[发明专利]基于硅的传感器系统

说明书

发明领域

本发明涉及一种传感器系统，该传感器系统包括一载体部件，一换能器元件和一电子设备。本发明具体涉及使用倒装片技术装配的电容式话筒系统。本发明进一步涉及适于表面安装在例如印刷电路板(PCB)上的电容式话筒系统。

发明背景

在听觉仪器和移动通信系统工业中，基本目标之一是使元件小型化，同时还要保持良好的电声性能以及给予良好的用户友好性和满意性的可操作性。技术性能数据包括灵敏度、噪音、稳定性、紧密度、强度和对电磁干扰(EMI)和其它外部和环境条件的不灵敏性。过去，已对在保持或改善它们的技术性能数据的同时制造较小的话筒系统进行过多次尝试。

这些元件工业中的另一种观点涉及集成在整体系统中的简易性。

EP 561 566公开了一种固态电容式话筒，它具有位于同一芯片上的一场效应晶体管(FET)电路系统和一空腔或声音入口。用于制造FET电路系统的技术和工艺与用于制造换能器元件的技术和工艺有很大不同。因此，在EP 561 566中公开的换能器元件和FET系统要求两个(或可能更多)分开的制造阶段，就其本质而言这使得制造更为复杂并由此成本也更高。

在过去的几年中，混合微电子机械系统(MEMS)取得了显著的进展。这基本上与用于制造这种系统的适当技术的发展有关。这种混合系统的优点之一涉及规模，藉此规模包括机械微换能器和特别设计的电子设备的相对复杂的系统可得以制造。

US 5,889,872公开了一种混合系统，该系统包括一个硅话筒和使用用于电连接的引线接合安装其上的集成电路芯片。该解决方案的缺点在于需要对接合引线的附加的保护和空间。

US5,856,914公开了一种倒装片式安装的微型机械器件，诸如一电容式话筒，该微型器件安装其上的一部分载体形成最终系统的一部分。该系统的缺点在于这样的事实，该微型机械器件在安装在载体上之前不能被测试。该公开的系统的另一缺点涉及所选择的材料。该微型机械器件由Si组成，而载体由PCB或陶瓷材料制成。热膨胀系数的不同可易于使这些不同材料的集成复杂化。

在丹麦期刊Elektronik og Data1998年，第3期，第4-8页的文章“第一种基于硅的微型话筒”公开了可如何设计并制造基于硅的话筒系统。该文章公开了一种三层话筒系统，在此一换能器元件倒装片式安装在将该换能器元件连接到一电子设备的中间层上，诸如一专用集成电路(ASIC)。该换能器元件包括一可动的膜片和一基本上刚性的背面板。在换能器元件的对面安装形成背面室的基于硅的结构。值得注意的是，为了使话筒系统与环绕物电连接，需要引线接合或直接焊接。

本发明的目的在于提供一种传感器系统，形成传感器系统的不同元件应用标准的适于批量生产的技术倒装片式安装。

本发明的另一目的在于提供一种全功能且密封的传感器系统，该系统可与它在例如一PCB上的最终位置无关地工作。

本发明的又一目的在于提供一种全功能且密封的传感器系统，该系统可在最终安装前被测试。

本发明的又一目的在于提供一种传感器系统，该系统适于使用倒装片式或表面安装技术安装在例如PCB上，并由此避免引线接合或复杂的裸芯片处理。

本发明的又一目的在于提供一种传感器系统，该系统中换能器元件和电子电路间的距离被减小，以减小寄生效应和占用空间。

发明概述

通过在第一种情况中提供一传感器系统，上述目的得以实现，该传感器系统包括：

一个具有第一表面的载体部件，所述第一表面容纳第一和第二组接触元件，

一个包括一有源部件的换能器元件，所述有源部件与换能器元件的至少一个接触元件连接，所述至少一个接触元件与第一组载体部件的接触元件之一对准以便获得该有源部件和该载体部件之间的电接触，以及

一种包括具有至少一个接触元件的集成电路的电子设备，所述至少一个接触元件与第二组载体部件的接触元件之一对准，以便获得该集成电路和该载体部件之间的电接触，

其中第一组的至少一个接触元件与第二组的至少一个接触元件电连接，以便获得换能器元件的该有源部件和电子设备的该集成电路之间的电接触。

原则上换能器元件可为任何类型的换能器，诸如压力换能器，加速度计或温度计。

为了使传感器系统与环绕物进行互通，载体部件可进一步包括一第二表面，所述第二表面容纳多个接触元件。第一或第二组的至少一个接触元件与第二表面容纳的接触元件之一电连接。该第一和第二表面可基本上是彼此平行和相对的。