[发明专利]单裸片微机电系统声学换能器及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在基于半导体材料的单个裸片上形成的声学微机电系统 (MEMS)换能器。

背景技术

用于在诸如移动终端和听觉假体等的便携式通信设备中应用的 MEMS声学换能器必须是具有小尺寸和低成本且仍保持良好的电声性 能、可靠性和可操作性的鲁棒设备。对于保持MEMS(微机电系统)声 学换能器的低制造成本和高可靠性而言，重要的问题是要减少需要制造、 测试和组装的分立元件的数量。由于这些元件中每个元件的小体积以及所 需要的对这些元件中每个元件的精确校准，因此多元件MEMS声学换能 器的组装具有若干缺点。精密的组装工艺增加了制造时间并导致了产量损 失，这转化成了增加的制造成本。

EP0561566B1公开了一种硅麦克风组件，其包括至少两个分立元 件：MEMS换能器裸片和基础部件。MEMS换能器裸片包括整体形成的 隔膜和背板结构、FET电路以及偏压源。贯通孔从在其中布置有隔膜和 背板结构的MEMS换能器裸片的上部、自所述背板下方而延伸到所述 MEMS换能器裸片的下表面。通过晶片级接合工艺将基础部件固定到 MEMS换能器裸片的下表面，以便密封在MEMS换能器裸片的下表面部 分处的贯通孔以及产生用于硅麦克风组件的封闭背腔。该现有技术参考文 件并未公开：如何在所述硅麦克风组件上定位电端子或电凸点、以及将其 定位在所述硅麦克风组件上的何处，以向外部载体如PCB等提供连通性。

US2005/0018864公开了一种硅麦克风组件，其包括三个分立元件： MEMS换能器裸片、集成电路裸片以及传统的基于PCB的基板。MEMS 换能器裸片和集成电路被附接到基于PCB的基板的上表面，并与电气轨 迹(electrical trace)相连。相对的上表面和下表面之间的电镀馈通孔建 立了与基于PCB的基板的下表面之间的电连接，该基于PCB的基板的下 表面还保持了用于将硅麦克风组件连接到外部PCB的电端子或电凸点。 所述下表面基本上是平面，并且通过传统的回流焊接工艺来定位所述电凸 点，以允许所述硅麦克风组件附接到外部PCB。MEMS换能器裸片以及 集成电路基板或裸片的相应的电接触点被线焊到布置在基于PCB的基板 的上表面上的对应点。布置在MEMS换能器裸片的隔膜和背腔结构的下 方的PCB基板中的凹槽或孔用作MEMS换能器裸片的背腔或容积。导电 的盖或罩被附接在PCB基板的上部的周围，用于遮盖MEMS换能器裸片 和集成电路，以免受诸如光和潮湿等的外部环境损害。在形成在导电盖和 内容积中的声音入口中放置有网格，所述网格在导电盖和PCB基板的上 表面的下方被封闭，其构成了硅麦克风组件的前腔。

US6,522,762公开了一种以所谓的“芯片尺寸封装”而形成的硅麦克 风组件。该硅麦克风组件包括MEMS换能器裸片、分立的集成电路裸片、 以及在其中形成有通孔的硅载体基板。该MEMS换能器裸片与集成电路 位置相邻，并且均通过相应的接合点组、经由倒装焊而附接到硅载体基板 的上表面。MEMS换能器裸片和集成电路与运行在硅载体基板上的电气 轨迹相连。在硅载体基板的相对的上表面与下表面之间的馈通结构建立了 与硅基板的下表面之间的电连接，该硅基板的下表面还保持了用于将硅麦 克风组件电连接到外部PCB的电端子或电凸点。所述下表面基本上是平 面，并且通过传统的回流焊接工艺来对所述电凸点进行定位，以允许所述 硅麦克风组件附接到外部PCB。

Akustica公司已经在2003年6月9日在Electonic Design Magazine 中宣布了一种模拟CMOS IC，其包括在硅中蚀刻的且与MOSFET放大 器相集成的、64个微机械加工的电容式麦克风阵列。

US6,829,131描述了具有连接到硅膜结构的积分数字PWM放大器的 MEMS裸片，其适用于通过静电激励来产生声压信号。

本发明的目的是提供一种改进的MEMS声学换能器，其形成在单个 半导体裸片上，由此可以避免用于生产MEMS声学换能器的晶片级接合 工艺和/或若干元件的组装。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种声学微机电系统(MEMS)换 能器，其形成在基于半导体材料的单个裸片上且具有彼此相对的正表面部 分和背表面部分，所述声学MEMS换能器包括：

空腔，其形成在所述裸片中以由此提供背部容积，其中所述背部容积 具有朝向所述空腔的开口的上部和朝向所述空腔的底部的下部；以及