新型MEMS芯片结构和电子设备的制作方法

新型mems芯片结构和电子设备
技术领域
1.本实用新型涉及芯片结构技术领域，特别涉及一种新型mems芯片结构和应用该新型mems芯片结构的电子设备。


背景技术：

2.目前惯性传感器作为电子穿戴的标配，被广泛应用于麦克风的入耳检测、触控操作以及手势识别等方面。然而，mems麦克风和mems惯性传感器芯片一般是分立设置的，也即两种器件经过不同的材料和制造工艺加工，再分别以两个独立的单体形式封装到pcb板上，从而增加了制作成本与封装空间，且为后续电路设计带来了困难。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种新型mems芯片结构和电子设备，旨在提供一种将麦克风组件和惯性传感器集成于一个衬底的新型mems芯片结构，该新型mems芯片结构有效降低了芯片制作成本，减小了芯片尺寸，降低了电路设计难度，提高了生产效率。
4.为实现上述目的，本实用新型提出一种新型mems芯片结构，所述新型mems芯片结构包括：
5.基体，所述基体设有安装面；
6.麦克风组件，所述麦克风组件设于所述安装面；及
7.惯性传感器，所述惯性传感器设于所述安装面，并与所述麦克风组件间隔设置。
8.在一实施例中，所述基体设有贯通所述安装面的贯通孔；所述麦克风组件包括：
9.振膜，所述振膜设于所述安装面，并与所述贯通孔对应；
10.第一支撑部，所述第一支撑部设于所述振膜背向所述安装面的一侧；及
11.背极，所述背极设于所述第一支撑部背向所述振膜的一侧，并与所述振膜相对设置，所述背极、所述第一支撑部及所述振膜围合形成连通所述贯通孔的背腔。
12.在一实施例中，所述振膜开设有导通孔，所述导通孔连通所述背腔和所述贯通孔；
13.且/或，所述背极开设有连通所述背腔的多个气孔，多个所述气孔呈间隔设置。
14.在一实施例中，所述振膜设有两个导通孔；
15.两个所述导通孔呈间隔设置；或，两个所述导通孔呈对称设置。
16.在一实施例中，所述惯性传感器包括：
17.第一电极，所述第一电极设于所述安装面，并与所述振膜间隔设置；
18.第二支撑部，所述第二支撑部设于所述第一电极背向所述安装面的一侧；及
19.第二电极，所述第二电极位于所述第二支撑部背向所述第一电极的一侧，并与所述第一电极相对设置，所述第二电极、所述第二支撑部及所述第一电极围合形成空腔，所述第二电极设有连通所述空腔的通孔。
20.在一实施例中，所述第二电极包括多个惯性电极和多个固定电极，多个所述惯性电极和多个所述固定电极呈交替且间隔排布，相邻的所述惯性电极和所述固定电极之间形
成所述通孔。
21.在一实施例中，所述第二支撑部与所述第一支撑部连接；
22.且/或，所述惯性电极呈梳齿结构；
23.且/或，所述固定电极呈梳齿结构。
24.在一实施例中，所述基体包括呈层叠设置的衬底和绝缘层，所述绝缘层背向所述衬底的一侧形成所述安装面，所述衬底的材质为单晶硅材料，所述绝缘层的材质为二氧化硅材料；
25.且/或，所述背极、所述振膜、所述惯性电极和所述固定电极的材质为多晶硅材料；
26.且/或，所述第一支撑部和所述第二支撑部的材质为二氧化硅材料。
27.在一实施例中，所述麦克风组件与所述惯性传感器之间形成有间隙；
28.所述新型mems芯片结构还包括隔离柱，所述隔离柱设于所述间隙内；或，所述新型mems芯片结构还包括隔离罩，所述隔离罩罩设于所述惯性传感器，并部分位于所述间隙内。
29.本实用新型还提出一种电子设备，其特征在于，包括：
30.设备壳体，所述设备壳体设有容腔；和
31.上述所述的新型mems芯片结构，所述新型mems芯片结构设于所述容腔内。
32.本实用新型技术方案的新型mems芯片结构通过将麦克风组件和惯性传感器同时设置于基体的安装面上，从而实现麦克风组件和惯性传感器共用一个衬底，有效降低了芯片制作成本，减小了芯片尺寸，降低了电路设计难度，提高了生产效率；同时，使得麦克风组件和惯性传感器在安装面上呈间隔设置，从而使得新型mems芯片结构兼具两种功能的同时，避免麦克风组件和惯性传感器之间相互干涉。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
34.图1为本实用新型一实施例中新型mems芯片结构的结构示意图；
35.图2为本实用新型另一实施例中新型mems芯片结构的结构示意图；
36.图3为本实用新型又一实施例中新型mems芯片结构的结构示意图；
37.图4为本实用新型再一实施例中新型mems芯片结构的结构示意图。
38.附图标号说明：
39.[0040][0041]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0043]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0044]
同时，全文中出现的“和/或”或“且/或”的含义为，包括三个方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。
[0045]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0046]
目前惯性传感器作为电子穿戴的标配，被广泛应用于麦克风的入耳检测、触控操作以及手势识别等方面。然而，mems麦克风和mems惯性传感器芯片一般是分立设置的，也即两种器件经过不同的材料和制造工艺加工，再分别以两个独立的单体形式封装到pcb板上，从而增加了制作成本与封装空间，且为后续电路设计带来了困难。
[0047]
基于上述构思和问题，本实用新型提出一种新型mems芯片结构100，该新型mems芯片结构100应用于电子设备。可以理解的，电子设备可以是智能穿戴设备、麦克风、耳机等，在此不做限定。
[0048]
请结合参照图1至图4所示，在本实用新型实施例中，该新型mems芯片结构100包括基体1、麦克风组件2及惯性传感器3，其中，所述基体1设有安装面13；所述麦克风组件2设于所述安装面13；所述惯性传感器3设于所述安装面13，并与所述麦克风组件2间隔设置。
[0049]
在本实施例中，基体1用于安装麦克风组件2和惯性传感器3，基体1可选为板状结构。可以理解的，基体1为电路基板，其一表面设置有内接焊盘，用于电性连接电子器件，在
此不做限定。
[0050]
可以理解的，麦克风组件2可选为平板电容结构，用于检查或完成声电转换。惯性传感器3可选为惯性传感器电容结构，用于输出表征惯性信息的电信号。可选地，麦克风组件2为mems麦克风。
[0051]
本实用新型的新型mems芯片结构100通过将麦克风组件2和惯性传感器3同时设置于基体1的安装面13上，从而实现麦克风组件2和惯性传感器3共用一个衬底，有效降低了芯片制作成本，减小了芯片尺寸，降低了电路设计难度，提高了生产效率；同时，使得麦克风组件2和惯性传感器3在安装面13上呈间隔设置，从而使得新型mems芯片结构100兼具两种功能的同时，避免麦克风组件2和惯性传感器3之间相互干涉。
[0052]
在本实施例中，新型mems芯片结构100在同一基体1上设置麦克风组件2与惯性传感器3，从而提高了麦克风组件2与惯性传感器3的集成度，减小芯片尺寸与成本，便于后续封装与电路设计。可以理解的，新型mems芯片结构100同时具有麦克风与气体环境检测两种功能，有利于产品微型化。
[0053]
在一实施例中，如图1至图4所示，所述基体1包括呈层叠设置的衬底11和绝缘层12，所述绝缘层12背向所述衬底11的一侧形成所述安装面13。
[0054]
在本实施例中，衬底11可以是内部设置有电路结构的板材结构，通过在衬底11上设置绝缘层12，从而利用绝缘层12起到绝缘衬底11与麦克风组件2和惯性传感器3。可以理解的，麦克风组件2和惯性传感器3可采用粘贴或焊接等方式固定于基体1的安装面13上。
[0055]
在本实施例中，所述衬底11的材质可选为单晶硅材料，所述绝缘层12的材质可选为二氧化硅材料，在此不做限定。
[0056]
在一实施例中，如图1至图4所示，所述基体1设有贯通所述安装面13的贯通孔14；所述麦克风组件2包括振膜21、第一支撑部22及背极23，其中，所述振膜21设于所述安装面13，并与所述贯通孔14对应；所述第一支撑部22设于所述振膜21背向所述安装面13的一侧；所述背极23设于所述第一支撑部22背向所述振膜21的一侧，并与所述振膜21相对设置，所述背极23、所述第一支撑部22及所述振膜21围合形成连通所述贯通孔14的背腔2a。
[0057]
在本实施例中，通过将振膜21和背极23设置在基体1的安装面13上，并利用第一支撑部22支撑在背极23与振膜21之间，使得背极23与振膜21相对设置，从而形成平板电容结构。可以理解的，本实施例中麦克风组件2的结构采用振膜21在下，背极23在上的结构。当然，在其他实施例中，麦克风组件2的结构也可以采用振膜21在上，背极23在下的结构，在此不做限定。
[0058]
可以理解的，通过在基体1上对应麦克风组件2设置贯通孔14，使得麦克风组件2的背腔2a连通贯通孔14，从而利用基体1的贯通孔14将声音或气流引入麦克风组件2的背腔2a，使得振膜21和背极23配合完成声电转换。
[0059]
在本实施例中，振膜21可采用粘贴或焊接等方式固定于安装面13上，第一支撑部22呈具有空腔的筒状结构，第一支撑部22可采用粘贴或焊接等方式固定于振膜21背向安装面13的一侧，背极23可采用粘贴或焊接等方式固定于第一支撑部22背向振膜21的一侧，从而使得振膜21和背极23呈相对设置，同时背极23、第一支撑部22及振膜21围合形成背腔2a。可选地，振膜21和背极23呈板状结构设置，在此不做限定。
[0060]
在一实施例中，如图1至图4所示，所述振膜21开设有导通孔211，所述导通孔211连
通所述背腔2a和所述贯通孔14。可以理解的，通过在振膜21上设置导通孔211，使得声音或气流通过基体1的贯通孔14经由导通孔211进入麦克风组件2的背腔2a。
[0061]
在一实施例中，所述振膜21设有两个或多个导通孔211，在此不做限定。本实施例中，振膜21设有两个导通孔211，两个所述导通孔211呈间隔设置或呈对称设置，在此不做限定。
[0062]
在一实施例中，如图1至图4所示，所述背极23开设有连通所述背腔2a的多个气孔231，多个所述气孔231呈间隔设置。
[0063]
可以理解的，通过在背极23设置气孔231，在振膜21设置导通孔211，从而利用导通孔211和气孔231来均衡麦克风组件2的背腔2a与外界气压，从而调节振膜21的振动频率，以保证麦克风组件2的灵敏度。
[0064]
在一实施例中，所述背极23和所述振膜21的材质可选为多晶硅材料，所述第一支撑部22的材质可选为二氧化硅材料，在此不做限定。
[0065]
在一实施例中，如图1至图4所示，所述惯性传感器3包括第一电极31、第二支撑部32及第二电极33，其中，所述第一电极31设于所述安装面13，并与所述振膜21间隔设置；所述第二支撑部32设于所述第一电极31背向所述安装面13的一侧；所述第二电极33位于所述第二支撑部32背向所述第一电极31的一侧，并与所述第一电极31相对设置，所述第二电极33、所述第二支撑部32及所述第一电极31围合形成空腔3a，所述第二电极33设有连通所述空腔3a的通孔331。
[0066]
在本实施例中，通过将第一电极31和第二电极33设置在安装面13上，并利用第二支撑部32支撑在第一电极31和第二电极33之间，使得第一电极31与第二电极33相对设置，从而形成电容结构。
[0067]
可以理解的，第一电极31可采用粘贴或焊接等方式固定在基体1的安装面11上，第二支撑部32呈具有空腔的筒状结构，第二支撑部32可采用粘贴或焊接等方式固定于第一电极31背向安装面13的一侧，第二电极33可采用粘贴或焊接等方式固定于第一支撑部22背向振膜21的一侧，从而使得第一电极31与第二电极33呈相对设置，同时第二电极33、第二支撑部32及第一电极31围合形成空腔3a。可选地，第一电极31与第二电极33呈板状结构设置，在此不做限定。
[0068]
在本实施例中，通过在第二电极33上设置通孔331，使得通孔331与空腔3a连接，利用通孔331为第二电极33提供位移空间，从而方便惯性传感器3在检测过程中第二电极33利用通孔331发生位移变化。
[0069]
在一实施例中，如图1至图4所示，所述第二电极33包括多个惯性电极332和多个固定电极333，多个所述惯性电极332和多个所述固定电极333呈交替且间隔排布，相邻的所述惯性电极332和所述固定电极333之间形成所述通孔331。
[0070]
在本实施例中，第二电极33的惯性电极332呈梳齿结构，固定电极333呈梳齿结构，惯性电极332的两端与第二支撑部32采用弹性连接方式，固定电极333的两端与第二支撑部32采用固定连接，并使得惯性电极332和固定电极333呈交替且间隔排布，如此使得多个惯性电极332和多个固定电极333与第一电极31构成多个电容结构，且使得相邻的所述惯性电极332和所述固定电极333之间形成所述通孔331。
[0071]
如此使得惯性传感器3在检测过程中，当受到水平方向惯性力时，惯性电极332利
用通孔331提供的位移空间发生位移变化，也即惯性电极332与固定电极333之间的距离改变，从而引起电容改变，从而输出表征水平方向惯性信息的电信号。同时，当受到竖直方向惯性力时，惯性电极332与第一电极31之间的距离改变，从而引起电容改变，输出表征垂直方向惯性信息的电信号。
[0072]
在本实施例中，所述惯性电极332和所述固定电极333的材质可选为多晶硅材料，所述第二支撑部32的材质为二氧化硅材料，在此不做限定。
[0073]
在一实施例中，如图2所示，所述第二支撑部32与所述第一支撑部22连接。可以理解的，麦克风组件2的振膜21和背极23分别与惯性传感器3的第一电极31和第二电极33呈间隔设置，从而利用第二支撑部32与第一支撑部22连接为一体的绝缘结构进行绝缘隔离。
[0074]
在一实施例中，如图1至图4所示，所述麦克风组件2与所述惯性传感器3之间形成有间隙4。可以理解的，通过麦克风组件2与惯性传感器3之间设置间隙4，从而利用间隙4避免麦克风组件2与惯性传感器3的检测信号相互干扰。
[0075]
为了进一步避免麦克风组件2与惯性传感器3的检测信号相互干扰。在一实施例中，如图3所示，所述新型mems芯片结构100还包括隔离柱5，所述隔离柱5设于所述间隙4内。
[0076]
在另一实施例中，如图4所示，所述新型mems芯片结构100还包括隔离罩6，所述隔离罩6罩设于所述惯性传感器3，并部分位于所述间隙4内。可以理解的，通过设置隔离罩6，利用隔离罩6将惯性传感器3罩盖，从而有效避免麦克风组件2与惯性传感器3的检测信号相互干扰。
[0077]
本实用新型的新型mems芯片结构100可采用以下方式制作形成，以图1为例进行说明。在共用衬底11上沉积一层绝缘层12，并在绝缘层12背向衬底11的一侧沉积第一电极层，并对第一电极层进行刻蚀形成麦克风组件2的振膜21和惯性传感器3的第一电极31，使得振膜21与第一电极31之间形成隔断或间隙；在刻蚀后的第一电极层背向绝缘层12的一侧沉积牺牲层，并在牺牲层背向第一电极层的一侧继续沉积第二电极层，将第二电极层对应振膜21的部分进行减薄处理，在对第二电极层进行刻蚀形成麦克风组件2的背极23和惯性传感器3的第二电极33(惯性电极332和固定电极333)，使得背极23和第二电极33之间形成隔断或间隙，且背极23与振膜21相对设置，第二电极33与第一电极31相对设置；将对应背极23的牺牲层进行腐刻，形成麦克风组件2的背腔1a，将对应振膜21的绝缘层12、衬底11进行腐刻，形成贯通孔14，并将麦克风组件2与惯性传感器3之间的牺牲层、第一电极层和第二电极层腐蚀掉，以便将麦克风组件2与惯性传感器3分隔开。将惯性传感器3第一电极31与第二电极33之间的牺牲层腐蚀掉，形成惯性传感器3的空腔3a，该空腔3a可有利于为第二电极33的惯性电极332提供在垂直方向的运动空间，最终得到新型mems芯片结构100。
[0078]
本实用新型还提出一种电子设备，该电子设备包括设备壳体和新型mems芯片结构100，该新型mems芯片结构100的具体结构参照前述实施例，由于本电子设备采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0079]
在本实施例中，所述设备壳体设有容腔；所述新型mems芯片结构100设于所述容腔内。可以理解的，电子设备可以是智能穿戴设备、麦克风、耳机等，在此不做限定。
[0080]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或
直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。