CN216905294U - 麦克风芯片结构及mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种麦克风芯片结构及MEMS麦克风，所述麦克风芯片结构包括：基板以及设置在所述基板上的背极板和振膜层，其中，其中，所述基板、所述背极板和所述振膜层三个部件中的至少一个呈多边形，并且呈多边形的部件的角部形状为弧形。本实用新型所提供的麦克风芯片结构能够有效地降低麦克风芯片结构四周裂角的风险，减少由此带来的良率损失，从而提高产品的性能。

Description

麦克风芯片结构及MEMS麦克风

技术领域

本实用新型涉及一种麦克风芯片结构及MEMS麦克风。

背景技术

近年来利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System，简称MEMS)工艺集成的MEMS麦克风开始被批量应用到手机、笔记本电脑等电子产品中，其封装体积比传统的驻极体麦克风小，因此受到大部分麦克风生产商的青睐。

MEMS麦克风是一种集成麦克风，由外壳和线路板构成外部封装结构，封装结构上设置有声音通道，在封装结构内部的线路板上设置有一个MEMS麦克风芯片和一个ASIC(Application Specific Intergrated Circuits，简称ASIC)芯片。该MEMS麦克风芯片包括一个基底以及设置在所述基底上的平行板电容器，常规的平行板电容器由振膜层、极板以及设置在振膜层和极板之间的支撑构成，此种结构的MEMS麦克风芯片的振膜层和极板如果尺寸较大，则很容易因为外界跌落、加速度冲击等问题造成破裂，从而使MEMS麦克风损坏；如果振膜层和极板尺寸较小，又使得MEMS麦克风整体的灵敏度和信噪比受到制约，无法实现品所需性能。

在MEMS麦克风芯片的封装过程中，会利用例如真空吸嘴等设备吸附MEMS麦克风芯片，真空吸嘴如图1所示，当真空吸嘴在下压吸附过程中，真空吸嘴的四个角就会挤压MEMS麦克风芯片的四个角，以往硅麦克风芯片四角常如图2所示，该硅麦克风芯片的边角呈90度的尖角，此类尖角在受到吸嘴的压力下，会导致应力集中，易造成尖角处开裂，影响产品性能及质量。

因此，如何设计出一种结构简单且能够有效避免MEMS麦克风芯片在芯片制造、封装、性能及可靠性测试中受到高温或外界作用力时，能有效降低现有的MEMS麦克风芯片容易出现边角裂纹成为本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种麦克风芯片结构及MEMS麦克风。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

根据本实用新型的一方面，提供一种麦克风芯片结构，包括：基板以及设置在所述基板上的背极板和振膜层，所述背极板与所述振膜层相对设置，且所述背极板与所述振膜层之间具有间隙；其中，所述基板、所述背极板和所述振膜层三个部件中的至少一个呈多边形，并且呈多边形的部件的角部形状为弧形。

可选地，从所述呈多边形的部件的角部的边缘指向所述呈多边形的部件的内部的方向，所述呈多边形的部件的角部还具有至少一个孔洞结构或者平滑的缺口结构。

可选地，所述振膜层由所述基板支撑，并且所述背极板位于所述振膜层远离所述基板的一侧；所述背极板包括绝缘背极层和导体背极层，所述绝缘背极层位于所述导体背极层靠近所述振膜层的一侧，所述背极板上设有至少一个贯通所述绝缘背极层以及所述导体背极层的厚度方向的声孔；所述振膜层与所述导体背极层构成平行板电容，所述平行板电容的电容值随所述振膜层的物理形变而变化。

可选地，所述绝缘背极层上设有多个朝向所述振膜层方向延伸的绝缘凸起部，在垂直于所述振膜层所在平面的方向上，所述多个绝缘凸起部的投影位于所述振膜层的振动区内。

可选地，所述麦克风芯片结构还包括氧化层，所述氧化层位于所述基板与所述振膜层之间，所述氧化层呈多边形，并且其角部形状为弧形。

可选地，所述弧形为圆弧形或者椭圆弧形。

可选地，所述弧形的弧长为5～30um。

可选地，所述麦克风芯片结构的长宽尺寸均为0.5mm至2mm。

可选地，所述基板、所述背极板和所述振膜层三个部件中的至少一个呈矩形。

根据本实用新型另一方面还提供一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括上述任一种麦克风芯片结构。

本实用新型实施例提供的麦克风芯片结构及MEMS麦克风，用以解决现有技术中麦克风芯片结构裂角的问题，所述麦克风芯片结构包括：基板以及设置在所述基板上的背极板和振膜层，其中，所述基板、所述背极板和所述振膜层三个部件中的至少一个呈多边形，并且呈多边形的部件的角部形状为弧形。本实用新型所提供的麦克风芯片结构能够有效地降低麦克风芯片结构四周裂角的风险，减少由此带来的良率损失，从而提高产品的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方式。

图1是MEMS麦克风芯片的封装过程中使用的真空吸嘴俯视结构示意图；

图2是现有技术中提供的麦克风芯片结构的俯视结构示意图；

图3A是本实用新型实施例提供的麦克风芯片结构的俯视结构示意图；

图3B是本实用新型又一实施例提供的麦克风芯片结构的俯视结构局部示意图；

图3C是本实用新型又一实施例提供的麦克风芯片结构的俯视结构局部示意图；

图4是本实用新型实施例提供的麦克风芯片结构的A-A’截面结构示意图；

图5A-图5G是本实用新型实施例提供的麦克风芯片结构的制作方法的制造工序示意图。

具体实施方式

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

麦克风是一种将声压信号最终转换为电信号的压力传感器，使用微机电工艺技术制造的小型麦克风称为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)麦克风或微麦克风，MEMS麦克风主要包括衬底、振膜和背板，其主要工作原理是：MEMS麦克风通过声孔与外部环境相连，振膜(振动电极板)与背板(固定电极板)之间具有间隙，振膜与背板发挥着平行平板型电容器的作用，振膜因声压而产生振动时，其与背板之间的间隙长度也会发生变化，从而使振膜与背板之间的电容值发生改变，MEMS麦克风将该电容值变化转换为电信号输出。

MEMS(微型机电系统)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，简单而言就是一个电容器集成在微硅晶片上，例如可以采用表贴工艺进行制造，该工艺能够承受很高的回流焊温度，容易与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺及其它音频电路相集成，并具有改进的噪声消除性能和良好的RF及EMI抑制能力。

封装成型的MEMS麦克风(或称为“硅麦)主要由三个部分组成：MEMS器件、ASIC器件以及金属外壳。MEMS麦克风常见封装形式有两种：顶部开口式封装和底部开口式封装。顶部开口式封装由于入声孔与焊盘不在同一面，因此适用于传统的麦克风安装。而底部开口式封装适合薄型产品设计，产品(MEMS麦克风)的所有组件都可以在PCB板的入声端口的相对侧。通常，底部开口式封装麦克风比顶部开口式具有更宽的频率响应和更高的信噪比。

图3A是本实用新型实施例提供的麦克风芯片结构的俯视结构示意图，以下结合附图3A描述本实用新型提供的麦克风芯片结构。

如图3A所示，本实用新型提供的麦克风芯片结构包括：基板1以及设置在所述基板1上的背极板4和振膜层3，所述背极板4与所述振膜层3相对设置，且所述背极板4与所述振膜层3之间具有间隙；其中，所述基板1、所述背极板4和所述振膜层3三个部件中的至少一个呈多边形，并且呈多边形的部件的角部形状为弧形。

所述麦克风芯片结构通常具有多个边角，通常，所述麦克风芯片结构的边角位置是承受真空吸嘴的压力的薄弱位置，并且在所述麦克风芯片结构的制造工艺中涉及到高温制程的工艺站点中，还会因受温度变化的影响导致边角位置出现应力集中从而产生四角裂角的问题。为此，在所述麦克风芯片结构的制造中给予所述麦克风芯片结构的边角一定的弧度，使边角的位置变得更加圆滑，从而避免出现应力集中，如此，可以防止所述麦克风芯片结构的边角在所述麦克风芯片的制造、封装以及性能及可靠性测试中受到高温或者外界的作用力时，能够有效地降低麦克风芯片结构四周裂角的风险，减少由此带来的良率损失，从而提高产品的性能。

进一步地，从所述呈多边形的部件的角部的边缘指向所述呈多边形的部件的内部的方向，所述呈多边形的部件的角部还具有至少一个孔洞结构或者平滑的缺口结构。

示例性地，如图3B所示，例如，所述背极板4呈多边形，所述背极板4的角部形状为弧形，在所述背极板4的边缘指向所述背极板4的内部的方向(图中虚线箭头所示的方向)，所述背极板4的的角部还具有至少一个孔洞结构91，该至少一个孔洞结构91配合背极板4呈弧形的角部，能够有利于切割应力的释放，防止切割应力延伸至芯片内部，造成芯片损坏。

示例性地，如图3C所示，例如，所述背极板4呈多边形，所述背极板4的角部形状为弧形，在所述背极板4的边缘指向所述背极板4的内部的方向(图中虚线箭头所示的方向)，所述背极板4的角部还具有至少一个平滑的缺口结构92，该至少一个平滑的缺口结构92配合背极板4呈弧形的角部，能够有利于切割应力的释放，防止切割应力延伸至芯片内部，造成芯片损坏。

可选地，在其他实施例中，所述振膜层3具有凸设于所述背极板4的台阶区，所述基板1具有凸设于所述振膜层3和/或所述背极板4的台阶区，因此，也可在所述振膜层3的台阶区上设置有相应的孔洞结构或者平滑的缺口结构，和/或，在所述基板1的台阶区上设置有相应的孔洞结构或者平滑的缺口结构。上述技术效果与在背极板4设置孔洞结构或者平滑的缺口结构的效果类似，在此不再赘述。

图4是本实用新型实施例提供的麦克风芯片结构的A-A’截面结构示意图。

结合图3A-图3C和图4所示，所述振膜层3设置在所述基板1的上方，所述基板1用于支撑所述振膜层3，所述背极板4位于所述振膜层3远离所述基板1的一侧，所述背极板4包括绝缘背极层41和导体背极层42，所述绝缘背极层41位于所述导体背极层42靠近所述振膜层3的一侧，所述背极板4上设有至少一个贯通所述绝缘背极层41以及所述导体背极层42的厚度方向的声孔11；所述振膜层3与所述导体背极层42构成平行板电容，所述平行板电容的电容值随所述振膜层3的物理形变而变化。

所述振膜层3的材料通常为多晶硅，在所述振膜层3和所述极板4之间设置有绝缘膜层36，示例性地，所述绝缘膜层36是SiNx膜层或者SiO2膜层。所述绝缘膜层36一方面可以用于固定所述振膜层3以及固定支撑所述背极板4，另一方面可用于在所述振膜层3与所述背极板4之间形成间隙，以用于隔绝所述振膜层3与所述背极板4。

具体地，所述基板1为纯硅结构，所述基板1上设有在厚度方向上贯通所述基板1的背腔501，所述背腔501的位置与所述至少一个声孔11的位置相对应，以接收声孔11传递的声波。所述振膜层3上覆盖于所述背腔501的部分为有效振动区，所述绝缘膜层36上设有在厚度方向上贯穿其上下表面的通孔，所述通孔与所述背腔501上下对应，所述背极板4上覆盖于所述背腔501的位置为背极区，在背极区上开设有多个声孔11，其中，所述背极区与所述振膜层3的有效振动区上下对应。

具体地，所述导体背极层42为导体，所述绝缘背极层41为绝缘体，所述导体背极层42位于背极区内的区域与所述振膜层3的有效振动区上下对应，因此，所述导体背极层42与所述振膜层3的有效振动区之间产生电容，该电容为有效电容。在本实施例中，所述导体背极层42的材质为多晶硅、铜、铝、银、金、铜铝合金、银铜合金、金铜合金、银铝合金或金银合金。只要为导电材质即可，并不局限于本实施例所列举的材料。

麦克风芯片在工作时，位于背极区的所述导体背极层42与位于背腔501上方的所述振膜层3构成平行板电容，所述平行板电容的电容值随所述振膜层3的物理形变而变化。具体地，所述振膜层3因声压而产生振动时，其与背极板4之间的间隙长度也会发生变化，从而使所述振膜层3与所述导体背极层42之间的电容值发生改变，麦克风芯片将该电容值变化转换为电信号输出。

进一步地，所述麦克风芯片结构还包括：第一导电结构5和第二导电结构6，所述第一导电结构5与所述振膜层3电连接，所述第二导电结构6与所述背极板4电连接，所述第一导电结构5和第二导电结构6用于传递由所述电容值的变化所触发的电信号。

进一步地，为了防止所述振膜层3与所述背极板4接触所引起的短路、振膜层3吸膜等不良情况的发生，所述背极板4上还设置有绝缘凸起部413。所述绝缘背极层41具有朝向所述振膜层3方向的多个绝缘凸起部413，并且所述绝缘背极层41朝向所述导体背极层42的一侧为平面，能够起到支撑固定所述导体背极层42的作用。在垂直于所述振膜层3所在平面的方向上，所述多个绝缘凸起部413的投影位于所述振膜层3的有效振动区内，所述多个绝缘凸起部413能够避免所述振膜层3与所述导体背极层42之间发生接触所引起的短路、振膜层3吸膜等不良情况。

可选地，所述麦克风芯片结构还包括氧化层2，所述氧化层2位于所述基板1与所述振膜层3之间，所述氧化层2呈多边形，并且其边角(角部)7形状为弧形。示例性地，对所述氧化层2进行光刻图案化，以得到具有边角的氧化层2。所述氧化层2的材料可以为SiO_X等。该具有边角的氧化层2边角形状为弧形，也可避免出现应力集中，降低麦克风芯片结构四周裂角的风险，减少由此带来的良率损失，从而提高产品的性能。

如图4所示，在本实施例中，基板1和振膜层3的边缘之间通过氧化层2隔离，所述氧化层2上覆盖于声腔501的部位开设有贯通上下表面的通孔。

在本实用新型的一些实施例中，所述基板1的多边形的边角10呈弧形、所述背极板4的多边形的边角9和所述振膜层3的多边形的边角8均呈弧形，所述弧形为圆弧形或者椭圆弧形。可选地，所述弧形的弧长为5～30um。

优选地，本实用新型的所述麦克风芯片结构的长宽尺寸均为0.5mm至2mm。在该尺寸下，即能够适用于小型化的麦克风，又能够在所述基板1、所述背极板4和所述振膜层3三个部件的角部制作出弧形的边缘形状。

在本实用新型的一些实施例中，所述基板1、所述背极板4和所述振膜层3三个部件中的至少一个呈矩形。

本实用新型实施例还提供了一种MEMS麦克风，包括前述实施例所描述的麦克风芯片结构。由于采用了上述的麦克风芯片结构，因此提高了MEMS麦克风的产品性能。

图5A-图5G是本实用新型实施例提供的麦克风芯片结构的制作方法的制造工序示意图。请参考图4和图5A-图5G所示。

具体地，本实用新型中的麦克风芯片结构的制作工艺过程为：

步骤S1：如图5A所示，在基板1上制作氧化层2，并对氧化层2进行图案化处理，刻蚀出相应的图案。

步骤S2：如图5B所示，在氧化层2上沉积振膜层3，并对振膜层3进行图案化处理，并形成多个振膜开口，以便于后续声音传导的气流流通。

步骤S3：如图5C所示，在振膜层3上沉积绝缘膜361，例如SiOx的绝缘膜，对绝缘膜361进行图案化处理，刻蚀出相应的图案，并形成多个开口结构，以便于后续的第一导电结构、第二导电结构的制作和安装。

步骤S4：如图5D所示，继续在绝缘膜361上沉积绝缘膜362，并刻蚀出相应的图案，以完成绝缘膜层36的制作。

步骤S5：如图5E所示，在绝缘膜层36上依次沉积绝缘背极层41和导体背极层42(其中，在此步骤中，绝缘背极层41形成朝向振膜层3的多个绝缘凸起部)。

步骤S6：如图5F所示，对所述绝缘背极层41和所述导体背极层42进行开口处理，暴露出第一导电结构、第二导电结构的安装位置，并光刻所述导体背极层42以及所述绝缘背极层41得到贯穿背极板4的声孔11，完成背极板4的制作。

步骤S7：如图5G所示，对所述导体背极层42进行开口处理，以利于后续的第一导电结构安装后第二导电结构之间保持电信号绝缘等。

最后通过声孔11的位置利用溶液释放法将位于所述绝缘背极层41下方的绝缘膜层36刻蚀掉，得到空气间隙。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种麦克风芯片结构，其特征在于，包括：基板以及设置在所述基板上的背极板和振膜层，所述背极板与所述振膜层相对设置，且所述背极板与所述振膜层之间具有间隙；

其中，所述基板、所述背极板和所述振膜层三个部件中的至少一个呈多边形，并且呈多边形的部件的角部形状为弧形。

2.如权利要求1所述的麦克风芯片结构，其特征在于，从所述呈多边形的部件的角部的边缘指向所述呈多边形的部件的内部的方向，所述呈多边形的部件的角部还具有至少一个孔洞结构或者平滑的缺口结构。

3.如权利要求2所述的麦克风芯片结构，其特征在于，所述振膜层由所述基板支撑，并且所述背极板位于所述振膜层远离所述基板的一侧；

所述背极板包括绝缘背极层和导体背极层，所述绝缘背极层位于所述导体背极层靠近所述振膜层的一侧，所述背极板上设有至少一个贯通所述绝缘背极层以及所述导体背极层的厚度方向的声孔；

所述振膜层与所述导体背极层构成平行板电容。

4.如权利要求3所述的麦克风芯片结构，其特征在于，

所述绝缘背极层上设有多个朝向所述振膜层方向延伸的绝缘凸起部，在垂直于所述振膜层所在平面的方向上，所述多个绝缘凸起部的投影位于所述振膜层的振动区内。

5.如权利要求3所述的麦克风芯片结构，其特征在于，所述麦克风芯片结构还包括氧化层，所述氧化层位于所述基板与所述振膜层之间，所述氧化层呈多边形，并且其角部形状为弧形。

6.如权利要求1-5中任一项所述的麦克风芯片结构，其特征在于，所述弧形为圆弧形或者椭圆弧形。

7.如权利要求6所述的麦克风芯片结构，其特征在于，

所述弧形的弧长为5～30um。

8.如权利要求1所述的麦克风芯片结构，其特征在于，所述麦克风芯片结构的长宽尺寸均为0.5mm至2mm。

9.如权利要求2所述的麦克风芯片结构，其特征在于，所述基板、所述背极板和所述振膜层三个部件中的至少一个呈矩形。

10.一种MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风包括如权利要求1-9中任一项所述的麦克风芯片结构。

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