MEMS换能器、用于制造其的方法及包括其的电子设备技术

本申请涉及MEMS换能器，具有膜层(101)和至少一个可变通气部结构(301)。可变通气部结构具有：通气孔，以使流体通气，从而减小隔膜层两侧的压力差；及，可移动通气盖(302a，302b)，在平衡位置处至少部分地阻塞通气孔。通气盖响应于通气盖两侧的压力差而从其平衡位置能移动，从而使穿过通气孔的流动路径的尺寸变化。在多个实施方案中，通气盖包括至少第一折翼区段(302a)和第二折翼区段(302b)，第一折翼区段以铰链方式联接到通气孔的侧边，第二折翼区段以铰链方式联接到第一折翼区段，从而相对于第一折翼区段能移动。在一些实施方案中，第二折翼区段(302b)可被配置为使得其偏转远离第一区段(302a)比第一区段偏转远离其平衡位置更容易。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MEMS设备以及方法本专利技术涉及微机电系统(MEMS)设备和方法，具体地，涉及与换能器有关的MEMS设备和方法，所述换能器例如是电容式麦克风。多种MEMS设备正变得越来越受欢迎。MEMS换能器尤其是MEMS电容式麦克风越来越多地用在便携式电子设备(诸如，移动电话、可穿戴设备和便携式计算设备)中。使用MEMS制造方法形成的麦克风设备通常包括一个或多个膜，其中用于读出/驱动的电极被沉积在所述膜和/或基底上。在MEMS压力传感器和麦克风的情况下，通常通过测量所述电极之间的电容来实现读出。在输出换能器的情况下，通过静电力来移动所述膜，所述静电力是通过使跨所述电极施加的电位差变化生成的。图1a和图1b分别示出了已知的电容式MEMS麦克风设备100的示意图和立体视图。电容式麦克风设备100包括一个膜层101，该膜层101形成一个柔性膜，该柔性膜响应于由声波生成的压力差而自由移动。第一电极103机械地联接至所述柔性膜，并且它们一起形成电容式麦克风设备的第一电容板。第二电极102机械地联接至大体刚性的结构层或背板(back-plate)104，它们一起形成电容式麦克风设备的第二电容板。在图1a示出的实施例中，第二电极102被嵌入在背板结构104中，然而本领域的技术人员应理解，第二电极可以在背板的表面上。电容式麦克风被形成在基底105上，所述基底105例如是硅晶片，所述硅晶片可以具有在其上形成的上部氧化物层106和下部氧化物层107。基底中和任何覆盖层中的腔108(在下文中称作基底腔)被设置在膜下方，且可以使用“背部蚀刻(back-etch)”穿过基底105来形成。基底腔108连接至位于膜正下方的第一腔109。这些腔108和109可以共同提供声学容积，因此允许膜响应于声学激励而移动。置于第一电极103和第二电极102之间的是第二腔110。多个孔(在下文中称作排出孔(bleedhole)111)连接第一腔109和第二腔110。又一些多个孔(在下文中称作声学孔112)被布置在背板104中，以便允许空气分子自由移动穿过该背板，使得第二腔110与该背板的另一侧上的空间一起形成声学容积的一部分。膜101因此被支撑在两个容积之间，一个容积包括腔109和基底腔108，另一个容积包括腔110和该背板上方的任何空间。这些容积被定尺寸为使得膜可以响应于经由这些容积中的一个进入的声波而移动。通常，入射声波到达膜所穿过的容积被称作“前容积(frontvolume)”，而另一个容积被称作“后容积(backvolume)”，所述另一个容积可以是大体上密封的。在一些应用中，背板可以被布置在前容积中，以使得入射声音经由背板104中的声学孔112到达膜。在这样的情况下，基底腔108可以被定尺寸为提供一个合适的后容积的至少相当大一部分。在其他应用中，麦克风可以被布置成使得，在使用中可以经由基底腔108接收声音，即该基底腔形成一个到膜的声学通道的一部分和前容积的一部分。在这样的应用中，背板104形成通常由某个其他结构(诸如合适的封装件)封闭的后容积的一部分。还应注意，虽然图1示出背板104被支撑在膜的、与基底105相对的侧上，但是如下这样的布置是已知的，其中背板104被形成为距基底最近，其中膜层101被支撑在背板104上方。在使用时，响应于与入射在麦克风上的压力波对应的声波，所述膜从其平衡位置略微变形。下部电极103和上部电极102之间的距离被对应地更改，从而引起这两个电极之间的电容的改变，所述电容的改变随后通过电子电路系统(未示出)检测。排出孔允许第一腔和第二腔中的压力在相对长的时段(就声学频率而言)内平衡，这减小了例如由温度变化等所引起的低频压力变化的影响，但不会在期望的声学频率下影响灵敏度。为了适合在便携式电子设备中使用，这样的换能器应能够耐受对便携式设备的预期处置和使用，所述便携式设备的预期处置和使用可以包括该设备遭受嘈杂的噪声以及意外掉落。如果设备(诸如移动电话)遭受坠落，这不仅会导致由于撞击而产生的机械冲击，而且还会导致入射在MEMS换能器上的高压力脉冲。例如，移动电话可能在该设备的一个面上具有用于MEMS麦克风的声音端口。如果该设备坠落在那面上，则一些空气可以被坠落中的设备压缩，并且被迫进入声音端口中。此压缩会导致入射在换能器上的高压力脉冲。已经发现，在常规MEMS换能器中，高压力脉冲可以潜在地导致换能器的损坏。为了帮助防止可能由这些高压力脉冲导致的任何损坏，已经提出，MEMS换能器可以被设置有至少一个可变通气部(vent)，所述可变通气部可以在前容积和后容积之间提供一个流动路径，该流动路径具有在使用中可以变化的尺寸。在高压力情形下，所述可变通气部在所述容积之间提供一个相对大的流动路径，以便在所述容积之间提供相对迅速的均衡，从而减小膜上的高压力事件的程度和/或持续时间。然而，在换能器的预期正常操作范围内的较低的压力下，该流动路径的尺寸(如果有的话)是较小的。因此，可变通气部结构(ventstructure)用作一种类型的压力释放阀，以在相对高的压力差下减小作用在膜上的压力差。然而，与膜中可能存在的、具有固定面积从而具有固定尺寸的流动路径的排出孔不同，可变通气部具有响应于压力差而变化的流动路径尺寸。因此，可变通气部允许通气的程度取决于作用在通气部上的压力差，所述压力差显然取决于第一容积和第二容积中的至少一个的压力。该可变通气部因此提供可变的声学阻抗。一种提出的可变通气部结构具有一个可移动部分，该可移动部分可移动，以便打开在膜的任一侧上的容积之间延伸的孔。图2a和图2b例示了这样已知的可变通气部结构。图2a例示了诸如上文关于图1a和图1b描述的换能器的柔性膜101(为了清楚起见，省略了换能器结构的其余部分)。该膜被支撑在包括腔109的第一容积和包括腔110的第二容积之间。如上文描述的，该膜通常将具有多个排出孔111，所述排出孔111被定尺度并且被布置为在换能器上产生调节效应并且减小低频压力变化的影响。然而，这样的排出孔被设计成在感兴趣的声学频率下对动态压力变化具有有限的影响，从而提供对突然高压力事件的非常有限的响应。因此，图2a的换能器结构还包括由可移动部分202形成的可变通气部结构201，如由图2b例示的，可移动部分202可相对于一个孔移动，所述孔在此情况下是穿过膜101的孔。可移动部分202被布置成在平衡压力下(即当第一容积和第二容积处于大体上相同的压力时)占据该孔的区域的至少一些，并且可能占据该孔的区域的大部分。该可移动部分响应于该孔两侧(即在前容积和后容积之间从而膜两侧)的局部压力差而可移动，以便使该孔的尺寸变化，该孔被打开以提供一个流动路径，从而使通气部允许所述容积之间的压力均衡的程度变化。换句话说，在平衡时，该可移动部分可以有效地闭合该孔的至少一部分，但该可移动部分可移动，以便使该孔被闭合的程度变化。可移动部分202可以通过穿过膜材料101蚀刻一个或多个通道203来限定，使得该可移动部分通过一个或多个连接点204附接到膜101的其余部分，从而该可移动部分可以从该膜的其余部分偏转。该通气部可以被配置为使得可移动部分202在MEMS换能器的正常预期操作范围以内的压力差下基本上不被偏转，从而保持该孔闭合，但是在可能潜在地导致膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS换能器，包括：一个膜层；以及至少一个可变通气部结构，包括：一个通气孔，用于使流体通气，从而减小所述膜层两侧的压力差；以及一个可移动通气盖，所述可移动通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；其中，所述通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，从而使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；并且其中，所述通气盖包括至少第一折翼区段和第二折翼区段，所述第一折翼区段以铰链方式联接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段，从而相对于所述第一折翼区段能移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 GB 1422774.81.一种MEMS换能器，包括：一个膜层；以及至少一个可变通气部结构，包括：一个通气孔，用于使流体通气，从而减小所述膜层两侧的压力差；以及一个可移动通气盖，所述可移动通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；其中，所述通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，从而使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；并且其中，所述通气盖包括至少第一折翼区段和第二折翼区段，所述第一折翼区段以铰链方式联接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段，从而相对于所述第一折翼区段能移动。2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第二折翼区段仅经由所述第一折翼区段而联接到所述通气孔的侧边。3.根据权利要求1或2所述的MEMS换能器，其中，所述第二折翼区段被铰接到所述第一折翼区段。4.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，所述第一折翼区段对于给定的压力差而偏转远离平衡位置的程度不同于所述第二折翼区段对于相同的压力差而偏转远离所述第一折翼区段的程度。5.根据权利要求4所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，所述第二折翼区段偏转远离所述第一折翼区段比所述第一折翼区段偏转远离平衡位置更容易。6.根据权利要求4所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，对于至少一个压力差，所述第二折翼区段相对于所述第一折翼区段偏转的量将大于所述第一折翼区段从平衡偏转的量。7.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段经由第一连接部而联接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段通过第二连接部而联接到所述第一折翼区段。8.根据权利要求7所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部的尺度和/或几何形状彼此不同。9.根据权利要求8所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部中的每个都包括一个颈部区域，并且所述颈部区域的尺度彼此不同。10.根据权利要求7至9中的任一项所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部中的至少一个包括一个梁结构。11.根据权利要求7至10中的任一项所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部中的至少一个包括多个连接区域，所述多个连接区域沿着一个铰链轴线被间隔开。12.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段联接到所述通气孔的侧边，用于大体上围绕第一铰链轴线移动，并且所述第二折翼区段联接到所述第一折翼区段，用于大体上围绕第二铰链轴线相对于所述第一折翼区段移动，其中，所述第一铰链轴线和所述第二铰链轴线彼此平行。13.根据权利要求12所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段被联接用于围绕所述第一铰链轴线在一个旋转方向上移动，并且所述第二折翼区段被联接用于围绕所述第二铰链轴线在相同的旋转方向上移动。14.根据权利要求12所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段被联接用于围绕所述第一铰链轴线在一个旋转方向上移动，并且所述第二折翼区段被联接用于围绕所述第二铰链轴线在相反的旋转方向上移动。15.根据权利要求1至13中的任一项所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段在所述第一折翼区段的一侧上联接到侧壁，并且在其相反侧上联接到所述第二折翼区段。16.根据权利要求1至13中的任一项所述的MEMS换能器，其中，所述第二折翼区段在所述第一折翼区段的周界内。17.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段的面积是所述通气盖的面积的至少20％。18.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述第二折翼区段的面积是所述通气盖的面积的至少20％。19.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在低于第一压力阈值的压力差时，至少所述第一折翼区段不从平衡位置显著偏转。20.根据权利要求20所述的MEMS换能器，其中，所述第一压力阈值为所述MEMS换能器的预期正常操作压力范围，或高于所述MEMS换能器的预期正常操作压力范围。21.根据权利要求19或20所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在高于所述第一区段的第二压力阈值的压力差时，所述第一折翼区段从平衡位置显著偏转。22.根据权利要求19至21中的任一项所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在高于所述第二区段的第二压力阈值的压力差时，所述第二折翼区段从平衡位置显著偏转。23.根据权利要求22所述的MEMS换能器，其中，所述第二压力阈值在所述MEMS换能器的正常操作预期操作压力范围内。24.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖包括至少一个附加折翼区段，其中所述附加折翼区段或每个附加折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段或所述第二折翼区段或一个中间附加折翼区段中的一个。25.根据权利要求24所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在所述MEMS换能器的预期正常操作范围内的压力差时，至少一个附加折翼区段从其平衡位置显著偏转。26.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为提供一个流动路径尺寸，所述流动路径尺寸在使用时随着处于所述MEMS换能器的正常预期操作范围内的压力而变化，从而提供可...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·卡吉尔，M·S·皮耶豪钦斯基，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB