紧凑型振动传感器的制作方法

本发明涉及一种振动传感器，该振动传感器包括包含第一表面和第二表面的载体基板；悬置构件和固定到该悬置构件的可移动块，其中悬置构件的至少一部分和/或可移动块适于在振动传感器受到外部振动时振动。该振动传感器还包括用于检测悬置构件的至少一部分和/或可移动块的振动的读出装置、以及用于至少处理来自读出装置的电信号的信号处理器。可移动块在载体基板上形成第一投影区域，并且其中信号处理器在载体基板上形成第二投影区域。

背景技术：

1、振动传感器用于可用空间非常有限的设备中。因此，需要不同元件以最佳方式装配在包装内，以便符合严格的空间相关要求。同时，振动传感器需要一定大小和形状的可移动块，以提供所需的灵敏度—例如如下情况：振动传感器集成到听觉设备中，旨在检测听觉设备用户的颅骨中的语音诱发振动。

2、现有技术传感器的一个例子在例如us2020/136586 a1中提出。除其它元件之外，us2020/136586 a1中提出的传感器还包括压电元件/谐振器和温度敏感部件。温度敏感元件将测得的温度转换成电信号。尽管压电元件/谐振器和温度敏感部件以堆叠的方式布置，即布置在基板的相反侧，但是us2020/136586 a1中提出的传感器是不利的，因为它缺少用于处理来自例如温度敏感部件的信号的信号处理器。向us 2020/136586a1中提出的传感器添加信号处理器将增加传感器的占用空间。

3、可以认为本发明实施例的一个目的是提供一种具有小占用空间的紧凑型振动传感器。

4、可以看出，本发明的实施例的另一个目的是提供一种紧凑型振动传感器，其具有减小的表面积，而不损害振动传感器的灵敏度以及性能。

技术实现思路

1、上述目的通过在第一方面提供一种振动传感器来实现，该振动传感器包括

2、a)包含第一表面和第二表面的载体基板，

3、b)悬置构件和固定到该悬置构件的可移动块，其中悬置构件的至少一部分和/或可移动块适于在振动传感器受到外部振动时振动，

4、c)用于检测悬置构件的至少一部分和/或可移动块的振动的读出装置，以及

5、d)用于至少处理来自读出装置的电信号的信号处理器，

6、其中可移动块在由载体基板限定的平面上形成第一投影区域，并且其中信号处理器在由载体基板限定的平面上形成第二投影区域，并且其中第一投影区域和第二投影区域在由载体基板限定的平面中至少部分地空间重叠。

7、由于可移动块和信号处理器的相反布置，本发明的振动传感器是有利的，可移动块和信号处理器在由载体基板限定的平面中具有至少部分空间重叠的第一投影区域和第二投影区域。如下面将进一步详细讨论的，第一投影区域和第二投影区域的至少部分空间重叠减小了振动传感器的整体尺寸。

8、在本上下文中，术语“投影区域”应理解为可移动块和信号处理器的外部轮廓在由载体基板限定的平面上的几何投影。换句话说，投影区域被理解为由可移动块和信号处理器投射到由载体基板限定的平面上的阴影。可移动块和信号处理器投影到其上的平面可以与载体基板的第一表面或第二表面重合，或者它可以是与载体基板相关联的虚拟平面，例如与载体基板的第一表面或第二表面平行的虚拟平面。

9、可移动块和信号处理器优选地布置在载体基板的相反侧。在本上下文中，术语“相反”指的是可移动块被布置在载体基板的一侧，而信号处理器被布置在载体基板的另一侧。利用这种布置，载体基板被布置在可移动块和信号处理器之间。将可移动块和信号处理器布置在载体基板的相反侧，即堆叠布置，是有利的，因为可移动块的尺寸，例如一个或多个表面积，可以被最大化。

10、本发明的振动传感器优选地适于结合到听觉设备中，例如助听器、可听器、耳机、耳塞或类似设备。因此，在不损害振动传感器性能的情况下，振动传感器的整体尺寸应尽可能小。振动传感器的作用可以是多种多样的，例如检测颅骨中经由骨传导的语音诱发振动。这种颅骨中语音诱发振动的检测优选地用于语音识别，其中用户自己的语音在另外声学噪声环境中被分离或识别。

11、优选地，载体基板包括第一印刷电路板(pcb),其包括相反的第一和第二表面。第一pcb的第一表面优选地与可移动块在第一pcb的同一侧，而第一pcb的第二表面优选地与信号处理器在第一pcb的同一侧。第一表面和第二表面优选地包括由穿过第一pcb设置的一个或多个通孔电连接的导电图案。优选地，信号处理器通过倒装键合固定到第一pcb的第二表面。此外，信号处理器优选电连接到第一pcb的第二表面上的导电图案。

12、优选地，振动传感器还包括固定到第一pcb的第二表面的间隔件，其中间隔件包括电连接到第一pcb的第二表面的一个或多个通孔。间隔件中的一个或多个通孔提供了跨越(across)间隔件的一个或多个电连接。此外，间隔件优选地还包括凹陷部，信号处理器至少部分地布置在该凹陷部内。因此，根据本发明，信号处理器至少部分地布置在间隔件中形成的凹陷部或空隙中。信号处理器的这种布置是有利的，因为这样提供了节省空间的布置，并且使得振动传感器的实现更加紧凑。间隔件中的凹陷部或空隙可以实现为间隔件中的贯通开口或通道。

13、信号处理器布置在其中的间隔件中的凹陷部可以至少部分地填充有填充材料，并且可以提供导电屏蔽层，使得其覆盖间隔件中的被填充凹陷部，以便提供相对于信号处理器的电屏蔽。优选地，导电屏蔽层电接地。信号处理器周围填充材料的存在是有利的，因为这样在结构上支撑变得嵌入填充材料中的信号处理器，从而提高传感器的鲁棒性。

14、振动传感器优选地还包括第二pcb，该第二pcb包括相反的第一和第二表面，其中间隔件的一个或多个通孔电连接到第二pcb的第一表面，并且其中在第二pcb的第二表面上提供一个或多个接触焊盘，用于将振动传感器连接到外部电子设备。在本上下文中，外部电子设备可以包括电源和附加的信号处理器，例如放大器、滤波器等。

15、在振动传感器的一个实施例中，读出装置优选地包括由气隙隔开的第一电容器电极和第二电容器电极形成的电容器。该实施例的振动传感器的有利之处在于它提供了低噪声水平和高灵敏度。由于在第一电容器电极和第二电容器电极之间薄的气隙(5-15μm)和相对大的可移动块(>1mg)的结合,所以提供了低噪声水平和高灵敏度。此外，本发明的振动传感器是有利的，因为它是可回流的。

16、为了节省空间，悬置构件的至少一部分优选是导电的。此外，至少悬置构件的导电部分优选地形成第一电容器电极。第二电容器电极优选设置在载体基板的第一表面上。因此，在形成第一电容器电极的导电悬置构件和优选设置在第一pcb的第一表面上的第二电容器电极之间形成气隙。

17、优选地，在第一和/或第二电容器电极中提供一个或多个通气通道，以便将空气引入和/或引出气隙。因此，一个或多个通气通道应当优选地在气隙减小时防止空气在气隙中被加压，并且当气隙增大时确保空气能够被引导至气隙。这是有利的，因为第一和第二电容器电极之间的挤压膜阻尼效应显著降低。在本文中，术语“挤压膜阻尼”应理解为由第一和第二电容器电极之间的气隙中捕获的空气引起的粘性阻尼。在本发明的振动传感器中，气隙通常在5-15μm的范围内。

18、优选地，第一电容器电极电接地，第二电容器电极由信号处理器电偏置。因此，除了处理来自读出装置的电信号之外，信号处理器还适于向第二电容器电极提供基本恒定的电荷。电极偏置和信号处理组合在单个集成电路中的事实是有利的，因为这样节省了空间。

19、在另一个实施例中，读出装置优选地包括一个或多个压电层和设置在各压电层上的一个或多个电极。在该实施例中，悬置构件优选形成包括静态端和可移动端的悬臂梁。为了响应外部振动，可移动块优选地在悬臂梁的可移动端处或附近固定到悬臂梁，而一个或多个压电层优选地以如下方式固定到悬臂梁：一个或多个压电层与虚拟铰链线相交。

20、在本上下文中，术语“虚拟铰链线”定义了悬臂梁的静态端和可移动端之间的线，在该线处，当可移动块由于外部振动而移位时，悬臂梁有效地弯曲。

21、优选地，振动传感器还包括用于抑制电磁干扰的屏蔽装置，其中屏蔽装置包括由介电层隔开的一个或多个信号电极和接地电极，并且其中一个或多个信号电极、接地电极和介电层嵌入第一pcb中。这种屏蔽布置的有利之处在于，它将去往/来自信号处理器的信号与进入的电磁辐射屏蔽开。此外，该屏蔽装置的有利之处在于，它嵌入在第一pcb中，因此不会增加振动传感器的整体尺寸。

22、在第二方面，本发明涉及包括根据第一方面的振动传感器的听觉设备，其中听觉设备包括助听器、可听器、耳机、耳塞或类似设备。

23、在第三方面，本发明涉及根据第一方面的振动传感器的用途，其中振动传感器用于检测听觉设备用户颅骨中的语音诱发振动，并且其中检测到的语音诱发振动被用于用户自己的语音的语音识别。

24、通常，本发明的各个方面可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和耦合。参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将变得显而易见。