TW202203659A - 發聲裝置、封裝結構和製造發聲晶片、封裝結構和發聲儀器的方法 - Google Patents

發聲裝置、封裝結構和製造發聲晶片、封裝結構和發聲儀器的方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種封裝結構，其包括殼以及發聲晶片。所述發聲晶片設置在所述殼中。所述發聲晶片包括振膜以及致動元件。所述振膜包括聯結板和連接到所述聯結板的彈簧結構。所述致動元件用以提供一驅動訊號以致動所述振膜。所述彈簧結構位於所述聯結板與所述致動元件之間。所述致動元件藉由所述彈簧結構致動所述聯結板。

Description

發聲裝置、封裝結構和製造發聲晶片、封裝結構和發聲儀器的方法
本發明涉及發聲裝置、封裝結構、製造發聲晶片的方法、形成封裝結構的方法和形成發聲儀器的方法，特別是涉及具有能提高音質的發聲晶片的發聲裝置與封裝結構以及製造發聲晶片、形成封裝結構和形成發聲儀器的相關方法。
包括平衡電樞(balance-armature, BA)揚聲器驅動器在內的基於磁體動圈(Magnet and Moving coil, MMC)的發聲裝置已開發了數十年，且許多現代設備仍然藉此來產生聲音。
由於裝置的多種共振頻率落在可聽頻帶內，因此磁體動圈不適合作為真正的寬頻聲源。例如，與振膜及其支撐物相關的共振、與動圈的電感(inductance, L)和振膜支撐物的機械電容(capacitance, C)相關的共振、由後殼內的空氣彈簧和振膜的質量所引起的機械共振、振膜表面的振鈴、或者在平衡電樞揚聲器的情況下，前腔、後腔和通口管(port tube)等的三重共振會落在可聽頻帶內。在磁體動圈的設計中，一些這樣的共振被視為期望的特徵，並且進行了巧妙的佈置以利用這種共振來增加振膜的位移量並因此產生更高的聲壓位準(sound pressure level, SPL)。
近年來，微機電系統(Micro Electro Mechanical System, MEMS)的微型揚聲器成為另一種發聲裝置，其利用薄膜壓電(piezoelectric)材料作為致動件以及利用薄單晶矽層作為振膜，並利用半導體製程。儘管採用了此些材料和製程，但傳統的磁體動圈的設計思想和實踐方式幾乎盲目地應用於微機電系統的微型揚聲器，而沒有考慮磁體動圈和微機電系統之間的差異。因此，微機電系統的發聲裝置產品存在缺陷。
因此，需要對現有技術進行改善。
因此，本發明的主要目的是提供一種具有能夠提高音質的發聲晶片的封裝結構。此外，本發明亦提供了製造發聲晶片的相關方法、形成封裝結構的相關方法和形成發聲儀器的相關方法。
本發明的一實施例提供了一種封裝結構，其包括一殼和一發聲晶片。發聲晶片設置在殼中。發聲晶片包括振膜和致動元件。振膜包括聯結板和連接到聯結板的彈簧結構。致動元件用以接收一驅動訊號以致動振膜。彈簧結構位於聯結板與致動元件之間。致動元件藉由彈簧結構致動聯結板。
本發明的另一實施例提供了一種製造發聲晶片的方法，其包括提供一晶圓，其中晶圓包括一第一層和一第二層、形成並圖案化在晶圓的一第一側上的一致動材料、圖案化晶圓的第一層，以形成一溝道線、以及移除晶圓的第二層的一第一部。第二層的一第二部形成至少一錨定結構，且圖案化的第一層形成被至少一錨定結構固定的一振膜。一狹縫由於溝道線而形成在振膜中並貫穿振膜。振膜包括一聯結板與一彈簧結構，彈簧結構連接聯結板，且彈簧結構由於狹縫而形成。彈簧結構位於聯結板與致動元件之間。致動元件藉由彈簧結構致動聯結板。
本發明的另一實施例提供了一種形成封裝結構的方法，其包括提供一殼、藉由上述的方法製造一發聲晶片、以及設置發聲晶片在殼中。
本發明的另一實施例提供了一種形成發聲儀器的方法，其包括藉由上述的方法形成一封裝結構、以及將封裝結構藉由一表面貼裝技術組合到發聲儀器中。
本發明的另一實施例提供一種發聲裝置，其包括基底與設置在基底上的至少一發聲晶片。發聲晶片包括至少一振膜與至少一致動元件。振膜包括聯結板與至少一彈簧結構，彈簧結構連接聯結板。致動元件用以接收對應輸入音頻訊號的驅動訊號，以致動振膜。輸入音頻訊號與驅動訊號具有輸入音頻帶，輸入音頻帶具有一上限，上限位於一最大頻率。彈簧結構位於聯結板與致動元件之間，振膜具有高於最大頻率的第一共振頻率。
在閱讀了下文繪示有各種附圖的實施例的詳細描述之後，對於所屬領域的技術人員來說，應可清楚明瞭本發明的目的。
為使本領域技術人員能更進一步瞭解本發明，以下特列舉本發明的優選實施例、關鍵元件的典型材料或參數範圍，並配合附圖詳細說明本發明的構成內容及所欲達成的功效。須注意的是，附圖均為簡化的示意圖，且關鍵元件的材料與參數範圍是基於現今技術來說明，因此，僅顯示與本發明有關之元件與組合關係，以對本發明的基本架構、實施方法或操作方法提供更清楚的描述，而實際的元件與佈局可能更為複雜，且所使用的參數範圍或材料可隨著未來技術的發展而變化。另外，為了方便說明，本發明的各附圖中所示之元件可非以實際數目、形狀、尺寸做等比例繪製，其詳細情況可依照設計的需求進行調整。
在下文說明書與發明申請專利範圍中，「包括」、「含有」、「具有」等詞為開放式詞語，因此其應被解釋為「含有但不限定為…」之意。因此，當本揭露的描述中使用術語「包括」、「含有」及/或「具有」時，其指定了相應的特徵、區域、步驟、操作及/或構件的存在，但不排除一個或多個相應的特徵、區域、步驟、操作及/或構件的存在。
在下文說明書與發明申請專利範圍中，當「A1構件由B1所形成」，則表示A1構件的形成存在有B1或使用B1，且A1構件的形成不排除一個或多個其他的特徵、區域、步驟、操作及/或構件的存在或使用。
說明書與發明申請專利範圍中所使用的序數例如「第一」、「第二」等之用詞用以修飾元件，其本身並不意含及代表該（或該些）元件有任何之前的序數，也不代表某一元件與另一元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚區分。發明申請專利範圍與說明書中可不使用相同用詞，據此，說明書中的第一構件在發明申請專利範圍中可能為第二構件。
須知悉的是，以下所舉實施例可以在不脫離本揭露的精神下，可將數個不同實施例中的特徵進行替換、重組、混合以完成其他實施例。各實施例間特徵只要不違背發明精神或相衝突，均可任意混合搭配使用。
磁體動圈(Magnet and Moving Coil, MMC)發聲裝置和微機電系統(Micro Electro Mechanical System, MEMS)發聲裝置(例如壓電致動的微機電系統發聲裝置)之間有兩個主要區別：1）聲音產生過程中產生的振膜運動特性完全不同，其中磁體動圈發聲裝置是基於力的發聲裝置，而壓電致動的微機電系統發聲裝置是基於位置的發聲裝置；2）微機電系統發聲裝置共振的品質因數(即Q因數(Q factor))通常為100±40，具有尖峰和窄的峰值的頻率響應；而磁體動圈共振的Q因數通常在0.7〜2的範圍內，比微機電系統發聲裝置的Q小得多，因此具有非常平滑和寬廣的峰值。
磁體動圈發聲裝置利用共振產生期望的頻率響應的可行度，很大程度上取決於這種共振的低Q因數值，低Q因數值允許將多個相對較寬頻的平滑峰混合在一起並形成相對共振頻率平坦的頻率響應。
然而，共振混合對於微機電系統發聲裝置不可行，因為共振Q因數值太高，並且共振頻率周圍的過度振鈴（ringing）將導致：a）嚴重的振膜偏移並引起相當大的非線性，以及b）激發源終止後出現延長振鈴(高Q因數值來自低耗散因數，因此一旦振鈴開始，就像撞擊硬幣的邊緣一樣，在撞擊後振鈴將持續一段延長時間)。由於過度的振膜偏移引起的非線性，因此項目a導致總諧波失真(Total Harmonic Distortion, THD)和互調(Inter-modulation, IM)升高，而項目b會導致音質“變色”(colored)和“混濁”(muddied)。
本發明的基本思想是將微機電系統發聲裝置的共振頻率向上移動至音頻訊號的頻帶之上（例如，超過16 kHz），使得在音頻訊號的頻帶中極少/沒有共振。因此，當發聲裝置產生聲波時，可避免振膜偏移、總諧波失真和互調、非線性以及延長振鈴，其中聲波的頻率在音頻訊號的頻帶內。在此情況下，發聲裝置可達到高的性能。
請參考圖1至圖3，圖1所示為本發明一實施例的具有第一類型的發聲晶片的發聲裝置的俯視示意圖，圖2所示為本發明一實施例的具有第一類型的發聲晶片的發聲裝置的剖面示意圖，圖3所示為本發明一實施例的振膜的頻率響應以及輸入音頻帶的示意圖。如圖1與圖2所示，發聲裝置SD包括基底BS以及設置在基底BS上的至少一發聲晶片100。基底BS可為硬質或可撓，其中基底BS可包括矽(silicon)、鍺(germanium)、玻璃、塑膠、石英、藍寶石、金屬、聚合物（例如，聚醯亞胺(polyimide, PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)）、任何適合的材料或其組合。在一範例中，基底BS可為包括積層板(laminate)（例如敷銅層板(copper clad laminate, CCL)）、平面網格陣列板(land grid array board, LGA board)或任何其他適合的包含導電材料的板的電路板，使得基底BS可包括一個或多個導電元件，例如連接走線、主動元件、被動元件及/或連接墊。在另一範例中，基底BS可為積體電路晶片，但不以此為限。
在圖1中，發聲裝置SD可包括一個發聲晶片100，但不以此為限。發聲晶片100為微機電系統晶片，用以產生聲波。詳細而言，發聲晶片100可包括至少一振膜110、至少一致動元件120與錨定結構130，其中振膜110透過致動元件120致動以產生聲波，錨定結構130連接於振膜110的多個外邊緣110e，振膜110的外邊緣110e則定義出振膜110的邊界。在圖1中，發聲晶片100可包括一個振膜110與一個致動元件120，但不以此為限。對應地，在圖2中，由於發聲晶片100設置在基底BS上，因此發聲裝置SD還可包括音腔CB，存在於振膜110與基底BS之間。具體地，由於致動元件120需要致動振膜110，因此致動元件120可設置在振膜110上或鄰近振膜110。舉例而言，在圖1與圖2中，致動元件120設置在振膜110上(例如，致動元件120可接觸於振膜110)，但不以此為限。致動元件120具有高線性度的機電轉換功能。在一些實施例中，致動元件120可包括壓電式致動件、靜電式致動件、奈米靜電致動式(nanoscopic-electrostatic-drive, NED)致動件、電磁式致動件或任何其他適合的致動元件，但不以此為限。舉例來說，在一實施例中，致動元件120可包括壓電式致動件，壓電式致動件可包含例如兩電極與設置在兩電極之間的壓電材料層，其中壓電材料層可依據電極所接收到的驅動電壓來致動振膜110，但不以此為限。再舉例而言，在另一實施例中，致動元件120可包括電磁式致動件(如平面式線圈(planar coil))，其中電磁式致動件可依據所接收到的驅動電流與磁場來致動振膜110(即，振膜110可由電磁力所致動)。再舉例而言，在另一實施例中，致動元件120可包括靜電式致動件(如導電板)或奈米靜電致動式致動件，其中靜電式致動件或奈米靜電致動式致動件可依據所接收到的驅動電壓與電場來致動振膜110(即，振膜110可由靜電力所致動)。致動元件120可根據致動元件120的類型及/或其他需求而設置在振膜110上或設置在振膜110中。
須說明的是，在發聲裝置SD的操作過程中，錨定結構130可為相對於振膜110的固定端(或固定邊緣)。換句話說，當致動元件120致動振膜110時，錨定結構130不需被致動元件120所致動，且錨定結構130在發聲裝置SD的操作過程中為固定不動。須說明的是，本發明所述的“發聲裝置SD的操作”代表發聲裝置SD在產生聲波。
關於透過致動元件120所引起的致動，致動元件120用以接收驅動訊號(驅動電壓及/或驅動電流)以致動振膜110，其中驅動訊號對應輸入音頻訊號，而由發聲晶片100所產生的聲波對應輸入音頻訊號。舉例來說，聲波、輸入音頻訊號與驅動訊號具有相同頻率，但不以此為限。並且，在一個頻率中，驅動訊號隨著輸入音頻訊號提升而增大，使得聲波的聲壓位準(sound pressure level, SPL)提升。此外，在本發明中，輸入音頻訊號與驅動訊號具有輸入音頻帶ABN，輸入音頻帶ABN具有一上限，而此上限位於最大頻率fmax 。也就是說，輸入音頻訊號的頻率不高於最大頻率fmax ，或者，在輸入音頻訊號(及/或驅動訊號)中，高於最大頻率fmax 的部分能量小於一特定閾值。在本發明中，取決於各種應用，最大頻率fmax 可為人類最大可聽頻率(例如22 kHz)或更低。舉例而言，語音相關應用的最大頻率fmax 可為5 kHz，其明顯低於人類最大可聽頻率(如，22 kHz)，但不以此為限。
在圖3中，代表振膜110的頻率響應的曲線20以及代表輸入音頻訊號的輸入音頻帶ABN的曲線22都示意性地繪示於圖3。如圖3所示，本發明的振膜110被設計為具有高於最大頻率fmax的第一共振頻率fR ，使得振膜110的共振幾乎不會發生在輸入音頻帶ABN中。在一些實施例中，第一共振頻率fR 高於人類最大可聽頻率，但不以此為限。須說明的是，第一共振頻率fR 為振膜110的最低共振頻率，且振膜110的第一共振頻率fR 是在發聲晶片100完全形成後才進行量測。換句話說，根據發聲晶片100的設計，若至少一結構(例如，致動元件120及/或其他適合的結構)設置在振膜110上，振膜110的第一共振頻率fR 是透過測量振膜110和設置在振膜110上的結構的組合來獲得；若沒有其他結構設置在振膜110上，振膜110的第一共振頻率fR 是僅透過測量振膜110來獲得。
在一些實施例中，為了避免振膜110的共振落在/發生在輸入音頻帶ABN中，振膜110的第一共振頻率fR 應明顯高於輸入音頻帶ABN的最大頻率fmax 。舉例來說，如圖3所示，振膜110的第一共振頻率fR 應至少高於最大頻率fmax 加上第一共振頻率fR 所對應的第一共振帶寬Δf的一半(即，第一共振頻率fR ＞ 最大頻率fmax + 第一共振帶寬Δf的一半(Δf/2))，其中第一共振帶寬Δf代表第一共振頻率fR 所對應的脈衝PR 的半峰全幅值(full width at half maximum, FWHM)，第一共振帶寬Δf的一半（即，Δf/2）代表第一共振頻率fR 所對應的脈衝PR 的半峰半幅值(half width at half maximum, HWHM)。較佳地，可選擇振膜110的第一共振頻率fR 以在輸入音頻帶ABN中產生3~10 dB的上升，以減輕在輸入音頻帶ABN內的共振或甚至保證在輸入音頻帶ABN內沒有共振。在一些實施例中，振膜110的第一共振頻率fR 可高於最大頻率fmax 加上第一共振帶寬Δf的數倍，但不以此為限。
在一些實施例中，振膜110的第一共振頻率fR 可相較輸入音頻帶ABN的最大頻率fmax (即，輸入音頻帶ABN的上限)高至少10%。舉例而言，對於接收例如CD音樂或MP3等的脈衝碼調制(Pulse-Code Modulation, PCM)編碼源的發聲裝置SD，或對於接收例如藍芽(Bluetooth)等的無線通道源的發聲裝置SD，資料取樣速率通常為44.1 kHz，並且，根據奈奎斯特定律(Nyquist law)，輸入音頻訊號的上限頻率（即，最大頻率fmax ）應約為22 kHz。因此，第一共振頻率fR 將較佳地選在23 kHz至27.5 kHz之間的範圍內（≈ 25 kHz±10%•22 kHz），這將保證發聲裝置SD的驅動訊號在第一共振頻率fR 附近時不包含頻率分量。據此，可以避免振膜偏移和延長振鈴，並可以進一步地提高音質。
需注意的是，Q因數可定義為Q = (fR /Δf)。振膜110的Q因數可在100±40的範圍內，或至少50。在此情況下，當Q因數足夠大時，與第一共振頻率fR 相比，第一共振帶寬Δf = (fR /Q)將相對小。
需注意的是，第一共振頻率fR 、第一共振帶寬Δf與Q因數是在製造過程時/之前決定的參數。一旦設計與製造了發聲裝置SD，這些參數就固定了。
為了達到上述特性，可提供任何適合類型的發聲晶片100。在下文中，示例性地提供與說明繪示在圖1與圖2中的第一類型的發聲晶片100，但本發明並不以此為限。
一般而言，振膜110的共振頻率可透過許多方式來調整。舉例而言，振膜110的材料、振膜110的幾何形狀、設置在振膜110上的元件的材料、設置在振膜110上的元件的配置以及設置在振膜110上的元件的幾何形狀可影響振膜110的共振頻率，但不以此為限。
原則上，當振膜110的楊氏模數(Young's modulus)越大，振膜110的第一共振頻率fR 可越高。舉例來說，為了使振膜110獲得足夠高的第一共振頻率fR ，本實施例的振膜110可具有高楊氏模數的材料，例如楊氏模數大於100 GPa的單晶矽(single crystal silicon)，但不以此為限。因此，振膜可具有大於例如100 GPa的楊氏模數，但不以此為限。振膜110的楊氏模數可根據實際需求而調整。須說明的是，振膜110的楊氏模數是在發聲晶片100完全形成後才進行量測。換句話說，根據發聲晶片100的設計，若至少一結構(例如，致動元件120及/或其他適合的結構)設置在振膜110上，振膜110的楊氏模數是透過測量振膜110和設置在振膜110上的結構的組合來獲得；若沒有其他結構設置在振膜110上，振膜110的楊氏模數是僅透過測量振膜110來獲得。
關於發聲晶片100的材料，發聲晶片100可包括具有高楊氏模數的材料，以形成具有高的第一共振頻率fR 的振膜110，其中此處的高楊氏模數舉例可大於100 GPa，但不以此為限。在本實施例中，發聲晶片100可包括矽(例如，單晶矽或多晶矽(poly-crystalline silicon))、碳化矽(silicon carbide)、鍺(germanium)、氮化鎵(gallium nitride)、砷化鎵(gallium arsenide)、不鏽鋼(stainless steel)、其他適合的高硬度材料或其組合。舉例來說，發聲晶片100可由矽晶圓、矽覆絕緣體(silicon on insulator, SOI)晶圓、多晶矽覆絕緣體(polysilicon on insulator, POI)晶圓、磊晶矽覆絕緣體(epitaxial silicon on insulator)晶圓或鍺覆絕緣體(germanium on insulator, GOI)晶圓來形成，但不以此為限。在圖2中，本實施例的發聲晶片100舉例由SOI晶圓所形成。在一些實施例中，振膜110所包含的各材料具有高於100 GPa的楊氏模數，使得振膜110的第一共振頻率fR 可更高，但不以此為限。此外，若振膜110所包含的各材料具有高楊氏模數，可減少振膜110的老化現象，且振膜110可具有高的溫度耐受性。
在圖1與圖2中，因為致動元件120設置在振膜110上，故致動元件120可影響振膜110的共振頻率。在本實施例中，由於致動元件120可能會因為例如致動元件120的材料的楊氏模數或致動元件120的重量而降低振膜110的共振頻率，因此致動元件120可被設計為圖案化膜層，以降低致動元件120的重量以及對於振膜110的共振頻率的影響。換句話說，致動元件120可覆蓋振膜110的一部分。在圖案化的致動元件120的條件下，不僅可減少由致動元件120所引起的振膜110的第一共振頻率fR 的下降，還可降低致動元件120的重量。在相同訊號的條件下，振膜110的位移量會因為致動元件120的重量越輕而越大，進而提高聲波的SPL。並且，由於致動元件120的重量/面積下降，因此在發聲裝置SD的操作過程中由致動元件120所消耗的能量可被減少。
如圖1與圖2所示，在第一類型的發聲晶片100中，發聲晶片100的振膜110包括聯結板116與至少一彈簧結構114，而彈簧結構114連接聯結板116，其中彈簧結構114在俯視上位於聯結板116與致動元件120之間。振膜110可選擇性地包括驅動板112，彈簧結構114可連接在驅動板112與聯結板116之間，且驅動板112可連接在錨定結構130與彈簧結構114之間。聯結板116的形狀、面積與尺寸以及驅動板112的形狀、面積與尺寸可依據需求而設計。根據上述內容，由於致動元件120為圖案化膜層，因此致動元件120部分覆蓋振膜110。具體地，如圖1與圖2所示，致動元件120在振膜110的法線方向Dn上未重疊於聯結板116(舉例來說，振膜110的法線方向Dn可平行於基底BS的法線方向)，致動元件120的至少一部分可設置在驅動板112的至少一部分上(即，致動元件120的至少一部分可重疊於驅動板112的至少一部分)。舉例來說，在一些實施例中，致動元件120可完全地設置在驅動板112的至少一部分上，但不以此為限；在一些實施例中，致動元件120的一部分可設置在驅動板112的至少一部分上，致動元件120的另一部分可設置在錨定結構130的至少一部分上，但不以此為限。在此情況下，致動元件120可致動驅動板112以致動整個振膜110。雖然致動元件120並未重疊聯結板116，但致動元件120可透過設置有致動元件120的驅動板112以及連接在驅動板112與聯結板116之間的彈簧結構114來致動聯結板116(即，聯結板116是由致動元件120透過彈簧結構114致動以移動)。可選地，致動元件120可在振膜110的法線方向Dn上不重疊於彈簧結構114，但不以此為限。
致動元件120可區分為多個部，振膜110可透過致動元件120的這些部而從多個方向來致動。舉例而言，如圖1所示，致動元件120可包括第一部120a、第二部120b、第三部120c與第四部120d，第一部120a與第二部120b可設置在聯結板116的相對側，第三部120c與第四部120d可設置在聯結板 116的相對側。在圖1中，在第一類型的發聲晶片100中，致動元件120可大體上環繞聯結板116，使得第三部120c可在第一部120a與第二部120b之間，第四部120d可在第一部120a與第二部120b之間並相對於第三部120c，但不以此為限。在一些實施例中，致動元件120可不環繞聯結板116(例如，後續實施例中所描述的第二類型的發聲晶片100)。此外，在圖1中，致動元件120的第一部120a、第二部120b、第三部120c與第四部120d可藉由例如連邊狹縫SLe(連邊狹縫SLe將於後續實施例中詳述)來彼此分隔，但不以此為限。在一些實施例中，致動元件120還可包括外側部(未繪示)，設置在錨定結構130上，而致動元件120的第一部120a、第二部120b、第三部120c與第四部120d可連接於外側部，但不以此為限。
另外，如圖1與圖2所示，由於致動元件120設置在驅動板112上，並大體上環繞聯結板116，因此，驅動板112可大體上環繞聯結板116。舉例而言，驅動板112可包括設置有致動元件120的第一部120a的第一驅動部112a、設置有致動元件120的第二部120b的第二驅動部112b、設置有致動元件120的第三部120c的第三驅動部112c、以及設置有致動元件120的第四部120d的第四驅動部112d。第一驅動部112a與第二驅動部112b可設置在聯結板116的相對側，第三驅動部112c與第四驅動部112d可設置在聯結板116的相對側。類似地，在圖1中，驅動板112的第一驅動部112a、第二驅動部112b、第三驅動部112c與第四驅動部112d可藉由例如連邊狹縫SLe(連邊狹縫SLe將於後續實施例中詳述)來彼此分隔，但不以此為限。在一些實施例中，聯結板116可位於振膜110的中心，但不以此為限。
相應地，由於致動元件120被區分為多個部，因此發聲晶片100包括多個彈簧結構114(即，至少一彈簧結構114包括多個彈簧結構114)。詳細而言，發聲晶片100可包括第一彈簧結構114a、第二彈簧結構114b、第三彈簧結構114c以及第四彈簧結構114d。第一彈簧結構114a與第二彈簧結構114b可設置在聯結板116的相對側，第三彈簧結構114c與第四彈簧結構114d可設置在聯結板116的相對側。第一彈簧結構114a連接在聯結板116與第一驅動部112a之間，第二彈簧結構114b連接在聯結板116與第二驅動部112b之間，第三彈簧結構114c連接在聯結板116與第三驅動部112c之間，第四彈簧結構114d連接於聯結板116與第四驅動部112d之間。在另一觀點，聯結板116連接在第一彈簧結構114a與第二彈簧結構114b之間，聯結板116也連接在第三彈簧結構114c與第四彈簧結構114d之間。
另外，彈簧結構114用以提升振膜110的位移量(即，提升聲波的SPL)及/或釋放振膜110的殘餘應力，其中殘餘應力原本就存在於發聲晶片100中或是在發聲晶片100的製造過程中產生。此外，由於彈簧結構114的存在，振膜110可在發聲裝置SD的操作過程中彈性變形。在本實施例中，振膜110在圖2中可交替地向上變形(或向上移動)與下向變形(或向下移動)。舉例來說，振膜110可變形為圖2所示的變形型態110Df，但不以此為限。須說明的是，在本發明中，術語“向上”與“向下”是大體上沿著平行於振膜110的法線方向Dn的方向。在一些實施例中，聯結板116可僅連接於彈簧結構114，以進一步提升振膜110在發聲裝置SD的操作過程中的位移量，但不以此為限。在本發明中，彈簧結構114可為任何適合的結構，並可達到上述功能。在下文的實施例中，將示例性地說明彈簧結構114的細節。
關於本發明的發聲晶片100的製造方法，發聲晶片100由任何適合的製程所形成。在本實施例中，發聲晶片100可由至少一半導體製程所形成，以成為微機電系統晶片。在下文中，發聲晶片100的製造過程的細節以發聲晶片100由SOI晶圓所形成的條件下為例進行說明，但製造方法並不以此為限。如圖2所示，發聲晶片100包括基部矽層BL、頂部矽層TL與氧化層OL，氧化層OL設置在基部矽層BL與頂部矽層TL之間。首先，對頂部矽層TL進行圖案化，以形成振膜110的輪廓(例如，聯結板116、驅動板112與彈簧結構114的輪廓)，其中圖案化製程可包括例如微影(photolithography)、蝕刻製程(etching process)、任何其他適合的製程或其組合。然後，在頂部矽層TL上形成圖案化的致動元件120。之後，對基部矽層BL與氧化層OL進行部分蝕刻，以完成由頂部矽層TL所形成的振膜110，其中殘留的基部矽層BL、殘留的氧化層OL與部分的頂部矽層TL可結合而作為連接振膜110的錨定結構130。此外，在本實施例中，由於發聲晶片100由至少一半導體製程所形成，因此，不僅可以縮減發聲晶片100的尺寸(即，厚度及/或橫向維度)，還可以降低發聲晶片100的製程的步驟數量與製造成本。此外，若振膜110僅包括一種具有高楊氏模數的材料(例如，矽或其他適合的材料)，還可進一步的減少發聲晶片100的製程的步驟數量與製造成本。
根據上述的製造方法，由於存在有連接於彈簧結構114的聯結板116，因此，即使因為彈簧結構114的形成而使振膜110的結構強度減弱(例如，在一些實施例中，彈簧結構114可透過對頂部矽層TL進行圖案化而形成)，振膜110被破壞的可能性可被降低，及/或振膜110在製造期間中的破壞可被避免。換句話說，聯結板116可將振膜110的結構強度維持在一定的水平。
下文將進一步地示例性說明第一類型的發聲晶片的一些細節。要注意的是，第一類型的發聲晶片不受以下示例性提供的實施例的限制。
請參考圖4與圖5，圖4所示為本發明第一實施例的發聲裝置的俯視示意圖，圖5所示為沿著圖4的剖面線A-A’的剖面示意圖，其中發聲晶片100_1屬於第一類型。相較於圖1，圖4與圖5所示的發聲晶片100_1還會繪示出振膜110的多個狹縫SL，其中彈簧結構114是由於狹縫SL的至少部分而形成。在本實施例中，因為狹縫SL的存在，故振膜110的殘餘應力可被釋放。因為彈簧結構114是由於狹縫SL的至少部分而形成，故振膜110的位移量的提升相關於狹縫SL的配置。換言之，聲波的SPL可依據狹縫SL的配置而提高。此外，狹縫SL可被設計而使振膜110在發聲裝置SD的操作過程中可彈性變形。
狹縫SL的配置與狹縫SL的圖案可依據需求而設計，其中各狹縫SL可為直線狹縫、彎曲狹縫、直線狹縫的組合、彎曲狹縫的組合或直線狹縫與彎曲狹縫的組合。舉例來說，在本實施例中，如圖4與圖5所示，狹縫SL可包括多個連邊狹縫SLe與多個內部狹縫SLi，各連邊狹縫SLe連接於振膜110的外邊緣110e的至少一個(例如，連邊狹縫SLe僅有其中一端連接於振膜110的外邊緣110e的至少一個)，各連邊狹縫SLe朝著振膜110的聯結板116延伸，而內部狹縫SLi不連接於振膜110的外邊緣110e。舉例而言，連邊狹縫SLe的至少一個可連接振膜110的外邊緣110e的一個角落(例如，圖4中的各連邊狹縫SLe連接於振膜110的外邊緣110e的一個角落)，但不以此為限。可選擇地，在一些實施例中，內部狹縫SLi可不位於設置有致動元件120的驅動板112的區域中(例如，此設置繪示於圖4)，但不以此為限。此外，在本實施例中，一些內部狹縫SLi可連接於連邊狹縫SLe，且一些內部狹縫SLi可不連接於其他狹縫，但不以此為限。舉例來說，在圖4中，各連邊狹縫SLe可連接於兩個內部狹縫SLi，但不以此為限。舉例來說，在圖4中，各內部狹縫SLi可為直線狹縫，連接同一個連邊狹縫SLe的兩個內部狹縫SLi可沿不同方向延伸，但不以此為限。須說明的是，交叉點(例如，交叉點X1)是由於至少三個狹縫SL的交會而形成，且交叉點X1是此至少三個狹縫SL的端點。換句話說，交叉點X1可為此至少三個交會的狹縫SL的區分點。舉例而言，在圖4中，交叉點X1是由於一個連邊狹縫SLe與兩個內部狹縫SLi的交會而形成，且交叉點X1為一個連邊狹縫SLe與兩個內部狹縫SLi的端點，但不以此為限。可選擇地，一些實施例的聯結板116可大體上由狹縫SL所環繞，但不以此為限。
此外，本實施例的彈簧結構114是由於連邊狹縫SLe與內部狹縫SLi而形成。請參考圖4的上部分，其大體上繪示了振膜110的四分之一，三個內部狹縫SLi可大體上彼此平行（例如，三個內部狹縫SLi可平行於上側的外邊緣110e），而透過形成此三個內部狹縫SLi以及位於此三個內部狹縫SLi旁邊的兩個連邊狹縫SLe來形成第一彈簧結構114a，但不以此為限。此外，圖4中的各彈簧結構114具有連接驅動板112的兩個第一連接端CE1以及連接聯結板116的一個第二連接端CE2，各第一連接端CE1鄰近於一個連邊狹縫SLe，第二連接端CE2在兩個第一連接端之間，但不以此為限。圖4所示的其他彈簧結構114的形成類似於上述內容，不再重複贅述。
圖6所示為本發明一實施例的具有不同狹縫的振膜的頻率響應的示意圖，其中圖6中的寬度D1、D2、D3、D4代表不同狹縫SL的寬度，而寬度D1 ＞ 寬度D2 ＞ 寬度D3 ＞ 寬度D4。一般而言，狹縫SL可能在發聲裝置SD的操作過程中洩漏空氣，以降低聲波的SPL。舉例而言，SPL的下降可發生在低頻（例如，20 Hz至200 Hz的範圍內）的聲波。在一觀點中，根據繪示了SPL在低頻（例如，20 Hz至200 Hz的範圍內）聲波的下降的圖6，SPL的下降量會隨著狹縫SL的寬度縮減而減少。因此，狹縫SL需變窄以減少空氣洩漏。在一些實施例中，在發聲裝置SD不操作的情況下，狹縫SL的寬度可約為或小於2微米(µm)，或可約為或小於1 µm，但不以此為限。此外，關於振膜110的設計，在發聲裝置SD的操作過程中，鄰近狹縫SL並分別位於狹縫SL相對側的振膜110的部分可具有相近的位移量，使得可縮減狹縫SL在操作過程中的擴大，藉此減少空氣透過狹縫SL的洩漏量。在另一觀點中，聯結板116可限制振膜110的運動，以縮減狹縫SL在發聲裝置SD的操作過程中的擴大，藉此減少空氣透過狹縫SL的洩漏量。據此，可改善低頻聲波的SPL的下降量。
此外，在本實施例中，振膜110可具有不均勻的厚度。在圖4與圖5中，振膜110的厚度隨著與振膜110中心的越接近而減少。舉例而言，振膜110可大體上具有第一厚度與第二厚度，第一厚度可小於第二厚度，而具有第一厚度的(振膜)部分可被具有第二厚度的(振膜)部分所環繞，但不以此為限。舉例來說，第一厚度可對應聯結板116的一部分，第二厚度可對應聯結板116的另一部分、彈簧結構114及/或驅動板 112，但不以此為限。在一些實施例中，振膜110的厚度可漸進改變。簡而言之，具有不均勻的厚度的振膜110意味著振膜110可包括具有第一厚度的第一振膜部以及具有第二厚度的第二振膜部，而第二厚度不同於第一厚度。
另外，在圖4中，致動元件120可完全覆蓋驅動板112(即，整個驅動板112可重疊於致動元件120)，但不以此為限。
此外，聚合物材料具有低的楊氏模數與低的熱穩定性，且聚合物材料會隨著時間而明顯老化。在本實施例中，由於聚合物材料不存在於發聲晶片100_1中與發聲晶片100_1上(例如，發聲晶片100_1並未包括聚合物材料，且發聲晶片100_1並未被覆上含有聚合物材料膜層)，因此，振膜110的共振頻率、發聲裝置SD的操作溫度以及發聲裝置SD的壽命不受聚合物材料的不利影響。
圖7所示為本發明第二實施例的發聲裝置的俯視示意圖，其中發聲晶片100_2屬於第一類型，且發聲晶片100_2並未被覆上例如含有低楊氏模數的聚合物材料的膜層(例如，此膜層可用以封住狹縫)。如圖7所示，第一實施例(如圖4與圖5)與本實施例的差異在於狹縫SL的配置。在本實施例中，各內部狹縫SLi可連接於一個連邊狹縫SLe，但不以此為限。舉例而言，在圖7中，各連邊狹縫SLe可連接於兩個內部狹縫SLi，但不以此為限。此外，在圖7中，內部狹縫SLi可具有不同的類型。舉例來說，在連接同一個連邊狹縫SLe的兩個內部狹縫SLi中，其中一個內部狹縫SLi可為直線狹縫，另一個內部狹縫SLi可為直線狹縫與彎曲狹縫的組合，但不以此為限。此外，請參考圖7的上部分，其大體上繪示了振膜110的四分之一，並繪示了一個為直線狹縫的內部狹縫SLi以及一個為直線狹縫與彎曲狹縫的組合的內部狹縫SLi，且此兩個內部狹縫SLi的直線狹縫在一橫向方向(垂直於振膜110的法線方向Dn)上排列並彼此平行。另外，如圖4的上部分(大體上繪示了振膜110的四分之一)所示，透過形成此兩個內部狹縫SLi與位於此兩個內部狹縫SLi旁邊的兩個連邊狹縫SLe來形成第一彈簧結構114a，但不以此為限。此外，圖7中的各彈簧結構114具有連接驅動板112並鄰近一個連邊狹縫SLe的一個第一連接端CE1，各彈簧結構114還具有連接聯結板116並鄰近另一個連邊狹縫SLe的一個第二連接端CE2，但不以此為限。圖7所述的其他彈簧結構114的形成類似於上述內容，不再重複贅述。另外，在本實施例中，內部狹縫SLi可使振膜110在俯視上形成漩渦圖案，但不以此為限。
圖8所示為本發明第三實施例的發聲裝置的俯視示意圖，其中發聲晶片100_3屬於第一類型，發聲晶片100_3並未被覆上例如含有低楊氏模數的聚合物材料的膜層(例如，此膜層可用以封住狹縫)。如圖8所示，第一實施例(如圖4與圖5)與本實施例的差異在於狹縫SL的配置。在本實施例中，狹縫SL可僅包括多個連邊狹縫SLe，且彈簧結構114是由於連邊狹縫SLe而形成，其中各彈簧結構114可在兩相鄰的的連邊狹縫SLe之間。舉例而言，在圖8中，本實施例的各連邊狹縫SLe可包括第一部分e1、連接於第一部分e1的第二部分e2以及連接於第二部分e2的第三部分e3，而第一部分e1、第二部分e2與第三部分e3從振膜110的外邊緣110e至內部依序排列，其中，在連邊狹縫SLe的其中一個中，作為直線狹縫的第一部分e1的延伸方向可不平行於作為直線狹縫的第二部分e2的延伸方向，而第三部分e3可為彎曲狹縫(即，連邊狹縫SLe可為兩個直線狹縫與一個彎曲狹縫的組合)，但不以此為限。第三部分e3可具有連邊狹縫SLe的鉤型彎曲端，其中圖8中的鉤型彎曲端環繞聯結板116。鉤型彎曲端意味著，從俯視上觀察，彎曲端的曲率或第三部分e3的曲率大於第一部分e1的曲率或第二部分e2的曲率。第三部分e3的彎曲端可用以使彈簧結構的端部附近的應力集中最小化。此外，具有鉤型的連邊狹縫SLe朝著振膜110的中心延伸，或朝著振膜110的聯結板116延伸。連邊狹縫SLe可在振膜110中切出圓角。
連邊狹縫SLe的圖案可依據需求而設計。在本實施例中，如圖8所示，各彈簧結構114可具有連接驅動板112的一個第一連接端CE1以及連接聯結板116的一個第二連接端CE2，彈簧結構114位在第一連接端CE1與第二連接端CE2之間，第一連接端CE1可位於一個連邊狹縫SLe的第一部分e1與另一個連邊狹縫SLe的第二部分e2之間，第二連接端CE2可位於兩相鄰的連邊狹縫SLe的第三部分e3之間，但不以此為限。可選擇地，如圖8所示，第一連接端CE1的連接方向不平行於第二連接端CE2的連接方向，但不以此為限。此外，在本實施例中，狹縫SL可在俯視上形成漩渦圖案，但不以此為限。另外，在圖8中，驅動板112的一部分可重疊於致動元件120，但不以此為限。
圖9所示為本發明第四實施例的發聲裝置的俯視示意圖，圖10所示為圖9的中心部分的放大圖，其中發聲晶片100_4屬於第一類型，發聲晶片100_4並未被覆上例如含有低楊氏模數的聚合物材料的膜層(例如，此膜層可用以封住狹縫)。如圖9與圖10所示，第三實施例(如圖8)與本實施例的差異在於狹縫SL的配置。在本實施例中，狹縫SL還可包括多個內部狹縫SLi，各內部狹縫SLi可在兩個連邊狹縫SLe之間，但不以此為限。在圖9中，各內部狹縫SLi並未連接連邊狹縫SLe，而各內部狹縫SLi朝著振膜110的聯結板116延伸，但不以此為限。連邊狹縫SLe的圖案與內部狹縫SLi的圖案可依據需求而設計。舉例而言，本實施例的各內部狹縫SLi可包括第一段i1、連接第一段i1的第二段i2以及連接第二段i2的第三段i3，而第一段i1、第二段i2與第三段i3朝著振膜110的內部依序排列，其中，在內部狹縫SLi的其中一個中，作為直線狹縫的第一段i1的延伸方向可不平行於作為直線狹縫的第二段i2的延伸方向，而第三段i3可為彎曲狹縫(即，內部狹縫SLi可為兩個直線狹縫與一個彎曲狹縫的組合)，但不以此為限。另外，在內部狹縫SLi的其中一個中，第一段i1的一端可連接於第二段i2，第一段i1的另一端可位於驅動板112且不連接於任何狹縫。舉例來說，在圖9中，第一段i1中不連接於任何狹縫的一端可位於驅動板112中未設置有致動元件120的區域(即，內部狹縫SLi可不位於驅動板112中設置有致動元件120的區域)，但不以此為限。再舉例來說，第一段i1中不連接於任何狹縫的一端可位於驅動板112中設置有致動元件120的區域，但不以此為限。
在圖9與圖10中，設置在兩相鄰的連邊狹縫SLe之間的各彈簧結構114可藉由一個內部狹縫SLi而區分為兩個子部S1、S2，各子部S1、S2可具有連接於驅動板112的第一連接端CE1_1、CE1_2以及連接於聯結板116的第二連接端CE2_1、CE2_2，而各子部S1、S2分別位在各自的第一連接端CE1_1、CE1_2與各自的第二連接端CE2_1、CE2_2之間。舉例而言，子部S1的第一連接端CE1_1可在一個連邊狹縫SLe的第一部分e1與一個內部狹縫SLi的第二段i2之間，子部S1的第二連接端CE2_1可在一個連邊狹縫SLe的第三部分e3與一個內部狹縫SLi的第三段i3之間，子部S2的第一連接端CE1_2可在一個連邊狹縫SLe的第二部分e2與一個內部狹縫SLi的第一段i1之間，子部S2的第二連接端CE2_2可在一個連邊狹縫SLe的第三部分e3與一個內部狹縫SLi的第三段i3之間，但不以此為限。可選擇地，如圖9與圖10所示，在各子部S1中，第一連接端CE1_1的連接方向不平行於第二連接端CE2_1的連接方向；在各子部S2中，第一連接端CE1_2的連接方向不平行於第二連接端CE2_2的連接方向，但不以此為限。此外，在本實施例中，狹縫SL可在俯視上形成漩渦圖案，但不以此為限。
請參考圖11與圖12，圖11所示為本發明第五實施例的發聲裝置的俯視示意圖，圖12所示為圖11的中心部分的放大圖，其中發聲晶片100_5屬於第一類型，發聲晶片100_5並未被覆上例如含有低楊氏模數的聚合物材料的膜層(例如，此膜層可用以封住狹縫)。如圖11與圖12所示，第一實施例(如圖4與圖5)與本實施例的差異在於狹縫SL的配置。在圖11與圖12中，連接於連邊狹縫SLe的內部狹縫SLi可為L形(即，兩個直線狹縫的組合)，不連接於連邊狹縫SLe的內部狹縫SLi可為一字形(即，直線狹縫)，而一字形的內部狹縫SLi可平行於L形的內部狹縫SLi的一部分，但不以此為限。在本實施例中，本實施例的彈簧結構114是由於內部狹縫SLi而形成。如圖11與圖12所示，各彈簧結構114可透過一個一字形的內部狹縫SLi與兩個L形的內部狹縫SLi來形成，但不以此為限。可選擇地，如圖12所示，彈簧結構114的第一連接端CE1的連接方向不平行於彈簧結構114的第二連接端CE2的連接方向，但不以此為限。另外，如圖11與圖12所示，聯結板116的面積可遠小於驅動板112的面積，但不以此為限。另外，在圖11中，驅動板112的一部分可重疊於致動元件120，但不以此為限。
圖13所示為本發明第六實施例的發聲裝置的俯視示意圖，其中發聲晶片100_6屬於第一類型，發聲晶片100_6並未被覆上例如含有低楊氏模數的聚合物材料的膜層(例如，此膜層可用以封住狹縫)。如圖13所示，第一實施例(如圖4與圖5)與本實施例的差異在於狹縫SL的配置。在圖13中，連接於連邊狹縫SLe的內部狹縫SLi可為L形(即，兩個直線狹縫的組合)，不連接於連邊狹縫SLe的內部狹縫SLi可為W形(即，四個直線狹縫的組合)，而W形的內部狹縫SLi的一部分平行於L形的內部狹縫SLi的一部分，但不以此為限。在本實施例中，本實施例的彈簧結構114是由於內部狹縫SLi而形成。如圖13所示，各彈簧結構114可透過兩個L形的內部狹縫SLi與兩個W形的內部狹縫SLi來形成，使得形成圖13所示的M形的彈簧結構114，但不以此為限。須說明的是，第一彈簧結構114a連接於聯結板116、第一驅動部112a與第三驅動部112c，第二彈簧結構114b連接於聯結板116、第二驅動部112b與第四驅動部112d，第三彈簧結構114c連接於聯結板116、第二驅動部112b與第三驅動部112c，第四彈簧結構114d連接於聯結板116、第一驅動部112a與第四驅動部112d，但不以此為限。可選擇地，如圖13所示，彈簧結構114的第一連接端CE1的連接方向並不平行於彈簧結構114的第二連接端CE2的連接方向，但不以此為限。此外，如圖13所示，聯結板116的面積可遠小於驅動板112的面積，但不以此為限。另外，在圖13中，驅動板112的一部分可重疊於致動元件120，但不以此為限。
要注意的是，以上實施例所述的狹縫SL的配置皆為範例，其他可增加振膜110的位移量及/或釋放振膜110的殘餘應力的任何適合的狹縫SL的配置都可在本發明中使用。
請參考圖14與圖15，圖14所示為本發明第七實施例的發聲裝置的剖面示意圖，圖15所示為本發明一實施例的聲壓位準的下降量與狹縫中的空隙之間的關係示意圖。須說明的是，發聲晶片100’可屬於第一類型、第二類型(於後續的實施例說明)或其他適合的類型。舉例而言，若發聲晶片100’屬於第一類型，則發聲晶片100’的振膜110可參考上述實施例或是不脫離本發明的精神的變化實施例，但不以此為限。如圖14所示，發聲裝置SD還可包括覆蓋發聲晶片100’的保形層(conformal layer) CFL。在本實施例中，發聲晶片100’被覆上保形層CFL，但不以此為限。可選擇地，基底BS被覆上保形層CFL或被保形層CFL覆蓋，但不以此為限。另外，保形層CFL可包括任何適合的介電材料，例如二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)及/或聚合物材料，例如聚醯亞胺或聚一氯對二甲苯(Parylene-C)，但不以此為限。含有介電材料的保形層CFL可透過原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)或氣相沈積(例如化學氣相沈積(chemical vapor deposition, CVD))來形成，例如，保形層CFL可為沉積層，但不以此為限。
保形層CFL用以減小存在於狹縫SL中的空隙AG，或用以密封狹縫SL，藉此減少空氣透過狹縫SL的洩漏量，進而克服低頻聲波(例如，20 Hz至200 Hz的範圍內)的SPL下降現象。在一些實施例中，如圖14所示，保形層CFL的一部分與空隙AG可存在於狹縫SL中，但不以此為限。在一些實施例中，保形層CFL的一部分可存在於狹縫SL中，使得狹縫SL可被保形層CFL密封，但不以此為限。如圖15所示，隨著空隙AG的寬度越小，SPL的下降量就越小(例如，參考迴歸線L)。另外，在圖15中，當狹縫SL透過保形層CFL密封而使空隙AG不存在於狹縫SL中時，SPL的下降量最少。因此，為了減少低頻聲波的SPL的下降量，在一些實施例中，若空隙AG存在於狹縫SL中，則空隙AG的寬度可小於2 µm(空隙AG的寬度是在發聲裝置SD不操作的情況下進行量測)，或者，保形層CFL密封狹縫SL而使空隙AG不存在於狹縫SL中，但不以此為限。
圖16所示為本發明一實施例的具有第二類型的發聲晶片的發聲裝置的俯視示意圖。如圖16所示，相較於第一類型的發聲晶片100，第二類型的發聲晶片200中的致動元件120可不環繞聯結板116。詳細而言，本實施例的致動元件120可包括第一部120a與第二部120b，第一部120a與第二部120b可設置在聯結板116的相對側。相應地，振膜110的驅動板112可包括設置有致動元件120的第一部120a的第一驅動部112a、以及設置有致動元件120的第二部120b的第二驅動部112b，而第一驅動部112a與第二驅動部112b可設置在聯結板116的相對側。相應地，發聲晶片200可包括第一彈簧結構114a與第二彈簧結構114b(即，多個彈簧結構114)，而第一彈簧結構114a與第二彈簧結構114b可設置在聯結板116的相對側，其中第一彈簧結構114a連接在聯結板116與第一驅動部112a之間，第二彈簧結構114b連接在聯結板116與第二驅動部112b之間。換言之，振膜110可透過致動元件120從兩個方向致動。
在一些實施例中，彈簧結構114可參考上述狹縫SL的配置，但不以此為限。在一些實施例中，其他可增加振膜110的位移量及/或釋放振膜110的殘餘應力的任何適合的狹縫SL的配置都可在本發明中使用。
圖17所示為本發明第八實施例的發聲裝置的俯視示意圖。
如圖17所示，發聲裝置SD可包括多個振膜。發聲裝置SD的多個振膜可同時在基部矽層BL上製造或同時設置在基部矽層BL上而成為單一個發聲晶片300，或者，發聲裝置SD的多個振膜也可分別在多個發聲晶片300上而設置在基底BS上。各發聲晶片300可作為聲音產生單元以產生聲波，其中發聲晶片300可為彼此相同或不同。在本發明中，各發聲晶片300可屬於第一類型、第二類型或任何適合的類型。
在一個觀點中，發聲裝置SD可包括一個發聲晶片300，而發聲晶片300包括多個聲音產生單元，而各聲音產生單元可由圖1所示的發聲晶片100所實現(即，一個發聲晶片300可包括多個振膜110與多個致動元件120)。在另一觀點中，發聲裝置SD可包括多個發聲晶片300，而各發聲晶片300可由圖1所示的發聲晶片100所實現。
需說明的是，圖17是出於說明性目的，其示出了包括多個聲音產生單元(或多個發聲晶片)的發聲裝置SD的概念。各個振膜(單元)的構造並無限制。舉例來說，除了發聲晶片100(繪示於圖1)之外，聲音產生單元(或發聲晶片300)可由上述發聲晶片100_1(繪示於圖4)、100_2(繪示於圖7)、100_3(繪示於圖8)、100_4(繪示於圖9)、100_5(繪示於圖11)、100_6(繪示於圖13)與200(繪示於圖16)的其中一個或多個所實現。另外，聲音產生單元(或發聲晶片300)可為不脫離本發明的精神的變化實施例，而此變化實施例也在本發明的範圍內。舉例而言，在圖17中，各發聲晶片300可以是類似於圖1的第一類型的發聲晶片，但不以此為限。
在另一實施例中，發聲裝置SD可包括一個發聲晶片，此發聲晶片含有多個聲音產生單元以產生聲波。詳細而言，一個發聲晶片可包括多個振膜110、多個致動元件120與錨定結構130，而一個振膜110與一個致動元件120的組合可作為一個聲音產生單元。
下文中將進一步示例性地說明製造發聲晶片SPC的方法的細節。須說明的是，製造方法並不以下述示例性地提供的實施例為限，且製造方法可用於製造第一類型、第二類型或任何其他適合的類型的發聲晶片SPC。須注意的是，在下述的製造方法中，發聲晶片SPC中的致動元件120可例如為壓電式致動件，但不以此為限。發聲晶片SPC中可使用任何適合的種類的致動元件120。
在下述製造方法中，形成製程可包括原子層沉積、化學氣相沈積、其他適合的製程或上述製程的結合。圖案化製程可例如包括微影、蝕刻製程、任何其他適合的製程或上述製程的結合。
請參考圖18到圖24，圖18到圖24所示為本發明一實施例的發聲晶片的製造方法在不同階段的結構的示意圖。在本實施例中，發聲晶片SPC可由至少一半導體製程所形成，以成為微機電系統晶片，但不以此為限。如圖18所示，提供一晶圓WF，其中晶圓WF包括第一層W1、絕緣層W3和第二層W2，而絕緣層W3形成於第一層W1與第二層W2之間。
第一層W1、絕緣層W3和第二層W2可各自包括任何適合的材料，使得晶圓WF可為任何適合的種類。舉例來說，第一層W1和第二層W2可各自包括矽(例如單晶矽或多晶矽)、碳化矽、鍺、氮化鎵、砷化鎵、不鏽鋼、其他適合的高硬度材料或其組合。在一些實施例中，第一層W1可包括單晶矽，使得晶圓WF可為矽覆絕緣體晶圓，但不以此為限。在一些實施例中，第一層W1可包括多晶矽，使得晶圓WF可為多晶矽覆絕緣體晶圓，但不以此為限。舉例來說，絕緣層W3可包括氧化物，如氧化矽(例如二氧化矽)，但不以此為限。
第一層W1、絕緣層W3和第二層W2的厚度可各自依需求而被調整。舉例來說，第一層W1的厚度可為5μm，而第二層W2的厚度可為350μm，但不以此為限。
在圖18中，補償氧化物層CPS可選擇性地設置在晶圓WF的第一側上，其中第一側比第一層W1中相反於第二層W2的上表面W1a還高，使得第一層W1位於補償氧化物層CPS與第二層W2之間。補償氧化物層CPS中包含的氧化物的材料和補償氧化物層CPS的厚度可依照需求進行設計。
在圖18中，第一導電層CT1和致動材料AM可依序形成在晶圓WF的第一側上(形成在第一層W1上)，使得第一導電層CT1可位於致動材料AM與第一層W1之間及/或位於致動材料AM與補償氧化物層CPS之間。在一些實施例中，第一導電層CT1與致動材料AM接觸。
第一導電層CT1可包括任何適合的導電材料，而致動材料AM可包括任何適合的材料。在一些實施例中，第一導電層CT1可包括金屬（例如鉑(platinum)），而致動材料AM可包括壓電材料，但不以此為限。舉例來說，壓電材料可例如包括鋯鈦酸鉛(lead-zirconate-titanate, PZT)材料，但不以此為限。此外，第一導電層CT1的厚度和致動材料AM的厚度可各自依照需求進行調整。
如圖19所示，致動材料AM、第一導電層CT1和補償氧化物層CPS可被圖案化。在一些實施例中，致動材料AM、第一導電層CT1和補償氧化物層CPS可依序被圖案化。
如圖20所示，隔離絕緣層SIL可形成在致動材料AM上並被圖案化。隔離絕緣層SIL的厚度和材料可依照需求進行設計。舉例來說，隔離絕緣層SIL的材料可為氧化物，但不以此為限。
如圖21所示，第二導電層CT2可形成在致動材料AM和隔離絕緣層SIL上，接著，可圖案化第二導電層CT2。第二導電層CT2的厚度和材料可依照需求進行設計。舉例來說，第二導電層CT2可包括金屬(例如鉑)，但不以此為限。
經圖案化的第一導電層CT1作為致動元件120的第一電極EL1，經圖案化的第二導電層CT2作為致動元件120的第二電極EL2，而致動材料AM、第一電極EL1和第二電極EL2可為發聲晶片SPC中的致動元件120的元件，以使得致動元件120為壓電式致動件。舉例來說，第一電極EL1和第二電極EL2會與致動材料AM接觸，但不以此為限。
在圖21中，隔離絕緣層SIL可用於隔開第一導電層CT1的至少一部分與第二導電層CT2的至少一部分。
如圖22所示，晶圓WF的第一層W1可被圖案化以形成溝道線WL。在圖22中，溝道線WL為第一層W1中被移除的一部分。換句話說，溝道線WL位於第一層W1的兩個部之間。
如圖23所示，保護層PL可選擇性地形成在第二導電層CT2上以覆蓋晶圓WF、第一導電層CT1、致動材料AM、隔離絕緣層SIL和第二導電層CT2。保護層PL可包括任何適合的材料，且可具有任何適合的厚度。
在一些實施例中，保護層PL可用於保護致動元件120免於暴露在環境中，並確保致動元件120的可靠性/穩定性，但不以此為限。在一些實施例中，保護層PL可為上述圖14中示出的保形層CFL，但不以此為限。在本發明中，保護層PL和保形層CFL可互換使用。
可選擇地，在圖23中，保護層PL可被圖案化以暴露出第二導電層CT2的一部分及/或第一導電層CT1的一部分，藉此形成電連接到外部裝置的連接墊CPD。
如圖24所示，晶圓WF的第二層W2可被圖案化，以使得第二層W2形成至少一錨定結構130和使得第一層W1形成被錨定結構130固定的振膜110，其中振膜110包括聯結板116與連接到聯結板116的彈簧結構114。詳細來說，晶圓WF的第二層W2可具有第一部和第二部，第二層W2的第一部可被移除，而第二層W2的第二部可形成錨定結構130。由於第二層W2的第一部被移除，因此第一層W1形成振膜110。
可選擇地，在圖24中，由於晶圓WF的絕緣層W3存在，因此在晶圓WF的第二層W2被圖案化之後，也可移除對應於第二層W2的第一部的絕緣層W3的一部分，以使得第一層W1形成振膜110，但不以此為限。
在圖24中，由於第二層W2的第一部被移除以使得第一層W1形成振膜110，狹縫SL可由於溝道線WL而形成在振膜110內並貫穿振膜110。結果，包括在振膜110中的彈簧結構114可由於狹縫SL而形成。由於狹縫SL可因溝道線WL而形成，溝道線WL的寬度可依據狹縫SL的需求進行設計。舉例來說，溝道線WL的寬度可以小於或等於5μm、小於或等於3μm、或小於或等於2μm，使得狹縫SL可具有期望的寬度，但不以此為限。如圖24所示，保護層PL(即，保護層PL的垂直部分)可形成在形成於振膜110的側壁之間的狹縫SL內。形成保護層PL(或保形層)可減少狹縫SL的寬度或甚至(大致上)密封狹縫SL，其可降低/最小化聲波在低頻的SPL的下降。
圖25所示為本發明另一實施例的發聲晶片的剖面示意圖。在另一實施例中，與圖24所示的結構相比，圖25所示的結構中晶圓WF不具有絕緣層W3。換句話說，第一層W1直接形成在第二層W2上(與第二層W2接觸)。結果，振膜110可由於圖案化晶圓WF的第二層W2而直接由晶圓WF的第一層W1所形成。在此條件下，第一層W1(即振膜110)可包括氧化物，例如氧化矽，但不以此為限。
下文中將進一步示例性地說明發聲晶片SPC的封裝結構PKG的詳細內容。須說明的是，封裝結構PKG並不限於以下示例性地提供的實施例，且封裝結構PKG可具有第一類型、第二類型或任何其他適合類型的發聲晶片SPC。
請參考圖26到圖29，圖26所示為本發明一實施例的封裝結構的基底和積體電路晶片的俯視示意圖，圖27所示為本發明一實施例的封裝結構的俯視示意圖，圖28所示為本發明一實施例的封裝結構的底視示意圖，圖29所示為沿著圖27和圖28的剖面線A-A’的剖面示意圖。如圖26到圖29所示，本發明的發聲晶片SPC的封裝結構PKG包括殼HS以及設置在殼HS內的上述的發聲晶片SPC，其中發聲晶片SPC可例如具有六個振膜110。
殼HS可包括基底BS、頂結構TS和位於基底BS與頂結構TS之間的至少一側壁SW，其中基底BS和頂結構TS可大致上平行於彼此。須說明的是，術語“大致上平行”是指兩個元件之間的角度可小於或等於5度、小於或等於3度、或小於或等於1度。在本實施例中，基底BS和頂結構TS可大致上平行於發聲晶片SPC的振膜110，且側壁SW可圍繞發聲晶片SPC。
基底BS、頂結構TS和側壁SW可為硬質或可撓，且可包括任何適合的材料。舉例來說，基底BS、頂結構TS和側壁SW可各自包括矽、鍺、玻璃、塑膠、石英、藍寶石、金屬、聚合物(例如PI、PET)、任何其他適合的材料或上述材料的組合。在一範例中，圖26到圖29中的基底BS可為包括積層板 (例如敷銅層板)、平面網格陣列板或任何其他適合的包含導電材料的板的電路板，使得基底BS可包括一個或多個導電元件，例如連接走線、主動元件、被動元件及/或連接墊，但不以此為限。在一範例中，圖26到圖29中的頂結構TS和側壁SW可包括金屬並形成一件式結構(one-piece structure)(例如，帽蓋)，且側壁SW可藉由黏合元件ACP1連接到基底BS，但不以此為限。
如圖29所示，殼HS內的腔體CV可藉由發聲晶片SPC的振膜110被分成兩個子腔體(即第一子腔體CV1和第二子腔體CV2)，其中振膜110位於兩個子腔體之間。第一子腔體CV1可位於振膜110與頂結構TS之間，而第二子腔體CV2可位於振膜110與基底BS之間。
此外，在圖29中，至少一第一開口OP1以及至少一第二開口OP2可形成在殼HS上，其中第一開口OP1可連接到第一子腔體CV1，而第二開口OP2可連接到第二子腔體CV2。第一開口OP1和第二開口OP2可形成在殼HS的任何適合的位置，例如基底BS、頂結構TS及/或側壁SW。舉例來說，如圖29所示，第一開口OP1可形成在側壁SW上，而第二開口OP2可形成在基底BS上，但不以此為限。
第一開口OP1的數量和排列方式以及第二開口OP2的數量和排列方式可依照需求進行設計。舉例來說，在圖26和圖27中，殼HS可具有六個第二開口OP2(直徑可例如為0.3毫米(mm)，但不以此為限)，且每一個振膜110可對應到至少一個第二開口OP2(例如對應到一個第二開口OP2)，但不以此為限。振膜110重疊於第二開口OP2的對應位置可依照需求進行設計。
發聲晶片SPC可藉由任何適合的方法設置在基底BS上。在一些實施例中，如圖29所示，發聲晶片SPC可藉由至少一黏合元件ACP2連接到基底BS，使得發聲晶片SPC可固定在基底BS上，但不以此為限。在本實施例中，至少一黏合元件ACP2可位於基底BS和發聲晶片SPC之間，並與基底BS和發聲晶片SPC接觸，但不以此為限。須說明的是，黏合元件ACP1、ACP2可依照需求而為可導電的或絕緣的，且黏合元件ACP1、ACP2可包括任何適合的黏合材料。
發聲晶片SPC可藉由任何適合的方法電連接到外部裝置。舉例來說，在圖27和圖29中，發聲晶片SPC的頂部可具有至少一連接墊CPD1(例如，由第二導電層CT2所形成，如圖24和圖25所示)，基底BS可具有至少一連接墊CPD2，且導線WR可連接到發聲晶片SPC的連接墊CPD1以及基底BS的連接墊CPD2，使得發聲晶片SPC可藉由導線WR、基底BS的連接墊CPD2以及基底BS的走線電連接到外部裝置，但不以此為限。在此條件下，黏合元件ACP2可為絕緣的，但不以此為限。
舉例來說，在一些實施例中，發聲晶片SPC的連接墊CPD1可藉由黏合元件ACP2電連接到基底BS的連接墊CPD2，其中黏合元件ACP2可為導電的(例如，黏合元件ACP2可為焊料)。在一範例中，發聲晶片SPC的連接墊CPD1可位於發聲晶片SPC的底部，且發聲晶片SPC的連接墊CPD1可藉由發聲晶片SPC的走線(例如，走線可位於發聲晶片SPC的穿矽孔洞中)電連接到致動元件120，但不以此為限。在一範例中，發聲晶片SPC的連接墊CPD1可藉由覆晶封裝(即，發聲晶片SPC可顛倒設置)電連接到基底BS的連接墊CPD2，但不以此為限。
如圖26到圖29所示，封裝結構PKG可包括電連接到(耦合到)發聲晶片SPC的積體電路晶片IC，其中積體電路晶片IC用於產生驅動訊號，且驅動訊號可施加在致動元件120上以致動振膜110。
積體電路晶片IC的位置可依照需求進行調整。如圖26到圖29所示，積體電路晶片IC和發聲晶片SPC在振膜110的法線方向Dn上可彼此重疊，以降低封裝結構PKG的尺寸，但不以此為限。舉例來說，在圖29中，錨定結構130設置在積體電路晶片IC上，且錨定結構130藉由黏合元件ACP2連接到積體電路晶片IC(即，錨定結構130可重疊於積體電路晶片IC)，但不以此為限。在圖29中，積體電路晶片IC可位於發聲晶片SPC與基底BS之間，但不以此為限。
特別地，如圖26到圖29所示，凹槽NV形成在基底BS上，且積體電路晶片IC設置在凹槽NV中。在本實施例中，積體電路晶片IC的頂部具有電路晶片表面ICa，基底BS的頂部具有對應到圍繞凹槽NV(即，圍繞積體電路晶片IC)的基底BS的一部分的基底表面BSa，而電路晶片表面ICa大致上對齊基底表面BSa。須說明的是，術語“大致上對齊”是指兩個元件之間的差距可小於或等於一特定界限。在圖29所示的實施例中，特定界限可為20μm、10μm、5μm、3μm或1μm。在此條件下，由於設置積體電路晶片IC的凹槽NV的設計，發聲晶片SPC可容易地設置在積體電路晶片IC上。
積體電路晶片IC可藉由任何適合的方法電連接到基底BS的導電元件，以電連接到發聲晶片SPC。舉例來說，在圖26和圖29中，積體電路晶片IC的頂部可具有至少一連接墊CPD3，且導線WR可連接到積體電路晶片IC的連接墊CPD3以及基底BS的連接墊CPD2，但不以此為限。舉例來說，在一些實施例中，積體電路晶片IC的連接墊CPD3可藉由位於積體電路晶片IC與基底BS之間的黏合元件(圖中未示出)電連接到基底BS的連接墊CPD2，其中黏合元件可為導電的。
封裝結構PKG可選擇性地包括至少一被動元件PSC及/或至少一主動元件ATC。被動元件PSC可包括電阻、電容、電感等。主動元件ATC可包括電晶體、二極體等。如圖26到圖29所示，發聲晶片SPC在振膜110的法線方向Dn上可重疊於被動元件PSC和主動元件ATC以降低封裝結構PKG的尺寸，但不以此為限。舉例來說，在圖26到圖29中，積體電路晶片IC和被動元件PSC可設置在基底BS的相對側上，但不以此為限。
封裝結構PKG可選擇性地包括任何其他適合的元件。舉例來說，封裝結構PKG還可包括一個板到板連接器B2B，但不以此為限。舉例來說，封裝結構PKG還可包括覆蓋第一開口OP1及/或第二開口OP2的至少一網孔狀結構，以降低灰塵及/或液體對發聲晶片SPC及/或殼HS內的其他結構的不利影響，但不以此為限。
封裝結構PKG的形成方法可為任何適合的形成方法。在一些實施例的形成方法中，可提供殼HS，並藉由上述方法製造發聲晶片SPC。接著，發聲晶片SPC可設置在殼HS中。舉例來說，可在頂結構TS和側壁SW設置在基底BS上之前將發聲晶片SPC設置在基底BS上，但不以此為限。
請參考圖30，圖30所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。如圖30所示，在另一個封裝結構PKG中，被動元件PSC、積體電路晶片IC和發聲晶片SPC可設置在基底BS的同一側上，且發聲晶片SPC的錨定結構130可重疊於被動元件PSC和積體電路晶片IC。在圖30中，發聲晶片SPC的錨定結構130可藉由黏合元件ACP2連接到被動元件PSC與積體電路晶片IC，但不以此為限。
此外，如圖30所示，導線WR可電連接於發聲晶片SPC的連接墊CPD1與積體電路晶片IC的連接墊CPD3之間，但不以此為限。
再者，在圖30中，網孔狀結構MS1可覆蓋第一開口OP1，其中網孔狀結構MS1可位於殼HS內，但不以此為限。
請參考圖31，圖31所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。如圖31所示，發聲晶片SPC可重疊於積體電路晶片IC，且發聲晶片SPC可位於積體電路晶片IC與基底BS之間。此外，在圖31中，積體電路晶片IC可藉由黏合元件ACP3電連接到發聲晶片SPC(例如，積體電路晶片IC可藉由覆晶封裝設置在發聲晶片SPC上)，但不以此為限。
此外，在圖31中，網孔狀結構MS1可覆蓋第一開口OP1，網孔狀結構MS2可覆蓋第二開口OP2，其中網孔狀結構MS1、MS2可位於殼HS外側，但不以此為限。
請參考圖32，圖32所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。如圖32所示，發聲晶片SPC可不重疊於積體電路晶片IC，且發聲晶片SPC和積體電路晶片IC可設置在基底BS的同一側上，但不以此為限。在圖32中，第一開口OP1可形成在殼HS的頂結構TS上，但不以此為限。
在一些實施例中(圖中未示出)，發聲晶片SPC可不重疊於積體電路晶片IC，發聲晶片SPC和積體電路晶片IC可設置在基底BS的同一側上，且導線WR可電連接於發聲晶片SPC的連接墊CPD1與積體電路晶片IC的連接墊CPD3之間，但不以此為限。
請參考圖33，圖33所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。如圖33所示，發聲晶片SPC可重疊於積體電路晶片IC，且發聲晶片SPC和積體電路晶片IC可設置在基底BS的不同側上，但不以此為限。換句話說，積體電路晶片IC可設置在殼HS的外側，但不以此為限。
請參考圖34，圖34所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。如圖34所示，發聲晶片SPC和積體電路晶片IC可設置在殼HS中，發聲晶片SPC可藉由黏合元件ACP2連接到殼HS的頂結構TS，積體電路晶片IC可藉由黏合元件(圖34未示出)連接到基底BS，且發聲晶片SPC可重疊於積體電路晶片IC，但不以此為限。
可選擇地，在圖34中，殼HS的側壁SW可具有導電結構CSS，導電結構CSS藉由導電的黏合元件ACP1電連接到基底BS的連接墊CPD2，其中導線WR連接於導電結構CSS與發聲晶片SPC的連接墊CPD1之間以進行電連接，但不以此為限。
此外，在圖34中，第一開口OP1可形成在殼HS的頂結構TS上，而第二開口OP2可形成在殼HS的側壁SW上，但不以此為限。
請參考圖35，圖35所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。如圖35所示，殼HS的頂結構TS和側壁SW不形成一件式結構，其中側壁SW可藉由黏合元件(黏合元件可為導電的或絕緣的)連接到頂結構TS和基底BS。舉例來說，頂結構TS、側壁SW和基底BS可為電路板，使得連接到頂結構TS的電子元件(例如積體電路晶片IC)可藉由側壁SW中的連接走線TRS電連接到連接到基底BS的電子元件(例如發聲晶片SPC)，但不以此為限。
此外，在圖35中，發聲晶片SPC可藉由覆晶封裝設置在基底BS上，且積體電路晶片IC可藉由覆晶封裝設置在頂結構TS上，但不以此為限。
再者，在圖35中，被動元件PSC可設置在殼HS中，且被動元件PSC可分別連接到頂結構TS和基底BS，但不以此為限。
下文中將進一步示例性地說明具有上述的發聲晶片SPC的發聲儀器APT的詳細內容。須說明的是，發聲儀器APT並不限於以下示例性地提供的實施例，且發聲儀器APT包括的發聲晶片SPC可以是第一類型、第二類型或任何其他合適的類型。須說明的是，發聲晶片SPC的封裝結構PKG可為上述實施例中的一者或為上述實施例的結合。
請參考圖36，圖36所示為本發明一實施例的發聲儀器的剖面示意圖。如圖36所示，發聲儀器APT可包括外殼OC、發聲晶片SPC的封裝結構PKG以及儀器基底BS_AS，其中封裝結構PKG可設置在儀器基底BS_AS上和外殼OC內。
儀器基底BS_AS可包括矽、鍺、玻璃、塑膠、石英、藍寶石、金屬、聚合物(例如PI、PET)、任何其他適合的材料或上述材料的結合。在一範例中，圖36中的儀器基底BS_AS可為包括積層板 (例如敷銅層板)、平面網格陣列板或任何其他適合的包含導電材料的板的電路板，使得儀器基底BS_AS可包括一個或多個導電元件，例如連接走線、主動元件、被動元件及/或連接墊，但不以此為限。
如圖36所示，儀器基底BS_AS可具有至少一儀器基底開口BS_ASp，且封裝結構PKG的第二子腔體CV2可藉由封裝結構PKG的第二開口OP2連接到儀器基底BS_AS的儀器基底開口BS_ASp。換句話說，封裝結構PKG的第二子腔體CV2可以透過第二開口OP2和儀器基底開口BS_ASp連接到發聲儀器APT的背部周圍環境。
如圖36所示，外殼OC可具有至少一出口開口OCp，且封裝結構PKG的第一子腔體CV1可透過封裝結構PKG的第一開口OP1和外殼OC的出口開口OCp連接到發聲儀器APT前方的周圍環境。
可選擇地，本實施例的外殼OC可夾住儀器基底BS_AS和封裝結構PKG(例如，外殼OC可與儀器基底BS_AS的側壁和封裝結構PKG的側壁SW接觸)，以進一步固定儀器基底BS_AS和封裝結構PKG，並在發聲儀器APT中將第一子腔體CV1和第二子腔體CV2彼此分開，但不以此為限。可選擇地，發聲儀器APT中還可包括墊片，其中墊片可設置在封裝結構PKG與外殼OC之間，且墊片可圍繞出口開口OCp，但不以此為限。
在圖36中，封裝結構PKG可藉由表面貼裝技術(surface mount technology)組裝到發聲儀器APT中，其中導電黏著層CAL(例如，包括焊料)藉由表面貼裝技術設置在儀器基底BS_AS與封裝結構PKG的基底BS之間，以使得封裝結構PKG設置在儀器基底BS_AS上。
在本發明中，由於使用了表面貼裝技術，封裝結構PKG可需要經過設計以能承受表面貼裝技術的最高製程溫度。因此，封裝結構PKG具有上限高於表面貼裝技術的最高製程溫度的耐熱溫度，使得在執行表面貼裝技術之後，封裝結構PKG不會發生故障，且封裝結構PKG可維持正常操作(即，可正常地產生聲波)。在一些實施例中，表面貼裝技術的最高製程溫度的範圍可從240°C到250°C，因此，封裝結構PKG的耐熱溫度的上限可大於240°C或大於250°C，但不以此為限。此外，在一些實施例中，封裝結構PKG中含有的每個材料具有上限高於表面貼裝技術的最高製程溫度的耐熱溫度，以確保封裝結構PKG在表面貼裝技術進行期間不會被損壞。舉例來說，封裝結構PKG中含有的每個材料可具有上限大於240°C或大於250°C的耐熱溫度，但不以此為限。
下文將說明表面貼裝技術的內容。此外，下文所述的表面貼裝技術僅為範例，且為了使表面貼裝技術更加清楚，部分步驟則被省略。
在表面貼裝技術的製程中，首先提供具有至少一導電墊BS_ASc、至少一導電走線和儀器基底開口BS_ASp的儀器基底BS_AS，其中導電墊BS_ASc和儀器基底開口BS_ASp可在執行表面貼裝技術之前形成。接著，將導電黏著層CAL設置在儀器基底BS_AS的導電墊BS_ASc上。舉例來說，導電黏著層CAL可印在儀器基底BS_AS上，但不以此為限。接著，將電子元件，例如發聲晶片SPC的封裝結構PKG，放置在導電黏著層CAL上並與導電黏著層CAL接觸，其中封裝結構PKG的連接墊CPD2與導電黏著層CAL接觸。接著，執行一升溫步驟(例如回流焊步驟)以提升製程溫度，使得導電黏著層CAL熔化並黏著到儀器基底BS_AS的導電墊BS_ASc和封裝結構PKG的連接墊CPD2。因此，藉由使用表面貼裝技術，封裝結構PKG可設置在儀器基底BS_AS上並藉由導電黏著層CAL電連接到導電墊BS_ASc。
在傳統的揚聲器或傳統的發聲裝置中，由於一些元件(例如橡皮懸承(rubber suspension)及/或貼合到線圈的黏著材料)無法承受表面貼裝技術的高製程溫度，因此表面貼裝技術無法使用於傳統的揚聲器(或傳統的發聲裝置)。相較之下，在本發明中，由於封裝結構PKG被設計為可承受表面貼裝技術的最高製程溫度，因此在執行表面貼裝技術之後，封裝結構PKG不會發生故障，且封裝結構PKG可正常操作。此外，由於本發明使用了表面貼裝技術，因此可不需執行引線接合方法/製程(一種使用導線電連接於電子元件與儀器基底BS_AS之間的方法/製程)，並使發聲儀器APT的橫向尺寸顯著地下降。
形成發聲儀器APT的方法可為任何適合的形成方法。在一些實施例的形成發聲儀器APT的方法中，封裝結構PKG可藉由上述方法形成。接著，封裝結構PKG可藉由表面貼裝技術組裝到發聲儀器APT中。舉例來說，封裝結構PKG可藉由表面貼裝技術設置在發聲儀器APT的儀器基底BS_AS上。
綜上所述，本發明提供了一種發聲裝置，其振膜的第一共振頻率fR 高於輸入音頻帶的最大頻率fmax ，使得能夠提高音質。此外，本發明還提供了發聲晶片的封裝結構、發聲儀器、製造發聲晶片的方法、形成封裝結構的方法和形成發聲儀器的方法。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20,22:曲線 100,100’,100_1,100_2,100_3,100_4,100_5,100_6,200,300,SPC:發聲晶片 110:振膜 110Df:變形型態 110e:外邊緣 112:驅動板 112a:第一驅動部 112b:第二驅動部 112c:第三驅動部 112d:第四驅動部 114:彈簧結構 114a:第一彈簧結構 114b:第二彈簧結構 114c:第三彈簧結構 114d:第四彈簧結構 116:聯結板 120:致動元件 120a:第一部 120b:第二部 120c:第三部 120d:第四部 130:錨定結構 ABN:輸入音頻帶 ACP1,ACP2,ACP3:黏合元件 AG:空隙 AM:致動材料 APT:發聲儀器 ATC:主動元件 B2B:板到板連接器 BL:基部矽層 BS:基底 BS_AS:儀器基底 BS_ASc:導電墊 BS_Asp:儀器基底開口 BSa:基底表面 CAL:導電黏著層 CB:音腔 CE1,CE1_1,CE1_2:第一連接端 CE2,CE2_1,CE2_2:第二連接端 CFL:保形層 CPD,CPD1,CPD2,CPD3:連接墊 CPS:補償氧化物層 CSS:導電結構 CT1:第一導電層 CT2:第二導電層 CV:腔體 CV1:第一子腔體 CV2:第二子腔體 D1,D2,D3,D4:寬度 Dn:法線方向 e1:第一部分 e2:第二部分 e3:第三部分 EL1:第一電極 EL2:第二電極 fmax: 最大頻率 fR :第一共振頻率 HS:殼 i1:第一段 i2:第二段 i3:第三段 IC:積體電路晶片 ICa:電路晶片表面 L:迴歸線 MS1,MS2:網孔狀結構 NV:凹槽 OC:外殼 OCp:出口開口 OL:氧化層 OP1:第一開口 OP2:第二開口 PKG:封裝結構 PL:保護層 PSC:被動元件 PR:脈衝 S1,S2:子部 SD:發聲裝置 SIL:隔離絕緣層 SL:狹縫 SLe:連邊狹縫 SLi:內部狹縫 SW:側壁 TL:頂部矽層 TRS:連接走線 TS:頂結構 W1:第一層 W1a:上表面 W2:第二層 W3:絕緣層 WF:晶圓 WL:溝道線 WR:導線 X1:交叉點 Δf:第一共振帶寬 A-A:剖面線
圖1所示為本發明一實施例的具有第一類型的發聲晶片的發聲裝置的俯視示意圖。 圖2所示為本發明一實施例的具有第一類型的發聲晶片的發聲裝置的剖面示意圖。 圖3所示為本發明一實施例的振膜的頻率響應以及輸入音頻帶的示意圖。 圖4所示為本發明第一實施例的發聲裝置的俯視示意圖。 圖5所示為沿著圖4的剖面線A-A’的剖面示意圖。 圖6所示為本發明一實施例的具有不同狹縫的振膜的頻率響應的示意圖。 圖7所示為本發明第二實施例的發聲裝置的俯視示意圖。 圖8所示為本發明第三實施例的發聲裝置的俯視示意圖。 圖9所示為本發明第四實施例的發聲裝置的俯視示意圖。 圖10所示為圖9的中心部分的放大圖。 圖11所示為本發明第五實施例的發聲裝置的俯視示意圖。 圖12所示為圖11的中心部分的放大圖。 圖13所示為本發明第六實施例的發聲裝置的俯視示意圖。 圖14所示為本發明第七實施例的發聲裝置的剖面示意圖。 圖15所示為本發明一實施例的聲壓位準的下降量與狹縫中的空隙之間的關係示意圖。 圖16所示為本發明一實施例的具有第二類型的發聲晶片的發聲裝置的俯視示意圖。 圖17所示為本發明第八實施例的發聲裝置的俯視示意圖。 圖18到圖24所示為本發明一實施例的發聲晶片的製造方法在不同階段的結構的示意圖。 圖25所示為本發明一實施例的發聲晶片的剖面示意圖。 圖26所示為本發明一實施例的封裝結構的基底和積體電路晶片的俯視示意圖。 圖27所示為本發明一實施例的封裝結構的俯視示意圖。 圖28所示為本發明一實施例的封裝結構的底視示意圖。 圖29所示為沿著圖27和圖28的剖面線A-A’的剖面示意圖。 圖30所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。 圖31所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。 圖32所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。 圖33所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。 圖34所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。 圖35所示為本發明一實施例的封裝結構的剖面示意圖。 圖36所示為本發明一實施例的發聲儀器的剖面示意圖。
110:振膜
130:錨定結構
ACP1,ACP2:黏合元件
B2B:板到板連接器
BS:基底
BSa:基底表面
CPD1,CPD2,CPD3:連接墊
CV:腔體
CV1:第一子腔體
CV2:第二子腔體
Dn:法線方向
HS:殼
IC:積體電路晶片
ICa:電路晶片表面
NV:凹槽
OP1:第一開口
OP2:第二開口
PKG:封裝結構
PSC:被動元件
SPC:發聲晶片
SW:側壁
TS:頂結構
WR:導線
A-A:剖面線

Claims (45)

  1. 一種封裝結構，包括： 一殼；以及 一發聲晶片，設置在所述殼中，所述發聲晶片包括： 一振膜，包括一聯結板與一彈簧結構，所述彈簧結構連接所述聯結板；以及 一致動元件，用以接收一驅動訊號以致動所述振膜； 其中，所述彈簧結構位於所述聯結板與所述致動元件之間； 其中，所述致動元件藉由所述彈簧結構致動所述聯結板。
  2. 如請求項1所述的封裝結構，其中一第一開口形成在所述殼上，所述殼包括一頂結構和一側壁，所述頂結構平行於所述振膜，且所述第一開口形成在所述頂結構上。
  3. 如請求項1所述的封裝結構，其中一第一開口形成在所述殼上，所述殼包括一頂結構和一側壁，且所述第一開口形成在所述側壁上。
  4. 如請求項1所述的封裝結構，其中所述殼包括一基底，且一第二開口形成在所述基底上。
  5. 如請求項1所述的封裝結構，還包括一積體電路晶片，耦合到所述發聲晶片，其中所述積體電路晶片用以產生所述驅動訊號。
  6. 如請求項5所述的封裝結構，其中所述積體電路晶片在所述振膜的一法線方向上重疊於所述發聲晶片。
  7. 如請求項5所述的封裝結構，其中所述發聲晶片包括一錨定結構，且所述錨定結構設置在所述積體電路晶片上。
  8. 如請求項5所述的封裝結構，其中所述殼包括一基底，一凹槽形成在所述基底上，且所述積體電路晶片設置在所述凹槽中。
  9. 如請求項8所述的封裝結構，其中所述積體電路晶片的一電路晶片表面對齊於對應到圍繞所述積體電路晶片的所述基底的一部分的一基底表面。
  10. 如請求項5所述的封裝結構，還包括一被動元件。
  11. 如請求項10所述的封裝結構，其中所述殼包括一基底，所述積體電路晶片和所述被動元件設置在所述基底的相對側上。
  12. 如請求項1所述的封裝結構，其中所述封裝結構藉由一表面貼裝技術組合到一發聲儀器中。
  13. 一種製造發聲晶片的方法，包括： 提供一晶圓，其中所述晶圓包括一第一層和一第二層； 形成並圖案化在所述晶圓的一第一側上的一致動材料； 圖案化所述晶圓的所述第一層，以形成一溝道線；以及 移除所述晶圓的所述第二層的一第一部； 其中，所述第二層的一第二部形成至少一錨定結構，且圖案化的所述第一層形成被所述至少一錨定結構固定的一振膜； 其中，一狹縫由於所述溝道線而形成在所述振膜中並貫穿所述振膜； 其中，所述振膜包括一聯結板與一彈簧結構，所述彈簧結構連接所述聯結板，且所述彈簧結構由於所述狹縫而形成； 其中，所述彈簧結構位於所述聯結板與一致動元件之間，所述致動元件包括所述致動材料； 其中，所述致動元件藉由所述彈簧結構致動所述聯結板。
  14. 如請求項13所述的方法，其中在所述晶圓的所述第一層與所述第二層之間形成一絕緣層，且所述方法包括： 移除所述絕緣層的一部分，使得所述狹縫貫穿所述振膜。
  15. 如請求項13所述的方法，其中所述第一層包括單晶矽，且所述晶圓為矽覆絕緣體晶圓。
  16. 如請求項13所述的方法，其中所述第一層包括多晶矽，且所述晶圓為多晶矽覆絕緣體晶圓。
  17. 如請求項13所述的方法，其中所述第一層直接形成在所述第二層上。
  18. 如請求項17所述的方法，其中所述第一層包括氧化物。
  19. 如請求項18所述的方法，其中所述第一層包括氧化矽。
  20. 如請求項13所述的方法，包括： 形成並圖案化在所述致動材料與所述晶圓的所述第一層之間的一第一導電層； 其中，圖案化的所述第一導電層作為所述致動元件的一第一電極。
  21. 如請求項13所述的方法，包括： 形成並圖案化在所述致動材料上的一第二導電層； 其中，圖案化的所述第二導電層作為所述致動元件的一第二電極。
  22. 如請求項21所述的方法，包括： 形成一保護層，覆蓋所述第二導電層。
  23. 如請求項22所述的方法，其中所述保護層形成在所述狹縫中。
  24. 如請求項13所述的方法，其中所述致動材料包括一壓電材料。
  25. 如請求項24所述的方法，其中所述壓電材料包括鋯鈦酸鉛(lead-zirconate-titanate)材料。
  26. 一種形成封裝結構的方法，包括： 提供一殼； 藉由請求項13所述的方法製造一發聲晶片；以及 設置所述發聲晶片在所述殼中。
  27. 一種形成發聲儀器的方法，包括： 藉由請求項26所述的方法形成一封裝結構；以及 將所述封裝結構藉由一表面貼裝技術組合到所述發聲儀器中。
  28. 一種發聲裝置，包括： 一基底；以及 至少一發聲晶片，設置在所述基底上，所述至少一發聲晶片包括： 至少一振膜，包括一聯結板與至少一彈簧結構，所述至少一彈簧結構連接所述聯結板；以及 至少一致動元件，用以接收對應一輸入音頻訊號的一驅動訊號，以致動所述至少一振膜，其中所述輸入音頻訊號與所述驅動訊號具有一輸入音頻帶，所述輸入音頻帶具有一上限，所述上限位於一最大頻率； 其中所述至少一彈簧結構位於所述聯結板與所述至少一致動元件之間，且所述至少一振膜具有高於所述最大頻率的一第一共振頻率； 其中所述至少一致動元件藉由所述至少一彈簧結構致動所述聯結板。
  29. 如請求項28所述的發聲裝置，其中所述至少一致動元件包括一壓電式致動件、一靜電式致動件、一奈米靜電致動式(nanoscopic-electrostatic-drive, NED)致動件或一電磁式致動件。
  30. 如請求項28所述的發聲裝置，其中所述至少一彈簧結構包括一第一彈簧結構以及一第二彈簧結構，所述第一彈簧結構與所述第二彈簧結構設置在所述聯結板的相對側，所述聯結板連接在所述第一彈簧結構與所述第二彈簧結構之間。
  31. 如請求項28所述的發聲裝置，其中所述至少一振膜包括多個狹縫，所述至少一彈簧結構是由於所述狹縫的至少部分而形成。
  32. 如請求項31所述的發聲裝置，其中所述狹縫包括多個連邊狹縫，所述至少一振膜具有多個外邊緣，每個所述連邊狹縫連接於所述外邊緣的至少一個。
  33. 如請求項32所述的發聲裝置，其中所述連邊狹縫的至少一個連接於所述外邊緣的角落。
  34. 如請求項32所述的發聲裝置，其中所述連邊狹縫朝著所述聯結板延伸。
  35. 如請求項34所述的發聲裝置，其中所述連邊狹縫包括一鉤型彎曲端，所述鉤型彎曲端環繞所述聯結板。
  36. 如請求項31所述的發聲裝置，其中所述狹縫包括多個內部狹縫，所述至少一振膜具有多個外邊緣，每個所述內部狹縫不連接於所述外邊緣。
  37. 如請求項31所述的發聲裝置，其中所述聯結板由所述狹縫所環繞。
  38. 如請求項28所述的發聲裝置，其中所述至少一振膜還包括一驅動板，所述至少一致動元件設置在所述驅動板上，所述至少一彈簧結構連接於所述驅動板與所述聯結板之間。
  39. 如請求項38所述的發聲裝置，其中所述至少一發聲晶片包括一錨定結構，所述驅動板連接於所述錨定結構與所述至少一彈簧結構之間。
  40. 如請求項38所述的發聲裝置，其中所述至少一彈簧結構的其中一個具有一第一連接端以及一第二連接端，所述第一連接端連接於所述驅動板，所述第二連接端連接於所述聯結板，所述第一連接端的連接方向不平行於所述第二連接端的連接方向。
  41. 如請求項28所述的發聲裝置，其中所述至少一振膜包括矽(silicon)、碳化矽(silicon carbide)、鍺(germanium)、氮化鎵(gallium nitride)、砷化鎵(gallium arsenide)、不鏽鋼(stainless steel)或其組合。
  42. 如請求項28所述的發聲裝置，還包括一保形層(conformal layer)，所述保形層覆蓋所述至少一發聲晶片，其中所述至少一振膜包括一狹縫，所述保形層的一部分存在於所述狹縫中。
  43. 如請求項42所述的發聲裝置，其中一空隙存在於所述狹縫中，所述空隙的寬度小於2微米。
  44. 如請求項42所述的發聲裝置，其中所述保形層包括介電材料或聚合物材料，其中所述介電材料為二氧化矽(silicon dioxide)或氮化矽(silicon nitride)，所述聚合物材料為聚醯亞胺(polyimide)或聚一氯對二甲苯(Parylene-C)。
  45. 如請求項28所述的發聲裝置，其中在所述至少一發聲晶片的其中一個中，所述至少一振膜包括多個振膜，所述至少一致動元件包括多個致動元件，所述多個振膜中的一第一振膜包括一第一聯結板與連接於所述第一聯結板的至少一第一彈簧結構，所述多個致動元件中的一第一致動元件用以致動所述第一振膜。
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