CN204281296U - Mems传感器器件组件和电子设备 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS传感器器件组件和电子设备，设想：第一裸片，集成微机械检测结构，并具有外部主面；第二裸片，其集成电子电路，该电子电路被可操作地耦合到微机械检测结构，被电气和机械地耦合到第一裸片并且具有相应的外部主面。第一裸片的外部主面与第二裸片的外部主面两者均被设置为与组件外部的环境直接接触，而不引入封装材料。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种MEMS传感器器件的晶片级组件；特别是，下面的描述将参考包括声转换器的MEMS传感器器件的组件，而不因此这意味着在一般性的任何损失。
背景技术
传感器器件是已知的，包括至少部分地由半导体材料并且使用MEMS(微机电系统)技术制造的微机械结构。这些传感器器件用于诸如举例而言，便携式电脑、笔记本电脑或超级本、PDA、平板电脑、移动电话、智能电话、数字音频播放器、照相相机或摄像机，以及电脑游戏的主机的便携式电子设备，使得能够获得关于在面积和厚度方面的大小占用的重要优点。
MEMS传感器器件通常包括：微机械检测结构，设计为将要检测的机械量(例如，声波、压力等)转换成电气量(例如，电容变化)；和电子读出电路，通常提供作为ASIC(特定用途集成电路)，被设计来执行电气量的适当的处理运算(其中，放大和滤波运算)，以便提供电输出信号，无论该输出信号是模拟(例如，电压)或是数字(例如PDM-脉冲密度调制-信号)。该电信号，可能由电子接口电路进一步处理，然后使得其对于外部电子系统可用的，例如，结合了传感器器件的电子设备的微处理器控制电路。
电容式的MEMS声学转换器的微机械检测结构，通常包括移动电极，提供作为隔板或膜，面向基本固定的电极。移动电极通常通过它们的周围部分被固定到衬底，而其中心部分可响应声压波入射在其表面上而自由移动或弯曲。移动电极和固定电极提供检测电容器的板，以及构成移动电极的膜的弯曲导致该检测电容器的电容的 变化。在操作期间，电容变化由合适的处理电子器件转换成电信号，其被作为MEMS声学转换器的输出信号。
一个已知类型的MEMS声学转换器，例如，在以本申请人的名字递交的专利申请号为US 2010/0158279 A1(本文将其作为参考)中进行了详细描述。
声转换器的微机械检测结构的一部分以示例的方式被示出在图1中，被指定为1并作为一个整体。
微机械检测结构1包括由半导体材料制成的衬底2，以及移动膜(或隔膜)3。膜3是由导电材料制成的并面向固定电极或刚性板4，通常被称为“背面板”，其是刚性的，至少如果与膜3相比较其是刚性的，该膜即，相反地，柔性的并发生以入射声压波作为函数的变形。
膜3通过由膜3的突起形成的膜固定部5被固定到衬底2，该膜3的突起从相同的膜3的周边区域向着衬底2延伸。
例如，膜3在平面视图即在主延伸的水平平面上具有大致正方形的形状，并且膜固定部5(其数目上为4个)被设置在正方形的顶点上。
膜固定部5将膜3以从膜3的一定距离的位置悬在衬底2上；该距离的值是响应在低频率的线性度和声学转换器的噪声之间的折衷的结果。
为了使得在膜3中的残余(拉伸和/或压缩)应力(例如，从制造过程中产生的应力)能够释放，通过开口3′可以通过膜3，特别是每个膜固定部5的的接近而形成，以便于“均衡”存在于同一膜3的表面上的静态压力。
刚性板4是由以导电材料制成并设置面向薄膜3的第一板层4a以及以绝缘材料制成的第二板层4b形成的。
第一板层4a与膜3一起形成微机械检测结构1的检测电容器。
特别是，第二板层4b覆盖第一板层4a，除了在它延伸穿过第一板层4a以便形成刚性板4的突起部6的部分，该突起部6向底层膜 3延伸并具有防止膜3粘附到刚性板4的功能，以及限制了相同的膜3的振荡。
例如，膜3的厚度被包括在0.3-1.5μm的范围，例如它等于0.7μm，第一板层4a的厚度被包括在0.5-2μm的范围，例如它等于0.9μm，并且第二板层4b的厚度被包括在0.7-2μm的范围，并且，例如，它等于1.2μm。
此外，刚性板4具有多个孔7，其延伸通过第一和第二板层4a、4b，例如具有圆形的横截面，并且允许在制造步骤期间移去下面的牺牲层。例如，孔7是被布置以便形成在一个水平面上的晶格，平行于衬底。此外，在使用中，孔7使得在刚性板4与膜3之间的空气能够自由流通，在效果中呈现出刚性板4是声学透明的。孔7因此提供声学端口，以使得声压波能够到达和变形膜3。
刚性板4通过板固定部8被固定到衬底2，该板固定部8被连接到相同的刚性板4的外围区域。
特别地，板固定部8由与第一板层4a相同的导电材料制成的垂直柱(即，柱正交于水平面和衬底2的方向上延伸)形成，并因此形成具有刚性板4的单件；换言之，第一板层4a具有延伸到远至衬底2的延长部，定义了刚性板4的固定部。
膜3被悬在第一腔体9a上并直接面向第一腔体9a，该第一腔体9a由通过沟槽形成在衬底2内或穿过衬底2，该通过沟槽由诸如从衬底2的背表面2b开始通过蚀刻而形成，该背表面2b与衬底2的前表面2a相反，在前表面2a上坐落有膜固定部5(第一腔体9a因此定义了在衬底2的前表面2a与后表面2b之间延伸的通孔)；特别地，前表面2a位于水平平面内。
在声学压力波首先冲击第一刚性板4然后冲击膜3的情况下，第一腔体9a也被称为“背腔室”。在该情况下，前腔室由第二腔体9b形成，在顶部和底部分别由第一板层4a和膜3定界。
可替代地，在通过第一腔体9a使压力波到达膜3的任何可能情况下，在这种情况下提供了声学访问端口，并且因此提供了前腔室。
更详细地，膜3具有第一主表面3a和第二主表面3b，其相反于彼此，并分别面向第一和第二腔体9a、9b，因此分别与声转换器的背腔室和前腔室流体连通。
此外，第一腔体9a由两个腔体部分形成：第一腔体部分9a′被布置在衬底2的前表面2a处并具有在水平平面上的第一延伸；第二腔体部分9a"被设置在衬底2的后表面2b处并具有在水平面上的第二延伸，该第二延伸大于第一延伸。
在已知的方式中，声转换器的灵敏度取决于薄3的机械特性，以及取决于在相应封装中膜3和刚性板4的组件，其构成声转换器相对于外部环境的接口。
特别地，声转换器的性能取决于背腔室的体积和前腔室的体积。前腔室的体积确定了声转换器的上谐振频率，并且因此确定了它在高频率的性能；在一般情况下，实际上，前腔室的体积越小，声转换器的上限截止频率越高。此外，背腔室的大体积使得能够改善相同的声转换器的频率响应和灵敏度。
声转换器的封装必须被配置成不仅容纳微机械检测结构1，也容纳与其相关联的读出电子器件，通常被提供为ASIC，电耦合到微机械检测结构1。在设计阶段，还应当考虑到声转换器典型地在不利的工作环境下工作的事实，例如那些受高射频辐射和电磁干扰的环境(当集成在移动电话或类似的无线通信设备中时)。
因此，几个约束施加在MEMS声转换器的组件和相应的封装上，这使得优选为紧凑的尺寸的它们的设计特别有问题。
已经提出的组件布置设想提供由半导体材料制成的两个不同的裸片，第一裸片用于微机械检测结构并且第二裸片用于读取电路。
在该类型的解决方案中，图2中示意性地图示(并例如描述于美国专利6,781,231中)，第一裸片10，集成了微机械检测结构1(本文示意性图示的)，以及第二裸片11，集成了读取电子器件的ASIC11′，被并排耦合在相应的封装14的支撑层12上。在第一和第二裸片11、12之间的电连接15通过利用引线键合技术的电线提供，而 适当的金属化层和通孔(未详细示出)被设置在支撑层12以用于向封装14的外部路由的电信号。
此外，封装14的盖件16被耦合到支撑层12，包围第一及第二裸片11、12；该盖16可以由金属或具有内部金属化层的预模制塑料制成，以诸如防止外部电磁信号的干扰(通过提供一种法拉第笼)。
此外，盖件16具有开口18，以使得声压波能够进入。有利的是，用于入射光的屏幕(未图示)，或过滤器(也未图示)可被耦合到开口18，以防止灰尘或其它材料的颗粒渗入到盖件16中。
焊盘(未示出)在支承层12的下侧处设置，以用于焊接和到外部印刷电路的电连接。
然而，该组件布置并非没有缺陷，其中优选大尺寸以用来并排容纳声转换器的两个裸片以及用来提供相应的封装的事实。
此外，该解决方案不提供给设计者很大的自由度(如相反将是合意的)以调整声转换器的腔室的大小，用于其电特性的确定。
针对MEMS声转换器的各种组装和封装解决方案都已因此被提出，其中，例如，在US6,088,463、US 2007/0189568、WO2007/112743、EP2252077、EP2517480描述的那些。
然而，这些解决方案也都没有关于尺寸，组件成本，和传感器的电气特性被优化。
该提供MEMS传感器器件的适当的组件的需要因而被本领域所感受到，其可以提供低制造成本、高性能和高可靠性，并包含要被满足的尺寸。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种紧凑的、具有低制造成本和高的电性能的MEMS传感器器件的组件。
一个或多个实施例涉及MEMS传感器器件的组件。一个实施例涉及包括第一裸片和第二裸片的组件。该第一裸片和第二裸片分别具有内表面和外表面。微型机械检测结构位于第一裸片的内表面上。 第二裸片集成可操作地耦合到微机械检测结构的电子电路。第二裸片的内表面被耦合到所述第一裸片的内表面。第一裸片和第二裸片的外表面形成组件的外表面，该组件的外表面被配置为被放置在与组件外部的结构直接接触。
根据本实用新型的一方面，提供一种MEMS传感器器件组件，其特征在于，包括：第一裸片，具有内表面和外表面，微机械检测结构位于所述内表面上；以及第二裸片，具有内表面和外表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微机械检测结构的电子电路，所述第二裸片的所述内表面耦合到所述第一裸片的所述内表面，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面是所述组件的暴露的外表面，并且所述外表面中的至少一个外表面被配置为放置成与所述组件外部的结构直接接触。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面在各自的平行平面内，并且所述第一裸片和所述第二裸片在横切于所述平面的方向上耦合。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一裸片和所述第二裸片被配置成被机械及电气地耦合至所述组件外部的所述结构，而不引入封装材料。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面的至少一个外表面被配置成直接耦合到印刷电路板上。
根据本实用新型的一个实施例，被配置为直接耦合到所述印刷电路板的所述外表面包括被配置为将所述组件电耦合到所述印刷电路板的第一电连接元件。
根据本实用新型的一个实施例，进一步包括：第二电连接元件，位于所述第一裸片的所述内表面与所述第二裸片的所述内表面之间，并且将所述微机械检测结构电耦合到所述电子电路；导电通孔，延伸穿过所述第一裸片和所述第二裸片中的一个裸片；以及第三电连接元件，位于所述第一裸片的所述内表面和所述第二裸片的所述 内表面之间，并且被配置为通过所述导电通孔电耦合到所述第一电连接元件。
根据本实用新型的一个实施例，包括在所述第一裸片和所述第二裸片之间的耦合环，所述耦合环将所述第一裸片和所述第二裸片耦合在一起，所述耦合环环绕所述微机械检测结构。
根据本实用新型的一个实施例，所述第二裸片包括位于靠近所述微机械检测结构的腔体。
根据本实用新型的一个实施例，所述微机械检测结构是第一微机械检测结构，所述组件进一步包括集成第二微机械检测结构的第三裸片，所述第三裸片被固定到所述第二裸片的所述内表面、被容纳在所述第二裸片的所述腔体中、并以一定距离面向所述微机械检测结构，所述第二微机械检测结构被电耦合到所述电子电路。
根据本实用新型的一个实施例，在所述第二裸片中的所述腔体具有侧壁，所述组件进一步包括具有相应地位于所述侧壁上的相应部分的导电路径，以及在所述第三裸片中的所述第二微机械检测结构通过所述导电路径被耦合到所述电子电路。
根据本实用新型的一个实施例，包括集成第三微机械检测结构的第四裸片，所述第四裸片固定到所述第二裸片的所述内表面并且被容纳在所述第二裸片中的所述腔体中，所述第三微机械检测结构被电耦合到所述电子电路。
根据本实用新型的一个实施例，所述微机械检测结构是声转换器，并且包括具有第一腔体的半导体材料的衬底，悬在所述第一腔体之上的膜，和电容耦合到所述膜的刚性板。
根据本实用新型的一个实施例，在所述第一裸片中的所述腔体与所述组件外部的环境流体接触，并允许声压波进入所述组件；所述第二裸片包括位于接近所述微机械检测结构的第二腔体；以及所述第一腔体和所述第二腔体相应地形成所述声转换器的前腔室和后腔室。
根据本实用新型的一个实施例，所述微机械检测结构是压力传 感器，并且包括具有悬在埋置的腔体之上的膜的半导体材料的衬底；其中所述压力传感器进一步包括弹性元件，所述弹性元件将所述膜耦合到所述衬底，所述膜通过在所述第一裸片中的腔体被悬在一侧。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一裸片和所述第二裸片具有外部侧表面，所述外部侧表面横切于所述外表面和内表面并且被配置为放置成与外部结构直接接触。
根据本实用新型的另一方面，提供一种电子设备，其特征在于，包括：MEMS传感器器件，包括：第一裸片，具有第一表面、第二表面，和位于所述第一表面上的微机械检测结构；以及第二裸片，具有第一表面和第二表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微机械检测结构的电子电路，所述第二裸片的所述第一表面被耦合到所述第一裸片的所述第一表面，所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面形成所述组件的外表面；印刷电路板，直接耦合到所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面中的一个第二表面，而不引入封装材料。
根据本实用新型的一个实施例，所述微机械检测结构是压力传感器，包括半导体衬底、被弹性耦合到所述衬底的悬膜、以及被电容耦合到所述悬膜的刚性电极。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一微机械检测结构是第一微机械检测结构，其中所述第一裸片包括具有形成在所述第一表面中的底表面的凹部，所述电子设备进一步包括被固定到所述第一裸片的所述凹部的所述底表面的第三裸片，所述第三裸片包括被可操作地耦合到所述第二裸片的所述电子电路的第二微机械检测结构。
根据本实用新型的一个实施例，所述电子设备是移动电话、PDS、笔记本电脑、录音笔、具有语音录制能力的音频播放器和水听器中的一个。
本实用新型的有益效果是：通过与外部环境形成直接耦合的MEMS传感器器件无需引入封装材料，从而使得所占用的空间能够 明显节省并且制造过程能够被简化。此外，由于前腔室和后腔室的有利尺寸，该MEMS传感器器件使得相关联的声转换器的性能能够得到增强。
附图说明
为了更好地理解本实用新型，现在对其优选实施例，纯粹以非限制性示例的方式并参照附图进行描述，其中：
图1是一个已知类型的MEMS传感器器件的微机械检测结构的一部分的示意性横截面表示；
图2是MEMS传感器器件具有相应的封装的示意性表示；
图3是根据本解决方案的MEMS传感器器件的组件的第一实施例的示意性横截面表示；
图4是图3的组件的示意性顶视图；
图5是图3的组件的一种变体的示意性横截面表示；
图6是图3的组件的另一种变体的示意性横截面表示；
图7是MEMS传感器器件的组件的第二实施例的示意性横截面表示；
图8是图7的组件的一种变体的示意性截面表示；
图9是图7的组件的另一种变体的示意性横截面表示；
图10是包括MEMS传感器器件的电子设备的框图；以及
图11是MEMS传感器器件的组件的另一实施例的示意性横截面表示。
具体实施方式
如将在下文中详细地描述的，本解决方案相关的总体思路设想使用相同的裸片，该裸片集成微机械检测结构和相应的ASIC，如MEMS传感器器件与外部环境的直接接口，同样关于例如到印刷电路板的机械和电连接，以及关于要被检测的与机械量的耦合。MEMS传感器器件的组件因此没有设想封装的存在，并且被设计为与外部 环境电气及机械接触的同样的组件的外表面通过上述裸片的外表面被构成。
图3示出了作为整体被指定为20的MEMS传感器器件的组件的第一实施例。
MEMS传感器器件20包括第一裸片21，该第一裸片21包括半导体材料，尤其是硅，集成了第一裸片微机械检测结构22。
例如，示意性图示的第一裸片微机械检测结构22限定了声转换器，如参考图1所描述的被制成(因此，在下文中，相同的附图标记将用于指代相似的元件)。
第一裸片微机械检测结构22因而包括：衬底2，通过其厚度被设置的是第一腔体9a，其具有在平面视图中(即，在水平平面xy)的一般性多边形(例如正方形)的形状；膜3，其悬在第一腔体9a上并且可能以入射声压波作为函数发生变形；以及刚性板4，其被机械连接到衬底2并且电容耦合到膜3。
特别地，在所描述的实施例中，第一裸片21构成组件的较低部分(相对于与水平平面xy正交的垂直轴z)，其被设计为提供一种到外部印刷电路板(未示出)的机械及电气连接。
例如，第一裸片21沿着与水平平面xy正交的垂直轴z具有200μm的厚度。
第一裸片21具有外部主面21a，置于水平平面xy上，被设计成与外部环境直接接触，外部环境在此作为整体被指定为100，并且该外部主面21a与上述外部印刷电路板电气及机械接触(因此，提供了整个组件的外表面)，其带有用于此目的合适的外部电气连接元件26，诸如举例而言，凸面(lands)或导电凸块(bumps)，根据所使用的特定连接技术(例如，LGA-凸面栅阵列，或BGA-球栅阵列)。
此外，第一裸片21具有内部主面21b，其垂直地相反于外部主面21a，在内部主面21b处布置了声转换器的膜3，并且耦合到内部主面21b的是相同的声转换器的刚性板4。
此外，第一裸片21具有第一侧面21c和第二侧面21d，被设置为平行于垂直轴z，其也与外部环境通信，并构成整个组件的外表面。
在图示的示例中，其中MEMS传感器器件20包括声转换器，第一腔体9a终止于上述外部主面21a并且构成用于声压波的进气端口；换言之，第一腔体9a构成声转换器的所谓前腔室。电气连接元件26相对于第一腔体9a被横向地设置。
该组件布置被定义为“底部端口”类型，具有在该组件的较低部分的声学访问端口，其被设置在外部印刷电路板的附近。
MEMS传感器器件20还包括第二裸片28，其包括半导体材料，尤其是硅，集成ASIC 29(示意性地图示)，被耦合到第一裸片微机械检测结构22。
特别是，第二裸片28具有：相应的外部主面28a，被设计成与外部环境(从而提供了整个组件的外表面)的直接联通；以及相应的内部主面28b，其面向第一裸片21的内部主面21b，并且被机械及电气耦合到第一裸片21的内部主面21b。该ASIC29是，例如，设置在对应于第二裸片28的内部主面28b的一部分的区域。
此外，第二裸片28具有第三侧面28c、第四侧面28d，被设置为平行于垂直轴z，其也与外部环境联通，并与第一裸片21的第一侧面21c、第二侧面21d一起构成整个组件的外部侧表面。
例如，第二裸片28沿垂直轴z具有700μm的厚度。
在第二裸片28中，从内部主面28b开始提供了第二腔体9b，其占据对应于第一裸片微机械检测结构22的位置，以及相应的膜3和刚性板4。特别是，第二腔体9b由底壁30′被定界在顶部，平行于内部主面28b的表面并且平行于水平平面xy，该底壁30′从外部主面28a被具有小于第二裸片28的整个厚度的同一第二裸片28的一部分分离开，并被侧壁30″侧面地分离开。例如，第二腔体9b在平面图中为正方形或矩形。
在所描述的实施例中，第二腔体9b表示的MEMS声转换器的所谓的背腔室。更一般地，第二腔体9b的存在可以使得第一裸片微机 械检测结构22(例如，膜或隔膜)的可变形元件的能够变形。虽然未示出，但是应当理解，在一些实施例中，第二裸片28可以包括将第二腔体9b置于与设备20外部的环境流体联通的通孔。
第一内部电连接元件31(由焊盘或导电材料的通路所构成，示意性地图示出)被设置在第一裸片21和第二裸片28的内部主面21b、28b之间，将微机械结构电连接到ASIC 29(例如，将耦合到膜3和刚性板4的适当的电触点与上述的ASIC 29的适当的电路元件相连接)。此外，第二内部电连接元件32，其也被设置在第一裸片21和第二裸片28的内部主面21b、28b之间，将ASIC 29经由过硅通孔(TSV)33电连接到外部电连接元件26，该过硅通孔33跨过第一裸片21的整个厚度。
以已知的方式，通孔33的布置使得电信号能够从ASIC 29到外部连接元件26适当路由。
例如，耦合结构35包括例如由金属材料制成的键合环，而且将第一裸片21机械地耦合到第二裸片28；该耦合结构35被设置在相对于第一和第二内部电连接元件31、32以外，并且横向环绕第一裸片微机械结构22(以及相应的膜3和刚性板4)。
此外，耦合结构35横向地提供用于第一裸片21与第二裸片28之间的组件的密封封闭。
前面所描述的机械和电气耦合元件的一种可能的布局是，例如在图4中示意性图示，其中刚性板4和膜3的与相应的第一内部电连接元件31和第二内部电连接元件32的电连接被另外再次示意性图示。
有利地，第一和第二裸片21、28的至少一个或两者可以具有高的掺杂水平，以便提供一种法拉第笼，因而降低了电磁干扰。
在所描述的实施例中，再次有利地，声转换器的前腔室的体积减小(相对于已知的解决方案，如在图2中所图示的，其中由于封装的构造相同的体积不能被降低)，并且背腔室的体积增加(再次相对于已知的解决方案，其中相同的体积由集成微机械检测结构的 裸片的构造所限制)。
如图5所图示，所描述的实施例的变体设想了MEMS传感器器件20包括至少一个另外的转换器，例如，压力或湿度转换器。
特别地，MEMS传感器器件20包括第三裸片40，集成相应的第三裸片微机械检测结构41，例如，设计用来检测压力或湿度值，该第三裸片40被耦合到所述第二裸片28，在第二腔体9b的内。
详细地说，第三裸片40具有第一主面40a，在该处提供第三裸片微机械检测结构41，第三裸片40还具有第二主面40b，被机械地耦合——例如，由一层粘合材料(未图示)——到第二腔体9b的底壁30′。
需要强调的是，通过第一腔室9a(声转换器的前腔室)以及通过膜3和刚性板4形成的孔，流体路径被设置在外部环境100和第三裸片40的第三裸片微机械检测结构41之间。换言之，横跨MEMS声转换器的声压波，或通常是来自外部环境的空气，冲击到第三裸片微机械检测结构41，使得能够检测感兴趣的进一步的外部量。
合适的电连接元件44，例如，以电线的形式，将第一触点焊盘45(由第一主面40a承载)连接到第二触点焊盘46(由第二腔9b的底壁30′承载)。第二触点焊盘46依次，例如，通过沿底壁30′本身和/或沿侧壁30"中的至少一个发展的导电路径47(仅示意性地在该图中图示)，被连接到第一内部电连接元件31和/或第二内部电连接元件32，进而被连接到ASIC 29。
可替换地，电连接元件44可以将第一触点焊盘45直接连接到以上所述的第一和/或第二内部电连接元件31、32。
有利地，该解决方案使得能够使用半导体技术制造集成的多功能MEMS传感器器件，其能够检测多于一个的环境量，例如，声波及压力和/或存在于外部环境中的湿度，在各转换器之间使用共同的单个ASIC 29，该ASIC与外部印刷电路板联通。
如图6图示的，图示实施例的另一种变体设想了第四裸片48 的存在，整合了相应的第四裸片微机械检测结构49(例如，在第三裸片40集成了压力转换器的情况下，用于提供湿度传感器)，以基本上类似于已经针对第三裸片40图示的方式被耦合到第二裸片28。特别是，第四裸片48具有第一主面48a，在该处提供了第四裸片微机械检测结构49，第四裸片48还具有第二主面48b，被耦合到第二腔体9b的底壁30′。第四裸片48与第三裸片40并排设置在第二腔体9b内。
有利地，该解决方案使得能够进一步提高关于环境量检测的MEMS传感器器件20的多功能特性。
参考图7，现在对MEMS传感器器件的组件的第二实施例进行说明，其在此被指定为20′，为“顶部端口”类型，即，具有声入口端口设置在组件的顶部部分(即，以从外部印刷电路板到组件要被耦合到的距离)。
MEMS传感器器件20′相对于垂直轴z被基本上倒置地设置，如果相比于先前描述的第一实施例。
特别是，在这种情况下，第二裸片28的外部主面28a通过外部电连接元件26被机械及电气地耦合到外部印刷电路板(在本例中未图示)，在此由相同的外部主面28a承载。
第一裸片21中设置的第一腔体9a在此操作为MEMS声转换器的前腔室用于声压波的进入，而第二裸片28中制出的第二腔体9b操作为背腔室；第一腔体9a被设置为与外部环境100在第一裸片21的外部主面21a直接联通。
而且，在这种情况下通孔33延伸穿过第二裸片28。
本实施例的变体(图示于图8和9)可以再次设想，MEMS传感器器件20′包括具有相应的第三裸片微型机械检测结构41和第四裸片微型机械检测结构49的另一裸片或另一晶粒(第三裸片40，也可能是第四裸片48)，用于提供一种多功能环境检测器件。
图10是电子设备50的示意图，其包括MEMS传感器器件20、20′，包括一个或多个第一裸片微机械检测结构22、第三裸片微型机 械检测结构41、第四裸片微型机械检测结构49以用于检测相应的量(例如，环境类型的量)，和单个ASIC 29以用于处理转换的电信号。
电子设备50，除了MEMS传感器设备20、20′之外还包括，微处理器54、连接到微处理器54的存储器块55、和输入/输出接口56，例如，包括键盘和显示器，其也被连接到微处理器54。此外，可以存在扬声器58，以用于在电子设备50的音频输出(未示出)产生声音。
特别是，电子设备50包括印刷电路板59，机械和电气地耦合到MEMS传感器器件20、20′，以及其它元件，微处理器54和存储器块55。
电子设备50优选是移动通信器件，诸如举例而言，移动电话、PDA、笔记本电脑，但也可为录音机、具有语音记录能力的音频播放器等。可替换地，电子器件50可以是能够在水下操作的水听器。
本文所描述的解决方案的优点从前面的讨论清楚地显现。
在任何情况下，再次强调的是，它有可能获得尤其是紧凑的、具有低制造成本和高的电性能的MEMS传感器器件的组件。该制造方法得到简化，该传感器器件的电测试同样得到简化。
特别是，没有封装随着向外部环境的接口使得所占用的空间能够明显节省以及制造过程能够简化，因为该过程可以使用传统的技术和工具完全以所谓的“前端”步骤实现。
例如，本申请人已经证实如下可能性：提供在水平平面xy具有2mm×2mm尺寸的组件，即，比那些已知的组件更小(例如，在图2中所示类型的，其已对第一和第二裸片21、28给定例如相同尺寸2.5mm×3.35mm)。
此外，有利的是所描述的组件使得相关联的声转换器的性能能够增强，由于前腔室和后腔室的有利尺寸。
特别有利的是，MEMS传感器器件的整个组件可以由半导体材料制成，例如，硅(而不存在相应封装的不同材料，例如，塑料或 陶瓷的)。此外，半导体材料的适当掺杂可以使得能够屏蔽来自电磁的干扰。
此外，上面提到的优点在MEMS传感器器件提供多功能检测器件的情况下甚至更为重要，由于耦合到单个电子读取电路的一定数量的微机械检测结构的单一组件的集成。
最后，显然可以对本文已经描述和图示出的进行修改和变化，而不由此偏离本实用新型的精神和范围。
特别是，它被再次强调的是，所描述的组件布置可有利地应用到不包括声转换器的MEMS传感器器件，例如，用于压力或湿度传感器。
例如，图11示出了又一个实施例，其中第一裸片21的衬底2包括设计成提供压力传感器的第一裸片微机械检测结构22，并且在此情况下包括膜或隔膜60，其被悬在腔体62上，埋在衬底2内，并设置在第一裸片21的内部主面21b。
特别地，第一裸片微机械检测结构22在这里设置在衬底2的非耦合部分64，这是从衬底2的剩余部分机械地去耦的，该其余部分被指示为65，根据以本申请人的名称递交于2012年12月18日的专利公布号2013/0168840中详细描述的技术。
非耦合部分64是通过弹性元件66与衬底2的其余部分65连接并且进而悬在设置在相同的第一裸片21的第一腔体9a上，以不与外部环境100和印刷电路板59直接接触的方式(第一腔体9a因此被设置在外部环境100与非耦合部分64之间，以及在其中集成的相应的第一裸片微机械检测结构22)。
有利地，如在上述专利公布号2013/0168840中强调的，这种配置使得第一裸片微机械检测结构22能够从外部环境100机械解耦，并消除或显著减少，由相同的外部环境引致的任何应力(这可能导致，例如，变形，或通常而言在第一裸片微机械检测结构22中不期望的机械应力，)。
根据进一步的变体，第一和/或第二腔体9a、9b可以不存在， 例如，不存在第二裸片28中的第二腔体9b(如上述的图11所示)，在该情况下空的空间是不需要在第一裸片21中提供的微机械结构之上的。
此外，腔体9a、9b的几何形状可以是不同的；例如，根据用于形成相同的第二腔体9b的化学蚀刻工艺，第二腔体9b的侧壁30″可以关于垂直轴z倾斜非零角度。
上述的各种实施例可被组合以提供进一步的实施例。可以在参考上述详细描述可以对这些实施例做出这些和其它的变化。通常而言，在所附权利要求书中，所使用的术语不应当被解释为限制权利要求为在说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而是应被解释为包括连同权利要求书所赋予的等同物的全部范围的所有可能的实施例。因此，权利要求书不受本公开的限制。
Claims (19)
1.一种MEMS传感器器件组件，其特征在于，包括：第一裸片，具有内表面和外表面，微机械检测结构位于所述内表面上；以及第二裸片，具有内表面和外表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微机械检测结构的电子电路，所述第二裸片的所述内表面耦合到所述第一裸片的所述内表面，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面是所述组件的暴露的外表面，并且所述外表面中的至少一个外表面被配置为放置成与所述组件外部的结构直接接触。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面在各自的平行平面内，并且所述第一裸片和所述第二裸片在横切于所述平面的方向上耦合。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一裸片和所述第二裸片被配置成被机械及电气地耦合至所述组件外部的所述结构。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一裸片的所述外表面和所述第二裸片的所述外表面的至少一个外表面被配置成直接耦合到印刷电路板上。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，被配置为直接耦合到所述印刷电路板的所述外表面包括被配置为将所述组件电耦合到所述印刷电路板的第一电连接元件。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，进一步包括：第二电连接元件，位于所述第一裸片的所述内表面与所述第二裸片的所述内表面之间，并且将所述微机械检测结构电耦合到所述电子电路；导电通孔，延伸穿过所述第一裸片和所述第二裸片中的一个裸片；以及第三电连接元件，位于所述第一裸片的所述内表面和所述第二裸片的所述内表面之间，并且被配置为通过所述导电通孔电耦合到所述第一电连接元件。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，包括在所述第一裸片和所述第二裸片之间的耦合环，所述耦合环将所述第一裸片和所述第二裸片耦合在一起，所述耦合环环绕所述微机械检测结构。
8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第二裸片包括位于靠近所述微机械检测结构的腔体。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述微机械检测结构是第一微机械检测结构，所述组件进一步包括集成第二微机械检测结构的第三裸片，所述第三裸片被固定到所述第二裸片的所述内表面、被容纳在所述第二裸片的所述腔体中、并以一定距离面向所述微机械检测结构，所述第二微机械检测结构被电耦合到所述电子电路。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，在所述第二裸片中的所述腔体具有侧壁，所述组件进一步包括具有相应地位于所述侧壁上的相应部分的导电路径，以及在所述第三裸片中的所述第二微机械检测结构通过所述导电路径被耦合到所述电子电路。
11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，包括集成第三微机械检测结构的第四裸片，所述第四裸片固定到所述第二裸片的所述内表面并且被容纳在所述第二裸片中的所述腔体中，所述第三微机械检测结构被电耦合到所述电子电路。
12.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述微机械检测结构是声转换器，并且包括具有第一腔体的半导体材料的衬底，悬在所述第一腔体之上的膜，和电容耦合到所述膜的刚性板。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于：在所述第一裸片中的所述腔体与所述组件外部的环境流体接触，并允许声压波进入所述组件；所述第二裸片包括位于接近所述微机械检测结构的第二腔体；以 及所述第一腔体和所述第二腔体相应地形成所述声转换器的前腔室和后腔室。
14.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述微机械检测结构是压力传感器，并且包括具有悬在埋置的腔体之上的膜的半导体材料的衬底；其中所述压力传感器进一步包括弹性元件，所述弹性元件将所述膜耦合到所述衬底，所述膜通过在所述第一裸片中的腔体被悬在一侧。
15.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一裸片和所述第二裸片具有外部侧表面，所述外部侧表面横切于所述外表面和内表面并且被配置为放置成与外部结构直接接触。
16.一种电子设备，其特征在于，包括： MEMS传感器器件，包括：第一裸片，具有第一表面、第二表面，和位于所述第一表面上的微机械检测结构；以及第二裸片，具有第一表面和第二表面，所述第二裸片集成被可操作地耦合到所述微机械检测结构的电子电路，所述第二裸片的所述第一表面被耦合到所述第一裸片的所述第一表面，所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面形成所述组件的外表面；印刷电路板，直接耦合到所述第一裸片的所述第二表面和所述第二裸片的所述第二表面中的一个第二表面。
17.根据权利要求16所述的电子设备，其特征在于，所述微机械检测结构是压力传感器，包括半导体衬底、被弹性耦合到所述衬底的悬膜、以及被电容耦合到所述悬膜的刚性电极。
18.根据权利要求16所述的电子设备，其特征在于，所述第一微机械检测结构是第一微机械检测结构，其中所述第一裸片包括具有形成在所述第一表面中的底表面的凹部，所述电子设备进一步包括被固定到所述第一裸片的所述凹部的所述底表面的第三裸片，所 述第三裸片包括被可操作地耦合到所述第二裸片的所述电子电路的第二微机械检测结构。
19.根据权利要求16所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备是移动电话、PDS、笔记本电脑、录音笔、具有语音录制能力的音频播放器和水听器中的一个。
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