帶閥門機制的mems器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)器件，更具體地，涉及帶閥門機制的MEMS器件。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS麥克風(fēng)，也稱聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，已經(jīng)研發(fā)多年了。MEMS麥克風(fēng)已廣泛應(yīng)用于許多應(yīng)用中，諸如手機、平板電腦、相機、助聽器、智能玩具以及監(jiān)視裝置等。
[0003]專利號為US6，781，231的美國專利公開了一種MEMS封裝件，包括表面安裝部件(例如，娃基電容式麥克風(fēng)和集成電路)、襯底、具有內(nèi)杯和外杯的蓋子，以及形成在蓋子中以用于接收聲學(xué)信號的孔或聲學(xué)端口，其中，蓋子附接于襯底以形成殼體?？谆蚵晫W(xué)端口可被認為是允許聲能進入殼體內(nèi)部的自由的“聲音端口 ”路徑。每一聲學(xué)端口可包括設(shè)置在內(nèi)杯和外杯之間的環(huán)境阻擋層以阻止水、粒子和/或光進入到封裝件中并損壞內(nèi)部部件。然而，環(huán)境阻擋層會阻礙空氣流通過聲音端口進入到殼體內(nèi)部，從而降低聲學(xué)信號到達微機電系統(tǒng)麥克風(fēng)的性能。
[0004]專利號為US6，324，907的美國專利公開了一種柔性襯底聲電轉(zhuǎn)換組件。柔性襯底提供了聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與用于容納聲電轉(zhuǎn)換組件的電子設(shè)備之間的連接性。多個通孔形成在柔性襯底的第二端部中以形成連通到外部環(huán)境的第一通道。然而，一個不期望的問題是由于墜落測試造成的空氣壓力脈沖使得很容易損壞聲學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的聲電轉(zhuǎn)換元件的振膜。
[0005]專利申請?zhí)枮閃0 2013/097135的專利申請文獻也公開了一種MEMS麥克風(fēng)，包括硅襯底以及硅襯底上的聲學(xué)傳感部。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)背孔，具有多個網(wǎng)梁以及由網(wǎng)梁和側(cè)壁限定的多個網(wǎng)孔，形成在襯底中并且與聲學(xué)傳感部對準。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)背孔有阻于使空氣壓力脈沖流線型化，并因此減少對聲學(xué)傳感部的影響；而且它也能用作保護性過濾器以阻止諸如顆粒的外部物質(zhì)進入麥克風(fēng)。
[0006]然而，上述兩種方法的缺點在于諸如顆粒的外部物質(zhì)容易通過諸如柔性襯底中的孔和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)背孔的網(wǎng)孔等聲音端口陷入到MEMS麥克風(fēng)的振膜，特別是在由于掉落測試造成的高空氣壓力脈沖下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在提供一種具有閥門機制的MEMS器件。該MEMS器件可以提供使內(nèi)部部件(例如換能器芯片)免受強空氣流脈沖或強聲壓的保護。
[0008]本發(fā)明的一個目的在于提供這樣一種MEMS器件，包括:印刷電路板；蓋子，所述蓋子附接至印刷電路板從而形成殼體；形成在所述殼體中的至少一個聲孔；位于所述殼體內(nèi)部、具有振膜的聲電轉(zhuǎn)換芯片；以及位于所述殼體內(nèi)部的至少一個快門結(jié)構(gòu)。每個快門結(jié)構(gòu)可圍繞相對應(yīng)的聲孔安裝到殼體上。每個快門結(jié)構(gòu)包括襯底，具有形成在其中的至少一個通風(fēng)孔；可移動部件，所述可移動部件包括形成在其中的空氣間隙和可移動部分。所述可移動部件連接在所述襯底和所述殼體之間。所述可移動部分在常規(guī)壓力下保持在打開位置使得始自聲孔并經(jīng)過所述可移動部件的至少一個空氣間隙到所述襯底的至少一個通風(fēng)孔的空氣流路徑被打開，在高外部壓力下移動到第一關(guān)閉位置以阻塞所述襯底的至少一個通風(fēng)孔并因而關(guān)閉所述空氣流路徑。
[0009]在一可選實施方式中，所述至少一個聲孔包括形成在印刷電路板中的第一聲孔，以及，所述至少一個快門結(jié)構(gòu)包括與所述第一聲孔對應(yīng)的第一快門結(jié)構(gòu)，并且所述第一快門結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述印刷電路板的第一聲孔上方。而且，所述聲電轉(zhuǎn)換芯片設(shè)置在所述第一快門結(jié)構(gòu)的襯底上。
[0010]在另一可選實施方式中，所述至少一個聲孔包括形成在所述蓋子中的第二聲孔，以及，所述至少一個快門結(jié)構(gòu)包括與所述第二聲孔對應(yīng)的第二快門結(jié)構(gòu)。所述第二快門結(jié)構(gòu)的可移動部件可接合至所述蓋子的內(nèi)表面并且位于所述第二聲孔上方，以及，所述聲電轉(zhuǎn)換芯片設(shè)置在所述印刷電路板上方。
[0011]在一實施方式中，每個快門結(jié)構(gòu)還包括第一間隔件，其具有由側(cè)墻封閉的第一開口。所述可移動部分與所述襯底平行。第一間隔件連接在所述襯底和所述可移動部件之間以使得在常規(guī)壓力下空氣流穿過第一開口至所述至少一個通風(fēng)口，以及在高外部壓力下所述可移動部分移動穿過第一開口。
[0012]在一實施方式中，MEMS器件還包括第二間隔件，具有由側(cè)墻封閉的第二開口，其中所述第二間隔件連接在所述殼體和每個快門結(jié)構(gòu)的可移動部件之間以使得在常規(guī)壓力下從所述聲孔來的空氣流穿過第二開口。
[0013]在一實施方式中，對第一聲孔開放的凹槽形成在印刷電路板的上部。所述第一快門結(jié)構(gòu)圍繞所述凹槽設(shè)置，并因而所述可移動部件的可移動部分懸在所述凹槽上方。
[0014]在一實施方式中，所述可移動部件還包括位于所述可移動部件的周邊邊緣并且連接到襯底的固定部分?？梢苿硬糠治挥诳梢苿硬考闹行牟课?。所述至少一個空氣間隙將所述固定部分與所述可移動部分間隔開?？蛇x地，所述可移動部件還包括連接在所述固定部分和所述可移動部分之間的彈簧以便于高外部壓力下可移動部分的移動。
[0015]在一實施方式中，可移動部件的可移動部分可以是單個可移動板或者可移動板陣列。
[0016]在一實施方式中，可移動部件的可移動部分可以是與所述聲孔和所述至少一個通風(fēng)孔連通的穿孔板。
[0017]在一實施方式中，每個快門結(jié)構(gòu)的可移動部件的可移動部分在高內(nèi)部壓力下可移動到第二關(guān)閉位置以阻塞相應(yīng)的聲孔。
[0018]在一實施方式中，一旦去除所述該外部壓力或內(nèi)部壓力，可移動部分可回到所述打開位置以打開所述空氣流路徑。
[0019]在一實施方式中，該高外部壓力或內(nèi)部壓力可以是常規(guī)聲壓水平的約500倍以上的聲壓或者大于約1.2個標準大氣壓的空氣壓力。
[0020]本發(fā)明的另一個目的是提供一種MEMS器件，包括:印刷電路板；蓋子，附接至所述印刷電路板從而形成殼體；形成在所述殼體中的第一通孔；快門結(jié)構(gòu)，具有可移動部分，支撐部分和形成在所述可移動部分和支撐部分之間的至少一個空氣間隙。所述快門結(jié)構(gòu)圍繞所述第一通孔設(shè)置并通過所述支撐部分接合至所述殼體以提供始自所述第一通孔后穿過所述快門結(jié)構(gòu)的至少一個空氣間隙至所述殼體的內(nèi)部的空氣流路徑。所述快門結(jié)構(gòu)的可移動部分在常規(guī)壓力下保持在打開位置以打開空氣流路徑，以及在高壓力下移動到關(guān)閉位置以關(guān)閉空氣流路徑。
[0021]在一實施方式中，所述快門結(jié)構(gòu)通過第一間隔件接合至所述殼體的外表面，所述第一間隔件具有由側(cè)墻封閉的第一開口，并且所述快門結(jié)構(gòu)的可移動部分在高壓下移動穿過第一開口至關(guān)閉位置以阻塞第一開口。
[0022]在一實施方式中，快門結(jié)構(gòu)接合至殼體的內(nèi)表面。所述快門結(jié)構(gòu)的支撐部分包括具有至少一個通風(fēng)孔且與所述可移動部分平行的襯底；具有由側(cè)墻封閉的第二開口的第二間隔件，所述第二間隔件連接在所述襯底和所述可移動部分之間，使得在常壓下空氣流可按順序通過第一通孔、至少一個空間間隙、第二開口和至少一個通風(fēng)孔并進入到所述殼體的聲學(xué)腔室，以及在高壓下可移動部分可向襯底移動并穿過所述第二開口以阻塞至少一個通風(fēng)孔。
[0023]在一實施方式中，所述MEMS器件進一步還包括具有振膜的聲電轉(zhuǎn)換芯片，所述聲電轉(zhuǎn)換芯片設(shè)置在所述殼體內(nèi)部且位于印刷電路板上方。
[0024]在一實施方式中，所述高壓可以是常規(guī)聲壓水平的約500倍以上的聲壓以及大于約1.2個標準大氣壓的空氣壓力。
[0025]在一實施方式中，所述快門結(jié)構(gòu)應(yīng)用于CMOS集成單片麥克風(fēng)器件、MEMS麥克風(fēng)器件或者其他的MEMS器件。
[0026]本發(fā)明的另一目的是提供一種聲電轉(zhuǎn)換器件，包括具有振膜的聲電轉(zhuǎn)換元件和快門結(jié)構(gòu)。所述快門結(jié)構(gòu)包括襯底，具有形成在其中的至少一個孔；可移動部件，具有形成在其中的至少一個空氣間隙和可移動部分，所述可移動部件接合至所述襯底的第一表面使得在所述可移動部件和所述襯底之間形成封閉的空間。所述聲電轉(zhuǎn)換元件接合至所述襯底的第二表面，并且所述聲電轉(zhuǎn)換元件的振膜面朝第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對。所述可移動部分在常壓下保持在休息位置以提供從可移動板的至少一個空氣間隙穿過所述襯底的至少一個孔至所述聲電轉(zhuǎn)換元件的振膜的空氣流路徑，以及在高壓力下朝襯底移動并穿過所述封閉空間以阻塞所述襯底的至少一個孔。
[0027]在一個實施方式中，可移動部件的可移動部分可以是單個可移動板或者可移動板陣列。