Mems壓力傳感器、mems慣性傳感器集成結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種將MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成在同一芯片上的集成結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品的體積在不斷減小，而且人們對這些便攜電子產(chǎn)品的性能要求也越來越高，這就要求與之配套的電子零部件的體積也必須隨之減小。
[0003]傳感器作為測量器件，已經(jīng)普遍應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品上。在現(xiàn)有的工藝結(jié)構(gòu)中，由于檢測的原理不同，MEMS慣性傳感器和MEMS壓力傳感器芯片一般是分立的，MEMS慣性傳感器需要密閉的空間來保護(hù)其微細(xì)結(jié)構(gòu)，而MEMS壓力傳感器的敏感結(jié)構(gòu)需要與外界接觸，兩種器件分別基于不同的工藝平臺上進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工，再利用不同的封裝形式，形成獨(dú)立的芯片。裝配的時候，系統(tǒng)廠商將MEMS慣性傳感器芯片和MEMS壓力傳感器芯片通過SMT的方式，貼裝在同一個主板上，從而增加了芯片的成本，也增加了封裝的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是提供一種MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成結(jié)構(gòu)的新技術(shù)方案。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成結(jié)構(gòu)，包括襯底、形成于所述襯底上的絕緣層、均形成于所述絕緣層上的第一下電極和第二下電極，還包括通過第一支撐部支撐在所述第一下電極上方的第一上電極，以及通過第二支撐部支撐在所述第二下電極上方的第二上電極；所述第一上電極為壓力敏感膜，且所述第一上電極與所述第一下電極之間的腔體為密閉腔體，以使所述第一上電極與所述第一下電極構(gòu)成壓力傳感器的氣壓敏感型電容器；所述第二上電極與所述第二下電極構(gòu)成電容量不隨外界氣壓變化的基準(zhǔn)電容器；還包括通過第三支持部支撐在襯底上方的慣性敏感結(jié)構(gòu)，以及與慣性敏感結(jié)構(gòu)構(gòu)成慣性傳感器的慣性檢測電容器的固定極板；其中還包括蓋體，所述蓋體將慣性敏感結(jié)構(gòu)、固定極板構(gòu)成的慣性檢測電容器封裝在襯底上。
[0006]優(yōu)選地，所述第二上電極也為壓力敏感膜，所述基準(zhǔn)電容器還包括用于限制所述第二上電極在外界氣壓作用下發(fā)生變形的限位結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)電容器設(shè)置有用于支撐所述第二上電極的支撐柱，以形成所述限位結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)電容器設(shè)置有壓力平衡孔，所述基準(zhǔn)電容器中位于第二上電極與第二下電極之間的腔體通過所述壓力平衡孔與外界相通，以形成所述限位結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選地，所述蓋體還將第二上電極、第二下電極構(gòu)成的基準(zhǔn)電容器封裝在襯底上。
[0010]優(yōu)選地，所述第一上電極與所述第二上電極為一體結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，所述第一支撐部、第二支撐部、第三支撐部具有相同的材質(zhì)、相同的高度；所述第一上電極、第二上電極、慣性敏感結(jié)構(gòu)具有相同的材質(zhì)、相同的高度；所述第一下電極、第二下電極具有相同的材質(zhì)、相同的高度。
[0012]優(yōu)選地，所述第一上電極、第二上電極的下端面高于慣性敏感結(jié)構(gòu)的下端面。
[0013]優(yōu)選地，所述第一支撐部、第二支撐部、第三支撐部上分別設(shè)置有貫通孔，所述貫通孔內(nèi)分別設(shè)有與第一上電極、第二上電極、慣性敏感結(jié)構(gòu)電連接的導(dǎo)電材料，并在第一支撐部、第二支撐部、第三支撐部的下端形成多個相應(yīng)的連接引線，該多個相應(yīng)的連接引線通過絕緣層走線，并分別連接至襯底上的焊盤集中區(qū)。
[0014]優(yōu)選地，所述固定極板設(shè)置在絕緣層上，并作為慣性檢測電容器的第三下電極。
[0015]本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)，將MEMS慣性傳感器和MEMS壓力傳感器集成在同一襯底上，可有效減小芯片的面積，從而降低了芯片的成本；通過一次封裝，即可完成整個芯片的封裝，降低了芯片封裝的成本。而且由于氣壓敏感型電容器與基準(zhǔn)電容器所處的應(yīng)用環(huán)境相同，因此能夠?qū)ν饨绻材８蓴_產(chǎn)生基本一致的響應(yīng)，這樣，利用基準(zhǔn)電容器的輸出信號便可以至少部分地濾除氣壓敏感型電容器的輸出信號中的共模干擾信號，進(jìn)而提高了氣壓敏感型電容器輸出信號的穩(wěn)定性。
[0016]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，系統(tǒng)廠商將MEMS慣性傳感器芯片和MEMS壓力傳感器芯片通過SMT的方式，貼裝在同一個主板上，從而增加了芯片的成本，也增加了封裝的成本。因此，本發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0017]通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚。
【附圖說明】
[0018]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0019]圖1是本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)第四種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0024]以下對至少一個示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0025]對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。
[0026]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。
[0027]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0028]參考圖1、圖2，本發(fā)明提供了一種MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成結(jié)構(gòu)，其包括襯底1、形成于襯底I上的絕緣層2、均形成于絕緣層2上的第一下電極3a和第二下電極3b，還包括通過第一支撐部7a支撐在第一下電極3a上方的第一上電極4a，以及通過第二支撐部7b支撐在第二下電極3b上方的第二上電極4b ;該第一上電極4a為壓力敏感膜，且第一上電極4a與第一下電極3a之間的腔體為密閉腔體9a，以使第一上電極4a與第一下電極3a構(gòu)成了壓力傳感器的氣壓敏感型電容器。在此，為了消除溫度變化對氣壓敏感型電容器檢測精度的影響，及為了便于獲得絕對氣壓，該密閉腔體9a優(yōu)選為真空腔體。而第二上電極4b與第二下電極3b構(gòu)成電容量不隨外界氣壓變化的基準(zhǔn)電容器。
[0029]本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)，還包括通過第三支持部7c支撐在襯底I上方的慣性敏感結(jié)構(gòu)4c，以及與慣性敏感結(jié)構(gòu)4c構(gòu)成慣性檢測電容器的固定極板。其中，MEMS慣性傳感器的慣性敏感結(jié)構(gòu)4c對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，屬于現(xiàn)有的技術(shù)，其具有對稱的可動極板，可通過彈性梁結(jié)構(gòu)連接在第三支持部7c上。其中，在本發(fā)明一個具體的實(shí)施方式中，所述固定極板設(shè)置在絕緣層2上，其位于慣性敏感結(jié)構(gòu)4c的下方，作為慣性檢測電容器的第三下電極3c，從而使得該MEMS慣性傳感器可以進(jìn)行Z軸方向的檢測。當(dāng)然對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，也可設(shè)置與慣性敏感結(jié)構(gòu)4c側(cè)面相對的固定極板，使其與慣性敏感結(jié)構(gòu)4c可以構(gòu)成進(jìn)行X軸、Y軸方向檢測的慣性檢測電容器。本發(fā)明的MEMS慣性傳感器，可以是MEMS加速度計(jì)、MEMS陀螺儀及MEMS諧振器等慣性傳感器。
[0030]本發(fā)明中，絕緣層2的作用是為了保證各部件與襯底I之間的絕緣，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，如果襯底I本身可以采用絕緣的材料制成，則不再需要設(shè)置絕緣層2。
[0031]本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)，還包括蓋體8，所述蓋體8將慣性敏感結(jié)構(gòu)4c、固定極板構(gòu)成的慣性檢測電容器封裝在襯底I上，參考圖2、圖3。其中該蓋體8可以直接設(shè)置在位于襯底I上方的絕緣層2上，當(dāng)然，為了保證工藝的一致性，可以在絕緣層2上設(shè)置第四支撐部7d,所述蓋體8與第四支撐部7d連接在一起，共同圍成封裝慣性檢測電容器的腔體。本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)中，氣壓敏感型電容器中的第一上電極4a需要與外界環(huán)境接觸才能發(fā)揮作用，而基準(zhǔn)電容器的第二上電極4b則不需要與外界環(huán)境接觸，因此，本發(fā)明的蓋體8還可以將第二上電極4b、第二下電極3b構(gòu)成的基準(zhǔn)電容器封裝在襯底I上，參考圖1、圖4。
[0032]本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)，將MEMS慣性傳感器和MEMS壓力傳感器集成在同一襯底上，可有效減小芯片的面積，從而降低了芯片的成本；通過一次封裝工藝，即可完成整個芯片的封裝，從而降低了芯片封裝的成本。而且由于氣壓敏感型電容器與基準(zhǔn)電容器所處的應(yīng)用環(huán)境相同，因此能夠?qū)ν饨绻材８蓴_信號產(chǎn)生基本一致的響應(yīng)，這樣，利用基準(zhǔn)電容器的輸出信號便可以至少部分地濾除氣壓敏感型電容器輸出信號中的共模干擾信號，進(jìn)而提高了氣壓敏感型電容器輸出信號的穩(wěn)定性。
[0033]本發(fā)明中，為了能夠通過基本相同的工藝步驟制造形成上述氣壓敏感型電容器和基準(zhǔn)電容器，及提高氣壓敏感型電容器和基準(zhǔn)電容器對外界共模干擾的響應(yīng)一致性，該第二上電極4b也可以采用壓力敏感膜，在此，第一上電極4a與第二上電極4b可以相互獨(dú)立，也可以為一體結(jié)構(gòu)(即第一上電極4a和第二上電極4b為一張壓力敏感膜)，參考圖3。此時，為了避免第二上電極4b跟隨外界氣壓變化而發(fā)生相應(yīng)地變形，該基準(zhǔn)電容器還應(yīng)該包括用于限制第二上電極4b在外界氣壓作用下發(fā)生變形的限位結(jié)構(gòu)。另外，該第二上電極4b也可以采用在本發(fā)明壓力傳感器的檢測范圍內(nèi)不會發(fā)生變形的材料制成，該材料優(yōu)選是使得第二上電極4b與第一上電極4a對于溫度等非氣