一种集成的硅电容麦克风的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及麦克风领域，具体而言，涉及一种集成的硅电容麦克风。
【背景技术】
[0002]微机电(MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem)麦克风或称硅麦克风，因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如:手机、MP3、录音笔和监听器材等。为满足人民群众日益增长的物质文化需求，硅麦克风的体积、成本、信噪比等指标也在不断地优化提高。在相关优化技术方案中，不乏试图通过将多个硅麦克风MEMS敏感元件一同使用的方式，以提高现有加工工艺条件下的信噪比指标。
[0003]传统的娃微麦克风是单MEMS敏感兀件,一般包括振膜构成的振动部和与基底相连的支撑部，支撑部对应振膜的中心部分下方挖空形成音腔。为了使多个MEMS敏感元件协同工作时得到的声音信号相近以便于数据融合，一般会保证各MEMS敏感元件的音腔通过空气相互连接。
[0004]为了适应硅微麦克风的多MEMS敏感元件复用要求，现有技术提出了制作多开孔的基板或在封装中通过设置板区分前后腔的方式来保证各MEMS敏感元件的音腔通过空气相互连接。美国专利US7933428、US20080037768通过多开孔的基板，在基板下方对应每个MEMS敏感元件都制作一个开孔，各MEMS敏感元件的音腔通过开孔之外的空间相互连通。这种封装方案由于实际使用情况中声源位置的随机性，声波传递过程中的强度衰减和相移也各不相同，更严重的是，这种对声波信号强度的衰减和相位的延迟随着频率变化也各不相同，且衰减场的分布也是随着声源位置的变化而变化的。这样，各MEMS敏感元件收到的声波信号强度和相位都不完全相同，并且随着声源位置的变动而变化。相应地，在面临将各MEMS敏感元件的信号综合到一起作数据融合时，面临各个信号不一致的情况必须舍弃一部分信息。
[0005]为减少各MEMS敏感元件信号不一致带来的数据融合损失，美国专利US8170244、US20100092020、US20120207334、中国专利CN102187685A均提出将麦克风腔体通过基板划分为前腔、后腔的方案，并将各MEMS敏感元件的音腔都与前腔相连，再通过前腔向外壳开孔。这样就屏蔽了在硅电容麦克风正常使用时声源位置变动带来的影响。各MEMS敏感元件收到的声波信号强度和相位虽然不完全相同，但由于衰减的信号强度和相位延迟都不随使用过程中声源位置的变化而改变，使得数据融合中通过电路补偿的手段成为可能。然而，这样的前后腔分离的封装方案在厚度尺寸上有所增加，限制了相应麦克风产品的适用范围；为使各MEMS敏感元件的信号以较高效率进行数据融合，更需要在电路补偿上做额外努力。美国专利US20120039499中的双集成电路双MEMS敏感元件方案设计了一种完全对称的声腔，但是这种方案只适用于双集成电路，其引线设计较为复杂，寄生参数难于控制，此外，与前述方案类似，这种前后腔分离的封装方案在厚度尺寸上有所增加，限制了相应麦克风产品的适用范围。
[0006]对于多个MEMS敏感元件复用的情况而言，美国专利US7933428、US20080037768选择了分离的MEMS敏感元件方案，美国专利US8170244、US20100092020、US20120207334、中国专利CN102187685A既有分离的MEMS敏感元件方案，也有无缝物理连接的MEMS敏感兀件方案。对于分离的MEMS敏感兀件方案而言，由于声波对于各MEMS敏感兀件的传声路径不完全对称，本身就存在各路信号不一致的问题，如果各MEMS敏感元件是分离的，那么在生产过程中就有可能在一块晶圆上取到不相邻的MEMS敏感元件，从而造成各MEMS敏感元件的不匹配，增大了各路信号的不一致，也增大了后续数据融合中为了提高数据融合效率而补偿的负担。对于美国专利US8170244、US20100092020、US20120207334、中国专利CN102187685A的无缝物理连接的MEMS敏感元件方案而言，其不足之处与美国专利US8477983的方案类似，除了存在声波传声路径对于各MEMS敏感元件不对称问题和封装方案的厚度尺寸较大从而限制应用场合的问题之外，其MEMS敏感元件直接相连并连向集成电路芯片的方式，将造成由于其封装方案带来的各路信号不一致无法补偿的结果。此夕卜，在后续封装过程中，分离的多MEMS敏感元件的封装成本明显高于单MEMS敏感元件和无缝物理连接的多MEMS敏感元件。如以美国专利US20070278601为代表的刚性封装，就存在额外的应对分离的多MEMS敏感元件的工艺环节和材料准备环节；而以美国专利US20100155863为代表的分离的多MEMS敏感结构柔性封装方式，成本更是远高于以韩国专利KR100737728B1为代表的单MEMS敏感结构柔性封装方式。这样就使得现有的多MEMS敏感元件复用技术面临着如补偿就要承担较高的相互分离的MEMS封装成本，而MEMS敏感元件直接相连并连向集成电路芯片的方式却无法补偿前端由芯片位置和传声路径的不匹配带来的数据融合效率降低的两难境地。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种集成的硅电容麦克风，用以提高集成的硅电容麦克风各MEMS敏感结构之间相互数据融合的效率，进一步提高其性能。
[0008]为达到上述目的，本发明提供了一种集成的硅电容麦克风，包括:具有至少I个进音孔的外壳，具有I个开孔的基板，2个或4个无缝物理连接的相互匹配的MEMS敏感元件、集成电路和声腔，其中:
[0009]声腔由2个或4个MEMS敏感元件和基板共同构成，具体为通过基板上的开孔将2个或4个MEMS敏感元件的音腔对称地相连通，并通过共用布置在外壳上、相对各MEMS敏感元件位置同一的进音路径形成的对称声腔，使得声波输入直到通过各MEMS敏感元件转变为电信号的传声路径对于娃麦克风中各MEMS敏感兀件的完全对称,其中进音路径为从外壳上的进音孔、声腔到各MEMS敏感元件的振膜形成的路径；
[0010]集成电路用于对声波经传声路径传送至各MEMS敏感元件转化为的电信号进行缓冲/放大和输出。
[0011]较佳的，基板的材质为硅、微晶玻璃或陶瓷，基板与各MEMS敏感元件接合，基板上的开孔的形状和位置相对于2个或4个MEMS敏感元件的中心对称。
[0012]较佳的，外壳上的进音孔设置在外壳的壳盖和/或底板上。
[0013]较佳的，2个或4个MEMS敏感元件分别为变化方向，灵敏度均相同的可变电容器。
[0014]较佳的，2个或4个MEMS敏感元件相互并联。
[0015]较佳的，集成电路的片数根据引线和寄生参数确定，各MEMS敏感元件间相互电气连接或通过弓I线键合相连后再通过弓I线键合连接到集成电路，或通过弓I线键合的方式分别实现各MEMS敏感元件与集成电路之间的相连。
[0016]较佳的，基板与外壳的顶面或底面相连。
[0017]现有技术中，针对多MEMS敏感元件并行使用的声腔和传声路径相对各MEMS敏感元件并未要求相互对称，这样可能在实际使用中存在声波输入到各信号通路中的信号不一致且不一致性受声源位置变化影响，或者固定的不一致性在相应的补偿工作中面临较高的封装和补偿成本，或者不一致性难于补偿的情况。本发明中，通过将封装方案中刻意维持传声路径和声学信号向电学信号变换的对称性，保证了各MEMS敏感元件信号通路中信号的一致性，从而无需补偿环节即可保证各路信号能以较高的效率进行数据融合，由此也规避了通用技术中相应针对多MEMS敏感元件的封装、补偿的额外成本，保持了相对单MEMS敏感元件麦克风系统通用性技术和应用范围的兼容性，同时也提供了保证高效率数据融合前提下的灵活布局布线方式。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可