[發明專利]微機電電容式麥克風

無效

• 申請號: 201010189358.5
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN102264019A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 方維倫;詹竣凱
• 申請（專利權）人: 國立清華大學
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及一種微機電電容式麥克風，尤其涉及一種振膜平整度高且應力殘留度低的微機電電容式麥克風。

背景技術

電子產品的發展趨勢一向朝體積輕薄、效率提升的方向前進，麥克風的演進亦不例外。麥克風用以接收聲音并將其轉換為電氣信號，在日常生活中應用廣泛，例如裝置于電話、手機、錄音筆等。以電容式麥克風為例，聲音的變化會以音波形式迫使薄膜結構產生相對應的變形，薄膜結構的變形會導致電容發生變化，因此，可借感測電容變化而讀出壓差值從而獲知聲音的變化。

相較于傳統駐極電容式麥克風(electret?condenser?microphone，ECM)，微機電(Micro-Electro-Mechanical?Systems，MEMS)式麥克風可利用集成電路的工藝技術，將機械元件與電子元件整合于一半導體材料上，借此制作出微型的麥克風，因此漸成微型麥克風的主流。微機電式麥克風除重量輕、體積小、省電外，尚具備的優點包括：其可利用表面黏著(surface?mount)方式生產、能夠忍受較高的回焊溫度(reflow?temperature)、易于與互補式金屬氧化物半導體(CMOS)工藝以及其它音訊電子裝置整合，以及具有較佳的抗射頻(RF)和電磁干擾(electromagnetic?interference，EMI)的特性。

圖1示出了一現有的微機電電容式麥克風1的構造示意圖，其包括一背極板(back-plate)2、一可撓式振膜(membrane?ordiaphragm)3以及一間隔件4。其中，該間隔件4設置于背極板2與可撓式振膜3之間，使可撓式振膜3的周緣可承靠固定于該間隔件4，并與背極板2相互絕緣隔離并平行設置，彼此分別形成一平行電容板結構的上電極與下電極；背極板2對應于可撓式振膜3處開設有多個音孔(air?hole)5，該些音孔5貫通背極板2，并連通開設于一硅基板6的一背腔(back?chamber)7。

分別對該背極板2與可撓式振膜3施加電壓，可使其電性相異并帶有電荷，形成一電容結構。根據平行電極板的電容公式：C＝εA/d(其中ε為介電系數(dielectric?constnt)、A為兩電極板重合面積、d為兩電容板之間距(gap))，可知兩電容板間的間距變化將改變電容值。借此，當一音波作用于可撓式振膜3而造成該可撓式振膜3振動、形變時，可撓式振膜3與背極板2之間的間距將會改變，使得電容的變化而可轉換成電氣信號輸出。位于可撓式振膜3與背極板2之間受擾動、壓縮的空氣，則可自該些音孔5釋放至該背腔7，避免氣壓變動過大而損壞可撓式振膜3和背極板2的結構。

請配合參閱圖2，其示出了一微機電電容式麥克風1的封裝示意圖。該微機電電容式麥克風1設置于一基板8上，并封裝于一金屬蓋體9形成的容置空間內。其中，微機電電容式麥克風1的可撓式振膜3與背極版2分別電性連接至一轉換芯片10，使背極板2與可撓式振膜3之間的電容變化可通過該轉換芯片10轉換成電氣信號而輸出。

現有的微機電電容式麥克風借助音壓造成可撓式振膜形變的特性，來獲致可撓式振膜與背極板間的電容改變。然而，以薄膜沉積可撓式振膜的工藝溫度極高，且因材料彼此間的熱膨脹系數互有差異，如此將使得振膜在制造的過程中累積程度不一的張應力或壓應力。殘存于振膜的應力會導致振膜翹曲，或是形成皺折而導致振膜表面不平整，因而降低其感測時的精準度。更進一步地，麥克風的靈敏度(sensitivity)與振膜的殘留應力呈現反比關系，因此過高的應力殘留將導致靈敏度降低。

據此，美國專利第US5490220號的“Solid?state?condenser?andmicrophone?devices”提出一種無固定邊界的懸浮振膜，利用一懸臂梁來支撐振膜，使振膜懸浮借以釋放溫度效應造成的應力；美國專利第US5870482號的“Miniature?silicon?condenser?microphone”則延伸應用設計出大型平板振膜僅固定一邊的結構；或如美國專利第7023066號的“Silicon?microphone”，通過振膜周緣的特殊結構設計(例如于振膜周緣設計切線式的支撐彈簧)來改善應力殘留的問題。但是，不管振膜利用懸臂梁支撐而懸浮，或是改良其周緣結構方式以解決應力殘留的問題，其工藝與設計均較為復雜，且無法完全解決應力殘留的問題。

發明內容

因此，本發明的目的在于解決上述熱應力殘留的問題，進而提出一種振膜平整度高、應力釋放能力佳且制造容易的微機電電容式麥克風。