專利名稱：背板具有特定形狀的通孔的傳聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及MEMS (微機電系統(tǒng))傳聲器，并且本發(fā)明更具體地涉及改善MEMS傳聲器的信噪比。
背景技術(shù)：
為了檢測音頻信號，MEMS傳聲器通常具有支撐柔性膜片且與柔性膜片構(gòu)成電容器的靜態(tài)背板。音頻信號促使膜片振動，由此產(chǎn)生變化的電容。電路接收這種變化的電容并將其轉(zhuǎn)化為能夠進行進ー步處理的電信號。為了感測輸入的音頻信號，膜片應(yīng)該能夠以基本不受阻礙的方式振動。如果背板是實心的，那么背板和膜片之間的空氣就會明顯地抑制振動。因此，MEMS傳聲器通常具有延伸穿過背板的多個基本為圓形的孔。在膜片和背板之間的空間內(nèi)的空氣因此能夠經(jīng)這些通孔逸出，由此對輸入音頻信號提供合理的靈敏度。圓通孔與具有相同面積的其他形狀相比通常提供了出色的空氣阻カ性質(zhì)，它們常形成最小的空氣阻力。但是，它們的幾何形狀不合需要地限制了它們穿過背板的總數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，ー種MEMS傳聲器具有1)背板,背板有背板內(nèi)表面和多個通孔；以及2)與背板間隔開的膜片。膜片被可移動地與背板耦合以構(gòu)成可變電容器。至少兩個通孔(在背板內(nèi)表面上)的內(nèi)部立體形狀具有多個凸部和多個凹部。內(nèi)部立體形狀可以采用多種不同的結(jié)構(gòu)。例如可以基本為十字形和/或具有軸心(hub)和從軸心伸出的多個凸耳(lobe)。至少ー個凸耳可以具有基本為直的部分。內(nèi)部立體形狀基本對稱或者基本不對稱。除了上述通孔以外，所述多個通孔可以包括基本為圓形的通孔。背板可以具有確定背板面積的外周邊。因此，在某些實施例中，所述至少兩個通孔具有大于或等于背板面積的約60%的總面積。根據(jù)本發(fā)明的另ー個實施例，ー種MEMS傳聲器具有1)背板,背板有背板內(nèi)表面和多個通孔；以及2)與背板間隔開并且與背板可移動地耦合以構(gòu)成可變電容器的膜片。至少兩個通孔在背板內(nèi)表面上具有內(nèi)部立體形狀。該內(nèi)部立體形狀具有軸心和從軸心伸出的多個凸耳。根據(jù)本發(fā)明的另ー些實施例，ー種MEMS傳聲器具有背板,背板有背板內(nèi)表面和多個通孔；與背板間隔開并且與背板可移動地耦合以構(gòu)成可變電容器的膜片；以及背板和膜片之間的支撐部分。該傳聲器還具有將膜片固定至支撐部分的彈簧。彈簧在膜片和支撐部分之間形成具有彈簧開ロ形狀的彈簧開ロ。至少ー個通孔具有與彈簧開ロ形狀基本相同的內(nèi)部立體形狀。


本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以下參照緊隨下面的概要附圖介紹的“具體實施方式
”部分即可更加全面地領(lǐng)會本發(fā)明各種實施例的優(yōu)點。 圖I示意性地示出了可以根據(jù)本發(fā)明示范性實施例配置的MEMS器件的透視圖。圖2根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示意性地示出了沿圖I中所示MEMS器件的X-X線截取的截面圖。圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例配置的背板的俯視圖。圖4根據(jù)本發(fā)明的多個不同實施例示意性地示出了多種不同的背板孔形狀。圖5A示意性地示出了可以根據(jù)本發(fā)明第一實施例使用的裝有膜片彈簧的傳聲器的俯視圖。圖5B示意性地示出了可以根據(jù)本發(fā)明第二實施例使用的裝有膜片彈簧的傳聲器的俯視圖。圖5C示意性地示出了可以根據(jù)本發(fā)明第三實施例使用的裝有膜片彈簧的傳聲器的俯視圖。圖6根據(jù)本發(fā)明的可選實施例示意性地示出了沿圖I中所示MEMS器件的X-X線截取的截面圖。圖7A和7B根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示出了 MEMS傳聲器的形成エ藝。圖8A-8G根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示意性地示出了圖7A和7B的各個エ藝步驟中的截面圖。
具體實施例方式在示范性實施例中，MEMS傳聲器盡管其可變電容器背板的面積較小也仍然具有改善的信噪比。為此傳聲器的背板具有多個特定形狀的通孔。通孔的形狀允許在背板上分布有更大的孔面積，減小了空氣流動阻力。但是，特定的形狀不會明顯地犧牲掉可變電容器的輸出信號。因此，傳聲器應(yīng)該對噪聲較不敏感同時保持充足的信號電平，并且由此具有相對較高的信噪比。以下介紹示范性實施例的細節(jié)內(nèi)容。圖I示意性地示出了可以根據(jù)本發(fā)明示范性實施例配置的MEMS傳聲器(也被稱為“傳聲器芯片10”)。圖2根據(jù)本發(fā)明的第一實施例示意性地示出了沿圖I中的X-X線截取的同一傳聲器10的截面圖。其中，傳聲器10包括靜態(tài)背板12，其支撐柔性膜片14且與柔性膜片14構(gòu)成(上述)可變電容器。在圖示的實施例中，背板12至少部分地由單晶硅(例如絕緣體上硅晶片的頂層)構(gòu)成，而膜片14至少部分地由沉積多晶硅構(gòu)成。但是，另ー些實施例也可以使用其他類型的材料來構(gòu)成背板12和膜片14。例如，單晶硅體晶片或者某些沉積材料可以至少部分地構(gòu)成背板12。用類似的方式，單晶硅體晶片、絕緣體上硅晶片的一部分或某些其他的沉積材料可以構(gòu)成膜片14的至少一部分。為了便于操作，背板12具有多個通向背部空腔18的特定配置的通孔16。如上所述并且正如以下更詳細介紹的那樣，這些特定配置的通孔16改善了信噪比。彈簧19將膜片14可移動地連接至傳聲器10的靜態(tài)部分(也就是支撐部分)，該靜態(tài)部分包括部分構(gòu)成背板12的基板。音頻/聲信號促使膜片14振動，由此形成變化的電容。片載或片外電路(未示出)(通過觸點20)接收這種變化的電容并將其轉(zhuǎn)化為能夠進行進ー步處理的電信號。應(yīng)該注意的是，對圖I和圖2中所示特定傳聲器10的介紹僅僅是出于示范性的目的。因此不同的實施例可以使用其他的傳聲器結(jié)構(gòu)。出人意料地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)能夠同時做到減小背板12面向膜片14的總表面積和增 大信噪比。更具體地，與常規(guī)認知相比，發(fā)明人増加了穿過背板12的通孔16的總數(shù)來減小空氣流動阻力。這樣的背板12因此就應(yīng)該由于空氣流動阻力的原因而具有較低的噪聲分量。但不幸的是這種結(jié)構(gòu)減小了總背板面積。具體地，因為電容是面積的函數(shù)，所以可以預(yù)見到減小該表面積并且使用圓形通孔會減弱由膜片14和背板12構(gòu)成的可變電容器生成的信號。但是，為了增強信號，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)増加由通孔16的長曲折周邊形成的邊緣電容可以明顯地緩解由于面積減小而損失電容的影響。為了滿足該要求，通孔16應(yīng)該具有特定配置的形狀，優(yōu)選最大化或增強邊緣電容的形狀。在其他的形狀中，具有基本対稱的四葉苜蓿形(也就是“十字形”)的通孔16即可提供需要的結(jié)果。圖3示意性地示出了具有這種形狀通孔16的背板12。這些通孔16由于其形狀而能夠比圓形/橢圓形通孔更加密集。例如，圖3中示出的通孔16的間距能夠近達約2微米。使用這種形狀，發(fā)明人構(gòu)建了具有約1700個通孔16的背板12。這與現(xiàn)有技術(shù)中在總面積基本相同的背板上具有約1300個圓形孔的設(shè)計形成了對比。如圖所示，通孔周邊延伸至背板12的如果改為使用圓形/橢圓形通孔那么就會是實心的區(qū)域。更一般地，內(nèi)部立體形狀具有長周邊的通孔16在與圓形或橢圓形的常規(guī)形狀相比時提供了更加有利的邊緣電容。具體地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)具有至少兩個凹部22和至少兩個凸部24的內(nèi)部立體形狀應(yīng)該可以提供這種有利的整體電容。例如，像下文更加詳細介紹的那樣，內(nèi)部立體形狀可以有效地具有(例如在圖4C中明確示出的)軸心部分26和從軸心部分26伸出的多個凸耳28。軸心和/或凸耳的形狀可以對稱或不對稱。而且，凸耳28可以具有直的部分、彎曲部分或簡單地具有隨機形狀。用類似的方式，通孔16的整體內(nèi)部立體形狀可以在某種程度上是隨機的，但是仍然具有軸心和兩個或更多個凸耳的結(jié)構(gòu)。明顯地，圖3的苜蓿形狀具有這種軸心和凸耳設(shè)計并且因此具有至少兩個凸部24和至少兩個凹部22。圖示內(nèi)部立體形狀和內(nèi)部立體形狀的尺寸在其穿過背板12的整個厚度方面基本是一致的。當(dāng)然，一定的公差可能會造成形狀在某種正常程度上的變化而不會改變其基本一致的基礎(chǔ)性質(zhì)。因此，圖3中示出的通孔16可以具有與它們在背板12的頂部和內(nèi)表面(也就是俯視圖)基本相同的形狀。相反，其他的實施例可以改變或以其他方式變更穿過背板12厚度的內(nèi)部立體形狀或尺寸。因此，通孔16在背板12中間厚度的形狀和尺寸可以明顯不同于同一個通孔16在背板12頂表面的形狀和尺寸。發(fā)明人在其分析中對MEMS傳聲器可變電容器的電容與背板具有不同通孔設(shè)計的情況進行了比較。每ー種設(shè)計都與不具有任何種類通孔的電容器相比較。以下的表I給出了該比較的結(jié)果。靜態(tài)基板的一部分的外周邊被認為構(gòu)成了背板12的整個可用面積。表I :不同孔形狀的比較
權(quán)利要求
1.一種MEMS傳聲器,包括 背板，具有背板內(nèi)表面；以及 與所述背板間隔開的膜片，所述膜片與所述背板可移動地耦合以構(gòu)成可變電容器， 所述背板具有多個通孔，其中至少兩個通孔在所述背板內(nèi)表面上具有內(nèi)部立體形狀，所述內(nèi)部立體形狀具有多個凸部和多個凹部。
2.如權(quán)利要求I所述的傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀基本為十字形。
3.如權(quán)利要求I所述的傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀具有軸心和從所述軸心伸出的多個凸耳。
4.如權(quán)利要求3所述的傳聲器，其中所述多個凸耳中的至少一個凸耳具有基本為直的部分。
5.如權(quán)利要求I所述的傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀基本對稱。
6.如權(quán)利要求I所述的傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀基本不對稱。
7.如權(quán)利要求I所述的傳聲器，其中所述多個通孔包括基本為圓形的通孔。
8.如權(quán)利要求I所述的傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀包括至少三個凹部。
9.如權(quán)利要求I所述的MEMS傳聲器，其中所述背板具有確定背板面積的外周邊，所述至少兩個通孔具有大于或等于所述背板面積的約60%的總面積。
10.一種MEMS傳聲器，包括 背板，具有背板內(nèi)表面；以及 與所述背板間隔開的膜片，所述膜片與所述背板可移動地耦合以構(gòu)成可變電容器， 所述背板具有多個通孔，其中至少兩個通孔在所述背板內(nèi)表面上具有內(nèi)部立體形狀，所述內(nèi)部立體形狀具有軸心和從所述軸心伸出的多個凸耳。
11.如權(quán)利要求10所述的MEMS傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀基本為十字形以整體構(gòu)成苜蓿的形狀。
12.如權(quán)利要求10所述的MEMS傳聲器，其中所述多個通孔包括基本為圓形的通孔。
13.如權(quán)利要求10所述的傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀包括至少三個凹部和多個凸部。
14.如權(quán)利要求10所述的傳聲器，其中所述背板具有確定背板面積的外周邊，所述至少兩個通孔具有在所述背板面積的約50%到60%之間的總面積。
15.如權(quán)利要求10所述的傳聲器，進一步包括將所述膜片懸掛在所述背板上方的多個彈簧，多個彈簧沿所述膜片的周邊構(gòu)成開口圖案，所述至少兩個通孔中的至少一個的內(nèi)部立體形狀與所述開口圖案的至少一部分基本相同。
16.一種MEMS傳聲器，包括 背板，具有背板內(nèi)表面； 與所述背板間隔開的膜片，所述膜片與所述背板可移動地耦合以構(gòu)成可變電容器； 所述背板和所述膜片之間的支撐部分；以及 將所述膜片固定至支撐部分的彈簧，所述彈簧在所述膜片和所述支撐部分之間形成彈簧開口，所述彈簧開口具有彈簧開口形狀， 所述背板具有多個通孔，其中至少一個通孔具有與所述彈簧開口形狀基本相同的內(nèi)部立體形狀。
17.如權(quán)利要求16所述的MEMS傳聲器，其中所述彈簧包括蛇形彈簧。
18.如權(quán)利要求16所述的MEMS傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀具有多個凸部和多個凹部。
19.如權(quán)利要求16所述的MEMS傳聲器，其中所述至少一個通孔與彈簧開口基本對齊。
20.如權(quán)利要求16所述的MEMS傳聲器，其中所述內(nèi)部立體形狀具有軸心和從軸心伸出的多個凸耳。
全文摘要
一種MEMS傳聲器，具有1)背板，背板有背板內(nèi)表面和多個通孔；以及2)與背板間隔開的膜片。膜片與背板可移動地耦合以構(gòu)成可變電容器。至少兩個通孔(在背板內(nèi)表面上)的內(nèi)部立體形狀具有多個凸部和多個凹部。
文檔編號H04R19/04GK102714773SQ201080059337
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者張欣 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司