用于芯片上柔性电路的结构和方法

申请号 CN201110137916.8 申请日 2011-04-21 公开(公告)号 CN102280576A 公开(公告)日 2011-12-14
申请人 霍尼韦尔国际公司; 发明人 R·D·霍尔宁; J·A·赖利; B·潘特;
摘要 本 发明 涉及用于芯片上柔性 电路 的结构和方法。提供一种制备多轴 传感器 的方法,该方法包括形成 覆盖 衬底的牺牲材料的图案,以及在牺牲材料和衬底的锚定表面上覆盖柔性材料。柔性材料包括传感器区域,锚定区域,以及至少一个铰接区域。该方法进一步包括由覆盖柔性材料的相应传感器区域的可定向传感器材料形成传感器元件;沿着锚定区域和邻近的传感器区域之间的边界,在柔性材料中形成至少一个相应的锚定 铰链 ;在柔性材料中形成传感器区域,锚定区域,以及至少一个铰接区域;训练传感器元件,以形成在相同的方向上被定向的相应定向传感器元件;蚀刻牺牲材料;以及与锚定表面成一 角 度地蚀刻衬底。
权利要求

1.一种制备多轴传感器(12)的方法,该方法包括:
形成覆盖衬底(100)的牺牲材料(110)的图案;
在牺牲材料和衬底的锚定表面(130)上覆盖柔性材料(120),该柔性材料包括传感器区域(210),锚定区域(220),以及至少一个铰接区域(230);
由覆盖柔性材料的相应传感器区域的可定向传感器材料形成传感器元件(139);
沿着锚定区域(220)和邻近的传感器区域(212)之间的边界(280),在柔性材料中形成至少一个相应的锚定铰链(235);
在柔性材料中形成传感器区域,锚定区域,以及至少一个铰接区域;
训练传感器元件,以形成在相同的方向上被定向的相应定向传感器元件(140);
蚀刻牺牲材料;以及
与锚定表面成一度地蚀刻衬底。
2.依据权利要求1的方法,进一步包括:
折叠柔性材料(120)中的至少一个锚定铰链(235),其中邻近锚定区域(220)的传感器区域(212)覆盖被蚀刻衬底(101)的至少一部分,其中所述传感器区域(213)被与锚定区域(220)成角度地定向;
由覆盖柔性材料(120)的锚定区域(220)的可定向传感器材料形成传感器元件(139);
以及
训练覆盖柔性材料的锚定区域的传感器元件(139),同时训练覆盖柔性材料的相应传感器区域(210)的传感器元件(139),其中邻近锚定区域(220)的传感器区域(211)覆盖被蚀刻的衬底(355),并且其中传感器区域上的定向传感器元件(141)被与锚定区域上的定向传感器元件(143)成角度地定向。
3.依据权利要求1的方法,其中柔性材料(120)进一步包括接壤两个非邻接传感器区域(211)的180度铰接区域(225),该方法进一步包括:
横越180度铰接区域(225)的对角线(248)图案化对角铰链(250);以及
沿着相应的两个非邻接传感器区域和180度铰接区域之间的两个边界(218)图案化柔性材料的两个铰接区域(227);
蚀刻被图案化的对角铰链以形成对角铰链(250);
蚀刻两个被图案化的铰接区域以形成两个90度铰链(226);
沿着对角铰链(250)折叠180度铰接区域(225);以及
围绕90度铰链(226)旋转180度铰接区域,同时沿着对角铰链折叠180度铰接区域,其中相对于第二传感器区域(212)上的第二定向传感器元件(742),在衬底(101)的面中旋转第一传感器区域(211)上的第一定向传感器元件(741)90度,其中第一定向传感器元件的传感器轴(191)正交于第二定向传感器元件的传感器轴(192);
在锚定表面(130)的第一边缘(358-1)处折叠连接第二传感器区域(212)至锚定区域(220)的第一锚定铰链(235-1),其中第一和第二传感器区域(212)覆盖蚀刻衬底(101)的第一蚀刻表面(357-1);以及
在锚定表面的第二边缘(235-2)处折叠连接第三传感器区域(213)至锚定区域的第二锚定铰链(235-2),其中覆盖第三传感器区域(213)的第三定向传感器元件(743)覆盖蚀刻衬底(101)的蚀刻表面(357-1),并且其中锚定表面的第二边缘与锚定表面的第一边缘相对。

说明书全文

用于芯片上柔性电路的结构和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于芯片上柔性电路的结构和方法。

背景技术

[0002] 具有三个不同优选轴的多轴传感器当前通过形成三个分离的单轴装置而制造,所述单轴装置被正交地装配于载体之上,比如板或。优选地在单个芯片上同时形成全部三个轴,因此避免了封装和装配三个单独装置的时间和成本。遗憾的是,形成具有三个轴定向在三个正交方向上的传感器的芯片上装置常常是困难的,并且有时是不可能的。例如,磁传感器必须被“训练(train)”以沿着选定的方向定向它的灵敏轴。通过在存在外部施加磁场的情况下退火晶片做到这种“训练”。在昂贵的和耗时的过程期间,该传感器被切成小块,并且单独的传感器被正交布置于载体之上。在训练步骤中,外部磁场在整个晶片之上基本上是相同的。因此,不能以一个定向训练晶片上的一个传感器而以不同的定向训练紧接它的另一个传感器。

发明内容

[0003] 本申请涉及一种制备多轴传感器的方法。该方法包括形成覆盖衬底的牺牲材料的图案,以及在柔性材料和衬底的锚定表面上覆盖牺牲材料。柔性材料包括传感器区域,锚定区域,以及至少一个铰接区域。该方法进一步包括由覆盖柔性材料的相应传感器区域的可定向传感器材料形成传感器元件;沿着锚定区域和邻近的传感器区域之间的边界,在柔性材料中形成至少一个相应锚定铰链;在柔性材料中形成传感器区域,锚定区域,以及至少一个铰接区域;训练传感器元件,以便形成在相同的方向上被定向的相应定向传感器元件;蚀刻牺牲材料;以及与锚定表面成一度地蚀刻衬底。
附图说明
[0004] 图1A-1C示出了依据本发明的多轴传感器的实施例
[0005] 图2A-2B示出了依据本发明的多轴传感器的实施例;
[0006] 图3示出了依据本发明用于制备多轴传感器的方法的实施例的流程图
[0007] 图4A-4N是在依据本发明用于制备多轴传感器的处理的各个阶段期间的衬底的视图;
[0008] 依据通常的实践,各种所述的特征并未按比例画出而是画出来强度本发明相关的特征。遍及图和文本,类似的参考符号指示类似元件。

具体实施方式

[0009] 许多类型的传感器具有优选的定向或轴。通常,该优选轴是传感器的关键特征。需要定向的传感器的例子包括陀螺仪加速度计和磁计。陀螺仪测量围绕轴的旋转速率;加速度计测量沿着轴的线性加速度;磁力计测量给定方向上的磁场强度。实际装置通常在不同定向上使用多个传感器。例如,惯性测量单元利用三个正交定向的陀螺和三个正交定向的加速度计,以便完全表征三维空间中的运动。图像稳定传感器利用加速度计和陀螺来测量照相机的振动和旋转。制动控制传感器利用陀螺的组合来测量用于测量旋转和校正汽车中的制动和滑动。三个正交的磁力计可以完全表征局部磁场。
[0010] 针对具有三个正交定向的传感器元件的磁阻传感器(例如各向异性磁阻(AMR)传感器,巨型磁阻(GMR)传感器,或隧穿磁阻(TMR)传感器)这里描述了制备多轴传感器的方法的实施例。制备多轴传感器的方法可被应用于其它类型的传感器,包括但不限于基于其他物理原理的方向性灵敏磁力计,陀螺仪,加速度计,气流传感器以及其他方向性传感器。
[0011] 此处描述的多轴传感器具有在选定的非平行定向上定向的至少两个传感器。此处描述的制备多轴传感器的方法允许制造者同时训练(train)多个覆盖平面衬底的传感器元件具有在相同的方向上定向的感测轴,以形成多个定向传感器元件。训练此处也被称作感测轴训练。制造者然后处理衬底和覆盖衬底的层,从而使得一个或者多个该定向传感器元件相对于彼此按照该多轴传感器所需的操作来定向。其他处理步骤为多轴传感器的操作提供定向传感器元件的感测轴的期望角度对准。
[0012] 在一些实施例中,训练多个定向传感器元件,并且仅利用处理步骤制备多个多轴传感器。在该情况中,通过由重力帮助的向下折叠过程可操作地定向定向传感器元件。
[0013] 在一些实施例中,训练多个定向传感器元件,并且利用用于每一个多轴传感器的处理步骤和折叠步骤制备多个多轴传感器。在该情况中,通过向上折叠过程和向下折叠过程可操作地定向定向传感器元件。在该实施例的一个实施方式中,由空气喷射器帮助向上折叠过程。此处所述的实施例中,制造者不需要利用机器和/或载体上的对准特征而对准多个分离的定向传感器元件。
[0014] 如此处限定的,训练(感测轴训练)是为一个定向传感器元件形成一个感测轴或为了多个定向传感器元件形成多个感测轴。如此处限定的,当两个定向传感器元件被彼此成角度地定向时,定向传感器元件的感测轴彼此成选定的角度。如此处限定的,当两个定向传感器元件被彼此正交定向时,定向传感器元件的感测轴彼此正交。
[0015] 图1A-1C示出了依据本发明的多轴传感器10的实施例。图1A示出了多轴传感器10的斜视图。图1B示出了多轴传感器10的前视图。图1C示出了多轴传感器10的横截面图。
[0016] 多轴传感器10包括衬底100和通常以220表示的锚定区域,传感器区域210,以及通常以230表示的铰接区域。由覆盖衬底100的柔性材料形成锚定区域220,传感器区域210,以及铰接区域230。在实施例中,传感器被定位在锚定区域220之上,因此锚定区域220也是传感器区域210。多轴传感器10也包括具有在三个不同方向上被定向的三个相应传感器轴191-193(通过箭头表示)的三个定向传感器元件141-143。衬底100具有至少一个蚀刻表面355和通常以350表示的锚定表面(图1C)。衬底100的蚀刻表面355与锚定表面350共用边缘356。如图1所示,衬底100的至少两个蚀刻表面355与锚定表面350共用边缘356。
[0017] 柔性材料的锚定区域220被附接至锚定表面350。沿着锚定区域220和邻近的传感器区域210之间的边界,从铰接区域230中的柔性材料图案化和蚀刻铰链235。形成铰链235以覆盖边缘356和可旋转地附接锚定区域220到传感器区域210。传感器区域210向下折叠于衬底100的蚀刻表面355之上,以使传感器区域210具有与锚定区域220和锚定表面350成角度的定向。
[0018] 传感器区域210支持定向传感器元件140。如图1A-1C所示,传感器区域211-213分别支持三个定向传感器元件141-143。三个定向传感器元件141-143具有在三个方向上被定向的三个相应的传感器轴191-193。
[0019] 第一定向传感器元件141具有在第一方向上的第一感测轴191。第一定向传感器元件141覆盖柔性材料的第一传感器区域211。柔性材料的第一传感器区域211覆盖蚀刻表面355之一。
[0020] 第二定向传感器元件142具有在第二方向上的第二感测轴192。第二定向传感器元件142覆盖柔性材料的第二传感器区域212。柔性材料的第二传感器区域212覆盖蚀刻表面355中的另一个。
[0021] 第三定向传感器元件143具有在与Y轴对准的第三方向上的第三感测轴193。第三定向传感器元件143覆盖柔性材料的锚定区域220,所述锚定区域220覆盖锚定表面350。由于两个蚀刻表面355相对于锚定表面350成角度定向,第一和第二传感器区域211和212也与锚定区域220且与彼此成角度定向。类似地,第一定向传感器元件141和第二定向传感器元件142也与第三定向传感器元件143且与彼此成角度定向。
[0022] 如图1A-1C所示,第一定向传感器元件141,第二定向传感器元件142和第三定向传感器元件143不位于正交平面中。由于第一传感器轴191,第二传感器轴192和第三传感器轴193在不同的方向上定向,第一定向传感器元件141,第二定向传感器元件142和第三定向传感器元件143在三个正交方向上可操作来感测。与多轴传感器10通信地耦合的电子电路(未示出)去卷积来自沿着垂直于Y轴的轴X和Z的第一定向传感器元件141、第二定向传感器元件142的输出。以这种方式,多轴传感器10在三个正交方向上可操作来感测。因此,多轴传感器10感测如图1A中的X,Y和Z示出的三个正交方向上的场或力。
[0023] 在该实施例的一个实施方式中,多轴传感器10的第一,第二和第三定向传感器元件141,142,143是隧穿磁阻(TMR)传感器141,142,143。在该实施例的另一实施方式中,柔性材料是聚酰亚胺。在该实施例的又一另外实施方式中,传感器10包括两个定向传感器元件。
[0024] 图2A和2B示出了依据本发明的多轴传感器12的实施例。图2A示出了多轴传感器12的斜视图。图2B示出了多轴传感器12的侧视图。
[0025] 多轴传感器12包括衬底101,以及锚定区域220,三个传感器区域210,两个锚定铰接区域230,180度铰接区域225,以及两个90度铰接区域227。由柔性材料形成锚定区域220,传感器区域210,锚定铰接区域230,180度铰接区域225,以及两个90度铰接区域227。
多轴传感器10也包括具有在三个不同方向上定向的三个相应传感器轴191-193的三个定向传感器元件741-743。多轴传感器12也包括至少一个结合衬垫170和轨迹线175。
[0026] 衬底101具有通常以357-1和357-2表示的两个蚀刻表面。第一蚀刻表面357-1与锚定表面130共用第一边缘358-1。第二蚀刻表面357-2与锚定表面130共用第二边缘358-2。第一边缘358-1与第二边缘358-2相对,并平行于第二边缘358-2。
[0027] 第一定向传感器元件741具有在第一方向上的第一感测轴191。第一定向传感器元件741覆盖第一传感器区域211。第二定向传感器元件742具有在第二方向上的第二感测轴192。第二定向传感器元件742覆盖第二传感器区域212。第二方向正交于第一方向。第一传感器区域211和第二传感器区域212覆盖第一蚀刻表面357-1。
[0028] 第三定向传感器元件143具有在第三方向上的感测轴193。第三定向传感器元件143覆盖柔性材料的第三传感器区域213。第三传感器区域213覆盖第二蚀刻表面357-2。
[0029] 如果衬底是,在图2B中示出的角度θ等于54.74度。在该情况中,第一蚀刻表面357-1和第二蚀刻表面357-2成(subtend)70.52°的角度。由于第一感测轴191,第二感测轴192,第三感测轴193在不同方向上定向,第一定向传感器元件741,第二定向传感器元件742和第三定向传感器元件743在三个正交方向上可操作来感测。利用简单的几何因子可计算感测的场的正交分量
[0030] 如果蚀刻衬底以使在图2B中示出的角度θ等于45度,然后,第一蚀刻表面357-1和第二蚀刻表面357-2成90°角,并且第一感测轴191,第二感测轴192和第三感测轴193彼此正交,并且不利用简单的几何因子,第一定向传感器元件141,第二定向传感器元件142和第三定向传感器元件143在三个正交方向上可操作来感测。
[0031] 沿着180度铰接区域225和形成两个90度铰接区域227的相应两个非邻接的传感器区域211和212之间的两个边界图案化和蚀刻柔性材料。通过90度的铰链226,180度铰接区域225交接第一传感器区域210和第二传感器区域211。沿着对角的铰链250折叠180度铰接区域225。180度铰接区域225的平分的二等分从第一蚀刻表面357-1垂直延伸,并被定位在第一传感器区域211和第二传感器区域212之间。
[0032] 当沿着对角铰链250折叠180度铰接区域225时,两个90度铰接区域226被折叠90°并被旋转成彼此接近。在该实施例的一个实施方式中,90度铰链226由90度铰接区域
227中的柔性材料和覆盖被蚀刻和图案化的90度铰接区域227的第二柔性材料形成。在后一个实施例的一个实施方式中,形成90度铰链226的柔性材料是固化的聚酰亚胺,并且第二柔性材料是未固化或部分固化的聚酰亚胺。
[0033] 用于驱动多轴传感器170的电子电路(未示出)的至少一个结合衬垫170覆盖柔性材料的锚定区域220。在该实施例的一个实施方式中,电子电路在独立的芯片上。在该实施例的另一实施方式中,电子电路被装配在锚定区域的另一部分上。轨迹线175和至少一个结合衬垫170将电子电路通信地耦合至第一,第二和第三定向传感器元件741-743。轨迹线175覆盖柔性材料的铰接区域的至少一部分。具体地,轨迹线175覆盖形成于边缘358-1和358-2的铰链235。柔性材料的路径161(图2B和4G)形成第一传感器区域211和第二传感器区域212之间的连接。用于连接结合衬垫170至第一定向传感器元件741的轨迹线175从结合衬垫170经过形成在边缘358-1之上的铰链230、经过第二传感器区域212,以及经过路径161延伸至第一传感器区域211。
[0034] 在该实施例的一个实施方式中,多轴传感器12的第一,第二和第三定向传感器元件741,742,743是隧穿磁阻(TMR)传感器元件741,742,743。
[0035] 现在描述制备多轴传感器10的方法。图3是依据本发明用于制备多轴传感器12的方法300的实施例的流程图。针对多轴传感器12(图2A和2B)来描述该制备过程,其是比多轴传感器10的制备更复杂的过程。图4A-4N是依据本发明用以制备多轴传感器12的处理的各个阶段期间的衬底101的视图。图4A,4C,4E,4G,4I,4K和4M是处理的各个阶段期间的衬底101的顶视图。图4B,4D,4F,4H,4J,4L和4N是处理的各个阶段期间的衬底101的侧视图。方法300中的一些步骤也用于制备多轴传感器10(图1A-1C)。尽管如本领域技术人员在阅读了该文献后所能够理解的那样,在用于多轴传感器10的沉积材料中蚀刻的图案不同于在用于多轴传感器12的沉积材料中蚀刻的图案,但仍在那些步骤的描述期间指出了那些步骤。
[0036] 用于制备多轴传感器10或12的共同步骤包括:在覆盖衬底的柔性材料中形成铰链;在柔性材料上形成至少一个结合衬垫;形成从至少一个电路至定向传感器元件的轨迹线;从覆盖柔性材料的相应传感器区域的可定向传感器材料形成传感器元件;在蚀刻牺牲层以形成具有在相同的方向上对准的相应第一,第二和第三感测轴的第一,第二和第三定向传感器元件之前同时训练传感器元件;蚀刻在柔性材料之下图案化的牺牲层;以及与衬底的锚定表面成一角度地蚀刻衬底。轨迹线覆盖形成于柔性材料中的铰链的至少一部分。在不同的方向上定向第一,第二和第三感测轴,以使第一,第二和第三定向传感器元件可操作来感测三个正交方向上的力或场;电子电路经由至少一个结合衬垫170和轨迹线175电连接,以便驱动定向传感器元件。在该实施例的一个实施方式中,仅形成两个定向传感器元件。
[0037] 针对单个多轴传感器描述了方法300的过程,但是可以理解,在比如硅,GaAs,InP或其他半导体晶片的晶片上同时形成多个多轴传感器。在该实施例的一个实施方式中,在玻璃衬底上形成多轴传感器。可定向的传感器材料包括当被训练时形成感测轴的材料。在该实施例的一个实施方式中,可定向传感器材料是NiFe(镍-),或NiFeCo(镍-铁-钴)的合金,其中在存在磁场的情况下形成定向感测轴。在该实施例的另一个实施方式中,可定向的传感器材料是合成反铁磁体(SAF),其通过在存在磁场情况下退火而被定向。在标准反铁磁体的层的顶部沉积SAF。反铁磁体/SAF的示范性络合物包括PtMn/CoFeB/Ru/CoFeB或IrMn/CoFeB/Ru/CoFeB,其中,如本领域已知的,PtMn是铂锰,IrMn是铱锰,CoFeB是钴铁,并且Ru是钌。在随后的这些实施例中,CoFeB/Ru/CoFeB是SAF络合物。
[0038] 在框302处,形成覆盖衬底101的牺牲材料110的图案。该步骤为多轴传感器10和多轴传感器12所共有。
[0039] 在框304处,沉积柔性材料120以覆盖牺牲材料110和衬底101的锚定表面130(图2A和2B)。图4A和4B分别示出了在完成框302和304之后衬底101的顶视图和侧视图。在该实施例的一个实施方式中,柔性材料120是被沉积和固化的聚酰亚胺。如果制备多轴传感器10,柔性材料120包括传感器区域210,锚定区域220和至少一个铰接区域
230。如果制备多轴传感器12,柔性材料120包括锚定区域220,三个传感器区域210和两个锚定铰接区域230,180度铰接区域225,两个90度铰接区域227和路径区域160(图4G)。
[0040] 在框306处,由覆盖柔性材料120的相应传感器区域210的可定向传感器材料形成传感器元件139。利用包括但不限于溅射和图案化的技术形成传感器元件139。图4C和4D分别示出了在完成框306之后衬底101的顶视图和侧视图。
[0041] 在框308处,在锚定区域220上形成至少一个结合衬垫170。该至少一个结合衬垫170连接至驱动定向传感器元件741-743的电子电路。在该实施例的一个实施方式中,电子电路装配在没有覆盖有柔性材料(未示出)的锚定区域的另一部分上。
[0042] 在框310处,从至少一个结合衬垫170至传感器元件139形成轨迹线175。轨迹线175覆盖铰链的至少一部分(比如形成于柔性材料120中的锚定铰链235)。薄的聚酰亚胺连接(例如在图4G中示出的路径161)也可以从一个传感器区域120行进至另一个传感器区域120。轨迹线175是经由铰链和路径161将功率和输入/输出信号带至各个定向传感器元件741-743的金属互连引线。
[0043] 在框312处,在柔性材料120中形成锚定区域220,三个传感器区域210,路经161和铰链(例如两个锚定铰接区域230,180度铰接区域225,以及两个90度铰接区域227)。如果制备多轴传感器10,在柔性材料120中形成传感器区域210和锚定区域220,以及锚定铰链235。通常,通过至少一次图案化和至少一次蚀刻过程形成锚定区域220,三个传感器区域210,路经161和铰链。
[0044] 现在描述的是为了多轴传感器12而在柔性材料120中图案化和蚀刻两个锚定铰接区域230,180度铰接区域225和两个90度铰接区域227的过程。沿着锚定区域220和邻近的传感器区域212和213之间的边界280图案化柔性材料120的铰接区域230。横越180度铰接区域225的对角线248图案化对角铰链250。沿着180度铰接区域225和相应两个非邻接(non-contiguous)的传感器区域211和212之间的两个边界281的柔性材料
120的两个铰接区域227为了90度铰链226而被图案化。例如通过在期望的弯曲和/或折叠位置处蚀刻穿孔线生成用于铰链的位置。柔性材料120的穿孔使柔性材料120在铰接区域中不是非常刚性的。如果制备多轴传感器10,在框312处,在柔性材料120的锚定铰接区域230中图案化锚定铰链235(图1A-1C)。
[0045] 蚀刻柔性材料120图案化的铰接区域230以沿着锚定区域220和邻近的传感器区域212和213之间的边界280在柔性材料中形成锚定铰链235。蚀刻图案化的对角铰接区域225以形成对角铰链250。蚀刻两个图案化的铰接区域227以形成两个90度铰链226。
[0046] 在框314处,训练传感器元件139以形成在相同的方向上被定向的定向传感器元件140。利用标准技术训练传感器元件139以产生优选轴,同时传感器元件139位于衬底101的公共面中。被训练的传感器元件139在这里称作定向传感器元件741,742或743,其在该处理的该点处具有相同的优选轴。在定向传感器元件741,742或743中的箭头表示感测轴191-193的定向。图4E和4F分别示出了在完成框308-318之后衬底101的顶视图和侧视图。在该实施例的一个实施方式中,在铰链的图案化和蚀刻之前训练传感器。在该实施例中,在框308之前完成框314。
[0047] 在框316处,在两个90度铰接区域227上沉积和图案化折叠层331。在该实施例的一个实施方式中,由固化的聚酰亚胺形成两个90度铰链226,并且由未固化或部分固化的聚酰亚胺形成折叠层331。该示范性的层结构增强了两个90度铰链226的向上折叠。图4G和4H分别示出了在完成框312之后衬底101的顶视图和侧视图。在该实施例的一个实施方式中,不在方法300中实施框316。
[0048] 在框318处,利用标准蚀刻技术蚀刻牺牲层110。图4I和4J分别示出了在完成框314之后衬底101的顶视图和侧视图。
[0049] 在框320处,沿着对角铰链250折叠180度铰接区域225。当沿着对角铰链250折叠180度铰接区域225时,围绕90度铰链226旋转被平分(bisect)的180度铰接区域225的两个分段,当完成该步骤时,在衬底101的面中,第一传感器区域211上的第一定向传感器元件741相对于第二传感器区域212上的第二定向传感器元件142旋转90°。以该方式,第一定向传感器元件741的传感器轴191正交于第二定向传感器元件142的传感器轴192。图4K和4L分别示出了在完成框320之后衬底101的顶视图和侧视图。
[0050] 在该实施例的一个实施方式中,利用空气喷射器(air jet)折叠180度铰接区域225。在制备之后,空气喷射器从合适的方向瞄准对角铰链250。气流提升对角铰链250处的柔性电路。
[0051] 在折叠之后,柔性电路保持在适当的位置。这例如通过沉积聚合体(包括但不限于聚对二甲苯基和光致抗蚀剂)于折叠结构之上来完成。“闭”特征也可被图案化成柔性电路,从而在折叠之后使它自动地锁定在适当的位置。
[0052] 在框322处,与锚定表面130成一个角度地蚀刻衬底101。在框324处,折叠柔性材料120中的锚定铰链235,从而使邻近锚定区域220的传感器区域212和213覆盖蚀刻衬底101的相应表面357-1和357-2。具体地,在锚定表面130的第一边缘358-1处折叠连接第二传感器区域212至锚定区域220的第一锚定铰链235-1,以使传感器区域212覆盖蚀刻表面101的表面357-1。在锚定表面130的第二边缘358-2处折叠连接第三传感器区域213至锚定区域220的第二锚定铰链235-2,以使第三传感器区域213覆盖蚀刻表面101的表面357-2。第三定向传感器元件743覆盖第三传感器区域213。
[0053] 由于传感器区域211和212在相同的面中,传感器区域211也覆盖蚀刻表面101的表面357-1。由于第一定向传感器元件741和第二定向传感器元件742覆盖相应传感器区域212和212,第一定向传感器元件741和第二定向传感器元件742被与锚定区域220成角度地定向。由于第三定向传感器元件742覆盖传感器区域213,第三定向传感器元件743被成角度地定向至锚定区域220。
[0054] 以该方式,第一,第二和第三定向传感器元件741-743在不同定向上被布置有感测轴191-193。利用简单的几何因子可计算被感测场的正交分量。在其中蚀刻表面357-1和357-2成90°角度的实施例中,第一,第二和第三定向传感器元件741-743被布置有可操作来在三个正交方向上感测的感测轴191-193,并且不需要利用简单的几何因子。
[0055] 在该实施例的一个实施方式中,在铰接区域235中形成一个或多个闭锁特征,以便将传感器区域211-213的一个或多个相对于蚀刻表面357-1和357-2保持在合适的位置。
[0056] 可以理解,基于被处理材料的类型,传感器元件的数量和类型,以及铰链的数量和类型可以重新布置方法300中步骤(框)的顺序。可以在晶片上或者在多轴传感器的封装过程中进行折叠和锁定步骤。如果在封装过程中进行,封装材料本身(通常为聚合体)可以用于永久性地将被折叠多轴传感器保持在合适的位置。
[0057] 因此,方法300用于建立“芯片上柔性电路”,通过在柔性电路上制备传感器,每一个传感器具有相同的定向,然后折叠和“钳位”柔性电路于被蚀刻衬底之上,从而使定向传感器元件741-743具有不同的定向,其能够在三个正交方向上感测场或力。
[0058] 尽管在这里已经描述和叙述了具体实施例,本领域技术人员可以理解计算来实现相同目的的任何布置可替代示出的具体实施例。本申请试图覆盖本发明的任何修改变形。因此,本发明显然试图仅由权利要求和其等价物限定。
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