TW201540648A - 微機電系統麥克風 - Google Patents

Abstract

一種微機電系統麥克風，包括微機電系統結構，具有基板、振膜以及背板，其中該基板有空腔，且該背板在該空腔與該振膜之間，該背板具有多個通孔與該空腔連接，使該空腔延伸到該振膜。又，黏著層設置在該基板上，環繞該空腔。蓋板黏附於該黏著層，其中該蓋板有聲孔，該聲孔的位置與該空腔是錯開，沒有直接聯通。

Description

微機電系統麥克風

本發明是有關於一種微機電系統(Micro-Electrical-Mechanical System,MEMS)麥克風，且特別是具有防塵效果的微機電系統麥克風。

微機電系統麥克風是一種體積微小的麥克風，也是利用半導體製程所完成的元件，可以和半導體製程的積體電路連接。

圖1繪示傳統的微機電系統麥克風。參閱圖1，傳統的微機電系統麥克風包括微機電系統結構101。微機電系統結構101則包括基板100。基板100例如是半導體基板，更例如是矽基板。利用半導體製程的微影與蝕刻，基板100會形成對外接收聲源的空腔(Cavity)112。在基板100的另一面上至少還有微電容器104的結構。

微電容器104包括振膜(diaphragm)108以及背板(backplate)106，其二者之間的空間構成腔室(chamber)124。腔室124內一般是空氣，當作聲音媒體。如此，振膜108以及背板106 就構成微電容器104，具有對應的電容值。背板106包括導電材料，例如多晶矽層，並且形成有多個通孔(venting hole)110與空腔112連接，使空腔112延伸到振膜108。如此，當空腔112接收到聲源時，振膜108感應聲源而振動而造成電容值變化。因此，微機電系統麥克風能提供電容值變化的信號，而在外部與微機電系統麥克風連接的積體電路或是系統，可以根據電容值變化的信號得知聲音的內容。

在半導體製程中，微電容器104的製造過程中，其所需要的微影蝕刻步驟，是需要介電層的輔助來進行。而最後留下來的介電材料，以介電層102表示。介電層102也用以支撐振膜108。利用介電層102的輔助而形成微電容器104的製程，對於本領域的通常知識者是可以了解，而不詳細描述。

另外，為了保護振膜108且能維持振膜108有靈敏度，在介電層102上與基板100相對的另一面會有帽蓋結構114。帽蓋結構114例如利用膠層116黏附於介電層102上。帽蓋結構(capping structure)114會有對應空腔112的凹陷空間120。凹陷空間120是足夠大，而允許振膜108的振動不明顯受限制。另外，帽蓋結構114也有內連線(interconnect)結構118，例如包括導墊以及導電插塞，因此能將微電容器104感應的電信號輸出給外部的積體電路使用。

本發明檢視上述傳統的微機電系統麥克風，由於基板100的空腔112是直接與外部的環境連接。如果有微粒子 (micro-particle)128進入空腔112，其中可能包含較小尺寸的微粒子128，進而穿過通孔110，而進入背板106與振膜108之間的腔室124，而影響振膜108在感應音源時的振動，或甚至導致振膜108無法足夠振動，而造成功能缺陷(malfunction)。

圖2繪示另一種傳統的微機電系統麥克風。參閱圖2，另一種傳統的微機電系統麥克風的設計，其微機電系統結構202與圖1的微機電系統結構101相似，但是整個的封裝結構不同。微機電系統結構202是設置在蓋板200上。此蓋板200，例如是線路板，包含內連線204結構，如此微機電系統結構202經由封裝過程的打線(bonding)步驟，利用引線(bonding wire)206電性連接微機電系統結構202以及在蓋板200上的內連線204結構，如此微機電系統結構202的感應信號可以輸出到外部，供外部連接的積體電路或是系統使用。

為了保護含有振膜108以及引線206等的微機電系統結構202，帽蓋結構210是設置在蓋板200上，且覆蓋過微機電系統結構202，而帽蓋結構210與微機電系統結構202之間的空間允許振膜108依照所設計的靈敏度程度振動。

對於此傳統的微機電系統麥克風，其蓋板200上會有聲孔208與空腔112直接連接以接收音源。經本發明檢視此微機電系統麥克風的結果，其聲孔208與空腔112是直接連接，因此，如圖1的微粒子128相似，也很有可能會進入腔室124，導致振膜108無法正常工作。

本發明提供微機電系統麥克風，至少可以有效減少微粒子進入腔室的機率，以能有效保護微機電系統麥克風的正常操作。

本發明的微機電系統麥克風，包括微機電系統結構，具有基板、振膜以及背板，其中該基板有空腔，且該背板在該空腔與該振膜之間，該背板具有多個通孔與該空腔連接，使該空腔延伸到該振膜。又，黏著層設置在該基板上，環繞該空腔。蓋板黏附於該黏著層，其中該蓋板有聲孔，該聲孔的位置與該空腔是錯開，沒有直接聯通。

在本發明的一實施例中，上述的微機電系統麥克風的黏著層是封閉環繞空腔。

在本發明的一實施例中，上述的微機電系統麥克風的基板有溝渠通道，使連接該聲孔與該空腔。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧基板

101‧‧‧微機電系統結構

102‧‧‧介電層

104‧‧‧微電容器

106‧‧‧背板

108‧‧‧振膜

110‧‧‧通孔

112‧‧‧空腔

114‧‧‧帽蓋結構

116‧‧‧膠層

118‧‧‧內連線結構

120‧‧‧凹陷空間

122‧‧‧黏著層

124‧‧‧腔室

128‧‧‧微粒子

130‧‧‧溝渠

200、200’‧‧‧蓋板

202‧‧‧微機電系統結構

204‧‧‧內連線結構

206‧‧‧引線

208、208’‧‧‧聲孔

210‧‧‧帽蓋結構

220‧‧‧黏著層

300‧‧‧蓋板

302‧‧‧聲孔

圖1繪示傳統的微機電系統麥克風。

圖2繪示另一種傳統的微機電系統麥克風。

圖3是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。

圖4是依照圖3的微機電系統麥克風的一部分結構的上視透視結構示意圖。

圖5是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。

圖6是依照圖5的微機電系統麥克風的一部分結構的上視透視結構示意圖。

圖7是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。

圖8是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。

本發明考慮傳統的微機電系統麥克風，其微粒子很可能會經由聲孔進入空腔，進而穿過通過通孔而進入腔室，可能導致振膜的效能(performance)降低，或甚至不能工作。本發明提出多個實施例以利於說明，但是不限於所舉的實施例，且所舉的多個實施例之間，也允許有適當的結合。

圖3是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。圖4是依照圖3微機電系統麥克風的一部分結構的上視透視結構示意圖。參閱圖3與圖4，微機電系統麥克風的結構包括微機電系統結構101，具有基板100、背板106以及振膜108，其中基板100有空腔112，且背板106在空腔112與振膜108之間。背板106具有多個通孔110與空腔112連接，使空腔112經由腔 室124延伸到振膜108。又，黏著層122設置在基板100上，環繞空腔112。蓋板300黏附於黏著層112，其中蓋板300有聲孔302。聲孔302的位置與空腔112是錯開，沒有直接聯通。聲孔302與空腔112是間接連通，其中本實施例是利用由於黏著層122的厚度所產生在蓋板300與基板100之間的間隙完成間接連通。由於聲孔302不是直接與空腔112連通，因此即使微粒子128從聲孔302進入，其大部分會停留在基板100的表面，而大量減少微粒子128進入空腔112，進而進入腔室124的可能性。振膜108因此能維持正常的效能。

聲孔302的幾何形狀不限於所舉的圓形，其可以例如方形、長方形、三角形、多角形、橢圓形、…、等等的其他選擇。又，依照相同方式，聲孔302的數量也不限制為一個，其可以是多個聲孔302。

又、黏著層122較佳的方式是封閉環繞空腔112，而黏著層122的環形也不限於所舉的長方形形狀，其例如也可以是平滑的環狀，或是其他可以環繞空腔112的形狀。黏著層122的材料例如是膠層，其更例如可以是導電膠或是非導電膠。黏著層122提供蓋板300的貼附，以及所需要的聲道間隙，因此，黏著層122的內部結構也不限制，其例如也可以是疊層的結構。

又，本實施例的微機電系統結構101，也可以包括如圖1所描述的帽蓋結構114，利用膠層116而黏附到微機電系統結構101的一面上，此面相對於蓋板300是位於相反側，以覆蓋過振膜 108。又，帽蓋結構114的內部也包含內連線結構118，用以將微電容器104所感應到的電性信號輸出，以供後續使用。

又，在圖3的實施例中，聲孔302與空腔112的連接是利用由於黏著層122產生在蓋板300與基板100之間的空隙而達成間接連接。然而，如果要增加音源從聲孔302進入空腔112的音量，可以更在設置溝渠通道。以下舉另一實例來說明。

圖5是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。圖6是依照圖5的微機電系統麥克風的一部分結構的上視透視結構示意圖。

參閱圖5與圖6，本實施例的微機電系統麥克風的結構是以圖3的微機電系統麥克風為基礎，但是在及基板100上更形成溝渠130，以產生更大的通道，連通蓋板300的聲孔302以及基板100的空腔112，如此空腔112可以接收更大的聲量。

又，由於溝渠130與空腔112是橫向的連接，因此由聲孔302進入的微粒子128，也至少有一部分會落在溝渠130的底面。如此溝渠130仍具有防止微粒子128的效果，且增加接收的音量。於此，溝渠130僅是示意的實施例，實際上的溝渠130設計，其只要能達到連通聲孔302與空腔112，吸收由聲孔302進入的微粒子128即可，其實際的幾何結構與尺寸可以依需求有不同的變化。

又，圖7是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。參閱圖7，本實施例的微機電系統麥克風仍是採 用圖3的微機電系統麥克風相同的防微粒子的機制。蓋板200’仍是利用黏著層220黏附到基板100上。蓋板200’的聲孔208’仍維持與空腔112錯開，沒有直接連接，其機制如先前圖3的描述。本實施例的蓋板200’也可以同時是線路板。至於蓋帽結構210以及蓋板200’中的內連線結構204以及引線206等的結構，則如圖2的描述。本實施例的蓋帽結構210的材料，可以是金屬或是非金屬，而採用金屬材料可以進一步防止電磁等等的干擾。傳統如圖2所示的微機電系統麥克風，也可以藉有本實施例獲得防止微粒子進入腔室的效果。

圖8是依照本發明一實施例的微機電系統麥克風的結構剖面示意圖。參閱圖8，本實施例的微機電系統麥克風是根據圖7的結構，再結合圖5所示在基板100的溝渠130，如此可以增加接收的音量。

本發明利用黏著層122黏附蓋板300。由於黏著層122的厚度提供聲音的橫向通道，蓋板300上的聲孔可以與基板的空腔錯開，而利用橫向通道連接。微機電系統麥克風可以維持接收聲源，又由於聲孔與空腔錯開，其可以有效防止微粒子進入微機電系統結構的腔室，避免影響振膜感應聲音的振動效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧基板

101‧‧‧微機電系統結構

102‧‧‧介電層

104‧‧‧微電容器

106‧‧‧背板

108‧‧‧振膜

110‧‧‧通孔

112‧‧‧空腔

114‧‧‧帽蓋結構

116‧‧‧膠層

118‧‧‧內連線結構

120‧‧‧凹陷空間

122‧‧‧黏著層

124‧‧‧腔室

128‧‧‧微粒子

300‧‧‧蓋板

302‧‧‧聲孔

Claims (8)

1. 一種微機電系統麥克風，包括：微機電系統結構，具有基板、振膜以及背板，其中該基板有空腔，且該背板在該空腔與該振膜之間，該背板具有多個通孔與該空腔連接，使該空腔延伸到該振膜；黏著層，設置在該基板上，環繞該空腔；以及蓋板，黏附於該黏著層，其中該蓋板有聲孔，該聲孔的位置與該空腔是錯開，沒有直接聯通。
2. 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統麥克風，其中該黏著層是封閉環繞該空腔。
3. 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統麥克風，其中該微機電系統結構的該基板有溝渠通道，使連接該聲孔與該空腔。
4. 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統麥克風，更包括帽蓋結構，在該微機電系統結構的一面上，相對於該蓋板是位於相反側，以覆蓋過該振膜，該帽蓋結構內部包含內連線結構。
5. 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統麥克風，更包括帽蓋結構，設置在該蓋板上，且覆蓋過該微機電系統結構，其中該蓋板包含內連線結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統麥克風，其中在該基板上相對於該蓋板的表面上有一介電層，支撐該振膜。
7. 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統麥克風，其中該振膜以及該背板構成感應電容器。
8. 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統麥克風，其中該黏著層是導電膠或是非導電膠。