Mems麥克風晶片及其製造方法
2023-10-09 04:10:04 2
專利名稱：Mems麥克風晶片及其製造方法
技術領域：
本發明涉及麥克風晶片及其製造方法，尤其涉及一種MEMS麥克風晶片及其製造封裝方法。
背景技術：
近年來，隨著手機、筆記本等電子產品體積不斷減小、性能越來越高，相應地要求配套的電子零部件的體積不斷減小、且性能和一致性提高，並且利用MEMS (微機電系統)工藝集成的MEMS麥克風開始被批量應用到手機、筆記本等電子產品中。在這種背景下，對利用MEMS工藝技術生產的MEMS麥克風的需求正在快速增加。MEMS麥克風的一個核心器件就是利用MEMS工藝製作的MEMS麥克風晶片，此晶片可以完成聲-電轉換功能。圖1為現有的一種MEMS麥克風晶片的結構示意圖，如圖1所示，該MEMS麥克風晶片包括一個基底1，基底1上設置有上下貫通的孔11，基底上方設置有一個由固定極板2、隔離層3和振動膜4構成的一個平行板電容器，平行板電容器中的振動膜4可以從上方或者下方接受外界的聲音信號並發生振動，從而使平行板電容器產生一個電信號，實現聲-電轉換功能。固定極板2上設置有一個金屬連接點21，振動膜4上設置有一個金屬連接點41， 連接點21和41可以分別將平行板電容器的兩個電極引出。一般這種晶片的製作是在晶圓上利用MEMS工藝製作出多個MEMS晶片來，然後進行切割，分散為多個獨立的MEMS晶片單元。圖2為MEMS麥克風晶片未切割前連接在一起的兩個MEMS晶片單元的結構示意圖，如圖2所示，若沿虛線位置處進行切割，就能成為兩個獨立的MEMS晶片單元。為便於表示，此處僅用兩個尚未切割的MEMS晶片單元加以表示，實際生產中，會有較多數量的MEMS晶片單元一起進行切割工藝。對於這種結構的MEMS晶片， 主要有兩種切割工藝，一種是水切割，這種切割工藝成本較為低廉，但是平行板電容器中的振動膜等區域非常脆弱，切割過程中很容易受到汙染；另一種切割工藝為雷射切割，雷射切割可以避免MEMS晶片受到汙染的問題，但是成本非常高昂，不適合大批量投入生產。並且，MEMS晶片製作過程中，基底中的貫穿孔需要通過蝕刻工藝形成，基底厚度較大的問題也給腐蝕工藝帶來了困難，造成蝕刻效率低下並且MEMS晶片的成品率較低 』另外，MEMS晶片製作過程中還要求基底具備一定的厚度，以防止晶片損壞或者破碎，這樣就進一步增加了 MEMS晶片單元的切割成本，降低了切割的效率。
發明內容
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種新型MEMS麥克風晶片以及製造這種MEMS麥克風晶片的方法。為了實現上述目的，本發明提供的一種MEMS麥克風晶片，包括基底以及設置在基底上的平行板電容器，平行板電容器的一側相對於基底，另一側外部設置有保護裝置，用於保護MEMS麥克風晶片的主體結構。此外，優選的結構是，平行板電容器包括固定極板、振動膜和設置在所述固定極板
3和振動膜之間的隔離層；並且，固定極板和振動膜上分別設置有將所述平行板電容器的兩個電極引出的金屬連接點。再者，優選的結構是，所述保護裝置安裝在振動膜上，並且所述固定極板以及振動膜上的金屬連接點均設置在所述保護裝置外部。優選的，保護裝置為金屬帽。優選的，保護裝置包括一環形支撐圈和固定在所述環形支撐圈外部的平板。優選的，基底的厚度範圍為50-200微米。另一方面，本發明還提供了一種上述MEMS麥克風晶片的製造方法，包括如下步驟Sl 對晶圓進行蝕刻，在基板材料層上製作出帶有平行板電容器的MEMS麥克風晶片單元；S2 將保護裝置固定在所述平行板電容器外部。優選的，在步驟Sl中，進一步包括製作帶孔的固定極板、隔離層以及振動膜的步驟；分別在固定極板以及振動膜上設置金屬連接點的步驟。優選的，在步驟S2之後，還包括S3 研磨基板材料層使其變薄，作為MEMS麥克風晶片的基底。優選的，在步驟S3之後，還包括S4 通過蝕刻工藝在基底上設置貫通穿孔；S5 對完成上述Sl S4步驟的晶圓進行切割，分離MEMs麥克風晶片單元。採取了以上的技術後，一方面，保護裝置的設置，能夠將平行板電容器中較為脆弱的振動膜等結構與MEMS麥克風晶片的外部空間分隔開，不僅有效避免了 MEMS麥克風晶片在切割過程中受到汙染，有效提高製作過程的效率，降低生產成本、提高生產成品率；而且在MEMS麥克風晶片後續的安裝使用過程中也能夠對晶片提供足夠的保護。另一方面，厚度變薄的基底也使得設置貫通孔的蝕刻工藝以及分離多個MEMS麥克風晶片單元的切割工藝變得更加容易，並且可以採用鑽石刀輪進行成本低廉的水切割，從另一角度提高了生產效率、降低了成本，並使產品的成品率得到提高。
下面結合附圖對其實施例進行描述，結合附圖，本發明的上述特徵和技術優點將會變得更加清楚和容易理解。圖1是表示一種現有的MEMS麥克風晶片的結構示意圖；圖2是表示一種現有MEMS麥克風晶片未切割前的結構示意圖；圖3表示本發明第一實施例的MEMS麥克風晶片的結構示意圖；圖如-圖如表示本發明第一實施例的MEMS麥克風晶片的製作過程示意圖；圖5是表示本發明MEMS麥克風晶片製作流程的示意圖；圖6表示本發明第二實施例的MEMS麥克風晶片的結構示意圖；圖7表示本發明第三實施例的MEMS麥克風晶片的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細的描述。(第一實施例)圖3是表示本發明的第一實施例涉及的MEMS麥克風晶片的結構圖。如圖3所示， MEMS麥克風晶片包括一個基底1，基底1上設置有上下貫通的孔11，基底上方設置有一個固定極板2、隔離層3和振動膜4構成的一個平行板電容器，平行板電容器中的振動膜4可以從上方或者下方接受外界的聲音信號並發生振動，從而平行板電容器產生一個電信號，實現聲-電轉換功能。固定極板2上設置有一個金屬連接點21，振動膜4上設置有一個金屬連接點41，連接點21和41可以分別將平行板電容器的兩個電極引出。並且，在平行板電容器與基板1相對的一側、振動膜4上方設置有一個保護裝置5。保護裝置5的設置，將平行板電容器中較為脆弱的振動膜等結構與MEMS麥克風晶片的外部空間分隔開，不僅能夠有效避免MEMS麥克風晶片在切割過程中受到汙染，降低生產成本、提高生產率；而且在MEMS 麥克風晶片後續的安裝使用過程中也能夠對晶片提供足夠的保護。在本實施例中，保護裝置5為一個金屬帽，金屬帽的開口端安裝在振動膜4上，並且振動膜4上的金屬連接點41設置在金屬帽以外。圖如-圖如表示了本實施例的MEMS麥克風晶片的製作過程示意圖。步驟1 如圖如所示，圖4表示沒有進行蝕刻、切割的晶圓，可以用來製作多個 MEMS晶片單元，包括基板材料層1』、極板材料層2』、隔離材料層3』以及振動膜材料層4』。步驟2 如圖4b所示，將圖如表示的晶圓進行蝕刻，製作出帶孔的固定極板2、隔離層3以及振動膜4，並且分別在固定極板2以及振動膜4上設置金屬連接點21和金屬連接點41用於連接外部電路。晶圓上可以同時製作出多個MEMS麥克風晶片單元，此處，用兩個MEMS麥克風晶片單元代表。步驟3 如圖如所示，將兩個保護裝置5分別黏貼安裝在MEMS麥克風晶片單元的振動膜4上方，金屬連接點21和41設置在保護裝置5以外，可以與外部電路連接。在本實施例中，將保護裝置5設計為金屬帽的形式。步驟4 如圖4d所示，將基底1沿虛線位置進行研磨，可以將基板材料層1』的厚度變薄。因為保護裝置5可以保障MEMS麥克風晶片的強度，使得將基板材料層1』變薄的工藝得以實現，而相對薄的基底更易於基底貫穿孔的蝕刻，並且便於MEMS麥克風晶片單元的切割。研磨前，基板材料層1』的厚度範圍一般為400-1200微米，而研磨後的厚度範圍一般為50-200微米。步驟5 如圖如所示，通過蝕刻工藝在基底1上設置貫通孔11，並且將變薄後的基底1沿虛線位置進行切割分離多個MEMS麥克風晶片單元，因為上一步驟中基板材料層1』 的厚度變薄，設置貫通孔11的蝕刻工藝以及分離多個MEMS麥克風晶片單元的切割工藝變得更容易，並且可以採用鑽石刀輪進行成本低廉的水切割，從另一角度提高了生產效率、降低了成本，並使產品的成品率得到提高。需要說明的是，上述各步驟所示的製作過程只是對本發明一個具體是實施例的表述，並不是對本發明的限制，其中各步驟的具體操作並不是唯一的。比如，在步驟1中，根據MEMS麥克風晶片結構的不同，晶圓的各個具體結構層內容可能存在一定的區別；在步驟 2中，根據晶圓各個結構層存在的差異，其蝕刻的內容也可能存在一定的調整；在步驟3中，可以將保護裝置逐一設置在MEMS麥克風晶片上，也可以批量設置，例如將多個保護裝置附著在離型紙上後一併設置在MEMS麥克風晶片上，然後取下離型紙，或者也可以採用膠帶來代替離型紙。圖5是本發明製作MEMS麥克風晶片的流程圖，如圖5所示，首先，對晶圓進行蝕刻，在基板材料層上製作出帶有平行板電容器的MEMS麥克風晶片單元(步驟Si)；然後，將保護裝置固定在所述平行板電容器外部(步驟S2)；在具有保護裝置保護平行板電容器的基礎上，研磨基板材料層使其變薄，作為MEMS麥克風晶片的基底(步驟S3)；然後，通過蝕刻工藝在基底上設置貫通穿孔(步驟S4)；最後對完成上述Sl S4步驟的晶圓進行切割， 分離MEMS麥克風晶片單元(步驟S5)。其中，在步驟Sl中，進一步包括製作帶孔的固定極板、隔離層以及振動膜的步驟； 以及分別在固定極板以及振動膜上設置金屬連接點以便將平行板電容器的兩個電極引出的步驟。本發明這種結構的MEMS麥克風晶片，因為採用的保護裝置5密閉設置在振動膜 4上，保護裝置5和振動膜4形成的空腔就成為MEMS晶片的聲腔，所以適用於聲音信號從 MEMS晶片下方進入、透過基底1上的貫穿孔11以及固定極板2、最終作用于振動膜4上的產品結構。(第二實施例)圖6是表示本發明的第二實施例涉及的MEMS麥克風晶片的結構圖。如圖6所示， MEMS麥克風晶片包括一個基底1，基底1上設置有上下貫通的孔11，基底上方設置有一個固定極板2、隔離層3和振動膜4構成的一個平行板電容器，固定極板2和振動膜4上分別設置有一個用於將平行板電容器的兩個電極引出的金屬連接點21和金屬連接點41，並且，在平行板電容器與基板1相對的一側、振動膜4上方設置有一個保護裝置5，用於將平行板電容器中較為脆弱的振動膜等結構與MEMS麥克風晶片的外部空間分隔開，從而避免MEMS麥克風晶片在切割過程中受到汙染，以及在MEMS麥克風晶片後續的安裝使用過程中對晶片提供足夠的保護。同第一實施例的結構相比，本第二實施例涉及的MEMS麥克風晶片的區別之處在於，採用的保護裝置5上設置有聲孔51，聲音信號可以從保護裝置5外部透過聲孔51作用到振動膜4上，所以這種產品結構適用於聲音信號從MEMS晶片上方或者下方進入的兩種產品結構。(第三實施例)圖7是表示本發明的第三實施例涉及的MEMS麥克風晶片的結構圖。如圖7所示， MEMS麥克風晶片包括一個基底1，基底1上設置有上下貫通的孔11，基底上方設置有一個固定極板2、隔離層3和振動膜4構成的一個平行板電容器，固定極板2和振動膜4上分別設置有一個用於將平行板電容器的兩個電極引出的金屬連接點21和金屬連接點41，並且，在平行板電容器與基板1相對的一側、振動膜4上方設置有環形支撐圈52和平板53。環形支撐圈52和平板53與振膜形成一個能夠將振動膜4密閉其中的保護結構，用於將平行板電容器中較為脆弱的振動膜等結構與MEMS麥克風晶片的外部空間分隔開，從而避免MEMS麥克風晶片在切割過程中受到汙染，以及在MEMS麥克風晶片後續的安裝使用過程中對晶片提供足夠的保護。
同上述的第二實施例相比，本第三實施例涉及的MEMS麥克風晶片的主要區別點在於保護裝置的具體結構不同。在本實施例中，保護裝置由兩部分構成，即一個環形支撐圈 52和固定在支撐圈上的平板53。環形支撐圈52為利用半導體工藝在MEMS麥克風晶片上生成，平板53為另外粘結安裝。在上述各實施例中，舉例說明了一種MEMS麥克風晶片的電容組件部分結構，但本發明不限定其具體形式。雖然上面針對MEMS麥克風晶片的具體結構描述了本發明具體實施方式
，但是，在本發明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施方式的基礎上進行各種改進和變形。本領域技術人員應該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發明的目的，並非用於限制本發明。本發明的保護範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種MEMS麥克風晶片，包括基底(1)以及設置在基底上的平行板電容器，其特徵在於，所述MEMS麥克風晶片還包括保護裝置(5)，設置在所述平行板電容器外部。
2.按照權利要求1所述的MEMS麥克風晶片，其特徵在於，所述平行板電容器包括固定極板O)、振動膜(4)和設置在所述固定極板和振動膜之間的隔離層(3)；所述固定極板( 和振動膜(4)上分別設置有將所述平行板電容器的兩個電極引出的金屬連接點。
3.按照權利要求2所述的MEMS麥克風晶片，其特徵在於，所述保護裝置(5)安裝在所述振動膜(4)上，並且所述固定極板以及振動膜上的金屬連接點均設置在所述保護裝置外部。
4.按照權利要求3所述的MEMS麥克風晶片，其特徵在於， 所述保護裝置(5)為金屬帽。
5.按照權利要求3所述的MEMS麥克風晶片，其特徵在於，所述保護裝置( 包括一環形支撐圈(5 和固定在所述環形支撐圈(5 外部的平板 (53)。
6.按照權利要求4或5所述的MEMS麥克風晶片，其特徵在於， 所述保護裝置( 上設置有聲孔(51)。
7.按照權利要求1至3中任一項所述的MEMS麥克風晶片，其特徵在於， 所述基底的厚度範圍為50-200微米。
8.—種MEMS麥克風晶片的製造方法，其特徵在於，51對晶圓進行蝕刻，在基板材料層上製作出帶有平行板電容器的MEMS麥克風晶片單元；52將保護裝置固定在所述平行板電容器外部。
9.按照權利要求8所述的MEMS麥克風晶片的製造方法，其特徵在於， 在步驟Sl中，進一步包括製作帶孔的固定極板、隔離層以及振動膜的步驟； 分別在固定極板以及振動膜上設置金屬連接點的步驟。
10.按照權利要求8或9所述的MEMS麥克風晶片的製造方法，其特徵在於，在步驟S2 之後，還包括53研磨基板材料層使其變薄，作為MEMS麥克風晶片的基底。
11.按照權利要求10所述的MEMS麥克風晶片的製造方法，其特徵在於，在步驟S3之後，還包括54通過蝕刻工藝在基底上設置貫通穿孔；55對完成上述Sl S4步驟的晶圓進行切割，分離MEMs麥克風晶片單元。
全文摘要
本發明提供一種MEMS麥克風晶片及其製造方法，其中的MEMS麥克風晶片包括基底以及設置在基底上的平行板電容器，平行板電容器的一側相對於基底，另一側外部設置有保護裝置，用於保護MEMS麥克風晶片的主體結構。本發明通過對振動膜設置保護裝置，將平行板電容器中較為脆弱的振動膜等結構與MEMS麥克風晶片的外部空間分隔開，不僅能夠避免了MEMS麥克風晶片在切割過程中受到汙染，有效提高製作過程的效率，降低生產成本、提高生產成品率；而且在MEMS麥克風晶片後續的安裝使用過程中也能夠對晶片提供足夠的保護。
文檔編號H04R19/04GK102209287SQ20101013433
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者蔡孟錦 申請人:歌爾聲學股份有限公司