具有堆疊的ic的對稱壓阻壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】通過接合墊、導(dǎo)電過孔和互連件的對稱分布以及通過消除在現(xiàn)有技術(shù)中用于將MEMS壓力感測元件連接到專用集成電路(ASIC)的接合線，減少了微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)壓力傳感器中的電噪聲和機(jī)械噪聲。通過使用導(dǎo)電過孔將ASIC連接到MEMS壓力感測元件，消除接合線。通過包圍輸出信號接合墊的導(dǎo)電環(huán)以及包圍導(dǎo)電環(huán)和接合墊的導(dǎo)電環(huán)路，抑制無關(guān)電噪聲。導(dǎo)電環(huán)和導(dǎo)電環(huán)路連接到固定電壓或地電勢。
【專利說明】
具有堆疊的IC的對稱壓阻壓力傳感器
【背景技術(shù)】
[0001 ]眾所周知，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)壓力傳感器跨寬范圍的低壓為寬范圍的流體提供極好的壓力測量值。至少一個這種裝置被公開在于2012年11月6日公布的標(biāo)題為“RobustDesign of High Pressure Sensor Device” 的美國專利8,302,483中，其全部內(nèi)容通過引用包含于此。
[0002]簡單地講，MEMS壓力感測裝置基本上包括由硅制成的兩個管芯，一個是MEMS壓力感測元件;另一個是處理來自感測元件的信號并且產(chǎn)生表示感測到的壓力的信號的專用集成電路(ASIC)。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，這兩個管芯被安裝在殼體中并且使用小直徑接合線彼此連接。接合線也在ASIC和一個或多個引線框架之間延伸并且連接ASIC和所述一個或多個引線框架，所述一個或多個引線框架是穿過殼體并且提供殼體外部電氣連接的導(dǎo)體。
[0004]盡管現(xiàn)有技術(shù)MEMS壓力傳感器運(yùn)行良好，但它們易受電噪聲和機(jī)械噪聲二者的影響，該噪聲扭曲傳感器的準(zhǔn)確性。消除機(jī)械噪聲和電噪聲將會是對于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。
[0005 ]機(jī)械噪聲主要由在殼體中封裝MEMS壓力感測元件的方式引起。電噪聲主要由在傳感器周圍的電場引起并且該電場由將MEMS壓阻元件連接到處理來自惠斯通電橋的輸出電壓的電路的小引線感測或檢測。
[0006]通過重新封裝MEMS壓力傳感器使得它不需要現(xiàn)有技術(shù)的殼體凝膠、二次成型(ο ver mo I d ing )或能夠扭曲隔膜的偏轉(zhuǎn)的其它封裝，能夠消除機(jī)械噪聲。通過消除傾向于拾取無關(guān)電信號的導(dǎo)線，能夠減少電噪聲。
【附圖說明】
[0007]圖1是MEMS壓阻壓力傳感器的透視圖，該MEMS壓阻壓力傳感器具有接合墊，該接合墊攜帶來自壓力傳感器中的壓阻惠斯通電橋電路的電信號并且對稱地分布在傳感器中；
圖2是圖1中示出的MEMS壓阻壓力傳感器的頂視圖，并且示出每個接合墊接近MEMS壓阻壓力傳感器的四個拐角之一；
圖3A是圖1中示出的MEMS壓阻壓力傳感器元件的第一實(shí)施例的剖視圖，并且該MEMS壓阻壓力傳感器元件被視為絕對壓力傳感器；
圖3B是圖1中示出的MEMS壓阻壓力傳感器元件的第二實(shí)施例的剖視圖，并且該MEMS壓阻壓力傳感器元件在這里被視為差壓傳感器；
圖4A是圖1中示出的MEMS壓阻壓力傳感器元件的第二頂視圖，示出接合墊布局的優(yōu)選實(shí)施例的細(xì)節(jié)，包括傳感器元件中的分布式惠斯通電橋電路的位置、導(dǎo)電互連件的形狀和位置、用于輸入和輸出信號并且以電氣方式連接到導(dǎo)電互連件的接合墊、包圍具有來自惠斯通電橋的輸出信號的兩個接合墊的地環(huán)、包圍整個表面的地環(huán)路以及針對壓力傳感器元件的對稱的平面；
圖4B是圖1中示出的MEMS壓阻壓力傳感器元件的第三頂視圖以及接合墊布局的第一替代實(shí)施例的細(xì)節(jié)，該接合墊布局具有包圍整個表面的地環(huán)路，但在輸出信號接合墊周圍沒有地環(huán)；
圖4C是圖1中示出的MEMS壓力傳感器元件的第四頂視圖以及接合墊布局的第二替代實(shí)施例的細(xì)節(jié)，該接合墊布局在輸出信號接合墊周圍具有地環(huán)，但在整個表面周圍沒有地環(huán)路；
圖4D是由導(dǎo)電環(huán)圍繞或包圍的接合墊之一的剖視圖；
圖5是圖4A、4B和4C中示出的對稱地分布的接合墊的電氣等同物的示意性描述；
圖6A是具有堆疊的集成電路的對稱壓阻壓力傳感器的優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖；
圖6B是具有堆疊的集成電路的對稱壓阻壓力傳感器的替代實(shí)施例的剖視圖；和圖7A和7B是包圍多個集成電路的殼體中的MEMS壓力傳感器的不同實(shí)施例的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]IEEE版權(quán)2009的1.E.E.E.標(biāo)準(zhǔn)詞典將“過孔”定義為互連件的兩個不同層級之間或者互連件的層級和物理或邏輯管腳之間的物理連接。如這里所使用的，過孔是形成到具有相對的頂側(cè)和底側(cè)或第一側(cè)和第二側(cè)的基底中的垂直或基本上垂直的導(dǎo)電材料柱，而不管其高度或直徑如何。它也在壓力感測元件的不同層級之間(例如，在元件的頂表面和底表面之間)提供物理和電氣連接。
[0009]如這里所述的，導(dǎo)電過孔提供穿過或部分地穿過半導(dǎo)體基底的垂直定向的導(dǎo)電路徑。過孔因此能夠完全延伸穿過基底，即在相對的頂側(cè)和底側(cè)/第一側(cè)和第二側(cè)之間延伸并且延伸穿過相對的頂側(cè)和底側(cè)/第一側(cè)和第二側(cè)，但也能夠僅部分地延伸穿過基底。導(dǎo)電過孔在這里被視為延伸穿過基底，并且因此，位于和/或駐留在基底中。
[0010]如這里所使用的，術(shù)語“接合墊”表示在專用集成電路(ASIC)以及MEMS壓力感測元件的外表面上常見的導(dǎo)電區(qū)域。然而，該接合墊術(shù)語不應(yīng)該被解釋為局限于或定義任何特定面積、厚度、形狀或材料的導(dǎo)電區(qū)域，而是應(yīng)該替代地被廣泛地解釋為包括位于能夠針對其進(jìn)行電氣連接的ASIC或MEMS壓力感測元件的表面上或嵌入在該表面中的任何尺寸的導(dǎo)電區(qū)域或表面。
[0011 ]鑒于前面的定義，圖1是具有對稱接合墊的對稱壓阻壓力傳感器的(在這里也被稱為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)壓力感測元件100)的透視圖。圖2是MEMS壓力感測元件100的頂表面的頂視圖或平面圖，利用斷線示出響應(yīng)于壓力而偏轉(zhuǎn)的隔膜的位置。圖3A是通過剖面線3-3獲得的壓力感測元件的剖視圖。圖3B也是通過剖面線3-3獲得的剖視圖，但圖3B中示出的MEMS壓力感測元件具有差壓傳感器，該差壓傳感器與圖1中示出的傳感器的不同之處在于:添加了形成在第二基底中的通孔。
[0012]如圖1、2、3A和3B中所示，MEMS壓力感測元件100包括彼此上下堆疊的兩個基底102和104。優(yōu)選地由硅制成的兩個基底102、104通過這兩個基底102、104之間的薄接合層180而以機(jī)械方式彼此連接。
[0013]第一基底或頂基底102是具有頂表面106和相對的底表面108的硅薄片。第二基底104(相對于頂基底102，第二基底104在這里也被稱為下基底或底基底)較厚并且在這里被稱為支撐基底。第二基底104也由硅制成。第二基底104具有它自己的頂表面110和它自己的底部相對表面112。
[0014]如在圖3A中能夠看出的，第二基底或支撐基底104的頂表面110具有形成到第二基底104的頂表面110中的凹部114。當(dāng)兩個基底102和104在抽空的環(huán)境中接合在一起時，即當(dāng)?shù)谝换谆蝽敾?02附接到第二基底104的頂表面110時，凹部114變?yōu)槲挥陧敾?02的減薄外區(qū)(thinned 0111:-168；[011)116正下方的抽空腔。頂基底102的減薄外區(qū)116因此形成隔膜117，隔膜117響應(yīng)于應(yīng)用于隔膜117的頂表面的壓力而向上和向下偏轉(zhuǎn)。
[0015]通過選擇性地?fù)诫s減薄外區(qū)的局部區(qū)域而形成到減薄外區(qū)116中的電阻器以電氣方式彼此連接以形成分布式惠斯通電橋，分布式惠斯通電橋的拓?fù)鋵τ陔娮宇I(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是公知的。眾所周知，當(dāng)隔膜偏轉(zhuǎn)時，形成電橋電路的電阻器在尺寸和電阻方面變化。
[0016]當(dāng)恒定或固定電壓被應(yīng)用于壓阻惠斯通電橋電路的輸入端子時，在該電橋電路的輸出端子的電壓將會響應(yīng)于隔膜偏轉(zhuǎn)而變化。由于圖3A中示出的隔膜117將會響應(yīng)于應(yīng)用于隔膜117的頂側(cè)的壓力而偏轉(zhuǎn)，所以圖3A中描述的傳感器包括通常稱為頂側(cè)或絕對壓力傳感器的裝置，因?yàn)楦裟てD(zhuǎn)以及因此的輸出電壓變化歸因于僅應(yīng)用于隔膜117的頂側(cè)的壓力的變化。
[0017]圖3B是對稱壓阻壓力傳感器200的第二實(shí)施例的剖視圖，并且對稱壓阻壓力傳感器200在這里被稱為差壓傳感器200。圖3B中示出的結(jié)構(gòu)與圖3A中示出的結(jié)構(gòu)的不同之處僅在于:添加了形成到第二基底104中的孔或端口 202。孔202從第二基底104的底表面112向上延伸穿過第二基底104到達(dá)形成到第二基底104的頂表面110中的凹部114中。凹部114因此不被抽空。
[0018]優(yōu)選地通過蝕刻而形成的孔202具有圓形橫截面。它被調(diào)整尺寸以便足夠大從而允許流體經(jīng)過孔202進(jìn)入凹部114中并且將壓力應(yīng)用于隔膜117的背側(cè)。隔膜117的偏轉(zhuǎn)因此由應(yīng)用于隔膜的頂側(cè)的壓力和通過孔202應(yīng)用于底側(cè)的壓力之差確定。從形成到隔膜117中的壓阻惠斯通電橋輸出的信號因此表示應(yīng)用于隔膜117的兩側(cè)的壓力之差。
[0019]圖4A是第一基底或頂基底102的優(yōu)選實(shí)施例的頂表面106的頂視圖或平面圖，示出壓電電阻器120A、120B、120C和120D的位置，壓電電阻器120A、120B、120C和120D被連接以形成分布式壓阻惠斯通電橋電路。眾所周知，惠斯通電橋具有四個端子或節(jié)點(diǎn)，其中兩個端子被視為輸入，其中兩個端子是輸出。
[0020]壓電電阻器120A、120B、120C和120D形成在頂表面106中，使得它們被定位為緊挨著形成在頂基底102中的隔膜117的邊緣122。圖4A還示出導(dǎo)電互連件128和134的形狀和位置，導(dǎo)電互連件128和134以電氣方式將壓電電阻器連接到兩個輸入節(jié)點(diǎn)136、138和兩個輸出節(jié)點(diǎn)140和142。該節(jié)點(diǎn)在這里被稱為接合墊。
[0021]圖5示出電阻惠斯通電橋電路的拓?fù)?。它也示出由?biāo)號136和138標(biāo)識并且在圖5中命名為V+和V-的輸入節(jié)點(diǎn)以及由標(biāo)號140和142標(biāo)識并且在該圖中命名為S-和S+的輸出端子或節(jié)點(diǎn)。
[0022]再一次參照圖4A，惠斯通電橋電路的兩個輸入節(jié)點(diǎn)136、138位于硅基底102的沿對角線方向相對的拐角124和126。類似地，惠斯通電橋電路的兩個輸出節(jié)點(diǎn)140和142位于沿對角線方向相對的拐角130、132。
[0023]通過選擇性地?fù)诫s頂表面106以形成前述導(dǎo)電互連件128，實(shí)現(xiàn)惠斯通電橋電路的兩個輸入端子136、138和壓阻元件之間的電氣連接。通過不同組的互連件134，在惠斯通電橋電路的兩個輸出端子130、132和壓阻元件之間實(shí)現(xiàn)電氣連接，也通過選擇性地?fù)诫s頂表面106的區(qū)域來形成所述不同組的互連件134。
[0024]在圖5中，標(biāo)記為Rl、R2、R3和R4的電阻器包括形成惠斯通電橋電路的電阻器。標(biāo)記為1^1、1^2、1^3、1^4、1^1、1^2、1^3和1^4的輔助電阻器表示互連件128和134的相對較小的電阻，即使當(dāng)隔膜偏轉(zhuǎn)時，互連件128和134的電阻也基本上恒定。
[0025]在圖4A以及圖4B和4C中，斷線或“虛”線150被示出為在基底102的兩個沿對角線方向相對的拐角124和126之間延伸。斷線150以圖形方式描述基底102的對稱的幾何平面的邊緣。該對稱的平面與基底102的頂表面正交，并且因此延伸到圖4A、4B和4C的平面中并且延伸到圖4A、4B和4C的平面之外。
[0026]基底102在這里被視為關(guān)于該對稱的平面對稱，因?yàn)樵谄矫?線150的左側(cè)或下側(cè)的幾乎每個結(jié)構(gòu)在平面/線150的右側(cè)或上側(cè)具有對應(yīng)的相同或基本上相同的特征。作為例子，S+輸入節(jié)點(diǎn)140沿對角線方向與S-輸出端口 142相對。節(jié)點(diǎn)140和142兩者也都距平面/線150等距。在平面/線150的每一側(cè)的互連件128和134的形狀和尺寸基本上相同并且距平面/線150等距或至少基本上等距。類似地，在平面/線150—側(cè)的惠斯通電橋電路的電阻元件與在平面/線150的相對側(cè)的等同元件匹配或?qū)?yīng)。MEMS壓力傳感器元件100的電氣和機(jī)械部件和特征因此在平面/線150的任一側(cè)對稱地分布在第一硅基底102的頂表面106上。在平面/線150的一側(cè)拾取的機(jī)械或電噪聲信號將會經(jīng)常被在平面/線150的相對側(cè)拾取的機(jī)械或電噪聲信號消除或抵消?；?02上的部件的對稱分布因此幫助減小電噪聲和機(jī)械噪聲對從壓阻惠斯通電橋電路輸出的信號的不利影響。
[0027]仍然參照圖4A，位于頂表面106上的惠斯通電橋電路的輸入端子136和138以及輸出端子140和142在這里被統(tǒng)稱為接合墊，如上所述，接合墊是能夠針對其實(shí)現(xiàn)電氣連接的導(dǎo)電區(qū)域。在包括這里描述的ASIC和MEMS壓力感測元件的集成電路的外表面上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)接合墊。
[0028]如這里所使用的，術(shù)語“圍繞”表示由材料(尤其是導(dǎo)電的材料)連續(xù)包圍基底的區(qū)域、表面或物理特征，而不管進(jìn)行圍繞的材料的形狀、厚度或成分如何。
[0029]在圖4A中，用于惠斯通電橋電路的輸出端子或節(jié)點(diǎn)140和142的接合墊被導(dǎo)電材料或?qū)щ姄诫s的基本上正方形的圖案完全圍繞或包圍。在接合墊周圍的導(dǎo)電材料由標(biāo)號160標(biāo)識O
[0030]包圍接合墊140、142的導(dǎo)電圖案和/或?qū)щ姴牧?60(不管它的形狀如何)在這里被稱為導(dǎo)電環(huán)160。該環(huán)160也以電氣方式連接到導(dǎo)電環(huán)路162，導(dǎo)電環(huán)路162在頂表面106的周界周圍完全延伸。圍繞接合墊的圓形、橢圓形、矩形和多邊形環(huán)在這里被視為圖4A-4C中示出的基本上正方形的導(dǎo)電環(huán)160的等同替代實(shí)施例。
[0031]除了導(dǎo)電環(huán)160之外，基本上正方形的導(dǎo)電環(huán)路162也定位為與基底102的頂表面106的邊緣或外表面164相鄰。導(dǎo)電環(huán)路162因此完全“包圍”輸入接合墊136、138、輸出接合墊140和142、互連件128和134、導(dǎo)電環(huán)160以及惠斯通電橋電路。
[0032]重要的是，要注意，導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162由于它們二者被形成的方式而優(yōu)選地彼此共面。然而，環(huán)162和環(huán)路160不與任何互連件128、134共面。導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162也不以電氣方式連接到互連件128、134。換句話說，導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162不以物理方式或電氣方式與任何互連件128、134相交，盡管它們在附圖中被描述為彼此交叉或相交。導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162實(shí)際上沿垂直方向與互連件128、134分開一定距離，該距離等于實(shí)現(xiàn)為四個分開的非導(dǎo)電層的薄電介質(zhì)的厚度，在圖4D中最好地看到。
[0033]圖4D是接合墊142之一的剖視圖，接合墊142在這里被視為由導(dǎo)電環(huán)160圍繞。環(huán)160也以電氣方式連接到導(dǎo)電環(huán)路162，導(dǎo)電環(huán)路162基本上圍繞頂基底102的整個頂表面106。
[0034]在圖4D中，P+類型材料402的導(dǎo)電層被摻雜到頂基底102的頂表面106中以形成在圖4A、4B和40中由標(biāo)號128和134標(biāo)識的導(dǎo)電互連件。
[0035]在優(yōu)選實(shí)施例中，由氧化硅制成的第一非導(dǎo)電層404在形成導(dǎo)電互連件128、134的P+導(dǎo)電材料402上方熱生長。由氮化硅制成的第二非導(dǎo)電層406被沉積在氧化硅404的第一層上方。也由氧化硅制成的第三非導(dǎo)電層408被沉積在氮化硅層406上方。最后，也由氮化硅制成的第四非導(dǎo)電層410被沉積在第三層408上方。
[0036]因此形成在導(dǎo)電環(huán)160、導(dǎo)電環(huán)路162和互連件128、134之間的電介質(zhì)薄。將基本上共面的導(dǎo)電環(huán)路160和導(dǎo)電環(huán)162與當(dāng)然基本上平面的互連件128和134分開的垂直距離因此對應(yīng)地較小。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一層404(是氧化硅)具有大約0.1微米的厚度;第二層406具有大約0.15微米的厚度;第三層408具有大約0.4微米的厚度;第四層410具有大約0.5微米的厚度。導(dǎo)電環(huán)160和地環(huán)路162薄，具有大約24微米的寬度。它們沿側(cè)向與接合墊分開大約10微米的短氣隙距離。導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162的寬度優(yōu)選地相同并且是大約24微米。
[0037]盡管存在如下事實(shí):接合墊、導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162不共面，而是它們事實(shí)上沿垂直方向彼此偏移非導(dǎo)電層404、406、408和410的厚度，但是導(dǎo)電環(huán)160在這里被視為圍繞導(dǎo)電接合墊。導(dǎo)電環(huán)路162被視為圍繞頂基底102的頂表面106上的導(dǎo)電環(huán)160和其它特征。
[0038]在優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162以電氣方式連接在一起。環(huán)160和環(huán)路162二者都以電氣方式連接到固定DC參考電勢168電壓。在優(yōu)選實(shí)施例中，固定參考電勢168優(yōu)選地是地或零伏特。然而，在替代實(shí)施例中，固定DC電壓168可以是正的或負(fù)的非電壓。
[0039]導(dǎo)電環(huán)160和導(dǎo)電環(huán)路162被以實(shí)驗(yàn)方式確定以減小靜電放電對從惠斯通電橋輸出的信號的影響。當(dāng)它們連接到參考電勢時，它們被認(rèn)為提供用于感生電壓到固定參考電勢電壓的路徑，即它們在輸出信號接合墊140、142周圍提供地平面，從而將感生電壓分流到地或在其處耗散感生電壓的某個其它固定電壓。
[0040]圖4B描述MEMS壓力感測元件100的硅基底102B的第一替代實(shí)施例，硅基底102B在圖4A中示出的輸出信號接合墊140和142周圍不具有導(dǎo)電環(huán)。在圖4B中，該基底的頂表面與圖4A中示出的頂表面的不同之處僅在于:在輸出信號接合墊140和142(即，從其獲得來自惠斯通電橋的輸出信號的接合墊140、142)周圍不存在導(dǎo)電環(huán)。
[0041 ]圖4C描述硅基底的頂表面的第二替代實(shí)施例，該實(shí)施例省略圖4A中示出的導(dǎo)電環(huán)路。圖4C中示出的實(shí)施例與圖4A中示出的實(shí)施例的不同之處僅在于:在基底的頂表面的周界周圍不存在導(dǎo)電環(huán)路。然而，輸出信號接合墊140、142由導(dǎo)電環(huán)160圍繞，并且導(dǎo)電環(huán)160攜帶固定電壓。附接到導(dǎo)電環(huán)的參考或固定電壓能夠相同或不同。
[0042]再一次參照圖3A以及3B，這些附圖中示出的MEMS壓力感測元件的剖視圖示出頂基底102和支撐基底104之間的一層材料180?；?02、104之間的所述一層材料180優(yōu)選地是用作接合層的二氧化硅的薄層，將頂基底102和底基底104保持在一起。
[0043]如以上針對圖3A所述，當(dāng)頂基底102和下支撐基底104在真空中彼此接合時，形成在支撐基底104的頂表面110中的凹部114形成抽空腔182。直接位于抽空腔182上方的區(qū)域是前述減薄外區(qū)116，減薄外區(qū)116用作前述隔膜117，在隔膜117中，形成圖4A、4B和4C中示出的壓阻元件。當(dāng)如圖3B中所示第二基底104具有通孔202時，隔膜偏轉(zhuǎn)由應(yīng)用于隔膜117的頂側(cè)和底側(cè)的壓力之差導(dǎo)致。
[0044]圖3A和3B中也示出導(dǎo)電過孔形成在兩個基底102和104中以完全延伸穿過基底102和104。當(dāng)如圖1、3A和3B中所示基底彼此上下堆疊并且接合時，過孔也以電氣方式彼此連接。更具體地講，并且參照圖3A和3B兩者，由標(biāo)號184標(biāo)識的導(dǎo)電過孔完全延伸穿過頂基底102，即從位于頂基底的頂表面106上的接合墊138和140延伸到頂基底102的底表面108。
[0045]由標(biāo)號186標(biāo)識的導(dǎo)電過孔形成在第二或支撐基底104中。這些過孔184位于頂基底102中的過孔184的正下方，與過孔184對準(zhǔn)，并且以電氣方式連接到過孔184，并且延伸穿過支撐基底104以與形成在支撐基底108的底表面112中的輔助接合墊188實(shí)現(xiàn)電氣接觸。
[0046]穿過頂基底102的導(dǎo)電過孔184和穿過支撐基底104的導(dǎo)電過孔186彼此對準(zhǔn)以及與頂基底102的頂表面104中的接合墊對準(zhǔn)。由于頂表面104中的接合墊跨MEMS壓力感測元件100或在MEMS壓力感測元件100各處對稱地分布，所以沿垂直方向與該接合墊對準(zhǔn)并且連接到該接合墊的導(dǎo)電過孔184和186也對稱地分布，并且在支撐基底的底側(cè)112的接合墊188和形成在頂基底102的頂表面104中的壓阻元件之間提供導(dǎo)電路徑。導(dǎo)電過孔的對稱性幫助使熱感生應(yīng)力最小化，如果過孔被沿著基底102、104的一側(cè)或邊緣定位，則原本可能導(dǎo)致熱感生應(yīng)力。
[0047]圖6A是MEMS壓力傳感器600的第一實(shí)施例的剖視圖。它包括圖1-5中示出的MEMS壓力感測元件100和以機(jī)械方式耦合到MEMS壓力感測元件100的底側(cè)112的專用集成電路(ASIC) 602ο
[0048]ASIC 602由硅基底形成，使用傳統(tǒng)方法把電子裝置形成到該硅基底中。穿過ASIC602形成的導(dǎo)電過孔610在ASIC 602的頂表面608和相對的底表面612之間延伸穿過ASIC602oASIC 602中的導(dǎo)電過孔610與形成在MEMS壓力感測元件100中的導(dǎo)電過孔對準(zhǔn)并且連接到該導(dǎo)電過孔。導(dǎo)電過孔610將來自MEMS壓力感測元件100和/SASIC 602的信號向下攜帶穿過ASIC到達(dá)第三集成電路614，第三集成電路614當(dāng)然包括第三硅基底，電子裝置使用傳統(tǒng)方法被形成到第三硅基底中。
[0049]除了形成為具有過孔和接合墊之外，ASIC602在電氣方面是現(xiàn)有技術(shù)裝置，其處理從形成到ASIC 602中的電路中的MEMS壓力感測元件100輸出的信號。這種電路能夠被形成到ASIC由其形成的基底的頂表面、底表面中或者被形成在該基底內(nèi)部。
[ΟΟδΟ]由于形成在ASIC 602中的導(dǎo)電過孔610與支撐基底中的導(dǎo)電過孔186對準(zhǔn)并且以電氣方式連接到該導(dǎo)電過孔186，所以ASIC中的過孔也對稱地分布在ASIC 602中。
[0051 ] 在圖6Β中示出的替代實(shí)施例中，延伸穿過ASIC的導(dǎo)電過孔610-1未對稱地分布，而是實(shí)現(xiàn)側(cè)向或橫向方向變化。這種導(dǎo)電過孔610-1被視為不對稱地分布。
[0052]圖7Α是頂側(cè)絕對MEMS壓力傳感器700-1的剖視圖。壓力傳感器700-1包括如圖1-6Α和6Β中所示的MEMS壓力感測元件100和兩個集成電路，即由標(biāo)號602標(biāo)識的第一專用集成電路和由標(biāo)號750標(biāo)識的第二集成電路。集成電路被堆疊。它們使用延伸穿過所有三個裝置的導(dǎo)電過孔而彼此連接并且連接到MEMS壓力感測元件。
[0053]圖7Β是差動MEMS壓力傳感器700-2的剖視圖。除了示出為延伸穿過第一集成電路602、延伸穿過第二集成電路750并且延伸穿過MEMS壓力感測元件100的壓力端口 710之外，圖7B中示出的壓力傳感器700-2與圖7A中示出的壓力傳感器700-1相同。
[0054]在圖7A以及7B中，三個元件100、602和750中的每個中的電子裝置使用導(dǎo)電過孔而彼此連接。第一導(dǎo)電過孔706完全延伸穿過MEMS壓力感測元件100以便以電氣方式將MEMS壓力感測元件100的接合墊138連接到ASIC 602的頂表面上的接合墊606。另一導(dǎo)電過孔708完全延伸穿過ASIC 602，并且因此，將接合墊138的連接延伸穿過ASIC 602到達(dá)第二集成電路750。延伸穿過第二集成電路750的第三導(dǎo)電過孔712將該接合墊的連接向下延伸到電路板752或引線框架714，引線框架714僅是通常由延伸穿過殼體701的剛性管腳制成的導(dǎo)電路徑，MEMS壓力感測元件和集成電路被放置到殼體701中。
[0055]在圖7A和7B的左手側(cè)，導(dǎo)電過孔716、718和720將接合墊140從MEMS壓力感測元件100的頂表面向下延伸到第二引線框架722。引線框架714、722在這里被視為延伸穿過殼體701。引線框架的各部分因此位于和/或駐留在殼體中。
[0056]在一個替代實(shí)施例中，“引線框架”被實(shí)現(xiàn)為優(yōu)選地位于凹穴704的底部的傳統(tǒng)電路板756，以使得它能夠支撐MEMS壓力感測元件和集成電路602、750的堆疊組件并且延伸穿過殼體701。對于電子領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言眾所周知的是，這種電路板756在它的至少一個外表面上具有導(dǎo)電“軌跡”并且具有外部部分757(即，在殼體外部的部分)，在外部部分757，電路板756的表面上的導(dǎo)電軌跡759是可訪問的，并且能夠?qū)崿F(xiàn)與外部部分757的電氣連接。這種電路板756、它的外部部分757和導(dǎo)電軌跡759向集成電路602、750和MEMS壓力感測元件100中的導(dǎo)電過孔以及形成到殼體中并且能夠向下延伸到其它導(dǎo)電引線框架714和722的其它導(dǎo)電過孔758提供直接電氣連接。
[0057]在優(yōu)選實(shí)施例中，凹穴704優(yōu)選地被提供傳統(tǒng)塑料蓋770，塑料蓋770包圍凹部或凹穴704及其內(nèi)含物。在背側(cè)壓力傳感器的優(yōu)選實(shí)施例中，凹穴704被抽空，這方便MEMS壓力感測元件中的隔膜響應(yīng)于延伸穿過兩個堆疊的集成電路602和750的通孔710中的壓力變化而偏轉(zhuǎn)。在一個替代實(shí)施例中，粘性凝膠772被添加到覆蓋MEMS壓力感測元件100的凹穴中。在替代實(shí)施例中，該凝膠能夠被省略。
[0058]重要的是，要注意，僅通過導(dǎo)電過孔和延伸穿過殼體702的引線框架的部分，MEMS壓力感測元件和集成電路中導(dǎo)電過孔的使用能夠?qū)崿F(xiàn)形成在MEMS壓力感測元件中的惠斯通電橋的壓電電阻器元件和位于殼體702外部的裝置之間的電氣連接。換句話說，使用導(dǎo)電過孔以及將MEMS壓力感測元件與集成電路堆疊省去了對導(dǎo)線的需要，導(dǎo)線原本將會傾向于拾取雜散電場和靜電噪聲。由于感生電壓的消除，對稱地布置或構(gòu)造MEMS壓力元件部件進(jìn)一步減少噪聲。
[0059]前面的描述僅用于說明的目的。在所附的權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的真實(shí)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)壓力感測元件，包括: 第一硅基底，具有頂表面，頂表面具有多個接合墊，所述多個接合墊對稱地分布在頂表面上;和 導(dǎo)電環(huán)路，攜帶固定電壓，并且導(dǎo)電環(huán)路圍繞所述多個接合墊，導(dǎo)電環(huán)路對稱地分布在頂表面上。2.如權(quán)利要求1所述的MEMS壓力感測元件，其中所述接合墊中的至少一個接合墊由攜帶第二固定電壓的導(dǎo)電環(huán)圍繞。3.如權(quán)利要求2所述的MEMS壓力感測元件，其中所述導(dǎo)電環(huán)和接合墊被電介質(zhì)垂直地彼此分開。4.如權(quán)利要求1所述的MEMS壓力感測元件，其中第一硅基底具有相對的底表面，第一硅基底還包括導(dǎo)電過孔，所述導(dǎo)電過孔從接合墊延伸穿過第一硅基底到達(dá)所述底表面。5.如權(quán)利要求4所述的MEMS壓力感測元件，還包括:第二硅基底，具有頂表面和相對的底表面，第二硅基底的頂表面具有凹部并且具有在第二硅基底的頂表面和底表面之間延伸的導(dǎo)電過孔，第二基底的頂表面附接到第一硅基底的底表面，穿過第二硅基底的導(dǎo)電過孔與延伸穿過第一硅基底的導(dǎo)電過孔對準(zhǔn)并且以電氣方式連接到延伸穿過第一硅基底的導(dǎo)電過孔。6.如權(quán)利要求5所述的MEMS壓力感測元件，其中所述凹部基本上被抽空。7.如權(quán)利要求5所述的MEMS壓力感測元件，還包括:第三基底，通過駐留在第三基底中的導(dǎo)電路徑而以電氣方式連接到第一硅基底和第二硅基底中的至少一個。8.如權(quán)利要求7所述的MEMS壓力感測元件，還包括:殼體，具有凹穴，所述凹穴被配置為容納并且包圍第一硅基底、第二硅基底并且至少部分地包圍第三基底。9.如權(quán)利要求8所述的MEMS壓力感測元件，還包括:凝膠，覆蓋凹穴中的MEMS壓力感測元件。10.如權(quán)利要求4所述的MEMS壓力感測元件，還包括:第二硅基底，具有頂表面和相對的底表面，第二硅基底的頂表面具有凹部以及在第二硅基底的頂表面和底表面之間延伸的導(dǎo)電過孔，第二基底的頂表面附接到第一硅基底的底表面，穿過第二硅基底的導(dǎo)電過孔與延伸穿過硅基底的導(dǎo)電過孔對準(zhǔn)，第二硅基底另外具有從第二硅基底的底表面延伸到所述凹部的孔，所述孔被配置為允許流體經(jīng)過所述孔并且到所述凹部中。11.如權(quán)利要求10所述的MEMS壓力感測元件，還包括:第三基底，通過駐留在第三基底中的導(dǎo)電路徑而以電氣方式連接到第一硅基底和第二硅基底中的至少一個。12.如權(quán)利要求11所述的MEMS壓力感測元件，還包括:殼體，具有凹穴，所述凹穴被配置為容納并且至少部分地包圍第一硅基底、第二硅基底并且至少部分地包圍第三硅基底。13.—種MEMS壓力傳感器，包括: 第一硅基底，具有形成在頂表面中的壓阻電橋，所述頂表面具有多個接合墊，所述接合墊對稱地分布在頂表面上并且分布在壓阻電橋周圍，所述多個接合墊和壓阻電橋由攜帶固定電壓的環(huán)路圍繞，所述環(huán)路對稱地分布在頂表面上，第一硅基底另外包括在接合墊和底表面之間延伸穿過第一硅基底的導(dǎo)電過孔； 第二硅基底，具有頂表面和相對的底表面，第二硅基底的頂表面具有凹部以及在第二硅基底的頂表面和底表面之間延伸的導(dǎo)電過孔，第二基底的頂表面附接到第一硅基底的底表面，穿過第二硅基底的導(dǎo)電過孔與延伸穿過第一硅基底的導(dǎo)電過孔對準(zhǔn);和 第三硅基底，以機(jī)械方式耦合到第二硅基底的底部，第三硅基底包括電子電路，所述電子電路處理從第一硅基底輸出的信號，第三硅基底包括在第一硅基底中的導(dǎo)電過孔和第三硅基底中的電子電路之間至少部分地延伸穿過第二硅基底的導(dǎo)電過孔。14.如權(quán)利要求13所述的MEMS壓力傳感器，其中所述接合墊中的至少一個接合墊由攜帶第二固定電壓的導(dǎo)電環(huán)圍繞。15.如權(quán)利要求14所述的MEMS壓力傳感器，其中所述第一和第二電壓基本上相同，其中攜帶第一固定電壓的環(huán)路和攜帶第二固定電壓的導(dǎo)電環(huán)基本上共面，基本上共面的導(dǎo)電環(huán)路和導(dǎo)電環(huán)在垂直方向與接合墊分開一定距離，所述距離等于位于基本上共面的導(dǎo)電環(huán)路和導(dǎo)電環(huán)與接合墊之間的電介質(zhì)的厚度。16.如權(quán)利要求15所述的MEMS壓力傳感器，其中所述凹部基本上被抽空。17.如權(quán)利要求14所述的MEMS壓力傳感器，還包括:第四硅基底，具有電子電路，所述電子電路利用導(dǎo)電過孔連接到第三硅基底中的電子電路。18.如權(quán)利要求13所述的MEMS壓力傳感器，還包括:殼體，具有凹穴，所述凹穴被配置為容納并且包圍第一、第二和第三硅基底。19.如權(quán)利要求18所述的MEMS壓力傳感器，還包括:凝膠，覆蓋凹穴中的第一、第二和第三硅基底。20.如權(quán)利要求18所述的MEMS壓力傳感器，其中所述殼體包括從殼體外部延伸到凹穴中的引線框架，其中引線框架在凹穴中的部分通過導(dǎo)電過孔以電氣方式連接到第一、第二和第三硅基底中的至少一個硅基底中的電路。21.如權(quán)利要求20所述的MEMS壓力傳感器，其中所述引線框架包括電路板，所述電路板在其表面上具有導(dǎo)電軌跡。
【文檔編號】G01L19/00GK106092429SQ201610215271
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月8日 公開號201610215271.8, CN 106092429 A, CN 106092429A, CN 201610215271, CN-A-106092429, CN106092429 A, CN106092429A, CN201610215271, CN201610215271.8
【發(fā)明人】S-H.S.陳, R.C.科斯伯格, J-H.A.邱
【申請人】大陸汽車系統(tǒng)公司