[发明专利]微机电换能器及对应组装工艺

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS(微机电系统)类型的换能器以及对应组装工艺，该换能器具体而言是电容性麦克风，对该换能器的后继处理将做出明确引用，而这并不暗含的任何的普遍性(generality)丧失。

背景技术

如本技术领域通常那样，术语“封装体”在此用于指代作为整体的外壳或覆盖结构，其整体地或部分地包围构成声换能器的半导体材料的裸片或划片，从而实现其到外部的电连接(具体而言，连接至对应电子器件的印刷电路)。

众所周知，例如电容性类型的MEMS麦克风之类的声换能器一般包括被设计用于将声压波转换成电学量(具体是电容性变化)微机械感测结构以及被设计用于对该电学量执行适当处理操作以供应电输出信号(例如电压)的读取电子器件。

微机械感测结构一般包括作为振动膜或薄膜提供的移动电极，其被设置为以短的间隔距离(间隙)面对固定电极，从而提供感测电容器的极板，该感测电容器的电容根据待检测的声压波而变化。移动电极一般由其周缘部分锚定至固定结构，而其中央部分响应于传入的声压波施加的压力而自由移动或是经历变形，从而以此方式使得感测电容器的电容变化。

更具体而言并且参见图1，一种已知类型的MEMS声换能器1的微机械感测结构包括半导体材料(例如硅)的结构层2，其中例如经由化学蚀刻从背侧提供空腔3。薄膜或振动膜4耦合至结构层2并且在顶部封闭空腔3；薄膜4是柔性的，并且在使用时经受根据传入的声波的压力的变形。将刚性极板5(一般称为“背板”)设置在薄膜4之上并经由介入的间隔物6(例如由诸如氧化硅之类的绝缘材料制成)与薄膜4相对。背板5构成具有可变变容的感测电容器的固定电极并且具有多个孔7，而该电容器的移动电极由薄膜4构成，多个孔7被设计为支持气体朝向薄膜4的循环(从而使得背板5透过声音)。微机械感测结构还包括(以未示出的方式)薄膜和背板电接触，其用于偏置薄膜4和背板5并且用于检测由传入的声压波导致的薄膜4的变形所引起的电容性变化的信号；一般而言，这些电接触被布置在裸片的、提供微机械感测结构的表面部分。

以已知的方式，MEMS声换能器1的敏感度取决于微机械感测结构的薄膜4的机械特性(尤其取决于其所谓的“机械顺应性”)以及薄膜4和背板5的组装类型。

此外，前声室或简称为“前室”的空间(即，使用时由声压波从外部环境通过适当接入端口进入穿过的空间)以及后声室或“后室”的空间(即位于前室相对于薄膜4的相对侧上的空间在使用时处于参考压力)直接影响换能器的声学性能。

具体而言，前室的空间因穿透接入端口的气体的振荡而表现为一种亥姆霍兹谐振器。实际上，声音输入信号使得前室内的气体的压强增加，这因此充当将气体从同一室推出的弹性体。作为离开前室的气团的惯性力的结果，同一室内的压强增加被过补偿，从而使得压强下降，并且在前室内产生的负压强吸取新的气体进入前室。压强的这种重复改变生成了在前室内的气体的以给定谐振频率的振荡。前室的空间诸如为确定声换能器的上谐振频率，并且因此确定其高频性能(实际上，声换能器的操作频带必须低于气体振荡的谐振频率)：一般而言，前室的空间越小，则换能器的、在气体朝更高频率偏移的振荡的谐振频率范围内的上截频越高。

而后室表现为受到压力的封闭空间，因此后室的空间越小，则声换能器的敏感度越低(实际上，就如同薄膜的变形受到高硬度弹性体的阻碍)。因此一般而言期望为后室提供大的尺度以便改进声换能器的敏感度。

MEMS声换能器的前室和/或后室的空间不仅取决于微机械感测结构的配置，还取决于对应封装体的保形，该封装体被配置成不仅容纳同一微机械感测结构还容纳与其相关联的读取电子器件，该读取电子器件一般提供为在半导体材料的相应裸片中的ASIC。

在设计阶段，还需要考虑声音接入端口的存在涉及对预先布置对入射光的适当屏蔽的进一步要求，该入射光可能危害微机械感测结构和读取电子器件的适当操作，上述接入端口与外部环境直接连通并被设计成支持声压波朝微机械感测结构的薄膜4的进入。

因此对MEMS声换能器(以及对应封装体)的组装施加若干约束，这使得MEMS的设计尤其有问题，特别是当需要紧凑尺度和高电性能和机械性能时。