一種用于硅麥克風(fēng)的振膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種硅麥克風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種經(jīng)過優(yōu)化的硅麥克風(fēng)振膜。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電(MEMS micro-electro-mechanical system)麥克風(fēng)或稱娃麥克風(fēng)因其體積小、適于表面貼裝等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于平板電子裝置的聲音采集，例如:手機(jī)、MP3、錄音筆和監(jiān)聽器材等。相關(guān)技術(shù)中，硅電容麥克風(fēng)包括敏感結(jié)構(gòu)、配套集成電路和封裝部件，敏感結(jié)構(gòu)又包括基底、背極板和振膜。其中，振膜是硅電容麥克風(fēng)的核心部件，既需要靈敏地敏感聲壓信號(hào)并將之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，又需要在外界風(fēng)壓吹擊、跌落沖擊的應(yīng)力和內(nèi)部加工工藝釋放應(yīng)力作用后保持性能基本不變地正常工作。振膜在正常工作時(shí)，同時(shí)受電學(xué)信號(hào)產(chǎn)生的靜電力和聲學(xué)信號(hào)產(chǎn)生的聲強(qiáng)力作用而變形。敏感結(jié)構(gòu)將這變形轉(zhuǎn)化為電容變化信號(hào)，配套集成電路將膜片受聲強(qiáng)力作用而變形對(duì)應(yīng)的電容變化信號(hào)檢測(cè)出來并轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)輸出。
[0003]本實(shí)用新型關(guān)注的是通過設(shè)置振膜本身的形狀優(yōu)化其力學(xué)特性，從而釋放應(yīng)力優(yōu)化振型。這是決定振膜敏感振型并抑制其他不需要振型的關(guān)鍵技術(shù)，直接與硅電容麥克風(fēng)的靈敏度、線性度、信噪比、吸合電壓、敏感電容、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等指標(biāo)相關(guān)。
[0004]傳統(tǒng)的硅麥克風(fēng)一般是制作光滑振膜，因?yàn)檫@樣的振膜制作在工藝上實(shí)現(xiàn)難度最低也最直觀，或如中國(guó)專利CN203206466U在振膜上設(shè)置一些細(xì)長(zhǎng)的褶皺，或如中國(guó)專利CN10157285A在振膜邊緣設(shè)計(jì)一些梁結(jié)構(gòu)來釋放應(yīng)力優(yōu)化振型。
[0005]然而，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，已有的這些優(yōu)化手段雖然有效，但是由于振膜是較薄的膜片，所設(shè)置的優(yōu)化結(jié)構(gòu)只對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)附近的振膜有較佳的改善作用，對(duì)于離優(yōu)化結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)的區(qū)域的影響較小。因此，有必要針對(duì)此問題提供一種新型的振膜，使其在振膜上所有需要優(yōu)化的區(qū)域均能夠得到較佳的改善作用，并且為保證新振膜方案的可替代性，所提供的新方案需克服或避免優(yōu)化結(jié)構(gòu)本身引入的新問題，并與已有硅麥克風(fēng)的典型制備工藝兼容以保證較低的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于硅麥克風(fēng)的振膜，能在現(xiàn)有工藝水平下改善振膜振型，優(yōu)化力學(xué)我，從而優(yōu)化靈敏度、線性度、信噪比、敏感電容、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等指標(biāo)。
[0007]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種用于硅麥克風(fēng)的振膜，所述振膜包括基面和設(shè)置在所述基面同側(cè)的多個(gè)空心突起，所述空心突起具有凹面、底面和側(cè)壁，所述凹面與所述基面位于同一平面上，所述底面與所述基面相平行；所述空心突起的高度高于所述基面厚度的1.5倍；所述凹面或者所述底面之中的面積較大者所具有的最大直徑處于0.5-50微米范圍內(nèi)，且所述面積較大者所具有的最大直徑和最小直徑之比不大于5:1。進(jìn)一步的力學(xué)分析指出，當(dāng)所述的空心突起的高度小于基面厚度1.5倍時(shí)，突起對(duì)其周邊區(qū)域的力學(xué)特性影響非常依賴于突起高度，這會(huì)對(duì)突起的高度有很高的精度要求，相當(dāng)于在現(xiàn)階段增加了工藝的成本。空心突起在尺寸小于0.5微米時(shí)會(huì)受到較大的工藝波動(dòng)影響；而在大于50微米時(shí)其工藝分布的不一致性也會(huì)體現(xiàn)到單個(gè)突起上，從而影響其優(yōu)化振膜力學(xué)特性的技術(shù)效果；在突起的長(zhǎng)寬比超過5倍時(shí)，突起對(duì)其長(zhǎng)寬兩個(gè)方向的力學(xué)特性影響差異較大，且對(duì)工藝誤差的敏感程度不一致。
[0009]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中所述振膜的材料為摻雜多晶硅。一般地，用于振膜的材料有慘雜多晶娃、慘雜單晶娃和金屬。多晶娃是各向同性材料，單晶娃是各向異性材料，而金屬材料的變形中有較高的塑性變形成分，后兩者都將由于材料本身引入較為復(fù)雜的力學(xué)特性。因此，在這三種材料中，摻雜多晶硅作為各向同性彈性材料，對(duì)于設(shè)置振膜力學(xué)特性最為便利。
[0010]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中所述空心突起的基面和側(cè)壁之間的夾角在45度-135度之間。。所述的夾角如果太小，則易導(dǎo)致應(yīng)力集中，振膜可靠性受到影響；所述夾角如果太大，則工藝實(shí)現(xiàn)將受較大影響。
[0011]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中所述振膜的空心突起的高度超過基面厚度的2倍。前文已提及，所述的空心突起的高度小于基面厚度1.5倍時(shí)，突起對(duì)其周邊區(qū)域的力學(xué)特性影響非常依賴于突起高度；進(jìn)一步力學(xué)分析結(jié)果顯示，所述的空心突起的高度大于基面厚度2倍時(shí)，突起對(duì)其周邊區(qū)域的力學(xué)特性影響對(duì)突起高度的依賴性很小，這樣就可以根據(jù)工藝需要設(shè)置突起高度，且可保證高度方向上的工藝誤差對(duì)振膜力學(xué)特性影響很小。
[0012]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中所述空心突起中凹面或底面的形狀可以為圓形或凸多邊形。凹多邊形在邊角處易導(dǎo)致應(yīng)力集中，使振膜可靠性受到影響。
[0013]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中相鄰兩個(gè)空心突起之間的最小邊距不小于所述基面厚度的3倍。力學(xué)分析顯示，相鄰兩個(gè)突起邊緣的距離小于基面厚度的3倍時(shí)，相鄰兩個(gè)突起的力學(xué)特性將由于距離過近相互影響，從而使振膜的力學(xué)特性受到耦合式的改變，這將引入額外的設(shè)計(jì)理論，增加了力學(xué)模型的復(fù)雜程度。
[0014]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中所述多個(gè)空心突起具有相同的尺寸形狀且按等間距排列。此時(shí)所有的突起及其排列方式相同，受工藝誤差影響都較小，可以較準(zhǔn)確地計(jì)算設(shè)置突起后振膜的力學(xué)特性。
[0015]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中所述多個(gè)空心突起隨著距離振膜中心位置的不同而設(shè)置不同的排列間距。。由于一般振膜力學(xué)變形情況為與離膜片中心遠(yuǎn)近的有關(guān)，因此對(duì)振膜各個(gè)局部的力學(xué)特性優(yōu)化的需求也與離膜片中心的遠(yuǎn)近有關(guān)，故可按離膜片中心遠(yuǎn)近的關(guān)系設(shè)置排列間距。
[0016]優(yōu)選的用于硅麥克風(fēng)的振膜，其中所述多個(gè)空心突起隨著距離振膜中心位置的不同而設(shè)置不同的尺寸和形狀。由于一般振膜力學(xué)變形情況為與離膜片中心遠(yuǎn)近的有關(guān)，因此對(duì)振膜各個(gè)局部的力學(xué)特性優(yōu)化的需求也與離膜片中心的遠(yuǎn)近有關(guān)，故可按離膜片中心遠(yuǎn)近的關(guān)系設(shè)置突起尺寸和形狀。
[0017]由于采用上述技術(shù)方案和通用的MEMS制備方法，在振膜上設(shè)置突起并使用與