CN208063457U - 微机电系统(mems)换能器和微机电系统(mems)麦克风组件 - Google Patents

微机电系统(mems)换能器和微机电系统(mems)麦克风组件 Download PDF

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Abstract

本实用新型题涉及微机电系统(MEMS)换能器和微机电系统(MEMS)麦克风组件。更具体而言，该微机电系统(MEMS)换能器包括壳体，该壳体限定内部空间并具有穿过壳体的至少一侧形成的声音端口。所述换能器还包括定位在所述内部空间内并且声学上耦合至所述声音端口的顺应性构件，所述顺应性构件被配置为响应于声学输入而振动。背板被进一步定位在所述内部空间内，所述背板沿所述顺应性构件的一侧定位在固定位置。过滤器被定位在所述顺应性构件和所述声音端口之间，并且所述过滤器包括多个轴向取向的路径和多个横向取向的路径，所述多个轴向取向的路径和所述多个横向取向的路径声学上互连并且尺寸被设计成防止微粒从所述声音端口穿过至所述顺应性构件。

Description

微机电系统(MEMS)换能器和微机电系统(MEMS)麦克风组件
相关专利申请的交叉引用
本申请是2017年1月30日提交的美国专利申请15/419,663的部分继续申请，以引用方式并入本文。
技术领域
本实用新型的实施方案涉及具有集成微粒和滤光器的微机电系统 (MEMS)器件；并且更具体地讲，涉及具有防止微粒进入的集成微粒过滤器和防止光进入麦克风的滤光器的MEMS麦克风。
背景技术
在现代消费电子器件中，随着数字音频信号处理和音频内容传送的不断改进，音频功能正在发挥越来越大的作用。有很多消费电子设备不是专用或专门的音频回放或拾取设备，但可以从改进的音频性能中受益。例如，便携式计算设备诸如膝上型电脑、笔记本电脑和平板电脑无处不在，便携式通信设备诸如智能电话也是如此。然而，这些设备没有足够的空间容纳相对较大的麦克风或扬声器。因此，麦克风和扬声器尺寸变得越来越紧凑，并且尺寸越来越小。另外，由于其中实施麦克风和扬声器的紧凑型设备，麦克风和扬声器通常位于设备的相关联的声学输入端口或输出端口附近，因此容易由于微粒、水和进入光而发生故障。
实用新型内容
在一个实施方案中，本实用新型涉及一种MEMS器件，例如MEMS 麦克风，其具有由多个材料层构成的集成微粒过滤器，该多个材料层形成尺寸被设计成将微粒捕集在其中的互连路径。另外，麦克风可还包括阻挡紫外(UV)、可见光或红外(IR)波长范围内的光进入器件的滤光器。另外，其中具有集成过滤器的MEMS麦克风可以使用批量处理MEMS操作来形成，并且整个晶片切割和下游处理被完成为好像它是单个晶片。
更具体地讲，在一个实施方案中，本实用新型涉及具有集成微粒过滤器的微机电系统(MEMS)换能器，诸如MEMS麦克风组件。MEMS换能器可包括限定内部空间并具有穿过壳体的至少一侧形成的声音端口的壳体。被配置为响应于声学输入而振动的顺应性构件可被进一步定位在内部空间内，并且声学上耦合至声音端口。背板可以沿顺应性构件的一侧定位在内部空间内的固定位置。MEMS换能器可还包括定位在顺应性构件和声音端口之间的微粒过滤器。该微粒过滤器可包括多个轴向取向的路径和多个横向取向的路径，这些路径声学上互连并且尺寸被设计成防止微粒穿过声音端口到达顺应性构件。例如，过滤器可包括多个材料层，并且多个轴向取向的路径可以是延伸穿过多个材料层的孔，并且多个横向取向的路径可以是沿多个材料层或者以其他方式在多个材料层之间延伸的空间。换能器可还包括作为微粒过滤器的一部分和/或定位在微粒过滤器和声音端口之间的滤光器。该滤光器可以反射或不透过红外(IR)光、可见光或紫外 (UV)光波长范围中的至少一个中的光。代表性地，该滤光器可包括形成在面向声音端口的微粒过滤器表面上的光阻隔材料。例如，该滤光器可包括镀覆在微粒过滤器表面上的金属。在一些实施方案中，该滤光器包括至少两个不同的材料层。该至少两个不同的材料层中的至少一个可以是聚合物材料，并且/或者该材料可以是镍或金。在一些实施方案中，该滤光器包括至少三个不同的材料层，并且该至少三个不同的材料层中的至少一个可以是粘合剂层。例如，该滤光器可包括聚合物层、聚合物层上的粘合剂层、以及粘合剂层上的金属层。该滤光器可包括与微粒过滤器的多个轴向取向的路径对准的多个开口。在一些实施方案中，该滤光器可由微粒过滤器的材料层中的一个来形成。在一些情况下，顺应性构件、背板、微粒过滤器和滤光器是使用MEMS处理技术形成的MEMS麦克风的一部分。
本实用新型的另一个实施方案可包括MEMS麦克风组件，该麦克风组件具有声音端口从中穿过而形成的基板和耦接至该基板的MEMS麦克风。 MEMS麦克风可包括声学上耦合至声音端口的顺应性构件、沿该顺应性构件的一侧定位在固定位置的背板、以及包括多个材料层的过滤器，该多个材料层限定声学上互连的多个声学路径，并且该多个路径包括穿过多个材料层中的每一个而形成的孔和分开多个材料层中的每一个的空间。在一个实施方案中，多个材料层中的至少一个不透过或反射红外(IR)光、可见光或紫外(UV)光波长范围中的至少一个中的光。例如，该多个材料层可包括至少一个硅层和至少一个金属层，并且该金属层形成在硅层和声音端口之间。在更进一步的实施方案中，不透过或反射光的多个材料层中的至少一个防止光进入过滤器。例如，该层可包括聚合物层、粘合剂层和金属层的叠层，或者可包括金属涂层。在一些情况下，不透过或反射光的多个材料层中的至少一个包括轴向取向的孔。在一些实施方案中，多个材料层中的至少两个不透过或反射红外(IR)光、可见光或紫外(UV)光波长范围中的至少一个中的光，并且该至少两个层中的一个面向声音端口，并且该至少两个层中的另一个面向顺应性构件。
本实用新型的另一个实施方案包括一种用于制造微机电系统 (MEMS)麦克风组件的工艺，包括提供基板以及在该基板上形成MEMS 麦克风，该MEMS麦克风具有顺应性构件；沿顺应性构件的一侧定位的背板；包括多个路径的微粒过滤器，该多个路径声学上互连并且尺寸被设计成防止微粒穿过至顺应性构件；以及不透过或反射光的滤光器。在一些实施方案中，形成MEMS麦克风的滤光器可包括以下操作：提供聚合物层，将该聚合物层与导电粘合剂层层合，在聚合物层和导电粘合剂层中形成开口，以及在导电粘合剂层的表面上形成光阻隔层。
上述发明内容不包括本实用新型的所有方面的详尽列表。可预期的是，本实用新型包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适的组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。
附图说明
在附图的图示中通过举例而非限制的方式示出了实施方案，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出的是，在本公开中提到“一”或“一个”实施方案未必是同一实施方案，并且其意指至少一个。
图1是MEMS器件的一个实施方案的示意性横截面。
图2A是MEMS器件的过滤器的一个实施方案的横截面的放大视图。
图2B是图2A的过滤器的横截面的放大视图。
图3是MEMS器件的过滤器的另一个实施方案的放大视图。
图4是MEMS器件的过滤器的另一个实施方案的侧视图。
图5是图4的过滤器的仰视平面图。
图6是MEMS器件的过滤器的另一个实施方案的侧视图。
图7是MEMS器件的另一个实施方案的示意性横截面。
图8示出了用于制造麦克风组件的处理操作的一个实施方案。
图9示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图10示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图11示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图12示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图13示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图14示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图15示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图16示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的一个实施方案。
图17示出了用于制造麦克风组件的进一步处理操作的框图。
图18示出了其中可以实施本实用新型的实施方案的电子设备的实施方案的一些组成部件的框图。
具体实施方式
以下描述示出了许多具体细节。然而，应当理解，可不需要这些具体细节的情况下来实践本实用新型的实施方案。在其他情况下，未详细示出已熟知的电路、结构和技术，以免模糊对此描述的理解。
在下面的描述中，参考示出本实用新型的若干个实施方案的附图。应当理解，其他实施方案也可被利用，并且在不脱离本公开的实质和范围的情况下可进行机械组成改变、结构改变、电气改变、以及操作改变。下面的详细描述不应该被理解为限制性的意义，并且本实用新型的实施方案的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。
本文中所使用的术语仅是为了描述特定实施方案而并非旨在对本实用新型进行限制。空间相关术语，诸如“在......之下”、“在......下方”、“下”、“在......上方”、“上”等可在本文中用于描述的方便，以描述一个元件或特征与另外一个或多个元件或一个或多个特征的关系，如在附图中示出的。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了在附图中所示的取向之外的设备使用或操作过程中的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件然后可被取向成在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在......下方”可涵盖在......上方和在......下方这两个取向。设备可以另外的方式进行取向 (例如，旋转90度或以其他取向)，并且在本文中使用的空间相对描述词被相应地解释。
如本文所用，单数形式“一个”(“a”，“an”)和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外指出。应当进一步理解，术语“包括” (“comprises”和/或“comprising”)限定了所述特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。
如本文所用的术语“或”和“和/或”应被解释为包含性的或意指任何一个或任何组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”是指“以下任何一项：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。只有当元件、功能、步骤或行为的组合在某种程度上固有地相互排斥的时候，才会出现该定义的例外。
图1是MEMS器件的一个实施方案的示意性横截面。在一个实施方案中，MEMS器件可以是MEMS换能器。例如，MEMS器件可以是MEMS 麦克风组件100。该MEMS麦克风组件100可以是任何类型的麦克风组件或模块，其包括可在电子设备中用来拾取声音并将其转换为电信号的麦克风。在一个实施方案中，MEMS麦克风组件100包括其中放置麦克风104 诸如MEMS麦克风的壳体102。壳体102可包括顶壁或顶侧106、底壁或底侧108、以及将顶侧106连接至底侧108的侧壁110。顶侧106、底侧 108和侧壁110的组合可限定围绕麦克风104的封闭的体积、腔室或空间 112以及定位在壳体102内的麦克风组件100的其他部件。在一些实施方案中，顶侧106、底侧108和/或侧壁110中的一个或多个可以彼此一体地形成为单个单元。在其他实施方案中，其中一个侧面可以由其中形成有电路的基板(例如印刷电路板)形成。例如，顶侧106和侧壁110可以是安装到由基板(例如硅基板)形成的底侧108的一体形成的结构，例如盖或盖子，以形成各种部件可以定位在其中的封闭空间。
壳体102可还包括声音端口116，其允许来自壳体102周围环境的声音被输入到壳体102内的麦克风104。在图1中，声音端口116被示出为形成在壳体102的底侧108内。图1的麦克风组件100因此可以被认为是或者在本文中被称为“底部端口”麦克风。在其他实施方案中，声音端口116 可以形成在壳体102的顶侧106内。在此类实施方案中，麦克风组件100可以被认为是“顶部端口”麦克风。在更进一步的实施方案中，声音端口 116可以形成为穿过侧壁110。
如图所示，麦克风104可以定位在壳体102内。例如，麦克风104可被安装到壳体102的底侧108或与其一起形成。如前所述，底侧108可以是具有电路(例如印刷电路板)的基板，并且麦克风104或其任何相关联的部件可以电连接至该电路。如前所述，麦克风104可以是MEMS麦克风，其使用MEMS处理技术与基板一体地形成。在其他实施方案中， MEMS麦克风单独形成，然后被安装到基板。除了其他特征部之外，麦克风104还可以包括通过支承构件126，128悬挂在壳体102内的拾音表面 120、背板122和过滤器124。拾音表面120可以是适合用作MEMS麦克风的拾音表面的任何类型的构件。例如，拾音表面120可以是硅板，该硅板作为可以响应于声学输入(例如，进入声音端口116的声波)而振动的麦克风隔膜、膜或其他顺应性构件操作。背板122可沿拾音表面120的一侧定位并且相对于拾音表面120处于固定位置。例如，背板122可位于拾音表面120与声音端口116之间(例如，在拾音表面120的面向声音端口116 的一侧的下方)。在其他实施方案中，背板122位于拾音表面120与壳体 102的顶壁106之间(例如，在拾音表面120的面向顶壁106的一侧的上方)，或者在一些情况下可以是顶壁106的一部分。在一些实施方案中，拾音表面120和背板122可以是导电的(例如，具有耦接至其的电极)，使得它们形成可变电容器，其中换能原理是由传入的声波引起的固定背板122和可移动拾音表面120之间的电容变化。然后，麦克风电路(例如，专用集成电路(ASIC)130)可以将电容变化转换成数字或模拟输出。
过滤器124可以是定位在拾音表面120和声音端口116之间的集成的微粒和滤光器。换句话讲，拾音表面120、背板122和过滤器124可以使用MEMS处理技术形成为单个单元。因此，过滤器124被认为是“集成的”，因为其与MEMS处理操作期间的麦克风104的其余部件(例如，拾音表面120和声音端口116)一起形成并且不可分离。在这方面，过滤器 124不同于在麦克风制造完成后可能通过输入端口被单独安装或粘附到该麦克风的过滤器。例如，过滤器124可包括在硅层之内或之间形成的一系列互连的孔、开口、通道、路径等，并且允许声音输入(例如声波)穿过至拾音表面120，但是防止不期望的微粒穿过。在一些情况下，过滤器124可以进一步阻挡或者以其他方式用作光进入的阻隔件。将参照图2A至图7来描述关于滤波器124的结构的进一步细节，并且将参照图8至图16来描述用于形成滤波器124的MEMS工艺。
应进一步理解，在所示实施方案中，由壳体102形成的空间112可以被认为是声学上耦合至拾音表面120的第一侧120A的后腔室。麦克风104 可还包括声学上耦合至拾音表面120的第二侧120B的前腔室114。在一些实施方案中，后腔室或空间112是与周围的环境和前腔室114声学上隔离的基本上密封的腔室。前腔室114可将拾音表面120声学上连接至声音端口116，使得通过声音端口116的声音输入(例如声波(S))可行进到拾音表面120。
在一些实施方案中，麦克风组件100可还包括如前所述的ASIC 130。例如，如图所示，ASIC 130可以安装到壳体102的底壁108。然而，ASIC 130可根据需要安装到壳体102的其他侧(例如顶侧106)。ASIC 130可以通过线(或其他导电耦接装置)电连接至麦克风104和底壁108内的电路 (例如，其中底壁为基板)，并且被用于如前所述将麦克风104的电容变化转换成数字或模拟麦克风输出。
现在将参照图2A至图2B更详细地讨论过滤器的一个示例性实施方案的各方面。具体而言，图2A和图2B是MEMS器件的过滤器的一个实施方案的横截面的放大视图。该过滤器可以是先前参照图1所讨论的过滤器 124。在这方面，过滤器124与其他麦克风部件(例如，拾音表面120和背板122)一体地形成，并且被定位在壳体102的底侧108内的声音端口116上方。从该视图可以看出，过滤器124由多个互连的路径202，204构成，该多个互连的路径允许声音(S)穿过过滤器124到达拾音表面120(参见图1)，同时防止一个或多个微粒(P)穿过。互连的路径202，204可具有被设计成捕集、防止微粒(P)或增大对微粒的阻力的不同的取向、大小、形状、尺寸和/或布置，使得微粒不完全穿过过滤器124。
代表性地，如从图2A中可以看出，在一个实施方案中，路径202可被认为是轴向取向的路径，该路径导致声波(S)和/或微粒(P)沿如箭头 206所示的基本轴向方向行进(例如，平行于声音端口116的轴线的方向)。路径204又可以被认为是横向取向的路径，该路径沿如箭头208所示的基本横向方向改变声波(S)和/或微粒(P)穿过的方向。路径202和路径204中的每一个互连，使得它们形成易于声波(S)穿过但是微粒 (P)难以穿过的通道的曲折网络。例如，如图2A所示，在一些实施方案中，轴向取向的路径202排列成行226A，226B，226C和226D，并且横向取向的路径204排列成行228A，228B和228C。行226A至226D和行228A至228C可包括提供用于微粒进入的曲折路径所需的任何数量的路径。另外，轴向取向的路径202的行226A至226D可与横向取向的路径204的行228A 至228C交替排列，使得行进通过过滤器124的任何微粒(P)通过多层路径的网络连续地改变方向，由此使其更难以穿过过滤器124。
轴向取向的路径202和/或横向取向的路径204自身的大小、形状、尺寸和/或布置可被选择为进一步防止穿过和/或在过滤器124内捕集微粒 (P)。代表性地，在一些实施方案中，路径202和204的大小、形状和/或尺寸被选择为改变路径对微粒(P)穿过的阻力。例如，通向路径202和/或路径204中的一个或多个的开口的大小和/或整条路径的大小可以是不同的，使得微粒(P)可以首先通过一些路径，但随后当它到达其他路径时会被捕集。代表性地，过滤器124的通向路径的开口或路径本身的大小可以在朝向顺应性膜的方向上减小或变窄，使得微粒能够通过声音端口116附近的较大开口或路径进入过滤器，但是随后被过滤器124内的较小开口或路径所捕集。大小可根据过滤器意在捕集或以其他方式防止穿过的微粒的大小来选择。例如，一些开口的大小可大于预期的微粒大小，而MEMS器件内更接近顺应性构件的其他开口的大小可小于预期的微粒大小，使得微粒无法穿过这些开口。
例如，如图2B所示，在一个实施方案中，轴向取向的路径202A的开口210的大小(例如宽度212)可不同于通向另一个轴向取向的路径202B 的开口214的大小(例如宽度216)。另外，横向取向的路径204A的开口218的大小(例如宽度220)可不同于另一个横向取向的路径204B的大小 (例如宽度224)。例如，轴向取向的路径202A的开口210的大小(例如宽度212)可大于通向轴向取向的路径202B的开口214的大小(例如宽度 216)，并且横向取向的路径204A的开口218的大小(例如宽度220)可大于横向取向的路径204B的大小(例如宽度224)。在这方面，从声音端口116进入过滤器124的微粒(P)可穿过开口210到达轴向取向的路径 202A，并且通过开口218行进到横向取向的路径204B，但是随后在开口 214处开始遇到至下一个轴向取向的路径202B的阻力，并在开口222处遇到至下一个横向取向的路径204B的阻力，并最终在横向取向的路径204B 内被捕集。
另外，应当理解，在一些实施方案中，轴向取向的路径202的大小可相对于横向取向的路径204变化。例如，通向轴向取向的路径202A的开口 210可大于通向横向取向的路径204A的开口218和通向横向取向的路径 204B的开口222。
另外，在一些实施方案中，沿路径的整个长度的宽度可与通向该路径的对应开口的大小相同，因此在本文中一条路径也可以被称为相比另一条途径具有针对微粒进入的更窄或更宽的通路或通道。例如，轴向取向的路径202A可以被认为比轴向取向的路径202B宽，横向取向的路径204A可以被认为比横向取向的路径204B和/或轴向取向的路径202A，202B中的一个或多个宽，可以被认为比横向取向的路径204A，204B中的另一个宽或窄。
还可以预期可能导致微粒(P)在过滤器124内被捕集的轴向取向的路径202和横向取向的路径204的相对大小、形状、尺寸和/或布置的其他变型。例如，在一些实施方案中，行226A至226D中的一行内的轴向取向的路径202可以被布置为使得它们相对于行226A至226D中的另一行内的轴向取向的路径202重叠或者横向或轴向偏移。例如，从图2B还可以看出，行226B中的轴向取向的路径202B的开口230相对于行226C中的轴向取向的路径202C的开口232横向或轴向偏移。换言之，开口230的轴线和开口232的轴线不对准。另外，在轴向取向的开口230和232中的每一个之间存在至少一个横向取向的路径204(例如行228B)。在这方面，防止了从一个轴向取向的路径或开口到另一个轴向取向的路径或开口的直线路径，由此在路径内产生更加曲折的布置，从而进一步增大了过滤器对微粒 (P)穿过的阻力。
在一些实施方案中，轴向取向的路径202和横向取向的路径204的这种交替布置可以由堆叠的材料层形成，其中一些层在其间形成轴向取向的路径，并且一些层在其间形成横向取向的路径204。例如，行226A可以是通过其形成不止一个孔或开口210以在行226A内产生多个轴向取向的路径 202的材料层(例如硅层)。类似地，行226B至226D可以是具有附加的孔或开口的附加材料层，其形成行226B至226D内的其余的轴向取向的路径202。形成行226A至226D的这些材料层中的每一个材料层都可以彼此上下堆叠并使用间隔部234A、234B和234C间隔开。行226A至226D中的每一行之间的对应的间隙或空间则形成横向取向的路径204的行228A至 228C。换句话讲，横向取向的路径204可通过相邻行的对接表面(例如，行226A，226B的对接表面236，238)形成。然而，进一步预期，在其他实施方案中，包括轴向取向的路径202的行226A至226D可以直接彼此上下堆叠(不间隔开)，并且省略包括横向取向的路径204的行228A至 228C。在该实施方案中，行与行之间的轴向取向的路径的大小和/或对准被改变以产生如前所述的曲折路径的网络。例如，一行内的轴向取向的路径可相对于直接相邻的行内的轴向取向的路径偏移，诸如通过使一些比另一些更小或者如果它们具有相同的大小，则使开口不对准。关于形成轴向取向的路径202和横向取向的路径204的材料层的堆叠的细节，将参照图5 至图13更详细地讨论。
图3是MEMS器件的过滤器的另一个实施方案的放大视图。在该实施方案中，过滤器124基本上类似于参照图1和图2A至图2B所述的过滤器 124，不同之处为在该实施方案中，路径202和/或204包括一个或多个涂层。例如，在一个实施方案中，涂层进一步增强了对微粒穿过过滤器和/或液体穿过的阻力。具体而言，路径202，204中的一个或多个可包括帮助捕集路径202，204内的微粒的表面涂层302。代表性地，表面涂层302可以是施加到路径202，204的至少一个表面的防粘连表面涂层。在一些实施方案中，表面涂层302可以被施加到过滤器124内部空间内的任何路径表面，以便最大化过滤器124内的微粒的捕集。代表性的防粘连表面涂层可包括但不限于包含氟化脂肪酸或硅氧烷自组装单层(SAM)涂层的SAM涂层。然而，应当理解，这些仅仅是防粘连涂层的代表性示例，并且可以使用适于增强路径对微粒穿过的阻力的任何涂层。另外，根据需要，表面涂层302 可以是沿路径202，204中的一个或多个具有相同厚度的共形涂层，或者可在路径202，204中具有不同厚度。例如，在一些实施方案中，表面涂层302 的厚度可以是非共形的，使得一些路径的大小比其他路径小(或窄)，从而进一步增大路径对微粒穿过的阻力。在更进一步的实施方案中，还预期涂层可以是在仅与单个过滤器表面接触时捕集微粒的涂层，并且不需要两个过滤器表面来捕集微粒。换句话讲，与防粘连涂层相对的涂层允许两个彼此瞬间接触的表面捕集微粒，然后分开。
另外，在一些实施方案中，可将疏水性涂层304进一步施加到过滤器 124以帮助防止水穿过路径202和/或204进入。代表性地，疏水性涂层304 可被施加到过滤器124的面向声音端口116的外表面306。在这方面，穿过声音端口116的水将被排斥离开过滤器124，并且进而被排斥离开过滤器 124内的路径202，204。
在更进一步的实施方案中，涂层302和/或涂层304可以是阻挡光进入相关联的换能器的材料，以便减少可能由于光进入器件而引起的噪声。例如，涂层302和/或304可以是光阻挡材料，该光阻挡材料可反射或不透过在紫外(UV)、可见光和/或红外(IR)波长范围内的光。代表性地，光阻挡材料可以反射或不透过在约10纳米(nm)至400nm，约400nm至 700nm和/或约700nm至1000000nm范围内的光。例如，光阻挡材料可以是反射或不透光的金属材料或其他材料，并且可以沿过滤器124的至少一个层或表面例如形成路径202或204中的一个或多个的表面形成涂层。在一些实施方案中，光阻挡涂层或材料可以沿过滤器124的外表面306形成，如涂层304所示。然而，预期除了表面306之外，光阻挡材料还可以沿过滤器124的外层的所有表面形成。进一步预期，在一些实施方案中，光阻挡涂层或材料可以构成过滤器124的整个外层。光阻挡涂层、材料或层可位于过滤器124和声音端口116之间，使得其形成光阻挡阻隔件，防止光进入声音端口116，进而有助于减小换能器中的噪声。现在将参照图4、图 5和图6来讨论关于代表性光阻挡涂层、层或阻隔件的更多细节。
代表性地，图4示出了包括具有光阻隔层的微粒过滤器的过滤器组件的一个实施方案的侧视图。在一个实施方案中，过滤器组件400包括连接至支承构件406，408的微粒阻隔层或过滤器402，以及光阻隔层404。例如，光阻隔层404可形成过滤器402的面向声音端口116的外表面或层，使得其位于过滤器402与声音端口116之间。如先前参照图1至图3所讨论的，过滤器402和支承构件406，408可基本上类似于过滤器124和支承构件126，128，其使用MEMS处理技术一体地形成。例如，包括光阻隔层 404的过滤器402可具有形成在硅层之内或之间的互连开口、孔、开口、通道或路径等等，其以类似于过滤器124的方式防止不期望的微粒穿过。
光阻隔层404可由过滤器402的外层(例如，最靠近声音端口116的过滤层)形成、与该外层一体地形成或附接到该外层。例如，光阻隔层404 可以是过滤器402的外层，例如先前参照图2B所讨论的过滤层或行 226A。因此光阻隔层404具有与过滤器相同的开口或穿孔图案。例如，图 5中示出了用于光阻隔层404(和过滤器402)的一个代表性开口或穿孔图案，该图为光阻隔层404的仰视图。从该视图可以看出，光阻隔层404包括彼此之间具有空间504的多个开口502(例如通孔)。开口502和空间 504的该图案可对应于过滤器402的外层或表面中的开口的图案(或以其他方式相同)，使得光阻隔层404的开口502与过滤器402的开口相同或以其他方式对准。
在一个实施方案中，光阻隔层404可以是镀覆在过滤器402表面上的不透光材料。换句话讲，光阻隔层404是如前所述的沿过滤器402的表面形成的涂层。在其他实施方案中，光阻隔层404可以是附接到过滤器402 的包括不透光材料的附加层或膜。代表性地，在一个实施方案中，光阻隔层404可包括基于聚酰亚胺(或其他合适的聚合物材料)的膜，以及被镀覆在膜的表面上的反射或不透过IR、可见光和/或UV光的金属或者其他材料。不透光材料可以例如是金属，诸如金或镍。在更进一步的实施方案中，同样导电的b阶粘合剂层可以是光阻隔层404的一部分。在一些实施方案中，该粘合剂层也可以是压敏的。如图4所示，通过阻隔层404的放大视图示出了示出包括膜层410、粘合剂层412和不透光层414以及开口 502的光阻隔层404的堆叠。
现在将讨论用于形成包括光阻隔层404的过滤器402的一个代表性处理操作。代表性地，在一个实施方案中，在光阻隔层404包括聚酰亚胺膜的情况下，在对聚酰亚胺膜进行光成像以形成挠曲开口和路径(例如，用于阻挡微粒)之前，将一层可光成像的各向异性导电压敏粘合剂层压到聚酰亚胺膜上。接下来，使用光成像技术将具有用于阻挡微粒的期望图案的开口或穿孔(参见图5)形成到膜和粘合剂层中。然后可用例如镍和/或金来镀覆包括粘合剂层(例如粘合剂层412)的膜(例如膜410)的表面，以形成不透光层(例如光阻挡层414)来完成光阻隔层404。阻隔层404沿过滤器402定位(例如附接到过滤器)，使得其形成过滤器402的最外层。进一步预期，在其他实施方案中，过滤器402预先形成有包括开口的外部聚酰亚胺膜层(和可选的粘合剂层)，然后用不透光材料镀覆以直接在过滤器402的外层上形成光阻挡层414。
图6示出了具有微粒阻隔层或过滤器和光阻隔层的过滤器组件的另一个实施方案。在该实施方案中，过滤器组件500基本上类似于过滤器组件 400，不同之处为在该实施方案中，光阻隔层404围绕支承构件406，408以及过滤器402的内表面(例如，与声音端口116相对的表面)形成。在该实施方案中，如图所示，光阻隔层404可包括例如一层不透光材料，诸如沿过滤器组件500的表面镀覆的镍或金(例如光阻隔层414)。如先前所讨论的，在一些实施方案中，光阻隔层404还可以包括聚合物膜(例如膜 410)和导电粘合剂层(例如粘合剂层412)。
图7是MEMS器件的另一个实施方案的示意性横截面。MEMS器件可以例如是麦克风组件700，该麦克风组件基本上类似于参照图1描述的麦克风组件100。具体而言，麦克风组件700可包括具有定位在其中的MEMS 麦克风104的壳体102。然而，在该实施方案中，通过过滤器124形成通向后腔室或空间112的泄漏或排出端口402。排出端口702可允许声波(S) 通过过滤器124行进到后腔室或空间112，以例如均衡拾音表面120的第一侧120A和第二侧120B之间的压力并减小麦克风104的灵敏度。从过滤器 124的放大的展开视图可以看出，随着声音(S)行进通过路径202，204，排出端口402允许从过滤器124泄出到周围的后腔室或空间112。排出端口 702可具有适于实现将所需量的声音排出或泄漏到后腔室或空间112的任何大小和形状。
现在将参考图8至图16来描述用于制造具有集成滤波器124的麦克风组件100的一个代表性过程。具体而言，图8示出了将牺牲层804沉积在基板802上的初始处理操作800。基板802可以例如是具有或者内部可以提供用于电连接的电路的硅基板。牺牲层804例如可以是根据标准MEMS处理技术沉积的二氧化硅层。
图9示出了进一步的处理操作900，其中蚀刻牺牲层804以形成图案化牺牲层902。图案化牺牲层902一旦被移除便会在过滤器内形成轴向取向的路径。牺牲层804可根据标准MEMS处理技术通过光刻和湿法蚀刻或干法蚀刻来选择性地蚀刻。代表性蚀刻剂可包括但不限于酸(例如氢氟酸、缓冲氢氟酸、硝酸基蚀刻剂等)、电离气体或等离子体。
图10示出了将多晶硅层1002施加到图案化牺牲层902的进一步处理操作1000。多晶硅层1002可以被平坦化，使得其与牺牲层902的顶部齐平。一旦施加多晶硅层1002并将其平坦化，便执行进一步的蚀刻操作1102 以蚀刻基板802内的开口1104，如图11的处理操作1100中所示。
然后使用开口1102来移除(例如通过如箭头1202所示的蚀刻)图案化牺牲层902，留下第一层路径1204(例如图2A的行226A中所示的轴向路径202)，如图12的处理操作1200所示。操作800，900，1000，1100和 1200然后可以根据需要重复多次，以在过滤器内形成轴向和横向取向的路径的堆叠(例如，如图2A中所讨论的，行228A的横向取向的路径204和行226B的轴向取向的路径202)。
代表性地，如图13的操作1300中所示，可以将附加的牺牲层1302 (例如二氧化硅)施加到第一层路径1204。牺牲层1302可以如先前所讨论的那样被蚀刻而形成图案化牺牲层1402，其将限定如图14的操作1400中所示的形成第二层路径和第三层路径的开口。在这方面，图案化牺牲层 1402可被图案化，使得任何轴向路径或开口将相对于第一层路径1204中的轴向取向的路径或开口偏移。另外，图案化牺牲层1402可被图案化而产生间隔部，该间隔部将在轴向路径或开口之间，继而在横向路径之间形成间隙或间隔。一旦形成图案化牺牲层1402，在图15所示的操作1500中，在图案化牺牲层1402周围形成多晶硅层1502。如图16的操作1600所示，然后移除图案化牺牲层1402(例如，使用基板802的开口1104如箭头1602 所示蚀刻)，留下堆叠在第一层路径1204的顶部上的第二层路径1502。如前所述，第二层路径1502可包括轴向取向的路径202和横向取向的路径 204。
图17示出了如先前参照图4至图6所讨论的用于形成光阻隔层或过滤器的进一步的处理操作1700。代表性地，操作1700可包括提供聚合物层的 (除先前所讨论的操作800至1600之外的)其他操作(框1702)。聚合物层可以是例如由任何先前所讨论的处理操作形成的层，或者更具体地讲，可以是聚酰亚胺膜层。然后可在聚合物层上形成粘合剂层(框1704)。粘合剂层可以例如通过在聚合物层上层压粘合材料而形成。粘合剂层可以是例如导电粘合剂层。接下来，可在上面形成有粘合剂层的聚合物层中形成开口(框1706)。开口可例如对应于先前参考微粒过滤器(例如过滤器 124)所讨论的开口、路径或穿孔的曲折图案。然后可在粘合剂层上形成光阻隔层(框1708)。代表性地，光阻隔层可通过用不透光或反射光的材料 (例如金属，诸如镍或金)涂覆或镀覆粘合剂层的表面来形成。应当理解，光阻隔层形成在粘合剂层的表面上，因此不覆盖所执行的开口。
现在将讨论用于形成包括光阻隔层404的过滤器402的一个代表性处理操作。代表性地，在一个实施方案中，在光阻隔层404包括聚酰亚胺膜的情况下，在对聚酰亚胺膜进行光成像以形成挠曲开口和路径(例如，用于阻挡微粒)之前，将一层可光成像的各向异性导电压敏粘合剂层压到聚酰亚胺膜上。接下来，使用光成像技术将具有用于阻挡微粒的期望图案的开口或穿孔(参见图5)形成到膜和粘合剂层中。然后可用例如镍和/或金来镀覆包括粘合剂层(例如粘合剂层412)的膜(例如膜410)的表面，以形成不透光层(例如光阻挡层414)来完成光阻隔层404。阻隔层404沿过滤器402定位(例如附接到过滤器)，使得其形成过滤器402的最外层。进一步预期，在其他实施方案中，过滤器402预先形成有包括开口的外部聚酰亚胺膜层(和可选的粘合剂层)，然后用不透光材料镀覆以直接在过滤器402的外层上形成光阻挡层414。
一旦形成了期望数量的材料层和路径，MEMS处理操作便可根据任何合适的MEMS处理技术，继续形成麦克风的其余部分(例如拾音表面120 和背板122)。另外，应当理解，虽然图8至图16示出了正在形成的单个 MEMS器件，但是本文所公开的操作可以是批处理技术的一部分，其中还可以在单个基板(例如基板802)上同时产生任意数量的附加MEMS器件。一旦完成所有MEMS器件，便将它们分(例如使用切割操作)成单独的MEMS器件，用于集成在期望的电子设备内。例如，分开的MEMS器件可以是具有集成过滤器的MEMS麦克风，其然后可被安装到要在其中将其实施的器件的基板上。此外，应当理解，因为在MEMS处理期间过滤器与MEMS麦克风一体地形成，因此过滤器被限制在MEMS麦克风的区域并且具有与MEMS麦克风的其他部件(例如拾音表面和背板)基本上相同的覆盖区。因此，一旦MEMS处理完成，所得的MEMS麦克风就实现了微粒过滤而不增加器件封装的整体尺寸或者需要任何额外的制造操作。更进一步，如前所述，用于形成过滤器及其互连路径的每个层使用MEMS处理操作由多晶硅制成，并且旨在不包括散布在多晶硅层之间或以其他方式在过滤层和/或路径之间的任何金属层。
现在转向图18，图18示出了其中可以实施本文所描述的麦克风的电子设备的一个实施方案的简化示意图。例如，便携式电子设备是可包括由电子设备1800示出的电路中的一些或全部的系统的示例。
电子设备1800可包括例如电源1802、存储装置1804、信号处理器 1806、存储器1808、处理器1810、通信电路1812，以及输入/输出电路 1814。在一些实施方案中，电子设备1800可包括多于一个的每种电路部件，但为了简化起见，每种部件仅在图18中示出一个。此外，本领域的技术人员应当理解，某些部件的功能性可以被合并或省略，并且未在图1至图7中示出的另外部件或更少部件可被包括在例如便携式设备中。
电源1802可以向电子设备1800的部件提供电力。在一些实施方案中，电源1802可被耦接至电网，诸如例如壁装电源插座。在一些实施方案中，电源1802可包括一个或多个电池，其用于向耳机、头戴式耳机或与头戴式耳机相关联的其他类型的电子设备提供电力。又如，电源1802可被配置为从天然源(例如，使用太阳能电池的太阳能)生成电力。
存储装置1804可包括例如硬盘驱动器、闪存存储器、高速缓存、 ROM和/或RAM。另外，存储装置1804可以是本地的和/或远离电子设备 1800。例如，存储装置1804可包括集成存储介质、可移除存储介质、在远程服务器上的存储空间、无线存储介质，或者其任何组合。此外，存储装置1804可存储数据，诸如例如系统数据、用户配置文件数据以及任何其他相关数据。
信号处理器1806可以是例如用于实时处理数字信号的数字信号处理器，该数字信号由例如输入/输出电路1814从模拟信号转换。在数字信号的处理已完成后，该数字信号可接着被转换回模拟信号。
存储器1808可包括任何形式的临时性存储器诸如RAM、缓冲器和/或高速缓存。存储器1808还可以被用于存储用于操作电子设备应用程序(例如操作系统指令)的数据。
除了信号处理器1806之外，电子设备1800可另外包含通用处理器 1810。处理器1810能够解译系统指令并处理数据。例如，处理器1810能够执行指令或程序，诸如系统应用程序、固件应用程序和/或任何其他应用程序。另外，处理器1810具有执行指令以便与电子设备1800的任何或全部部件通信的能力。例如，处理器1810可执行存储在存储器1808中的指令来启用或禁用ANC。
通信电路1812可以是可操作以引发通信请求、连接至通信网络和/或向通信网络内的一个或多个服务器或设备传输通信数据的任何合适的通信电路。例如，通信电路1812可以支持Wi-Fi(例如802.11协议)、高频系统、红外、GSM、GSM加EDGE、CDMA或任何其他通信协议中的一种或多种和/或它们的任何组合。
输入/输出电路1814可将模拟信号和其他信号(例如，物理接触输入、物理移动、模拟音频信号等)转换为(并且如有必要，编码/解码)数字数据。输入/输出电路1814还可以将数字数据转换为任何其他类型的信号。数字数据可被提供给处理器1810、存储装置1804、存储器1808、信号处理器1806或电子设备1800的任何其他部件，并可从上述部件接收。输入/输出电路1814可以被用于与任何合适的输入或输出设备诸如例如图1至图7的麦克风104进行交互。此外，电子设备1800可包括与输入设备相关联的专用输入电路，诸如例如一个或多个接近传感器、加速度计等。电子设备1800还可以包括与输出设备相关联的专用输出电路，诸如例如一个或多个扬声器、耳机等。
最后，总线1816可以提供数据传输路径，该数据传输路径用于向处理器1810、存储装置1804、存储器1808、通信电路1812和被包括在电子设备中的任何其他部件传输数据、从这些部件传输数据，或在这些部件之间传输数据。虽然总线1816在图18中被示为单个部件，但是本领域的技术人员应当理解电子设备1800可以包括一个或多个部件。
虽然附图中描述并且示出了某些示例性实施方案，但应当理解，此类实施方案仅为示例性的并对广义发明不具有限制性，并且本实用新型不限于所示和所述的具体构造和布置，因为本领域的普通技术人员可进行各种其他修改。因此要将描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (18)

1.一种微机电系统MEMS换能器，特征在于，包括：
壳体，所述壳体限定内部空间并具有穿过所述壳体的一侧形成的声音端口；
顺应性构件，所述顺应性构件定位在所述内部空间内并且声学上耦合至所述声音端口，所述顺应性构件被配置为响应于声学输入而振动；
背板，所述背板定位在所述内部空间内，所述背板沿所述顺应性构件的一侧定位在固定位置；和
过滤器，所述过滤器定位在所述顺应性构件和所述声音端口之间，其中所述过滤器包括多个材料层，所述多个材料层限定声学上互连的多个轴向取向的路径和多个横向取向的路径，所述多个轴向取向的路径延伸穿过所述多个材料层，并且所述多个横向取向的路径在所述多个材料层之间延伸，并且所述多个轴向取向的路径中的一个相对于所述多个轴向取向的路径中的另一个沿轴向偏移。
2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个轴向取向的路径或所述多个横向取向的路径中的一个比所述多个轴向取向的路径或所述多个横向取向的路径中的另一个对微粒的穿过具有更大的阻力。
3.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个轴向取向的路径包括第一轴向取向的路径和第二轴向取向的路径，所述第二轴向取向的路径相比所述第一轴向取向的路径更靠近所述顺应性构件，并且其中通向所述第二轴向取向的路径的开口小于通向所述第一轴向取向的路径的开口。
4.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个轴向取向的路径包括第一轴向取向的路径和第二轴向取向的路径，并且所述多个横向取向的路径中的一个位于所述第一轴向取向的路径和所述第二轴向取向的路径之间。
5.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个材料层包括第一硅材料层和第二硅材料层，并且所述多个轴向取向的路径中的一个是穿过所述第一硅材料层的开口，并且所述多个横向取向的路径中的一个是所述第一硅材料层和所述第二硅材料层的对接表面之间的通道。
6.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个轴向取向的路径和所述多个横向取向的路径的尺寸被设计成将微粒捕集在所述过滤器内。
7.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个轴向取向的路径和所述多个横向取向的路径形成从所述声音端口到所述内部空间的一部分的排出路径，所述内部空间的一部分声学上耦合至所述顺应性构件的远离所述声音端口的一侧。
8.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述过滤器的面向所述声音端口的表面包括疏水性涂层。
9.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个材料层中的形成所述多个轴向取向的路径中的一个轴向取向的路径或所述多个横向取向的路径中的一个横向取向的路径的一个材料层的表面包括防粘连涂层。
10.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述顺应性构件、所述背板和所述过滤器是使用MEMS处理技术形成的MEMS麦克风的一部分。
11.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述过滤器是微粒过滤器，并且所述MEMS换能器还包括：
滤光器，所述滤光器定位在所述微粒过滤器和所述声音端口之间，其中所述滤光器反射或不透过在红外(IR)光、可见光或紫外(UV)光波长范围中的至少一个中的光。
12.根据权利要求11所述的MEMS换能器，其中所述滤光器包括形成在所述微粒过滤器的面向所述声音端口的表面上的光阻隔材料。
13.根据权利要求11所述的MEMS换能器，其中所述滤光器包括与所述微粒过滤器的所述多个轴向取向的路径对准的多个开口。
14.一种微机电系统MEMS麦克风组件，特征在于，包括：
基板，穿过所述基板形成声音端口；和
MEMS麦克风，所述MEMS麦克风耦接至所述基板，所述MEMS麦克风具有声学上耦合至所述声音端口的顺应性构件、沿所述顺应性构件的一侧定位在固定位置的背板、以及过滤器，所述过滤器包括限定声学上互连的多个路径的多个材料层，其中所述多个路径包括穿过所述多个材料层中的每一个形成的孔和分开所述多个材料层中的每一个的空间。
15.根据权利要求14所述的MEMS麦克风组件，其中所述多个材料层包括多晶硅层。
16.根据权利要求14所述的MEMS麦克风组件，其中所述多个材料层包括第一硅层和第二硅层，并且所述多个路径包括形成在所述第一硅层内的第一孔、形成在所述第二硅层内的第二孔、以及在所述第一硅层与所述第二硅层之间形成的空间，所述第一孔与所述第二孔的一部分重叠。
17.根据权利要求14所述的MEMS麦克风组件，其中所述多个路径被布置在所述顺应性构件与所述声音端口之间的轴向取向的路径和横向取向的路径的交替层中。
18.根据权利要求14所述的MEMS麦克风组件，其中所述多个材料层中的至少一个不透过或反射红外(IR)光、可见光或紫外(UV)光波长范围中的至少一个中的光，并且所述多个材料层中的不透光或反射光的至少一个包括聚合物层、粘合剂层和金属层的堆叠。
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