[发明专利]带有阻尼的弹性安装传感器系统

说明书

一种MEMS器件，包括借助于弹簧元件（SE）被弹性安装在载体（C）上的传感器系统（MC）。通过存在于传感器系统和载体的面对表面之一上的阻尼结构（DS）来减小在传感器系统和载体之间的气隙（AG）。弹簧元件至少部分容纳在阻尼结构的凹槽内。气隙的高度足够小以允许压膜阻尼。

MEMS传感器是微结构化的器件，其通常包括负担器件的感测功能的活动部件。因此，所述活动部件对于振动或者可能妨碍感测信号或者可能对器件具有另一不利影响的其他机械冲击是交叉敏感的。这样的不期望的影响可能归因于MEMS传感器的刚性封装以及由碰撞或其他振动导致。

为了避免由于机械冲击造成的MEMS传感器的损坏或读取受损，MEMS芯片或包括MEMS芯片的传感器系统可以经由软胶合物或经由弹簧元件弹性地安装。这些弹簧元件能够附加地起作用以用于电气接触MEMS芯片，而胶合需要用于电气连接的接合线。基于软硅的胶合物可能对阻尼系统添加一定的顺应性，但是接合线仍然限制块状物能够移动以补偿外部振动的最大振幅。但是，而且这样的胶合物的阻尼性质是极其有限的并且难以调整，并且施加它们对于基于MEMS的器件中所需的少量胶合物而言是相当困难的。

一些MEMS器件通过倒装芯片接合并且由此刚性地耦合到封装或载体来进行封装。一些MEMS传感器元件倒装芯片接合到弹簧元件上。到封装或载体的耦合是顺从的，因此块状物/弹簧元件系统可能允许补偿外部振动。但是缺点将在于系统仅少量地被阻尼，并且共振可能驱使MEMS传感器进入饱和。

本发明的目的是提供一种MEMS器件，其示出对外部碰撞的改进的补偿并且其被阻尼以避免振动共振。

这些和其他目的由根据权利要求1的限制的MEMS器件来解决。有利的实施例是另外的权利要求的主题。

根据本发明的MEMS器件包括一种传感器系统，其经由弹簧元件安装到载体上以吸收类似碰撞的机械冲击。此处以及在下文中，术语“传感器系统”必须被理解为指代仅有的MEMS芯片，或者替换地，也理解为指代包括MEMS芯片和另一个芯片的堆叠。这样的其他芯片可以是作为MEMS器件的一部分的ASIC。这两个芯片可以固定并且电气连接到彼此使得它们能够像单个芯片那样来处置。通过减小面对彼此的两个表面之间的气隙来控制MEMS器件的弹性固定的机械系统的共振。这些表面之一是载体的顶表面，并且另一表面是传感器系统的底表面。通过将弹簧元件的第一端部固定到载体的第一表面上的第一锚定点以及将弹簧元件的第二端部固定到传感器系统的第二表面上的第二锚定点来减小气隙，其中弹簧元件的第一或第二端部，相应地其锚定点，位于在载体的顶表面以下或者在传感器系统的底表面以上的表面上。换言之，弹簧元件的第一或第二端部的锚定点安装在所述顶表面或底表面的一种凹槽中。因此，对应于底表面和顶表面的距离的气隙高度小于第一和第二锚定点之间的距离。

通过选择充分小的气隙高度来实现压膜阻尼。由于间隙中的挤压空气膜而发生阻尼，从而在空气膜流出间隙或流进间隙时吸收能量。优选地，通过优化气隙来完成最大阻尼的目标。阻尼应该被设置成大于或等于最小值。但是最小气隙必须考虑到一定的振幅对于弹簧元件的压缩仍然是必需的，使得块状物可以充分移动以补偿外部振动。

用于减小间隙的优选措施是将阻尼结构施加到从位于载体上的第一表面和位于传感器系统上的第二表面选择的至少一个表面上，其中第一表面包括第一锚定点并且第二表面包括第二锚定点。因此，气隙的高度（其在没有阻尼结构存在的情况下将是锚定点之间的距离）减小了阻尼结构的厚度的高度。

通过准确地形成阻尼层并且控制其厚度，可以设置取决于气隙的高度的压膜阻尼的量。

为了允许弹簧元件的伸长或压缩，在阻尼结构的凹槽中布置弹簧元件。选择凹槽的尺寸（measure）以在横向上完全容纳弹簧元件，并且不直接阻碍弹簧移动。

优选地，经由从焊料凸块，柱形凸块和粘合剂中选择的相应连接元件来将弹簧元件连接向传感器系统。弹簧元件和它们的连接元件的总高度高于阻尼层（相应地，阻尼结构）的高度。