集成压阻和压电微机械超声换能器装置及相关的处理方法与流程

背景技术：

1.本公开大体上涉及用于检测人机接口(hmi)上的用户交互的传感器，并且更具体地说，涉及用于测量与用户交互(例如，触摸)相关联的多个物理参数的具有集成压阻(pzr)和压电微机械超声换能器(pmut)元件的混合感测装置。
2.电容式触摸感测已成为接收到hmi的用户输入的越来越常见的方法。随着时间推移，工业设计创新已激增到用于智能手机、智能手表、汽车方向盘和仪表板、耳机等装置的无缝触摸表面。在这些和其它类型的装置中，可以用无缝触摸表面替换传统的机械按钮，以用于接收用户输入以控制所述装置。例如，可以用显示在hmi上的虚拟按钮替换传统的机械按钮。然而，常用的电容式触摸感测传感器和方法通常无法感测和/或解释由用户输入(例如，在hmi上的触摸)施加的力水平(例如，这可能指示意图)。另外，力传感器可以感测和/或解释用户对hmi施加的力的水平，但可能无法准确地确定触摸的位置。在用户施加大量力(例如，超过阈值水平)的情况下，例如，这些典型的力传感器可能会因为记录在hmi的错误区域上的触摸而触发误报。


技术实现要素：

3.本公开的一个实施方式是混合传感器，其包含：压阻元件，所述压阻元件用于感测施加的力；压电微机械超声换能器(pmut)，所述pmut用于感测所述混合传感器的阈值距离内对象的存在；以及衬底，所述压阻元件和所述pmut两者都安置于所述衬底上。
4.在一些实施例中，pmut被配置成发送和接收超声压力波以感测对象的存在。
5.在一些实施例中，超声压力波在100khz到100mhz的范围内。
6.在一些实施例中，压阻元件被植入衬底的表面中，并且pmut被层叠在衬底的表面上。
7.在一些实施例中，pmut包含安置于底部电极与顶部电极之间的压电层，以及安置于底部电极下方的谐振腔。
8.在一些实施例中，谐振腔是密封腔。
9.在一些实施例中，压电层由氮化铝(aln)或掺钪氮化铝(alscn)制成。
10.在一些实施例中，底部电极包含钼(mo)。
11.在一些实施例中，混合传感器进一步包含处理电路系统，所述处理电路系统被配置成处理从压阻元件和pmut中的每一个输出的相应电信号。
12.在一些实施例中，从压阻元件输出的相应电信号响应于施加的力。
13.在一些实施例中，从pmut输出的相应电信号响应于混合传感器的阈值距离内对象的存在。
14.在一些实施例中，处理电路系统被配置成通过将相应电信号与相应阈值进行比较来处理相应电信号，以确定触摸事件是被分类为真触摸事件还是被分类为假触摸事件。
15.在一些实施例中，当相应电信号中的每一个超过相应阈值时，触摸事件被分类为真触摸事件，并且当相应电信号中的仅一个超过相应阈值时，触摸事件被分类为假触摸事件。
16.在一些实施例中，处理电路系统包含互补金属氧化物半导体(cmos)、双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(dmos)或双极结型晶体管(bjt)中的至少一个。
17.在一些实施例中，处理电路系统进一步被配置成将多个高压脉冲施加到pmut，以使pmut发送超声压力波。
18.在一些实施例中，处理电路系统安置于衬底上。
19.在一些实施例中，混合传感器在开放腔模制封装中实施。
20.在一些实施例中，开放腔模制封装包含设置于pmut顶部上的腔，所述腔填充有将超声压力波发送到pmut的介质。
21.在一些实施例中，混合传感器在后侧晶片级芯片规模封装(wlcsp)中实施。
22.在一些实施例中，混合传感器在标准晶片级芯片规模封装(wlcsp)中实施。
附图说明
23.通过参考结合附图的详细描述，本公开的各种目的、方面、特征和优点将变得更加明显和更好地理解，在附图中相同的附图标记始终标识对应的元件。在附图中，相同的附图标记通常指示相同、功能上类似和/或结构上类似的元件。
24.图1是根据一些实施例的具有带有双极-cmos-dmos(bcd)处理层的集成压阻(pzr)和压电微机械超声换能器(pmut)元件的混合传感器的横截面图。
25.图2是根据一些实施例的具有高压(hv)处理层的图1的混合传感器的替代配置的横截面图。
26.图3是根据一些实施例的pzr植入工艺的图式。
27.图4是示出根据一些实施例的示例cmos工艺的图式。
28.图5是示出根据一些实施例的示例hv/bdc处理的图。
29.图6a和6b是示出根据一些实施例的在开放腔模制封装中的图1和/或2的集成pzr和pmut装置的配置的图式。
30.图7a和7b是示出根据一些实施例的在开放腔模制封装中的图1和/或2的集成pzr和pmut装置的替代配置的图式。
31.图8a和8b是示出根据一些实施例的在后侧晶片级芯片规模封装(wlcsp)中的图1和/或2的集成pzr和pmut装置的配置的图式。
32.图9a到9c是示出根据一些实施例的在标准wlscp中的图1和/或2的集成pzr和pmut装置的配置的图式。
具体实施方式
33.通常参考图式，示出根据各种实施例的混合感测装置。具体地说，本文所描述的混合感测装置包含集成到单个晶片中的压阻(pzr)元件和压电微机械超声换能器(pmut)元件两者。混合传感器的pzr元件被配置成感测直接或间接施加到传感器的力的量，并且pmut元件被配置成发送和/或接收超声压力波以检测传感器附近对象(例如，用户的手指)的存在。
混合传感器还可以包含用于解释来自pzr和pmut元件的电信号的额外处理电路系统。通过比较pzr和pmut元件的响应，可以确定检测到的触摸事件是“真触摸事件”还是“假触摸事件”。例如，如果传感器的pzr元件检测到施加的力，但pmut元件未检测到对象，则对应的事件可以被标识为“假触摸事件”。
34.以此方式，本文中所描述的混合传感器可以解决上文关于更传统的电容和力传感器所描述的缺点中的许多缺点。例如，通过使用第二感测元件验证感测到的力，可以减轻由于极小输入(例如，触摸)力引起的误报率。此外，与许多其它类型的电容和/或力传感器不同，本文所描述的pzr、pmut和处理元件可以集成到单个芯片(例如，硅芯片)中，这在小型节能封装中提供优于其它装置的有所改进的感测能力。如下文更详细地描述，这些混合传感器还可以按开放腔模制封装或晶片级芯片规模封装(wlcsp)等各种封装形式以低成本制造，这可以降低技术激增阈值。因此，本文中所描述的混合传感器可以是各种材料和表面中的机械按钮和其它感测装置的低成本且容易实施的替代物。额外特征和优点在下文更详细地描述。
35.混合传感器
36.参考图1，示出了根据一些实施例的具有带有集成双极-cmos-dmos(bcd)处理层120的pzr和pmut元件的混合传感器100的横截面图。具体地说，混合传感器100的pmut元件示出为安置(即，层叠)于bcd处理层120的顶部上的pmut层102。pmut层102由二氧化硅(sio2)层106的下部部分和半导体衬底156形成。sio2层106在半导体衬底156的表面上形成。如上文所简单提及，pmut层102可以被配置成检测混合传感器100附近用户的手指等对象的存在。为此，pmut层102生成并且发送广播到周围介质(例如，空气、水等)中的超声压力波，并且当超声压力波命中对象(例如，用户的手指)时，所述波被反射回其被接收的pmut层102。
37.在一些实施例中，pmut层102通过将电压脉冲(例如，高电压脉冲)施加到底部电极110或顶部电极114中的至少一个来发送超声压力波，所述底部电极或顶部电极安置于压电(pze)层108的相应底侧和顶侧上。如所示出，pze层108可以由安置于氮化硅(sin)层104上的氮化铝(aln)形成。在图1中，pze层108嵌入sin层104中。pmut层102包含sin层104和sio2层106的顶部部分。底部电极110直接形成于谐振腔112和sin层104的顶部表面上。尽管示出为单层sin，但在一些实施例中，sin层104由堆叠的氧化硅和氮化硅层形成。底部电极110可以由钼(mo)和/或具有mo层的铝(al)形成，以增强pze层108的晶体结构，并且顶部电极114可以由al形成；然而，应了解，本文设想用于形成混合传感器100的这些和其它部件的其它材料和/或元件。在各种实施例中，例如，pze层108可以由掺钪氮化铝(alscn)或另一种合适的pze材料形成。此外，在整个混合传感器100中示出了由al形成的各种迹线或电极；然而，为了清楚和简洁，并未独立地标识每一迹线或电极。
38.定位在底部电极110下方的是谐振腔112，所述谐振腔可以用于调谐pmut层102的发送(tx)和接收(rx)频率。具体地说，可以基于tx和rx频率的所需范围来选择谐振腔112的几何尺寸。在一些实施例中，谐振腔112的大小被设定成使得pmut层102发送和接收从100khz到100mhz的范围内的频率。在一些实施例中，谐振腔112的大小被设定成使得pmut层102发送和接收高于10mhz但通常小于100mhz的频率。在一些实施例中，还选择pze层108、底部电极110和顶部电极114的几何尺寸以调谐pmut层102的tx和rx频率。
39.在一些实施例中，sio2层106限定pmut层102和bcd层120两者的一部分。在一些实施例中，sio2层106电耦合(即，经由形成于sio2层中的迹线或电极)和/或机械地耦合pmut层102和bcd层120的各种部件。在一些实施例中，bcd层120的各种部件可以经由安置于sio2层106中的金属电极将电信号发送到pmut层102并且从其接收电信号。如所示出，例如，bcd层120可以包含pzr传感器122、互补金属氧化物半导体(cmos)元件132、双极结型晶体管(bjt)142和双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(dmos)元件144中的一个或多个。cmos元件132、bjt 142和dmos元件144在本文中有时被称为处理电路系统。处理电路系统可以独立地驱动pmut层102以产生超声压力波和/或可由于经由sio2层106感测到的超声压力波而处理来自pmut层102的信号。此外，由于感测到的施加的力，处理电路系统可以处理来自pzr传感器122的信号。在一些实施例中，半导体衬底156被称为(si)层156(例如，si晶片)。
40.如上文所提及，pzr传感器122可以被配置成感测直接或间接施加到混合传感器100的力的量。具体地说，pzr传感器122可以由于施加的机械应变(例如，来自用户输入)而经历电阻变化。在一些实施例中，pzr传感器122由安置于bcd层120的si层156(例如，si晶片)中的pzr深n阱(dn阱)区124形成。pzr dn阱区124内安置了压阻器(pzr)元件126，以及p+区128和n+区150。如所示出，例如，第一电极可以从p+区域128延伸到sio2层106中，并且第二电极可以从n+区150延伸到sio2层106中。
41.如本文所描述，si层156可以是基底层或衬底，pzr传感器122、cmos元件132、bjt 142和dmos元件144中的每一个被集成到其上，并且pmut 102被层叠到其上。换句话说，pmut 102和bcd处理层120的元件中的所有都安置于单个衬底或晶片上，不同于可以具有安置于多个不同衬底上的感测和处理部件的许多其它类型的触摸传感器。这不仅使混合传感器100比许多其它触摸感测装置更紧凑，而且还可以简化制造，如下文所论述。
42.cmos元件132定位在pzr传感器122旁边并且在一些实施例中还安置于si层156中。cmos元件132由cmos dn阱区134和p阱区136形成。cmos dn阱区134内安置了耦合到延伸到sio2层106中的对应电极的两个p+区(例如，两个p+区128)。在这些电极之间和在cmos dn阱区134上的是多晶硅(多晶si)区138。多晶si区被sin包围，并且可以形成栅极场效应晶体管(fet)。如所示出，第三电极可以从多晶si区138延伸到sio2层106中。comos元件132进一步包含p阱区136。两个n+区130嵌入p阱区136中。定位在p阱区136上并且安置于sio2层106内的是由两个sin区侧接的第二多晶si区138。第二多晶si区138嵌入sin中并且形成fet的栅极。
43.bjt 142包含三个p+区128，其包含安置于第二cmos dn阱区134内的一个p+区128。单独的电极从两个p+区128延伸，包含安置于cmos dn阱区134中的p+区128。在图1的实例中，在bjt 142旁边示出的dmos元件144包含第一hv n阱区146，其中安置有浅n阱区148，所述浅n阱区进一步包含另一n+区150。在hv n阱区146下方是第二p阱区136，并且在p阱区136下方是n型直埋层(nbl)154。
44.dmos元件144还包含hv p主体区152，所述hv p主体区具有安置于其中的两个p+区128以及n+区150。在一些实施例中，阱可以在hv主体区152中形成，所述hv主体区可以填充有来自sio2层106的sio2。dmos元件144还示出为包含由两个sin区140侧接的多晶si区138。电极示出为从多晶si区138、p+区128和n+区150中的每一个延伸。此外，示出第二hv n阱区146，所述第二hv n阱区具有安置于其中的第二浅n阱区148和另一n+区150。
45.现在参考图2，示出根据一些实施例的具有高压(hv)处理层160的混合传感器100的替代配置的横截面图。如所示出，混合传感器100的替代配置大体上类似于混合传感器100的配置；然而，不同于bcd处理层120，hv处理层160不包含bjt(例如，bjt 142)。也就是说，在任一配置中，bcd处理层120和hv处理层160的组件可以被配置成驱动pmut 102以产生并且感测超声压力波，并且都包含用于感测施加到混合传感器100的力的pzr传感器122。此外，两种配置都包含cmos元件132和dmos元件144，在一些实施例中，其可将来自pmut层102和/或pzr传感器122的模拟电信号转换成数字信号。此外，在一些实施例中，cmos元件132和/或dmos元件144对数字信号执行信号处理以评估感测到的触摸。
46.如上文所描述，不同于许多其它类型的力和/或触摸传感器，混合传感器100的pzr传感器122和pmut层102的响应可以作为“投票系统”的形式结合利用，以更准确地检测用户输入。包含类似于混合传感器的投票系统的投票系统的另一类型的混合传感器公开于2022年1月31日提交的第pct/us22/14519号pct专利申请中，其以全文引用的方式并入本文中。例如，pmut层102可以检测混合传感器100附近用户的手指等对象的存在，而pzr传感器122可以检测施加到混合传感器100的力的量。如本文所用，“附近”可以指距混合传感器100的阈值距离，所述阈值距离可以在混合传感器100的制造期间预先限定和/或可调谐。例如，阈值距离可以是一英寸或更小，使得当对象在混合传感器100的一英寸内时，pmut层102检测到对象(例如，手指)的存在。然而，应了解，用于限定“附近”的阈值距离在混合传感器100的各种实施方式中可以是可变的。例如，可能有利的是，在某些装置中，混合传感器100对对象的存在比在其它装置中更敏感(即，更大的阈值距离)。
47.随后，如图1中所示出的cmos元件132、bjt 142和/或dmos元件144(或如图2中所示出的cmos元件132和/或dmos元件144)可以将从pzr传感器122和pmut层102接收的相应信号转换成数字输出，然后可以将所述数字输出与相应阈值进行比较(例如，作为“处理”的一部分)，以确定用户是否实际上与与混合传感器100相关联的表面交互(即，触摸)(例如，“真触摸事件”)，或由pzr传感器122或pmut层102中的任一个检测到的事件是否是“假触摸事件”(即，用户实际上未触摸表面)。
48.本公开设想了相应阈值可以被设置为区分pzr传感器122和pmut层102中的每一个的触摸/无触摸的任何值，例如，其中触摸事件映射为数字
‘1’
，而无触摸事件映射为数字
‘0’
。在此实例中，如果pzr传感器122和pmut层102两者的输出一致(例如，pzr传感器122和pmut层102的输出信号都转换成数字
‘
高’信号或
‘
1s’)，则事件可以被分类为真触摸事件。然而，如果pzr传感器122和pmut层102两者的输出不一致(例如，pzr传感器122或pmut层102中的一个的输出信号被转换成数字
‘1’
，而另一部件的输出是
‘0’
)，则事件可以被分类为假触摸事件。
49.装置制造
50.现在参考图3，示出根据一些实施例的pzr植入工艺的图式。如上文所描述，本文所描述的植入工艺可以实施为制造混合传感器100的至少一部分。例如，图3中所示出并且下文关于图4和5进一步描述的植入工艺可以用于制造pzr传感器122和/或cmos元件132的至少一部分。在一些实施例中，首先使用暴露衬底的一部分的光阻掩膜302形成cmos dn阱134。具体地说，可以穿过由光阻掩膜302(未示出)暴露的衬底的第一部分处的屏幕sio2层304而植入cmos dn阱134。随后，可以穿过由光阻掩膜302暴露的衬底的第二部分处的屏幕
sio2层304而植入pzr dn阱124，如图3中所示出。
51.在一些实施例中，一旦植入cmos dn阱134和pzr dn阱124两者，就执行各种氧化物层沉积和热退火步骤。在一些此类实施例中，接着植入cmos p阱306和pzr元件126。具体地说，可以穿过由光阻掩膜302暴露的氧化物层的第一部分(未示出)而植入cmos p阱306。pzr元件126可以被植入光阻掩膜302的第二暴露区域，并且进入已经限定的pzr dn阱124中。在一些实施例中，植入额外层以形成cmos装置(例如，cmos元件132)，沉积氧化物/氮化物层，并且使用多晶si或金属(例如，al)产生电连接，例如图1和2中所示出的各种电连接和迹线。重要的是应注意，装置(例如，混合传感器100)在其中长时间经历显著高温(例如，》400℃)的每个下游沉积工艺(例如，在图3中所示出的工艺之后)可能会影响pzr元件126和pzr dn阱124的成品掺杂分布。因此，在为pzr元件126和pzr dn阱124配制植入配方时，必须仔细考虑热预算。
52.现在参考图4，示出了示出根据一些实施例的示例cmos工艺400的图式。在一些实施例中，cmos工艺400是力和/或混合力传感器的制造工艺的至少一部分。因此，cmos工艺400可以包含在图3中示出并且上文所描述的各种步骤。例如，在步骤402，可以将cmos dn阱(例如，cmos dn阱134)植入衬底(例如，si层156)中。在步骤404，可以将pzr dn阱(例如，pzr dn阱124)植入衬底(例如，si层156)中，并且随后使cmos dn阱和pzr dn阱退火。在步骤406，植入cmos n和p区(例如，将其植入cmos dn阱中)。在步骤408，植入pzr(例如，pzr元件126)(例如，将其植入pzr dn阱中)并且使其退火。在步骤410，植入n+和p+区并且使其退火。最后，在步骤412，执行各种额外沉积步骤。
53.现在参考图5，示出了示出根据一些实施例的示例hv/bdc工艺500的图式。在许多方面，工艺500类似于工艺400，如上文所描述。例如，工艺500的步骤504、506、510、512、514和516可以与工艺400的步骤402到412类似或相同。因此，为了简洁起见，不重复步骤504、506、510、512、514和516。然而，不同于使用不包含hv或bcd处理层的工艺400制造的装置，工艺500可以实施为制造确实包含hv和/或bcd处理层(例如，bcd处理层120和/或hv处理层160)的装置(例如，混合传感器100)。
54.在这方面，工艺500包含用于在cmos/pzr植入阶段之前和之后植入元件的额外步骤(例如，步骤504和506)，以创建这些hv/bcd处理层。例如，在步骤502，植入hv阱并且使其退火。在步骤508，在植入cmos dn阱和pzr dn阱并且使其退火之后，可以植入hv主体。换句话说，工艺500的这些额外步骤可以实施为至少植入dmos元件144，如上文关于图1所描述。
55.应当理解，工艺500的确切次序步骤可以变化，并且在一些实施例中，工艺500可以包含额外步骤或比在图5中所示出的步骤更少的步骤。例如，在工艺500中示出的植入各种元件的次序和/或热退火阶段的次序可以根据所使用的特定基底hv/bcd工艺而变化。然而，工艺500通常包含优于工艺400等更传统的cmos工艺的额外步骤。因此，值得注意的是，使用工艺500形成的混合传感器的热预算可能需要不同的植入配方(例如，对于cmos dn阱、pzr dn阱等)，以产生与使用工艺400制造的装置类似的掺杂分布。
56.传感器封装
57.通常参考图6a到9c，示出了混合传感器100的各种封装格式(即，实施方式)。然而，首先应注意，混合传感器100不限于下文描述的各种包装形式；相反，这些类型的封装作为实例提供，并且本文设想各种其它封装/实施方式。首先转向图6a和6b，示出了示出根据一
些实施例的开放腔模制封装600中的混合传感器100的配置的图式。如所示出，混合传感器100定位在模制封装中，并且安置于框架衬底602的顶上，所述框架衬底可以是层压框架衬底、引线框架衬底或任何其它类型的衬底。
58.在一些实施例中，混合传感器100经由一个或多个接合线604电耦合到也称为层压衬底602的框架衬底602，所述一个或多个接合线可以由铝、金或任何其它合适的导电材料(例如，铜)形成。如所示出，接合线604可以从混合传感器100的顶侧上的若干触点延伸到框架衬底602。在一些实施例中，混合传感器100也包封在模制化合物608中。如本文所描述，模制化合物608可以由用于帮助将混合传感器100紧固到衬底602的任何材料或材料的组合形成，并且通常不具有导电性，以便不影响混合传感器100的操作和/或接合线604上的电信号的发送。因此，本文设想任何合适的模制化合物。
59.在一些实施例中，与其将混合传感器100电耦合到框架衬底602，接合线604可以直接将混合传感器100电耦合到一个或多个触点606。替代地，接合线604可以经由印刷电路板(pcb)或柔性印刷电路板(fpc)614将混合传感器100电耦合到触点606。例如，fpc 614可以包含混合传感器100可以电耦合到其的各种电迹线(未示出)。触点606可以由焊料、铜、铝或任何其它导电材料形成。如所示出，触点606可以是圆柱形的，但还可以是任何其它形状。例如，在一些实施例中，触点606可以是定位在框架衬底602的底侧上的焊球。在一些实施例中，电触点606可以将混合传感器100电耦合和/或机械地耦合到fpc 614。
60.还如图6b中所示出，在一些实施例中，腔616可形成于模制化合物608中。具体地说，腔616可以在包含pmut层102的混合传感器100的部分上位于中心位置，以允许超声压力波的发送和接收(例如，通过pmut层102)。在一些实施例中，腔616可以填充有辅助超声压力波的发送的介质。在图6b中，例如，腔616填充有粘合剂610。因此，粘合剂610可以是传播超声压力波的任何合适的材料。在一些实施例中，粘合剂610延伸超出腔610的边缘并且覆盖模制化合物608的一部分。粘合剂610还可以将混合传感器100、框架衬底602和/或模制化合物608接合到触摸表面612。虽然在图6b中示出为铝表面，但应了解，触摸表面612可以是用户可以与其交互的任何表面，例如玻璃或塑料表面。
61.现在参考图7a和7b，示出了示出根据一些实施例的开放腔模制封装700中的混合传感器100的替代配置的图式。在许多方式中，图7a和7b中示出的混合传感器100的替代配置类似于图6a和6b中示出的配置。例如，两种配置都显示，混合传感器100定位在框架衬底602上，并且经由接合线604电耦合到框架衬底602和/或触点606。此外，混合传感器100示出为包封在模制化合物608中。然而，不同于图6a和6b中示出的配置，开放腔模制封装700不包含形成于模制化合物608中的腔(例如，腔616)。
62.现在参考图8a和8b，示出了示出根据一些实施例的后侧晶片级芯片规模封装(wlcsp)800中的混合传感器100的配置的图式。如所示出，在此配置中，混合传感器100可以包含定位在装置的底侧上、与pmut层102相对的一个或多个触点802。触点802可以是任何合适的导电材料，其可以将混合传感器100电耦合和/或机械地耦合到fpc 614。例如，在图8a中，触点802示出为焊球。在一些实施例中，混合传感器100经由一个或多个硅通孔(tsv)连接804电耦合到触点802，所述一个或多个tsv连接从定位在混合传感器100的顶侧上的触点延伸到混合传感器100的底侧。在一些实施例中，tsv连接804延伸穿过绝缘层806，所述绝缘层可以由聚酰亚胺或任何其它合适的材料形成。在一些实施例中，wlscp 800还包含定位在
稍后的绝缘体806上的金属再分布层(rdl)，其允许触点802处于与tsv连接804不同的位置。例如，tsv连接804可以将混合传感器100电耦合到rdl，并且触点802可以在各种位置处电耦合到rdl。
63.现在参考图9a到9c，示出了示出根据一些实施例的标准wlscp900中的混合传感器100的配置的图式。在一些方面，wlscp 900的配置类似于wlscp 900的配置；然而，在图9a到9c所示出的配置中，触点802定位在混合传感器100的顶侧上(例如，在与pmut层102相同的侧上)。如所示出，例如，触点802从混合传感器100的顶部触点直接延伸，以将混合传感器100电耦合和/或机械地耦合到fpc614。在一些其它实施例中，绝缘层和/或rdl可以定位在混合传感器100上，以允许触点802经由rdl电连接到混合传感器100。在一些此类实施例中，rdl可以定位在绝缘层上。
64.在一些实施例中，粘合剂610安置于混合传感器100和/或fpc 614的顶部上，以用于将混合传感器100和/或fpc 614机械地耦合到触摸表面612。在一些实施例中，可以在fpc 614中形成声窗906，以允许(例如，由pmut层102发送和接收的)超声压力波从混合传感器100传播/传播到所述混合传感器。如所示出，在一些实施例中，声窗906填充有粘合剂610，所述粘合剂可以是辅助超声压力波的发送的任何材料。如图9c中所示出，然而，在某些实施例中，声窗906并不形成在fpc 614中。
65.示例性实施例的配置
66.如各种示例性实施例中所示出的系统和方法的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施例，但许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)。例如，元件的位置可以反转或以其它方式变化，并且离散元件或位置的性质或数量可以更改或变化。因此，所有此类修改意图包含在本公开的范围内。根据替代实施例，任何工艺或方法步骤的次序或序列可以变化或重新排序。在不脱离本公开的范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、操作条件和布置中做出其它替换、修改、改变和省略。应理解，所述方法和系统不限于特定合成方法、特定部件或特定组合物。还应当理解，在此所用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而并非旨在进行限制。
67.除非上下文另外明确指出，否则如在说明书和所附权利要求书中所使用，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包含多个复数指示物。范围在本文中可以表示为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一特定值。当表达这种范围时，另一实施例包含从一个特定值和/或到另一特定值。类似地，当值通过使用前导词“约”表示为近似值时，应理解，特定值形成另一实施例。将进一步理解，每个范围的终点相对于另一终点都是显著的，并且独立于另一终点。
[0068]“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，并且所述描述包含所述事件或情形发生的情况和不发生的情况。在本说明书的描述和权利要求书中，词语“包括(comprise)”和词语的变体，例如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”意指“包含但不限于”，并且不意图排除例如其它添加物、部件、整数或步骤。“示例性”意指
“…
的实例”，并且不旨在传达优选或理想实施例的指示。“例如”不是在限制性意义上使用，而是用于解释目的。
[0069]
公开了可以用于执行所公开的方法和系统的部件。本文公开了这些和其它部件，
并且应理解，当公开了这些部件的组合、子集、相互作用、组等时，虽然可以不明确公开这些组合和排列的每个不同个体和集体组合的特定参考，但本文各自具体设想和描述了所有方法和系统。这适用于本技术的所有方面，包含但不限于所公开的方法中的步骤。因此，如果存在可以执行的各种额外步骤，应理解，这些额外步骤中的每一个可以用所公开的方法的任何具体实施例或实施例的组合来执行。

技术特征：
1.一种混合传感器，其包括：压阻元件，所述压阻元件用于感测施加的力；压电微机械超声换能器(pmut)，所述pmut用于感测所述混合传感器的阈值距离内对象的存在；以及衬底，所述压阻元件和所述pmut两者都安置于所述衬底上。2.根据权利要求1所述的混合传感器，其中所述pmut被配置成发送和接收超声压力波以感测所述对象的存在。3.根据权利要求2所述的混合传感器，其中所述超声压力波在100khz到100mhz的范围内。4.根据权利要求1所述的混合传感器，其中所述压阻元件被植入所述衬底的表面中，并且其中所述pmut被层叠在所述衬底的所述表面上。5.根据权利要求1所述的混合传感器，其中所述pmut包括安置于底部电极与顶部电极之间的压电层，以及安置于所述底部电极下方的谐振腔。6.根据权利要求5所述的混合传感器，其中所述谐振腔是密封腔。7.根据权利要求5所述的混合传感器，其中所述压电层由氮化铝(aln)或掺钪氮化铝(alscn)制成。8.根据权利要求5所述的混合传感器，其中所述底部电极包括钼(mo)。9.根据权利要求1所述的混合传感器，其进一步包括处理电路系统，所述处理电路系统被配置成处理从所述压阻元件和所述pmut中的每一个输出的相应电信号。10.根据权利要求9所述的混合传感器，其中从所述压阻元件输出的所述相应电信号响应于所述施加的力。11.根据权利要求9所述的混合传感器，其中从所述pmut输出的所述相应电信号响应于所述混合传感器的所述阈值距离内所述对象的存在。12.根据权利要求9所述的混合传感器，其中所述处理电路系统被配置成通过将所述相应电信号与相应阈值进行比较来处理所述相应电信号，以确定触摸事件是被分类为真触摸事件还是被分类为假触摸事件。13.根据权利要求12所述的混合传感器，其中当所述相应电信号中的每一个超过所述相应阈值时，所述触摸事件被分类为所述真触摸事件，并且当所述相应电信号中仅一个超过所述相应阈值时，所述触摸事件被分类为所述假触摸事件。14.根据权利要求9所述的混合传感器，其中所述处理电路系统包含互补金属氧化物半导体(cmos)、双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(dmos)或双极结型晶体管(bjt)中的至少一个。15.根据权利要求9所述的混合传感器，其中所述处理电路系统进一步被配置成将多个高压脉冲施加到所述pmut，以使所述pmut发送超声压力波。16.根据权利要求9所述的混合传感器，其中所述处理电路系统安置于所述衬底上。17.根据权利要求1所述的混合传感器，其中所述混合传感器在开放腔模制封装中实施。18.根据权利要求17所述的混合传感器，其中所述开放腔模制封装包含安置于所述pmut顶部上的腔，所述腔填充有将超声压力波发送到所述pmut的介质。
19.根据权利要求1所述的混合传感器，其中所述混合传感器在后侧晶片级芯片规模封装(wlcsp)中实施。20.根据权利要求1所述的混合传感器，其中所述混合传感器在标准晶片级芯片规模封装(wlcsp)中实施。

技术总结
本公开涉及集成压阻(PZR)和压电微机械超声换能器(PMUT)装置及相关的处理方法。一种混合传感器，其包含：压阻元件，所述压阻元件用于感测施加的力；压电微机械超声换能器(PMUT)，所述PMUT用于感测所述混合传感器的阈值距离内对象的存在；以及衬底，所述压阻元件和所述PMUT两者都安置于所述衬底上。PMUT两者都安置于所述衬底上。PMUT两者都安置于所述衬底上。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：QORVO美国公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/8/28