專利名稱：微機械運動傳感器的制造方法以及微機械運動傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于用于測量物理量如加速度、角加速度或角速度的測
量裝置，更^青確i也是關于^U;i4成運動4專感器(micromechanical motion sensor)。本發(fā)明的目的是提供一種用于制造一種微機械運動傳感器的 改進的方法，以及尤其適用于小型微機械運動傳感器方案的微機械 運動傳感器。
背景技術：
在微機械運動傳感器的基礎上進行的測量證明是一種原理簡單 和具有可靠性的測量物理量如加速度、角加速度或壓力的方法。在 微機械運動傳感器中，測量是在例如電容原理的基礎上進行的，其 中，傳感器的運動狀態(tài)的變化導致彈簧懸吊振蕩塊(seismic mass)的移 位。該塊的位置可通過一對電極之間的電容、表面之間電容以及表 面之間的距離被檢測，電容是表面的面積函數(shù)。在微機械運動傳感 器的基礎上進行的測量即使在各種物理量非常小的測量范圍內也能 使用。
通常，小型微機械運動傳感器是基于在硅上制造的微機械結構。 體積微:機沖成(bulk micromechanics)—詞表示通過蝕刻晶片(wafer)材泮牛 形成的厚的微機械結構，通常厚度大于100 ,。體積微機械傳感器 的優(yōu)點是相對于表面面積的大塊的結構，這樣能夠制造優(yōu)良性能的 慣性傳感器。
目前制造專業(yè)性和消費性電子中使用的現(xiàn)有技術的連接和封裝 方法，以及消費性電子的小型化都導致與尺寸和尤其是元件(例如微 機械運動傳感器)高度相關的緊要需求。遺憾的是，在體積微機械中，
尤其是在與晶片平面垂直方向上的傳感器元件的高度通常很大并且 難于控制，這是由于在密封的封閉晶片平面中，機械結構經(jīng)常不得 不在兩側都被封閉。因此，封閉晶片極大地增加了傳感器元件的高 度。
以下，將通過例證提及的附圖描述現(xiàn)有技術，其中

圖1顯示了現(xiàn)有技術在微機械運動傳感器的制程中使用的的晶 片結構，
圖2顯示了現(xiàn)有技術微機械運動傳感器的制程中使用的從晶片 結構切成方形的元件。
圖1顯示了現(xiàn)有技術在微機械運動傳感器的制程中使用的的晶 片結構。在現(xiàn)有技術的微機械運動傳感器的制程中，形成在中央晶 片1上的微系統(tǒng)的封閉通過使用例如陽極結合法在晶片的頂部和底 部側面上貼合兩個密封封閉的晶片2和3。
圖2顯示了現(xiàn)有技術微機械運動傳感器的制程中使用的從晶片 結構切成方形的元件?，F(xiàn)有技術從晶片結構切成方形的元件通常包 括形成在中央硅晶片4上的微機械運動傳感器的移動電極結構，該 結構在兩側上通過組成微機械運動傳感器的靜態(tài)電極結構的兩個玻 璃M圭部件5和6的方式封閉。在切成方形后，元件的高度幾乎不可 避免地很大，這是由于晶片堆(wafer stack) 1 - 3的厚度通常是1.5 - 2.5 mm。
現(xiàn)有技術的運動傳感器的一個問題是傳感器元件過高的高度。 傳感器元件的高度能夠通過使封閉的晶片更薄而降低。然而，使之 變薄存在一個限制，并伴隨有新的問題，如熱應力的敏感性增加， 扭擾或環(huán)境干擾。
在專業(yè)性和消費性電子的制程中，對微機械運動傳感器有一個 增長的需求是其低于現(xiàn)有的方案并且適用于各種物理量的可靠測 量，如加速度、角加速度或壓力。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是一種微機械運動傳感器的改進的制造方法，以 及一種改進的微機械運動傳感器。通過本發(fā)明，實現(xiàn)了電路板元件
的高度的節(jié)省，并且尤其適于小型凝:機械運動傳感器方案的使用。
根據(jù)本發(fā)明的第 一特征，提供一種從晶片部件制造出微機械運 動傳感器的方法，該方法中微機械運動傳感器元件從通過接合至少 兩個晶片獲得的晶片堆中方形切成(diced)，以便
在晶片表面的平面內，運動傳感器元件的面積小于被方形切割 且翻轉90。的運動傳感器元件的面積；以及
在接合方向上，被翻轉90。的運動傳感器元件的高度小于由接合 的晶片形成的晶片堆的厚度。
優(yōu)選地，在該方法中，微機械運動傳感器的電性連接區(qū)域沉積 在其方形切割的表面，該表面的面積最大。
優(yōu)選地，在該方法中
微機械運動傳感器結構在一個晶片上被蝕刻； 至少兩個晶片彼此接合形成晶片堆；
通過切割在晶片平面上窄且長的運動傳感器元件，晶片堆被方 形切割；
運動傳感器元件被翻轉90度到其中一個側面上；以及
金屬化連接區(qū)域到運動傳感器元件的方形切割側上。
優(yōu)選地，在接合晶片之前，晶片中的至少一個被玻璃(glass)或氧
化物覆蓋。優(yōu)選地，待被接合的晶片數(shù)量為三個，晶片每側上的一
個封閉晶片包括傳感器結構。
根據(jù)本發(fā)明的第二個特性，提供一種從通過接合至少兩個晶片
獲得的晶片堆中方形切出的微機械運動傳感器，以便
在晶片表面平面內，運動傳感器元件的面積小于被方形切割且
翻轉90。的運動傳感器元件的面積；以及
在接合方向上，被翻轉90。的運動傳感器元件的高度小于由接合的晶片形成的晶片堆的厚度。
優(yōu)選地，微機械運動傳感器的電性連接區(qū)域沉積在其方形切割 表面上，該表面的面積最大。
優(yōu)選地，運動傳感器的振蕩塊是支撐在兩側上的一個邊緣處的 長且橫梁形的結構。備選地，運動傳感器的振蕩塊是支撐在兩側上 的中央處的長且橫梁形的結構。另外，備選地，運動傳感器的振蕩 塊是位于平面內的各種側面方向上的結構，該結構被支撐在兩個邊 緣的一個末端內。另外，備選地，運動傳感器的振蕩塊是位于平面 內的各種傾斜方向上的三角形結構，該結構支撐在兩個邊緣的 一個 角落內。
附圖簡要說明
以下，將通過例證提及的附圖詳細描述本發(fā)明及其較佳實施例， 其巾
圖1顯示了現(xiàn)有技術在微機械運動傳感器的制程中使用的的晶 片結構，
圖2顯示了現(xiàn)有技術微機械運動傳感器的制程中使用的從晶片 結構切成方形的元件，
圖3顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器的制程中使用的從晶片結 構切成方形的元件，
圖4顯示了本發(fā)明從晶片結構切成方形的微機械運動傳感器元 件的截面圖，
圖5顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器元件的振蕩塊的備選的結 構方案，
圖6顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器元件的振蕩塊的第二備選 的結構方案，
圖7顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器元件的振蕩塊的第三備選 的結構方案，
圖8顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器的制造方法，以及 圖9顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器備選的制造方法。 圖1至圖2已經(jīng)在上文中提出。以下將結合圖3到圖9描述本 發(fā)明及其較佳實施例。
發(fā)明的詳細描述
本發(fā)明的微機械運動傳感器方案的特征在于，運動傳感器元件 是從晶片結構方形切割，這樣，在晶片平面中，切成方形的元件的 面積小于切成方形并翻轉90。的元件的面積。本發(fā)明的微機械運動傳 感器的電性連接區(qū)域沉積在其方形切割表面上，該表面的面積最大。 尤其是，本發(fā)明的微機械運動傳感器元件(該元件已翻轉90°)的接合 方向上的高度小于接合的晶片形成的晶片堆的厚度。
圖3顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器的制程中使用的從晶片結 構切成方形的元件。這幅附圖顯示了幾個切成方形的微機械運動傳 感器元件7-9，其中一個微機械運動傳感器元件8被翻轉90°而處于 它的一個側面上。元件的連接區(qū)域11， 12沉積在切成方形的樣i機械 運動傳感器元件8的方形切割側壁10上。
本發(fā)明的微機械運動傳感器的結構被如此設計，以便能夠獲得 在晶片表面方向上的尺寸明顯小于晶片堆的厚度，即使晶片堆的厚 度小于1 mm。與傳統(tǒng)技術相反，在本發(fā)明微機械運動傳感器的制程 中，極其窄且長的元件7-9凈皮從晶片結構切割出來。
在本發(fā)明微機械運動傳感器的制程中，在接合和切割晶片之后， 元件的連接區(qū)域沉積在其方形切割的側面，該側面的面積是最大的。 在切成方形后，元件7-9被翻轉到一側上，并且元件的連接區(qū)域11, 12 沉積在元件7-9的另一方形切割的側壁10上。通過本發(fā)明方案的方 式，當接合到基板或腔體時，元件變得極其低。
圖4顯示了本發(fā)明從晶片結構切成方形的微機械運動傳感器的 截面圖。在本發(fā)明的微機械運動傳感器中，振蕩塊13是長且橫梁形 的結構13,通過薄的彎曲彈簧的方式支撐在塊的一個邊緣和兩側。
這種結構可用于例如電容性的加速度傳感器。
在本發(fā)明的微機械運動傳感器中，結構的尺寸比例不同于典型 的微機械。通常微機械結構與晶片的厚度相比在晶片平面內寬。在 本發(fā)明的方案中，窄的薄片從晶片切割出來，當翻轉卯。時其薄片在 接合方向上薄且寬。
圖5顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器元件的振蕩塊的備選的結 構方案。在本發(fā)明的備選微機械運動傳感器中，振蕩塊14是長且橫 梁形的結構14,通過薄或窄的扭轉彈簧的方式支撐在兩側上的中央。 這種結構能夠用于例如角加速度的電容性傳感器。
圖6顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器元件的振蕩塊的第二備選 的結構方案。在本發(fā)明的第二備選的機械運動傳感器中，振蕩塊15-18是安裝在平面內的各種側面方向(O。， 90°, 180°， 270。)內的結構15-18，通過薄或窄的扭轉彈簧的方式支撐在兩個邊緣上的一個末端。 這樣的結構能夠用于例如具有幾個軸的加速度傳感器。
圖7顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器元件的振蕩塊的第三備選 的結構方案。在本發(fā)明的第三備選微機械運動傳感器中，振蕩塊19-22是安裝在平面內各種傾斜方向(45。， 135°, 225°, 315。)內的三角形結 構19-22，通過薄或窄的扭轉彈簧支撐在兩個邊緣上的一個角落上。 這樣的結構能夠用于例如具有幾個軸的加速度傳感器。
圖8顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器的制造方法。在本發(fā)明的 方法中，首先，在至少一個晶片上蝕刻傳感器結構23。接著，通過 例如陽極結合法或熔合結合法彼此接合至少兩個晶片24。通常，可 能有三個晶片接合，在晶片的每一側上的一個封閉晶片包括傳感器 結構。接合的晶片組成晶片堆。在接合后，晶片堆被方形切成在晶 片平面上窄且長的運動傳感器元件25。然后，運動傳感器元件被翻 轉90。而處于它的一側上26。其后，在運動傳感器元件的方形切割側 面上金屬化形成連接區(qū)域27 。
圖9顯示了本發(fā)明微機械運動傳感器備選的制造方法。在本發(fā) 明的備選方法中，通過例如上釉處理(glazing)或氧化處理對至少一個 封閉晶片進行預處理28。此外，在至少一個晶片上蝕刻傳感器結構 23。接著，彼此接合至少兩個晶片24。通常能夠接合三個晶片，晶 片每側上的一個封裝晶片包括傳感器結構。接合的晶片組成晶片堆。 在接合后，晶片堆被方形切割成在晶片平面上窄且長的運動傳感器 元件25。接著，運動傳感器元件被翻轉90。而處于它的一側上26。 接著，在運動傳感器元件的方形切割側面上金屬化形成連接區(qū)域27。
度不限制具有接觸區(qū)域的密封元件的高度。高度通過曝光光罩的設 計被單獨確定，其根據(jù)元件封裝和貼合需求的尺寸以及性能更容易 達到。
因此，本發(fā)明的微機械運動傳感器能夠最大化極低微機械傳感 器的性能，這是因為封閉元件的晶片沒有增加其高度。通過本發(fā)明 方案的方式，幾乎所有的元件的晶片平面區(qū)域都能被利用作為運動 傳感器塊。在本發(fā)明的運動傳感器邊緣，只需要用于接合和密封封 閉晶片所需的框架區(qū)域，其區(qū)域寬度通常約為100-200 pm。
權利要求
1.一種從晶片部件制造出微機械運動傳感器的方法，在所述方法中，微機械運動傳感器元件從通過彼此接合至少兩個晶片獲得的晶片堆中方形切成，其特征在于，所述微機械運動傳感器元件被如此方形切割，以便在晶片表面平面內，所述運動傳感器元件的面積小于被方形切割且翻轉90°的所述運動傳感器元件的面積；以及在接合方向上，被翻轉90°的所述運動傳感器元件的高度小于由所述接合的晶片形成的所述堆的厚度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述^:機械運動 傳感器的電性連接區(qū)域沉積在方形切割表面上，所述表面的面積最 大。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述方法中所述微機械運動傳感器結構在一個晶片上被蝕刻(23); 至少兩個晶片彼此接合形成晶片堆(24);所述晶片堆被方形切割成在所述晶片平面上窄且長的運動傳感 器元件(25);所述運動傳感器元件被翻轉90度而在其中一個側面上(26);以及在所述運動傳感器元件的方形切割側上金屬化形成連接區(qū)域。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，在接合所述晶片 之前，至少一個所述晶片被上釉處理或氧化處理(28)。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其特征在于，有三個所述 晶片將被接合，所述晶片兩側上的一個封閉晶片包括所述傳感器結 構。
6. —種從通過接合至少兩個晶片獲得的晶片堆中方形切出的微機械運動傳感器，所述運動傳感器的特征在于在晶片表面平面內，運動傳感器元件的面積小于被方形切割且 翻轉90。的所述運動傳感器元件的面積；以及在接合方向上，被翻轉90。的所述運動傳感器元件的高度小于由 所述接合的晶片形成的所述晶片堆的厚度。
7. 根據(jù)權利要求6所述的運動傳感器，其特征在于，所述微機 械運動傳感器的電性連接區(qū)域沉積在方形切割表面上，所述表面的 面積最大。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的運動傳感器，其特征在于，所述 運動傳感器的振蕩塊(13)是支撐在兩側上的一個側壁處的長且橫梁形 的結構(13)。
9. 根據(jù)權利要求6或7所述的運動傳感器，其特征在于，所述 運動傳感器的振蕩塊(14)支撐在兩個側壁上的中央處的長且橫梁形的 結構(14)。
10. 根據(jù)權利要求6或7所述的運動傳感器，其特征在于，所述 運動傳感器的振蕩塊(15-18)是安裝在平面內的各種側面方向上的且 支撐在兩個邊緣的一個末端處的結構(15-18)。
11. 根據(jù)權利要求6或7所述的運動傳感器，其特征在于，所述支撐在兩個邊緣的一個角落處的三角形結構(19-22)。
全文摘要
本發(fā)明關于用于測量物理量如加速度、角加速度或角速度的測量裝置，更精確地是關于微機械運動傳感器。本發(fā)明運動傳感器元件的晶片平面內的面積小于被方形切割且翻轉90°的運動傳感器元件的面積。相應地，本發(fā)明運動傳感器元件(該元件已翻轉90°)的高度在接合方向上小于由接合的晶片形成的晶片堆的厚度。本發(fā)明的目的是提供一種微機械運動傳感器改進的制造方法，尤其是用于小型微機械運動傳感器方案。
文檔編號G01PGK101199047SQ200680021779
公開日2008年6月11日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權日2005年6月17日
發(fā)明者A·布洛姆奎斯特 申請人:Vti技術有限公司