CN217323377U - 一种mems传感器 - Google Patents

Abstract

公开了一种MEMS传感器，包括：层叠设置的基底(100)、连接部(300)以及顶盖(200)；传递部(400)，位于所述基底(100)的第一表面；以及敏感元件(500)，位于所述基底(100)的第二表面，所述基底(100)的第二表面和其第一表面相对；支撑部(800)，位于所述基底(100)的第二表面；其中，所述传递部(400)的一端与所述基底(100)的第一表面固定连接，另一端与所述顶盖(200)的第一表面之间具有第一间隙(410)。本公开中，第一间隙(410)防止由于误触而施加于顶盖上的力引起基底的形变，从而解决了由于外界环境和人为因素导致的误触问题，增加传感器的可靠性。

Description

一种MEMS传感器

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种MEMS传感器。

背景技术

基于微机电***(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)制造的力传感器被称为MEMS力传感器，MEMS力传感器作为按键、按钮的核心组件，被广泛应用于触控笔、键盘、车辆和机械控制等场景。

通过按压MEMS力传感器可以实现与设备的人机交互，而在实际使用中，通常会存在由于外界环境以及人为因素而导致的误触问题，进而影响MEMS力传感器的可靠性。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的目的在于提供一种MEMS传感器，通过在顶盖以及传递部之间设置间隙，从而解决由于外界环境和人为因素导致的误触问题，增加传感器的可靠性。

本公开提供一种MEMS传感器，包括：

层叠设置的基底、连接部以及顶盖；

传递部，位于所述基底的第一表面；以及

敏感元件，位于所述基底的第二表面，所述基底的第二表面和其第一表面相对；

支撑部，位于所述基底的第二表面；

其中，所述传递部的一端与所述基底的第一表面固定连接，另一端与所述顶盖的第一表面之间具有第一间隙。

优选地，施加于所述顶盖上的力为第一预设值时，所述顶盖在垂直于所述顶盖表面方向引起的形变量等于所述第一间隙的高度。

优选地，所述传递部采用刚性材料。

优选地，所述传递部的形状为圆柱状、多棱柱、圆台状中一种或多种。

优选地，所述敏感元件在所述基底的第二表面连接形成惠斯通电桥电路。

优选地，所述敏感元件在所述基底的第一表面的投影围绕所述传递部。

优选地，所述支撑部在所述基底的第二表面的投影围绕所述敏感元件。

优选地，包括多个所述支撑部和多个所述敏感元件，每个所述敏感元件与一个或者多个所述支撑部电连接。

优选地，包括限位部。

优选地，所述限位部采用刚性材料。

优选地，所述限位部的形状为圆柱状、多棱柱、圆台状中一种或多种。

优选地，所述限位部位于所述基底的第一表面，所述限位部的一端所述基底的第一表面固定连接，另一端与所述顶盖的第一表面之间具有第二间隙。

优选地，施加于所述顶盖的力大于或者等于第二预设值时，所述顶盖的第一表面与所述限位部的上表面接触。

优选地，所述第二间隙的高度大于所述第一间隙的高度。

优选地，所述限位部和所述支撑部的数量以及排列形状相同，且在垂直于所述基底的第一表面的方向上，每个所述支撑部的中轴线穿过对应所述限位部在所述基底的第一表面的投影。

优选地，所述限位部在所述基底的第二表面的投影围绕所述敏感元件。

优选地，包括接触部。

优选地，所述接触部位于所述顶盖的第二表面，所述顶盖的第二表面与所述顶盖的第一表面相对。

优选地，所述接触部的截面面积小于所述顶盖的第二表面的面积，且所述接触部的中心轴线与所述传递部的中心轴心重合。

优选地，所述连接部内部中空，所述基底的第一表面、所述顶盖的第一表面以及所述连接部的内表面形成空腔，所述传递部位于所述空腔内。

优选地，所述基底和所述连接部一体成形。

本公开提供的MEMS传感器，在传递部上表面与顶盖的第二表面之间设置第一间隙，防止所述MEMS传感器不会由于误触产生信号，从而解决了由于外界环境和人为因素导致的误触问题，增加传感器的可靠性。

进一步地，在所述基底的第二表面设置支撑部，所述支撑部在所述基底的第一表面的投影围绕所述传递部，所述支撑部用于对所述基底进行支撑，以在所述传递部将所述顶盖接收的力传递至所述基底时，所述基底有足够的空间发生形变。

在一些实施例中，所述敏感元件在所述基底的第一表面的投影围绕所述传递部，所述支撑部围绕所述敏感元件，以保证所述敏感元件能够更加灵敏的感应所述基底的形变。

在一些实施例中，在传递部的周围设置限位部，且限位部的上表面与顶盖的第二表面之间具有第二间隙，当施加于所述顶盖的力等于第二预设值时，所述第二间隙闭合，在所述基底被破坏之前对所述基底的形变量进行限制，防止施加于所述顶盖上的力过大时对所述基底造成破坏，从而对所述基底进行保护，增加所述MEMS传感器的可靠性。

在一些实施例中，所述第二间隙的高度大于所述第一间隙的高度，在施加于所述顶盖上的力大于第一预设值且小于第二预设值时，所述顶盖的下表面与所述传递部的上表面接触，且所述顶盖的下表面与所述限位部的上表面不接触，施加于所述顶盖上的力集中于所述传递部，进而通过所述传递部传递至所述基底，提高所述MEMS传感器的灵敏度。

在一些实施例中，所述限位部和所述支撑部的数量以及排列形状相同，且在垂直于所述基底的第一表面的方向上，每个所述支撑部的中轴线穿过对应限位部在所述基底的第一表面的投影，所述限位部与所述顶盖接触时，所述限位部接收所述顶盖传递的力，所述支撑部对每个所述限位部进行支撑，以防止传递至所述限位部的力引起所述基底的更大形变，以实现所述限位部的限位作用，避免破坏基底而造成MEMS传感器损坏。

在一些实施例中，所述顶盖的第二表面上设置有接触部，接触部的截面面积小于所述顶盖的第二表面的面积，且所述接触部的中心轴线与所述传递部的中心轴心重合，接触部能将力集中后通过顶盖传递至所述传递部，增加了所述MEMS传感器应对不同方向外力的探测能力。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本公开第一实施例的MEMS传感器的立体结构示意图；

图2示出了本公开第一实施例的MEMS传感器的截面结构示意图；

图3示出了本公开第一实施例的MEMS传感器的敏感元件的连接示意图；

图4示出了本公开第二实施例的MEMS传感器的立体结构示意图；

图5示出了本公开第二实施例的MEMS传感器的截面结构示意图；

图6示出了本公开第二实施例的MEMS传感器的俯视方向的透视结构示意图；

图7示出了本公开第三实施例的MEMS传感器的截面结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本公开。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

本公开可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本公开第一实施例的MEMS传感器的立体结构示意图；图2示出了本公开第一实施例的MEMS传感器的截面结构示意图；如图1和图2所示，所述MEMS传感器包括基底100、顶盖200、连接部300、传递部400、敏感元件500以及支撑部800。

所述基底100、连接部300以及顶盖200从下至上依次层叠设置，所述基底100以及所述顶盖200呈板状结构，所述连接部300位于基底100和顶盖200之间，具有与基底100和顶盖200相对的两个表面，并通过这两个表面分别和基底100和顶盖200连接。所述连接部300的内部中空，所述基底100的第一表面110、所述顶盖200的第一表面210以及所述连接部300的内表面310形成空腔。

所述连接部300一方面实现所述基底100和所述顶盖200之间的支撑以及连接，另一方面与所述基底100和所述顶盖200限定所述空腔，以对所述空腔内部的结构(例如传递部400)进行保护，以使得所述空腔内部的结构免受外部的影响。

在一个具体的实施例中，所述连接部300的两个表面与所述基底100和顶盖200之间例如粘接在一起，以实现与所述基底100和所述顶盖200的固定连接。在其他实施例中，所述连接部300还可以与所述基底100一体成形，形成具有空腔的一体式结构。

所述基底100和所述顶盖200例如采用柔性材料，以在外力作用下发生形变，所述连接部300例如采用刚性材料，以实现所述连接部300的支撑以及保护作用。

所述传递部400位于所述基底100、顶盖200以及连接部300限定的空腔内。所述传递部400呈柱状，一端表面(下表面)与所述基底100的第一表面110固定连接，另一端表面(上表面)与所述顶盖200的第一表面210之间具有第一间隙410。所述传递部400用于将所述顶盖200接收的力传递至所述基底100，致使所述基底100发生形变。

所述支撑部800位于所述基底100的第二表面120上，并且与所述基底100的第二表面120固定连接，其中，所述基底100的第二表面120与所述基底100的第一表面110相对。多个支撑部800对所述基底110进行支撑，以在所述传递部400将所述顶盖200接收的力传递至所述基底100时，所述基底100有足够的空间发生形变。

本实施例中，所述支撑部800为半球状，在其他实施例中，所述支撑部800还可以为椭球状、多棱柱、不规则图形等。

在所述传递部400与所述顶盖200之间没有间隙时，由于外界环境和人为因素的原因会误触所述顶盖200，由于误触而施加于所述顶盖200上的力会通过所述传递部400传递至所述基底100，所述基底100会在力的作用下发生形变，从而降低所述MEMS传感器的可靠性。

本实施例中，所述传递部400的上表面与所述顶盖200的第一表面210之间具有第一间隙410，当由于误触而施加于所述顶盖200上的力小于第一预设值时，所述顶盖200的第一表面210不与所述传递部400的上表面接触，即所述第一间隙410不会闭合，施加于所述顶盖200上的力不会通过所述传递部400传递到所述基底100，因此所述MEMS传感器不会由于误触产生信号，从而解决了由于外界环境和人为因素导致的误触问题，增加传感器的可靠性。

进一步地，施加于所述顶盖200上的力为第一预设值时，所述顶盖200在垂直于所述顶盖200表面方向引起的形变量等于所述第一间隙410的高度；所述第一预设值通过测量由于误触而施加于所述顶盖200上的力来确定，在一个具体地实施例中，所述第一预设值为由于误触而施加于所述顶盖200上的最大的力。

本实施例中，所述传递部400例如为圆柱状，不难理解在其他实施例中，所述传递部400还可以为多棱柱，圆台状等，本领域技术人员可以根据需要作出具体地选择，本实施例对此不做限制。

进一步地，所述传递部400例如采用刚性材料，以实现力的传递。

所述敏感元件500例如为压敏式电阻元件，通过植入或沉积形成于所述基底100的第二表面120。图3示出了本公开第一实施例的MEMS传感器的敏感元件的连接示意图；如图3所示，本实施例包括四个所述敏感元件500，四个所述敏感元件500呈十字形排列于所述基底100的第二表面，所述敏感元件500在所述基底100的第一表面110的投影围绕所述传递部400，其中，所述敏感元件500在所述基底100的第一表面110的投影与所述传递部400在所述第一表面的投影部分重合地围绕所述传递部400，或者所述敏感元件500在所述基底100的第一表面110的投影与所述传递部400在所述第一表面的投影相互分离地围绕所述传递部400。所述敏感元件500在所述基底100的第二表面120连接形成惠斯通电桥电路。其中，所述惠斯通电桥电路包括正信号终端+V_out和负信号终端-V_out，通过正信号终端+V_out和负信号终端-V_out之间的差分电压来反馈所述基底100受到的压力变化。

进一步地，所述支撑部800在所述基底100的第二表面120的投影围绕所述敏感元件500。具体地，所述支撑部800在所述基底100的第二表面120的投影与所述敏感元件500在所述基底100的第二表面120的投影部分重合的围绕所述敏感元件500，或者所述支撑部800在所述基底100的第二表面120的投影与所述敏感元件500在所述基底100的第二表面120的投影相互分离地围绕所述敏感元件500。

在优选的实施例中，所述支撑部800采用导电材料，每个所述敏感元件500与一个或者多个所述支撑部800电连接，以经由所述支撑部800实现所述敏感元件500的信号输出。

本实施例的MEMS传感器中，所述顶盖200的第二表面用于接收施加的外力，在施加于所述顶盖200上的力大于第一预设值时，施加于所述顶盖200的力通过所述传递部400传递至所述基底100，致使所述基底100发生形变，位于所述基底100上的敏感元件500跟随所述基底100的形变在不同的方向上相应地发生压缩或者拉伸，使得所述敏感元件500的电阻率相应地发生变化，进一步破坏惠斯通电桥电路的平衡，在正信号终端+V_out和负信号终端-V_out之间产生差分电压，该差分电压和在所述顶盖200的第二表面上施加的力成正比。施加于所述顶盖200上的力小于第一预设值时，所述顶盖200的第一表面不与所述传递部400的上表面接触，施加于所述顶盖200上的力不会通过所述传递部400传递到所述基底100，所述MEMS传感器不会由于误触产生信号，从而解决了由于外界环境和人为因素导致的误触问题，增加传感器的可靠性。

图4示出了本公开第二实施例的MEMS传感器的立体结构示意图；图5示出了本公开第二实施例的MEMS传感器的截面结构示意图；图6示出了本公开第二实施例的MEMS传感器的俯视方向的透视结构示意图；如图4、图5和图6所示，所述MEMS传感器包括基底100、顶盖200、连接部300、传递部400、敏感元件500以及支撑部800，基底100、顶盖200、连接部300、传递部400、敏感元件500以及支撑部800与第一实施例相同，在此不再赘述，与第一实施例不同的是，本实施例中，所述MEMS传感器还包括限位部600。

所述限位部600位于所述基底100、顶盖200以及连接部300限定的空腔内，所述限位部600采用刚性材料，多个限位部600均匀围绕在所述传递部400周围，所述限位部(600)在所述基底(100)的第二表面的投影围绕所述敏感元件(500)，且与所述敏感元件(500)分离。每个所述限位部600呈圆柱状，每个所述限位部600的一端表面(下表面)所述基底100的第一表面110固定连接，另一端表面(上表面)与所述顶盖200的第一表面210面之间具有第二间隙610。在其他实施例中，所述限位部600还可以为多棱柱、圆台状等。

本实施例中，所述限位部600和所述支撑部800的数量以及排列形状相同，且在垂直于所述基底100的第一表面110的方向上，每个所述支撑部800的中轴线穿过对应限位部(600)在所述基底(100)的第一表面的投影。

在一个具体地实施例中，在所述限位部600和所述支撑部800的数量均为四个，排列形状均为十字形。每个所述支撑部800为半球形，在所述基底100的第一表面110的投影为圆形；每个所述限位部600为圆柱体，在所述基底100的第一表面110的投影同样为圆形。每个所述支撑部800的中轴线与对应限位部(600)在所述基底(100)的第一表面的投影的中心重合。

所述限位部600的上表面与所述顶盖200接触时，所述限位部600接收所述顶盖200传递的力，并传递至所述支撑部800，所述支撑部800对每个所述限位部600进行支撑，以防止所述限位部600在接收的力的作用下向下运动，所述限位部600进一步对所述顶盖200进行支撑，防止所述顶盖200进一步的形变、所述传递部400进一步地向下运动以及所述基底100的进一步形变。

具体地，当施加于所述顶盖200的力大于第二预设值时，施加于所述顶盖200上的力通过所述传递部400传递至所述基底100，引起所述基底100的形变，并且所述顶盖200的第一表面与所述限位部600的上表面接触，即所述第二间隙610闭合，所述支撑部800对每个所述限位部600进行支撑，以防止所述限位部600在接收的力的作用下向下运动，所述限位部600进一步对所述顶盖200进行支撑，防止所述顶盖200进一步的形变、所述传递部400进一步地向下运动以及所述基底100的进一步形变，在所述基底100被破坏之前对所述基底100的形变量进行限制，防止施加于所述顶盖200上的力过大时对所述基底100造成破坏，从而对所述基底100进行保护，增加所述MEMS传感器的可靠性。

所述第二间隙610的高度大于所述第一间隙的高度，在施加于所述顶盖200上的力大于第一预设值且小于第二预设值时，所述顶盖200的第一表面与所述传递部400的上表面接触，且所述顶盖200的第一表面与所述限位部600的上表面不接触，施加于所述顶盖200上的力集中于所述限位部400，进而通过所述限位部400传递至所述基底100，提高所述MEMS传感器的灵敏度。

图7示出了本公开第三实施例的MEMS传感器的截面结构示意图；如图7所示，所述MEMS传感器包括基底100、顶盖200、连接部300、传递部400、敏感元件500、支撑部800以及限位部600，基底100、顶盖200、连接部300、传递部400、敏感元件500、支撑部800以及限位部600与第二实施例相同，在此不再赘述，与第二实施例不同的是，本实施例中，所述MEMS传感器还包括接触部700。

所述接触部700位于所述顶盖200的第二表面220，所述顶盖200的第二表面220与所述顶盖200的第一表面210相对。所述接触部700例如粘接于所述顶盖200的第二表面220。

所述接触部700的截面面积小于所述顶盖200的第二表面220的面积，且所述接触部700的中心轴线与所述传递部400的中心轴心重合。当力从不同方向上被施加于所述接触部700上时，所述接触部700能将力集中后通过顶盖200传递至所述传递部400，增加了所述MEMS传感器应对不同方向外力的探测能力。

本公开提供的MEMS传感器，在传递部上表面与顶盖的第二表面之间设置第一间隙，防止所述MEMS传感器不会由于误触产生信号，从而解决了由于外界环境和人为因素导致的误触问题，增加传感器的可靠性。

进一步地，在所述基底的第二表面设置支撑部，所述支撑部在所述基底的第一表面的投影围绕所述传递部，所述支撑部用于对所述基底进行支撑，以在所述传递部将所述顶盖接收的力传递至所述基底时，所述基底有足够的空间发生形变。

在一些实施例中，所述敏感元件在所述基底的第一表面的投影围绕所述传递部，所述支撑部围绕所述敏感元件，以保证所述敏感元件能够更加灵敏的感应所述基底的形变。

在一些实施例中，在传递部的周围设置限位部，且限位部的上表面与顶盖的第一表面之间具有第二间隙，当施加于所述顶盖的力等于第二预设值时，所述第二间隙闭合，在所述基底被破坏之前对所述基底的形变量进行限制，防止施加于所述顶盖上的力过大时对所述基底造成破坏，从而对所述基底进行保护，增加所述MEMS传感器的可靠性。

在一些实施例中，所述第二间隙的高度大于所述第一间隙的高度，在施加于所述顶盖上的力大于第一预设值且小于第二预设值时，所述顶盖的第一表面与所述传递部的上表面接触，且所述顶盖的第一表面与所述限位部的上表面不接触，施加于所述顶盖上的力集中于所述传递部，进而通过所述传递部传递至所述基底，提高所述MEMS传感器的灵敏度。

在一些实施例中，所述限位部和所述支撑部的数量以及排列形状相同，且在垂直于所述基底的第一表面的方向上，每个所述支撑部的中轴线穿过一个限位部在所述基底的第一表面的投影，所述限位部与所述顶盖接触时，所述限位部接收所述顶盖传递的力，所述支撑部对每个所述限位部进行支撑，以防止传递至所述限位部的力引起所述基底的更大形变，以实现所述限位部的限位作用，避免破坏基底而造成MEMS传感器损坏。

在一些实施例中，所述顶盖的第二表面上设置有接触部，接触部的截面面积小于所述顶盖的第二表面的面积，且所述接触部的中心轴线与所述传递部的中心轴心重合，接触部能将力集中后通过顶盖传递至所述传递部，增加了所述MEMS传感器应对不同方向外力的探测能力。

依照本公开的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该公开仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本公开的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本公开以及在本公开基础上的修改使用。本公开仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (21)

1.一种MEMS传感器，其特征在于，包括：

层叠设置的基底(100)、连接部(300)以及顶盖(200)；

传递部(400)，位于所述基底(100)的第一表面；以及

敏感元件(500)，位于所述基底(100)的第二表面，所述基底(100)的第二表面和其第一表面相对；

支撑部(800)，位于所述基底(100)的第二表面；

其中，所述传递部(400)的一端与所述基底(100)的第一表面固定连接，另一端与所述顶盖(200)的第一表面之间具有第一间隙(410)。

2.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，施加于所述顶盖(200)上的力为第一预设值时，所述顶盖(200)在垂直于所述顶盖(200)表面方向引起的形变量等于所述第一间隙(410)的高度。

3.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述传递部(400)采用刚性材料。

4.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述传递部(400)的形状为圆柱状、多棱柱、圆台状中一种或多种。

5.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述敏感元件(500)在所述基底(100)的第二表面连接形成惠斯通电桥电路。

6.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述敏感元件(500)在所述基底(100)的第一表面的投影围绕所述传递部(400)。

7.根据权利要求6所述的MEMS传感器，其特征在于，所述支撑部(800)在所述基底(100)的第二表面的投影围绕所述敏感元件(500)。

8.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，包括多个所述支撑部(800)和多个所述敏感元件(500)，每个所述敏感元件(500)与一个或者多个所述支撑部(800)电连接。

9.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，包括限位部(600)。

10.根据权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，所述限位部(600)采用刚性材料。

11.根据权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，所述限位部(600)的形状为圆柱状、多棱柱、圆台状中一种或多种。

12.根据权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，所述限位部(600)位于所述基底(100)的第一表面，所述限位部(600)的一端所述基底(100)的第一表面固定连接，另一端与所述顶盖(200)的第一表面之间具有第二间隙(610)。

13.根据权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，施加于所述顶盖(200)的力大于或者等于第二预设值时，所述顶盖(200)的第一表面与所述限位部(600)的上表面接触。

14.根据权利要求12所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二间隙(610)的高度大于所述第一间隙(410)的高度。

15.根据权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，所述限位部(600)和所述支撑部(800)的数量以及排列形状相同，且在垂直于所述基底(100)的第一表面的方向上，每个所述支撑部(800)的中轴线穿过对应所述限位部(600)在所述基底(100)的第一表面的投影。

16.据权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，所述限位部(600)在所述基底(100)的第二表面的投影围绕所述敏感元件(500)。

17.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，包括接触部(700)。

18.根据权利要求17所述的MEMS传感器，其特征在于，所述接触部(700)位于所述顶盖(200)的第二表面，所述顶盖(200)的第二表面与所述顶盖(200)的第一表面相对。

19.根据权利要求18所述的MEMS传感器，其特征在于，所述接触部(700)的截面面积小于所述顶盖(200)的第二表面的面积，且所述接触部(700)的中心轴线与所述传递部(400)的中心轴心重合。

20.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述连接部(300)内部中空，所述基底(100)的第一表面、所述顶盖(200)的第一表面以及所述连接部(300)的内表面形成空腔，所述传递部(400)位于所述空腔内。

21.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述基底(100)和所述连接部(300)一体成形。

Images