专利名称：麦克风及其制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种麦克风及其制造方法，特别是指一种电容式的麦克风及其制造方法。
背景技术：
由于电子产品的发展趋势是一直往体积轻薄、小巧的方向发展，麦克风的发展当然也不例外。而目前，以封装电容式振膜芯片而成的电容式的麦克风，由于用于感应声能并将感应的声能转换成电容变化的电容式振膜芯片，其微型化的发展脚步可随着微机电制程技术、半导体制程技术的进步而同步发展，因此成为主要的发展对象。
目前的电容式振膜芯片可区分为单芯片式与双芯片式两种。单芯片式的电容式振膜芯片顾名思义是以单一基材芯片，应用多数道半导体制程制备形成；双芯片式的电容式振膜芯片则是应用多数道半导体制程制备分别形成「背板芯片」与「对应振膜芯片」，再将二芯片结合(bonding)成电容式振膜芯片，并在结合的同时，由背板芯片与对应振膜芯片共同形成出麦克风作动时所需的「气室」与「振动空间」。
无论是单芯片式或是双芯片式的电容式振膜芯片，其制程中无可避免的缺点是，必须进行体蚀刻制程，进而形成麦克风必备的「振膜」与「气室」，而需体蚀刻的部分越多、其过程越长，也越不易掌控，制程良率也就越低，因此，减少需要体蚀刻的部分，缩短体蚀刻所需的制程时间花费，是单芯片式或是双芯片式的电容式振膜芯片的改善研究方向。
此外，双芯片式的电容式振膜芯片在制备的过程中，芯片与芯片的结合(bonding)，目前仍属于不易掌控而属良率偏低的技术制程的一，也是业者重点研究改进的方向。
因此，如何改善体蚀刻的制程良率，或是改善芯片结合制程良率，或是根本上提出封装其它形式的电容式振膜芯片而成的麦克风，是业界、学界一直努力的目标。
发明内容
因此，本发明的目的，即在提供一种封装介于单芯片式与双芯片式电容式振膜芯片的振膜芯片而成的麦克风，以及此种麦克风的制造方法。
于是，本发明一种麦克风的制造方法，包含以下步骤。
(a)制备一基板，使该基板具有一表面、一底面、一夹设于该表面、底面之间的电路布局，及一自该表面向该底面方向凹陷的凹槽。
(b)将一场效晶体管对应地连结在该凹槽中，并与该电路布局形成预定电连接。
(c)将一具有复数穿孔的背板以该些穿孔对应于该凹槽地连结于该表面。
(d)将一具有一振膜的振膜芯片以该振膜相间隔且对应于该些穿孔地与该背板相连结。
(e)将一可供声能穿通的罩壳对应于该振膜地与该基板相连结，使该罩壳与该基板的底面共同将该振膜芯片、该背板、该场效晶体管，与该基板封容而与外界相隔绝。
此外，以上述的制造方法所制成的麦克风，包含一基板、一场效晶体管、一背板、一振膜芯片，及一罩壳。
该基板具有一表面、一底面、一连结该表面与该底面的侧周面、一夹设在该表面与底面之间的电路布局，及一自该表面向该底面方向形成的凹槽。
该场效晶体管，连结固定在该凹槽内并与该电路布局形成电连接，该凹槽埋置有该场效晶体管的剩余空间形成—气室。
该背板由导体材料形成，具有复数形成预定图像的穿孔，以该复数穿孔对应于该凹槽地与该基板的表面相连结，同时与该电路布局对应地电连接。
该振膜芯片具有一电极层、一驻极体层、一夹连在该电极层与该驻极体层之间的振膜，及一自该驻极体层向相反于该电极层方向形成的分隔单元，该电极层以导电材料形成，该驻极体层以驻极体材料形成并带有电荷，该振膜以绝缘材料形成，且可感应声能并对应形变，该振膜单元以该分隔单元与该背板相连结，使该驻极体层、该分隔单元与该背板共同形成一振动空间，该振动空间以该背板的复数穿孔与该气室相连通并供该振膜形变，该电极层、该驻极体层与该背板共同形成可对应该振膜形变而变化的电容。
该罩壳可供声能穿通，自该振膜芯片向该基板方向将该振膜芯片、该背板、该场效晶体管与该基板罩覆后与该基板的侧周面相连结。
本发明的功效在于提供一种介于单芯片式的电容式振膜芯片与双芯片式的电容式振膜芯片之间的振膜芯片封装而成的电容式的麦克风，以提高整体制程良率、降低生产成本。
图1是一剖视示意图，说明本发明麦克风的一较佳实施例。
图2是一流程图，说明图1的麦克风的一背板的制备过程。
图3是一流程图，说明制备图1的麦克风的一振膜芯片时，其制备步骤31至步骤34的过程。
图4是一流程图，说明延续图3的制备步骤，制备振膜芯片的后续步骤35至步骤38的过程。
图5是一流程图，说明制造如图1的麦克风的过程。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明参阅图1，本发明麦克风的一较佳实施例，用以感应声能、并将感应的声能转换成电子信号以供后续运算应用。
麦克风1包含一基板11、一场效晶体管12(FET)、一背板13、一振膜芯片14，及一罩壳15。
基板11即一般业界所称的印刷电路板(PCB)，以导电材料(通常是铜箔)配合高分子绝缘物(通常是PET或PI)压合成单层或复数层结构制成，在本例图标中仅以二层绝缘层中夹设单一层的导电材料为例说明。
基板11具有一表面111、一底面112、一连结表面111与底面112的侧周面113、一夹设于表面111与底面112之间的电路布局114、一自表面111向下形成的凹槽115、一第一电连接埠116，及一布设于底面112的第二电连接埠117。
电路布局114、第一、二电连接埠116、117分别是以导电材料例如铜、铝等为材料，对应所欲电连接的场效晶体管12、背板13、振膜芯片14，以及后续所需应用的电子产品的电路板(图未示出)，彼此对应电连接地布陈(lay out)形成，第一、二电连接埠116、117并分别包含多数焊垫，用以后续视所需与例如锡膏、焊锡、各式电连接线(wire)、电连接凸块(ball/bump)电连接所用。第一电连接埠116的多数焊垫分别对应地布设在表面111上，以及界定形成凹槽115的周面上，图标中仅分别以一焊垫作表示。第二电连接埠117可再利用例如锡膏、焊锡等材料对应地电连接并连结固定在后续所需应用的电子产品的电路板(图未示出)上。
场效晶体管12，对应地连结固定在凹槽115内，并与布设在形成凹槽115的周面上的第一电连接埠116的焊垫形成电连接，用以将电容变化对应转换成电子信号。
背板13由导体材料，例如镍电镀形成，厚度在50μm左右，具有复数形成预定图像的穿孔131。背板13以复数穿孔131对应于凹槽115地与堆栈连结在基板11表面111上，同时与布设在表面111的第一电连接埠116的其余焊垫形成对应电连接。背板13与凹槽115未被场效晶体管12占据的剩余空间共同形成麦克风1的气室16。
振膜芯片14，具有一振膜141、一形成在振膜141上表面的电极层142、一形成在振膜141下表面的驻极体层143，及一由振膜141周缘更向下形成的分隔单元145。
电极层142以导体为材料形成，驻极体层143以驻极体材料形成，且在充电后带预定电荷，振膜141由一层氮化硅与一层氧化硅共同形成，可绝缘而使电极层142与驻极体层143不相电导通。
分隔单元145以例如二氧化硅、BCB(苯环丁烯)、SINR、polyimide、或业界习称的SU-8等光阻材质，自驻极体层143底面向下形成。
振膜芯片14以振膜141对应于背板13的复数穿孔131，并藉分隔单元145堆栈连结在背板13上，藉由分隔单元145、振膜141底面与背板13共同形成一利用背板13的复数穿孔131与气室16相连通的振动空间17，使振膜141可以因应感应到的声能自由形变，同时，电极层142、驻极体层143与背板13共同形成可对应振膜141形变而变化的电容。
罩壳15具有一环形的连结壁151，及一与连结壁151连结且可供声能穿通的穿透壁152，连结壁151与穿透壁152共同界定出一具有一开口的封置空间18，罩壳15以开口自振膜芯片14向基板11方向罩覆，而将振膜芯片14、背板13、场效晶体管12与基板11容置于封置空间18中，并以连结壁151内周面与基板11的侧周面113相连结，而以基板11封闭开口，同时罩壳15罩覆振膜芯片14时与电极层142电导通，而作为接地使用。
当外界的声能穿透过罩壳15的穿透壁152后，作用到振膜芯片14的振膜141，振膜141因此相对应地产生形变，而使背板13与振膜141的间距产生变化，也就是使电极层142、驻极体层143与背板13共同形成的电容产生对应变化，场效晶体管12再将电容变化转换成电子信号，供后续电子产品运算使用。
上述麦克风1在配合如图2所示关于背板13、图3与图4关于振膜芯片14的详细制造方法，以及如图5所示整体封装制造的过程说明后，当可更加清楚的明白。
先参阅图2，上述麦克风1的背板13，是先以步骤21在例如硅基材51上，以铝为材料形成一分离层52。
接着进行步骤22，在分离层52上以光阻形成具有预定图像的遮覆层53。此遮覆层53的图像是对应于背板13的复数穿孔131的分布位置态样，且厚度较厚，属于一般业界所称的厚光阻层，厚度大约在60～100μm。
然后进行步骤23，自分离层52未被遮覆层53遮覆的区域，以镍为材料向上电镀形成厚度较遮覆层薄，约为50μm厚的金属层54。
接着进行步骤24，蚀刻移除遮覆层53，同时使得被遮覆层53所遮覆的分离层52的区域裸露，此时金属层54因遮覆层被移除而成型出多数对应于穿孔131的孔洞55。
最后进行步骤25，自裸露出的分离层52的部分区域开始蚀刻分离层52，直到完全移除分离层52后，金属层54即与基材51分离，分离出的金属层54即为背板13。
参阅图3、图4，上述振膜芯片14是先以步骤31，在硅基材61相反的两表面上，先分别以氧化硅为材料薄膜沉积出一第一氧化硅膜62与一第二氧化硅膜63。
接着进行步骤32，以氮化硅为材料，在第一、二氧化硅膜62、63上分别薄膜沉积出一第一、二氮化硅膜64、65，第一氧化硅膜62与第一氮化硅膜64共同形成一待后续蚀刻处理的薄膜层，第二氧化硅膜63与第二氮化硅膜65共同形成振膜层进而成为振膜141。
然后进行步骤33，蚀刻移除薄膜层的第一氮化硅膜64与第一氧化硅膜62中央成方形的部分区域，使对应区域的硅基材61裸露，留存的第一氮化硅膜64与第一氧化硅膜61成一方框型态样。
接着进行步骤34，自对应裸露出的硅基材61继续向下蚀刻移除硅基材61，直到将硅基材61成型成一框状，且使得对应下方的第二氧化硅膜63的对应区域裸露。
对应裸露出的第二氧化硅膜63、第二氮化硅膜65共同形成振膜141。
然后以步骤35，以金属在裸露出的第二氧化硅膜63与留存的硅基材61、第一氧化硅膜62、第一氮化硅膜64镀覆形成截面略成U字型的电极层142。
接着进行步骤36，在第二氧化硅膜65上以驻极体材料形成驻极体层143。
再进行步骤37，以光阻自驻极体层143周缘向下形成分隔单元145，完成振膜芯片14的硬件构造。
最后进行步骤38，充电荷于驻极体层143上使其带电荷，完成振膜芯片14的制备。
由于上述各步骤均应用标准微机电制程技术进行，所以说明中省略若干详细实施细节，例如蚀刻移除特定区域的第一氮化硅膜64与第一氧化硅膜62时，必须先进行例如设计光罩，在第一氮化硅膜64上光阻、曝光、显影出预定屏蔽后，才可实际进行蚀刻，蚀刻完成后，仍需再将屏蔽蚀刻清洗掉…等等，由于此等细节已为业界所周知的技术手段，且非本发明重点所在，谅可不予赘释。
在制备完成上述背板13、振膜芯片14后，即可进行图1所示的麦克风1封装制造。
参阅图5，首先进行步骤41，备制上述具有凹槽115的基板11。
然后以步骤42，将场效晶体管12电连接并连结固定于凹槽115中。
接着进行步骤43，将背板13以穿孔131对应于凹槽115地堆栈连结在基板11表面111。
再进行步骤44，将振膜芯片14以振膜141对应于背板13的穿孔131地连结在背板13上。
最后进行步骤45，将罩壳15罩覆振膜芯片14、背板13，并与基板11的侧周面113相连结，即完成麦克风1的制备。
在此要加以说明的是，上述背板13是利用铝为材料形成待蚀刻的分离层52，并搭配镍为材料形成金属层54而制备得出。事实上，在制备的过程中，可以采用例如镍、铜、金等为预定形成背板13的材料，搭配蚀刻过程中并不互相影响作用的材料，例如铝、钛等金属，或是二氧化硅、光阻、PI等高分子材料为预定形成待蚀刻的分离层52，制备得出预定材质的背板13。
此外，上述振膜芯片14的薄膜层、振膜层都是以氧化硅膜与氮化硅膜共同形成为例说明，然而，一般为了节省制程、材料，振膜层可以单一的氮化硅膜或是氧化硅膜，或是其它可绝缘的材料形成单一膜层，构成单一膜层所形成的振膜141；此外，为了因应感应声能后产生不同形变、进而造成不同电容变化的需求，上述形成平板状的振膜制程步骤，亦可以先行在基材的一表面预先形成皱折图像，再沉积形成振膜层，继续进行后续步骤后，可以在最终制备得出振膜成具有预定皱折图像的皱折振膜的振膜芯片，由于此等制程细节变化，仅是应用标准微机电制程的变化而已，在此谅可不必一一予以详述。
再者，麦克风1的组装制备过程，并非一定要依照如图5所述的步骤依序加以实施，亦可以在完成步骤41与步骤42将场效晶体管12电连接并连结固定于凹槽115中之后，先将振膜芯片14堆置入罩壳15内，再依序将背板13、埋设有场效晶体管12的基板11堆置入罩壳15，并在基板15堆置后使基板11的侧周面113与罩壳15相连结，而完成麦克风1的制备，由于此等实施步骤顺序的变化，可视实际需要而有所调整变化，在此不再多加举例赘述。
由上述说明可知，本发明主要是利用电镀制备出背板13，配合改良传统上单芯片式的电容式振膜芯片的结构，制备出既非属传统单芯片式的电容式振膜芯片，亦非双芯片式的电容式振膜芯片的振膜芯片14，再搭配可以将场效晶体管12埋设于内的基板11，配合后封装制备出麦克风1。由于本发明麦克风1的背板13并非以长时间蚀刻形成气室，同时，也无芯片结合的过程，因此可以有效提升制程良率、降低生产成本，此外，就背板13的制程而言，由于基材51可以重复使用，亦有降低耗材成本的优点，确实达到本发明的创作目的。
权利要求
1.一种麦克风的制造方法，其特征在于该制造方法包含(a)制备一基板，使该基板具有一表面、一底面、一夹设于该表面、底面之间的电路布局，及一自该表面向该底面方向凹陷的凹槽；(b)将一场效晶体管对应地连结在该凹槽中，并与该电路布局形成预定电连接；(c)将一具有复数穿孔的背板以该些穿孔对应于该凹槽地连结于该表面；(d)将一以一振膜感应声能并转换成电容变化的振膜芯片，以该振膜相间隔于该背板地与该背板相连结；及(e)将一可供声能穿通的罩壳，自该振膜芯片向该基板方向，将该振膜芯片、该背板、该埋置于该凹槽内的场效晶体管与该基板罩覆并与该基板的一侧周面相连结。
2.如权利要求1所述麦克风的制造方法，其特征在于该步骤(a)所制备的基板更具有一设置于该底面且与该电路布局对应电连接的第一电连接埠，用于电连接至一电路板上。
3.如权利要求1所述麦克风的制造方法，其特征在于该步骤(a)所制备的基板更具有一设置于该表面且与该电路布局对应电连接的第二电连接埠，用于电连接该场效晶体管与该背板。
4.如权利要求1所述麦克风的制造方法，其特征在于该步骤(c)的背板是由下列步骤制备(c1)在一基材上形成一分离层；(c2)在该分离层上形成一具有预定图像的遮覆层；(c3)自该分离层未被该遮覆层遮覆的区域向上形成一厚度较该遮覆层薄的金属层；(c4)移除该遮覆层，使被该遮覆层所遮覆的分离层的区域裸露；及(c5)自裸露出的分离层的部分区域开始蚀刻将该分离层移除，使该金属层与该基材分离。
5.如权利要求4所述麦克风的制造方法，其特征在于该金属层是以电镀方式形成。
6.如权利要求1所述麦克风的制造方法，其特征在于该步骤(d)的振膜芯片是由下列步骤制备(d1)在一基材相反的两面上，分别薄膜沉积出一薄膜层与一振膜层；(d2)移除该薄膜层的一中央部分区域，而使留存的薄膜层呈一环状地使该基材对应的区域裸露；(d3)自该基材裸露对应区域向下移除该基材直到该振膜层对应的区域裸露；(d4)在留存的薄膜层、对应裸露出的基材与振膜层上以导体材料形成一电极层；(d5)在该振膜层相反于形成有该电极层底面以驻极体材料形成一驻极体层；(d6)自该驻极体层的对应于有该基材留存的周缘向下形成一分隔单元；及(d7)充电荷于该驻极体层上使其带电。
7.如权利要求1所述麦克风的制造方法，其特征在于该步骤(d)的振膜芯片是由下列步骤制备(d1)在一基材的一底面上定义出预定图像，使该底面成一皱折面；(d2)在该基材的皱折面与相反于该皱折面的一表面上，分别薄膜沉积出一振膜层与一薄膜层；(d3)移除该薄膜层的一中央部分区域，而使留存的薄膜层呈一环状地使该基材对应的区域裸露；(d4)自该硅基材裸露出的对应区域向下移除该基材直到该振膜层对应的区域裸露；(d5)在留存的薄膜层、对应裸露出的基材与振膜层上以导体材料形成一电极层；(d6)在该振膜层相反于形成有该电极层的一底面以驻极体材料形成一驻极体层；(d7)自该驻极体层的对应于有该基材留存的周缘向下形成一分隔单元；及(d8)充电荷于该驻极体层上使其带电。
8.一种麦克风，其特征在于该麦克风包含一基板，具有一表面、一底面、一连结该表面与该底面的侧周面、一夹设在该表面与底面之间的电路布局，及一自该表面向该底面方向形成的凹槽；一场效晶体管，连结固定在该凹槽内并与该电路布局形成电连接，该凹槽埋置有该场效晶体管的剩余空间形成一气室；一由导体材料形成的背板，具有复数形成预定图像的穿孔，以该复数穿孔对应于该凹槽地与该基板的表面相连结，同时与该电路布局对应地电连接；一振膜芯片，具有一电极层、一驻极体层、一夹连在该电极层与该驻极体层之间的振膜，及一自该驻极体层向相反于该电极层方向形成的分隔单元，该电极层以导电材料形成，该驻极体层以驻极体材料形成并带有电荷，该振膜以绝缘材料形成，且可感应声能并对应形变，该振膜单元以该分隔单元与该背板相连结，使该驻极体层、该分隔单元与该背板共同形成一振动空间，该振动空间以该背板的复数穿孔与该气室相连通并供该振膜形变，该电极层、该驻极体层与该背板共同形成可对应该振膜形变而变化的电容；及一可供声能穿通的罩壳，自该振膜芯片向该基板方向将该振膜芯片、该背板、该场效晶体管与该基板罩覆后与该基板的侧周面相连结。
9.如权利要求8所述麦克风，其特征在于该背板的厚度介于20～100μm。
10.如权利要求8或9所述麦克风，其特征在于该背板是选自下列所构成的群组为材料电镀形成镍、铜、金，及此等的组合。
11.如权利要求8所述麦克风，其特征在于该罩壳具有一环形的连结壁，及一与该连结壁连结且可供声能穿通的穿透壁，该连结壁与该穿透壁共同界定出一具有一开口的封置空间，该罩壳以该开口自该振膜芯片向该基板方向罩覆，而将该振膜芯片、该背板、该场效晶体管与该基板容置于该封置空间中，并同时以该连结壁内周面与该基板的侧周面相连结后以该基板封闭该开口。
12.如权利要求11所述麦克风，其特征在于该连结壁与该电极层相电导通以接地。
全文摘要
本发明提供麦克风及其制造方法，主要是将场效晶体管埋置于基板预设的凹槽中，再将应用微机电技术制备的背板及可感应声能的电容式振膜芯片依序与基板连结，并同时与凹槽共同对应形成振膜芯片感应声能时供振膜形变所需的振动空间与气室，最后以罩壳封装连结后，制备完成麦克风，藉此，提供一种介于应用单芯片式电容式振膜芯片的麦克风与双芯片式电容式振膜芯片的麦克风之间的电容式的麦克风。
文档编号H04R19/04GK1784084SQ20041009666
公开日2006年6月7日 申请日期2004年12月3日 优先权日2004年12月3日
发明者张昭智, 蔡圳益, 洪瑞华 申请人:佳乐电子股份有限公司