[发明专利]用于加速度计的去耦结构

说明书

一种加速度计，包括去耦结构，用于通过支承用于测量加速度的MEMS传感器芯片而将加速度计固定在封装上。MEMS传感器芯片包括半导体材料的第一传感器晶片层。去耦结构形成用于将去耦结构固定在封装上的底部部分和被固定到第一传感器晶片层的顶部部分。顶部部分在第一平面方向上的宽度小于底部部分的宽度。去耦结构由与第一传感器晶片层相同的半导体材料制成。顶部部分和底部部分是由同一晶片层制造的。顶部部分在第一平面方向上的中心点被布置在底部部分的中心区中。MEMS传感器芯片包括密闭地封闭的腔体，其包括MEMS传感器芯片的振动质量部。

技术领域

本发明涉及一种具有去耦结构的加速度计。

背景技术

MEMS（微机电系统）加速度计惯常地使用在汽车和机动车应用中。它们也被越来越频繁地选择用于使用在诸如航空航天和国防等的高端市场环节中，其中它们必须满足特别严格的稳定性要求。

MEMS加速度计典型地主要由诸如硅或玻璃的材料制成。它们是通过基于光刻的晶片处理技术来制造的。

MEMS加速度计是固有地对机械约束灵敏的。图1a示出MEMS传感器芯片10的现有技术示例，其被通过附接件21胶粘或以其它方式固定到例如像封装那样的组件、印刷电路板或其它种类的组件的基底表面20。施加到组件的应力被经基底表面20和附接件21传递到MEMS芯片传感器10，并且如在图1b中示出那样造成芯片传感器10的形变，其效果本质上与要被测量的加速度的效果不可区分。因此，从基底表面20传递到MEMS传感器芯片10的应力导致测量误差。已经将若干种方法应用于缓解该问题。

一种方法是以对称方式设计传感器，从而应力引发的形变相互抵消。这种方法本质上是出色的，但是严重地约束了传感器的设计。

另一种方法是使传感器本身更刚性。它的缺点是它仅具有有限的效果并且潜在地增加了限制设计约束。

第三种方法是将MEMS传感器芯片10与附接到组件或基板的部件机械地去耦。该方法的一种形式是围绕MEMS传感器芯片10构建框架，如例如在EP0599174中描述的那样。这种方法是有力的，但是其缺点是外部框架显著地增加了装置尺寸。在诸如用于构建硅MEMS的那些技术的晶片处理技术中，该大尺寸直接转化为更高的材料需求和更高的制造成本。

US2001/047688公开了一种具有带有中心安装基座的底盖的加速度计，在所述中心安装基座上支承有内部框架，该内部框架支承外部质量。

US2017/0107098公开了一种被利用单个粘合剂或焊料凸块连接到载体的加速度计。

在压力传感器的领域中，例如在DE102009046692中，进一步已知的是将压力传感器放置在基座上以便将压力传感器与来自基底表面的应力去耦。

在US4800758中，硅基座成为压力传感器的一部分。该基座相对于基底表面扩展其宽度并且与基底表面围成腔体。通道通过插槽中的通道将该腔体中的参考压力引导至压力传感器。

对于高性能MEMS加速度计而言，除了机械应力去耦之外，其它特征也是特别有利的。

首先，有利的是由振动质量部、弹簧和电极形成的系统被围在密闭腔体中。密闭腔体的第一个优点是它提供对于灰尘和可能在相邻的表面（在所谓的电容式加速度计的情况下所述表面典型地形成电极）之间穿透的来自环境的其它颗粒的保护。第二个优点是它提供控制腔体中存在的气体的性质和压力的可能性，因此允许使用气体阻尼来优化加速度计的机械频率响应。进一步有利的是针对要在晶片处理期间创建的密闭腔体保持低的制造成本。

其次，当将MEMS加速度计集成到系统中时，特别重要的是控制加速度计的关于其被安装于其中的装置的灵敏轴的定向。对于该要求的最直接的方法是能够确保加速度计的外表面与其被安装于其上的表面之间的良好平行度。这自然地通过提供足够大尺寸的加速度计的底部表面来实现。