感测芯片及MEMS传感器的制作方法

感测芯片及mems传感器
技术领域
1.本发明涉及感应检测技术领域，特别涉及一种感测芯片及mems传感器。


背景技术：

2.目前主流的麦克风，压力传感器及位移传感器等采用的感测芯片，多是通过平板电容器的原理进行检测，即在基底的基础上形成背极和振膜，背极与振膜之间有间隙，使背极板和振膜之间形成电容检测结构(如图1所示)。以声音感测芯片为例，其通过振膜随外部的声压朝向背极振动来感测外部的声音变化(如图2所示)。
3.通常，背极朝向振膜的表面设置有多个凸部，凸部的主要作用是防止振膜与背极沾粘，避免影响感测灵敏度。但是，研究人员在模拟试验(比如跌落试验、吹气试验等)中发现，当感测芯片受外力冲击时(对应现实中的麦克风跌落、用户朝麦克风呼气等情形)，振膜会产生较大形变而碰到背极的凸部，此时振膜在接触点有应力集中，容易导致振膜破裂，从而有损感应芯片的感测功能。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种感测芯片，旨在提高振膜与背极的凸部接触的部位的抵抗冲击荷载和承受震动作用的能力，降低振膜由于与凸部接触时因应力集中而导致破裂的几率。
5.为实现上述目的，本发明提出的感测芯片，包括：背极，所述背极上设有凸出于所述背极表面的凸部；振膜，所述振膜与所述背极层叠且间隔设置，所述凸部设置在所述背极朝向所述振膜的表面上；所述振膜朝向所述背极形变时，所述振膜与所述凸部接触的部位的厚度大于所述振膜未与所述凸部接触的部位的厚度。
6.可选地，在所述振膜的振动方向上，所述振膜对应于所述凸部的位置均设有增厚件。
7.可选地，增厚件设于振膜朝向凸部的表面；和/或，增厚件设于振膜背离凸部的表面。
8.可选地，增厚件的材质与振膜的材质相同，且增厚件和振膜一体成型。
9.可选地，增厚件的材质与振膜的材质不同。
10.可选地，增厚件和振膜分体成型，振膜至少具有一个平面，增厚件与振膜的平面固定连接。
11.可选地，所述振膜对应所述凸部的表面朝所述背极方向弯曲形成容置槽，所述增厚件嵌设于所述容置槽内。
12.可选地，背极的数量为两个，振膜的数量为一个，两个背极分别位于一个振膜的相背的两侧；或，振膜的数量为两个，背极的数量为一个，两个振膜分别位于一个背极的相背的两侧。
13.可选地，振膜至少包括一导电层和一绝缘层，导电层和绝缘层贴合设置，且绝缘层
朝向背极；或，背极至少包括一导电层和一绝缘层，导电层和绝缘层贴合设置，且绝缘层朝向振膜。
14.可选地，感测芯片还包括：基底，振膜以及背极按照由远及近的位置依次层叠设于基底上，或，背极以及振膜按照由远及近的位置依次层叠设于基底上。
15.本发明还提供一种mems传感器，其包括如上所述的感测芯片。
16.本发明的技术方案中，通过设置振膜朝向背极形变时，振膜与凸部接触的部位的厚度大于振膜未与凸部接触的部位的厚度，可以提高振膜与背极的凸部接触的部位的抵抗冲击荷载和承受震动作用的能力，从而降低振膜由于与凸部接触时因应力集中而导致破裂的几率，以延长感应芯片的使用寿命，保证感测芯片的感测灵敏度。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
18.图1为现有感测芯片的结构示意图；
19.图2为图1感测芯片的振膜朝向背极振动时的结构示意图；
20.图3为本发明感测芯片第一实施例的结构示意图；
21.图4为本发明感测芯片第二实施例的结构示意图；
22.图5为本发明感测芯片第三实施例的结构示意图；
23.图6为本发明感测芯片第四实施例的结构示意图；
24.图7为本发明感测芯片第五实施例的结构示意图。
25.附图标号说明：
26.标号名称标号名称100感测芯片12通孔10背极20振膜101导电层21增厚件102绝缘层30基底11凸部31支撑件
27.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
31.本发明提出一种感测芯片100。
32.在本发明实施例中，如图3所示，该感测芯片100，包括：背极10，背极10上设有多个凸部11；振膜20，振膜20与背极10层叠且间隔设置，振膜20朝向背极10形变时，振膜20与凸部11接触的部位的厚度大于振膜20未与凸部11接触的部位的厚度。
33.需要说明的是，本发明的感测芯片100可以应用在麦克风、压力传感器、位移传感器或温度传感器上，用于感测外部物理量的变化，比如声音、压力、位移或温度的变化，等等，本发明不作具体限制。在受外部声音、压力、位移或温度等因素影响下，振膜20会朝向背极10形变，从而使振膜20发生振动，并且，外界声音、压力、位移及温度变化的幅度大小可以影响振膜20形变的幅度大小。
34.具体地，本发明的技术方案中，振膜20对应与背极10的凸部11接触的部位相较于振膜20不与背极10的凸部11接触的部位的厚度要大，振膜20增厚的部位可以形成各种形状及尺寸，本发明对此并不进行限定。其中，背极10上的凸部11可以为圆柱形，并且多个凸部11可以按照矩阵形式布设在背极10朝向振膜20的表面上，相应地，振膜20对应与凸部11接触的增厚部位也可以形成为圆柱形，并且增厚部位也可以按照矩阵形式布设在振膜20上。
35.其中，请参阅图3，由于振膜20的两边属于连接端，当振膜20朝向背极10形变时，振膜20远离连接端的中心部位的形变和位移程度最大，即是说，振膜20的中心部位首先会与背极10接触，随着外力冲击的增大，振膜20与背极10的凸部11接触的部位由振膜20的中心部位对称地向振膜20的两边延伸，振膜20与背极10的凸部11接触的部位也就越多。因此，在设置振膜20时，可以根据振膜20的形变和位移程度来具体确定振膜20需要增厚的部位，换言之，振膜20上需要增厚的部位的数量可以少于或等于背极10上凸部11的数量，且至少振膜20对应与背极10的凸部11接触的中心部位需要增厚，然后，根据实际需要，振膜20增厚的部位由振膜20的中心部位向振膜20的两边增加。
36.本发明的技术方案中，通过设置振膜20朝向背极10形变时，振膜20与凸部11接触的部位的厚度大于振膜20未与凸部11接触的部位的厚度，可以提高振膜20与背极10的凸部11接触的部位的抵抗冲击荷载和承受震动作用的能力，从而降低振膜20由于与凸部11接触时因应力集中而导致破裂的几率，以延长感应芯片的使用寿命，保证感测芯片100的感测灵敏度。
37.在本发明的一实施例中，请参阅图3，在振膜20的振动方向上，凸部11在振膜20的投影位置均设有增厚件21，也就是说振膜20对应背极凸部11的位置都可设有增厚件21。
38.本实施例中，振膜20的增厚部位通过设置增厚件21来实现增厚，且振膜20上的增厚件21与背极10上的凸部11一一对应。具体地，振膜20和背极10平行设置，即静止状态下，振膜20所在的平面和背极10所在平面平行，当受外力冲击时，振膜20沿垂直于自身所在平面的方向朝向背极10振动。其中，静止状态下，振膜20的增厚件21对应背极10的凸部11的法
线位置，也即振膜20的增厚件21对应凸部11在振膜20的投影位置，当受外力冲击时，振膜20设置增厚件21所在的部位与背极10的凸部11接触。通过增厚件21与凸部11一一对应，可以最大限度地提高振膜20的抵抗冲击荷载和承受震动作用的能力，从而降低振膜20由于与凸部11接触时因应力集中而导致破裂的几率，以延长感应芯片的使用寿命，保证感测芯片100的感测灵敏度。
39.可选地，请参阅图3至5，增厚件21设于振膜20朝向凸部11的表面；和/或，增厚件21设于振膜20背离凸部11的表面。
40.上述情形包含三种具体的实施例：第一种，仅在振膜20朝向凸部11的表面设置有增厚件21；第二种，仅在振膜20背离凸部11的表面设置有增厚件21；第三种，同时在振膜20朝向凸部11的表面以及振膜20背离凸部11的表面设置有增厚件21。需要说明的是，增厚件21在振膜20上的位置可以根据实际需要进行设置，本发明不作具体限制。当然，容易理解的是，相较于仅在振膜20的单侧表面设置增厚件21，在振膜20的上下两侧的表面均设置增厚件21时，振膜20抵抗冲击荷载和承受震动作用的能力更优。
41.在本发明的一实施例中，请参阅图3，增厚件21的材质与振膜20的材质相同，且增厚件21和振膜20一体成型。
42.本实施例中，增厚件21和振膜20是采用同一材质通过一体成型工艺加工制作的，振膜20制作完成后，增厚件21直接成型在振膜20上，增厚件21属于振膜20的一部分，振膜20的一体性和结构稳定性好。
43.在本发明的一实施例中，请参阅图6至7，增厚件21的材质与振膜20的材质不同。
44.本实施例中，增厚件21的材质和振膜20采用的材质不同，比如振膜20采用铂化硅材质，增厚件21采用氮化硅材质。如此，在制作振膜20以及振膜20上的增厚件21时，增厚件21和振膜20可以分开制作，然后再将二者结合固定，从而形成完整的结构。由于一体成型工艺的制作难度和制作成本较高，通过增厚件21和振膜20的结合工艺来替代增厚件21和振膜20的一体成型工艺，能够降低制作难度和制作成本。
45.可选地，请参阅图6，增厚件21和振膜20分体成型，振膜20至少具有一个平面，增厚件21与振膜20的平面固定连接。
46.本实施例中，可以先制作振膜20，振膜20可以为平整的膜层，这是振膜20的常规形状，然后再制作增厚件21，增厚件21的形状、尺寸和数量可以根据需要进行制作，最后通过材料连接工艺将制作成型的增厚件21固定在振膜20对应与凸部11接触的部位上，使增厚件21与振膜20结合。如此，可尽量减少现有振膜20结构的改变，有利于在现有振膜20结构的基础上进行加工，能够降低制作难度和制作成本。
47.可选地，请参阅图7，振膜20对应凸部11的部位朝背极10方向弯曲形成有容置槽，增厚件21嵌设于容置槽内。
48.本实施例中，先制作增厚件21，增厚件21的形状、尺寸和数量可以根据需要进行制作，将多个制作成型的增厚件21对应振膜20与背极10的凸部11接触的位置进行排列，然后再制作振膜20，在振膜20制作时将振膜20覆盖在多个增厚件21上，使振膜20定型，同时使振膜20与多个增厚件21结合，此时，振膜20对应增厚件21的部位形成折弯状，即振膜20朝向增厚件21的表面对应形成容置槽，且振膜20背离增厚件21的表面反向凸起，如此，使得振膜20对应增厚件21的部位的厚度大于振膜20未设置增厚件21的部位的厚度。采用上述方案来制
作振膜20以及振膜20上的增厚件21，即增厚件21和振膜20先分开制作，然后再将二者结合形成完整的结构，能够降低制作难度和制作成本。
49.在本发明的一实施例中，背极10的数量为两个，振膜20的数量为一个，两个背极10分别位于一个振膜20的相背的两侧；或，振膜20的数量为两个，背极10的数量为一个，两个振膜20分别位于一个背极10的相背的两侧。
50.上述情形分别对应双背极10单振膜20的结构形式以及双振膜20单背极10的结构形式。其中，通过设置双背极10单振膜20或双振膜20单背极10，相较于单背极10单振膜20的结构形式来说，可以有效提高感测芯片100的感测灵敏度。
51.在本发明的一实施例中，振膜20至少包括一导电层101和一绝缘层102，导电层101和绝缘层102贴合设置，且绝缘层102朝向背极10；或，背极10至少包括一导电层101和一绝缘层102，导电层101和绝缘层102贴合设置，且绝缘层102朝向振膜20。
52.上述情形分别对应振膜20为复合材料的情形以及背极10为复合材料的情形，也即，背极10和振膜20均可以包含半导体、导体和绝缘体材质。其中，通过在振膜20和背极10之间设置绝缘层102，可以避免振膜20与背极10接触时直接有电流导通而导致感测芯片100的性能或可靠性变差。进一步地，在一个具体的实施例中，如图3所示，背极10包括一导电层101和两绝缘层102，绝缘层102和导电层101交替层叠并贴合设置，即一导电层101夹设在两绝缘层102之间，如此，背极10背离振膜20一侧的绝缘层102还可以保护背极10不受外部的影响，以保证感测芯片100的感测灵敏度和稳定性。当然，在其他实施例中，背极10和振膜20均可以采用单一的导电层101的材料，以简化感测芯片100的结构，降低制作难度和制作成本。
53.作为一种实施方式，请参阅图3，感测芯片100还包括：基底30，振膜20以及背极10按照由远及近的位置依次层叠设于基底30上，或，背极10以及振膜20按照由远及近的位置依次层叠设于基底30上。
54.本实施例中，感测芯片100的结构采用的是最简单的单背极10单振膜20的形式，背极10的两边通过支撑件31与基底30固定连接，同样地，振膜20的两边也通过支撑件31与基底30固定连接，且背极10和振膜20位于基底30的同一侧。而背极10和振膜20在基底30上的位置可以根据实际需要进行对换，只要保证振膜20朝向背极10振动即可。基底30上设置有感应电路，背极10和振膜20均与感应电路电性连接，振膜20朝向背极10振动时，形成的感应电信号通过感应电路输出。另外，背极10上通常会设计有多个通孔12作为气流流通的通道。
55.此外，本发明还公开一种mems传感器，其包括上述的感测芯片100，基于感测芯片100的设计，应用其的mems传感器的可靠性和灵敏度更好。
56.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。