂119b，其中該第二臂119b之第二端自由移動(如下所述，在犧牲層50之移除後)。
圖5c展示在第二臂119b之第一端與第二端之間形成聲學密封元件109之步驟。密封元件109可自一或多種材料形成，包含(例如)矽、半導體、PCB、陶瓷、層壓物、塑膠、鎳、金、銀、焊料中之一或多者。
圖5d展示移除犧牲層以允許應力解耦部件119移動之步驟。
若需要，移除犧牲層以允許應力解耦部件119移動之步驟可包含保留犧牲層之至少一部分50a，例如，以控制應力解耦部件119之應力解耦特性。應注意，可控制其他參數以改變應力解耦部件119之應力解耦特性，例如，應力解耦部件119自身之大小、寬度、高度、厚度或材料中之任何一或多者。
自以上可看出，在此實例中，該方法包含形成第一臂119a以按一角度自基板101之第一表面102延伸。該方法可包含形成第二臂119b以在實質上平行於基板101之第一表面102之平面的平面中自第一臂119a之第二端延伸。
可將該等方法步驟作為形成MEMS傳感器之某一其他部分時之方法步驟執行，例如，涉及整體形成第一臂119a及第二臂119b以作為基
板101之第一表面102或形成於第一表面上之另一層的部分。舉例而言，該方法可包含整體形成第一臂及第二臂，作為在基板101之第一表面102之至少部分中形成膜層之步驟之部分。
圖6a至圖6e說明用於形成根據圖4a之實施例的應力解耦部件之方法之一實例。在此實例中，該方法因此包含形成應力解耦部件119作為自基板101之第一表面102延伸的升高區段之步驟。
圖6a展示沈積犧牲層60使得犧牲層60包含應力解耦部件之所要的形狀之步驟。
圖6b展示在犧牲層60上形成應力解耦部件之步驟。在此特定實例中，此導致該方法藉由形成自基板(未展示)之第一表面延伸的側壁區段119c、形成用於收納密封元件109之支撐區段119d及在側壁區段119c與支撐區段119d之間形成彈性區段119e來形成應力解耦部件，其中該彈性區段經形成以允許支撐區段119d相對於側壁區段119c之移動(如下所述，在犧牲層60之移除後)。
該方法可包含形成彈性區段119e以允許支撐區段119d在關於基板101之第一表面102的側向方向及/或正交方向及/或對角線方向上之移動。
形成彈性區段119e之步驟可包含形成波紋狀或彈簧型配置之步驟。
圖6c展示在支撐區段119d上形成聲學密封元件109之步驟。
圖6d展示移除犧牲層60以允許應力解耦部件119之移動之步驟。
若需要，移除犧牲層以允許應力解耦部件119之移動之步驟可包含保留至少一部分(例如，犧牲層之60a/60b)，例如，以控制應力解耦部件119之應力解耦特性。注意，可控制其他參數以改變應力解耦部件119之應力解耦特性，例如，應力解耦部件119自身之大小、寬度、高度、厚度或材料中之任何一或多者。
自以上可看出，在此實例中，該方法包含形成支撐區段119d以處於實質上平行於基板101之第一表面102之平面的平面中。在此實例中，該方法亦包含形成側壁區段119c以按一角度自基板101之第一表面102延伸。
可將該等方法步驟作為當形成MEMS傳感器之某一其他部分時之方法步驟執行，例如，涉及整體形成側壁區段119c、彈性區段119e及支撐區段119d，作為基板101之第一表面102之部分，或形成於基板101上的另一層之部分。舉例而言，該方法可包含整體形成第一臂及第二臂，作為在基板101之第一表面102之至少部分中形成膜層之步驟之部分。
在一些實例中，該方法可包含按包圍膜的聲學密封元件之形式形成密封元件。形成聲學密封元件可包含在膜周圍形成環形或圓柱形結構或環。在一些實例中，形成聲學密封元件之步驟包含沈積金屬或矽密封元件。如上所提到，倘若密封元件提供聲學障壁，則其未必需要提供氣密封。
根據另一實施例，提供一種MEMS傳感器200，其包含一基板101及相對於該基板中之一空腔115形成之一膜103。該MEMS傳感器包含一密封元件109，及將該密封元件109耦接至基板101之一應力解耦部件
119，其中該應力解耦部件119經組態以允許密封元件109相對於基板101之移動。
在此實施例中，可根據以上描述的實施例中之任一者組態應力解耦部件119。
根據另一實施例，在封裝蓋105包含一孔隙或聲音埠(例如，如圖2中所示之聲音埠104)且舉例而言藉以此MEMS傳感器封裝經由耦接至封裝蓋105之結合結構結合至下一互連層級之一實例中，本發明之應力解耦部件119亦可用以解耦在此孔隙104周圍提供的任一密封元件109中之應力。根據此實施例，因此提供一種MEMS傳感器200，包含：一基板105，其包含一孔隙104；一密封元件109，其包圍該孔隙(104)；以及一應力解耦部件119，其將該密封元件109耦接至基板105，其中該應力解耦部件119經組態以允許密封元件109相對於基板105之移動。
在此實施例中，可根據以上描述的實施例中之任一者組態應力解耦部件119。
以上描述之實施例提供具有密封元件與MEMS傳感器之間的應力解耦之優勢，使得不管MEMS傳感器之各種部分中之移動，可維持密封。
在本文中描述之實例中，注意，膜103未必為圓形。舉例而言，膜103可包含任一其他形狀，包括(例如)多邊形形狀或牛皮形器件，或安裝於應力減小區上之膜。
應注意，在本文中描述之實施例中，雖然結合結構107展示為經組態或配置於MEMS傳感器之各種角落中，但結合結構可取而代之組
態於一特定區域中，例如，至膜之一側。此配置可提供又進一步的應力解耦。
根據本發明之另一態樣，如上所述之應力解耦部件119可用以提供MEMS傳感器之基板與結合結構中之一或多者之間的應力解耦。
圖7展示此實例，藉以例如類似於圖3a之應力解耦部件(但具有與基板正交之第一臂，而非斜的第一臂)的應力解耦部件耦接於圖左邊之結合結構與其耦接至的基板之間。注意，如本文中所描述的任一成形之應力解耦部件可與結合結構一起使用。
因此，根據一個實施例，提供一種MEMS傳感器(例如，如在以上實施例中之任一者中所描述)，其進一步包含耦接於至少一個結合結構與基板之間的一應力解耦部件，其中該應力解耦部件經組態以允許結合結構相對於基板移動。
在其它實施例中，應力解耦部件可與結合結構一起使用，不管任何應力解耦部件是否提供於密封元件上。
在一個實例中，提供一種MEMS傳感器，其包含一基板，及相對於該基板中之一空腔形成的一膜。該MEMS傳感器包含耦接至該基板之一或多個結合結構，其中該一或多個結合結構在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板。一應力解耦部件耦接於該基板與至少一個接合結構之間，用於允許該接合結構相對於該基板之移動。
在另一實例中，提供一種MEMS傳感器，其包含一基板，及耦接至該基板之一或多個結合結構，其中該一或多個結合結構在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板。一應力解耦部件耦接於該
基板與至少一個接合結構之間，用於允許該接合結構相對於該基板之移動。
在以上描述之實施例及實例中，注意，MEMS傳感器及應力解耦部件可藉由任何合適之處理技術(例如，藉由使用CMOS相容之MEMS製造技術)形成。
應注意，如在本說明書中所用，應理解，術語上部及下部無論如何不應被解釋為限於傳感器在任何製造步驟期間之任一特定定向及/或在任一封裝中之定向，或實際上該封裝在任一裝置中之定向。相對術語下部、上方、下方、下側、下面等應相應地予以解釋。
實施例可實施於主體器件中，尤其攜帶型及/或電池供電之主體器件，諸如，行動電話及音訊播放器、視訊播放器、PDA、行動計算平台(諸如，膝上型電腦或平板電腦及/或遊戲器件)，或實施於經設計以用於與此等主機器件有線或無線連接(可能經由多電線電纜、多極插口或光纖及連接器)之附屬器件中，諸如，頭戴式耳機、耳塞(可能噪音消除)或麥克風總成。
應注意，上文所提到之實施例說明而非限制本發明，並且熟習此項技術者將能夠在不脫離所附申請專利範圍之範疇的情況下設計許多替代性實施例。詞語「包含」不排除申請專利範圍中列舉之元件或步驟以外的元件或步驟之存在，「一」不排除複數個，且單個特徵或其他單元可實現申請專利範圍中所陳述之若干單元的功能。申請專利範圍中之任何參考數字或標註不應被解釋為限制其範疇。
Claims (48)
- 一種MEMS傳感器(200)，其包含：一基板(101)，其具有一第一表面(102)；一膜(103)，其相對於該基板中之一空腔(115)形成；一或多個結合結構(107)，其耦接至該基板，其中該一或多個結合結構(107)在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板(111)；一密封元件(109)，其用於在使用期間提供關於該基板(101)及該相關聯之基板(111)的一密封；及一應力解耦部件(119)，其耦接於該基板(101)與該密封元件(109)之間，用於允許該密封元件(109)相對於該基板(101)之移動，其中該應力解耦部件(119)包含：一第一臂(119a)，其具有耦接至該基板(101)之該第一表面(102)的一第一端，其中該第一臂(119a)自該第一表面(102)延伸；及一第二臂(119b)，其具有耦接至該第一臂(119a)之一第二端的一第一端，其中該第二臂(119b)之一第二端自由移動；且其中該密封元件(109)耦接於該第二臂(119b)之該第一端與該第二端之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該應力解耦部件(119)經組態以允許該密封元件(109)在關於該基板(101)之該第一表面(102)的一側向方向及/或一正交方向及/或一對角線方向上之移動。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之MEMS傳感器，其中該應力解耦部件(119)包含一懸臂支架或板片彈簧型配置。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該第一臂(119a)按一角度自該基板(101)之該第一表面(102)延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該第二臂(119b)在實質上平行於該第一表面(102)之平面的一平面上自該第一臂(119a)之該第二端延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該第一臂及該第二臂(119a、119b)整體形成為該基板(101)之該第一表面(102)之部分，或形成於該第一表面(102)上的另一層之部分。
- 如申請專利範圍第6項所述之MEMS傳感器，其中該第一臂及該第二臂(119a、119b)整體形成為形成該基板(101)之該第一表面(102)之至少部分的一膜層之部分。
- 一種MEMS傳感器(200)，其包含：一基板(101)，其具有一第一表面(102)；一膜(103)，其相對於該基板中之一空腔(115)形成；一或多個結合結構(107)，其耦接至該基板，其中該一或多個結合結構(107)在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板(111)；一密封元件(109)，其用於在使用期間提供關於該基板(101)及該相關聯之基板(111)的一密封；及一應力解耦部件(119)，其耦接於該基板(101)與該密封元件(109)之間，用於允許該密封元件(109)相對於該基板(101)之移動，其中該應力解耦部件(119)包含自該基板(101)之該第一表面(102)延伸的一升高區段，其中該升高區段包含：一側壁區段(119c)，其自該基板(101)之該第一表面延伸；一支撐區段(119d)，其用於收納該密封元件(109)；及一彈性區段(119e)，其耦接於該側壁區段(119c)與該支撐區段(119d)之間，其中該彈性區段(119e)經組態以允許該支撐區段(119d)相對於該側壁區段(119c)之移動。
- 如申請專利範圍第8項所述之MEMS傳感器，其中該彈性區段(119e)經組態以允許該支撐區段(119d)在關於該基板(101)之該第一表面(102)的一側向方向及/或一正交方向及/或一對角線方向上之移動。
- 如申請專利範圍第8項所述之MEMS傳感器，其中該彈性區段(119e)包含一波紋狀或彈簧型配置。
- 如申請專利範圍第8項所述之MEMS傳感器，其中該支撐區段(119d)處於實質上平行於該基板(101)之該第一表面(102)之一平面的一平面中。
- 如申請專利範圍第8項所述之MEMS傳感器，其中該側壁區段(119c)按一角度自該基板(101)之該第一表面(102)延伸。
- 如申請專利範圍第8項所述之MEMS傳感器，其中該側壁區段(119c)、該支撐區段(119d)及該彈性區段(119e)整體形成為該基板(101)之該第一表面(102)或形成於該第一表面(102)上的另一層之部分。
- 如申請專利範圍第13項所述之MEMS傳感器，其中該側壁區段(119c)、該支撐區段(119d)及該彈性區段(119e)整體形成為形成該基板(101)之該第一表面(102)之至少部分的一膜層之部分。
- 如前述申請專利範圍第1項或第8項所述之MEMS傳感器，其中該密封元件(109)包含包圍該膜(103)之一聲學密封元件。
- 如申請專利範圍第15項所述之MEMS傳感器，其中該聲學密封元件(109)包含用於包圍該膜(103)之一環形或圓柱形結構。
- 如申請專利範圍第15項所述之MEMS傳感器，其中該聲學密封元件(109)自金屬或矽形成。
- 如前述申請專利範圍第1項或第8項所述之MEMS傳感器，其中該基板包含積體電子電路系統。
- 如申請專利範圍第18項所述之MEMS傳感器，其中該積體電子電路系統包含類比電路系統及/或數位電路系統。
- 如前述申請專利範圍第1項或第8項所述之MEMS傳感器，其中該MEMS傳感器包含相對於該基板中之一或多個開口形成的多個個別膜。
- 如申請專利範圍第20項所述之MEMS傳感器，其中該多個個別膜中之至少一者為與該多個個別膜中之至少一其他者不同類型之一傳感器。
- 如前述申請專利範圍第1項或第8項所述之MEMS傳感器，其中該MEMS傳感器包含一蓋，該MEMS傳感器及該蓋形成一MEMS傳感器封裝。
- 如前述申請專利範圍第1項或第8項所述之MEMS傳感器，其中該MEMS傳感器為一MEMS麥克風。
- 一種電子裝置，其包含如前述申請專利範圍第1項或第8項所述之一MEMS傳感器。
- 如申請專利範圍第24項所述之電子裝置，其中該裝置為以下中之至少一者：一攜帶型器件；一電池電力器件；一計算器件；一可穿戴器件；一通信器件；適宜於在一物聯網(IoT)系統中使用之一器件；一遊戲器件；一行動電話；一個人媒體播放器；一膝上型電腦、平板電腦或筆記型計算器件。
- 一種製造一MEMS傳感器(200)之方法，該方法包含：形成具有一第一表面(102)之一基板(101)；相對於該基板中之一空腔形成一膜(103)；在該基板上形成一或多個結合結構(107)，其中該一或多個結合結構(107)在使用期間將該MEMS傳感器(100)機械耦接至一相關聯之基板(111)；形成一密封元件(109)，用於在使用期間提供關於該基板(101)及該相關聯之基板(111)的一密封；及在該基板(101)與該密封元件(109)之間形成一應力解耦部件(119)，其中形成該應力解耦部件(119)包含：形成一第一臂(119a)，其具有耦接至該基板(101)之該第一表面(102)的一第一端，其中該第一臂(119a)自該第一表面(102)延伸；及形成一第二臂(119b)，其具有耦接至該第一臂(119a)之一第二端的一第一端，其中該第二臂(119b)之一第二端自由移動；及在該第二臂(119b)之該第一端與該第二端之間形成該密封元件(109)。
- 如申請專利範圍第26項所述之方法，包含以下步驟：形成該應力解耦部件(119)使得其允許該密封元件(109)在關於該基板(101)之該第一表面(102)的一側向方向及/或一正交方向及/或一對角線方向上移動。
- 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中形成該應力解耦部件(119)之該步驟包含形成一懸臂支架或板片彈簧型配置。
- 如申請專利範圍第26項所述之方法，其包含形成該第一臂(119a)以按一角度自該基板(101)之該第一表面(102)延伸之步驟。
- 如申請專利範圍第26項所述之方法，其包含形成該第二臂(119b)以在實質上平行於該基板(101)之該第一表面(102)之平面的一平面上自該第一臂(119a)之該第二端延伸之步驟。
- 如申請專利範圍第26項所述之方法，其包含整體形成該第一臂及該第二臂(119a、119b)，作為該基板(101)之該第一表面(102)之部分，或形成於該第一表面(102)上的另一層之部分之步驟。
- 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中整體形成該第一臂及該第二臂(119a、119b)包含形成該第一臂及該第二臂(119a、119b)，作為在該基板(101)之該第一表面(102)之至少部分中形成一膜層之步驟之部分。
- 一種製造一MEMS傳感器(200)之方法，該方法包含：形成具有一第一表面(102)之一基板(101)；相對於該基板中之一空腔形成一膜(103)；在該基板上形成一或多個結合結構(107)，其中該一或多個結合結構(107)在使用期間將該MEMS傳感器(100)機械耦接至一相關聯之基板(111)；形成一密封元件(109)，用於在使用期間提供關於該基板(101)及該相關聯之基板(111)的一密封；及在該基板(101)與該密封元件(109)之間形成一應力解耦部件(119)，其中形成該應力解耦部件(119)作為自該基板(101)之該第一表面(102)延伸的一升高區段，形成該升高區段包含：形成一側壁區段(119c)，其自該基板(101)之該第一表面延伸；形成一支撐區段(119d)，用於收納該密封元件(109)；及在該側壁區段(119c)與該支撐區段(119d)之間形成一彈性區段(119e)，其中該彈性區段經形成以允許該支撐區段(119d)相對於該側壁區段(119c)移動。
- 如申請專利範圍第33項所述之方法，其包含以下步驟：形成該彈性區段(119e)以允許該支撐區段(119d)在關於該基板(101)之該第一表面(102)的一側向方向及/或一正交方向及/或一對角線方向上移動。
- 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中形成該彈性區段(119e)包含形成一波紋狀或彈簧型配置之步驟。
- 如申請專利範圍第33項所述之方法，其包含形成該支撐區段(119d)以處於實質上平行於該基板(101)之該第一表面(102)之一平面的一平面中之步驟。
- 如申請專利範圍第33項所述之方法，其包含形成該側壁區段(119c)以按一角度自該基板(101)之該第一表面(102)延伸之步驟。
- 如申請專利範圍第33項所述之方法，其包含整體形成該側壁區段(119c)、該支撐區段(119d)及該彈性區段(119e)作為該基板(101)之該第一表面(102)之部分或形成於該第一表面(102)上的另一層之部分之步驟。
- 如申請專利範圍第38項所述之方法，其包含以下步驟：整體形成該側壁區段(119c)、該支撐區段(119d)及該彈性區段(119e)作為在該基板(101)之該第一表面(102)之至少部分中形成一膜層之步驟之部分。
- 如申請專利範圍第26項或第33項所述之方法，其中形成一密封元件包含形成包圍該膜(103)之一聲學密封元件(109)。
- 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中形成該聲學密封元件(109)之該步驟包含圍繞該膜(103)形成一環形或圓柱形結構。
- 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中形成該聲學密封元件(109)之該步驟包含沈積一金屬或矽密封元件。
- 如申請專利範圍第26項或第33項所述之方法，其中形成該應力解耦部件(119)包含：沈積一犧牲層使得該犧牲層包含該應力解耦部件(119)之所要的形狀；在該犧牲層上形成該應力解耦部件；及移除該犧牲層以允許該應力解耦部件(119)之移動。
- 一種MEMS傳感器(200)，其包含：一基板(101)；一膜(103)，其相對於該基板中之一空腔(115)形成；一密封元件(109)；及一應力解耦部件(119)，其將該密封元件(109)耦接至該基板(101)，其中該應力解耦部件(119)經組態以允許該密封元件(109)相對於該基板(101)移動，其中該應力解耦部件(119)包含：一第一臂(119a)，其具有耦接至該基板(101)之該第一表面(102)的一第一端，其中該第一臂(119a)自該第一表面(102)延伸；及一第二臂(119b)，其具有耦接至該第一臂(119a)之一第二端的一第一端，其中該第二臂(119b)之一第二端自由移動；且其中該密封元件(109)耦接於該第二臂(119b)之該第一端與該第二端之間。
- 一種MEMS傳感器(200)，其包含：一基板(105)，其包含一孔隙(104)；一密封元件(109)，其包圍該孔隙(104)；及一應力解耦部件(119)，其將該密封元件(109)耦接至該基板(105)，其中該應力解耦部件(119)經組態以允許該密封元件(109)相對於該基板(105)移動，其中該應力解耦部件(119)包含：一第一臂(119a)，其具有耦接至該基板(101)之該第一表面(102)的一第一端，其中該第一臂(119a)自該第一表面(102)延伸；及一第二臂(119b)，其具有耦接至該第一臂(119a)之一第二端的一第一端，其中該第二臂(119b)之一第二端自由移動；且其中該密封元件(109)耦接於該第二臂(119b)之該第一端與該第二端之間。
- 如申請專利範圍第1項、第8項、第44項或第45項所述之MEMS傳感器(200)，其進一步包含：一應力解耦部件(119)，其耦接於至少一個結合結構(107)與該基板(101)之間，其中該應力解耦部件(119)經組態以允許該結合結構(107)相對於該基板(101)移動。
- 一種MEMS傳感器，其包含：一基板；一膜，其相對於該基板中之一空腔形成；一或多個結合結構(107)，其耦接至該基板，其中該一或多個結合結構(107)在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板(111)；及一應力解耦部件(119)，其耦接於該基板與至少一個結合結構(107)之間，用於允許該結合結構(107)相對於該基板移動，其中該應力解耦部件(119)包含：一第一臂(119a)，其具有耦接至該基板(101)之該第一表面(102)的一第一端，其中該第一臂(119a)自該第一表面(102)延伸；及一第二臂(119b)，其具有耦接至該第一臂(119a)之一第二端的一第一端，其中該第二臂(119b)之一第二端自由移動；且其中該密封元件(109)耦接於該第二臂(119b)之該第一端與該第二端之間。
- 一種MEMS傳感器，其包含：一基板；一或多個結合結構(107)，其耦接至該基板，其中該一或多個結合結構(107)在使用期間將該MEMS傳感器機械耦接至一相關聯之基板(111)；及一應力解耦部件(119)，其耦接於該基板與該至少一個結合結構(107)之間，用於允許該結合結構(107)相對於該基板移動，其中該應力解耦部件(119)包含：一第一臂(119a)，其具有耦接至該基板(101)之該第一表面(102)的一第一端，其中該第一臂(119a)自該第一表面(102)延伸；及一第二臂(119b)，其具有耦接至該第一臂(119a)之一第二端的一第一端，其中該第二臂(119b)之一第二端自由移動；且其中該密封元件(109)耦接於該第二臂(119b)之該第一端與該第二端之間。
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