抗冲击硅基mems麦克风、包含该麦克风的系统和封装的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及麦克风技术领域，更具体地说，涉及一种抗冲击硅基MEMS麦克风、包含该麦克风的系统和封装。
【背景技术】
[0002]硅基MEMS麦克风，也就是所说的声学换能器，已经研发多年了。硅基MEMS麦克风由于其在小型化、性能、可靠性、环境耐用性、成本和批量生产能力方面的潜在优势而可以广泛地用于许多应用中，诸如手机、平板电脑、相机、助听器、智能玩具以及监视装置。
[0003]一般地说，硅基MEMS麦克风包括固定的穿孔背板和高顺应性振膜，在该背板和该振膜之间形成有空气间隙。构成可变空气间隙电容器的所述穿孔背板和所述顺应性振膜通常形成在单个硅基底上，其中之一通过形成在硅基底中的背孔直接向外部露出。
[0004]专利申请N0.WO 02/15636公开了一种声学换能器，该声学换能器具有形成有背孔的基底、由低应力多晶硅制成并且直接位于所述基底的背孔上方的振膜、以及设置在所述振膜上方的盖子部件(等价于所述背板)。所述振膜能够在平行于所述盖子部件的平坦表面的自身平面内横向移动，因此，能够释放其本征应力，从而产生非常一致的机械顺应性。
[0005]专利文献PCT/DE97/02740公开了一种小型化麦克风，其中，使用SOI基底来形成麦克风以及相关的CMOS电路。具体说，使用SOI基底的硅层来形成麦克风的背板，该背板在SOI基底中所形成的背孔的正上方，随后沉积的多晶硅薄膜用作麦克风的振膜，该多晶硅薄膜在所述背板的上方且两者之间有空气间隙，该多晶硅薄膜通过所述背板中的开孔和所述SOI基底中的背孔向外部露出。
[0006]当封装硅麦克风时，通常将其安装在印刷电路板(PCB)上，并使麦克风基底中所形成的背孔与PCB板上所形成的声孔对齐，使得外部声波能够容易地抵达麦克风的振膜并使其振动。例如，图1示出了常规的硅基MEMS麦克风封装的示例性结构的剖视图。如图1所示，在常规的MEMS麦克风封装中，MEMS麦克风10’和其它集成电路20安装在PCB板30上，并用盖子40封住，其中，MEMS麦克风10’的基底100中所形成的背孔140与PCB板30上所形成的声孔35对齐。如图1中的箭头所示的外部声波或者声压冲击波穿过PCB板30上的声孔35和麦克风10’的基底100中的背孔140，使麦克风10’的振膜200振动。
[0007]然而，从上面的说明中可以看到，无论是单独的常规MEMS麦克风还是具有这种麦克风的常规MEMS麦克风封装都存在一个问题，即常规MEMS麦克风的脆弱且易碎的振膜由于例如跌落试验中所引起的非常高的声压冲击而容易受到损害。
【发明内容】
[0008]为了解决上述问题，本发明提供一种具有限幅机构的抗冲击硅基MEMS麦克风，该限幅机构有助于限制脆弱且易碎的振膜发生由例如跌落试验中的声压冲击波所引起的大幅移动，从而防止振膜受到损坏。
[0009]在本发明的一个方面，提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风，其包括:硅基底，其中设有背孔；顺应性振膜，支撑在所述硅基底上并且设置在该硅基底的背孔上方；穿孔背板，设置在所述振膜上并与该振膜之间夹有空气间隙，并且其中还设有一个或多个第一通孔；以及限幅机构，包括与所述一个或多个第一通孔对应的一个或多个T形限幅件，每个限幅件具有下部和上部，该下部穿过其对应的第一通孔并且连接到所述振膜，该上部与所述穿孔背板分离并且可自由地垂直移动，其中，所述振膜和所述穿孔背板用来形成可变电容器的电极板。
[0010]优选地，所述一个或多个限幅件中的每个限幅件可以由一种或多种材料的堆叠层制成，该材料选自金属、半导体以及绝缘体所构成的组。
[0011]优选地，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括突出件，该突出件从与所述振膜相对的所述穿孔背板的下表面突出。
[0012]优选地，所述顺应性振膜可以由层叠在所述硅基底上的硅器件层的一部分或者多晶硅层来形成，并与该硅基底之间夹有氧化物层。
[0013]优选地，所述穿孔背板可以由内嵌金属层的CMOS钝化层来形成，其中，该金属层用作所述背板的电极板，或者所述穿孔背板可以由多晶硅层或者SiGe层来形成。
[0014]在一个例子中，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括互联柱，该互联柱设置在所述振膜边缘和所述背板边缘之间，用于在电学上对所述振膜向外引线，以及所述振膜的周沿是固定的。在这种情形中，优选地，所述限幅机构可以包括一个限幅件，该限幅件的下部连接到所述振膜的中心，或者所述限幅机构可以包括多个限幅件，该多个限幅件的下部在所述振膜的边缘附近均匀和/或对称地连接到该振膜。
[0015]在另一个例子中，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括互联柱，该互联柱设置在所述振膜中心和所述背板中心之间，用于在力学上对所述振膜进行悬置并在电学上对所述振膜向外引线，以及所述振膜的周沿可自由振动。在这种情形中，优选地，所述限幅机构可以包括多个限幅件，该多个限幅件的下部在所述振膜的边缘附近均匀和/或对称地连接到该振膜。
[0016]在本发明的另一方面，提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风，其包括:硅基底，其中设有背孔；穿孔背板，支撑在所述硅基底上并且设置在该硅基底的背孔上方；顺应性振膜，设置在所述穿孔背板上方并与该穿孔背板之间夹有空气间隙、并且其中还设有一个或多个第一通孔；以及限幅机构，包括与所述一个或多个第一通孔对应的一个或多个T形限幅件，每个限幅件具有下部和上部，该下部穿过其对应的第一通孔并且连接到所述穿孔背板，该上部与所述振膜分离，其中，所述穿孔背板和所述振膜用来形成可变电容器的电极板。
[0017]优选地，所述一个或多个限幅件中每个限幅件可以由一种或多种材料的堆叠层制成，该材料选自金属、半导体以及绝缘体所构成的组。
[0018]优选地，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括突出件，该突出件从与所述穿孔背板相对的所述振膜的下表面突出。
[0019]优选地，所述穿孔背板可以由层叠在所述硅基底上的硅器件层的一部分或者多晶硅层来形成，并与该硅基底之间夹有氧化物层。
[0020]优选地，所述顺应性振膜可以由多晶硅层或者SiGe层来形成。
[0021]在本发明的另一方面，提供一种麦克风系统，其包括集成在单个芯片上的上述任一抗冲击硅基MEMS麦克风和CMOS电路。
[0022]在本发明的又一方面，提供一种麦克风封装，其包括:PCB板；安装在所述PCB板上的上述任一抗冲击硅基MEMS麦克风；以及封住所述麦克风的盖子，其中，可以在所述PCB板和所述盖子中的任一者上形成有声孔，使得外部声波可以穿过所述声孔或者穿过所述声孔和所述硅基底中的背孔，使振膜振动。
[0023]从上面的描述中可以看出，当例如跌落试验中所引起的声压冲击波穿过本发明所述的单个麦克风或者麦克风系统中的基底中的背孔、或者穿过本发明所述的麦克风封装中的PCB板上的声孔和麦克风的基底中的背孔从而使所述麦克风的振膜振动时，所述限幅机构可以防止振膜远离背板大幅偏移，并且所述背板可以防止振膜朝向背板大幅偏移，因此，本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风可以限制其脆弱且易碎的振膜发生由例如跌落试验中的声压冲击波所引起