[发明专利]一种力传感器、感测管芯组装件及制造力传感器的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对由Richard Wade等人于2016年6月24日提交且题为“Low Cost Small Force Sensor（低成本小力传感器）”的美国专利申请序列号15/192,311的优先权，其通过引用结合到本文中，就好像整体地复制一样。

关于联邦赞助的研究与开发的声明

不适用。

缩微胶片附录的引用

不适用。

背景技术

工业和商业应用越来越多地利用传感器来确定力，例如在消费者电子产品领域中。某些应用中的客户需要小的传感器，并且找出可以容易地且成本有效地集成到应用中并且足够小以适合例如消费者电子产品所需规模上的任何占用空间（footprint）的传感器设计一直是个挑战。

发明内容

本文中所公开的是包括感测管芯组装件的低成本小力传感器，以及用于制造所述感测管芯组装件和所述力传感器的技术，以及用于操作所述力传感器的技术。

本公开内容的方面包括一种感测管芯组装件，其可以包括具有顶面和底面的感测管芯，其中所述感测管芯包括通过蚀刻形成于其中的隔膜和空腔，以及位于所述隔膜的底面上的一个或多个感测元件；致动元件，其被安置在所述感测管芯的所述空腔中并与所述隔膜的顶面和所述空腔的壁接触；以及位于所述感测管芯顶面上的盖构件，其中所述盖构件包括位于所述感测管芯的所述空腔之上的开口，其中所述致动元件的一部分延伸穿过所述开口，其中所述盖构件提供所述致动元件在所述空腔中的晶片级保持。

本公开内容的方面还包括一种力传感器，其可以包括衬底；具有顶面和底面的感测管芯，其中所述感测管芯包括形成于其中的空腔和隔膜，以及位于所述隔膜底面上的一个或多个感测元件，其中所述感测管芯的底面被倒装键合（bond）到所述衬底；致动元件，其被安置在所述感测管芯的所述空腔中并与所述隔膜的顶面和所述空腔的壁接触；以及位于所述感测管芯顶面上的盖构件，其中所述盖构件包括位于所述感测管芯的所述空腔之上的开口，其中所述致动元件延伸穿过所述开口，其中所述盖构件将所述致动元件维持（hold）在所述空腔内。

本公开内容的其它方面包括一种用于制造力传感器的方法。该方法可以包括蚀刻键合的硅晶片叠层以形成具有空腔和隔膜的感测管芯；将致动元件安置到所述空腔中，使得所述致动元件接触所述隔膜的顶面；以及在所述感测管芯的顶面上键合或生长盖构件，其中所述盖构件具有所述致动元件延伸穿过的开口，并且其中所述盖构件将所述致动元件维持在所述空腔内。可以将包括所述感测管芯、致动元件以及盖构件的感测管芯组装件倒装键合到衬底，或反之亦然。

本公开内容的其它方面包括一种用于操作力传感器的方法，其包括以下步骤中的一个或多个：将电流施加到一个或多个感测元件；接收针对致动元件的外力，所述致动元件被保持在具有由感测管芯和盖构件提供的晶片级保持的感测管芯组装件中；将所述力从所述致动元件传递到感测管芯的隔膜；响应于所传递的力使所述隔膜偏离；以及从所述一个或多个感测元件输出电信号。

附图说明

详细描述将参考下面简要描述的附图，其中相同的附图标记表示相同的部分。

图1是根据本公开内容的并具有球形致动元件的力传感器的示意性剖视图。

图2是根据本公开内容的并具有圆柱形致动元件的力传感器的示意性剖视图。

具体实施方式

最初应当理解的是，虽然下面例证出一个或多个方面的例证实现方式，但是可以使用任何数量的技术，不管是当前已知的还是尚未存在的，来实现本公开的组装件、系统和方法。本公开内容决不应限于下面所例证的例证实现方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求的范围及其等同物的全部范围内进行修改。虽然公开了各种元件的尺寸的值，但是附图可能并不是按比例的。

本文中公开的是包括感测管芯组装件的力传感器，以及用于制造所述感测管芯组装件和所述力传感器的方法。所公开的组装件、传感器和方法利用晶片级保持来将致动元件维持在感测管芯的空腔中。因此，该力传感器仅比感测管芯本身略大，并且该力传感器在其中25mm²或更小的占用空间面积可用于力传感器的应用中是有用的。