通风微机电系统装置和制造方法
【专利摘要】一种微机电系统(MEMS)装置包括外壳和底座。该底座包括延伸穿过该底座的端口开口并且该端口开口与外部环境连通。微机电系统管芯被布置在底座上，并且位于开口上方。微机电系统管芯包括振动膜和背板，并且微机电系统管芯、底座和外壳形成后腔。至少一个通风口延伸穿过微机电系统管芯而不穿过振动膜。该至少一个通风口与后腔和端口开口连通，并且被构造成允许后腔和外部环境之间的通风。
【专利说明】通风微机电系统装置和制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]根据35U.S.C.第119条e款，本专利要求于2011年9月23日提交的、题为“通风微机电系统装置和制造方法”的美国临时申请N0.61/538，253的权益，该临时申请的全部内容通过引用被并入本文。
【技术领域】
[0003]本申请涉及一种声学装置，更具体地涉及用于使这些装置通风的方法。
【背景技术】
[0004]各种类型的麦克风和接收器已经使用了多年。在这些装置中，不同的电气部件被一起容纳在外壳或组件中。例如，麦克风除了其它部件之外可以包括具有振动膜的微机电系统(MEMS)装置和集成电路，这些部件被设置在外壳中。其他类型的声学装置可以包括其他类型的部件。这些装置可以用于诸如助听器的听力设备中，或者用于诸如蜂窝式电话和电脑的其它电子装置中。
[0005]麦克风通常使用振动膜，并且振动膜通常被放置在导电板附近。如已知的，当声压移动振动膜时，导电板的电荷因而发生变化以便响应地生成电流，该电流代表声能。振动膜和导电板之间的区域是高电场区域(例如，大约为11伏/3微米或者大约为4X IO6伏/米或40千伏/厘米)。
[0006]通风孔通常形成为贯穿振动膜。这些通风孔用于各种目的。在一种示例中，通风孔是设置用于均衡装置压力的环境通风口。
[0007]尽管振动膜上的通风孔提供了一些优点，但这些通风孔也为颗粒和可冷凝蒸汽创造了从麦克风外部进入高电场区域的路径。如果颗粒或蒸汽成功地进入该高电场区域中，则该装置可能无法正常工作。
[0008]附图描述
[0009]应参照下面的具体描述和附图来更全面地理解本公开，其中:
[0010]图1是根据本发明的不同实施方式的具有侧通风口的微机电系统麦克风系统的框图；
[0011]图2A至2D是根据本发明的不同实施方式的具有侧通风口的微机电系统管芯的各种立体图，其中侧通风口是孔；
[0012]图2E至2H是根据本发明的不同实施方式的具有侧通风口的微机电系统管芯的各种立体图，其中侧通风口是槽；
[0013]图3A至3C是用于构造根据本发明的不同实施方式的侧通风口的制造过程的立体图。
[0014]熟练的技术人员将会理解，附图中的部件出于简化和清楚的目的被示出。还将理解的是，特定的行为和/或步骤可能以特定的发生顺序进行描述和说明，而那些本领域技术人员将会理解，实际上并不要求指定顺序。还将理解的是，除了特定的含义已在本文中列出之外，本文中所使用的术语和表述具有如与其所对应的相应调查和研究领域的术语和表述相符的的普通含义。
【具体实施方式】
[0015]通过微机电系统管芯包括侧通风口来提供方法，其中侧通风口设置用于环境通风来取代通过振动膜的通风口。一个或多个侧通风口不在振动膜中并且不延伸穿过振动膜，而是取而代之地延伸穿过微机电系统管芯(例如用于使后腔通风)。在这种情况下，消除了颗粒穿过振动膜到达装置的敏感区域的能力。本文所描述的方法使得用户对装置的满意度得以提闻。
[0016]本文所提供的方法创建了远离背板周围的敏感区域的通风口。作为补充，可以创建多个孔。此外，使用这些装置的用户无需采取额外的步骤来执行本文所描述的方法。
[0017]微机电系统(MEMS)装置包括外壳和底座。该底座包括延伸穿过该底座的端口开口并且该端口开口与外部环境连通。微机电系统管芯被布置在底座上，并且位于开口上方。微机电系统管芯包括振动膜和背板，并且微机电系统管芯，底座和外壳形成后腔。至少一个通风口延伸穿过微机电系统管芯，而不穿过振动膜。至少一个通风口与后腔和端口开口连通，并且被构造成允许后腔和外部环境之间的通风。
[0018]在其他方面中，敏感区域形成在振动膜和背板之间。振动膜中缺少通风口防止了污染物进入敏感区域中。
[0019]在又另一方面中，至少一个通风口的横截面形状为近似圆形。在又另一示例中，至少一个通风口的横截面形状为槽形。
[0020]在其他方面中，微机电系统装置包括联接至微机电系统管芯的处理装置。在一些示例中，处理装置是集成电路。尽管可以为通风口选取各种尺寸，在一个示例中通风口的直径为大约40微米。
[0021]现在参照图1来描述微机电系统麦克风装置100。该微机电系统麦克风装置100包括外壳102、微机电系统管芯104、底座106和处理装置108。外壳102可以由任何合适的材料，诸如金属构成。微机电系统管芯104 (下面将关于图2对其进行更详细的描述)，端口120，振动膜123，带电背板125、通风孔122和后腔130。如将在下面更详细地描述的，通风孔122设置用于环境通风。如在本文中所使用的，“环境通风”表示麦克风装置的外部环境和后腔之间的一个或多个空气或声音路径。在此，外部环境还包括前腔127。该路径对于空气或声音流动的阻力连同后腔的大小一起来确定低频衰减点。处理装置108可以是各种不同的处理装置，并且一方面可以是为通过微机电系统管芯104获得的信号提供放大功能的电子集成电路。
[0022]在操作中，声音(由箭头标记124指示)经由端口 120进入微机电系统管芯104。端口 120延伸通过外壳进入微机电系统管芯104。声音124使振动膜123移动，从而改变背板125上的电荷，以便创建声音的电流或电压表示。电流或电压被传递至装置108以供进一步处理。通风经由通风孔122沿由箭头标记126指示的方向发生。在一示例中，通风孔122直径大约为40微米。可以是其他尺寸。将被理解的是，尽管关于图1所描述的通风孔122是圆形的或近似圆形，它们可以具有任何规则或不规则的横截面形状，诸如椭圆形、正方形或任何不规则的横截面形状。[0023]将被理解的是，一个或多个侧通风口 122不在振动膜123中，并且不延伸穿过振动膜123，而是取而代之地延伸穿过微机电系统管芯104 (例如用于使后腔130通风)。在这种情况下消除了颗粒经过振动膜123到达装置的敏感区域(例如振动膜123和背板125之间的区域)的能力。
[0024]现在参照图2A至2D根据侧通风口来描述微机电系统管芯200的另一示例。微机电系统管芯200包括振动膜202、包括通风口 206的带电背板204、前腔210和侧通风口212。侧通风口 212延伸穿过微机电系统管芯200。
[0025]在操作中，声音(由箭头标记224指示)经由端口 220(与图1的端口 120相连)进入微机电系统管芯200。声音使振动膜202移动,从而改变充电板204上的电荷，以便创建声音的电流或电压表示。电信号被发送至外部装置(例如图1的外部装置108)以供进一步处理。通风经由孔212沿由箭头标记226指示的方向发生。在一示例中，孔212的直径大约为40微米。可以是其他尺寸。将被理解的是，尽管关于图2A至2D所描述的通风孔是圆形的或近似圆形，它们可以具有任何规则或不规则的横截面形状，诸如椭圆形、正方形或任何不规则的横截面形状。
[0026]将被理解的是，一个或多个侧通风口 212不在振动膜202中，并且不延伸穿过振动膜202，而是取而代之地延伸穿过微机电系统管芯200 (例如用于使前腔210的区域通风)。在这种情况下，消除了颗粒穿过振动膜到达装置的敏感区域(例如充电板204和振动膜202之间的区域208)的能力。
[0027]现在参照图2E至2H根据侧通风口来描述微机电系统管芯200的另一示例。在该示例中，侧通风口 212是槽形的，而不是孔形状的(如图2A至2D中所示)。所有其他的部件与图2A至2D的示例是相同的并且与其相类似地进行操作。因此，将不对这些部件的描述和其操作作进一步说明。
[0028]现在参照图3A至3C来描述制造过程的一个示例。该制造过程可以与美国公开申请N0.20080142475中所使用的过程相同，该美国公开申请的全部内容通过弓I用并入本文中。但也可以使用其他类型的过程或方法。
[0029]如图3A中所不,获得一块娃。例如,可以获得一块具有微机电系统管芯尺寸的娃300。如图3B所示，利用激光切片过程(利用激光器304发射沿由箭头标记308指示的方向移动的聚焦激光束306)在硅300内创建一行改性硅302。还可以在硅300内创建其它行的改性硅。如图3C所示，在完成该过程后，硅300被放置在苛性碱溶液(例如KOH或TMAH)中。在被放入溶液中之后，改性区域302迅速被蚀刻掉，从而留下穿过硅的一个或多个孔。硅300可以被进一步处理/切割以形成微机电系统装置，从而使得通风口是侧通风口，例如，如图1和图2的装置中所示的侧通风口。此外，麦克风装置的剩余元件(例如外壳、振动膜和处理芯片)还可以被组装在一起。
[0030]本文描述了本发明的优选实施方式，包括了
【发明者】已知的用于执行本发明的最佳模式。应该理解的是，所示出的实施方式只是示例性的，不应被看做是对本发明的范围的限制。
【权利要求】
1.一种微机电系统(MEMS)装置,包括: 夕卜壳; 底座，该底座具有延伸穿过该底座的端口开口，其中所述端口开口与外部环境连通； 微机电系统管芯，该微机电系统管芯被布置在所述底座上并且位于所述开口上方，所述微机电系统管芯包括振动膜和背板，其中所述微机电系统管芯、所述底座和所述外壳形成后腔； 至少一个通风口，该至少一个通风口延伸穿过所述微机电系统管芯并且不穿过所述振动膜，所述至少一个通风口与所述后腔和所述端口开口连通，所述至少一个通风口被构造成允许所述后腔和所述外部环境之间的通风。
2.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，在所述振动膜和所述背板之间形成有敏感区域，并且其中在所述振动膜中缺少通风口防止了污染物进入所述敏感区域。
3.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，所述至少一个通风口的横截面形状为近似圆形。
4.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，所述至少一个通风口的横截面形状为槽形。
5.根据权利要求1所述的微机电系统装置，该微机电系统装置还包括联接至所述微机电系统管芯的处理装置。
6.根据权利要求4所述的微机电系统装置，其中，所述处理装置包括集成电路。
7.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，所述至少一个通风口的直径为近似40微米。
【文档编号】B81B7/00GK103917483SQ201280054437
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年9月21日 优先权日:2011年9月23日
【发明者】桑·博克·李 申请人:美商楼氏电子有限公司