MEMS麦克风及其制造方法与流程

本申请要求于2015年12月11日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2015-0177470号的优先权和权益，其全部内容通过引证结合在此。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)麦克风以及其制造方法，并且更具体地，涉及以下MEMS麦克风以及其制造方法，其通过将声音感测组件和信号处理器彼此间隔开预定距离布置在由柔性聚合物形成的基板中，来测量高温区中的声音。

背景技术：

最近，将声音转换成电信号的麦克风的尺寸已最小化。已经基于微机电系统(MEMS)技术开发了具有减小尺寸的麦克风。具体地，MEMS麦克风在与典型的驻极体电容式麦克风(ECM)相比时，提供改善的防潮性和耐热性，并且可以与信号处理电路集成。

通常，MEMS麦克风用于便携式通信设备，便携式通信设备包括智能电话、耳机、助听器等，并且MEMS麦克风被分类成电容式麦克风或压电式麦克风。电容式MEMS麦克风包括固定膜和振动膜。例如，在外部声压施加至振动膜时，其电容值由于固定膜和振动膜之间的间隔发生变化而改变。基于此时产生的电信号来测量声压。压电式MEMS麦克风仅包括振动膜。具体地，在振动膜由于外部声压变形时，由于压电效应而产生电信号，并且基于电信号来测量声压。

目前，大部分MEMS麦克风是电容式MEMS麦克风。然而，应用于通信设备的MEMS麦克风的用途近来有所增加，其被用于工业机械装置或者车辆中，以在产生大量噪声时测量其中的噪声。然而，在典型的MEMS麦克风用于车辆的高温区(诸如发动机舱)时，信号处理电路会不稳定运行。此外，在典型的MEMS麦克风应用于工业机械装置时，其被耦接至工业机械装置的弯曲部分，因而加大了进行精确测量的困难。

在该部分中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，并且因此其可包含不构成在本国对于本领域技术人员来说已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供一种MEMS麦克风以及其制造方法，其可以通过将声音感测组件和信号处理器彼此间隔开预定距离布置在由柔性聚合物形成的基板中，来测量高温区中的声音。

根据示例性实施方式，一种微机电系统(MEMS)麦克风可以包括：基板，由柔性聚合物形成；声音感测组件，布置在基板的第一侧并具有固定膜和被配置为感测声音的振动膜；以及信号处理器，布置在基板的第二侧并且电连接至声音感测组件，同时声音感测组件和信号处理器彼此间隔开。

声音感测组件可以包括：固定膜，由刚性材料形成并且布置在基板的第一侧表面上；振动膜，具有布置有多个声孔的空间并且振动膜的周表面的末端部分可以耦接至固定膜的上表面的边缘。第一电极可以布置在固定膜的上表面上。第二电极可以布置在振动膜的内表面。支撑构件可以沿着振动膜的内部周表面布置以便在固定膜和振动膜之间的空间中保持第一电极和第二电极之间的距离。

第一电极可以穿过振动膜的第一侧以连接至布置在基板的第二侧的信号处理器。第二电极可以穿过振动膜的第二侧以连接至布置在基板的第二侧的信号处理器。第二电极可以耦接至振动膜并且可以包括多个声孔。声音感测组件和信号处理器可以通过第一电极和第二电极电连接，并且第一电极和第二电极可被配置为将通过声音感测组件感测的声音信号输出至信号处理器。

支撑构件可以由选自由铝(Al)、铜(Cu)以及它们的合金所组成的组中的至少一个形成。基板可以由聚酰亚胺形成。固定膜可以由SU-8材料形成以保持平面几何形状。信号处理器可以是专用集成电路(ASIC)。

MEMS麦克风可以耦接至具有弯曲形状的表面。另外，MEMS麦克风的声音感测组件和信号处理器可被放置为彼此间隔开预定距离并且可被配置为测量高温区中的声音。

此外，从本发明的示例性实施方式可以获得或预期的效果在以下详细说明中直接地或提示性地描述。就是说，从本发明的示例性实施方式预期的各种效果将在以下详细说明中描述。

附图说明

通过结合附图的以下详细说明，本公开内容的上述以及其他目的、特征和优点将更加清晰可见。

图1示出根据本发明的示例性实施方式的MEMS麦克风的示例性示意俯视平面图；

图2示出根据本发明的示例性实施方式的MEMS麦克风的声音感测组件的示例性示意截面图；

图3示出根据本发明的示例性实施方式的MEMS麦克风的声音感测组件应用于弯曲表面的示例性视图；并且

图4至图9顺次地示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造MEMS麦克风的声音感测组件的方法的示例性处理示图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施方式。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，然而将理解的是，本说明书并不旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他示例性实施方式。

本文中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式而并不旨在对本发明进行限制。除非上下文另有明确指示，否则，如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“所述(the)”旨在还包括复数形式。应进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含(comprises)”和/或“含有(comprising)”规定了阐述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。例如，为了清楚地描述本发明，无关的部分没有示出，并且为了清晰起见，放大了区域和层的厚度。此外，当描述一层位于另一层或基板“上”时，该层可直接位于另一层或基板上，或者其间可布置有第三层。

除非具体陈述或从上下文明显可见，否则如本文使用的术语“约”被理解为在本领域中正常公差的范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。“约”可以被理解为在设定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01以内。除非上下文另有明确说明，否则本文中提供的所有数值均由术语“约”修饰。

尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来进行示例性过程，但应理解的是，也可通过一个或多个模块来进行该示例性过程。此外，应该理解的是，术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器被配置为存储模块，并且处理器具体地被配置为执行所述模块以执行下文中进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可实施为在计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读介质也可分布在网络耦接的计算机系统中，从而例如通过远程通信服务器(telematics server)或控制器局域网络(CAN)以分布式方式存储和执行该计算机可读介质。

应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。

图1示出根据示例性实施方式的MEMS麦克风的示例性的示意俯视平面图。图2示出根据示例性实施方式的MEMS麦克风的声音感测组件的示例性的示意截面图。图3示出根据示例性实施方式的MEMS麦克风的声音感测组件应用于弯曲表面的示例性视图。

参照图1和图2，根据本发明的示例性实施方式的MEMS麦克风1可以包括基板10、声音感测组件20和信号处理器30。基板10可以由柔性聚合物形成。柔性聚合物可以是聚酰亚胺。聚酰亚胺的物理性能在从-300℃至+400℃的宽温度范围中是一致的，并且聚酰亚胺具有高耐热性、电绝缘性、柔韧性、不易燃性等。

基板10可以形成为具有从其第一端至其第二端为恒定宽度的矩形形状，并且可以被切割并以期望的形状使用。声音感测组件20可以形成在基板10的第一侧并且可以包括固定膜21、振动膜23、第一电极25a、第二电极25b以及支撑构件27。固定膜21可以形成在基板10的第一侧的第一表面上。因为固定膜21可以由刚性材料形成，如图3所示，所以固定膜即使在耦接至弯曲表面时也可以保持平面几何形状。固定膜21可以由SU-8材料形成。SU-8材料在MEMS制造领域中是众所周知的，并且具有简单的制造过程、稳定和优异的刚性特性等。

振动膜23的末端部分可以耦接至固定膜21的上表面的边缘。因此，可以在振动膜23内形成空间(S)。多个声孔(H)可以形成在振动膜23的上部中。声孔(H)可以形成为具有外部声音可以流过以使振动膜23振动的预定微尺寸。在外部声音流过声孔(H)时，振动膜23可被配置为振动并且固定膜21和振动膜23之间的距离变化。因此，固定膜21和振动膜23之间的电容会变化。

第一电极25a可以布置在固定膜21的上表面上。第一电极25a可以穿过振动膜23的第一侧以连接至布置在基板10的第二侧的信号处理器30。例如，第一电极25a可以在暴露于外部的平面上穿过振动膜23的第一侧。第二电极25b可以被布置在振动膜23的内表面。第二电极25b可以穿过振动膜23的第二侧并且可以连接至布置在基板10的第二侧的信号处理器30。例如，第二电极25b可以在暴露于外部的平面上穿过振动膜23的第二侧。第一电极25a和第二电极25b可以在声音感测组件20中形成为具有预定图案，同时形成为防止彼此接触。

支撑构件27可以沿着振动膜23的内部周表面布置。支撑构件27可以被布置为在固定膜21和振动膜23之间的空间(S)内保持第一电极25a和第二电极25b之间的距离。支撑构件27可以由铝(Al)和铜(Cu)中的至少一个制成。信号处理器30可以被布置在基板10的第二侧。信号处理器30可以在信号处理器30和声音感测组件20彼此间隔开预定距离的同时电连接至声音感测组件20。例如，声音感测组件20和信号处理器30可以通过第一电极25a和第二电极25b彼此电连接。信号处理器30可以包括专用集成电路(ASIC)。

在上述MEMS麦克风1中，声音可以施加至布置在基板10的第一侧的声音感测组件20并且可被配置为使振动膜23振动。固定膜21和振动膜23之间的距离会发生改变并且它们之间的电容也会改变。改变的电容可被配置为通过第一电极25a和第二电极25b输出至布置在基板10的第二侧的信号处理器30。

因此，在MEMS麦克风1中，由柔性聚合物形成的基板10、声音感测组件20和信号处理器30可以被布置为彼此间隔开预定距离。具体地，MEMS麦克风1的声音感测组件20可以安装在车辆的恶劣环境中，例如，具有高温的发动机舱中。此外，信号处理器30可以被安装为与声音感测组件20很远地间隔开。因此，即使在高温环境下也可以实现MEMS麦克风1的高灵敏度性能。

现在将描述根据本发明的示例性实施方式的MEMS麦克风的制造方法。

制备由柔性聚合物制成的基板10，并且可以分别在基板10的第一侧和第二侧形成声音感测组件20和信号处理器30。声音感测组件20和信号处理器30可以通过第一电极25a和第二电极25b电连接，并且它们的位置是可互换的。信号处理器30可以通过典型的半导体电路形成方法制造，因而将省去其详细说明。

现在将参照图4至图9描述形成声音感测组件20的方法。图4至图9顺次地示出根据本发明的示例性实施方式的用于制造MEMS麦克风的声音感测组件的方法的处理示图。

参照图4，固定膜21可以形成在基板10的第一侧表面上。具体地，固定膜21可以由作为刚性材料的SU-8材料形成。固定膜21可以通过旋涂法形成。旋涂法包括将涂覆材料或涂覆液体材料滴在基板上并且然后高速旋转基板以使涂覆材料或涂覆液体材料以类似薄膜的方式在基板上扩散的涂敷法。例如，示例性描述了固定膜21通过旋涂法形成，但是本发明不限于此，并且固定膜21可以通过其他方法形成。

参照图5，第一电极25a可以形成在固定膜21上。第一电极25a可以由金属材料形成。

参照图6，牺牲层29可以形成在第一电极25a和固定膜21上。牺牲层29可以由铝(Al)和铜(Cu)中的至少一个形成。

参照图7，第二电极25b可以形成在牺牲层29和固定膜21上。具体地，多个第一声孔H1可以形成在布置在牺牲层29上的第二电极25b中。

参照图8，振动膜23可以形成在第一电极25a、牺牲层29和第二电极25b上。然后，可以在振动膜23中形成多个第二声孔H2以与第一声孔H1相对应。例如，第一声孔H1和第二声孔H2可以连接至彼此以形成整体声孔(H)。

参照图9，支撑振动膜23和第二电极25b的支撑构件27可以通过部分地移除牺牲层29形成。因此，支撑构件27可以沿着振动膜23的内部周表面形成。例如，支撑构件27可以被形成为在固定膜21和振动膜23之间的空间(S)内保持第一电极25a和第二电极25b之间的距离。

虽然已结合目前被认为是示例性实施方式的实施方式描述了本发明，但应理解的是，本发明并不限于所公开的示例性实施方式，而是相反，旨在涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

符号说明

1 MEMS麦克风

10 基板

20 声音感测组件

21 固定膜

23 振动膜

25a 第一电极

25b 第二电极

27 支撑构件

29 牺牲层

30 信号处理器

S 空间

H 声孔。