具有使用接合引线的增强型冲击验证的硅麦克风的制作方法

专利名称：具有使用接合引线的增强型冲击验证的硅麦克风的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硅电容式麦克风的感测器元件及其制造方法，特别是指一种无专 用背板的硅麦克风，其使用位于震动膜元件上的交叉打线来以防止震动膜大移动时产生毁 坏。
背景技术：
在消费性电子产品市场的快速发展下，产品的竞争不在仅是在功能，也包含着在 可靠度的竞争。对便携式电子设备而言，冲击验证的需求是越来越迫切。要求一个便携式 电子装置，例如手机，承受5000克重的冲击或由1. 5米高度下落至一钢板达到重复试验至 10次的试验过程后仍可使用已经是司空见惯的事。另一种也在相似情况下测试的电子装置，如无背板式硅麦克风，其是揭示在 Silicon Matrix Pte Ltd patent application SI06-002 内，且特色在于有一可动的震 动膜，其边缘、转角处或中心处有机械弹簧支撑，而所述的机械弹簧是以坚固的衬垫固定在 传导基板上。此外，形成于震动膜的穿孔板延长部分上的制动装置限制了垂直于下方背面 孔洞方向的大幅度移动，如此减少损坏。然而，此制动装置的元件使组配过程复杂化，并且 制动装置及其所依附的硅膜间存在着相容性的问题。因此，一种改良的硅麦克风设计是必 须的，此种改良的硅麦克风的特色在于具有一个可以避免强大冲击所引起的装置损伤的结 构，且可使用不会增加组配过程复杂性的方法来制作或者使用不会导致数个元件间相容性 问题的方法来制作。

发明内容
本发明的主要目的在提供一种没有专用背板元件的硅麦克风，其设计特色在于能 防止悬吊震动膜产生大的移动，以避免对装置产生损害。本发明的另一目的在提供一种依据主要目的的硅麦克风设计，其不会增加组配过 程的复杂度。这些目的在各种硅麦克风的具体实施例中达成，硅麦克风的具体实施例包含有一 悬吊在一背孔上方的震动膜，其中背孔是形成于一传导基底内。数个穿孔板是贴附于震动 膜上，以及一环绕穿孔板与震动膜的弹簧。弹簧是利用数个锚状物固定在基底上。每一锚 状物包含有一坚固的衬垫与一下方介电层。穿孔板、震动膜、弹簧与坚固的衬垫的形状都是 利用形成于薄膜层内的数个狭缝所界定出来。在第一具体实施例中，弹簧与震动膜是圆形的，弹簧包含有一圆形环与数个内部 梁，其是依附在震动膜圆形外部边缘。弹簧也包含有数个外部梁，其是依附在锚状物的数个 坚固衬垫，其中一外部梁是连接至一坚固衬垫。因此，一弹簧是用来释放入平面压力并且允 许更多出平面的弹性。震动膜的直径微大于下方背孔的直径，以避免直接的声音泄漏。弹簧的外部梁连接至数个锚状物，其是固持震动膜、弹簧与穿孔板在一位置上，但 允许震动膜、穿孔板与圆形弹簧在垂直基底的方向上移动。每一坚固衬垫是设置在一介电层上，介电层是扮演一个间隔物，以界定出震动膜与基底间的空气间隔。一个或以上个坚固 衬垫具有一叠置第一电极，其是一传导金属岛且凭借引线连接至外部电路。相同材料组成 的第二电极是形成于传导基底上并且连接至第一电极，以完成一可变电容，其一磁极是位 于所述的穿孔板与弹簧上，而另一磁极是位于所述的基底上。震动膜、穿孔板、弹簧与坚固 衬垫是共平面，并且是利用相同多晶硅薄膜层所制得，介电间隔物是硅氧化层。形成于穿孔 板与弹簧内的穿孔是可以各种设计方式排列的孔，以允许下方介电层在组配过程中移动。 这些孔也允许空气流通，因此在移动过程中，减少位于震动膜、弹簧与穿孔板下方的狭窄空 气间隔内的空气阻尼。在介电层间隔物内存在着一个介于基底与穿孔板、震动膜与弹簧间的空气间隔， 一背孔是形成于所述的基底内震动膜下方，因此由基底的背面那边发射的声音信号具有一 自由路径至震动膜，如此诱发震动膜的震动。震动膜、穿孔板与穿孔弹簧在阵动过程时，一 致地进行上、下移动(垂直基底)。这个移动导致第一与第二电极间的电容改变，其可以转 换为输出电压。
界定出数个穿孔板、弹簧与数个坚固衬垫的数个狭缝是打开的，其尺寸是够小的， 以防止可限制硅麦克风移动的微粒通过这些开口与进入下方的空气间隔。在具体实施例 中，有四个穿孔板，其每一个具有一第一侧边邻接震动膜外部边缘，而其它三侧边由狭缝界 定的弯曲形状。相对于第一侧边的第二侧边可以是轻微弯曲的并且与所述的震动膜的弯曲 外部边缘同心。第三与第四侧边是较第二侧边短，每一第三与第四侧边是朝向震动膜中心 排列且具有一叠置在所述的第二侧端末端的末端。第三与第四侧边的第二末端是最近在震 动膜的外部边缘。因此，在每一穿孔板内的第三侧边正对一邻接穿孔板，在每一穿孔板内的 第四侧边正对一邻接穿孔板但并不是与所述的第三侧边相对的穿孔板相同。邻接穿孔板是 被弹簧的内部梁分隔开。另一个重要的特色是形成数个接合垫在弹簧外部边缘的外面，其是使打线能够越 过震动膜上方，以各种图案由一第一接合位置至一第二接合位置。因此，假如有“η”个接合 垫沿着弹簧外部边缘排列在薄膜层上，越过震动膜的打线数目是“η/2”，这些引线能有效地 用来防止震动膜与弹簧震动太大而引起元件损害。在第二具体实施例中，穿孔弹簧具有三个狭缝型态，其可以归类为内部狭缝、中间 狭缝与外部连续狭缝，穿孔板是省略的。虽然，震动膜、弹簧可以是长方形、正方形或其它多 边形，这具体实施例显示一被圆形弹簧环绕的圆形震动膜。震动膜可具有肋条，其由中心点 向外部边缘发散，以强化震动膜。圆形弹簧大致上包含有两个内连接环弹簧与数个穿孔板， 其是连接所述的外部环弹簧至数个锚状物。内部环弹簧是依附在震动膜边缘的某个部分。 外部环弹簧是经由穿孔梁依附在数个坚固的衬垫，其是穿过一介电层固定在传导基底上。 内部与外部环弹簧是具有孔洞的穿孔。更者，有数个”η”接合垫位于穿孔弹簧外部边缘的 外面，以允许数个”η/2”打线越过震动膜或者圆形弹簧的上方，如此限制震动膜与穿孔圆形 弹簧在垂直背孔的方向上移动。第三具体实施例是与第二具体实施例相似，除了震动膜与环绕的弹簧的形状是方 形的外。有数个密封肋条邻近震动膜的每一侧并且密封肋条是与最近的震动膜侧边等距 离。外部狭缝大致形成方形，除了围绕衬垫与穿孔板梁的外部狭缝部分。此四个内部狭缝的 每一个都是线型的并且与震动膜的一侧边平行，此外与震动膜的最近侧边是第一距离。中间狭缝是” L”形状，其第一部份是与震动膜的第一侧边平行，第二部分是与震动膜的第二侧边平行。邻接的中间狭缝末端是利用弹簧的一部份分隔开。在第四具体实施例中，在第三具体实施例内每一穿孔梁是由方形弹簧的角落移至 邻近方形弹簧一侧边的中间点位置。同样地，移动每一衬垫并连接与弹簧相对的穿孔梁末 端。一个或以上个衬垫是沿着弹簧的每一侧边形成于一邻接衬垫的薄膜层上。内狭缝的形 成，因此每一内狭缝的第一部份是平行于震动膜的第一侧边，第二侧边是平行于震动膜的 第二侧边，因此形成一个” L”形状。第一部份的末端与第二部分的末端离震动膜边缘的最 近侧边为第一距离。每一个中间狭缝是与震动膜的一侧边平行，且与震动膜边缘为第二距 离，其中第二距离是大于第一距离。第五具体实施例是将第三具体实施例的狭缝的结构修改为包含有四种狭缝型态， 以形成三折叠弹簧结构。在这个实施例中，内狭缝是如同先前所述，中间狭缝是被中间内狭 缝所取代。中间内部狭缝与外部狭缝间也形成有数个中间外部狭缝。在这个具体实施例中， 有四个中间狭缝与四个中间外部狭缝。每一中间外部狭缝具有一部份是平行于震动膜第一 侧边，第二侧边是平行于震动膜的第二侧边。中间外部狭缝具有两个末端，其距离震动膜的 最近侧边是第三距离。第三距离是大于中间内狭缝的第二距离。因此，弹簧的第一部份是 位于内部狭缝与中间内部狭缝间，第二部份是形成于中间内部狭缝与中间外部狭缝间，第 三部分是形成于中间外部狭缝与连续外部狭缝间。底下凭借具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其 所达成的功效。


图Ia是依据本发明的第一具体实施例的具有圆形弹簧、穿孔板与震动膜以及用 来供打线的附加接合垫的无背板硅麦克风的俯视图；图Ib是沿着第一平面将图Ia的无背板硅麦克风分为二部分的剖视图；图2a是与图Ia相似的俯视图，除了具有一第二平面，其沿着包含有两接合垫的路 径将硅麦克风分为二部分；图2b是依据本发明的第一具体实施例的沿着图2a中的第二平面的剖视图；图3依据本发明的第一具体实施例的打线结构的俯视图，此打线结构增加了无背 板硅麦克风的冲击抵抗能力；图4是图3的打线位于硅基底上的剖视图，以描述交叉的打线如何降低环路高 度；图5是依据本发明的第一具体实施例的第二种打线结构的俯视图，此打线结构增 加了无背板硅麦克风的冲击抵抗能力；图6是显示在图5的无背板硅麦克风各种元件的剖视图；图7a是依据本发明的第二具体实施例的具有双折叠穿孔圆形弹簧与用来供打线 的附加接合垫的无背板硅麦克风的俯视图；图7b是图7a的无背板硅麦克风沿着第一平面的剖视图；图8a是依据本发明的第二具体实施例的硅麦克风的俯视图，其显示一贯穿两个 接合垫与第二电极的第二平面；
图8b是图8a沿着第二平面的硅麦克风剖视图；图9依据本发明的第二具体实施例的打线结构的俯视图，此打线结构增加了无背 板硅麦克风的冲击抵抗能力；图10是依据本发明的第三具体实施例的硅麦克风的俯视图，此第三具体实施例 的震动膜与环绕的弹簧是方形的并且弹簧是双折叠设计且固定在四个角落；
图11是第四具体实施例的硅麦克风的俯视图，其近似在图10，除了双折叠弹簧是 锁固在四个侧缘，内部狭缝与中间狭缝的设置变动外；图12是依据本发明的第五具体实施例的硅麦克风的俯视图，此第五具体实施例 的方形弹簧是三折叠设计且弹簧内包含有四种型态的狭缝。附图标记说明1无背板硅麦克风；3氧化层；4氮化层；8基底；8a底侧；8b底侧； 9介电层；10薄膜层；11震动膜；Ila外部边缘；Ilr肋条；12弹簧；12a外部梁；12b内部梁； 13锚状物；14a狭缝；14b狭缝；15背孔；15s直立侧壁；16接合垫；17第一电极；18第二电 极；19穿孔板；20穿孔；21a第一打线；21b第二打线；21c第三打线；22外部狭缝；28基底； 29介电层；30薄膜层；31震动膜；31a外部边缘；31r密封肋条；32衬垫；33弹簧；33a穿 孔梁；34a中间狭缝；34b内部狭缝；34c连续外部狭缝；34e内部狭缝；35背孔；36接合垫； 36a第一接合垫；36b第二接合垫；36c第一接合垫；36d第二接合垫；37第一电极；38第二 电极；39肋条；40穿孔；41打线；42打线；44平面；45平面；50平面；52平面；53平面；60 硅麦克风。
具体实施例方式本发明揭示一种无背板的硅麦克风结构，其利用折叠(folded)、有穿孔的弹簧与 交错的打线来提高对强大冲击损伤的抵抗。图示中并无以比例绘制且在结构中数个元件的 相对尺寸可能与实际不相同。本发明也包含有依据此处具体实施例的描述来形成一硅麦克 风的方法。“表面微结构”的用语可与”硅麦克风”替换使用。请参阅图la，其是具有改良冲击抵抗的无背板硅麦克风1第一种实施例的俯视 图。硅麦克风1是由一位于基底8上的薄膜层10开始组成，其是具有低电阻值的硅。基底 8可以是表面具有传导层的玻璃。硅麦克风1是以薄膜层10为基础，薄膜层10是架构为一 悬浮在空气间隔上且被数个穿孔板19与弹簧12环绕的震动膜。弹簧12是利用数个锚状 物(anchor) 13固定在基底。每一穿孔板19具有4个边缘，其中一边缘是依附在震动膜的 外部边缘11a，剩余三边缘是由狭缝14a、14所构成。在这具体实施例中，震动膜11大致上 是一个圆形平面，外部边缘Ila朝下方的背孔15延伸。此外，弹簧12是圆形的。然而，本 领域技术人员当知震动膜11、弹簧12与穿孔板19可以采多边形设计。当可了解的是围绕 在震动膜11周围的弹簧12的形状也可与震动膜11不相同。震动膜11是利用掺杂硅、掺杂多晶硅、金、镍、铜或其它半导材料或者金属所制 得，并且凭借依附在圆形弹簧12的一部份与穿孔板19的一部份上的外部边缘Ila支撑着， 其中圆形弹簧12与穿孔板19是由与震动膜11相同的材料组成且厚度也相同。圆形弹簧 12的周缘在数个位置中断，以形成数个“m”外部梁(outer beam) 12a，以作为连接点来连接 数个位于圆形弹簧周缘的“m”衬垫(pads)13，其中“m”大于3。衬垫13也是由相同的薄膜 层10制作，如同震动膜11、穿孔板19与圆形弹簧12。不同在圆形弹簧12、穿孔板19与震动膜11具有在垂直下方背孔15的方向震动的弹性，衬垫13凭借依附在形成于基底8上的 下方介电层(图中未示)牢牢固定在位置上。每一衬垫13与下方介电层的部份形成一个 坚固的结构，其称为锚状物(anchor)。外部梁12a在衬垫13提供扭转应力缓冲，衬垫13的 一具体实施例是与震动膜中心Ilc等距离。有一个连续性的外部狭缝22，其将隔衬垫13、 圆形弹簧12包含外部梁12a与薄膜层10分离。一个重要的特色在于圆形弹簧12包含有数个狭缝14a、14b、22，其每一各代表一 个宽度大约3 10微米的狭长间隔。因此，圆形弹簧12可以释放入平面应力(in-plane stress)且具有更多出平面的弹力(out-plane flexibility)。圆形弹簧也包含有数个内 部梁12b，其连接至震动膜11的外部边缘Ila并且位于邻接狭缝14a间。狭缝14a、14b的 尺寸可以凭借制程限制而达到微小化，以防止微粒通过狭缝进入下面的空气间隔(图中未 示)并且如此限制震动膜11与弹簧12在垂直于背孔(backside hole) 15的方向上移动。 在这具体实施例中，有四个弧形穿孔板19围绕设置在震动膜11的外部边缘11a。穿孔板19 的形状是利用狭缝14b所界定，狭缝14b是与紧邻外部边缘Ila以及两个连接至狭缝14b 的狭缝14a的穿孔板19边缘相对。在这具体实施例中，狭缝14b本质上与外部边缘Ila的最接近部分同中心并且具 有两个末端，其中一末端叠置在狭缝14a的一末端而第二末端叠置在第二狭缝14a的一端。 狭缝14a是朝向震动膜中心Ilc排列并且较佳情况是长度小于狭缝14b。在穿孔板19上的 狭缝14a正对一邻接穿孔板19上的狭缝14a，并且此两正对的狭缝14a是利用圆形弹簧12 的内部梁12a分隔开。较佳的情况是所有狭缝14b是设置在离震动膜中心Ilc等距离的位置。反之，也 可使用数个狭缝的其它设计。然而，每一穿孔板19应该利用至少一排列在一方向的狭缝来 界定，其本质上是与外部边缘Ila的最近部分同中心。在每一穿孔板19内有数个以各种图 案排列的穿孔20或孔洞，以允许空气流通，并且减少在震动时穿孔板19与基底8之间的狭 窄空气间隔(在图中未示)内的空气阻尼。圆形弹簧12也包含有数个穿孔20，数个穿孔20可在介于狭缝14b与狭缝22间的 内部梁12b内形成数种图案，也可在外部梁12a内形成。穿孔20可以减少震动时介于圆形 弹簧12与基底8之间的狭窄空气间隔(在图中未示)内的空气阻尼。在圆形弹簧12与穿 孔板19内的穿孔20也用于在组配过程时使下面介电层(在图中未示)的部份易于移动， 以如此有助于在震动膜11、穿孔板19与弹簧12下方形成狭窄空气间隔。衬垫13可以是圆 形并且设置在每一外部梁12a的末端。有数个“η”由铝、铜、金或其它合金材料所形成的接 合垫16形成于狭缝22外部的薄膜层10上。如同图3所示，数个“η”接合垫16可以利用 数个“η/2”打线连接，其中“η”是一个大于或等于2的偶数，更者大于或等于4。参阅图la，一或一个以上的衬垫13上可形成有一第一电极17。第一电极17是由 例如铬/铜金属层所组成，以作为与外部引线(wiring)的连接点。此外，具有一个或者以 上的第二电极18，其是与第一电极17具有相同的组成。第二电极18形成于基底8上。第 一电极17与第二电极18可以是圆形并且凭借引线(图中未示)连接，以形成一可变电容， 其一磁极(pole)在穿孔板19与弹簧12上，而另一磁极在基底8上。由顶视图，考虑到组 配时一些叠置误差与底切(undercut)释放的关系，因此第一电极17的直径小于衬垫13。 第一与第二电极17、18可以是单层或者是由铝、钛、钽、镍、铜或其它金属组合的复合层。
参阅图lb，其是沿着平面50-50 (图la)的截面剖视图。介电层9可以是氧化物， 例如氧化硅，并且形成于基底8上。空气间隔7是如图所示，且是形成于一释放步骤中，而 这步骤将在后续进行说明。背孔15具有直立侧壁15s。包含有氧化层3与氮化层4的硬质 罩幕层在形成背孔15后分离。在震动膜11的底面面对背孔15处形成有数个狭窄肋条条 (rib) llr，以减少波漏损量(acoustical leakage)并且防止震动膜11粘贴在基底8上。参阅图2a，其是第一具体实施例的无背板硅麦克风的另一视图，其具有一平面 51-51将元件分为二并且横断两焊垫16。在这个实施例中，焊垫16是与震动膜中心Ilc等 距离。在这个实施例中，邻接衬垫13间的焊垫16数量(两个或者三个)并不相同。然而， 本发明也包含有连接衬垫13间焊垫的数量是相同的实施例。参阅图2b，其是由平面51-51 (图2a)的剖面图，其描绘出形成于薄膜层10上狭缝 22外部的焊垫16。参阅图3，第一具体实施例也包含有一打线防护方法，其中焊垫16更进一步分类 为焊垫16a、16b并且以供作为数个穿越过震动膜11与圆形弹簧12上方的打线的端点，如 此作为制动装置(stopper)，以防止大震动或者强大冲击对装置的伤害。第一焊垫16a不同 在第二焊垫16b仅在于一般在第一焊垫使用第一球形接合(ball bond)导通至高于第二焊 垫上的第二键结(bond)的较高环路(loop)。换句话说，震动膜11平面上的打线最大高度 是较接近第一焊垫16a，胜过第二焊垫16b。沿着穿过震动膜中心的平面，一第二焊垫16b相 对于一第一焊垫16a。邻接衬垫13间至少具有一焊垫16a或16b。利用打线连接的第一焊 垫16a与第二焊垫16b是被视为一对焊垫。焊垫16a、16b是由相同的材料组成，如同第一 电极17与第二电极18，并且形成于薄膜层10与狭缝22外部位置上。在一具体实施例中， 焊垫16a、16b是与狭缝22最近并且距离震动膜中心Ilc大约相等距离。在这具体实施例中，具有连接第一对焊垫16a、16b的第一打线21a。此外，具有连 接第二对焊垫16a、16b的第二打线21b，连接第三对焊垫16a、16b的第三打线21c，以及连 接第四对焊垫16a、16b的第四打线21d。在这个范例中，所有四个打线21a_21d越过震动膜 中心Ilc上方。打线21a-21d可以是铝或金所组成，并且可利用熟悉该项技术者所知的传 统楔形接合(wedge bonding)或者thermalsonic球状接合步骤来形成。每一打线21a_21d 具有一第一末端与第二末端，其中第一末端是贴附于第一焊垫16a，第二末端是贴附于第二 焊垫16b。参阅图4，其是包含有打线21a的平面44_44(图3)的接合组构剖视图。圆形弹簧 12与具有外部边缘Ila的震动膜11是悬吊在背孔15上方。第一对打线16a、16b是描绘为 以打线21a连接。如图所示，第二打线21b是垂直于纸面。第二打线21b可实际上接触第 一打线21a并且施给第一打线21a朝向基底的力，如此提供一较低环路(loop)高度h，简化 硅麦克风组配过程。实际上，在接近第二焊垫(图中未示)的打线21b部分上的此较低环 路高度是下压在第一打线21a上，如此减少环路高度h。同样地，打线21c、21d (图中未示) 可越过第一打线21a与第二打线21b上方。同时，四个打线21a_21d形成一个制动装置，以限制震动膜11、穿孔板19与弹簧12在ζ轴方向的移动，如此防止装置损坏。众所当知打线21b越过打线21a上方的结构并 不是必须的。这打线组合的必要观点是打线21a-21d越过震动膜11上方，以限制环路高度 h在至少一个与更佳情况下在数个打线内，并且提供一相较于现有技术采用边缘抑制的改良式震动膜抑制。参阅图5，其是描绘第一具体实施例的无背板硅麦克风第二打线的结构。在这个 实施例中，第一打线21a与第二打线21b与第一具体实施例(图3)所呈现的位置一样。然 而，打线21c连接不是位于震动膜中心两侧沿着共同平面的第三对焊垫16a、16b。同样地， 打线21d实质上平行于打线21c并且连接第四对焊垫16a、16b，第四对焊垫16a、16b并没有 形成于穿过震动膜中心Ilc的平面上。再者，当大的冲击或者不寻常的强大声音信号引起 大震动时，打线21a-21d位于震动膜11与圆形弹簧12上方的交叉点将限制先前所提以及 的可移动元件的向上移动。打线21a-21b也可越过一个或更多个穿孔板19。众所都知的是 硅麦克风1在一般操作时并不会受到打线21a-21d影响，因为一般操作的代表性震动并不 会达到环路高度h(图4)或者到达冲击打线的高度。参阅图6，其是依据第一具体实施例并且沿着平面45-45 (图2)的硅麦克风的剖 视图，其中打线已被移除。衬垫13是穿过一介电层9牢牢地固定在基板8上，介面层9可 以是由热氧化物、低温氧化物、四乙氧硅(TEOS)层或者磷硅玻璃(PSG)层所组成。介电层 9是作为一内部具有开口或者空气间隔7之间隔物(spacer)，以允许震动膜11以虚线描绘 的边缘11a、穿孔板19与圆形弹簧12可以悬吊在一声音信号可以穿过的背孔15上方，以引 起震动膜11的震动。在具体实施例中，背孔15具有直立侧壁15s，其是相对于基底8的底 侧8a与正对震动膜11的基底的前侧8b (顶表面)。背孔15上邻近基底8的底侧8a的部 份是大于背孔15上邻近基底前侧8b的部分。氮化硅层3与氧化硅层4在组构背孔时是作 为硬质罩幕层并且随后可被移除。在绝缘层上硅(SOI)应用上，介电层9可包含有氧化硅，基底8是硅材所形成。介 电层9也可以包含有其它现有技术常用的介电材料，或者也可以包含有数个层状结构。如同先前所述，第一电极17是由位于至少一个衬垫13上的一种金属或者铬/铜 合金所组成。第一电极17是作为与外部引线的连接点。此外，有一个以上的第二电极(图 中未示)形成于基底9的顶面上且第二电极具有与第一电极17相同的组成成分。众所周 知无背板硅麦克风1也包含有电压偏压源(包含有偏压电阻)与一电源随动件前置放大 器，但这些元件并没有显示出来，以简化图示。震动膜11、穿孔板19与圆形弹簧12的震动 是因为声音信号通过背孔15并且撞击正对空气间隔的震动膜的底表面。震动将会引起可 变电容回路内电容的改变，而转变为低阻抗电压，以如同熟悉该项技术者的认知，由电源随 动前置放大器输出。组配无背板硅麦克风1的实施例步骤流程包含有形成一介电层9，例如利用传统 的氧化或者沉积方式在基底8上形成氧化硅，基底8可掺杂有硅离子且上下表面经过研磨。 一薄膜层10沉积在介电层9上并且随后图案化为震动膜11、圆形弹簧12、衬垫13与穿孔 板19。熟悉所述的项技术领域者当可了解薄膜层10与介电层9可以直接地凭借熟知的晶 圆键合制程来形成。在SOI方法中，当介电层9是氧化硅，薄膜层10掺杂有硅时，基底8与 薄膜层的电阻率会小于0. 02欧姆-公分(ohm-cm)。接着，在基底8的背面8a形成一个由一层或多层所组成的硬质罩幕层，其随后将 用来制造背孔。在一具体实施例中，硬质罩幕层是由热氧化层3与一氮化硅层4所组成，其 中热氧化层3是利用LPCVD方式形成于基底8上，而氮化硅层4是利用LPCVD方式沉积在 让氧化层3上。硬质罩幕层是同时成长在薄膜层上相对于基底的侧面，随后是以一般现有的湿式化学或者干式蚀刻法移除。一个或者以上个中介窗开口(via openings)(图中未示)形成于介电层9与薄膜 层10内，以显露出基底的某些部分。随后，在薄膜层10上与中介窗开口内利用传统的物理 气相沉积(physical vapor d印osition，PVD)法形成一传导层，其是用来形成第一电极、第 二电极与接合垫。使用光罩(图中未示)来对传导层的部分进行选择性蚀刻，以在薄膜层 10上形成一个或以上个的第一电极17与接合垫16，以及在一个或以上个位于中介窗开口 内的第二电极18。随后，使用第二光罩(图中未示)对薄膜层10进行选择性蚀刻，以形成狭缝14a、 14b、22。穿孔20也是凭借对已图案化的第二光罩层进行蚀刻所形成，但此一部分鉴于为了 使图较为简化，因此并没有在图6中显示。利用一般的熟知的蚀刻步骤与一第三光罩来选 择性移除氮化硅层4与热氧化层3，以形成一开口，来显露出基底8的部分背面8a。此开口 是位于震动膜11下方并且宽度w相对应于背孔的预设宽度，而背孔的形成将在下列步骤说 明。基底8被显露的部份8a可利用电浆蚀刻或者深度反应性离子蚀刻(DEIR)方式来蚀刻 形成具有垂直侧壁15c的背孔15。利用如氢氧化四甲铵(TMAH)或氢氧化钾(KOH)的湿式 蚀刻可用来形成倾斜的侧壁(图中未示)，而造成背孔15的宽度是较大的，因为自震动膜 22的距离变大了。
随后基底8利用现有的制程方式分离成数个各别的硅麦克风。最后释出步骤 (release st印)就是在将空气间隔7上的介电层9部分移除。穿孔20就是了在这个步骤 中易于将介电层9的被选择部分移除。在一 SOI实施例中，由氧化物为材料制得的介电层 9举例来说是利用包含有氢氟酸(HF)缓冲剂的时程蚀刻(timed etch)自空气间隔7上移 除。因为介电层9是利用适当控制的方式移除，因此位于衬垫13下方的介电层可以被完整 保留下来。参阅图7a，其是本发明的硅麦克风60的第二种具体实施例俯视图。在这个具体实 施例中，具有外部边缘31a的圆形震动膜31是被弹簧33环绕着，而弹簧33除了数个自圆 形弹簧33向外突出的数个梁33a外大致上是圆形的。然而，本发明也包含有震动膜31与 环绕周围的弹簧33是不规则形状的实施例。震动膜31与弹簧33是共平面的并且外部边 缘31a是向下方背孔的圆形震动膜35延伸。震动膜31是由掺杂硅、掺杂多晶硅、金、镍、铜 或其它半导体材料或金属所组成，并且外部边缘31a利用依附在圆形弹簧33的内部边缘支 撑着，而圆形弹簧33的组成材料与厚度与震动膜31相同。数个“m”梁33a，是作为连接点 来连接数个“m”衬垫32，其中“m”是大于3。在这个实施例中显示，有三个梁33a彼此间等 距离排列且绕着圆形弹簧33。衬垫32是与震动膜中心31c等距离。衬垫32也是利用与震 动膜31、梁33a与圆形弹簧33相同的薄膜材料所制得。但不像圆形弹簧33、梁33a与震动 膜31具有弹性可以在垂直于下方背孔(图中未示)的方向震动，衬垫32是凭借贴附于一 形成基底28上的下方介电层(图中未示)来牢牢地固定在位置上。每一衬垫32与介电层 的下方部分形成一锚状物。一个重要的特色是圆形弹簧33内形成有数个中间狭缝34a与数个内部狭缝34b 并且每一狭缝代表一个窄间隔，其一般是沿着圆形弹簧直径分布且宽度是3至10微米宽。 更者有一个环绕弹簧33、梁33a与衬垫32的连续外部狭缝34c，其将上述元件与所述的被 环绕的薄膜层30分离。在内部狭缝34b、中间狭缝34a与外部狭缝34c内之间隔大小是可基于制程限制而微小化，以防止粒子进入震动膜31下方的空气间隔(图中未示)。中间狭缝 34a与内部狭缝34b是图案化的，如此任两内部狭缝34b间的分隔线是对准于最邻近的中间 狭缝34a的中心部分。圆形弹簧33包含有两个内部连接环，一内环位于外部边缘31a与中 间狭缝34a间，一外环位于中间狭缝34a与外部狭缝34c间。因此，位于圆形弹簧33内的两 个内部连接环能够增加内平面(in-plane)压力的释放并且允许更多外平面(out-plane) 的弹性。在这具体实施例中，三个内部狭缝34b围绕着震动膜31的外部边缘3Ia排列。每 一内部狭缝34b具有一纵长方向，其是形成一个与弯曲的外部边缘31a同中心的弯曲形状 并且形成与外部边缘31a的第一距离。每一内部狭缝34b具有两个末端且两末端间的距离 是内狭缝34b的长度，其是与所有内狭缝34b相同。中间狭缝34a与邻接内狭缝34b的最 近点两者间的距离是小于内狭缝34b的长度。 同样地，三个中间狭缝34a是设置在介于内 部狭缝34b与外部狭缝34c间的圆形图案内。每一中间狭缝34a构成离震动膜中心31c的 第二距离，其是大于第一距离。每一中间狭缝34a的弯曲长度可以及内部狭缝34b相同或 者较大。每一中间狭缝34a具有两个末端，以及一与弯曲外部边缘31a同心的弯曲形状，中 间狭缝34a末端与邻近内部狭缝34b上最近点间的距离是小于中间狭缝34a的长度。反之，狭缝34a、34b与衬垫32也可以使用其它设计。举例来说，每一组中间狭缝 34a内的狭缝数量，或者内部狭缝34b可超过三个，穿孔梁33a与衬垫32的数目大于三个。圆形弹簧33也包含有数个孔或者穿孔40，其可以形成于介于震动膜31与外部狭 缝34c间的数个图案内与梁33内。需要穿孔40，以供空气流通，因此减少在震动过程中，介 于圆形弹簧33与基底8间狭窄空气间隔(图中未示)内的空气阻尼。衬垫32可以是圆形 的并且设置在每一穿孔梁33a的末端。震动膜31内也形成有数个肋条(rib) 39，以巩固元 件。每一肋条39由震动膜中心31c延伸至外部边缘31a并且当离震动膜中心的距离增加 时渐渐地变的较宽。另一个重要特色是有数个排列在外部狭缝34c外部的接合垫36。两邻接衬垫32 间至少形成有一接合垫36。接合垫36可以是利用与第一电极37或第二电极38相同的金 属所组成，接合垫36是形成于薄膜层30上且位于圆形弹簧33的外侧位置。在一实施例中， 所述的些接合垫36是与震动膜中心31等距离。在这具体实施例中，每一对邻接衬垫32间 形成有四个接合垫36。然而，本发明也包含有一邻接焊垫32间没有相同数量接合垫的具 体实施例。举例来说，第一衬垫32与第二衬垫32间具有三个接合垫，第二焊垫与第三焊垫 32间有四个接合垫。一个或以上个衬垫32上形成有第一电极37。第一电极37是由铬/铜金属层所 组成，且作为与外部引线的连接点。此外，有一个或以上个第二电极38，其与第一电极17 的组成成分相同。第二电极38形成于基底28上并且与震动膜中心31c的距离大于接合垫 36或者第一电极37。第一电极37与第二电极38为圆形并且利用引线(图中未示)形成 一个可变电容，其在穿孔板弹簧33上具有一磁极(pole)，而另一磁极在基底8上。由俯视 图，考虑到组配时一些叠置误差与底切(undercut)释放，第一电极37的直径小于衬垫32。 第一与第二电极37、38可以是铝、钛、钽、镍、铜或其它金属的单一或组合的复合层。参阅图7b，其是图7a的结构由平面52_52的剖视图。需强调的是肋条39由震动 膜31朝背孔35向下延伸。薄膜层30形成于介电层29上，以作为薄膜层与基底28间之间隔物。一空气间隔27形成于介电层39内，以允许震动膜31与弹簧31关于背孔35上下震
动。请参阅图8a，其是图7a的结构第二视图，其具有通过两接合垫36、一肋条39与一 第二电极38的平面53-53。图8b是由平面53-53的剖视图并显示出位于震动膜30上且外 部狭缝34C外部的接合垫36。更者，一设置在基底28上的第二电极38。请参阅图9，第二具体实施例更包含有一打线防护结构，其中数个“η/2”打线是用 来连接数个“η”接合垫，其中η是偶数并>2，更者大于4。如同先前图7a所示，第二具体实 施例可包含有十二个接合垫，其中四个接合垫是形成于每一对衬垫32间。接合垫可以分类 为例如第一接合垫36a、36c或者第二接合垫36b、36d。第一接合垫36a、36c不同在第二接 合垫36b、36d的处仅在于连接接合垫36a至接合垫36b或者连接接合垫36c至接合垫36d 的打线的环路高度在位置接近第一接合垫胜在第二接合垫的打线部分是较大的。接合垫36a_36d是数个横越过圆形弹簧33与某些范例内震动膜31的打线的终 端，并且如此作为一个制动装置，以防止先前所述的可移动原件内产生大震动或者强大冲 击所对元件产生的损害。第一接合垫36a、36c不同处仅在于第一接合垫36a是形成于接合 垫32与邻接的第二接合垫36d之间，第一接合垫36c是位于第二接合垫36b与第二接合垫 36d之间。需注意的是，第二接合垫36b是位于衬垫32与第一接合垫36c之间，而第二接 合垫36d是位于第一接合垫36a与第一接合垫36c之间。第一接合垫36a与每一第二接合 垫36b相对并且第一接合垫36c是与每一第二接合垫36d相对。在这个具体实施例中，第 一接合垫(36a或者36c)与第二接合垫(36b或者36d)是以交替方式沿着外部狭缝34c设 置。当n = 2时，仅有一打线(在图中未示)连接第一接合垫36a与第二接合垫36b，并且 接合垫越过震动膜31中心上方。在这具体实施例内，有三个打线41，每一打线41连接第一打线36a与第二打线 36b并且越过原形弹簧33与震动膜31上方。更者，三个打线42，其每一个连接第一接合垫 36c与第二接合垫36d并且越过一原形弹簧33上方，但是并没有越过震动膜31上方。一 个或以上个打线41可越过打线42上方，一个或以上个打线42可以越过打线41上方，以提 供依高等级的抑制，当在大震动或者强大冲击时，限制震动膜31与原形弹簧33向上移动 (出纸张平面)。因此，打线41、42有利于作为制动装置，以防止可移动原件移动至离基底 28太远，并且如此防止元件损伤。打线41、42可以是利用铝或金所制成，或者由熟悉该项技 术者利用金热声波打线接合方式或者可利用熟悉该项技术者所知的传统楔形接合(wedge bonding)来形成。反之，其他打线设计也可以用来抑制震动膜31与原形弹簧33的移动。每一结合结 构包含有数个打线，其一个或以上个打线越过震动膜31上方，以提供震动时最大的抑制。请参阅图10，其是显示一与第二具体实施例相似的第三具体实施例，除了震动膜 31的形状与围绕的弹簧33是方形外。在这个实施例中，方形弹簧33的四个角落具有穿孔 梁33a。每一穿孔梁33a连接至衬垫32，其是与下方介电层(图中未示)的一部份共同形成 一坚固的锚状物。更者，有数个密封肋条31ι 邻近震动膜的每一侧，且每一密封肋条与最接 近的震动膜侧缘等距离。众所当的，密封肋条是形成于震动膜31的底面上且正对背孔35， 并且有助于减少声波泄漏。此外，有三个狭缝部。除了围绕衬垫32与穿孔梁33a的外部狭缝部分外，外部狭缝34c大致上是方形的。所述的四个内部狭缝34b都是线形的且平行于震动膜31的侧壁，所 述的四个内部狭缝34b离震动膜最近侧是第一距离。中间狭缝34a为”L”形状并且第一部 份与震动膜31的第一侧平行，第二部份与震动膜的第二侧平行。第一部的末端与第二部的 末端形成离震动膜31最近侧边的第二距离，其是大于第一距离。邻接中间狭缝的末端34a 是被部分弹簧33分离。有一内部狭缝34b形成于震动膜31与中间狭缝34a末端之间。在第三具体实施例中的弹簧33被考虑为具有双重折叠弹簧结构，其内部折叠弹 簧部分是形成于内部狭缝34b与中间狭缝34a之间，外部折叠部分是形成于中间狭缝与外 部狭缝34c之间。
第二具体实施例的另一观点是被提出于第三具体实施例内，例如数个” η”接合垫 36形成于外部狭缝34c外的薄膜层30上并且凭借在邻接衬垫32间。第一电极37形成于 一个或以上个衬垫32上，一个或以上个第二电极38形成于基底28上。由俯视图，震动膜 31的侧边(外部边缘)与密封肋条31r自震动膜中心31c的距离(x，y方向)是大于背孔 35，其中背孔35可以为方形。第三具体实施例也包含有一种打线防护结构，其“η/2”打线 (图中未示)是用来连接于先前具体实施例中所述的“η”接合垫32。参阅图11，其是显示第四种具体实施例，其中在第三种具体实施例(图10)中的穿 孔梁33a是由方型弹簧33的中心移至邻近方形弹簧侧边中间点的位置。同样地，移动衬垫 32且与相对于弹簧33的穿孔梁33a末端连接。一个或以上个接合垫36是形成于邻接衬垫 32且沿着弹簧33每一侧的薄膜层30上。移动内部狭缝34b，因此每一内部狭缝的第一部 是平行于震动膜31的第一侧缘，第二部是平行于震动膜的第二侧缘，因此形成一个“L”形。 第一部的末端与第二部的末端离震动膜边缘(图中未示)的最近侧缘是第一距离。每一中 间狭缝34a是以一离震动膜边缘为第二距离的方式来平行于震动膜31的侧缘，其中第二距 离是大于第一距离。打线防护结构是相似在最早的两具体实施例所描述。实际上，数个“η/2”打线(图 中未示)连接数个”η”接合垫36，如此当强大冲击或者大声音信号产生振动时，能够限制震 动膜31由背孔35离开向上移动。每一”η/2”打线越过至少一震动膜31或者弹簧33 —部 分的上方。参阅图12，其是第五具体实施例的示意图，此实施例是相似在第三具体实施例，其 穿孔梁33a与衬垫32是设置在方形弹簧33的四个角落上。第五具体实施例也与第四具体 实施例的狭缝的内两部分位置有关。实际上，在弹簧33内的狭缝结构已经被修改为包含有 四种狭缝型态，以形成三折叠弹簧结构。在这个范例中，内部狭缝34b与中间内部狭缝34e 是近似在图11内所绘的内部狭缝34b与中间狭缝34a。有数个中间外部狭缝34d形成于中 间内部狭缝34e与外部狭缝34c间。在这具体实施例内，有四个中间内部狭缝34e与四个 中间外部狭缝34d。每一中间外部狭缝34d具有一部份平行于震动膜的第二侧缘。中间外 部狭缝34d具有两个末端，其距离震动膜最近侧缘是第三距离。第三距离是大于第二距离。 更者，中间外部狭缝34d的末端是被弹簧33的一部份阻隔而与邻接中间外部狭缝的末端分 离。中间外部狭缝34d的末端与震动膜31间形成有一中间内部狭缝34e。此三折叠弹簧结 构能提供较先前具体实施例中双折叠弹簧设计更多额外的出平面弹性与减轻入平面的压 力。在中间内部狭缝34e与中间外部狭缝34d内部之间隔宽度如同先前具体实施例是3至 10微米。
如同先前的具体实施例，打线防护结构包含有“η/2”打线(图中未示)，其是连接“η”接合垫36，以利于限制震动膜31由背孔35远离的向上移动并且如此将冲击验证抵抗 传递给硅麦克风。每一“η/2”打线越过震动膜31与弹簧33至少一部分的上方。接合垫36 与外部狭缝34c等距离。邻接衬垫32间有一个或以上个接合垫36。在此处所揭示的所有无背板硅麦克风的具体实施例提供了相较于背景技术更优 良的冲击验证容忍度，这是因为打线提供了涵盖震动膜与圆形弹簧整个表面上方的限制， 而现有技术仅提供在边缘上的限制。更者，打线可以在形成第一电极与第二电极间连接线 连接时同步骤进行组配，因此不会增加制程步骤的复杂度。此外，不相同的狭缝设计释放入 平面压力且具有更多出平面的弹力，以防止元件损害。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落 入本发明的保护范围之内。
权利要求
一种无背板硅麦克风，其特征在于，包含有(a)一基底，其具有一正面与一背面，以及一穿过所述的基底的背孔；(b)一介电间隔物层，其形成于所述的基底的正面上；(c)一震动膜，其对准于所述的背孔上并且是利用一形成于所述的介电层上的薄膜层所形成，所述的震动膜具有一中心与一外部边缘；(d)数个穿孔板，其具有邻接所述的震动膜的外部边缘的一侧缘，所述的穿孔板是利用所述的薄膜层制得；(e)一穿孔弹簧，其利用所述的薄膜层所制得并且包含有数个外部梁，其连接至数个“m”衬垫，其中“m”≥3，所述的数个内部梁是依附在所述的震动膜的外部边缘；(f)数个“m”衬垫，其是利用所述的薄膜层所制得并且形成于所述的介电间隔物层上，其中一衬垫与所述的介电间隔物层的一下方部份形成一肋条锚状物(rigid anchor)；以及(g)一空气间隔，其形成于所述的介电间隔物层内且位于所述的震动膜、数个穿孔板与弹簧下方。
2.根据权利要求1所述的无背板硅麦克风，其特征在于更包含有一第一电极，其位于 一或以上个衬垫上，与一个或以上个第二电极，其形成于所述的基板上，其中所述的第一电 极与所述的第二电极连接，以形成一可变电容，其一磁极位于所述的穿孔板与所述的弹簧 上，而另一磁极位于所述的基底上。
3.根据权利要求1所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜、弹簧、数个穿 孔板与数个衬垫是共平面的并且是由掺杂硅、掺杂多晶硅、金、铜、镍、其他半导体材料或金 属所组成。
4.根据权利要求1所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜、数个穿孔板、 弹簧与数个衬垫是由数个形成于所述的薄膜层内的狭缝所界定出来的。
5.根据权利要求1所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜、数个穿孔板与 弹簧是圆形的或者多边形的。
6.根据权利要求4所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的衬垫与所述的震动膜 中心等距离。
7.根据权利要求4所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的数个狭缝的宽度是大 约3至10微米。
8.一种无背板硅麦克风，其特征在于，包含有一基底，其包含有一正面与一背面以及一穿过所述的基底的背孔；一介电间隔物层，其形成于所述的基底的正面上；一震动膜，其对准于所述的背孔上并且是利用一形成于所述的介电层上的薄膜层所形 成，所述的震动膜具有一中心与一外部边缘；一弹簧，其环绕且连接至所述的震动膜，所述的弹簧是利用所述的薄膜层所制得并且 包含有数个穿孔形成于内，所述的弹簧连接至数个“m”衬垫，其中“m”> 3 ；数个“H!”衬垫，其是由所述的薄膜层所制得并且形成于所述的介电间隔物层上，其中一 衬垫与所述的介电间隔物层的下方部份形成一肋条锚状物；以及一空气间隔，其形成于所述的介电间隔物层内且位于所述的震动膜与弹簧下方。
9.根据权利要求8所述的无背板硅麦克风，其特征在于更包含有一第一电极，其位于一或以上个衬垫上，与一个或以上个第二电极，其形成于所述的基板上，其中所述的第一电 极与所述的第二电极连接，以形成一可变电容，其一磁极位于所述的穿孔弹簧上，而另一磁 极位于所述的基底上。
10.根据权利要求8所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜、弹簧与数个 衬垫是共平面的，并且是由掺杂硅、掺杂多晶硅、金、铜、镍、其他半导体材料或金属所组成。
11.根据权利要求8所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜与弹簧是圆形 的或者多边形的。
12.根据权利要求11所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的数个“m”衬垫是与 所述的震动膜中心等距离。
13.根据权利要求11所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的弹簧是利用“m”穿 孔梁连接至所述的“III”衬垫，所述的震动膜、弹簧、穿孔梁与数个衬垫是利用数个形成于所 述的薄膜层内的狭缝所界定出来的。
14.根据权利要求13所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜与弹簧是圆 形的并且所述的数个狭缝包含有数个内部狭缝，其每一个具有一弯曲形状，其与所述的圆形震动膜的外部边缘同中心， 并且与所述的外部边缘形成一第一距离；数个中间狭缝，其每一个具有一弯曲形状，其与所述的圆形震动膜的外部边缘同中心， 并且与所述的外部边缘形成一第二距离，其中所述的第二距离大于所述的第一距离；以及一连续外部狭缝，其是凭借定出所述的弹簧、穿孔梁与衬垫的外部边缘，其方式为利用 将所述的上述元件与所述的薄膜层分离。
15.根据权利要求14所述的无背板硅麦克风，其特征在于任两邻接内部狭缝是利用 所述的弹簧的一部份分离，并且所述的部分是邻接对准于所述的最近中间狭缝的一中心部 份。
16.根据权利要求13所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜与弹簧每一 个具有四个侧边与四个角落，以形成一方形并且有一个穿孔梁贴附于所述的方形弹簧四个 角落的每一个，所述的数个狭缝包含有四个内部狭缝，其中每一个内部狭缝是线形的并且平行于所述的震动膜的侧缘，且离 所述的震动膜的所述的侧缘是第一距离；四个中间狭缝，其中每一中间狭缝具有两个末端，以及一平行于所述的震动膜的第一 侧缘的第一部份与一平行于所述的震动膜的第二侧缘的第二侧，以形成一“L”形，所述的两 末端是与所述的震动膜的一最近侧缘形成一第二距离，其中所述的第二距离大于所述的第 一距离；以及一连续外部狭缝，其是凭借定出所述的弹簧、穿孔梁与衬垫的一外部边缘，其方式是利 用将所述的上述元件与所述的薄膜层分离。
17.根据权利要求13所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜与弹簧每一 具有四个侧缘与四个角落，以形成一方形，并且有一个穿孔梁贴附于所述的方形弹簧四个 角落的每一个，所述的数个狭缝包含有四个内部狭缝，其中每一个内部狭缝具有两个末端，以及一平行于所述的震动膜的第 一侧缘的第一部份与一平行于所述的震动膜的第二侧缘的第二侧，以形成一“L”形，所述的两末端与所述的震动膜的一最近侧缘形成一第一距离；四个中间狭缝，其中每一中间狭缝是线形的并且与所述的震动膜的一侧形成一第二距 离，其中所述的第二距离大于所述的第一距离；以及一连续外部狭缝，其是界定出所述的弹簧、穿孔梁与衬垫的一外部边缘，其方式是利用 将所述的上述元件与所述的薄膜层分离。
18.根据权利要求13所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的震动膜与弹簧每一 个具有四个侧缘与四个角落，以形成一方形，并且有一个穿孔梁贴附于所述的方形弹簧四 个角落的每一个，所述的数个狭缝包含有四个内部狭缝，其中每一个内部狭缝具有两个末端，以及一平行于所述的震动膜的第 一侧缘的第一部份与一平行于所述的震动膜的第二侧缘的第二侧，以形成一“L”形，所述的 两末端与所述的震动膜的一最近侧缘形成一第一距离；四个中间狭缝，其中每一中间狭缝是线形的并且与所述的震动膜的一侧形成一第二距 离，其中所述的第二距离大于所述的第一距离；四个中间外部狭缝，其中每一中间外部狭缝具有两个末端，一平行于所述的震动膜的 一第一侧缘的第一部，以及一平行于所述的震动膜的一第二侧缘的第二部，以形成一 “L” 形，其中所述的两末端与所述的震动膜的一最近侧缘形成一第三距离，其是大于所述的第 二距离；以及一连续外部狭缝，其是界定出所述的弹簧、穿孔梁与衬垫的一外部边缘，其方式是利用 将所述的上述元件与所述的薄膜层分离。
19.根据权利要求14所述的无背板硅麦克风，其特征在于所述的数个内部狭缝与所 述的数个外部狭缝的宽度是大约3至10微米。
20.一种打线防护方法，其特征在于是用来提供一表面微结构冲击抵抗，此表面微结 构包含有一坚固的薄膜层，其围绕着由所述的相同薄膜层所形成的可移动元件，此打线方 法包含有提供数个“η”接合垫，其中η是偶数> 2在所述的坚固的薄膜层上邻近一外部边缘，其 出所述的可移动部份；以及形成一个或数个“η/2”打线，其连接所述的接合垫，其中每一所述的一个或数个“η/2” 打线越过至少所述的可移动元件的一部分上方，如此限制任何因大冲击所引起的非经常性 可移动元件大震动。
21.根据权利要求20所述的打线防护方法，其特征在于所述的数个“η”接合垫是利 用铝、铜、金或其他复合金属材料所制得。
22.根据权利要求20所述的打线防护方法，其特征在于所述的一个或数个打线是利 用铝或金所制得，并且是利用传统楔形接合(wedge bonding)或金热声波打线接合方式贴 附于所述的数个“η”接合垫上。
23.根据权利要求20所述的打线防护方法，其特征在于所述的一或数个“η/2”打线 具有两个末端，其中所述的第一与第二末端是各贴附于一第一接合垫与一第二接合垫，并 且所述的第一接合垫与所述的第二接合垫是沿着所述的外部边缘交替排列。
24.根据权利要求20所述的打线防护方法，其特征在于所述的数个“η/2”打线包含 有至少两个引线，其中第一引线越过一第二引线上方，如此降低于所述的第二引线内的一环路高度，所述的被越过的引线也提供可移动元件由所述的薄膜层的一平面离开位移的限 制。
25. 一种形成具有打线防护的无背板硅麦克风的方法，其特征在于，包含有 提供一基底，其具有一正面与一背面，其中一堆叠结构(stack)包含有一低介电间隔 物层与上方薄膜层是形成于所述的正面上，一硬质罩幕层是设置在所述的背面；在所述的薄膜层与所述的介电间隔物层内形成一或者以上个中介窗开口，以显露出所 述的基底的某些部份；在所述的薄膜层的某些位置上形成数个第一电极与数个” η”接合垫，以及一或以上个 位于所述的基底上的所述的一或以上个中介窗开口内的第二电极；蚀刻所述的薄膜层，以形成数个穿孔洞(perforated holes)与数个狭缝形状的开口， 以界定一震动膜具有一中心与外部边缘，一弹簧围绕并连接至所述的震动膜，其中所述的 弹簧内具有穿孔且是连接至数个”m”衬垫，衬垫> 3 ；在所述的硬质罩幕层内蚀刻一开口并且形成一穿过所述的基底的背孔，其是排列在所 述的震动膜下方；在一释放(release step)步骤移除所述的介电间隔物层的一部份，以形成一介于所述 的震动膜与背面孔间与介于所述的弹簧与基底间的空气间隔；以及利用数个“η/2”打线连接所述的数个“η”接合垫，因此每一打线连接两个接合垫并且 越过所述的弹簧与所述的震动膜的至少一部份，如此作为一限制，以局限所述的弹簧或所 述的震动膜在离开所述的基底的方向上的震动。
全文摘要
本发明提供一种用来增强冲击验证的无背板硅麦克风与一引线防护方法。圆形震动膜是被具有数个狭缝与穿孔的圆形弹簧围绕着，以助在空气阻尼的降低，而释放入平面的应力与增加出平面的弹性。圆形弹簧固定在基板上维持硅麦克风悬挂在基底内的背孔上方，但是允许震动膜垂直于基底震动。一麦克风可变电容是形成于穿孔弹簧与基底间。狭缝的尺寸是微小化，以防止微粒进入下方的空气间隔。数个邻近在所述的圆形弹簧外部边缘的“n”接合垫是与“n/2”打线连接，以作为一制动装置，抑制震动膜向上移动。打线可以越过其它者，以进一步降低环路高度，以更有效抵抗冲击。
文档编号H04R17/02GK101828409SQ200880110129
公开日2010年9月8日 申请日期2008年9月29日 优先权日2007年10月5日
发明者张世忠, 王喆 申请人:新晶源微机电(私人)有限公司