TW202214516A - 微機電系統聲學感測器、微機電系統封裝結構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

微機電系統聲學感測器包括基板、背板、振膜、介電層及連接部。振膜配置於基板與背板之間且包括振動部。介電層形成於基板與振膜之間且具有對應振動部的腔體。連接部位於腔體內且連接振動部與基板。

Description

微機電系統聲學感測器、微機電系統封裝結構及其製造方法

本發明是有關於一種微機電系統聲學感測器、微機電系統封裝結構及其製造方法。

語音通信系統及話語辨識系統通常使用聲學麥克風以經由使用者說話所產生之聲波而拾聲使用者之話語。目前技術尚在耳道內同時使用骨及組織振動感測傳感器(以回應於骨傳導的較低話語頻率之語音聲音)及有限頻寬聲學麥克風(以偵測較弱空氣傳播的較高話語頻率之聲音)兩者的耳內式麥克風系統。振動感測傳感器可為加速度計，其可藉由適當的黏合劑或膠固定安裝於耳機之外殼的內壁。

因此，本發明提出一種微機電系統聲學感測器、微機電系統封裝結構及其製造方法，可改善習知問題。

本發明一實施例提出一種微機電系統聲學感測器。微機電系統聲學感測器包括一基板、一背板、一振膜、一介電層及一連接部。振膜配置於基板與背板之間且包括一振動部。介電層形成於基板與振膜之間且具有一對應振動部的一第一腔體。連接部位於第一腔體內且連接振動部與基板。

本發明另一實施例提出一種微機電系統封裝結構。微機電系統封裝結構包括一載板及一微機電系統聲學感測器。微機電系統聲學感測器配置在載板上。微機電系統聲學感測器包括一基板、一背板、一振膜、一介電層及一連接部。振膜配置於基板與背板之間且包括一振動部。介電層形成於基板與振膜之間且具有一對應振動部的一第一腔體。連接部位於第一腔體內且連接振動部與基板。

本發明另一實施例提出一種微機電系統聲學感測器之製造方法。製造方法包括以下步驟：形成一介電材料層於一基板層上；形成一振膜於介電材料層上；形成一背板於振膜，其中振膜位於基板層與背板之間且包括一振動部；形成一第二腔體於基板層，以形成一基板，其中腔體露出介電材料層；以及，透過基板之腔體，移除介電材料層的部分材料，以形成一介電層及一連接部，其中介電層位於基板與振膜之間且具有一對應振動部的一第一腔體，且連接部位於第一腔體內且連接振動部與基板。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

請參照第1A~1C圖，第1A圖繪示依照本發明一實施例之微機電系統聲學感測器100沿方向1A-1A’(方向1A-1A’繪示於第1C圖)的局部剖面圖，第1B圖繪示依照本發明一實施例之微機電系統聲學感測器100沿方向1B-1B’(方向1B-1B’繪示於第1C圖)的局部剖面圖，而第1C圖繪示第1A圖之微機電系統聲學感測器100之基板110的俯視圖(振膜130及介電層140以虛線繪示於第1C圖)。

微機電系統聲學感測器100例如是可應用於振動偵測器、麥克風、收音裝置等。微機電系統聲學感測器100或應用其之微機電系統封裝結構可配置在耳機、汽車、車輪、家電、工業儀器設備等依據所接收之振動(如，音頻、振動所產生)以進行振動分析的物品。

微機電系統聲學感測器100包括基板110、背板120、振膜130、介電層140及150、至少一連接部(例如是連接部160A、160B1及160B2、限位部160C1及電極層170。振膜130配置於基板110與背板120之間且包括一振動部131。介電層140形成於基板110與振膜130之間且具有一對應振動部131的第一腔體140r。連接部160A、160B1及160B2以及限位部160C1位於第一腔體140r內且連接振動部131與基板110。如此，外部訊號源V1可透過連接部傳遞至振膜130，使振膜130上下振動。外部訊號源V1例如是振動波。外部訊號源V1可透過固體或空氣傳播至振膜130。在本實施例中，外部訊號源V1可透過基板110傳遞至振膜130 (稱固態傳導)。

基板110例如是矽基板、矽晶圓或其它合適的半導體材料，但本發明實施例不限於此。背板120及振膜130可包含多晶矽材料，但本發明實施例不限於此。介電層140及150例如是氧化物層。介電層150形成於背板120與振膜130之間，以於背板120與振膜130之間形成間隔SP1。當外部訊號源V1傳遞至微機電系統聲學感測器100時，外部訊號源V1可透過連接部傳遞至振膜130，使振膜130於間隔SP1內相對背板120振動。間隔SP1可充滿空氣，因此間隔SP1可稱為空氣層(air gap)。電極層170可電性連接於振膜130與背板120。當外部訊號源V1傳遞至微機電系統聲學感測器100時，振膜130與背板120之間的間距隨振動而改變(電容值改變)，對應的電壓訊號透過電極層170傳輸至一處理器(未繪示)，處理器分析/處理此電壓訊號，並據以執行對應的動作。

如第1A圖所示，外部訊號源V1依序經過基板110、連接部與介電層140傳遞至振膜130。連接部連接基板110與振膜130，做為外部訊號源V1傳遞至振膜130的中介站，對於微機電系統聲學感測器100偵測或感應外部訊號源V1的靈敏度發揮關鍵作用。

如第1A及1C圖所示，基板110具有一第二腔體110r，且包含承載部111及至少一突出部112，突出部112從第二腔體110r的內側壁110w往承載部111的方向突出且連接於承載部111。突出部112可增加基板110的整體強度，提高後續封裝製程的良率。詳言之，在後續封裝製程中，微機電系統聲學感測器100配置於一載板上時會承受一定外力。因此，具有足夠強度之微機電系統聲學感測器100可安全地配置於載板上。在另一實施例中，若無強度考量，基板110也可省略突出部112。

此外，振動部131的幾何結構可調整/改變振膜130的勁度(Stiffness)，以獲得預期的振動偵測特性，例如是對於不同振動頻率的靈敏度及/或增加偵測頻寬。具體來說，如第1A圖所示，振動部131包括至少一勁度調整結構，其例如是突出結構(如，肋條(強化勁度，避免振膜翹曲)、突點(強化勁度，避免振膜翹曲)、波紋層(弱化勁度，如同彈簧)等)或鏤空結構(如，盲孔或貫孔等(弱化勁度，且可釋放應力，讓振動容易傳達至振膜130)。本發明實施例不限定突出結構及/或鏤空結構的形狀、數量及/或尺寸。鏤空結構可以是封閉環形(如第1C圖之貫孔1313)或開放環形。

在本實施例中，如第1A圖所示，振動部131包括波紋層1311、肋條1312及貫孔1313等，其中貫孔1313例如是呈封閉環形(從第1C圖之視角看去)。透過勁度調整結構可調整/改變振膜130的勁度，可獲得微機電系統聲學感測器100的預期特性，例如是對於不同振動頻率的靈敏度及/或增加偵測頻寬。此外，突出結構的數量愈多及/或分佈區域愈大，則基板110的勁度愈大；反之則愈小。鏤空結構的數量愈多及/或分佈區域愈大，則基板110的勁度愈小；反之則愈大。在另一實施例中，振膜130或振動部131也可以是一平整的膜，即，振膜130或振動部131可不包含任何凹槽、貫孔及/或突出結構等。

此外，連接部的設計可調整/改變振膜130的勁度(Stiffness)，使微機電系統聲學感測器100符合預期特性，例如是對於不同振動頻率的靈敏度及/或增加偵測頻寬。另，本發明實施例所有連接部的至少一部分可視為錨(anchor)，其提供支撐/固定振膜130的功能。此外，連接部數量愈多及/或分佈區域愈大，則振膜130或振動部131的勁度愈大；反之則愈小。

以幾何形狀來說，如第1A及1C圖所示，連接部160A及連接部160B2例如是柱狀體，如圓柱體。連接部160B1例如是環形柱體，其可環繞連接部160A。限位部160C1例如是環形柱體，如封閉環形柱體或開放環形柱體。

以位置來說，如第1A及1C圖所示，連接部的位置可對應於振動部131的任一區域。例如，連接部160A位於振動部131的中間區域，而連接部160B1及160B2可位於振動部131的邊緣區域。

以結構來說，如第1A及1C圖所示，限位部160C1例如是實心部，其例如是採用單一材質所形成，如振膜130之材料所形成。連接部160B1例如是多層結構，其包括第一包覆部132A、第二包覆部132B及支撐部141，其中第一包覆部132A及第二包覆部132B分別包覆支撐部141的相對二面。連接部160A及160B2例如是多層結構，其包含包覆部132C及支撐部142，其中包覆部132C包覆支撐部142。限位部160C1的位置可決定介電層140的側壁位置。

以材質來說，連接部可包含介電層140的材料及/或振膜130的材料。例如，以連接部160A來說，連接部160A之支撐部142為介電層140的一部分(材料相同)，而包覆部132C為振膜130的一部分(材料相同)，其中支撐部142與介電層140為同層結構(或，一體成形結構)，而包覆部132C與振膜130為同層結構(或，一體成形結構)。以連接部160B1來說，連接部160B1由介電層140的一部分與振膜130的一部分所組成，例如第一包覆部132A及第二包覆部132B為振膜130的一部分(材料相同)，第一包覆部132A、第二包覆部132B與振膜130可以是同層結構(或，一體成形結構)，而支撐部141為介電層140的一部分(材料相同)，支撐部141為介電層140可以是同層結構(或，一體成形結構)。連接部160B2具有類似連接部160A的材質設計，容此不再贅述。此外，限位部160C1例如是振膜130的一部分(材料相同)，限位部160C1與振膜130可以是同層結構(或，一體成形結構)。

本發明實施例並不限定連接部的形狀、位置、材質、層數(單層或多層)及/或尺寸等設計，只要微機電系統聲學感測器100符合預期特性即可。微機電系統聲學感測器100可包含至少一連接部，數個連接部中至少二者可具有完全相同、部分相同或相異設計。

請參照第2A~2B圖，第2A圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器100’沿方向2A-2A’(方向2A-2A’繪示於第2B圖)的局部剖面圖，而第2B圖繪示第2A圖之微機電系統聲學感測器100’之基板210的俯視圖。

微機電系統聲學感測器100’例如是可應用於振動偵測器、麥克風、收音裝置等。微機電系統聲學感測器100’或應用其之微機電系統封裝結構可配置在耳機、汽車、車輪、家電或工業儀器設備等依據所接收之振動(如，音頻、振動所產生)以進行振動分析的物品。

微機電系統聲學感測器100’包括基板110A、背板120、振膜130、介電層140及150、至少一連接部(例如，連接部160A’)及電極層170。振膜130配置於基板110A與背板120之間且包括一振動部131。介電層140形成於基板110A與振膜130之間且具有一對應振動部131的第一腔體140r。連接部160A’位於第一腔體140r內且連接振動部131與基板110A之承載部111。如此，外部訊號源V1可透過連接部160A’傳遞至振膜130，使振膜130上下振動。在本實施例中，當承載部111下方騰空時，外部訊號源V1會振動承載部111(產生加速度)，此振動透過連接部160A’傳遞至振膜130。

微機電系統聲學感測器100’具有類似或同於前述微機電系統聲學感測器100的技術特徵，不同處在於，微機電系統聲學感測器100’可省略連接部160A、160B1與160B2之一者或一些，例如，省略連接部160B1及160B2，且連接部160A’的結構與微機電系統聲學感測器100之連接部160A的結構相異，且基板110A可省略突出部112。

如第2A圖所示，相較於連接部160A，本實施例之連接部160A’可省略包覆部132C，包覆部132C為振膜130的一部分(材料相同)，包覆部132C與振膜130為同層結構(或，一體成形結構)。

請參照第3A~3C圖，第3A圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器200沿方向3A-3A’(方向3A-3A’繪示於第3C圖)的局部剖面圖，第3B圖繪示依照本發明一實施例之微機電系統聲學感測器200沿方向3B-3B’(方向3B-3B’繪示於第3C圖)的局部剖面圖，而第3C圖繪示第3A圖之微機電系統聲學感測器200之基板210的俯視圖(介電層140以虛線繪示於第3C圖)。

微機電系統聲學感測器200例如是可應用於振動偵測器、麥克風、收音裝置等。微機電系統聲學感測器200或應用其之微機電系統封裝結構可配置在耳機、汽車、車輪、家電、工業儀器設備等依據所接收之振動(如，音頻、振動所產生)以進行振動分析的物品。

微機電系統聲學感測器200包括基板210、背板120、振膜130、介電層140及150、至少一連接部260及電極層170。微機電系統聲學感測器200具有類似或同於前述微機電系統聲學感測器100的技術特徵，不同處在於，微機電系統聲學感測器200之基板210的結構與基板110的結構相異。

振膜130配置於基板210與背板120之間且包括一振動部131。介電層140形成於基板210與振膜130之間且具有一對應振動部131的第一腔體140r。連接部260位於第一腔體140r內且連接振動部131與基板210。如此，外部訊號源V1可透過連接部傳遞至振膜130，使振膜130上下振動。

如第3A圖所示，基板210具有第二腔體210r且包括至少一承載部211及至少一突出部212。第二腔體210r與第一腔體140r的位置相對應，承載部211相對第二腔體210r之側壁210w往第二腔體210r的中心延伸。如第3B圖所示，連接部260位於振動部131與基板210之承載部211之間，且連接振動部131與承載部211。在本實施例中，連接部260為實心柱，其位於振膜130之振動部131的邊緣區域。此外，連接部260例如是介電層140的一部分，且連接部260與介電層140可以是同層結構(或，一體成形結構)。

各突出部212連接對應之承載部211與側壁210w。在本實施例中，突出部212的寬度W1小於承載部211的寬度W2。此外，相連接之突出部212與承載部211構成一承載組21A，本發明實施例係以四個承載組21A為例說明，然亦可少於四組或多於四組。此外，數個承載組21A可相對第二腔體210r的中心平均分佈，例如，相鄰二承載組21A相對第二腔體210r的中心的夾角大致上相等。

請參照第4圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器300的示意圖，其中第4圖上方繪示微機電系統聲學感測器300沿方向4A-4A’(方向4A-4A’繪示於第4圖下方)的局部剖面圖，而第4圖下方繪示微機電系統聲學感測器300之基板310的俯視圖(振膜330之通道330a及介電層140以虛線繪示)。

微機電系統聲學感測器300例如是可應用於振動偵測器、麥克風、收音裝置等。微機電系統聲學感測器300或應用其之微機電系統封裝結構可配置在耳機、汽車、車輪、家電、工業儀器設備等依據所接收之振動(如，音頻、振動所產生)以進行振動分析的物品。

微機電系統聲學感測器300包括基板310、背板120、振膜330、介電層140及150以及至少一連接部260。振膜330配置於基板310與背板120之間且包括一振動部131。介電層140形成於基板310與振膜330之間且具有一對應振動部131的第一腔體140r。連接部260位於第一腔體140r內且連接振動部131與基板310。如此，外部訊號源V1可透過連接部傳遞至振膜130，使振膜130上下振動。

微機電系統聲學感測器300具有類似或同於前述微機電系統聲學感測器200的技術特徵，不同處在於，微機電系統聲學感測器300之基板310的結構與基板210的結構相異。

如第4圖所示，基板310具有第二腔體310r且包括至少一承載部311及至少一突出部312。第二腔體310r與第一腔體140r的位置相對應，承載部311相對第二腔體310r之一側壁310w往第二腔體310r的中心延伸。連接部260位於振動部131與基板310之承載部311之間。在本實施例中，如第4圖所示，連接部260為實心柱，其位於振膜330之振動部131的邊緣區域。

如第4圖所示，突出部312相對側壁310w突出且連接承載部311與側壁310w。突出部312具有一寬度W3，其大於承載部311的寬度W4。此外，振膜330具有至少一通道330a，通道330a與突出部312在位置上相對應且與第一腔體140r相通，如此，在蝕刻介電層140的製程中，蝕刻液可透過通道330a移除介電層140的材料。在本實施例中，通道330a的俯視形狀例如是圓形，然亦可為橢圓形或多邊形。在本實施例中，各通道330a例如是單點設計，或也可以延伸成線形，如曲線、直線或其組合。只要能獲得預期的介電層140的結構/圖案即可，本發明實施例不限制通道330a的數量、尺寸及/或幾何形狀。此外，通道330a可做為勁度調整結構(如，鏤空結構)，其可弱化勁度，釋放應力，讓振動容易傳達至振膜130。

此外，相連接之突出部312與承載部311構成一承載組31A，本發明實施例係以四個承載組31A為例說明，然亦可少於四組或多於四組。此外，數個承載組31A可相對第二腔體310r的中心平均分佈，例如，相鄰二承載組31A相對第二腔體210r的中心的夾角大致上相等。

請參照第5圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器400的示意圖，其中第5圖上方繪示微機電系統聲學感測器400沿方向5A-5A’(方向5A-5A’繪示於第5圖下方)的局部剖面圖，而第5圖下方繪示微機電系統聲學感測器400之基板310的俯視圖(振膜330之通道330a及介電層140以虛線繪示)。

微機電系統聲學感測器400例如是可應用於振動偵測器、麥克風、收音裝置等。微機電系統聲學感測器400或應用其之微機電系統封裝結構可配置在耳機、汽車、車輪、家電、工業儀器設備等依據所接收之振動(如，音頻、振動所產生)以進行振動分析的物品。

微機電系統聲學感測器400包括基板310、背板120、振膜330、介電層140及150以及至少一連接部460。振膜330配置於基板310與背板120之間且包括振動部131。介電層140形成於基板310與振膜330之間且具有一對應振動部131的第一腔體140r。連接部460位於第一腔體140r內且連接振動部131與基板310。如此，外部訊號源V1可透過連接部傳遞至振膜330，使振膜330上下振動。

微機電系統聲學感測器400具有類似或同於前述微機電系統聲學感測器300的技術特徵，不同處在於，微機電系統聲學感測器400之連接部460的結構與連接部260的結構相異。

如第5圖所示，基板310具有第二腔體310r且包括至少一承載部311及至少一突出部312。第二腔體310r與第一腔體140r的位置相對應，承載部311相對第二腔體310r之側壁310w往第二腔體310r的中心延伸。如第5圖所示，連接部460位於振動部131與基板310之承載部311之間且連接振動部131與基板310。在本實施例中，連接部460為多層實心柱，其位於振膜330之振動部131的邊緣區域。連接部460包括包覆部331及支撐部141，其中包覆部331包覆支撐部141的周緣面。以材質來說，連接部460由介電層140的一部分與振膜330的一部分所組成，例如，包覆部331為振膜330的一部分，包覆部331與振膜330可以是同層結構(或，一體成形結構)，而支撐部141為介電層140的一部分，支撐部141為介電層140可以是同層結構(或，一體成形結構)。包覆部331可確定支撐部141的位置，以獲得更精確/精準的振膜330的勁度。

此外，如第5圖所示，相連接之突出部312與承載部311構成一承載組31A，本發明實施例係以四個承載組31A為例說明，然亦可少於四組或多於四組。此外，數個承載組31A可相對第二腔體310r的中心平均分佈，例如，相鄰二承載組31A相對第二腔體210r的中心的夾角大致上相等。

請參照第6圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器400的基板310’的俯視圖。基板310’具有類似或同於前述基板310的特徵，不同處在於，本實施例之基板310’包含多個承載組31A，其中並非所有的承載組都與連接部260連接。例如，本實施例的承載組31A的數量例如是六個，其中三個承載組31A分別與三個連接部260連接，而另三個承載組31A未與連接部260連接。

請參照第7A~7B圖，第7A圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器400’沿方向7A-7A’(方向7A-7A’繪示於第7B圖)的局部剖面圖，而第7B圖繪示第7A圖之微機電系統聲學感測器400’之基板410的俯視圖(振膜130之振動部131以虛線繪示於第7B圖)。

微機電系統聲學感測器400’例如是可應用於振動偵測器、麥克風、收音裝置等。微機電系統聲學感測器400’或應用其之微機電系統封裝結構可配置在耳機、汽車、車輪、家電或工業儀器設備等依據所接收之振動(如，音頻、振動所產生)以進行振動分析的物品。

微機電系統聲學感測器400’包括基板410、背板120、振膜330、介電層140及150、至少一連接部(如，460)及電極層170。振膜330配置於基板410與背板120之間且包括一振動部131。介電層140形成於基板410與振膜330之間且具有一對應振動部131的第一腔體140r。連接部460位於第一腔體140r內且連接振動部131與基板410。如此，外部訊號源V1可透過連接部傳遞至振膜330，使振膜330上下振動。

本實施例之基板410具有類似或同於前述基板310的特徵，不同處在於，基板410僅包含一個承載組31A，其中一個連接部460連接承載組31A與振動部131。相較於前述微機電系統聲學感測器400，本實施例之連接部460的數量只有一個，因此連接部460對於振動部131的拘束較低，使振膜330對於外部訊號源的感應或偵測更為敏感。

在另一實施例中，基板410可具有至少一開孔(類似後述之開孔510a)，其可從基板410的下表面410b往基板410的上表面410u的方向延伸，例如可延伸至上表面410u(開孔為貫孔)或不延伸至上表面410u(開孔為盲孔)。透過此至少一開孔可調整/改變基板410的勁度，以獲得微機電系統聲學感測器400’的預期特性，例如是對於不同振動頻率的靈敏度及/或增加偵測頻寬。

如第7A圖所示，通道330a、波紋層1311與振膜330之至少一開孔330b中至少一者如同彈簧結構，其與連接部相連，使外部訊號源容易傳達至振膜330，使振膜330容易感應到振動變化。開孔330b例如是貫孔或盲孔。此外，振膜330更包含至少一突起(dimple)331A，其可防止振膜330/振動部131與基板410接觸而沾黏。

請參照第8圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器500的局部剖面圖。

微機電系統聲學感測器500例如是可應用於振動偵測器、麥克風、收音裝置等。微機電系統聲學感測器500或應用其之微機電系統封裝結構可配置在耳機、汽車、車輪、家電、工業儀器設備等依據所接收之振動(如，音頻、振動所產生)以進行振動分析的物品。

微機電系統聲學感測器500包括基板510、背板120、振膜130、介電層140及150以及至少一連接部。振膜130配置於基板510與背板120之間且包括一振動部131。本發明實施例之微機電系統聲學感測器500具有與微機電系統聲學感測器100相同或相似特徵，不同處在於，微機電系統聲學感測器500之基板510的結構不同。

如第8圖所示，基板510具有至少一開孔510a，開孔510a從基板510的下表面510b往基板510的上表面510u的方向延伸，但不貫穿基板510。在另一實施例中，開孔510a可貫穿基板510。開孔510a可調整/改變基板510的勁度，以獲得微機電系統聲學感測器500的預期特性，例如是對於不同振動頻率的靈敏度及/或增加偵測頻寬。此外，開孔510a愈長及/或開孔510a愈多，則基板510的勁度愈小；反之則愈大。本發明實施例不限定開孔510a的數量，其例如是四個，然亦可更少或更多。

在本實施例中，至少一開孔510a可形成於第1B圖之基板110的突出部112或其它適合部位；或者，至少一開孔510a可形成於第3B圖之基板210的突出部212或其它適合部位；或者，至少一開孔510a可形成於第4圖之基板310的突出部312或其它適合部位；或者，至少一開孔510a可形成於第5圖之基板310的突出部312或其它適合部位。

請參照第9圖，其繪示依照本發明一實施例之微機電系統封裝結構10的剖面圖。微機電系統封裝結構10可包括微機電系統聲學感測器100、載板11、殼體12、接墊13、積體電路晶粒14、至少一第一接點15及至少一第二接點16。載板11與殼體12可定義出容置空間R1。微機電系統聲學感測器100可配置在載板11之接墊13上。接墊13例如是具有絕緣性及/或導熱性。積體電路晶粒14可配置在載板11上。可藉由打線方式電性連接微機電系統聲學感測器100與積體電路晶粒14以及電性連接積體電路晶粒14與載板11。在一實施例中，載板11可包括印刷電路板或本身為印刷電路板。在一實施例中，積體電路晶粒14例如是特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC）晶片。在一實施例中，殼體12連接於載板11，且覆蓋微機電系統聲學感測器100、載板11、接墊13及積體電路晶粒14。載板11包括導電材料，如金屬。在一實施例中，殼體12可包括印刷電路板。一實施例中，載板11是設置靠近訊號源(訊號源V1方向以載板11下方的箭頭表示，但本揭露不限於此)，包括固態傳導路徑，例如耳骨等。一實施例中，微機電系統封裝結構內無材料的空部分可填充氣體，例如空氣，製造簡單且成本較低。另一實施例中，微機電系統封裝結構內無材料的空部分可抽真空，以降低阻尼作用，造成較低的能量損失或機械耗散。在另一實施例中，微機電系統封裝結構10之微機電系統聲學感測器100可改由微機電系統聲學感測器100’、200、300、400、400’與500的任一者取代。

第一接點15與第二接點16電性連接。由第二接點16連接第一接點15來提供積體電路晶粒14的驅動輸入訊號，且及將微機電系統聲學感測器100所感測之感測訊號經積體電路晶粒14處理後輸出到第一接點15，然後由第二接點16輸出感測訊號。

請參照第10圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構20的剖面圖。微機電系統封裝結構20可包括微機電系統聲學感測器100、載板11、殼體12、接墊13、積體電路晶粒14、、至少一第一接點15、至少一第二接點16及連接線25。微機電系統封裝結構20具有與微機電系統封裝結構10相同或相似結構，不同處在於，微機電系統聲學感測器100配置在殼體12上，例如是配置在殼體12中與載板11相對之上部，然亦可配置在殼體12的側部。此外，微機電系統封裝結構20更包括電性連接積體電路晶粒14與載板11的連接線25。連接線25可形成於載板11及殼體12上、內或外，且連接至少一第一接點15與至少一第二接點16。連接線25例如是導電線，如銅線等，其可採用例如是印刷方式形成於載板11及殼體12。在另一實施例中，微機電系統封裝結構20之微機電系統聲學感測器100可改由微機電系統聲學感測器100’、200、300、400、400’與500的任一者取代。

請參照第11圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構30的剖面圖。微機電系統封裝結構30可包括微機電系統聲學感測器100、載板31、殼體12、接墊13、積體電路晶粒14、至少一第一接點15及至少一第二接點16。微機電系統封裝結構30具有與微機電系統封裝結構10相同或相似結構，不同處在於，載板31具有貫孔31a 。貫孔31a位於基板110的第二腔體110r下方。貫孔31a可對外部空氣中的聲音訊號提供進入微機電系統封裝結構30的路徑，然本發明實施例不限於此。在其它實施例中，貫孔31a可設置在殼體12，例如至少一貫孔31a形成於殼體12的上部及/或側部。在另一實施例中，微機電系統封裝結構30之微機電系統聲學感測器100可改由微機電系統聲學感測器100’、200、300、400、400’與500的任一者取代。

請參照第12圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構40的剖面圖。微機電系統封裝結構40可包括微機電系統聲學感測器500、載板41、殼體12、接墊13、積體電路晶粒14、至少一連接元件45、至少一第一接點15及至少一第二接點16。微機電系統封裝結構40具有與微機電系統封裝結構10相同或相似結構，不同處在於，微機電系統聲學感測器以元件500取代，且載板41的結構不同。

載板41具有一開孔41a，在本實施例中，開孔41a例如是盲孔，如凹部或凹槽。微機電系統聲學感測器500配置在載板41上，且基板510的一部分在位置上對應開孔41a。連接元件45配置在開孔41a，並連接或接觸微機電系統聲學感測器500的基板510。外部訊號源V1可透過連接元件45傳遞給微機電系統聲學感測器500。在另一實施例中，微機電系統封裝結構40之微機電系統聲學感測器500可改由微機電系統聲學感測器100’、100、200、300、400與400’的任一者取代。

請參照第13圖，其繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構50的剖面圖。微機電系統封裝結構50可包括微機電系統聲學感測器500、載板51、殼體12、接墊13、積體電路晶粒14、連接元件55、至少一第一接點15及至少一第二接點16。微機電系統封裝結構50具有與微機電系統封裝結構40相同或相似結構，不同處在於，載板51之結構與載板41之結構不同且連接元件55之結構與連接元件45之結構不同。

載板51具有一開孔51a，在本實施例中，開孔51a例如是貫孔。微機電系統聲學感測器500配置在載板51上，且基板510的一部分在位置上對應凹部51a。連接元件55配置在凹部51a，並連接或接觸微機電系統聲學感測器500的基板510。外部訊號源V1可透過連接元件55傳遞給微機電系統聲學感測器500。在本實施例中，連接元件55例如是孔塞，其插入載板51之開孔51a，以緊密微機電系統聲學感測器500之基板510。

在另一實施例中，微機電系統封裝結構50之微機電系統聲學感測器500可改由微機電系統聲學感測器100’、100、200、300、400與400’的任一者取代。

第14A圖至第14P圖繪示根據一實施例之微機電系統聲學感測器100的製造方法。

如第14A圖所示，提供基板層110’。在一實施例中，基板層110’例如是矽基底。但本發明實施例不限於此，基板層110’可包括其它合適的半導體材料。

如第14B圖所示，可採用例如是沉積製程或熱氧化製程，在基板層110’的上表面(或前表面)及下表面(或背表面)上分別形成介電材料層140’與介電材料層145’。沉積製程例如電漿加強型氧化物(PEOX)，然此非用以限制本發明實施例。在一實施例中，介電材料層140’與介電材料層145’例如是同時形成。以材質來說，介電材料層140’及/或介電材料層145’例如是包含氧化物，如氧化矽。介電材料層140’與介電材料層145’的材料可相同，然亦可相異。

如14C圖所示，可採用例如是微影製程（photolithography），圖案化介電材料層140’，以形成凹部圖案，其包含至少一凹部140a。本文的「凹部」例如是包含凹槽及/或貫孔。本文的「微影製程」例如是包含塗佈(coating)(光阻)、曝光、顯影及/或蝕刻等。「凹部」的數量及/或幾何形狀(圖案)可視實際狀況而定，本發明實施例不加以限定。

如第14D圖所示，可採用例如是沉積製程，形成介電材料層140’’於介電材料層140’上，其中介電材料層140’’與介電材料層140’合稱介電材料層140’’’。介電材料層140’’’具有凹部圖案，其包含至少一凹部140a’， 凹部140a’順應凹部140a的形狀形成。此外，介電材料層140’’’的材料例如是氧化物，如氧化矽(silicon oxide)、二氧化矽(silicon dioxide)、氧化物(oxide)或TEOS氧化物 ，然此非用以限制本發明實施例。在一實施例中，凹部140a’可定義後續形成之振膜130的結構，但本發明實施例不限於此。介電材料層140’’與介電材料層140’的材料可相同，然亦可相異。

如第14E圖所示，可採用例如是蝕刻製程，形成介至少一凹部140a’’。 凹部140a’’例如是貫穿介電材料層140’’’之貫孔。

如第14F圖所示，可採用例如是沉積製程，形成振膜層130’於介電材料層140’’’且形成元件層135’在介電材料層145’上。 振膜層130’具有凹部圖案，其包含至少一凹部130a1。凹部130a1對應凹部140a’的位置形成。元件層135’與振膜層130’可同時形成。此外，振膜層130’及元件層135’的材料可相同，例如是多晶矽(polysilicon)、碳化矽(silicon carbide, SiC) 、單晶矽(single crystal)等半導體材料，其可經過離子佈植(ion implantation)或摻雜(doping)等製程使材料產生導電特性，但本發明實施例不限於此。

如第14G圖所示，可採用例如是微影製程，形成至少一凹部130a2在第14E圖之振膜層130’中，以形成振膜130。凹部130a2例如是貫穿振膜層130’，而露出介電材料層140’’’。在本步驟中，可同時移除元件層135’，以露出介電材料層145’。

如第14H圖所示，可採用例如是沉積製程，形成介電材料層150’在振膜130上且形成介電材料層145’’在介電材料層145’上，其中介電材料層150’填充凹部130a2。介電材料層150’可具有凹部圖案，其包含至少一凹部150a1。凹部150a1對應振膜130的凹部130a1形成。介電材料層145’’與介電材料層145’合稱為介電材料層145。在一實施例中，介電材料層150’與介電材料層145’’例如是同時形成。此外，介電材料層150’及介電材料層145’’的材料可相同，例如是氧化物，如氧化矽，但本發明實施例不限於此。

如第14I圖所示，可採用例如是微影製程，形成至少一凹部150a2在介電材料層150’中，從而形成突起(dimple)來減少表面黏滯力。

如第14J圖所示，可採用例如是沉積製程，形成介電材料層150’’在第14I圖之介電材料層150’上，並填充凹部150a2。介電材料層150’’具有至少一凹部150a3及至少一凹部150a4，其中凹部150a4露出振膜130。在一實施例中，介電材料層150’’的材料例如是氧化物，如氧化矽，但本發明實施例不限於此。凹部150a3及凹部150a4可採用利用是微影製程及蝕刻製程形成。

如第14K圖所示，可採用例如是沉積製程，形成背板材料120’於介電材料層150’’上且形成元件層125’於介電材料層145上，其中背板材料120’填滿凹部150a4以電性連接於振膜130。背板材料120’包含至少一突起120A，其對應凹部150a3形成。此外，背板材料120’與元件層125’ 可同時形成。此外，背板材料120’與元件層125’的材料可相同，例如是半導體材料，如多晶矽(polysilicon)、碳化矽(silicon carbide；SiC)等半導體材料，其可經過離子佈植(ion implantation)或摻雜(doping)等製程使材料產生導電特性，但本發明實施例不限於此。

如第14L圖所示，可採用例如是金屬沉積製程、黃光微影製程，及蝕刻製程或剝離(lift-off)製程等，形成電極層170於背板材料120’上，電極層170可包含二電極，其中之一為振膜電位正極，另一為背板電位負極。

如第14M圖所示，可採用例如是微影製程，圖案化背板材料120’，以形成背板120。背板120具有至少一聲孔(acoustic hole)120B。

如第14N圖所示，可採用例如是蝕刻製程，移除元件層125’，以露出介電材料層145。

如第14O圖所示，可採用例如是微影製程，圖案化介電材料層145，以形成至少一凹部145a，其中凹部145a露出基板層110’。

如第14P圖所示，可採用例如是蝕刻製程，移除基板層110’的部分材料，以形成基板110。基板110具有至少一第二腔體110r。

然後，可採用例如是濕蝕刻製程，蝕刻液透過第14P圖之凹部145a及第二腔體110r，移除介電材料，以形成如第1A圖所示之介電層140及介電層150。

其餘微機電系統聲學感測器100’、200、300、400’及400的製造方法類似或同於微機電系統聲學感測器100的製造方法，不同處在於採用不同圖案的光罩，形成不同結構的背板、振膜、介電層及/或基板。

請參照第15A~15B圖，其繪示第8圖之微機電系統聲學感測器500的製造過程圖。微機電系統聲學感測器500的製造過程類似或同於微機電系統聲學感測器100，不同處在於基板510的製程。

如第15A圖所示，可採用例如是微影蝕刻製程，形成至少一光阻146於介電材料層145的至少一開孔145a’，其中開孔145a’露出基板層510’，且光阻146填滿開孔145a’。

如第15B圖所示，可採用蝕刻製程，移除光阻146及對應光阻146的基板材料，以於基板層510’形成至少一開孔510a，而形成基板510。

微機電系統聲學感測器500的其餘製造步驟同於或相似於微機電系統聲學感測器100的對應製造步驟，於此不再贅述。

以微機電系統封裝結構10的製造方法來說，配置積體電路晶粒14及微機電系統聲學感測器(如100、100’、200、300、400、400’與500之一者)於載板11上，然後再採用打線製程，以焊線電性連接載板11、積體電路晶粒14及微機電系統聲學感測器，然後再以殼體12配置在載板11，並覆蓋積體電路晶粒14及微機電系統聲學感測器。其餘微機電系統封裝結構20、30、40及50的製造過程類似微機電系統封裝結構10，容此不再贅述。

綜上所述，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。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10,20,30,40,50:微機電系統封裝結構 11,31,41:載板 12:殼體 13:接墊 14:積體電路晶粒 15:第一接點 16:第二接點 41a,51a:開孔 45,55:連接元件 21A,31A:承載組 25:連接線 31a:貫孔 100,100’,200,300,400,500:微機電系統聲學感測器 110,110A,110’,210,310,310’,410,510:基板 110’,510’:基板層 110r,210r,310r:第二腔體 110w:內側壁 111,211,311:承載部 112,212,312:突出部 120:背板 120’:背板材料 125’:元件層 130,330:振膜 130’:振膜層 131:振動部 1311:波紋層 1312:肋條 1313:貫孔 132A,132B,132C,331:包覆部 140,150:介電層 140a,120a,145a,  150a3,150a4:凹部 140’,140’’,140’’’,145,150’’,150’:介電材料層 140r:第一腔體 141,142:支撐部 146:光阻 160A,160A’,160B1,160B2,260,460:連接部 160C1:限位部 170:電極層 210w,310w:側壁 330a:通道 330b:開孔 331A:突起 510a,145a’:開孔 SP1:間隔 R1:容置空間 V1:外部訊號源

第1A圖繪示依照本發明一實施例之微機電系統聲學感測器沿方向1A-1A’(方向1A-1A’繪示於第1C圖)的局部剖面圖。 第1B圖繪示依照本發明一實施例之微機電系統聲學感測器沿方向1B-1B’(方向1B-1B’繪示於第1C圖)的局部剖面圖。 第1C圖繪示第1A圖之微機電系統聲學感測器之基板的俯視圖(振膜及介電層以虛線繪示於第1C圖)。 第2A圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器沿方向2A-2A’的局部剖面圖。 第2B圖繪示第2A圖之微機電系統聲學感測器之基板的俯視圖。 第3A圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器沿方向3A-3A’的局部剖面圖。 第3B圖繪示依照本發明一實施例之微機電系統聲學感測器沿方向3B-3B’的局部剖面圖。 第3C圖繪示第3A圖之微機電系統聲學感測器之基板的俯視圖。 第4圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器的示意圖。 第5圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器的示意圖。 第6圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器的基板的俯視圖。 第7A圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器沿方向7A-7A’的局部剖面圖。 第7B圖繪示第7A圖之微機電系統聲學感測器之基板的俯視圖。 第8圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統聲學感測器的局部剖面圖。 第9圖繪示依照本發明一實施例之微機電系統封裝結構的剖面圖。 第10圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構的剖面圖。 第11圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構的剖面圖。 第12圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構的剖面圖。 第13圖繪示依照本發明另一實施例之微機電系統封裝結構的剖面圖。 第14A圖至第14P圖繪示根據一實施例之微機電系統聲學感測器的製造方法。 第15A~15B圖繪示第8圖之微機電系統聲學感測器的製造過程圖。

110:基板

110w:內側壁

112:突出部

120:背板

130:振膜

131:振動部

1313:貫孔

140,150:介電層

140r:第一腔體

160A,160B2:連接部

160C1:限位部

170:電極層

V1:外部訊號源

Claims (24)

1. 一種微機電系統聲學感測器，包括： 一基板； 一背板， 一振膜，配置於該基板與該背板之間且包括一振動部； 一介電層，形成於該基板與該振膜之間且具有一對應該振動部的一第一腔體；以及 一連接部，位於該第一腔體內且連接該振動部與該基板。
2. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該連接部係柱狀體。
3. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該連接部位於該振動部的中間區域。
4. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該連接部位於該振動部的邊緣區域。
5. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該振動部具有一彈簧結構，該連接部連接該彈簧結構。
6. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該基板具有一第二腔體且包括一承載部，該第二腔體與該第一腔體的位置相對應，該承載部相對該第二腔體310r之一側壁突出，該連接部位於該振動部與該基板之間。
7. 如請求項6所述之微機電系統聲學感測器，其中該基板更包括一突出部，該突出部從該側壁往該承載部的方向延伸且連接於該承載部；該突出部的寬度小於該承載部的寬度。
8. 如請求項6所述之微機電系統聲學感測器，其中該基板更包括一突出部，該突出部從該側壁往該承載部的方向延伸且連接於該承載部；該突出部的寬度大於該承載部的寬度。
9. 如請求項8所述之微機電系統聲學感測器，其中該基板具有一開孔，該開孔形成於該突出部。
10. 如請求項8所述之微機電系統聲學感測器，其中該振膜具有一通道，該通道與該突出部在位置上相對應。
11. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該振膜具有一通道，該通道與該第一腔體相通。
12. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該連接部包括： 一支撐部； 一包覆部，包覆該支撐部。
13. 如請求項12所述之微機電系統聲學感測器，該包覆部與該振膜的材料相同。
14. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該連接部與該介電層的材料相同。
15. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該基板具有一下表面及一開孔，該開孔從該基板之該下表面往上延伸。
16. 如請求項1所述之微機電系統聲學感測器，其中該振動部具有突出結構及/或鏤空結構。
17. 一種微機電系統封裝結構，包括： 一載板；以及 如請求項1~16之任一項所述的微機電系統聲學感測器，配置在該載板上。
18. 如請求項17所述之微機電系統封裝結構，其中該載板具有一開孔，該微機電系統封裝結構更包括： 一連接元件，配置在該開孔，且連接該微機電系統聲學感測器的該基板。
19. 如請求項18所述之微機電系統封裝結構，其中該開孔係盲孔或貫孔。
20. 一種微機電系統聲學感測器之製造方法，包括： 形成一介電材料層於一基板層上； 形成一振膜於該介電材料層上； 形成一背板於該振膜，其中該振膜位於該基板層與該背板之間且包括一振動部； 形成一第二腔體於該基板層，以形成一基板，其中該第二腔腔體露出該介電材料層；以及 透過該基板之該第二腔體，移除該介電材料層的部分材料，以形成一介電層及一連接部，其中該介電層位於該基板與該振膜之間且具有一對應該振動部的一第一腔體，且該連接部位於該第一腔體內且連接該振動部與該基板。
21. 如請求項20所述之製造方法，其中於形成該第二腔體於該基板層之步驟中，該基板具有一第二腔體且包括一承載部，該第二腔體與該第一腔體的位置相對應，該承載部相對該第二腔體之一側壁往該第二腔體的中心延伸，該連接部位於該振動部與該基板之間。
22. 如請求項20所述之製造方法，其中於形成該第二腔體於該基板層之步驟中，該基板更包括一突出部，該突出部從該側壁往該承載部的方向延伸且連接於該承載部；該突出部的寬度小於該承載部的寬度。
23. 如請求項20所述之製造方法，其中於形成該第二腔體於該基板層之步驟中，該基板更包括一突出部，該突出部從該側壁往該承載部的方向延伸且連接於該承載部；該突出部的寬度大於該承載部的寬度。
24. 如請求項22或23所述之製造方法，其中於形成該第二腔體於該基板層之步驟中，該基板具有一開孔，該開孔形成於該突出部。

Images