Mems壓力傳感器、mems慣性傳感器集成結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及傳感器領域，更具體地，涉及一種將MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成在同一芯片上的集成結構。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著科學技術的發展，手機、筆記本電腦等電子產品的體積在不斷減小，而且人們對這些便攜電子產品的性能要求也越來越高，這就要求與之配套的電子零部件的體積也必須隨之減小。
[0003]傳感器作為測量器件，已經普遍應用在手機、筆記本電腦等電子產品上。在現有的工藝結構中，由于檢測的原理不同，MEMS慣性傳感器和MEMS壓力傳感器芯片一般是分立的，MEMS慣性傳感器需要密閉的空間來保護其微細結構，而MEMS壓力傳感器的敏感結構需要與外界接觸，兩種器件分別基于不同的工藝平臺上進行設計和加工，再利用不同的封裝形式，形成獨立的芯片。裝配的時候，系統廠商將MEMS慣性傳感器芯片和MEMS壓力傳感器芯片通過SMT的方式，貼裝在同一個主板上，從而增加了芯片的成本，也增加了封裝的成本。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的一個目的是提供一種MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成結構的新技術方案。
[0005]根據本實用新型的第一方面，提供了一種MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成結構，包括襯底、形成于所述襯底上的絕緣層、均形成于所述絕緣層上的第一下電極和第二下電極，還包括通過第一支撐部支撐在所述第一下電極上方的第一上電極，以及通過第二支撐部支撐在所述第二下電極上方的第二上電極；所述第一上電極為壓力敏感膜，且所述第一上電極與所述第一下電極之間的腔體為密閉腔體，以使所述第一上電極與所述第一下電極構成壓力傳感器的氣壓敏感型電容器；所述第二上電極與所述第二下電極構成電容量不隨外界氣壓變化的基準電容器；還包括通過第三支持部支撐在襯底上方的慣性敏感結構，以及與慣性敏感結構構成慣性傳感器的慣性檢測電容器的固定極板；其中還包括蓋體，所述蓋體將慣性敏感結構、固定極板構成的慣性檢測電容器封裝在襯底上。
[0006]優選地，所述第二上電極也為壓力敏感膜，所述基準電容器還包括用于限制所述第二上電極在外界氣壓作用下發生變形的限位結構。
[0007]優選地，所述基準電容器設置有用于支撐所述第二上電極的支撐柱，以形成所述限位結構。
[0008]優選地，所述基準電容器設置有壓力平衡孔，所述基準電容器中位于第二上電極與第二下電極之間的腔體通過所述壓力平衡孔與外界相通，以形成所述限位結構。
[0009]優選地，所述蓋體還將第二上電極、第二下電極構成的基準電容器封裝在襯底上。
[0010]優選地，所述第一上電極與所述第二上電極為一體結構。
[0011]優選地，所述第一支撐部、第二支撐部、第三支撐部具有相同的材質、相同的高度；所述第一上電極、第二上電極、慣性敏感結構具有相同的材質、相同的高度；所述第一下電極、第二下電極具有相同的材質、相同的高度。
[0012]優選地，所述第一上電極、第二上電極的下端面高于慣性敏感結構的下端面。
[0013]優選地，所述第一支撐部、第二支撐部、第三支撐部上分別設置有貫通孔，所述貫通孔內分別設有與第一上電極、第二上電極、慣性敏感結構電連接的導電材料，并在第一支撐部、第二支撐部、第三支撐部的下端形成多個相應的連接引線，該多個相應的連接引線通過絕緣層走線，并分別連接至襯底上的焊盤集中區。
[0014]優選地，所述固定極板設置在絕緣層上，并作為慣性檢測電容器的第三下電極。
[0015]本實用新型的集成結構，將MEMS慣性傳感器和MEMS壓力傳感器集成在同一襯底上，可有效減小芯片的面積，從而降低了芯片的成本；通過一次封裝，即可完成整個芯片的封裝，降低了芯片封裝的成本。而且由于氣壓敏感型電容器與基準電容器所處的應用環境相同，因此能夠對外界共模干擾產生基本一致的響應，這樣，利用基準電容器的輸出信號便可以至少部分地濾除氣壓敏感型電容器的輸出信號中的共模干擾信號，進而提高了氣壓敏感型電容器輸出信號的穩定性。
[0016]本實用新型的發明人發現，在現有技術中，系統廠商將MEMS慣性傳感器芯片和MEMS壓力傳感器芯片通過SMT的方式，貼裝在同一個主板上，從而增加了芯片的成本，也增加了封裝的成本。因此，本實用新型所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本實用新型是一種新的技術方案。
[0017]通過以下參照附圖對本實用新型的示例性實施例的詳細描述，本實用新型的其它特征及其優點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0018]被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本實用新型的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本實用新型的原理。
[0019]圖1是本實用新型集成結構的結構示意圖。
[0020]圖2是本實用新型集成結構第二種實施方式的結構示意圖。
[0021]圖3是本實用新型集成結構第三種實施方式的結構示意圖。
[0022]圖4是本實用新型集成結構第四種實施方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]現在將參照附圖來詳細描述本實用新型的各種示例性實施例。應注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本實用新型的范圍。
[0024]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本實用新型及其應用或使用的任何限制。
[0025]對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
[0026]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0027]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
[0028]參考圖1、圖2，本實用新型提供了一種MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器集成結構，其包括襯底1、形成于襯底I上的絕緣層2、均形成于絕緣層2上的第一下電極3a和第二下電極3b，還包括通過第一支撐部7a支撐在第一下電極3a上方的第一上電極4a，以及通過第二支撐部7b支撐在第二下電極3b上方的第二上電極4b ;該第一上電極4a為壓力敏感膜，且第一上電極4a與第一下電極3a之間的腔體為密閉腔體9a，以使第一上電極4a與第一下電極3a構成了壓力傳感器的氣壓敏感型電容器。在此，為了消除溫度變化對氣壓敏感型電容器檢測精度的影響，及為了便于獲得絕對氣壓，該密閉腔體9a優選為真空腔體。而第二上電極4b與第二下電極3b構成電容量不隨外界氣壓變化的基準電容器。
[0029]本實用新型的集成結構，還包括通過第三支持部7c支撐在襯底I上方的慣性敏感結構4c，以及與慣性敏感結構4c構成慣性檢測電容器的固定極板。其中，MEMS慣性傳感器的慣性敏感結構4c對于本領域的技術人員來說，屬于現有的技術，其具有對稱的可動極板，可通過彈性梁結構連接在第三支持部7c上。其中，在本實用新型一個具體的實施方式中，所述固定極板設置在絕緣層2上，其位于慣性敏感結構4c的下方，作為慣性檢測電容器的第三下電極3c，從而使得該MEMS慣性傳感器可以進行Z軸方向的檢測。當然對于本領域的技術人員來說，也可設置與慣性敏感結構4c側面相對的固定極板，使其與慣性敏感結構4c可以構成進行X軸、Y軸方向檢測的慣性檢測電容器。本實用新型的MEMS慣性傳感器，可以是MEMS加速度計、MEMS陀螺儀及MEMS諧振器等慣性傳感器。
[0030]本實用新型中，絕緣層2的作用是為了保證各部件與襯底I之間的絕緣，對于本領域的技術人員來說，如果襯底I本身可以采用絕緣的材料制成，則不再需要設置絕緣層2。
[0031]本實用新型的集成結構，還包括蓋體8，所述蓋體8將慣性敏感結構4c、固定極板構成的慣性檢測電容器封裝在襯底I上，參考圖2、圖3。其中該蓋體8可以直接設置在位于襯底I上方的絕緣層2上，當然，為了保證工藝的一致性，可以在絕緣層2上設置第四支撐部7d，所述蓋體8與第四支撐部7d連接在一起，共同圍成封裝慣性檢測電容器的腔體。本實用新型的集成結構中，氣壓敏感型電容器中的第一上電極4a需要與外界環境接觸才能發揮作用，而基準電容器的第二上電極4b則不需要與外界環境接觸，因此，本實用新型的蓋體8還可以將第二上電極4b、第二下電極3b構成的基準電容器封裝在襯底I上，參考圖1、圖4。
[0032]本實用新型的集成結構，將MEMS慣性傳感器和MEMS壓力傳感器集成在同一襯底上，可有效減小芯片的面積，從而降低了芯片的成本；通過一次封裝工藝，即可完成整個芯片的封裝，從而降低了芯片封裝的成本。而且由于氣壓敏感型電容器與基準電容器所處的應用環境相同，因此能夠對外界共模干擾信號產生基本一致的響應，這樣，利用基準電容器的輸出信號便可以至少部分地濾除氣壓敏感型電容器輸出信號中的共模干擾信號，進而提高了氣壓敏感型電容器輸出信號的穩定性。
[0033]本實用新型中，為了能夠通過基本相同的工藝步驟制造形成上述氣壓敏感型電容器和基準電容器，及提高氣壓敏感型電容器和基準電容器對外界共模干擾的響應一致性，該第二上電極4b也可以采用壓力敏感膜，在此，第一上電極4a與第二上電極4b可以相互獨立，也可以為一體結構(即第一上電極4a和第二上電極4b為一張壓力敏感膜)，參考圖3。此時，為了避免第二上電極4b跟隨外界氣壓變化而發生相應地變形，該基準電容器還應該包括用于限制第二上電極4b在外界氣壓作用下發生變形的限位結構。另外，該第二上電極4b也可以采用在本實用新型壓力傳感器的檢測范圍內不會發生變形的材料制成，該材料優選是使得第二上電