專利名稱：多傳感器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子系統(tǒng)的傳感器，更具體地但不唯一地涉及多傳感
器組件，該組件包括至少一個微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器類型的傳感 器。
背景技術(shù)：
傳感器已成為電子設(shè)備中更加主要的特征。例如，各種傳感器已 經(jīng)在移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)等中變得普遍。 一種具體的傳感 器類型基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)。MEMS涉及把微米尺寸上的機械 和電子元件組合在單一的晶片管芯、晶片塊或晶片芯片上，而且三維 器件具有微米尺度上的一個或更多個可操作的機械構(gòu)件?；贛EMS的 傳感器得以廣泛應(yīng)用，能夠檢測例如運動、空氣、光線、液體等的參 數(shù)。另外，MSMS技術(shù)已經(jīng)超越了典型的硅晶片來源而擴展至其他材料。 同樣，MEMS制造技術(shù)已經(jīng)超越了典型的半導(dǎo)體業(yè)。
不幸的是，MEMS器件通常需要保護外殼以保證可靠的性能。這個 要求導(dǎo)致對渴求的器件"不動產(chǎn)"的相對大的消耗。通常在操作性能 與器件尺寸之間進行折衷。因此，需要對這個技術(shù)領(lǐng)域做出進一步的 貢獻0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例是唯一的傳感器件。其他實施例包括提供傳 感器的唯一方法、系統(tǒng)、設(shè)備和裝置。
本發(fā)明的其他實施例包括提供由第一材料層形成的第一傳感器 以及由第二材料層形成的第二傳感器。此外，由第三材料層形成基于
MEMS的器件。把這個器件的至少一部分封入第一層和第二層之間，以
提供多傳感器組件。在一種形式中，每一層與不同的晶片構(gòu)件相對應(yīng)。 如這里所用，"晶片構(gòu)件"是指具有任何類型或成分的晶片，或從較大 的晶片分出或以其他方式得到的任何晶片塊、部分、管芯等。如這里
所用，"MEMS器件"具體是指包括至少一個三維(3D)光刻特征的任何 機械元件，該特征具有最小為l毫米的尺度。典型地，MEMS器件的3D 特征包括各種幾何形狀，其尺寸范圍從l微米(一米的百萬分之一)到 l毫米(一米的千分之一)，而且典型地，至少部分地使用半導(dǎo)體光刻 中常見的平面處理來制造這些幾何形狀。除了在"MEMS器件"中一同 使用的方式之外，術(shù)語"MEMS"和"器件"的使用將具有與單獨分配 給這些術(shù)語中的每一個的普通含義。
本發(fā)明的另一個實施例包括制造由第一晶片構(gòu)件承載的第一傳 感器，以及由第二晶片構(gòu)件承載的第二傳感器；從第三晶片構(gòu)件形成 機電器件；以及通過把第一晶片構(gòu)件與第三晶片構(gòu)件結(jié)合并把第二晶 片構(gòu)件與第三晶片構(gòu)件結(jié)合，至少部分地封入這個器件，以提供多傳 感器組件。
另一個實施例包括提供由第一材料層形成的第一傳感器以及由 第二材料層形成的第二傳感器；其中第一傳感器與第二傳感器檢測不 同的特性。還包括由第三層形成機電器件，例如運動檢測器，并把 第三層附加到第一層和第二層。通過這個附加，第三層位于第一層和 第二層之間，從而至少部分地封入所述機電器件。
另一個實施例包括用于檢測與第一晶片層相對應(yīng)的第一特性的 裝置；用于檢測與第二晶片層相對應(yīng)的第二特性的裝置；以及微機電 運動檢測器。還包括用于把所述檢測器的至少一部分封入第一晶片 層和第二晶片層之間的裝置。
本發(fā)明的另一個實施例包括提供由第一材料層形成的第一傳感 器以及由第二材料層形成的第二傳感器，每一個傳感器檢測不同的特 性；形成微機電運動檢測器；以及把所述檢測器的至少一部分封入第 一晶片層和第二晶片層之間，以提供多傳感器組件。
本發(fā)明的一個目的是提供唯一的傳感器件。
其他目的包括用于提供傳感器的唯一的方法、系統(tǒng)、設(shè)備和裝置。


根據(jù)附圖和隨附圖提供的描述，本發(fā)明的其他目的、實施例、形 式、方面、益處、優(yōu)點和特征將會變得明顯。
圖l是以多個晶片構(gòu)件而實現(xiàn)的多傳感器組件的示意圖。 圖2是包括圖1的組件的系統(tǒng)。
圖3是用于制造包括圖1的組件的器件的一個過程的流程圖。
具體實施例方式
為了幫助理解本發(fā)明的原理，對附圖示出的實施例進行參考，并 以特定語言來進行描述。然而可以理解的是，其并不意在限制本發(fā)明 的范圍。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對所述實施例的 任何更改和其他修改、以及對這里描述的本發(fā)明的原理的其他應(yīng)用是 可以設(shè)想的。
圖1示意性地示出了本發(fā)明一個實施例中的電子多傳感器組件20。 組件20包括由晶片構(gòu)件30、 40和50所組成的多傳感器器件22。典型地， 晶片構(gòu)件30、 40和50每一個都被設(shè)置為通過在較早的處理級中對較大 的晶片進行劃分而形成的相應(yīng)管芯，這將在下文結(jié)合圖3中的流程圖而 更加完整地描述。晶片構(gòu)件30、 40和50中每一個都定義了組件20中各 自的晶片或材料層31、 41和51。層51包括相對的面54a和54b，它們分 別在邊界34和44處附加到層31和層41。器件22安裝到襯底60。襯底60 僅在圖l中局部地示出。
在一個實施例中，器件22的晶片構(gòu)件30、 40和50中的每一個都由 標(biāo)準半導(dǎo)體材料所組成。作為標(biāo)準半導(dǎo)體材料的附加或備選，在其他 實施例中，晶片構(gòu)件30、 40和/或50中的任意一個都可以包括聚合體、 陶瓷和/或金屬，等等。在其他實施例中，晶片構(gòu)件30、 40和/或50的 成分能夠以本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的方式而變化。
晶片構(gòu)件30包括指紋讀取器傳感器32，而晶片構(gòu)件40包括操縱桿 移動傳感器42。利用這些裝置，由于傳感器32的位置與襯底60相對， 所以傳感器32能夠方便地定位以便與手指直接或間接地接觸以讀取相
應(yīng)的指紋，而不需要傳感器42和52也如此定位。可以理解的是， 一個 或更多個其他電子器件、元件、傳感器、電路等可以形成于晶片構(gòu)件
30、晶片構(gòu)件40或兩者上。晶片構(gòu)件50包括具有機電運動傳感器52的 形式的MEMS器件。對于所示實施例，傳感器52具有加速計55的形式。 加速計55包括與空腔56相鄰的基部53?？涨?6延伸經(jīng)過晶片構(gòu)件50， 定義了面54a中的孔56a和面54b中的孔56b。加速計55還包括具有與基 部53相連的機械臂57a形式的傳感器構(gòu)件57。機械臂57a從基部53延伸 至空腔56，而且可以自由地彎曲和/或以其他方式移動，從而以機電的 方式產(chǎn)生與加速相對應(yīng)的傳感器52的電信號。備選地或附加地，在其 他實施例中，可以根據(jù)晶片構(gòu)件50而制造一個或更多個不同的MEMS器 件或其他器件類型、元件、構(gòu)件和/或電路?？梢岳斫獾氖牵ㄟ^分別 使用晶片構(gòu)件30和40來覆蓋孔56a和56b，傳感器構(gòu)件57被封入空腔56 中。晶片構(gòu)件30和40與晶片構(gòu)件50結(jié)合，以提供保護構(gòu)件57免受空腔 56外部的源的損害的密封。
當(dāng)暴露在外時，MEMS裝置的機械工作典型地對于損害是敏感的， 或者可能不會以期望的方式執(zhí)行。因此，晶片構(gòu)件30和40提供了保護 性密封，以減小(如果沒有消除)內(nèi)部工作不期望的暴露。伴隨而來 的是，由于晶片構(gòu)件30和40還包括相應(yīng)的傳感器32和42，所以MEMS器 件(傳感器52)所占據(jù)的空間與傳感器32和42垂直共享。能夠以如下 方式使用所產(chǎn)生的器件22和組件20:與分別使用一個或更多個傳感器 的配置相比，占據(jù)更少的空間。可以理解的是，在備選實施例中，可 以根據(jù)本發(fā)明的教益把更多或更少的傳感器組裝在一起。在一個其他 的實施例中，晶片構(gòu)件50的面54a和54b中僅有一個包括用于暴露傳感 器52的孔，對此，僅有一個相應(yīng)的晶片構(gòu)件30或40可以附加到晶片構(gòu) 件50以提供保護性封裝。
另外參考圖2，示出了系統(tǒng)120;其中相似的附圖標(biāo)記表示相似的 特征。系統(tǒng)120包括具有移動(或蜂窩)電話132的形式的手持通信設(shè) 備130。設(shè)備130包括多傳感器組件20和電路122。電路122與多傳感器 組件20電連接。電路122被設(shè)置用于根據(jù)需要或期望向傳感器32、傳感 器42和/或傳感器52提供電功率。此外，電路122被配置用于從傳感器
32、 42和52接收檢測信號；以及根據(jù)設(shè)備130的操作中期望的那樣而使
用這些信號。
對于所示移動電話132，可使用傳感器32作為安全措施。在這個示 例中，需要通過傳感器32所確定的指紋驗證信號，以便在可能具有其 他意外的情況下使用電話132的某些或全部功能。此外，可以使用傳感 器42來實現(xiàn)由操縱桿控制的、電話132的顯示指針或光標(biāo)(未示出)等。 傳感器52可以用于電話132的位置報告操作。在一個具體實施例中，來 自傳感器52的信號用于增加主要的同步定位衛(wèi)星(GPS)定位子系統(tǒng)， 以適應(yīng)較差的GPS接收等情況。但是，在其他實施例中，傳感器32、 42 和52中的一個或更多個可以用于電話132的不同的功能容量，和/或具 有完全不同的傳感器類型。在其他實施例中，組件22以另一器件類型 而使用，例如個人數(shù)字助理(PDA)、個人計算機(筆記本計算機、膝 上計算機等)、電子游戲設(shè)備、電子操作控制或輸入設(shè)備、和/或本領(lǐng) 域的技術(shù)人員所知的不同設(shè)備。
圖3以流程圖的形式示出了制造過程220。過程220是制造包括組件 22的設(shè)備的一種方式。過程220以操作222開始。在操作222，對晶片構(gòu) 件30、 40和50中每一個進行處理，以提供其承載的相應(yīng)傳感器32、 42、 52。利用標(biāo)準技術(shù)對晶片構(gòu)件30、 40、 50中的每一個進行處理，包括 選擇性摻雜、蝕刻、金屬化、和/或期望用于提供各個傳感器32、 42 和52的各種光刻或不同的制造技術(shù)。在一個具體的實施例中，晶片構(gòu) 件50的構(gòu)件57通過標(biāo)準蝕刻技術(shù)而形成，留下空腔56包圍著構(gòu)件57。 在一種用于批量制造的方法中，晶片構(gòu)件30、 40和50中的每一個被設(shè) 置為晶片管芯，其中通過把較大的相應(yīng)晶片分為多個塊(小方塊)或 "芯片"而獲得所述晶片管芯。對于被分開的給定的較大晶片，每一 個管芯(晶片構(gòu)件)承載相同類型的傳感器32、 42或52。因此，對于 這種形式，較大的晶片能夠提供具有相同類型的多個傳感器，而三個 不同的較大晶片可以用于分別制造若干個具有每一種類型的晶片構(gòu)件 30、 40和50 (以及相應(yīng)的傳感器32、 42和52)。
過程220從操作222前進到操作224。在操作224，操作222中產(chǎn)生的 晶片構(gòu)件30和晶片構(gòu)件40分別被附加到晶片構(gòu)件50的面54a和54b。這
個在邊界34和/或邊界44處的附加可以通過如下方式實現(xiàn)利用粘合劑 等進行結(jié)合、融化、禾B/或本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的不同的結(jié)合技術(shù)。
在一個實施例中，操作224產(chǎn)生用于保護加速計55 (具體為構(gòu)件57)的 密封；然而，在其他實施例中，該附加不需要提供該密封。
從操作224，過程220繼續(xù)到操作226。在操作226，使用標(biāo)準技術(shù) 把晶片構(gòu)件40安裝在襯底60上。襯底60可以是半導(dǎo)體、金屬、陶瓷、
聚合材料和/或本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的不同成分。在其他實施例中， 不存在襯底60。過程220繼續(xù)到操作228。在操作228，組件20與電路電 連接，其中電路122僅作為一個非限制示例。在操作230，把得到的配 置組裝到應(yīng)用設(shè)備中。這個設(shè)備可以是手持通信設(shè)備130或本領(lǐng)域的技 術(shù)人員所知的不同設(shè)備。在操作232，操作該應(yīng)用設(shè)備?？梢詧?zhí)行操作 232以測試設(shè)備的功能和/或作為使用該設(shè)備的結(jié)果?？梢岳斫獾氖牵?過程220僅是器件22、多傳感器組件20和包括這些項的系統(tǒng)的多種制造 過程中的一種。
雖然在附圖和上文描述中示出并詳細描述了本發(fā)明，然而該描述 應(yīng)被看作是示意性而非限制性的，可以理解的是僅示出和描述了所選 的實施例，而且，期望保護落入此前描述的和/或由所附權(quán)利要求限定 的本發(fā)明的精神內(nèi)的所有改變、修改和等同物。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括制造由第一晶片構(gòu)件(30)承載的第一傳感器(32)，以及由第二晶片構(gòu)件(40)承載的第二傳感器(42)；從第三晶片構(gòu)件(50)形成機電傳感器(52)，第三晶片構(gòu)件(50)的第一面(54a)與第二面(54b)相對，而且機電傳感器(52)包括延伸至空腔(56)中的傳感器構(gòu)件(57)；以及通過把第一晶片構(gòu)件(30)與第三晶片構(gòu)件(50)的第一面(54a)結(jié)合并把第二晶片構(gòu)件(40)與第三晶片構(gòu)件(50)的第二面(54b)結(jié)合而封入所述傳感器構(gòu)件(57)，以提供多傳感器組件(20)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，第一傳感器(32)是指紋
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，第二傳感器(42)是操縱 桿移動檢測器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述機電傳感器(52)是 運動檢測器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述運動檢測器是具有MEMS 器件形式的加速計(55)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括把所述多傳感器組件(20) 安裝到襯底(60)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括把所述多傳感器組件(20) 與手持電子設(shè)備(130)的電路(122)電連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述手持設(shè)備(130)包括 承載所述電路(122)和所述多傳感器組件(20)的移動電話(132)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述傳感器(52)是加速 計(55)，所述空腔(56)延伸穿過第三晶片構(gòu)件(50)的第一面(54a) 和第二面(54b)，而且所述封入的步驟包括把所述傳感器構(gòu)件(57) 密封到所述空腔中的第一晶片構(gòu)件(30)和第二晶片構(gòu)件(40)之間。
10. —種方法，包括提供由第一材料層(31)形成的第一傳感 器(32)以及由第二材料層(41)形成的第二傳感器(42)，第一傳感 器(32)與第二傳感器(42)檢測不同的特性；由第三材料層(51) 形成機電運動檢測器(52);以及把第三層(51)附加到第一層(31) 和第二層(41)，在所述附加后第三層(51)位于第一層(31)和第二 層(41)之間，以至少部分地封入所述機電運動檢測器(52)，并提供 多傳感器組件(20)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，第一傳感器(32)是指 紋檢測器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，第二傳感器(42)是操縱桿移動檢測器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述機電運動檢測器(52) 是加速計(55)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，第一傳感器(32)是指 紋檢測器，第二傳感器(42)是操縱桿移動檢測器，而且所述機電運 動檢測器(52)是MEMS器件類型的加速計(55)，所述方法還包括從 第一晶片構(gòu)件(30)提供第一層(31)，從第二晶片構(gòu)件(40)提供第 二層(41)，以及從第三晶片構(gòu)件(50)提供第三層(51);把所述加 速計(55)的傳感器構(gòu)件密封到第一層(31)和第二層(41)之間的 空腔中；以及把所述多傳感器組件(20)與手持電子設(shè)備(130)的電 路(122)連接。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述手持設(shè)備(130)包 括承載電路(122)和多傳感器組件(20)的移動電話(132)。
16. —種包括多傳感器組件(20)的設(shè)備，所述多傳感器組件(20) 包括在一個晶片層(51)限定的空腔(56)中形成的機電傳感器構(gòu) 件(57);第一其他傳感器(32、 42)，由至少兩個或更多個其他晶片 層(31、 41)中的第一晶片層承載；第二其他傳感器(32、 42)，由所 述其他晶片層(31、 41)中的第二晶片層承載；其中，所述一個晶片 層(51)位于所述其他晶片層(31、 41)的第一晶片層和所述其他晶 片層(31、 41)的第二晶片層之間，所述機電傳感器(52)構(gòu)件被封 入于所述其他晶片層(31、 41)的第一晶片層和所述其他晶片層(31、41) 的第二晶片層之間。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括移動電話，所述移動電話承載有所述多傳感器組件(20)和與所述多傳感器組件(20)電連 接的電路(122)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，第一其他傳感器(32、42) 是指紋檢測器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，第二其他傳感器(32、 42)是操縱桿移動檢測器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述一個晶片層(51) 定義了MEMS器件形式的加速計(55)，而且所述加速計(55)包括所述 機電傳感器(52)構(gòu)件。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，還包括用于把所述傳感器構(gòu) 件密封到第一晶片層(31)與第二晶片層(41)之間的裝置。
22. —種多傳感器組件(20)，包括第一晶片層(31)承載的用 于傳感第一特性的裝置；第二晶片層(41)承載的用于傳感第二特性 的裝置；包括傳感器構(gòu)件(57)的MEMS器件；以及用于把所述傳感器 構(gòu)件(57)密封至第一晶片層(31)和第二晶片層(41)之間的裝置。
23. —種方法，包括從第一晶片構(gòu)件(30)提供第一傳感器(32)， 并從第二晶片構(gòu)件(40)提供第二傳感器(42)，第一傳感器(32)與 第二傳感器(42)傳感不同的特性；形成在空腔(56)中包括一個或 更多個傳感器構(gòu)件(57)的機電運動傳感器(52);以及把空腔(56) 中所述至少一個或更多個構(gòu)件(57)密封至第一晶片構(gòu)件(30)和第 二晶片構(gòu)件(40)之間，以提供多傳感器組件(20)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述機電運動傳感器(52) 是加速計(55)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，第一傳感器(32)是指 紋傳感器。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，第二傳感器(42)是操 縱桿移動檢測器。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述形成的步驟包括從晶片層制造所述機電運動傳感器(52)，所述晶片層至少部分地定義 了所述空腔(56)，而且所述密封的步驟包括把所述晶片層附加到第一晶片構(gòu)件(30)和第二晶片構(gòu)件(40)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，包括把所述多傳感器組件(20) 與電路(122)連接；以及把所述電路(122)和所述多傳感器組件(20) 置于移動電話(132)中。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施例包括多傳感器組件(20)。該組件(20)具有由一個晶片層(51)定義的機電運動傳感器構(gòu)件(57)；由兩個或更多個其他晶片層(31、41)中第一晶片層承載的第一傳感器(32)；以及由所述其他晶片層(31、41)中第二晶片層承載的第二傳感器(42)。所述一個晶片層(51)位于其他晶片層(31、41)之間，從而相應(yīng)地把所述傳感器構(gòu)件(57)封入所述組件(20)的空腔(56)中。
文檔編號B81B7/00GK101115675SQ200580047787
公開日2008年1月30日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者克里斯蒂安·帕克特, 帕德羅格·歐馬奧尼, 弗蘭克·卡里斯, 特奧·克希斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司