整体尺寸减小的微机电传声器制造技术

本发明专利技术涉及一种整体尺寸减小的微机电传声器，包括：由第一基板制造的传声器单元，传声器单元包括能够在压差的作用下移动的可移动元件和用于测量所述可移动元件的位移的测量装置，由第二基板制造的盖，所述盖具有第一凹槽，用于将测量装置电连接到控制单元的第一装置，所述传声器单元和所述盖在所述传声器单元和所述盖之间界定出真空空间和第一腔，真空空间容纳测量装置，第一腔从第一凹槽延伸且部分地由可移动元件封闭，真空空间和第一腔以密封的方式彼此隔绝，所述传声器包括用于将可移动元件(4)的位移机械地传递至测量装置(10)的装置(8)以及密封隔绝元件(16)，传递装置(8)穿过密封隔绝元件(16)。密封隔绝元件(16)。密封隔绝元件(16)。

【技术实现步骤摘要】
整体尺寸减小的微机电传声器


[0001]本专利技术涉及一种微机电传声器以及一种用于制造微机电传声器的方法。

技术介绍

[0002]微机电传声器或MEMS(微机电系统)传声器可装备多种物件，例如移动电话和个人数字助理。对微机电传声器的需求一直在增加。此外，业界试图制造具有更高效率及更小整体尺寸的传声器。但是，传声器尺寸的减小会影响其性能。
[0003]一种MEMS传声器，其包括对压力差敏感的元件，该元件的一个面与发射待获取声波的区域接触，且该元件的一个面与被称为后空间的空腔接触。后空间通常连接到外部环境，以允许在低频下将压力平衡到大气压力。该空腔通常具有几mm3至几十mm3的体积。该体积越大，与该体积相关联的声噪声越小。装置可测量敏感元件的位移。该测量装置通常是电容型的，敏感元件可形成电极以及与敏感元件相对设置的反电极。反电极被打孔以允许声波到达敏感元件。然而，反电极会形成声阻，降低检测阈值并且产生阻尼，而阻尼会降低传声器的带宽。
[0004]通常，制造MEMS传声器包括以下步骤：制造包括从衬底悬置的敏感元件的组件，以及用于测量敏感元件相对于衬底的位移的装置；在组件的一个面上装配支撑件，该支撑件包括与敏感元件对齐的至少一个通道，以将敏感元件连接到外部环境；以及在支撑件上传送盖，该盖与敏感元件一起界定后空间。此类传声器具有很大的整体尺寸，还存在因反电极而产生的声阻问题。
[0005]一种可能解决反电极的电阻问题的方法是将电容性的测量装置放置在受控的大气中。然而，在提供具有合理整体尺寸的传声器的同时又提供受控的大气空间和后空间会比较复杂，其封装步骤则比较简单。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的一个目的是提供一种高性能微机电传声器，其换能装置被放置在受控的大气中，且其后空间被集成到MEMS中，简化了集成度并最小化了最终尺寸。本专利技术还提供了一种用于制造此类传声器的方法。
[0007]上述目的通过由两个经组装的基板制造的微机电传声器来实现，其第一基板中形成有传声器单元，第二基板形成盖，也称为封装件。第二基板包括至少一个凹槽，该凹槽与第一基板一起形成第一腔，该第一腔容纳传声器的敏感元件并界定出后空间。第一基板和第二基板还界定一个空间，在该空间中存在受控的大气(有利地，处于在低压下的大气)，该空间容纳用于测量敏感元件的位移的装置。该空间以密封的方式与第一腔隔绝。传递装置确保柱塞的位移传递到受控大气空间，并确保该空间与第一腔的隔绝。
[0008]因此，一旦组装两个衬底，则直接形成后空间和受控大气空间，以此方式，则不需要在组装之后制造后空间和受控大气空间。然后，在组装传声器单元和盖之后，传声器的功能直接实现。
[0009]基于本专利技术，传声器具有高集成度和减小的整体尺寸。
[0010]上述目的还通过一种用于制造微机电传声器的方法来实现，所述方法包括：制造第一子组件，所述第一子组件包括至少一个敏感元件和测量装置，所述敏感元件和所述测量装置基本上设置在同一平面内并通过臂连接，所述臂围绕被包含在所述平面内的轴线可旋转地铰接，所述臂将所述敏感元件的位移传递至所述测量装置；制造第二子组件，所述第二子组件包括用于所述敏感元件的至少一个第一腔；以及组装两个子组件，使得第一腔形成用于敏感元件的后空间，且使得两个子组件界定出用于测量装置并与外部环境隔绝的空间。
[0011]本专利技术的方法仅实现两个子组件，即，使用两个衬底，对该两个衬底的结构进行配置，然后被组装。因此实现了制造方法的简化。此外，传声器的测量装置不面向敏感元件，因此不会降低传声器的性能。
[0012]换句话说，上述传声器和方法实现了包括传声器元件和盖或封装基板的基板。
[0013]有利地，第一子组件包括数对敏感元件/测量装置，第二子组件包括至少数个第一腔，从而能够同时制造数个传声器。然后，例如通过切割将传声器单个化。
[0014]本申请的一个主题是一种微机电传声器，包括：
[0015]‑
由第一基板制造的传声器单元，所述传声器单元包括能够在压差的作用下移动的可移动元件和用于测量所述可移动元件的移动的装置，
[0016]‑
由第二基板制造的盖，所述盖具有至少一个第一凹槽，
[0017]‑
用于将测量装置电连接到控制单元的第一装置，
[0018]所述传声器单元和所述盖被组装而使得：所述传声器单元和所述盖在所述传声器单元和所述盖之间界定出受控大气空间(有利地，真空空间)以及从所述第一凹槽延伸的第一腔，所述真空空间容纳所述测量装置，所述可移动元件部分地封闭所述第一腔，所述受控大气空间和所述第一腔以密封的方式彼此隔绝，所述传声器还包括用于将所述可移动元件的位移机械地传递到所述测量装置的装置和密封隔绝元件，所述传递装置穿过所述密封隔绝元件，所述密封隔绝元件在维持密封隔绝的同时也确保所述传递装置的在外部环境与测量室之间的密封通道。
[0019]在一个有利的示例中，所述盖具有第二凹槽，所述第二凹槽与所述传声器单元一起界定出所述受控大气空间。
[0020]优选地，所述密封空间和所述第一凹槽位于所述密封隔绝元件的平面的同一侧上。
[0021]在一个示例性实施例中，所述连接装置位于所述盖中，并且由在所述盖的平面中延伸的至少一个通孔和/或连接轨形成。
[0022]例如，所述连接装置位于所述传声器单元中并且由至少一个通孔形成。
[0023]所述控制单元可以是集成到所述第一基板或所述第二基板中的专用集成电路ASIC。
[0024]例如，所述测量装置是电容性的，且包括在所述第一衬底上的固定电极和集成到所述传递装置的电极。
[0025]在另一个示例中，所述测量装置是实现谐振梁的测量装置。
[0026]本申请的另一主题是一种用于制造至少一个传声器的方法，所述传声器包括：可
移动元件，所述可移动元件配置成在外部环境和第一腔之间的压力差的作用下移动，所述可移动元件包括朝向外部环境的面和朝向所述第一腔的面；用于测量所述可移动元件的位移的装置，所述测量装置容纳在测量室中，所述测量室与外部环境以密封的方式隔绝；用于将所述可移动元件的位移机械地传递至所述测量装置的装置，所述测量装置将所述可移动元件和所述测量装置的至少一部分连接；密封隔绝元件，所述传递装置穿过所述密封隔绝元件，所述密封隔绝元件在维持密封隔绝的同时也确保所述传递装置在外部环境与所述测量室之间的密封通道，所述方法包括：
[0027](a)制造第一子组件，所述第一子组件包括可移动部分、所述传递装置的一部分、所述密封隔绝元件和所述测量装置的至少一部分，
[0028](b)制造包括至少所述第一腔的第二子组件，
[0029](c)制造用于将所述测量装置连接到控制单元的第一电连接装置，
[0030](d)组装所述第一子组件和所述第二子组件，使得所述第一子组件和所述第二子组件界定出受控大气空间，且使得所述第一腔面向所述可移动元件的第二面，且所述第一电连接装置与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电传声器，包括：
‑
由第一基板制造的传声器单元，所述传声器单元包括能够在压差的作用下移动的可移动元件(4)和用于测量所述可移动元件的位移的测量装置，
‑
由第二基板制造的盖，所述盖具有至少一个第一凹槽，
‑
用于将所述测量装置(10)电连接到控制单元的第一电连接装置，所述传声器单元和所述盖被组装而使得：所述传声器单元和所述盖在所述传声器单元和所述盖之间界定出受控大气空间以及从所述第一凹槽延伸的第一腔(6)，所述受控大气空间处于低于大气压力的压力且容纳所述测量装置，所述可移动元件部分地封闭所述第一腔(6)，使得所述第一腔与外部环境流体连通，所述受控大气空间和所述第一腔(6)以密封的方式彼此隔绝；所述传声器还包括传递装置(8)和密封隔绝元件(16)，所述传递装置(8)用于将所述可移动元件(4)的位移机械地传递到所述测量装置(10)，所述传递装置(8)穿过所述密封隔绝元件(16)，所述密封隔绝元件(16)在维持密封隔绝的同时也确保所述传递装置(8)的在外部环境与测量室(12)之间的密封通道，其中所述受控大气空间和所述第一腔(6)位于所述密封隔绝元件(16)的平面的同一侧上。2.根据权利要求1所述的微机电传声器，其中，所述盖具有第二凹槽(12)，所述第二凹槽(12)与所述传声器单元一起界定出所述受控大气空间。3.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述第一电连接装置位于所述盖中，并且由在所述盖的平面中延伸的至少一个通孔和/或连接轨形成。4.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述第一电连接装置位于所述传声器单元中且由至少一个通孔形成。5.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述控制单元是集成到所述第一基板或所述第二基板中的专用集成电路。6.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述测量装置是电容性测量装置，且包括在所述第一衬底上的固定电极和紧固到所述传递装置的电极。7.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述测量装置是实现谐振梁的测量装置。8.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述受控大气空间是真空空间。9.一种用于制造至少一个传声器的方法，所述传声器包括：可移动元件(4)，所述可移动元件(4)配置成在外部环境和第一腔之间的压力差的作用下移动，所述可移动元件(4)包括朝向外部环境的面(4.2)和朝向所述第一腔(6)的面(4.1)，所述第一腔(6)流体连接到外部环境；测量装置(10)，所述测量装置(10)用于测量所述可移动元件(4)的位移，所述测量装置(10)容纳在测量室(12)中，所述测量室(12)与外部环境以密封的方式隔绝；传递装置(8)，所述传递装置(8)用于将所述可移动元件(4)的位移机械地传递至所述测量装置(10)，所述传递装置将所述可移动元件(4)和所述测量装置(10)的至少一部分连接；以及密封隔绝元件(16)，所述传递装置(8)穿过所述密封隔绝元...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：