CN215682631U

CN215682631U - Mems麦克风及其封装结构

Info

Publication number: CN215682631U
Application number: CN202121906648.7U
Authority: CN
Inventors: 张彰
Original assignee: Semiconductor Manufacturing Electronics Shaoxing Corp SMEC
Current assignee: Semiconductor Manufacturing Electronics Shaoxing Corp SMEC
Priority date: 2021-08-13
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2031-08-13

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS麦克风及其封装结构，所述MEMS麦克风包括基板、衬底以及形成于所述衬底上的振膜和背板，所述衬底的背向所述振膜的一面键合于所述基板上，所述振膜与所述背板之间形成有空腔，所述衬底中形成有暴露出所述振膜背向所述背板的一面的背腔，所述背腔中的基板上形成有多个消音槽。本实用新型的技术方案能够提高MEMS麦克风的信噪比。

Description

MEMS麦克风及其封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风及其封装结构。

背景技术

采用微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)形成的MEMS麦克风，由于在小型化、性能、可靠性、环境耐用性、成本和批量生产能力方面的潜在优势而得到广泛应用。

在MEMS麦克风的封装结构中，直接将MEMS麦克风贴装在封装基板(PCB板)上，MEMS麦克风包括衬底以及形成于衬底上的振膜和背板，振膜和背板之间形成有空腔，振膜、衬底和封装基板围成了背腔。

当外界的声波自背板上的声孔进入空腔并到达振膜时，会引起振膜上下振动，导致背腔内的气压受到挤压形成共振，共振的声波到达封装基板后被封装基板反射再次传回至振膜的背面，形成干扰，降低了MEMS麦克风收音和发声的精准度，影响输出信号的信噪比。

因此，如何提高MEMS麦克风的信噪比是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种MEMS麦克风及其封装结构，能够提高MEMS麦克风的信噪比。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种MEMS麦克风，包括：

基板；

衬底以及形成于所述衬底上的振膜和背板，所述衬底的背向所述振膜的一面键合于所述基板上，所述振膜与所述背板之间形成有空腔，所述衬底中形成有暴露出所述振膜背向所述背板的一面的背腔，所述背腔中的基板上形成有多个消音槽。

可选地，多个所述消音槽呈蜂窝状排布。

可选地，多个所述消音槽的吸声系数大于0.9。

可选地，所述衬底与所述基板之间形成有键合层，所述键合层的顶面低于所述消音槽的顶面。

可选地，所述基板的材质为半导体材料。

可选地，所述背板中形成有与所述空腔连通的声孔。

可选地，所述背板包括面向所述振膜的绝缘介质层和形成于所述绝缘介质层上的背板材料层。

可选地，所述MEMS麦克风还包括支撑结构，夹设在所述衬底和所述振膜的边缘之间以及所述振膜和所述背板的边缘之间。

可选地，所述MEMS麦克风还包括第一电极和第二电极，所述第一电极与所述背板电连接，所述第二电极与所述振膜电连接。

本实用新型还提供了一种MEMS麦克风的封装结构，包括：封装基板、封装外壳以及所述的MEMS麦克风，所述封装基板与所述封装外壳围成一内腔，所述MEMS麦克风通过所述基板贴装在所述内腔中的封装基板上。

与现有技术相比，本实用新型的MEMS麦克风及其封装结构，由于所述MEMS麦克风包括基板、衬底以及形成于所述衬底上的振膜和背板，所述衬底的背向所述振膜的一面键合于所述基板上，所述振膜与所述背板之间形成有空腔，所述衬底中形成有暴露出所述振膜背向所述背板的一面的背腔，所述背腔中的基板上形成有多个消音槽，使得能够提高MEMS麦克风的信噪比，并且，所述MEMS麦克风中的消音槽是在前段工艺中完成制作。

附图说明

图1～图4是本实用新型一实施例的MEMS麦克风的制造方法中的器件示意图。

其中，附图1～图4的附图标记说明如下：

11-衬底；12-振膜；121-缝隙；13-背板；131-绝缘介质层；132-背板材料层；133-声孔；14-支撑结构；15-空腔；16-背腔；17-第一电极；18-第二电极；21-承载片；22-基板；221-消音槽；23-键合层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～图4对本实用新型提出的MEMS麦克风及其封装结构作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型一实施例提供一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括基板、衬底以及形成于所述衬底上的振膜和背板，所述衬底的背向所述振膜的一面键合于所述基板上，所述振膜与所述背板之间形成有空腔，所述衬底中形成有暴露出所述振膜背向所述背板的一面的背腔，所述背腔中的基板上形成有多个消音槽。

下面参阅图1～图4更为详细的介绍本实施例提供的MEMS麦克风，图1～图4是纵向剖面示意图。

参阅图1，所述MEMS麦克风包括衬底11以及形成于所述衬底11上的振膜12和背板13，所述振膜12与所述背板13之间形成有空腔15，所述衬底11中形成有暴露出所述振膜12背向所述背板13的一面的背腔16。

所述MEMS麦克风还包括支撑结构14，夹设在所述衬底11和所述振膜12的边缘之间以及所述振膜12和所述背板13的边缘之间，所述支撑结构14还可夹设在所述背板13和所述衬底11的边缘之间。所述支撑结构14能够避免所述背板13和所述振膜12从所述衬底11上脱落，同时，能够使得所述背板13稳固悬空在所述振膜12上方。

所述空腔15由所述振膜12、所述背板13以及位于所述振膜12和所述背板13的边缘之间的支撑结构14围成；所述背腔16由所述衬底11、所述振膜12以及位于所述衬底11和所述振膜12的边缘之间的支撑结构14围成。

所述支撑结构14可以包括至少两层的绝缘材料层，其中，至少一层的绝缘材料层位于所述衬底11和所述振膜12的边缘之间，至少一层的绝缘材料层位于所述振膜12和所述背板13的边缘之间。

所述背板13可以包括面向所述振膜12的绝缘介质层131和形成于所述绝缘介质层131上的背板材料层132。所述支撑结构14中可以形成有一暴露出所述衬底11的部分表面的第一凹槽(未图示)，所述绝缘介质层131和所述背板材料层132依次覆盖于所述第一凹槽的内表面上，所述绝缘介质层131与所述衬底11暴露出的表面接触。

所述背板13中形成有若干个与所述空腔15连通的声孔133，所述声孔133贯穿所述背板13。各个所述声孔133相互间隔设置且规则排布，所述声孔133的位置与所述背腔16的位置对准。

所述声孔133的数量和形状可以根据性能需求进行选择，所述声孔133的横截面形状可以为圆形、四边形、六边形或八边形等。

所述振膜12的部分边缘与所述支撑结构14之间可以形成有缝隙121，所述空腔15与所述背腔16通过所述缝隙121连通，所述缝隙121能够增加所述振膜12的灵敏度以及所述MEMS麦克风的信噪比。

所述振膜12中还可形成有泄气孔(未图示)，所述空腔15与所述背腔16通过所述泄气孔连通，所述泄气孔能够降低空气阻尼，避免阻碍所述振膜12的运动。所述泄气孔可以位于所述振膜12的中间或靠近中间的区域。

需要说明的是，在其他实施例中，所述振膜12中未形成有缝隙121和泄气孔，此时，所述空腔15与所述背腔16不连通。

所述衬底11可以为本领域技术人员熟知的任何合适的衬底材料，例如硅、锗、锗硅或绝缘体上硅等材料；所述振膜12的材质可以为多晶硅、锗硅以及铝、钨等金属材料中的至少一种；所述绝缘介质层131的材质可以为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅等绝缘材料中的至少一种；所述背板材料层132的材质可以为多晶硅、锗硅以及铝、钨等金属材料中的至少一种；所述支撑结构14的材质可以为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅等绝缘材料中的至少一种。

所述MEMS麦克风还可包括第一电极17和第二电极18，所述第一电极17与所述背板13电连接，所述第二电极18与所述振膜12电连接。其中，所述第一电极17可以覆盖于所述第一凹槽中的背板材料层132上，且可以延伸至所述第一凹槽外围的背板材料层132上，以使得所述第一电极17与所述背板材料层132电连接；所述振膜12的边缘上可形成有贯穿所述背板13以及位于所述背板13和所述振膜12之间的支撑结构14的第二凹槽(未图示)，所述第二凹槽暴露出所述振膜12的部分表面，所述第二电极18可以覆盖于所述第二凹槽的内表面上，以使得所述第二电极18与所述振膜12电连接。

另外，需要说明的是，所述MEMS麦克风中的上述结构不仅限于图1所示的结构，还可以为其他本领域技术人员熟知的结构。

在所述MEMS麦克风中，所述振膜12和所述背板13可构成平行板电容。当外界的声波作用在所述振膜12上时，会引起所述振膜12的振动，从而使得所述振膜12和所述背板13之间的距离发生变化，进而产生电容的变化，并利用电容变化量进行运算和工作，以使得声音信号转化为电信号。

所述衬底11的背向所述振膜12的一面键合于所述基板22上，所述背腔16中的基板22上形成有多个消音槽221。其中，多个所述消音槽221的顶面高于所述基板22的顶面，所述消音槽221暴露出所述基板22的顶面。其中，所述衬底11可以采用熔融键合的方式永久键合于所述基板22上。

并且，在将所述衬底11的背向所述振膜12的一面键合于所述基板22上之前，先制作形成有消音槽221的基板22。参阅图2，制作步骤包括：首先，提供一基底，直接刻蚀部分厚度的所述基底，使得部分厚度的所述基底被刻蚀后相对于剩余厚度的基底凸起，且凸起中环绕围成有多个凹槽，以在剩余厚度的基底上形成多个消音槽221，剩余厚度的所述基底作为所述基板22，所述消音槽221暴露出所述基板22的顶面，所述消音槽221的侧壁与所述基板22相当于一体成型结构；然后，采用先沉积键合材料再刻蚀键合材料的工艺形成键合层23于所述基板22上；接着，将所述基板22的未形成有所述消音槽221的一面临时键合于一承载片21上，以使得所述承载片21能够在后续将所述衬底11键合于所述基板22上(如图3所示)时起到支撑作用，避免所述基板22变形而导致的键合异常。

其中，需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用在基板22上先沉积相应的材料再刻蚀沉积的材料的工艺形成所述消音槽221，此时，所述消音槽221的侧壁与所述基板22不是一体成型结构。

并且，可以采用键合胶将所述基板22与所述承载片21临时键合在一起，键合胶主要起保持所述基板22与所述承载片21之间粘合的作用，键合胶的胶材的选用范围较广，可以为加热固化胶材、紫外光照射固化胶材、加热分解型胶材或激光分解型胶材中的一种。

并且，如图4所示，在将所述衬底11的背向所述振膜12的一面键合于所述基板22上之后，可以将所述承载片21与所述基板22解键合。其中，可以采用化学溶剂溶解、加热或激光照射等方式去除键合胶，以实现解键合。解键合之后的所述承载片21可回收重复使用。

所述衬底11与所述基板22之间通过所述键合层23实现键合，所述键合层23的顶面低于所述消音槽221的顶面，且所述消音槽221的顶面低于所述衬底11的背向所述基板22的一面。所述消音槽221具有足够的高度，以使得所述消音槽221能够达到足够的消音效果。其中，所述键合层23的高度可以大于100埃且小于1000埃，所述消音槽221的高度可以大于50微米且小于200微米。

所述基板22的材质可以包括单晶硅、锗或锗硅等半导体材料；所述消音槽221侧壁的材质可以与所述基板22的材质相同或不同，所述消音槽221侧壁的材质可以包括单晶硅、锗或锗硅等半导体材料，或者包括绝缘材料；所述承载片21的材质可以包括玻璃、陶瓷或硅等；所述键合层23的材质可以包括氧化硅或氮氧化硅等。

若所述背腔16中的基板22上形成有多个所述消音槽221，则优选多个所述消音槽221呈蜂窝状排布，使得能够获得更大的消音槽221的面积，进而实现更大的消音效果。需要说明的是，在其他实施例中，各个所述消音槽221还可以为其他形状的规则排布。

所述消音槽221的横截面形状可以为圆形、四边形、六边形或八边形等。

本实用新型一实施例还提供一种MEMS麦克风的封装结构，所述MEMS麦克风的封装结构包括封装基板(未图示)、封装外壳(未图示)以及所述的MEMS麦克风，所述封装基板与所述封装外壳围成一内腔(未图示)，所述MEMS麦克风通过所述基板22的背向所述衬底11的一面贴装在所述内腔中的封装基板上。

所述封装外壳上还形成有与所述内腔连通的通孔(未图示)，所述空腔15通过所述声孔133与所述内腔连通。

外界的声波经所述封装外壳上的通孔进入所述内腔中，并继续经所述背板13上的声孔133进入所述空腔15并到达所述振膜12时，会引起振膜12上下振动，导致所述背腔16内的气压受到挤压形成共振，共振的声波到达所述基板22后，由于所述消音槽221的侧壁能够阻碍空气流动，使得所述基板22对共振声波的回弹受到阻碍，进而提高了对共振声波的吸声系数，其中，所述基板22上的多个所述消音槽221对共振声波的吸声系数能够达到大于0.9，能够消除掉大部分回弹的共振声波，明显降低了回弹的共振声波对振膜12的影响，从而明显提高了MEMS麦克风的信噪比。

另外，需要说明的是，所述消音槽221的横截面形状、面积、数量、材质和侧壁的粗糙度等因素均会影响其对共振声波的吸声系数，通过调整上述因素能够获得不同的吸声系数，进而能够调整MEMS麦克风的信噪比。

并且，从上述对MEMS麦克风的结构说明可知，本实用新型的MEMS麦克风中的消音槽是在前段工艺中制作；而现有的技术中，是在封装阶段在封装基板上制作消音槽，并在将MEMS麦克风中的衬底贴装在封装基板上时，将背腔对准消音槽，以减少回弹的共振声波。相比现有的技术，本实用新型的提高输出信号的信噪比的方法使得能够在前段工艺中即可确认MEMS麦克风的信噪比情况。

综上所述，本实用新型提供的MEMS麦克风及其封装结构，由于所述MEMS麦克风包括基板、衬底以及形成于所述衬底上的振膜和背板，所述衬底的背向所述振膜的一面键合于所述基板上，所述振膜与所述背板之间形成有空腔，所述衬底中形成有暴露出所述振膜背向所述背板的一面的背腔，所述背腔中的基板上形成有多个消音槽，使得能够提高MEMS麦克风的信噪比，并且，所述MEMS麦克风中的消音槽是在前段工艺中完成制作。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：

基板；

2.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，多个所述消音槽呈蜂窝状排布。

3.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，多个所述消音槽的吸声系数大于0.9。

4.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述衬底与所述基板之间形成有键合层，所述键合层的顶面低于所述消音槽的顶面。

5.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述基板的材质为半导体材料。

6.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板中形成有与所述空腔连通的声孔。

7.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板包括面向所述振膜的绝缘介质层和形成于所述绝缘介质层上的背板材料层。

8.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风还包括支撑结构，夹设在所述衬底和所述振膜的边缘之间以及所述振膜和所述背板的边缘之间。

9.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风还包括第一电极和第二电极，所述第一电极与所述背板电连接，所述第二电极与所述振膜电连接。

10.一种MEMS麦克风的封装结构，其特征在于，包括：封装基板、封装外壳以及如权利要求1～9中任一项所述的MEMS麦克风，所述封装基板与所述封装外壳围成一内腔，所述MEMS麦克风通过所述基板贴装在所述内腔中的封装基板上。