CN109485009A - 麦克风及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及麦克风及其制造方法。一种麦克风包括:振动电极,布置在具有声孔的基板的上部;固定电极,与振动电极的上部隔开基准距离并且在固定电极的上表面和下表面的每个上具有绝缘膜;以及压电电极,具有布置在从固定电极上部中心向外的径向方向上的多个杆并且根据输入电压通过在一个方向上弯曲固定电极来使振动电极和固定电极之间间隙保持一致。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2017年9月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0117082号的优先权,其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种麦克风和用于制造麦克风的方法。
背景技术
通常,麦克风是一种将声音转换成电信号的设备。麦克风可以用于多种应用,诸如移动通信设备,像智能手机、耳机或助听器。
近年来,麦克风已逐渐小型化,相应地,已开发出采用微型机电系统(MEMS)技术的MEMS麦克风。
MEMS麦克风是通过半导体批处理工艺制成的。其比传统驻极体电容器麦克风(ECM)更加耐湿和耐热,并且其非常适于小型化且易于集成至信号处理电路。
这些MEMS麦克风分为压电型和电容型。
压电型MEMS麦克风仅由振动膜组成。当振动膜由外部声压而发生形变时,因压电效应而产生电信号,由此测量出声压。
电容型MEMS麦克风包括振动膜和固定膜。当外部声压进入振动膜时,振动膜和固定膜之间的电容随着振动膜和固定膜之间的间隙的变化而改变,振动膜和固定膜之间的间隙由于振动膜的振动而变化。在此,将变化的电容值以电压信号的形式输出,并且表示为灵敏度,其为重要性能指标之一。
当前正在开发的MEMS麦克风因为振动膜和固定膜之间的固定的间隙而是不可改变的。振动膜和固定膜之间的间隙可以根据振动或固定膜的残余应力以及在膜之间沉积的牺牲层的厚度而改变。
振动膜和固定膜之间的间隙对灵敏度和噪音都造成了较大影响,而灵敏度和噪音都是MEMS麦克风最重要的性能指标。鉴于此,最需要的是确保再现性的开发。
在该背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增强对本公开内容背景技术的理解,并且可能包括不属于本公开所属领域的普通技术人员所已知的现有技术的那些细节。
发明内容
本公开的示例性实施例提供了一种灵敏度提高的麦克风以及用于制造麦克风的方法。麦克风被构造为使压电电极被实施在固定电极的上部,当振动电极振动时,固定电极的中心部分和压电电极一起在一个方向上弯曲,从而在整个电极区域上振动电极和固定电极之间的间隙保持一致。
在本公开的一个示例性实施例中,一种麦克风包括:振动电极,布置在具有声孔的基板的上部;固定电极,与振动电极的上部隔开固定距离并且在固定电极的上表面和下表面的每个上具有绝缘膜;以及压电电极,具有布置在从固定电极的上部的中心向外的径向方向上的多个杆并且根据输入电压通过在一个方向上弯曲固定电极来使振动电极和固定电极之间的间隔保持一致。振动电极可包括穿过与声孔相对应的部分的多个入孔(inflowhole)。
第一牺牲层可布置在振动电极和基板之间。
通过利用在振动电极的上部上形成的第二牺牲层,固定电极可被设置为与振动电极分开。
多个气孔形成可在固定电极上,该多个气孔穿过除压电电极形成部分以外的剩余区域。
固定电极可进一步包括沿边缘向外延伸的多个柔性弹簧。
沿着固定电极的外周在除压电电极所布置部分之外的剩余区域中以规则方式布置柔性弹簧。
金属层可布置在压电电极的上表面和下表面的每个上。
压电电极可以由包括锆钛酸铅(PZT)的压电材料制成。
麦克风可进一步包括:与振动电极连接的第一电极焊盘和与固定电极连接的第二电极焊盘,其中,第一电极焊盘和第二电极焊盘可与半导体芯片电连接。
本公开的示例性实施例提供了以下有益效果:通过实施一种结构使得压电电极实施在固定电极的上部,固定电极的中心部分在振动电极振动所沿的一个方向上弯曲,从而在整个电极区域上振动电极和固定电极之间的间隙保持一致而提高了麦克风的灵敏度。
除上述有益效果之外,可以通过实施本公开示例性实施例所获得或期望的效果将在本公开示例性实施例的具体描述中明确地或隐含地公开。换言之,通过实施本公开示例性实施例所期望的各种效果都将在之后提供的具体描述中公开。
附图说明
图1为根据本公开第一示例性实施例的麦克风的俯视图。
图2为图1的截面图。
图3为根据本公开第二示例性实施例的麦克风的俯视图。
图4A和图4B为根据本公开示例性实施例的麦克风的操作示图。
图5至图9为根据本公开示例性实施例的顺序示出麦克风制造处理的过程示图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图来对本公开的示例性实施例进行描述。然而,应当注意的是,下面提供的附图和详细描述都与用于有效描述本公开特征的各种示例性实施例中的一个优选示例性实施例有关。因此,本公开并不限于下面提供的附图和描述。
图1为根据本公开第一示例性实施例的麦克风的俯视图,并且图2为图1的截面图。
根据本公开第一示例性实施例的麦克风1基于采用MEMS技术的电容型MEMS组件。
参照图1和图2,根据本公开第一示例性实施例的麦克风1包括振动电极10、固定电极20和压电电极30。
振动电极10布置在基板3的上部。
振动电极10通过基板3和振动电极10之间的第一牺牲层S1接合至基板3的上表面。
基板3包括在其中心部分的声孔5并且由硅晶圆制成。
振动电极10覆盖基板3的声孔5。
换言之,振动电极10的一部分通过声孔5暴露在外面。
通过声孔5暴露的振动电极10的一部分根据从声音处理器(未示出)传输的声源而振动。
此时,声孔5为一通道,由外部声音处理器产生的声源通过该通道进入。
在此,声音处理器对用户的语音进行处理并且对应于语音识别设备、免提设备和便携式通信终端中的至少一个。
语音识别设备识别来自用户的语音指令,并且执行与该语音指令相对应的功能。
通过短距离无线通信与便携式通信终端连接的免提设备,使用户无需用手而随意使用该便携式通信终端。
便携式通信终端为允许用户无线通信并且可包括智能手机和个人数字助理(PDA)的设备。
振动电极10为平面圆形。
多个入孔11可形成在振动电极10的对应于声孔5的区域中,所述入孔穿过振动电极10。
振动电极10可由多晶硅材料制成。但是,本公开不必限于该示例性实施例,并且替换地可应用具有导电性的任何材料。
固定电极20布置为在振动电机10的上部处与振动电极10隔开预定距离。
换言之,固定电极20通过布置在振动电极10的上部的第二牺牲层S2与振动电极10隔开。
第一绝缘层I1和第二绝缘层I2分别布置在固定电极20的下表面和上表面。
换言之,固定电极20布置在第一绝缘层I1和第二绝缘层I2之间。
第一绝缘层I1和第二绝缘层I2封装固定电极20并将固定电极20绝缘。
固定电极20可以与振动电极10相同的方式由多晶硅材料制成。然而,本公开不必限于该示例性实施例,并且可替换地应用具有导电性的任何材料。
进一步地,多个气孔21形成在固定电机20的除随后描述的压电电极30在其中形成的部分之外的剩余区域中。
气孔21为空气通过或来自声音处理装置的声源进入的孔。
压电电极30布置在固定电极20的上部。
换言之,压电电极30与在固定电极20上部形成的第二绝缘层I2接触。
此外,第一金属层M1和第二金属层M2分别布置在固定电极30的下表面和上表面上。
换言之,压电电极30布置在下表面的第一金属层M1和上表面的第二金属层M2之间。
此时,示例性实施例假设压电电极30由包括PZT的压电材料制成。但是,本公开不必限于该示例性实施例,而是可以采用能够产生和PZT相同效果的任何材料。
压电电极30以设置在从中心向外的径向方向上的多个杆的形式被成形。
压电电极30可形成在固定电极20上表面之内或相对于固定电极20上表面的区域在固定电极20之外。
压电电极30根据输入电压使固定电极20在一个方向上弯曲。
换言之,通过振动电极10振动时施加的电压,压电电极30和固定电极20一起发生形变。
此时,压电电极30在与振动电极10振动方向相同的方向上发生形变。
因此,在整个电极区域上振动电极10和固定电极20之间的距离保持一致,而与振动电极10的振动无关。
麦克风1包括与振动电极10电连接的第一电极焊盘40a和与固定电极20电连接的第二电极焊盘40b。
第一电极焊盘40a和第二电极焊盘40b被形成为以与外部半导体芯片(未示出)电连接。
图3为根据本公开第二示例性实施例的麦克风的俯视图。
在描述根据图3的第二示例性实施例的麦克风时,为了便于理解,根据图1和图2的第一示例性实施例的麦克风的相同结构和重复描述将省略。
换言之,根据本公开第二示例性实施例的麦克风1在基于根据图1和图2的第一示例性实施例的麦克风的结构的同时,进一步包括柔性弹簧50。
柔性弹簧50被形成为沿着固定电极20的边缘向外延伸。
换言之,柔性弹簧50沿着固定电极20的外周规则地设置在径向设置的压电电极30之间。
柔性弹簧50被形成为当固定电极20和压电电极30一起形变时使固定电极20更容易形变。
两个柔性弹簧50可形成在包括多个杆的每对压电电极30之间。然而,本公开不必限于特定示例性实施例,并且根据需要,可改变柔性弹簧50的数量。
图4A和图4B为根据本公开示例性实施例的麦克风的操作示图。
参照图4A和图4B中所示的根据本公开示例性实施例的麦克风1,振动电极10因为外部声音的进入而振动。根据振动电压信号被施加到压电电极30并且驱动压电电极30。
在此,压电电极30可以与固定电极20在振动电极10弯曲所沿的一个方向上一起发生形变。
例如,压电电极30弯曲以使压电电极30的靠近固定电极的中心部分的部分比其他部分更向上设置,从而使得固定电极20的中心部分向上凸起地发生形变(参见图4A)。
另一方面,压电电极30的弯曲以使靠近固定电极20的一个部分比其他部分更向下设置,从而使得固定电极20的中心部分向下凸起地发生形变(参见图4B)。
换言之,若固定电极20的中心部分向上凸起地弯曲,则压电电极30使固定电极20的中心部分向上凸起地发生形变;以同样的方式,若振动电极10的中心部分向下凸起地弯曲,则压电电极30使固定电极20的中心部分向下凸起地发生形变。
由于压电电极30根据振动电极10的振动使固定电极20发生形变,所以在整个电极区域上振动电极10和固定电极20之间的间隙保持不变。
图5至图9为根据本公开示例性实施例的顺序说明麦克风制造处理的过程示图。
在下文中,将描述一种制造如上述结构的麦克风的方法。
参照图5,在基板3的上部形成第一牺牲层S1。
换言之,在基板3的整个上部沉积第一牺牲层S1。
在第一牺牲层S1的上部上形成振动电极10,并且形成穿过振动电极10的多个入孔11。
参照图6,在振动电极10的上部上形成第二牺牲层S2。
在第二牺牲层S2的上部上形成第一绝缘层I1。
在第一绝缘层I1的上部上形成固定电极20,并且形成同时穿过第一绝缘层I1和固定电极20的多个气孔21。
然后,对第二牺牲层S2和第一绝缘层I1的一部分进行刻蚀,以形成与振动电极10连接的第一电极焊盘槽41a。
在除气孔21以外的第一绝缘层I1和固定电极20的剩余区域和第一电极焊盘槽41a上部形成第二绝缘层I2。
此时,在形成第一绝缘层I1、固定电极20和第二绝缘层I2时,可同时形成根据本公开第二示例性实施例的柔性弹簧50。
可以通过刻蚀第一绝缘层I1、固定电极20和第二绝缘层I2沿着边缘形成期望形状的柔性弹簧50。
可通过向外延伸第一绝缘层I1、固定电极20和第二绝缘层I2并以期望的形状对它们进行刻蚀来形成柔性弹簧。
参照图7,在固定电极20的上部上形成第一金属层M1。
换言之,第一金属层M1与在固定电极20上部上形成的第二绝缘层I2接触。
在第一金属层M1的上部上形成压电电极30。
然后,形成与固定电极20连接的第二电极焊盘槽41b。
然后,形成与振动电极10连接的第一电极焊盘40a和与固定电极20连接的第二电极焊盘40b。
此时,第一电极焊盘40a形成在第一电极焊盘槽41a上,并且第二电极焊盘40b形成在第二电极焊盘槽41b上。
参照图8,通过对基板3的中心部分进行刻蚀形成声孔5。
参照图9,通过移除与声孔5相对应的第一牺牲层S1和第二牺牲层S2在振动电极10和固定电极20之间形成空气层7。
此时,空气层7防止了振动电极10和固定电极20振动时彼此相互接触。
因此,根据本公开示例性实施例的麦克风以及用于制造该麦克风的方法使压电电极30和固定电极20一起在根据外部声音的进入振动电极10振动所沿的一个方向上弯曲,从而使振动电极10和固定电极20之间的距离保持一致。
因此,由于在整个电极区域上振动电极10和固定电极20之间的距离保持一致,从而提高了灵敏度。
虽然已结合目前被视为的实际示例性实施例对本公开进行了描述,但是应理解的是,本公开不限于所公开的实施例,而是相反,本公开旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。
Claims (17)
1.一种麦克风,包括:
振动电极,布置在具有声孔的基板的上部;
固定电极,与所述振动电极的上部隔开基准距离并且具有在所述固定电极的上表面和下表面的每个上的绝缘膜;以及
压电电极,具有布置在从所述固定电极的上部的中心向外的径向方向上的多个杆并且根据输入电压通过在一个方向上弯曲所述固定电极来使所述振动电极和所述固定电极之间的间隔保持一致。
2.根据权利要求1所述的麦克风,其中,
所述振动电极包括穿过与所述声孔相对应的部分的多个入孔。
3.根据权利要求1所述的麦克风,其中,
第一牺牲层布置在所述振动电极和所述基板之间。
4.根据权利要求1所述的麦克风,其中,
所述固定电极通过布置在所述振动电极的所述上部的第二牺牲层与所述振动电极隔开。
5.根据权利要求1所述的麦克风,其中,
所述固定电极具有多个气孔,并且
所述气孔穿过未布置所述压电电极的区域。
6.根据权利要求1所述的麦克风,其中,
所述固定电极进一步包括沿所述固定电极的边缘向外延伸的多个柔性弹簧。
7.根据权利要求6所述的麦克风,其中,
所述柔性弹簧沿着所述固定电极的外周布置在未布置所述压电电极的区域中。
8.根据权利要求1所述的麦克风,其中,
金属层布置在所述压电电极的上表面和下表面的每个上。
9.根据权利要求1所述的麦克风,其中,
所述压电电极由包括锆钛酸铅的压电材料制成。
10.根据权利要求1所述的麦克风,进一步包括,
与所述振动电极连接的第一电极焊盘和与所述固定电极连接的第二电极焊盘,
其中,所述第一电极焊盘和所述第二电极焊盘与半导体芯片电连接。
11.一种用于制造麦克风的方法,所述方法包括以下步骤:
在基板的上部形成振动电极;
在所述振动电极的上部形成固定电极,所述固定电极与所述振动电极隔开基准距离;以及
形成压电电极,所述压电电极具有布置在从所述固定电极的上部的中心向外的径向方向上的多个杆并且根据输入电压通过在一个方向上弯曲所述固定电极来使所述振动电极和所述固定电极之间的间隔保持一致。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,形成所述振动电极的步骤包括:
在所述基板的所述上部上形成第一牺牲层;以及
在所述第一牺牲层的上部形成具有多个入孔的所述振动电极。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,
形成所述固定电极的步骤在所述振动电极的所述上部中形成第二牺牲层,在所述第二牺牲层的上部上形成第一绝缘层,并且然后在所述第一绝缘层的上部中形成具有多个气孔的所述固定电极。
14.根据权利要求13所述的方法,进一步包括,在形成所述固定电极的步骤之后:
通过对所述第二牺牲层和所述第一绝缘层的一部分同时进行刻蚀来形成与所述振动电极连接的第一电极焊盘槽;以及
在所述第一绝缘层和所述固定电极的所述上部的不包括所述气孔的区域和第一电极焊盘槽中形成第二绝缘层。
15.根据权利要求11所述的方法,其中,形成所述压电电极的步骤包括:
在所述固定电极的上部中形成的第二绝缘层的上部中形成第一金属层,并且在所述第一金属层的上部中形成压电电极。
16.根据权利要求15所述的方法,进一步包括,在形成所述压电电极的步骤之后:
当在所述压电电极的上部形成第二金属层时,同时形成与所述振动电极连接的第一电极焊盘以及与所述固定电极连接的第二电极焊盘。
17.根据权利要求11所述的方法,进一步包括,在形成所述压电电极的步骤之后:
通过对基板的中心部分进行刻蚀形成声孔;以及
在所述振动电极和所述固定电极之间的对应于所述声孔的间隔中形成空气层。
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