CN105493519B - 带阀门机制的mems器件 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种MEMS器件，包括：印刷电路板；盖子，附接至印刷电路板从而形成壳体；形成在所述壳体中的至少一个声孔；位于所述壳体内部的具有振膜的声电转换芯片；以及，至少一个快门结构，位于所述壳体内部，每个快门结构可围绕相对应的声孔安装到壳体上。每个快门结构包括：衬底，具有形成在其中的至少一个通风孔；可移动部件，具有形成在其中的至少一个空气间隙和可移动部分。可移动部件连接在衬底和壳体之间；其中，所述可移动部分在常规压力下保持在打开位置使得从声孔经过所述可移动部件的至少一个空气间隙到所述衬底的至少一个通风孔的空气流路径被打开，在高外部压力下移动到第一关闭位置以阻塞所述衬底的至少一个通风孔并因而关闭空气流路径。

Description

带阀门机制的MEMS器件

技术领域

本发明总体上涉及微机电系统(MEMS)器件，更具体地，涉及带阀门机制的MEMS器件。

背景技术

MEMS麦克风，也称声电转换系统，已经研发多年了。MEMS麦克风已广泛应用于许多应用中，诸如手机、平板电脑、相机、助听器、智能玩具以及监视装置等。

专利号为US6,781,231的美国专利公开了一种MEMS封装件，包括表面安装部件(例如，硅基电容式麦克风和集成电路)、衬底、具有内杯和外杯的盖子，以及形成在盖子中以用于接收声学信号的孔或声学端口，其中，盖子附接于衬底以形成壳体。孔或声学端口可被认为是允许声能进入壳体内部的自由的“声音端口”路径。每一声学端口可包括设置在内杯和外杯之间的环境阻挡层以阻止水、粒子和/或光进入到封装件中并损坏内部部件。然而，环境阻挡层会阻碍空气流通过声音端口进入到壳体内部，从而降低声学信号到达微机电系统麦克风的性能。

专利号为US6,324,907的美国专利公开了一种柔性衬底声电转换组件。柔性衬底提供了声电转换系统与用于容纳声电转换组件的电子设备之间的连接性。多个通孔形成在柔性衬底的第二端部中以形成连通到外部环境的第一通道。然而，一个不期望的问题是由于坠落测试造成的空气压力脉冲使得很容易损坏声学转换系统中的声电转换元件的振膜。

专利申请号为WO 2013/097135的专利申请文献也公开了一种MEMS麦克风，包括硅衬底以及硅衬底上的声学传感部。网络结构背孔，具有多个网梁以及由网梁和侧壁限定的多个网孔，形成在衬底中并且与声学传感部对准。网络结构背孔有阻于使空气压力脉冲流线型化，并因此减少对声学传感部的影响；而且它也能用作保护性过滤器以阻止诸如颗粒的外部物质进入麦克风。

然而，上述两种方法的缺点在于诸如颗粒的外部物质容易通过诸如柔性衬底中的孔和网络结构背孔的网孔等声音端口陷入到MEMS麦克风的振膜，特别是在由于掉落测试造成的高空气压力脉冲下。

发明内容

本发明旨在提供一种具有阀门机制的MEMS器件。该MEMS器件可以提供使内部部件(例如换能器芯片)免受强空气流脉冲或强声压的保护。

本发明的一个目的在于提供这样一种MEMS器件，包括：印刷电路板；盖子，所述盖子附接至印刷电路板从而形成壳体；形成在所述壳体中的至少一个声孔；位于所述壳体内部、具有振膜的声电转换芯片；以及位于所述壳体内部的至少一个快门结构。每个快门结构可围绕相对应的声孔安装到壳体上。每个快门结构包括衬底，具有形成在其中的至少一个通风孔；可移动部件，所述可移动部件包括形成在其中的空气间隙和可移动部分。所述可移动部件连接在所述衬底和所述壳体之间。所述可移动部分在常规压力下保持在打开位置使得始自声孔并经过所述可移动部件的至少一个空气间隙到所述衬底的至少一个通风孔的空气流路径被打开，在高外部压力下移动到第一关闭位置以阻塞所述衬底的至少一个通风孔并因而关闭所述空气流路径。

在一可选实施方式中，所述至少一个声孔包括形成在印刷电路板中的第一声孔，以及，所述至少一个快门结构包括与所述第一声孔对应的第一快门结构，并且所述第一快门结构设置在所述印刷电路板的第一声孔上方。而且，所述声电转换芯片设置在所述第一快门结构的衬底上。

在另一可选实施方式中，所述至少一个声孔包括形成在所述盖子中的第二声孔，以及，所述至少一个快门结构包括与所述第二声孔对应的第二快门结构。所述第二快门结构的可移动部件可接合至所述盖子的内表面并且位于所述第二声孔上方，以及，所述声电转换芯片设置在所述印刷电路板上方。

在一实施方式中，每个快门结构还包括第一间隔件，其具有由侧墙封闭的第一开口。所述可移动部分与所述衬底平行。第一间隔件连接在所述衬底和所述可移动部件之间以使得在常规压力下空气流穿过第一开口至所述至少一个通风口，以及在高外部压力下所述可移动部分移动穿过第一开口。

在一实施方式中，MEMS器件还包括第二间隔件，具有由侧墙封闭的第二开口，其中所述第二间隔件连接在所述壳体和每个快门结构的可移动部件之间以使得在常规压力下从所述声孔来的空气流穿过第二开口。

在一实施方式中，对第一声孔开放的凹槽形成在印刷电路板的上部。所述第一快门结构围绕所述凹槽设置，并因而所述可移动部件的可移动部分悬在所述凹槽上方。

在一实施方式中，所述可移动部件还包括位于所述可移动部件的周边边缘并且连接到衬底的固定部分。可移动部分位于可移动部件的中心部位。所述至少一个空气间隙将所述固定部分与所述可移动部分间隔开。可选地，所述可移动部件还包括连接在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧以便于高外部压力下可移动部分的移动。

在一实施方式中，可移动部件的可移动部分可以是单个可移动板或者可移动板阵列。

在一实施方式中，可移动部件的可移动部分可以是与所述声孔和所述至少一个通风孔连通的穿孔板。

在一实施方式中，每个快门结构的可移动部件的可移动部分在高内部压力下可移动到第二关闭位置以阻塞相应的声孔。

在一实施方式中，一旦去除所述该外部压力或内部压力，可移动部分可回到所述打开位置以打开所述空气流路径。

在一实施方式中，该高外部压力或内部压力可以是常规声压水平的约500倍以上的声压或者大于约1.2个标准大气压的空气压力。

本发明的另一个目的是提供一种MEMS器件，包括：印刷电路板；盖子，附接至所述印刷电路板从而形成壳体；形成在所述壳体中的第一通孔；快门结构，具有可移动部分，支撑部分和形成在所述可移动部分和支撑部分之间的至少一个空气间隙。所述快门结构围绕所述第一通孔设置并通过所述支撑部分接合至所述壳体以提供始自所述第一通孔后穿过所述快门结构的至少一个空气间隙至所述壳体的内部的空气流路径。所述快门结构的可移动部分在常规压力下保持在打开位置以打开空气流路径，以及在高压力下移动到关闭位置以关闭空气流路径。

在一实施方式中，所述快门结构通过第一间隔件接合至所述壳体的外表面，所述第一间隔件具有由侧墙封闭的第一开口，并且所述快门结构的可移动部分在高压下移动穿过第一开口至关闭位置以阻塞第一开口。

在一实施方式中，快门结构接合至壳体的内表面。所述快门结构的支撑部分包括具有至少一个通风孔且与所述可移动部分平行的衬底；具有由侧墙封闭的第二开口的第二间隔件，所述第二间隔件连接在所述衬底和所述可移动部分之间，使得在常压下空气流可按顺序通过第一通孔、至少一个空间间隙、第二开口和至少一个通风孔并进入到所述壳体的声学腔室，以及在高压下可移动部分可向衬底移动并穿过所述第二开口以阻塞至少一个通风孔。

在一实施方式中，所述MEMS器件进一步还包括具有振膜的声电转换芯片，所述声电转换芯片设置在所述壳体内部且位于印刷电路板上方。

在一实施方式中，所述高压可以是常规声压水平的约500倍以上的声压以及大于约1.2个标准大气压的空气压力。

在一实施方式中，所述快门结构应用于CMOS集成单片麦克风器件、MEMS麦克风器件或者其他的MEMS器件。

本发明的另一目的是提供一种声电转换器件，包括具有振膜的声电转换元件和快门结构。所述快门结构包括衬底，具有形成在其中的至少一个孔；可移动部件，具有形成在其中的至少一个空气间隙和可移动部分，所述可移动部件接合至所述衬底的第一表面使得在所述可移动部件和所述衬底之间形成封闭的空间。所述声电转换元件接合至所述衬底的第二表面，并且所述声电转换元件的振膜面朝第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对。所述可移动部分在常压下保持在休息位置以提供从可移动板的至少一个空气间隙穿过所述衬底的至少一个孔至所述声电转换元件的振膜的空气流路径，以及在高压力下朝衬底移动并穿过所述封闭空间以阻塞所述衬底的至少一个孔。

在一个实施方式中，可移动部件的可移动部分可以是单个可移动板或者可移动板阵列。

根据本发明实施方式，可为MEMS器件或麦克风(也称声电转换器件)提供快门结构。快门结构可使得在常规条件下声学信号接触到器件内部的声电转换元件或者其他内部部件，然而在非常激进的压力条件下自动阻止相对较高的声学压力或强空气流脉冲接触那些内部部件，并因此提供了具有阀门机制的MEMS器件或麦克风器件以保护它的内部器件免受损坏。而且，由于与其他物理量(如电信号、电子信号、磁信号或光学信号等)之间的转换不需要，因此本发明的MEMS器件具有结构简单、成本低以及可靠性高的优点。如果快门结构的可移动部分恰好设置在空气流通过的孔上方，快门结构还可以用作保护型过滤器以阻止诸如颗粒的外部物质进入到MEMS器件。

附图说明

为更完整的理解本发明及其优点，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：

图1是根据本发明一实施方式的MEMS器件的截面图。

图2是根据本发明一实施方式的应用于图1所示的MEMS器件的快门结构的部分的透视图。

图3是图2中的快门结构的可移动部件的俯视图。

图4A和4B是描述根据本发明实施方式的快门结构的工作原理的示意图。

图5是根据本发明实施方式的另一MEMS器件的截面图。

图6A和6B示出了根据本发明实施方式的又一MEMS器件的截面图。

图7A示出了根据本发明实施方式的应用于MEMS器件的另一快门结构的截面图。

图7B-7D每个示出了图7A的快门结构中的一层的俯视图。

除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常指相应部件。所绘制的附图用于示例说明各实施方式的相关方面，因而不必成比例绘制。

具体实施方式

下面，详细讨论一些实施方式的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施方式仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。

可以理解，以下公开文本提供了许多不同的实施方式或者实例以用于实现不同的特征。下面描述了部件或者布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是例子并不用于限制本发明。另外，本发明在不同实例中可重复标号和/或字母。这种重复是简化和清楚的目的并且其本身不指定阐述的不同实施方式和/或结构之间的关系。而且，下面说明书中第一部件在第二部件上方形成可包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施方式，并且还可包括附加部件可介于第一部件和第二部件之间形成，使得第一部件和第二部件可不直接接触形成的实施方式。

相关空间术语，例如，“在…之下”、“下面的”、“在…之上”，“上面的”、“在…上方”等可被本文使用，以便于描述附图中示出的一个元件或者部件与另一个(另一些)元件或者部件之间的关系。可以理解，相关空间术语旨在包括除附图中绘制的方向之外的使用或者操作器件的不同方向。例如，如果附图中的器件翻转，那么描述为在其他元件或者部件之下或者下面的元件将定位在其他元件或者部件之上。因此，示例性术语“在…之下”可包括在…之上和在…之下的方向。所述器件可以其他方式定位(旋转90度或者在其他方向)并且本文使用的空间相关描述符可作同样的解释。

图1是根据本发明一实施方式的MEMS器件的截面图。参考图1，MEMS器件100包括印刷电路板(PCB)110，其具有形成在其中的声孔112，盖子120，ASIC芯片130，声电转换芯片140和快门结构150。盖子120附接于印刷电路板110从而形成封闭的壳体，该壳体为内部元件提供保护。ASIC芯片130、声电转换芯片140和快门结构150设置在壳体的内部。快门结构150可设置在PCB110上方且围绕声孔112的位置。声电转换芯片140设置在PCB110上方且位于快门结构150上。快门结构150与壳体结合形成用于声电转换芯片140的声学腔室114。

图2示出了根据本发明一实施方式的应用于图1中示出的MEMS器件的快门结构的部分透视图。图3是图2的快门结构的可移动部件的俯视图。参考图1-图3，快门结构150包括衬底152、间隔件154以及可移动部件156。衬底152具有通风孔1521。间隔件154具有由侧墙1541封闭的中空空间1543。可移动部件156可包括固定部分1561、可移动部分1563和弹簧条1565。在一实施方式中，一些开口槽1564可形成在可移动部件156中以创建从固定部分1561延伸至可移动部分1563的弹簧条1565。可采用诸如蚀刻工艺、切割工艺等的工艺以预定义的图案来蚀刻板从而形成固定部分1561、可移动部分1563和弹簧条1565。为了可移动部分1563的移动和空气流可穿过可移动部件156的目的，通过开口槽1564和弹簧条1565将可移动部分1563与固定部分1562间隔开。可移动部分1563的尺寸设计为使得可移动部分1563可移动(或弯曲)通过间隔件154的中空空间1543。位于固定部分1561和可移动部分1563之间的弹簧1565可增加可移动部分的柔韧性，从而减少可移动部分1563的机械强度。

间隔件154设置在衬底152上。可移动部件156的固定部分1561设置在间隔件154的侧墙1541上(如图1所示)，并因此可移动部分1563悬在间隔件154的中空空间1543(如图1所示)上方。当一个合适的外力施加于可移动部分1563时，可移动部分1563可朝衬底152移动并穿过空间1543。

回到图1，在常规的声压下，由于存在可移动部件156的开口槽1564、中空空间1543和通风孔1521，因而空气流可从声孔112开始穿过快门结构150并进入到声学腔室114，并且不会对MEMS的性能造成影响。仅相对较高的声压或空气流冲击可造成可移动部分1563的大运动从而堵塞至声学腔室的空气流路径，使得能够保护MEMS器件的振膜和背板。

图4A和图4B是描述根据本发明实施方式的快门结构的工作原理的示意图。快门结构150包括可移动部件156、设置在可移动部件156上的间隔件154和设置在间隔件154上的衬底152。参考图4A，在常规声压下，可移动部件保持在休息位置(或打开位置)以允许空气流穿过可移动部件156中的两个空气间隙、间隔件154的开口和衬底152的通风孔。进一步参考图4B，在高声压下，可移动部件156的可移动部分向上移动到关闭位置以阻塞衬底152的通风孔，从而空气流不能通过通风孔。由于快门结构的可移动部分与使用在气路中的阀门类似，因此这种控制空气流的机制也称为阀门机制。

当图2示出的快门结构150安装在PCB110上时，可移动部件156的可移动部分1563和PCB110之间应保留一定的空间以使得常压下空气流可从声孔112流至通风孔1521。如图1所示，可蚀刻PCB110的上部以形成对声孔112开放的凹槽116。可移动部件156的固定部分1561可与PCB110的围绕凹槽116的表面接触，并因而可移动部件156的可移动部分1563悬在凹槽116上方。因此，空气流或声能的路径可以为从声孔112开始，经凹槽116、中空空间1543和衬底152的通风孔1521至腔室115。优选地，凹槽的尺寸可选择为允许可移动部分1563在凹槽116内移动。可选地，快门结构150可通过具有通孔的支撑件设置在PCB10上以允许从声孔112流至衬底152的通风孔1521的空气流以及允许可移动部分1563在支撑件的通孔内的移动。

快门结构150在声学上和机械上响应于环境。诸如由坠落测试引起的高空气压力脉冲、高声压、高加速度振动(如机械冲击)等的激进条件可导致用于MEMS器件的高压力。应当理解，与麦克风技术领域或MEMS技术领域相关的术语“高压”指可导致MEMS器件的内部部件(如MEMS封装件中易碎的振膜、背板、悬臂和其他可移动结构)受到潜在或实际损害的压力。

例如，如果MEMS器件遭受坠落测试引起的高空气压力脉冲，那么本发明的用于MEMS器件的快门结构150的可移动部分1563可朝衬底152移动。一般来说，当大于约1.2个标准大气压的空气压力应用于本发明的MEMS器件时，可移动部分1563可移动至关闭位置从而阻塞衬底152的通风孔1521，并因此关闭从外部环境至声学腔室的空气流路径。

另外，在常规声压下，快门结构150打开，且MEMS器件工作正常，MEMS器件不会受到任何影响。然而，如果MEMS器件遭受一个高声压，例如常规声压水平的约500倍以上，那么可移动部件156的可移动部分可移动至阻塞衬底152的通风孔1521并因此关闭空气流路径以保护MEMS器件免受冲击或影响。

之后，如果这样的激进条件消失了，将没有外力施加于可移动部分，由于弹簧的作用可移动部分1563将回到初始位置以打开空气流路径，并因此MEMS回到正常工作状态。

而且，如果高内部空气压力产生并施加于可移动部件156的可移动部分1563，那么可移动部分会朝PCB10移动。而且，如果内部空气压力足够高，可移动部分1563能够移动到阻塞PCB110的声孔112，从而使得空气流路径关闭。

图5是根据本发明实施方式的另一MEMS器件的截面图。参考图5，MEMS器件100包括PCB 110，以及盖子120，所述盖子120具有形成在其中的声孔122。盖子120附接至PCB110以形成封闭壳体。ASIC芯片130和声电转换芯片140设置在所述壳体内部并且位于PCB110上。快门结构150也设置在壳体内部。然而，快门结构150不是设置在PCB110上，而是通过支撑件128围绕声孔122布置在盖子120上。快门结构150与壳体结合从而建立腔室114。支撑件28可以是金属板、塑料板、体硅、焊盘、焊料凸块等。可选地，图2和图3示出的快门结构150可通过诸如晶圆接合的工艺应用于本实施方式的MEMS器件。

在常规大气压下，空气流可流过声孔122、快门结构150中存在的空间和快门结构150中的衬底152的通风孔1521。然而，在高压下，快门结构150的可移动部分1563会移动到关闭位置以阻塞衬底152的通风孔1521，从而防止位于壳体内部的声电转换芯片受到进入腔室114的强空气流的损害。

图6A和6B示出了根据本发明实施例的又一MEMS器件的截面图。参考图6A，MEMS器件100包括由PCB110和附接至PCB110的盖子120组成的壳体。ASIC芯片130、具有振膜142和背板144的声电转换芯片140、快门结构150设置在壳体内部。快门结构150设置在PCB110上且围绕PCB110的声孔112设置，并且与壳体一起使用以建立声学腔室114。ASIC芯片130设置在PCB110上靠近快门结构150的位置处。声电转换芯片140设置在快门结构150上方。快门结构150包括衬底152、间隔件154和可移动部件156。衬底152具有通风孔1521，间隔件154具有侧墙和由侧墙封闭的开口，以及可移动部件156具有固定部分1561、连接到固定部分1561的可移动部分1563和形成在固定部分1561和可移动部分1563之间的至少一个空气间隙。间隔件154设置在可移动部件156上，以及衬底152设置在间隔件154上。如图6A所示，由于间隔件154具有开口，因此在衬底152和可移动部件156之间形成有空间。

在该实施例中，可移动部件156的固定部分可以直接设置在PCB110上。由于固定部分1561厚于可移动部分1563，因此可移动部分1563可悬于声孔112上方，使得快门结构150的可移动部分1563和PCB110之间形成有空间从而允许空气流流过可移动部件156。优选地，在常规空气压力下，可移动部分1563可与PCB110平行。与图1示出的MEMS器件相似，在常规压力下，快门结构150的可移动部分1563处于打开位置以打开空气流路径，因此空气流或声音可经过声孔112、可移动部件156、间隔件154的开口和衬底152的通风孔1521组成的空气通道并进入腔式114。然而，如果从声孔112进来的强空气脉冲流过快门结构150(如图6B所示)，由于强空气脉冲产生的外力，可移动部分1563会向上弯曲或移动从而阻塞衬底152的通风孔1521。在这种情况下，MEMS器件的空气进口被关闭。如果外力从可移动部件去除，可移动部分将会回到初始位置并因而打开MEMS器件的空气进口。

图7A示出了根据本发明实施方式的应用于MEMS器件的另一快门结构的截面图。参考图7A，快门结构60可包括衬底层602、间隔件层604和可移动板层606。间隔件层604设置在可移动板层606上，衬底层602设置在间隔件层604上。图7B-7D每个示出了图7A中的快门结构的一层的俯视图。参考图7B和7C，衬底层602具有4个通孔6021，并且间隔件层604具有由侧墙6041封闭的开口6043。可移动板606具有4个狭槽6061和孔6063。每个狭槽6061形成为与矩形可移动板606的一侧平行，并且孔6063位于板606的中央。可移动板606的外围部分被用作为连接到间隔件604的侧墙6041的固定部分6065；由于可移动板606的中央部分在相对较大的力的作用下会向上弯曲从而覆盖4个通孔6021，因此被用作为可移动部分6067。一旦力去除，由于可移动部分6067的材料特性的原因，可移动部分6067将会回到初始位置。根据本发明提供的快门结构60可以以典型的封装工艺装配。

在一示出的实施例中，可移动板可以是长度和厚度在大约1.1mm且厚度在大约20um的穿孔的不锈钢板，当对不锈钢板切四个狭槽(如图7D所示)时，可移动板的可移动部分的挠度可在大约20um到大约40um，足以在激进条件下使可移动部分6067向上移动至阻塞四个通孔6021。可选地，可移动板可以是刚性的塑料片(如PET、PVC)，那么在可移动板中切槽可以是不必要的。在一个实施例中，可移动板可以在中央部分不具有孔6063。与没有孔6063的板相比，穿孔板的声阻较小，且对麦克风的低频响应影响较小，这使得麦克风器件具有较低的噪音，然而缺陷是诸如颗粒的外部位置容易掉进MEMS麦克风器件的内部。

本发明的快门结构可由金属(如铝)、硅、氮化硅(Si3N4)、多晶硅、玻璃、陶瓷、PCB、聚合物、塑料、弹性体或类似物，或者它们的组合。

在本发明实施方式中，虽然MEMS器件示例仅示出了在壳体中的一个声孔，然而也可以在MEMS器件的壳体中形成多个声孔。例如，一个声孔形成在PCB中，另一个声孔形成在盖子中。在该情况下，可在MEMS器件中使用多个快门结构，每个快门结构围绕一个声孔设置。这些快门结构可阻止MEMS器件中的振膜和其他可移动结构在高声压或强空气流下遭受大变形。

在本发明可选实施方式中，快门结构还可设置在壳体外部，例如PCB110的围绕声孔112的外表面。在这样的实施例中，快门结构可包括具有由侧墙封闭的开口的间隔件和可移动部件，具有至少一个通风孔的衬底可省略。快门结构的间隔件可接合至PCB110的外表面并且围绕声孔，并且可移动部件可设置在间隔件上。在常压下，快门结构的可移动部分可保持在打开位置以使空气流或声能穿过由快门结构和声孔组成的路径并进入到壳体的内部；在激进的条件下，可移动部件的可移动部分可以向上移动(或弯曲)以阻塞声孔并因而关闭空气流路径。

类似地，在一个实施方式中，如果盖子具有一个声孔，快门结构围绕所述声孔设置在盖子的外表面上。

在一可选实施例中，快门结构的可移动部件和间隔件可以构造成一体结构而不是两个单独的部件。例如，沿着可移动部件的外围部分延伸出凸起部分以形成用于在可移动部件的可移动部分朝衬底移动时接收可移动部分的开口。在另一可选实施例中，可移动部件、间隔件和衬底可以构造成一体结构。在又一可选实施例中，可移动部件的可移动部分可以是相互之间由空气间隙间隔开的可移动条的阵列。

可选地，根据本发明提供的快门结构和声电转换元件可以构造为单独的市售器件。快门结构安装在单独的声电转换元件上，其中声电转换元件的振膜面朝快门结构的衬底。快门结构还可以应用于CMOS集成单片麦克风器件。快门结构还可以应用于绝缘体上硅(SOI)晶圆以形成不同于MEMS麦克风器件的MEMS器件。而且，根据本发明的快门结构还可通过晶圆接合工艺应用于MEMS器件。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式及其优势，应该理解本文可以做各种变化，替换和改变而不偏离如所附权利要求限定的精神和范围。

而且，本申请的范围并不旨在限制说明书中描述的工艺，机器，制造，以及事件，方式，方法和步骤的组成的具体实施方式。作为本领域普通技术人员根据公开文本会容易理解，现在呈现的或者以后开发的执行基本相同的功能或者实现本文可以利用的描述的相应实施方式结果基本相同的公开文本，工艺，机器，制造，以及事件，方式，方法和步骤的组成。因此，所附权利要求旨在包括在他们的范围内，这些工艺，机器，制造，以及事件，方式，方法和步骤的组成。

Claims (18)

1.一种MEMS器件，包括：

印刷电路板；

盖子，附接至印刷电路板从而形成壳体；

至少一个声孔，形成在所述壳体中；

具有振膜的声电转换芯片，位于所述壳体内部；以及

至少一个快门结构，位于所述壳体内部，每个快门结构可围绕相对应的声孔安装到所述壳体上，每个快门结构包括：

衬底，具有形成在其中的至少一个通风孔；

可移动部件，具有形成在其中的至少一个空气间隙和可移动部分，所述可移动部件连接在所述衬底和所述壳体之间；

其中，所述可移动部分在常规压力下保持在打开位置使得始自声孔并经过所述可移动部件的至少一个空气间隙到所述衬底的至少一个通风孔的空气流路径被打开，在高外部压力下移动到第一关闭位置以阻塞所述衬底的至少一个通风孔并因而关闭所述空气流路径；

每个快门结构的可移动部件的可移动部分在高内部压力下可移动到第二关闭位置以阻塞相应的声孔。

2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中：

所述至少一个声孔包括形成在所述印刷电路板中的第一声孔；

所述至少一个快门结构包括与所述第一声孔对应的第一快门结构，并且所述第一快门结构设置在所述印刷电路板的第一声孔上方；以及，

所述声电转换芯片设置在所述第一快门结构的衬底上。

3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中：

所述至少一个声孔包括形成在所述盖子中的第二声孔；

所述至少一个快门结构包括与所述第二声孔对应的第二快门结构，所述第二快门结构的可移动部件可接合至所述盖子的内表面并且位于所述第二声孔上方；以及，

所述声电转换芯片设置在所述印刷电路板上方。

4.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中：

每个快门结构还包括第一间隔件，所述第一间隔件具有由侧墙封闭的第一开口；

所述可移动部分与所述衬底平行；

所述第一间隔件连接在所述衬底和所述可移动部件之间，以使得在常规压力下空气流穿过第一开口至所述至少一个通风口，以及在所述高外部压力下所述可移动部分移动穿过第一开口。

5.根据权利要求2或3所述的MEMS器件，还包括：

第二间隔件，具有由侧墙封闭的第二开口，其中所述第二间隔件连接在所述壳体和每个快门结构的可移动部件之间以使得在常规压力下从所述声孔来的空气流穿过所述第二开口。

6.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中：

所述印刷电路板的上部形成有对所述第一声孔开放的凹槽；

所述第一快门结构围绕所述凹槽设置，并因而所述可移动部件的可移动部分悬在所述凹槽上方。

7.根据权利要求1至4任一项所述的MEMS器件，其中，所述可移动部件还包括：

位于所述可移动部件的周边边缘的固定部分，所述固定部分连接到所述衬底；

所述至少一个空气间隙将所述固定部分和所述可移动部分间隔开，所述可移动部分位于所述可移动部件的中心部位。

8.根据权利要求7所述的MEMS器件，其中，所述可移动部件的可移动部分可以是单个可移动板或者可移动板阵列。

9.根据权利要求7所述的MEMS器件，其中，

所述可移动部件的可移动部分可以是与所述声孔和所述至少一个通风孔连通的穿孔板；和/或，

所述可移动部件还包括连接在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧以便于所述高外部压力下可移动部分的移动。

10.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中，所述可移动部件接合至所述衬底的第一表面使得在所述可移动部件和所述衬底之间形成封闭的空间；

其中，所述声电转换元件接合至所述衬底的第二表面，并且所述声电转换元件的振膜面朝所述第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对。

11.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中，一旦去除所述高外部压力或内部压力，所述可移动部分可回到所述打开位置以打开所述空气流路径。

12.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中，所述高外部压力或内部压力可以是常规声压水平的约500倍以上的声压或者大于约1.2个标准大气压的空气压力。

13.一种MEMS器件，包括：

印刷电路板；

盖子，附接至所述印刷电路板从而形成壳体；

形成在所述壳体中的第一通孔；以及

快门结构，具有可移动部分、支撑部分和形成在所述可移动部分和所述支撑部分之间的至少一个空气间隙；

所述快门结构围绕所述第一通孔设置并通过所述支撑部分接合至所述壳体以提供始自所述第一通孔后穿过所述快门结构的至少一个空气间隙至所述壳体的内部的空气流路径；

所述快门结构的可移动部分在常规压力下保持在打开位置以打开所述空气流路径，以及在高内部压力移动到一个关闭位置和在高外部压力下移动到另一个关闭位置以关闭所述空气流路径。

14.根据权利要求13所述的MEMS器件，其中：

所述快门结构通过第一间隔件接合至所述壳体的外表面，所述第一间隔件具有由侧墙封闭的第一开口；以及，

所述快门结构的可移动部分在高压力下移动穿过所述第一开口至所述关闭位置以阻塞所述第一开口。

15.根据权利要求13所述的MEMS器件，其中：

所述快门结构接合至所述壳体的内表面；

所述快门结构的支撑部分包括具有至少一个通风孔且与所述可移动部分平行的衬底；

具有由侧墙封闭的第二开口的第二间隔件，所述第二间隔件连接在所述衬底和所述可移动部分之间，使得在常规压力下空气流可按顺序通过所述第一通孔、所述至少一个空间间隙、所述第二开口和所述至少一个通风孔并进入到所述壳体的声学腔室，以及在高压力下可移动部分可向衬底移动并穿过所述第二开口以阻塞所述至少一个通风孔。

16.根据权利要求13所述的MEMS器件，还包括：

具有振膜的声电转换芯片，所述声电转换芯片设置在所述壳体内部且位于印刷电路板上方。

17.根据权利要求14或15所述的MEMS器件，其中，所述高压力可以是常规声压水平的约500倍以上的声压以及大于约1.2个标准大气压的空气压力。

18.根据权利要求14或15所述的MEMS器件，其中，所述快门结构应用于CMOS集成单片麦克风器件、MEMS麦克风器件或者其他的MEMS器件。

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