[發明專利]微機電換能器及對應組裝工藝

有效

• 申請號: 201080059021.0
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102742301A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: K·弗莫薩;M·A·阿佐帕迪;M·F·科特塞
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司;意法半導體(馬耳他)有限公司
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00;B81B7/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張寧

技術領域

本發明涉及MEMS(微機電系統)類型的換能器以及對應組裝工藝，該換能器具體而言是電容性麥克風，對該換能器的后繼處理將做出明確引用，而這并不暗含的任何的普遍性(generality)喪失。

背景技術

如本技術領域通常那樣，術語“封裝體”在此用于指代作為整體的外殼或覆蓋結構，其整體地或部分地包圍構成聲換能器的半導體材料的裸片或劃片，從而實現其到外部的電連接(具體而言，連接至對應電子器件的印刷電路)。

眾所周知，例如電容性類型的MEMS麥克風之類的聲換能器一般包括被設計用于將聲壓波轉換成電學量(具體是電容性變化)微機械感測結構以及被設計用于對該電學量執行適當處理操作以供應電輸出信號(例如電壓)的讀取電子器件。

微機械感測結構一般包括作為振動膜或薄膜提供的移動電極，其被設置為以短的間隔距離(間隙)面對固定電極，從而提供感測電容器的極板，該感測電容器的電容根據待檢測的聲壓波而變化。移動電極一般由其周緣部分錨定至固定結構，而其中央部分響應于傳入的聲壓波施加的壓力而自由移動或是經歷變形，從而以此方式使得感測電容器的電容變化。

更具體而言并且參見圖1，一種已知類型的MEMS聲換能器1的微機械感測結構包括半導體材料(例如硅)的結構層2，其中例如經由化學蝕刻從背側提供空腔3。薄膜或振動膜4耦合至結構層2并且在頂部封閉空腔3；薄膜4是柔性的，并且在使用時經受根據傳入的聲波的壓力的變形。將剛性極板5(一般稱為“背板”)設置在薄膜4之上并經由介入的間隔物6(例如由諸如氧化硅之類的絕緣材料制成)與薄膜4相對。背板5構成具有可變變容的感測電容器的固定電極并且具有多個孔7，而該電容器的移動電極由薄膜4構成，多個孔7被設計為支持氣體朝向薄膜4的循環(從而使得背板5透過聲音)。微機械感測結構還包括(以未示出的方式)薄膜和背板電接觸，其用于偏置薄膜4和背板5并且用于檢測由傳入的聲壓波導致的薄膜4的變形所引起的電容性變化的信號；一般而言，這些電接觸被布置在裸片的、提供微機械感測結構的表面部分。

以已知的方式，MEMS聲換能器1的敏感度取決于微機械感測結構的薄膜4的機械特性(尤其取決于其所謂的“機械順應性”)以及薄膜4和背板5的組裝類型。

此外，前聲室或簡稱為“前室”的空間(即，使用時由聲壓波從外部環境通過適當接入端口進入穿過的空間)以及后聲室或“后室”的空間(即位于前室相對于薄膜4的相對側上的空間在使用時處于參考壓力)直接影響換能器的聲學性能。

具體而言，前室的空間因穿透接入端口的氣體的振蕩而表現為一種亥姆霍茲諧振器。實際上，聲音輸入信號使得前室內的氣體的壓強增加，這因此充當將氣體從同一室推出的彈性體。作為離開前室的氣團的慣性力的結果，同一室內的壓強增加被過補償，從而使得壓強下降，并且在前室內產生的負壓強吸取新的氣體進入前室。壓強的這種重復改變生成了在前室內的氣體的以給定諧振頻率的振蕩。前室的空間諸如為確定聲換能器的上諧振頻率，并且因此確定其高頻性能(實際上，聲換能器的操作頻帶必須低于氣體振蕩的諧振頻率)：一般而言，前室的空間越小，則換能器的、在氣體朝更高頻率偏移的振蕩的諧振頻率范圍內的上截頻越高。

而后室表現為受到壓力的封閉空間，因此后室的空間越小，則聲換能器的敏感度越低(實際上，就如同薄膜的變形受到高硬度彈性體的阻礙)。因此一般而言期望為后室提供大的尺度以便改進聲換能器的敏感度。

MEMS聲換能器的前室和/或后室的空間不僅取決于微機械感測結構的配置，還取決于對應封裝體的保形，該封裝體被配置成不僅容納同一微機械感測結構還容納與其相關聯的讀取電子器件，該讀取電子器件一般提供為在半導體材料的相應裸片中的ASIC。

在設計階段，還需要考慮聲音接入端口的存在涉及對預先布置對入射光的適當屏蔽的進一步要求，該入射光可能危害微機械感測結構和讀取電子器件的適當操作，上述接入端口與外部環境直接連通并被設計成支持聲壓波朝微機械感測結構的薄膜4的進入。

因此對MEMS聲換能器(以及對應封裝體)的組裝施加若干約束，這使得MEMS的設計尤其有問題，特別是當需要緊湊尺度和高電性能和機械性能時。