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CN101769784B - 感测器组合 - Google Patents

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Abstract

本发明属于感测技术领域。公开一种多功能的感测器组合,它包括一基板,在基板上设置有互补金属氧化物半导体图像感测器、陀螺仪、加速度计、声音感测器及射频感测器。本发明具有图像感测、声音感测、射频感测、加速度测量、角速度测量的功能,可用于移动电话、导航仪、个人数字助手、游戏机手柄。

Description

感测器组合
技术领域
本发明是关于感测技术领域,特别是关于一种感测器组合。
背景技术
感测器具有许多应用,它的商业潜力正开始被人们所认识。感测器的类型很多,包括有用于捕捉图像的图像感测器、用于捕捉声音的声音感测器、用于测量物体的转动角速度的陀螺仪及用于测量运动物体的加速度的加速度计。这些感测器被广泛使用于数码相机、移动电话、导航仪、笔记本电脑等产品中。
然而,这些感测器的功能单一,并不能满足多功能的需求。
发明内容
为了解决现有技术中感测器功能单一的技术问题,本发明提供一种多功能的感测器组合。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为:所述感测器组合,包括一基板,在基板上设置有互补金属氧化物半导体图像感测器、陀螺仪、加速度计、声音感测器及射频感测器。所述声音感测器包括振动膜层和背极板;所述基板包括第一部分和与所述第一部分间隔的第二部分。所述振动膜层包括悬置端、固定端和波纹结构。所述固定端固定在所述第一部分上,所述悬置端放置在所述第二部分之上,所述波纹结构形成于所述固定端与所述悬置端之间。在所述振动膜层边缘形成若干第一通气孔,所述振动膜层表面涂覆第一电极层。所述背极板具有边缘,所述边缘固定在所述基板的所述第一部分和所述第二部分上。所述背极板的内表面涂覆第二电极层。在所述背极板与所述振动膜层之间直接形成一空气层,且所述第二电极层与所述空气层接触,所述振动膜层与所述空气层接触。在靠近所述背极板的边缘形成若干第二通气孔。所述第一通气孔、所述第二通气孔与所述空气层贯通。若干声音孔形成在所述背极板的中心部分。
所述互补金属氧化物半导体图像感测器包括光电二极管层、电源线路层、门电极、第一绝缘层、第一金属层、第二绝缘层、第二金属层、第三绝缘层、氮化物层、若干彩色滤光片、平面化层及若干微透镜;光电二极管层设置在上述基板表面,电源线路层形成于光电二极管层表面,门电极连接在电源线路层与第一金属层之间,第一绝缘层形成于光电二极管与第一金属层之间,第二绝缘层、第二金属层、第三绝缘层、氮化物层依序设置在第一金属层表面,上述若干彩色滤光片形成矩阵,设置于氮化物层表面,平面化层设置于氮化物层表面,并围绕彩色滤光片,上述若干微透镜设置于平面化层表面。
所述加速度计包括一封装体,该封装体为立方体,具有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面;在第一、二、三平面中分别形成一凹槽,在每一凹槽底部设置第一正、负电极,导电性粘结剂和压电振动片,导电性粘结剂分别设置在第一正、负电极和压电振动片之间;一盖体气密性地密封每一个凹槽;上述第四平面与上述基板接触。
所述陀螺仪包括一封装体,该封装体为立方体,具有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面;在第一、二、三平面中分别形成一凹槽,在每一凹槽内设置一陀螺仪元件,一盖体气密性地密封每一凹槽;第四平面与上述基板接触。
与现有技术相比较,本发明的感测器组合功能多样,具有图像感测、声音感测、射频感测、角速度测量和加速度测量的功能。
附图说明
图1是本发明实施例的感测器组合的逻辑结构示意图。
图2是本发明实施例的感测器组合的互补金属氧化物半导体图像感测器的部分剖面图。
图3是本发明实施例的感测器组合的加速度计的立体图。
图4是沿图3中的IV-IV线的剖面图。
图5是本发明实施例的感测器组合的加速度计的压电振动片的示意图。
图6是沿图5的VI-VI线的剖面图。
图7是本发明实施例的感测器组合的陀螺仪的立体图。
图8是本发明实施例的感测器组合的声音感测器的剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,本发明实施例提供的一种感测器组合10包括互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)图像感测器100、加速度计200、陀螺仪300、声音感测器400及射频(Radio frequency,RF)感测器500。
请参阅图2,上述CMOS图像感测器100包括光电二极管层102、电源线路层104、若干门电极106、第一绝缘层108、第一金属层110、第二绝缘层112、第二金属层114、第三绝缘层116、氮化物层118、若干彩色滤光片120、平面化(Planarization)层122、若干微透镜124、若干外延层126及若干连接件128。
电源线路层104形成于光电二极管层102表面。每一门电极106连接在电源线路层104与第一金属层110之间。第一绝缘层108形成于电源线路层104与第一金属层110之间。第二绝缘层112位于第一、二金属层110,114之间,用于绝缘第一、二金属层110,114。第三绝缘层116设置于第二金属层114与氮化物(Nitride)层118之间,用于绝缘第二金属层114与氮化物层118。若干彩色滤光片120形成矩阵,设置于氮化物层118表面。平面化层122设置于氮化物层118表面,并围绕彩色滤光片120。若干微透镜124设置于平面化层122表面。
外延层126设置于第一绝缘层116之中,每一连接件128连接外延层126与电源线路层104。在本实施例中,上述外延层126为N型硅,厚度为300~500埃。
请一并参阅图3和图4,上述加速度计200包括一封装体210,该封装体210为立方体,具有第一平面210、第二平面230、第三平面240和第四平面250。
在第二平面230形成一凹槽260,在凹槽260底部设置第一正电极231、第一负电极233。该第一正、负电极231、233用于与外部电路连接,以供给驱动电压。在该第一正、负电极231、233上分别涂敷有导电性粘结剂243,在该导电性粘结剂243上设置一压电振动片232。一盖体239气密性地密封凹槽260。在本实施例中,上述导电性粘结剂243可为掺有银金属颗粒等导电性颗粒的树脂。上述盖体239可由陶瓷、金属、玻璃材料制得。
上述压电振动片232为音叉(Tuning Fork)结构,具有基部251、第一振动臂234和第二振动臂235,上述第一、第二振动臂234、235以该基部251为始端,分成二部份平行地沿Y轴延伸。上述基部251设置于导电性粘结剂243之上。
请一并参图5和图6,在基部251的正面和背面的两侧分别设置第二正电极252和第二负电极253。第二正电极252通过导电性粘结剂243与第一正电极231电性连接,第二负电极253通过导电性粘结剂243与第一负电极233电性连接。
在第一、第二振动臂234、235的正面和背面,沿其长度方向分别形成第一、第二条形槽256、257。在第一条形槽256内设置激励负电极254,在第一振动臂234的两侧面设置激励正电极255。相似地,在第二条形槽257内设置激励正电极255,在第二振动臂235的两侧面设置激励负电极254。第二正电极252与激励正电极255电性连接,第二负电极253与激励负电极254电极连接。在本实施例中,压电振动片232的长度大约为1300微米。振动臂的长度大约为1040微米、臂宽大约为40~55微米。上述第一正、负电极231、233,第二正、负电极252、253,激励正、负电极255、254由钨金属制得。
第一、第三平面210、240结构与第二平面230基本相似,不同之处在于第一、第二振动臂234、235在第一平面210沿Y轴设置,在第三平面240沿Z轴设置。
请参阅图7,上述陀螺仪300包括一封装体310,该封装体310为立方体,具有第一平面310、第二平面330、第三平面340和第四平面350。
在第二平面330形成一凹槽360,在凹槽360内设置一陀螺仪元件380,一盖体339气密性地密封凹槽360。
上述陀螺仪元件380包括一主体381,在主体381的两侧分别延伸出基部382。每一基部382沿Y轴延伸出激励悬臂384,在与激励悬臂384相反方向延伸出检测悬臂385。
在激励悬臂384的正面与背面,沿其长度方向形成第一收容槽386,用于收容激励电极(图未示)。相似地,在检测悬臂385的正面与背面,沿其长度方向形成第二收容槽388,用于收容检测电极(图未示)。陀螺仪300的激励电极、检测电极与加速度计200的激励电极254、255相同。陀螺仪300的用于驱动的电极与加速度计200的第一正、负电极231、233,第二正、负电极252、253相同。
在激励悬臂384的末端设置第一质量块(Mass Block)387。在检测悬臂385的末端设置第二质量块389。
第一、第三平面310、340具有与第二平面330相似的结构,不同之处在于激励悬臂384、检测悬臂385在第一平面310沿Z轴设置,在第三平面340沿X轴设置。
请参阅图8,上述声音感测器400包括基板412、振动膜层(DiaphragmLayer)411及背极板(Backplate)413。基板412包括第一部分412A和与第一部分间隔的第二部分412B。振动膜层411包括悬置端442、固定端424和波纹结构420。固定端424固定在第一部分412A,悬置端442放置在第二部分412B之上,波纹结构420形成于固定端424与悬置端442之间。悬置端442和波纹结构420用于释放振动膜层411的内应力。在振动膜层411边缘形成若干第一通气孔416。振动膜层411表面涂覆第一电极层419。
背极板413具有边缘421,该边缘421固定在基板412的第一部分412A和第二部分412B上。在背极板413与振动膜层411之间形成空隙425。在靠近边缘421处形成若干第二通气孔417。第一、第二通气孔416、417与空隙425贯通。若干声音孔414形成在背极板413的中心部分。背极板413在其内表面涂覆有第二电极层415。第一电极层419与第二电极层415之间连接有电容(图未示)。当声波通过声音孔414入射到振动膜层411时,振动膜层411将随声波产生振动,导致电容的电容量发生变化。在本实施例中,上述基板412为硅基板。
上述射频感测器500包括蓝牙模块、无线局域网(Wireless Local AreaNetworks,WLAN)模块和码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)模块。
组装时,上述CMOS图像感测器100的光电二极管层102、加速度计200的第四平面250、陀螺仪300的第四平面350及射频感测器500皆设置在声音感测器400的基板412上。
本发明实施例的感测器组合10具有图像感测、声音感测、射频感测、加速度测量、角速度测量的功能,可用于移动电话、导航仪、个人数字助手、游戏机手柄等。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应明白,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,而不会脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种感测器组合,其特征在于:其包括一基板,在所述基板上设置有互补金属氧化物半导体图像感测器、陀螺仪、加速度计、声音感测器及射频感测器,所述声音感测器包括振动膜层和背极板;所述基板包括第一部分和与所述第一部分间隔的第二部分;所述振动膜层包括悬置端、固定端和波纹结构;所述固定端固定在所述第一部分上,所述悬置端放置在所述第二部分之上,所述波纹结构形成于所述固定端与所述悬置端之间;在所述振动膜层边缘形成若干第一通气孔,所述振动膜层表面涂覆第一电极层;所述背极板具有边缘,所述边缘固定在所述基板的所述第一部分和所述第二部分上;所述背极板的内表面涂覆第二电极层;在所述背极板与所述振动膜层之间直接形成一空气层,且所述第二电极层与所述空气层接触,所述振动膜层与所述空气层接触;在靠近所述背极板的边缘形成若干第二通气孔;所述第一通气孔、所述第二通气孔与所述空气层贯通;若干声音孔形成在所述背极板的中心部分。
2.根据权利要求1所述的感测器组合,其特征在于:所述互补金属氧化物半导体图像感测器包括光电二极管层、电源线路层、若干门电极、第一绝缘层、第一金属层、第二绝缘层、第二金属层、第三绝缘层、氮化物层、若干彩色滤光片、平面化层及若干微透镜;光电二极管层设置在上述基板表面,电源线路层形成于光电二极管层表面,每一门电极连接在电源线路层与第一金属层之间,第一绝缘层形成于电源线路层与第一金属层之间,第二绝缘层、第二金属层、第三绝缘层、氮化物层依序设置在第一金属层表面,上述若干彩色滤光片形成矩阵,设置于氮化物层表面,平面化层设置于氮化物层表面,并围绕彩色滤光片,上述若干微透镜设置于平面化层表面。
3.根据权利要求2所述的感测器组合,其特征在于:所述互补金属氧化物半导体图像感测器进一步包括若干外延层及若干连接件;外延层设置于第一绝缘层之中,每一连接件连接外延层与电源线路层。
4.根据权利要求3所述的感测器组合,其特征在于:所述外延层为N型硅,厚度为300~500埃。
5.根据权利要求1所述的感测器组合,其特征在于:所述加速度计包括一封装体,该封装体为立方体,具有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面;在第一、二、三平面中分别形成一凹槽,在每一凹槽底部设置第一正、负电极,导电性粘结剂和压电振动片,导电性粘结剂分别设置在第一正、负电极和压电振动片之间;一盖体气密性地密封每一个凹槽;上述第四平面与上述基板接触。
6.根据权利要求5所述的感测器组合,其特征在于:所述压电振动片为音叉结构,其包括基部、第一振动臂和第二振动臂,基部设置于导电性粘结剂之上;在第一平面中,该第一、第二振动臂以基部为始端,分成二部份平行地沿X轴延伸;在第二平面中,该第一、第二振动臂以基部为始端,分成二部份平行地沿Y轴延伸;在第三平面中,该第一、第二振动臂以基部为始端,分成二部份平行地沿Z轴延伸。
7.根据权利要求6所述的感测器组合,其特征在于:所述基部的正面和背面两侧分别设置第二正、负电极;第二正电极通过导电性粘结剂与第一正电极电性连接,第二负电极通过导电性粘结剂与第一负电极电性连接;在第一、第二振动臂的正面和背面,沿其长度方向分别形成第一、第二条形槽;在第一条形槽内设置激励负电极,在第一振动臂的两侧面设置激励正电极,在第二条形槽内设置激励正电极,在第二振动臂的两侧面设置激励负电极;第二正电极与激励正电极电性连接,第二负电极与激励负电极电极连接。
8.根据权利要求1所述的感测器组合,其特征在于:所述陀螺仪包括一封装体,该封装体为立方体,具有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面;在第一、二、三平面中分别形成一凹槽,在每一凹槽内设置一陀螺仪元件,一盖体气密性地密封每一凹槽;第四平面与上述基板接触。
9.根据权利要求8所述的感测器组合,其特征在于:所述陀螺仪元件包括一主体,在主体的两侧分别延伸出基部;在第一平面中,每一基部沿Z轴延伸出激励悬臂,在与激励悬臂相反方向延伸出检测悬臂;在第二平面中,每一基部沿Y轴延伸出激励悬臂,在与激励悬臂相反方向延伸出检测悬臂;在第三平面中,每一基部沿X轴延伸出激励悬臂,在与激励悬臂相反方向延伸出检测悬臂。
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