[实用新型]微机电传感器和MEMS装置

说明书

本公开涉及微机电传感器和MEMS装置，其具有：半导体材料的传感器裸片，其具有在水平面内延伸的前表面和下表面，并且由具有沿垂直方向的厚度的横向于水平面的紧凑块体区域平面；压阻元件，集成在传感器裸片的块体区域中，位于其前表面处；以及帽状裸片，其耦合在传感器裸片上方，覆盖压阻元件，帽状裸片具有沿垂直方向彼此相对的相应前表面和底表面，底表面面向传感器裸片的前表面。转换层布置在传感器裸片的前表面和帽状裸片的底表面之间，被图案化以限定沿着垂直方向横穿整个厚度的凹槽；压阻元件垂直对应于凹槽布置，并且转换层被设计为将施加到帽状裸片的前表面和/或传感器模的底表面的负载沿垂直方向转换成在凹槽处的平面应力分布，这在水平面上起作用。

技术领域

本公开涉及一种微机电传感器和MEMS装置。

背景技术

例如在工业或汽车领域存在若干应用，需要使用具有高满缩放量程值的力/压力传感器来测量高范围负载(力或压力)值，例如高达10kN或更高。

用于感测高范围负载的已知传感器解决方案通常设想使用高强度金属负载单元，包括不同种类的应变计作为感测元件。应变计感测元件通过电阻的变化来检测它们所耦合到的芯的几何变形。

虽然通常使用，但这些传感器的缺点是灵敏度低，并且小型化的可能性有限。

使用半导体技术制造的集成压力传感器也是已知的，其使用集成在硅裸片中的压阻元件来检测施加的压力。

这些传感器的缺点是需要复杂的封装结构，以便将施加的负载转换为作用于硅裸片和集成压阻上的应力。这些传感器因此昂贵，并且通常不允许容易定制，特别是在所施加负载的范围方面。

例如，已知的集成压力传感器在W.Kurniawan，R.Tjandra，E.Obermeier的Proceedings of the Eurensensors XXIII conference，Proceia Chemistry 1(2009)544-547中的文件“Bulk-type piezoresistive force sensor for high pressureapplications”中得到公开。该文件中公开的解决方案基于在硅裸片上紧密相邻的突出岛上施加力，以在岛之间的区域中引起机械应力。对于压力测量，使用含金属隔膜和耦合金属棒的壳体将压力转化为力。传感器裸片采用SOI技术制造，这简化了突出岛的实现。

虽然具有良好的灵敏度并且允许小型化，但是该传感器也具有上述缺点，即具有昂贵且复杂的制造工艺和封装设计以将外部施加的压力转换为集中在硅裸片(也称为“管芯”)上的力。

实用新型内容

提供一种易于制造、实现高度定制并且具有高检测灵敏度的微机电传感器。

在一个方面，提供了一种微机电传感器，包括：半导体材料的传感器裸片，具有第一表面和第二表面，第一表面和第二表面在水平面中延伸并且具有沿横向于水平面的垂直方向上的厚度；多个压阻元件，在第一表面处集成在传感器裸片中；帽状裸片，耦合到传感器裸片并覆盖多个压阻元件，帽状裸片具有第一表面和沿着垂直方向与第一表面相对的第二表面，帽状裸片的第二表面面向传感器裸片的第一表面；以及转换层，布置在传感器裸片的第一表面和帽状裸片的第二表面之间，转换层包括沿垂直方向通过转换层的整个厚度的凹槽，其中多个压阻元件相对于凹槽垂直布置，其中转换层被配置为将沿垂直方向施加至帽状裸片的第一表面或传感器裸片的第二表面中的至少一个的负载转换为在凹槽处作用在水平面中的传感器裸片中的平面应力分布。

在某些实施例中，凹槽在水平面中具有纵向主延伸部，并且应力分布限定在横向于纵向主延伸部的方向上的最大平面应力以及在平行于凹槽的纵向主延伸部的方向上的最小平面应力。