膜片加勁肋的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及聲學(xué)設(shè)備，更具體地，涉及這些設(shè)備所使用的膜片。
【背景技術(shù)】
[0002]多年以來(lái)已經(jīng)使用各種類型的聲學(xué)設(shè)備。聲學(xué)設(shè)備的一個(gè)例子是麥克風(fēng)。通常來(lái)說(shuō)，麥克風(fēng)將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。麥克風(fēng)經(jīng)常包括多個(gè)組件，包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)以及集成電路(如專用集成電路(ASIC))。MEMS芯片典型地具有布置在其上的膜片和背板。聲能量的變化使膜片運(yùn)動(dòng)，這改變了包括背板的電容，由此產(chǎn)生電信號(hào)。MEMS芯片(die)通常與ASIC —起布置于基片或襯底上，然后兩者由蓋或罩包封起來(lái)。
[0003]如所提到的，以上方式使用了膜片。膜片通常由柔性材料構(gòu)成，例如柔性膜。當(dāng)前膜片被構(gòu)造為單塊實(shí)體。但是，對(duì)于當(dāng)前膜片，存在對(duì)膜片所能實(shí)現(xiàn)的靈敏度和輸入聲壓的限制。
[0004]例如，通常期望聲學(xué)設(shè)備工作在高壓區(qū)域中。但是，由于膜片的高靈敏度，通常證實(shí)在這些區(qū)域中操作傳統(tǒng)膜片很困難。
[0005]現(xiàn)有方式在擴(kuò)展膜片的使用上并不成功。由于以上所述的限制，一些用戶對(duì)這些現(xiàn)有方式不滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種用于布置在微機(jī)電系統(tǒng)MEMS麥克風(fēng)中的膜片，該膜片包括:基部，該基部是大致平面的并具有第一側(cè)和第二側(cè)；以及利用所述基部形成并從所述基部延伸的一個(gè)或更多個(gè)突起，所述突起被構(gòu)造和布置為加強(qiáng)所述基部并增加在失真發(fā)生之前的聲壓水平的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0007]為了更完整地理解本公開(kāi)，應(yīng)參考以下詳細(xì)說(shuō)明和附圖，其中:
[0008]圖1包括根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的頂部進(jìn)音麥克風(fēng)的側(cè)面剖視圖。
[0009]圖2包括根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的底部進(jìn)音麥克風(fēng)的側(cè)面剖視圖。
[0010]圖3A包括示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的具有膜片的加勁肋(stiffener)的創(chuàng)建的示意圖。
[0011]圖3B包括示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的與圖3A所示示意圖對(duì)應(yīng)的加勁肋的創(chuàng)建的過(guò)程流程圖。
[0012]圖3C包括示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的具有膜片的加勁肋的特寫(xiě)視圖的示意圖。
[0013]圖4包括根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的具有加勁肋的膜片的頂視圖。
[0014]圖5包括根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的圖4所示膜片的部分的特寫(xiě)視圖。
[0015]圖6包括示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的本方式的一些優(yōu)點(diǎn)的圖表，其中包括在高聲壓下的線性響應(yīng)。
[0016]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解圖中的元件是出于簡(jiǎn)化和清楚的目的示出，也會(huì)進(jìn)一步理解特定動(dòng)作和/或步驟可以特定發(fā)生次序描述或描繪，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明白這些與順序有關(guān)的特征并非是實(shí)際需要的。還將明白在此使用的術(shù)語(yǔ)和表述具有通常的含義，除非在此提出特定含義，否則與和這些術(shù)語(yǔ)和表述對(duì)應(yīng)的相應(yīng)查詢和學(xué)習(xí)領(lǐng)域的含義相一致。
【具體實(shí)施方式】
[0017]描述了多種方式，提供了在聲學(xué)設(shè)備的更大聲壓范圍內(nèi)具有線性操作的麥克風(fēng)。這些方式并不需要在制造過(guò)程中附加處理步驟。而且，所提供的膜片可在比先前可能的更大操作范圍內(nèi)工作。
[0018]在很多個(gè)這些實(shí)施例中，布置在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)中的膜片包括基部?；渴谴笾缕矫娴牟⒕哂械谝粋?cè)和第二側(cè)。一個(gè)或多個(gè)突起由基部形成并從基部延伸。這些突起被配置和布置為加強(qiáng)該基部并增加在失真發(fā)生之前的聲壓水平的范圍。一方面，這些方式允許在聲音失真發(fā)生之前利用更大范圍的聲壓水平。
[0019]現(xiàn)在參考圖1，描述了麥克風(fēng)100的一個(gè)例子。麥克風(fēng)100包括MEMS芯片102 (包括膜片104和背板106)。MEMS芯片102布置在基板108上。在基板108上布置專用集成電路(ASIC) 110。ASIC 110通過(guò)線112連接到MEMS芯片102。蓋114包封該MEMS芯片102和ASIC 110。端口 116貫穿蓋114使其成為頂部端口設(shè)備。
[0020]一個(gè)方面，膜片104使用如在本文其它地方描述的加勁肋構(gòu)建。在麥克風(fēng)100的操作的一個(gè)示例中，聲音進(jìn)入端口 116。聲音使膜片104運(yùn)動(dòng)。這通過(guò)背板106導(dǎo)致產(chǎn)生變化的電勢(shì)。這產(chǎn)生發(fā)送到ASIC 110的電信號(hào)。該電壓可發(fā)送到基板108外。在這一點(diǎn)上，客戶可將他們的電子設(shè)備連接到基板108中的焊盤(pán)。提及兩個(gè)示例，客戶應(yīng)用包括蜂窩電話或個(gè)人計(jì)算機(jī)。其它示例也是可能的。
[0021]現(xiàn)參考圖2，描述了麥克風(fēng)200的另一示例。麥克風(fēng)200包括MEMS芯片202 (包括膜片204和背板206)。MEMS芯片202布置在基板208上。ASIC 210布置在基板208上。ASIC 210通過(guò)線212連接到MEMS芯片202。蓋214包封MEMS芯片202和ASIC 210。端口216貫穿基板208使其成為底部端口設(shè)備。
[0022]在一個(gè)方面，膜片204使用在本文其它地方描述的加勁肋構(gòu)建。在麥克風(fēng)200的操作的一個(gè)示例中，聲音進(jìn)入端口 216。聲音使膜片204運(yùn)動(dòng)。這通過(guò)背板206導(dǎo)致產(chǎn)生變化的電勢(shì)。這產(chǎn)生發(fā)送到ASIC 210的電信號(hào)。該電壓可發(fā)送到基板208外。在這一點(diǎn)上，客戶可將他們的電子設(shè)備連接到基板208中的焊盤(pán)。提及兩個(gè)示例，客戶應(yīng)用包括蜂窩電話或個(gè)人計(jì)算機(jī)。其它示例也是可能的。
[0023]現(xiàn)參考圖3，描述了制造有加勁肋的膜片的方法的一個(gè)示例。在步驟302，獲取初始基板350。初始基板350是由例如多晶體硅(多晶硅)的材料構(gòu)成。
[0024]在步驟304，在基板350上沉積有犧牲材料352例如二氧化硅。在步驟306，犧牲材料352利用溝槽354圖案化，以創(chuàng)建支架(scaffold)圖案。這一步驟中，犧牲材料用作一種模具，加強(qiáng)部分(即支架構(gòu)件)將在其中形成。換言之，當(dāng)材料被沉積在溝槽354中時(shí)，形成了加強(qiáng)部分。該材料可以是多晶硅。
[0025]在步驟308，在犧牲材料352上沉積膜片和支架材料356，包括進(jìn)入溝槽354內(nèi)部。這些突起是加勁肋，以任何合適的圖案被布置。
[0026]在步驟310，去除基底350和犧牲材料352，留下膜片358。膜片358具有突起360，突起與材料在溝槽354中沉積之處相對(duì)應(yīng)。
[0027]應(yīng)當(dāng)理解，凸起元件的加強(qiáng)圖案(即，支架)可跨越或覆蓋膜片(或膜片的所選擇的部分)區(qū)域的整個(gè)或其很大的百分比。盡管在此示出的加勁肋處于膜片的一側(cè)上，應(yīng)當(dāng)理解它們可覆蓋或位于兩側(cè)上(使用合適的制造方法)。在一個(gè)示例中，提供大于90%的覆蓋范圍。在另一示例中，提供大于95%的覆蓋范圍。其它百分比的覆蓋范圍也是可能的。
[0028]通過(guò)支架所生成的圖案也是可變化的?，F(xiàn)參考圖4和圖5，示出了這些圖案的一個(gè)示例。膜片400包括跨越膜片400的一個(gè)表面的大約90%的凸起的支架圖案。圖案包括頂點(diǎn)402和橫梁404。在一個(gè)示例中，橫梁大約300微米長(zhǎng)，突起從膜片的基部向下延伸0.5微米。其它尺寸也是可能的，也可使用。
[0029]在這些示例中，突起是固態(tài)延伸。所形成的膜片在比通?？赡艿碾妷焊叩碾妷合驴赡鼙黄?。盡管添加該加勁肋降低了麥克風(fēng)的靈敏度，但是，通過(guò)使用高偏壓可恢復(fù)精確的靈敏度，從而允許麥克風(fēng)以更大的輸入聲壓被使用。
[0030]現(xiàn)參考圖6描述本方式的一些優(yōu)點(diǎn)。沿著X軸不出了輸入(聲學(xué)聲壓)。Y軸不出了輸出響應(yīng)。在低聲壓下，響應(yīng)是線性的(線602)。線性值代表理想的靈敏度。但是，在更高的聲壓值下，先前的系統(tǒng)不再具有線性響應(yīng)(線604)。使用本方式在高聲壓下得到直線606。響應(yīng)606是線性的、理想的。因此，本方式在低和高輸入聲壓下都提供了線性響應(yīng)。在此提供的方式提供了沒(méi)有加勁肋但能夠工作在高輸入聲壓環(huán)境中的膜片麥克風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)。使用在此描述的方式，在更高的輸入壓力工作區(qū)域中得到線性響應(yīng)606。這產(chǎn)生了線性且無(wú)失真的響應(yīng)，該響應(yīng)是期望的響應(yīng)類型。
[0031]換言之，添加膜片加勁肋降低了聲學(xué)設(shè)備(如麥克風(fēng))的靈敏度。但是，這種加勁肋允許偏壓增加。所導(dǎo)致的膜片具有薄(如尺寸)的優(yōu)點(diǎn)，還具有厚(在較大響應(yīng)區(qū)域內(nèi)工作)的優(yōu)點(diǎn)。
[0032]在此描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，包括用于執(zhí)行本發(fā)明的發(fā)明人已知的最佳模式。應(yīng)當(dāng)明白的是，所例示的實(shí)施例僅僅是示例性的，不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
[0033]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0034]本專利要求在2014年4月23日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)編號(hào)為61983161的標(biāo)題為“膜片加勁肋”的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引入完全并入這里。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于布置在微機(jī)電系統(tǒng)MEMS麥克風(fēng)中的膜片，該膜片包括: 基部，該基部是大致平面的并具有第一側(cè)和第二側(cè)；以及 利用所述基部形成并從所述基部延伸的一個(gè)或更多個(gè)突起，所述突起被構(gòu)造和布置為加強(qiáng)所述基部并增加在失真發(fā)生之前的聲壓水平的范圍。2.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中，所述突起以支架圖案布置。3.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中，所述突起被設(shè)置在所述膜片的所述第一側(cè)和所述膜片的所述第二側(cè)中的一個(gè)上。4.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中，所述突起被設(shè)置在所述膜片的所述第一側(cè)和所述膜片的所述第二側(cè)兩者上。5.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中，所述突起被設(shè)置在所述基部上以提供在撓曲區(qū)域上的大于90%的覆蓋范圍。6.一種微機(jī)電系統(tǒng)MEMS麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)包括: 背板；以及 靠近所述背板設(shè)置的膜片，該膜片包括: 基部，該基部是大致平面的并具有第一側(cè)和第二側(cè)；以及 利用所述基部形成并從所述基部延伸的一個(gè)或更多個(gè)突起，所述突起被構(gòu)造和布置為加強(qiáng)所述基部并增加在失真發(fā)生之前的聲壓水平的范圍。7.如權(quán)利要求6所述的MEMS麥克風(fēng)，其中，所述膜片的所述突起以支架圖案布置。8.如權(quán)利要求6所述的MEMS麥克風(fēng)，其中，所述膜片的所述突起被設(shè)置在所述膜片的所述第一側(cè)和所述膜片的所述第二側(cè)中的一個(gè)上。9.如權(quán)利要求6所述的MEMS麥克風(fēng)，其中，所述膜片的所述突起被設(shè)置在所述膜片的所述第一側(cè)和所述膜片的所述第二側(cè)兩者上。10.如權(quán)利要求6所述的MEMS麥克風(fēng)，其中，所述膜片的所述突起被設(shè)置在所述基部上以提供在撓曲區(qū)域上的大于90%的覆蓋范圍。
【專利摘要】膜片加勁肋。一種用于布置在微機(jī)電系統(tǒng)MEMS麥克風(fēng)中的膜片包括基部。該基部是大致平面的并具有第一側(cè)和第二側(cè)。一個(gè)或更多個(gè)突起利用所述基部形成并從所述基部延伸。所述突起被構(gòu)造和布置為加強(qiáng)所述基部并增加在失真發(fā)生之前的聲壓水平的范圍。
【IPC分類】H04R19/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105025424
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510308547
【發(fā)明人】B·哈靈頓
【申請(qǐng)人】美商樓氏電子有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日