声学换能器装置和电子系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了声学换能器装置和电子系统。所述声学换能器装置包括：封装，具有一起限定所述封装的内部空间的基础衬底和覆盖元件，所述基础衬底具有与所述封装外部的环境声学连通的声音端口；MEMS声学换能器，在所述封装的所述内部空间中，并且具有面向所述声音端口的声学室；以及过滤模块，在所述封装的所述内部空间中，并且被布置在所述MEMS声学换能器与所述声音端口之间，所述过滤模块包括具有与所述声音端口和所述声学室流体连接的多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜由半导体材料制成并且具有小于10μm的厚度。

Acoustic transducer device and electronic system

The utility model discloses an acoustic transducer device and an electronic system. The acoustic transducer device includes: encapsulation, a base substrate and a covering element together defining the encapsulated internal space, the base substrate having an acoustic port connected to the encapsulated external environment, a MEMS acoustic transducer, in the encapsulated internal space, and an acoustic chamber oriented to the sound port, and a filter module in the encapsulated inner space. In the encapsulated inner space, and between the MEMS acoustic transducer and the sound port, the filter module comprises a plurality of through-opening filter membranes connected with the sound port and the acoustic chamber fluid, the filter membranes are made of semiconductor materials and have a thickness of less than 10 um.

【技术实现步骤摘要】
声学换能器装置和电子系统
本公开涉及包括过滤膜的声学换能器装置以及包括声学换能器装置的电子系统。
技术介绍
以已知的方式，MEMS(微电子机械系统)类型的声学换能器(特别是麦克风)包括被设计成将声压波转换为电量(例如，电容性变化)的敏感膜结构、以及被设计成执行所述电量的处理的适当操作(其中放大和滤波的操作)的读取电子设备，以便供给表示所接收的声压波的电输出信号(例如，电压)。在使用电容性感测原理的情况下，微电子机械敏感结构通常包括移动电极，其作为隔膜或膜而获得、面向固定电极被布置，以提供具有可变电容的感测电容器的板。移动电极通过其第一部分(通常是周边的)固定到结构层，然而移动电极的第二部分(通常是中央的)响应于由入射声压波施加的压力而自由移动或弯曲。移动电极和固定电极因此形成电容器，并且构成移动电极的膜的弯曲引起根据待检测的声学信号的电容的变化。图1中示出的是声学换能器装置19，以坐标x、y、z的三轴系统表示。声学换能器装置19包括第一管芯21，其集成MEMS结构1，特别是MEMS声学换能器(麦克风)，提供有可移动的并且是导电材料的膜2，其面向刚性板3(通过这里的这个术语指的是相对于膜2相对刚性的元件，膜2相反是柔性的)。刚性板3包括面向膜2的至少一个导电层，使得膜2和刚性板3形成电容器的面对的板。在使用中经受根据入射声压波的变形的膜2至少部分地悬浮在结构层5上方，并且直接面对通过蚀刻结构层5的后表面5b(后部5b与结构层5自身的前表面5a相对，被布置在膜2附近)而获得的腔6。MEMS结构1与半导体材料的另一管芯22一起容纳在封装20的内部腔8中，管芯22集成了处理电路或ASIC(专用集成电路)22'。ASIC22'通过电导体25'电耦合到MEMS结构1，电导体25'连接第一管芯21和第二管芯22的各自的焊盘26'。第一管芯21和第二管芯22并行耦合到封装20的衬底23上。第一管芯21例如通过粘合剂层来在结构层5的后表面5b上耦合到衬底23；同样地，第二管芯22也在其后表面22b上耦合到衬底23。ASIC22'被设置在第二管芯22的前表面22a上，与后表面22b相对。在衬底23中设置适当的金属化层和过空(未详细示出)，以用于将电信号引向封装20的外部。通过引线键合技术获得的另外的电连接25”被设置在第二管芯22的焊盘26”和衬底23的各自的焊盘26”之间。进一步耦合到衬底23的是封装20的覆盖物27，其在其内部包围第一管芯21和第二管芯22。所述覆盖物27可以是金属或预模制塑料。电连接元件29例如以导电盘的形式设置在衬底23的下侧(向外暴露的侧)，以用于焊接和电连接到印刷电路板。衬底23还具有贯通开口或孔28，其将第一管芯21的腔6与封装20外部的环境流体连通地布置。贯通开口28(在下文中称为“声音端口”)使能来自封装20外部的空气流和声压波的进入，声压波通过撞击膜2而引起其偏转。以已知的方式，声学换能器的灵敏度取决于微电子机械结构1的膜2的机械特性，并且还取决于膜2和刚性板3的组装。此外，通过腔6创建的声学室的体积对声学性能具有直接影响，确定声学换能器的共振频率。因此，对MEMS声学换能器的组装施加了若干约束，这使得其设计特别成问题，特别是在需要极其紧凑的尺寸的情况下，例如在便携式应用的情况下。为了至少部分地保护腔6和膜2免受灰尘和/或水和/或其他碎屑可能渗透通过贯通开口28从而减小腔6的有用尺寸以及/或者形成漏电路径并且从而危害声学换能器的性能的影响，已知的是，在封装20的外部并且面向声音端口28(在与其相距一段距离处)提供过滤器(在图1中仅示意性地示出，并且由附图标记30表示)。例如，所述过滤器30耦合到容纳封装20的便携式装置(例如，手机)的保护壳。特别地，在便携式应用的情况下，封装20容纳在便携式设备自身的保护壳内，以这样的方式使得声音端口28转而经由过滤器30本身的插入来面向穿过便携式装置的保护壳而制成的相应的贯通开口或孔。目前使用的过滤器手动装配在便携式装置的保护壳上，因此相对于实际操作需要而呈现过大的尺寸，该实际操作需要仅保护腔6以及显然地保护膜2和刚性板3。此外，过滤器30防止污染颗粒通过穿过便携式装置的保护壳形成的孔来进入，但是没有解决源自来自不同来源(例如，由于保护壳的非完美密封封闭)的灰尘颗粒或其他碎屑的污染问题。同样已知，如文献EP3065416中所述，该文献也公开为美国专利No.9,769,554，使用了集成在微电子机械结构1中和孔28上方的硅过滤器，或者布置在腔6和孔28之间的过滤模块，例如包括形成网格的编织线，以限定沿x轴和/或y轴测量的最大尺寸的贯通开口，包括在5和40μm之间。后一种解决方案在中间制造和组装步骤期间或者在将封装装配在便携式装置中的步骤期间提供对污染物的保护。然而，在两种情况下并且通常对于已知类型的过滤器，过滤器的厚度影响声学换能器19的声学性能，从而影响信噪比(SNR)。因此，期望提供用于小厚度的声学换能器的过滤器，以便最小化对信噪比(SNR)的影响。
技术实现思路
一个或多个实施例针对一种包括过滤膜的声学换能器装置以及一种包括声学换能器装置的电子系统，其将能够克服现有技术的缺点。根据本公开，提供了一种包括过滤膜的声学换能器装置以及一种包括声学换能器装置的电子系统。特别地，过滤膜具有有限的厚度，从而对声学换能器装置的声学性能产生可忽略的影响。在一个方面，一种声学换能器装置包括：封装，具有一起限定所述封装的内部空间的基础衬底和覆盖元件，所述基础衬底具有与所述封装外部的环境声学连通的声音端口；MEMS声学换能器，在所述封装的所述内部空间中，并且具有面向所述声音端口的声学室；以及过滤模块，在所述封装的所述内部空间中，并且被布置在所述MEMS声学换能器与所述声音端口之间，所述过滤模块包括具有与所述声音端口和所述声学室流体连接的多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜由半导体材料制成并且具有小于10μm的厚度。每个贯通开口具有的形状和尺寸使得限制具有大于5μm的尺寸的污染颗粒的通过。所述贯通开口的体积之和与所述过滤膜的悬浮部分的体积之间的比率包括在0.3和0.7之间。所述过滤膜由硅制成。所述过滤模块进一步包括具有在30μm和120μm之间的厚度的硅的支撑层，所述支撑层在所述基础衬底上，所述过滤膜在所述支撑层上。所述基础衬底包括在所述声音端口与所述内部空间之间的凹部，并且其中所述过滤模块至少部分地在所述凹部中。所述MEMS声学换能器在所述过滤模块上并且形成堆叠。所述过滤膜完全包含在所述声学室内。所述过滤膜包括面向所述声音端口的疏水材料的层。在另一方面，一种电子系统包括：微处理器；以及声学换能器装置，被耦合到所述微处理器，所述声学换能器装置包括：封装，具有一起限定所述封装的内部空间的基础衬底和覆盖元件，所述基础衬底具有与所述封装外部的环境声学连通的声音端口；MEMS声学换能器，在所述封装的所述内部空间中，并且具有面向所述声音端口的声学室；以及过滤模块，在所述封装的所述内部空间中，并且被布置在所述MEMS声学换能器与所述声音端口之间，所述过滤模块包括具有与所述声音端口和所述声学室流体连接的多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜由半导体材料制成并且具有小于10μm的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声学换能器装置，其特征在于，包括：封装，具有一起限定所述封装的内部空间的基础衬底和覆盖元件，所述基础衬底具有与所述封装外部的环境声学连通的声音端口；MEMS声学换能器，在所述封装的所述内部空间中，并且具有面向所述声音端口的声学室；以及过滤模块，在所述封装的所述内部空间中，并且被布置在所述MEMS声学换能器与所述声音端口之间，所述过滤模块包括具有与所述声音端口和所述声学室流体连接的多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜由半导体材料制成并且具有小于10μm的厚度。

【技术特征摘要】
2017.09.15 IT 1020170001034891.一种声学换能器装置，其特征在于，包括：封装，具有一起限定所述封装的内部空间的基础衬底和覆盖元件，所述基础衬底具有与所述封装外部的环境声学连通的声音端口；MEMS声学换能器，在所述封装的所述内部空间中，并且具有面向所述声音端口的声学室；以及过滤模块，在所述封装的所述内部空间中，并且被布置在所述MEMS声学换能器与所述声音端口之间，所述过滤模块包括具有与所述声音端口和所述声学室流体连接的多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜由半导体材料制成并且具有小于10μm的厚度。2.根据权利要求1所述的声学换能器装置，其特征在于，每个贯通开口具有的形状和尺寸使得限制具有大于5μm的尺寸的污染颗粒的通过。3.根据权利要求1所述的声学换能器装置，其特征在于，所述贯通开口的体积之和与所述过滤膜的悬浮部分的体积之间的比率包括在0.3和0.7之间。4.根据权利要求1所述的声学换能器装置，其特征在于，所述过滤膜由硅制成。5.根据权利要求1所述的声学换能器装置，其特征在于，所述过滤模块进一步包括具有在30μm和120μm之间的厚度的硅的支撑层，所述支撑层在所述基础衬底上，所述过滤膜在所述支撑层上。6.根据权利要求1所述的声学换能器装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·佩尔勒蒂，F·韦尔切西，S·阿多尔诺，G·阿勒加托，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利,IT