加固的背板和将该背板用于声学装置中的方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及声学装置，更具体地，涉及这些设备的背板。
【背景技术】
[0002]多年来已使用各种类型的声学装置。声学装置的一种示例是麦克风。通常来讲，麦克风将声波转换为电信号。麦克风有时包括多个部件，所述部件包括微机电系统(MEMS)和集成电路(例如，专用集成电路(ASIC))。MEMS芯片(die)通常具有设置于其上的振膜和背板。声音能量的改变使振膜移动，这改变牵涉背板的电容，由此产生电信号。MEMS芯片通常与ASIC —起设置于底座或者基板上，然后二者一起由盖或者罩围起来。
[0003]如所述的，背板通常用于这些设备中。背板通常是非常灵敏的部件。在一些应用中，以及对于某些类型的设备，对设备进行测试。例如，进行掉落测试。在掉落测试中，背板与它设置于其中的设备(例如，蜂窝电话或个人计算机)一起掉落。虽然这有助于确定设备是否适合于期望的目的或者符合工业标准，但是当掉落发生时，振膜可能受到向上的力并接触背板。当这发生时，背板会破碎。
[0004]解决这些和其它问题以缓解背板的脆弱性的之前方法通常都不够成功。这已经导致一些用户对这些之前方法表示不满。
【发明内容】
[0005]描述了如下方法，所述方法沉积延展性金属或者其它合适的材料以覆盖背板的台阶高度，从而减少破碎或其他损坏的可能性。文中描述的方法成本高效、易于实现、并显著减少(或者减轻)在声学装置(例如麦克风)的使用寿命期间背板的损坏。
[0006]在很多实施方式中，一种用在微机电系统(MEMS)麦克风上的背板包括:传导层；机械支撑层，该机械支撑层靠近所述传导层布置；至少一个柱，所述至少一个柱形成所述机械支撑层的凹槽，所述至少一个柱绕所述背板的周边设置；以及材料沉积层，该材料沉积层至少部分地设置在所述柱的所述凹槽中。所述材料沉积层对施加于所述至少一个柱的力提供缓冲。
[0007]在一些方面，所述传导层由多晶硅构成。在其它方面，所述机械支撑层由氮化硅构成。
[0008]在其它示例中，所述背板还包括至少一个孔，所述至少一个孔设置为穿过所述传导层和所述机械支撑层。在一些方面，所述至少一个孔用于提供声音传输、压力释放和压力均衡中的至少一种。
[0009]在其它示例中，所述至少一个柱形成或呈现台阶状剖面。在一些其它示例中，所述力由移动的振膜施加。
[0010]在一些方面，所述至少一个柱用于支撑所述氮化硅层。在其它示例中，所述至少一个柱包括多个柱，并且所述多个柱围绕中心轴线放射状地间隔开。
[0011 ] 在一些方面，所述材料沉积层是延展性金属材料。在其它示例中，所述延展性金属材料是金。
【附图说明】
[0012]为了更全面地理解本公开内容，将参考以下详细说明和附图，其中:
[0013]图1A包括根据本发明各种实施方式的麦克风的多个部分的立体图；
[0014]图1B包括根据本发明各个实施方式的图1A的麦克风的剖视图；
[0015]图2包括根据本发明各个实施方式的背板的剖视立体图；
[0016]图3包括根据本发明各个实施方式的图2的背板的俯视图。
[0017]本领域技术人员将理解，为了简明，附图中的元件是示意性的。还将理解，可能以特定发生顺序说明或者描述某些动作和/或步骤，但是本领域技术人员将理解关于顺序的这种专一性实际不是必须的。还将理解，文中使用的术语和表达具有通常含义，正如针对它们对应的各自调查研宄领域给予这些术语和表达的含义，除非文中另外提出特定含义。
【具体实施方式】
[0018]现在参考图1A和图1B，微机电系统(MEMS)麦克风100包括基板102。基板102可以是任意类型的底座，例如印刷电路板。基板的其它示例是可能的。
[0019]设置于基板102上的是MEMS芯片104。MEMS芯片104包括振膜106和背板108。如下面将更详细讨论的，柱(和材料层)支撑背板108的部件，为背板108有效地提供支撑结构。在一个方面，延展性金属沉积于柱周围，这减少了损坏背板108的可能性。声音通过开口 103进入麦克风100，该开口延伸穿过基板102。替代地，开口 103可以延伸穿过盖或罩111，该盖或罩覆盖基板102和覆盖设置于基板102上的元件。
[0020]当在剖视图中观察时，柱呈现“台阶状剖面”。如上所述，柱帮助支撑和保护背板(以及构成背板的层或膜)。柱具有这样的表面，当振膜被各种力(例如，麦克风掉落时巨大的压力变化)移动时，振膜可能撞击所述表面。在不使用本方法的情况下，可能发生对各个部件的破坏。
[0021]在一个方面，以及为了解决这个和其他问题，沉积附加材料以加固柱的台阶状剖面，执行这个以减少(组成背板的膜)膜破裂的可能性。当振膜撞击背板108时，所述材料实际上提供缓冲垫来吸收或者消散振膜的力。在这些方面，在柱的台阶状剖面上提供加固材料层。
[0022]专用集成电路(ASIC) 109也设置于基板102上。ASIC 109可以执行各种信号处理功能，以提到它的用途的一个示例。MEMS芯片104通过导线110连接至ASIC108。ASIC108通过导线112连接至基板。
[0023]麦克风100的一个操作示例中，声音进入开口 103并移动振膜106。振膜106的移动改变牵涉背板108的电容，由此产生电信号。电信号可以通过导线110传送至ASIC 109。在ASIC 109处理信号之后，处理过的信号通过导线112发送，该导线连接至基板102的底部上的焊点。用户可以将其他电子器件连接至这些焊点。例如，麦克风可以设置在蜂窝电话或者个人计算机中，这些装置的合适电路可以连接至焊点。
[0024]现在参考图2和图3，描述了具有膜的背板的一个示例，该背板具有台阶状剖面加固。背板200包括多晶硅层202、氮化硅层204、和声音孔206。
[0025]多晶硅层202的功能是获取和感知由振膜移动产生的信号。
[0026]氮化硅层204的功能是机械支撑多晶硅层202，以及通过柱210提供振膜结合。
[0027]孔206的功能是提供声音传输、压力释放和/或压力均衡。
[0028]柱210为背板200的各个部件(例如，膜和层)提供支撑。在这些方面，柱210支撑背板200的氮化硅层204和多晶硅层202。柱210由材料层214加固。材料层214是对施加到柱上的力提供缓冲的额外材料。用于材料层214的材料是结构上坚固的，并且加固背板200的台阶状剖面216。在一个示例中，用于材料层214的材料是金，金具有良好延展性，不易断裂。材料的其它示例也可以使用。材料层214设置为形成一个环218。
[0029]柱210包括挡板(或表面)212，该挡板随着振膜移动并撞击背板200而撞击振膜220。换句话说，一旦施加大力，振膜220沿着箭头222所示的方向移动并且撞击挡板212。使用本方法，台阶状剖面的薄弱由材料层214加固，以提高可靠性。由此，如果振膜220撞击背板200，那么不会发生损坏(例如，背板200不会破碎)。
[0030]如图所示，柱210可以设置成围绕背板200的材料加固环218。加固材料214缓冲柱210，从而减少或者消除振膜220的撞击力。
[0031]文中描述了本发明的优选实施方式，包括发明人所知的实现本发明的最佳方式。应当理解，示出的实施方式仅仅是示意性的，不应当用于限制本发明的范围。
[0032]相关申请的交叉引用
[0033]本申请请求2014年4月10日提交的、名称为“加固的背板和将该背板用于声学装置中的方法”的美国临时申请第61/977，860号的优先权，该美国临时申请的内容通过引用全文纳入本文。
【主权项】
1.一种用在微机电系统麦克风上的背板，所述背板包括: 传导层； 机械支撑层，该机械支撑层靠近所述传导层布置； 至少一个柱，所述至少一个柱形成所述机械支撑层的凹槽，所述至少一个柱绕所述背板的周边设置； 材料沉积层，该材料沉积层至少部分地设置在所述柱的所述凹槽中； 其中，所述材料沉积层对施加于所述至少一个柱的力提供缓冲。2.根据权利要求1所述的背板，其中，所述传导层由多晶硅构成。3.根据权利要求1所述的背板，其中，所述机械支撑层由氮化硅构成。4.根据权利要求1所述的背板，所述背板进一步包括至少一个孔，所述至少一个孔设置为穿过所述传导层和所述机械支撑层。5.根据权利要求4所述的背板，其中，所述至少一个孔用于提供声音传输、压力释放和压力均衡中的至少一种。6.根据权利要求1所述的背板，其中，所述至少一个柱形成或呈现台阶状剖面。7.根据权利要求1所述的背板，其中，所述力由移动的振膜施加。8.根据权利要求1所述的背板，其中，所述至少一个柱用于支撑所述机械支撑层。9.根据权利要求1所述的背板，其中，所述至少一个柱包括多个柱，并且所述多个柱围绕中心轴线放射状地间隔开。10.根据权利要求1所述的背板，其中，所述材料沉积层是延展性金属材料。11.根据权利要求8所述的背板，其中，所述延展性金属材料是金。
【专利摘要】本发明涉及一种用在微机电系统(MEMS)麦克风上的背板，该背板包括：传导层；机械支撑层，该机械支撑层靠近所述传导层布置；至少一个柱，所述至少一个柱形成所述机械支撑层的凹槽，所述至少一个柱绕所述背板的周边设置；以及材料沉积层，该材料沉积层至少部分地设置在所述柱的所述凹槽中。所述材料沉积层对施加于所述至少一个柱的力提供缓冲。
【IPC分类】H04R19/04
【公开号】CN104980860
【申请号】CN201510223859
【发明人】邵宁, E·J·劳滕施拉格尔
【申请人】美商楼氏电子有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年4月8日