带阀门机制的mems器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及微机电系统(MEMS)器件，更具体地，涉及带阀门机制的MEMS器件。
【背景技术】
[0002]MEMS麦克风，也称声电转换系统，已经研发多年了。MEMS麦克风已广泛应用于许多应用中，诸如手机、平板电脑、相机、助听器、智能玩具以及监视装置等。
[0003]专利号为US6，781，231的美国专利公开了一种MEMS封装件，包括表面安装部件(例如，娃基电容式麦克风和集成电路)、衬底、具有内杯和外杯的盖子，以及形成在盖子中以用于接收声学信号的孔或声学端口，其中，盖子附接于衬底以形成壳体。孔或声学端口可被认为是允许声能进入壳体内部的自由的“声音端口 ”路径。每一声学端口可包括设置在内杯和外杯之间的环境阻挡层以阻止水、粒子和/或光进入到封装件中并损坏内部部件。然而，环境阻挡层会阻碍空气流通过声音端口进入到壳体内部，从而降低声学信号到达微机电系统麦克风的性能。
[0004]专利号为US6，324，907的美国专利公开了一种柔性衬底声电转换组件。柔性衬底提供了声电转换系统与用于容纳声电转换组件的电子设备之间的连接性。多个通孔形成在柔性衬底的第二端部中以形成连通到外部环境的第一通道。然而，一个不期望的问题是由于坠落测试造成的空气压力脉冲使得很容易损坏声学转换系统中的声电转换元件的振膜。
[0005]专利申请号为W0 2013/097135的专利申请文献也公开了一种MEMS麦克风，包括硅衬底以及硅衬底上的声学传感部。网络结构背孔，具有多个网梁以及由网梁和侧壁限定的多个网孔，形成在衬底中并且与声学传感部对准。网络结构背孔有阻于使空气压力脉冲流线型化，并因此减少对声学传感部的影响；而且它也能用作保护性过滤器以阻止诸如颗粒的外部物质进入麦克风。
[0006]然而，上述两种方法的缺点在于诸如颗粒的外部物质容易通过诸如柔性衬底中的孔和网络结构背孔的网孔等声音端口陷入到MEMS麦克风的振膜，特别是在由于掉落测试造成的高空气压力脉冲下。
【发明内容】
[0007]本发明旨在提供一种具有阀门机制的MEMS器件。该MEMS器件可以提供使内部部件(例如换能器芯片)免受强空气流脉冲或强声压的保护。
[0008]本发明的一个目的在于提供这样一种MEMS器件，包括:印刷电路板；盖子，所述盖子附接至印刷电路板从而形成壳体；形成在所述壳体中的至少一个声孔；位于所述壳体内部、具有振膜的声电转换芯片；以及位于所述壳体内部的至少一个快门结构。每个快门结构可围绕相对应的声孔安装到壳体上。每个快门结构包括衬底，具有形成在其中的至少一个通风孔；可移动部件，所述可移动部件包括形成在其中的空气间隙和可移动部分。所述可移动部件连接在所述衬底和所述壳体之间。所述可移动部分在常规压力下保持在打开位置使得始自声孔并经过所述可移动部件的至少一个空气间隙到所述衬底的至少一个通风孔的空气流路径被打开，在高外部压力下移动到第一关闭位置以阻塞所述衬底的至少一个通风孔并因而关闭所述空气流路径。
[0009]在一可选实施方式中，所述至少一个声孔包括形成在印刷电路板中的第一声孔，以及，所述至少一个快门结构包括与所述第一声孔对应的第一快门结构，并且所述第一快门结构设置在所述印刷电路板的第一声孔上方。而且，所述声电转换芯片设置在所述第一快门结构的衬底上。
[0010]在另一可选实施方式中，所述至少一个声孔包括形成在所述盖子中的第二声孔，以及，所述至少一个快门结构包括与所述第二声孔对应的第二快门结构。所述第二快门结构的可移动部件可接合至所述盖子的内表面并且位于所述第二声孔上方，以及，所述声电转换芯片设置在所述印刷电路板上方。
[0011]在一实施方式中，每个快门结构还包括第一间隔件，其具有由侧墙封闭的第一开口。所述可移动部分与所述衬底平行。第一间隔件连接在所述衬底和所述可移动部件之间以使得在常规压力下空气流穿过第一开口至所述至少一个通风口，以及在高外部压力下所述可移动部分移动穿过第一开口。
[0012]在一实施方式中，MEMS器件还包括第二间隔件，具有由侧墙封闭的第二开口，其中所述第二间隔件连接在所述壳体和每个快门结构的可移动部件之间以使得在常规压力下从所述声孔来的空气流穿过第二开口。
[0013]在一实施方式中，对第一声孔开放的凹槽形成在印刷电路板的上部。所述第一快门结构围绕所述凹槽设置，并因而所述可移动部件的可移动部分悬在所述凹槽上方。
[0014]在一实施方式中，所述可移动部件还包括位于所述可移动部件的周边边缘并且连接到衬底的固定部分。可移动部分位于可移动部件的中心部位。所述至少一个空气间隙将所述固定部分与所述可移动部分间隔开。可选地，所述可移动部件还包括连接在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧以便于高外部压力下可移动部分的移动。
[0015]在一实施方式中，可移动部件的可移动部分可以是单个可移动板或者可移动板阵列。
[0016]在一实施方式中，可移动部件的可移动部分可以是与所述声孔和所述至少一个通风孔连通的穿孔板。
[0017]在一实施方式中，每个快门结构的可移动部件的可移动部分在高内部压力下可移动到第二关闭位置以阻塞相应的声孔。
[0018]在一实施方式中，一旦去除所述该外部压力或内部压力，可移动部分可回到所述打开位置以打开所述空气流路径。
[0019]在一实施方式中，该高外部压力或内部压力可以是常规声压水平的约500倍以上的声压或者大于约1.2个标准大气压的空气压力。
[0020]本发明的另一个目的是提供一种MEMS器件，包括:印刷电路板；盖子，附接至所述印刷电路板从而形成壳体；形成在所述壳体中的第一通孔；快门结构，具有可移动部分，支撑部分和形成在所述可移动部分和支撑部分之间的至少一个空气间隙。所述快门结构围绕所述第一通孔设置并通过所述支撑部分接合至所述壳体以提供始自所述第一通孔后穿过所述快门结构的至少一个空气间隙至所述壳体的内部的空气流路径。所述快门结构的可移动部分在常规压力下保持在打开位置以打开空气流路径，以及在高压力下移动到关闭位置以关闭空气流路径。
[0021]在一实施方式中，所述快门结构通过第一间隔件接合至所述壳体的外表面，所述第一间隔件具有由侧墙封闭的第一开口，并且所述快门结构的可移动部分在高压下移动穿过第一开口至关闭位置以阻塞第一开口。
[0022]在一实施方式中，快门结构接合至壳体的内表面。所述快门结构的支撑部分包括具有至少一个通风孔且与所述可移动部分平行的衬底；具有由侧墙封闭的第二开口的第二间隔件，所述第二间隔件连接在所述衬底和所述可移动部分之间，使得在常压下空气流可按顺序通过第一通孔、至少一个空间间隙、第二开口和至少一个通风孔并进入到所述壳体的声学腔室，以及在高压下可移动部分可向衬底移动并穿过所述第二开口以阻塞至少一个通风孔。
[0023]在一实施方式中，所述MEMS器件进一步还包括具有振膜的声电转换芯片，所述声电转换芯片设置在所述壳体内部且位于印刷电路板上方。
[0024]在一实施方式中，所述高压可以是常规声压水平的约500倍以上的声压以及大于约1.2个标准大气压的空气压力。
[0025]在一实施方式中，所述快门结构应用于CMOS集成单片麦克风器件、MEMS麦克风器件或者其他的MEMS器件。
[0026]本发明的另一目的是提供一种声电转换器件，包括具有振膜的声电转换元件和快门结构。所述快门结构包括衬底，具有形成在其中的至少一个孔；可移动部件，具有形成在其中的至少一个空气间隙和可移动部分，所述可移动部件接合至所述衬底的第一表面使得在所述可移动部件和所述衬底之间形成封闭的空间。所述声电转换元件接合至所述衬底的第二表面，并且所述声电转换元件的振膜面朝第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对。所述可移动部分在常压下保持在休息位置以提供从可移动板的至少一个空气间隙穿过所述衬底的至少一个孔至所述声电转换元件的振膜的空气流路径，以及在高压力下朝衬底移动并穿过所述封闭空间以阻塞所述衬底的至少一个孔。
[0027]在一个实施方式中，可移动部件的可移动部分可以是单个可移动板或者可移动板阵列。