[发明专利]微型电声波元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型电声波元件，特别是涉及一种具有低弹簧系数结构的微型电声波元件，其具有高灵敏度与变形量的效能。

背景技术

电容式麦克风芯片以硅微细加工技术与集成电路(IC)制作工艺技术整合而成的声波传感器(Acoustic Transducer)，具有质量轻、体积小、信号品质佳等优点，在民生家电产品应用上，由于手机的需求目益增大且声音品质要求日益增高，加上助听器的市场与技术已开始蓬勃发展，电容式麦克风芯片已经渐渐成为麦克风芯片的主流。就市场的角度而言，根据Digitimes公司市场趋势报告中关于移动电话手机部分，预估2004年北美麦克风芯片(Microphone Chips)市场，将达五亿个的水准，而从2004年到2009年每年将以20％朝向市场稳定成长。手机上的麦克风的应用属于目前市场上的主流。

由于以硅为基材的集成电路制作工艺较便宜，大量地使用于电子产品中，及其应用领域不断的向外扩张，将来更有大量的应用会以硅为基材的制作工艺制作，并搭配CMOS制作工艺将读取电路直接整合于一颗芯片上，加上台湾已成为全球第一大半导体代工厂约为目前市场的60～70％的代工率，将来势必可量产并加速其商品化时程。因此若在麦克风的布局上，要避开与区隔各家大厂的元件设计，必须先取得元件端的新颖设计与制造先机，才能赢得在麦克风元件市场上的优势，与瓜分占有率的能力。

目前麦克风元件结构的应用在产品的量产上，仅限于少许几种的结构，这也是由于目前踏入MEMS(Microelectromechanical Systems)麦克风的厂商只有少许数几家厂商之故，如Knowles公司、Infineon公司或是Sonion公司等，而市面上大部分的封装方式仍以Knowles开发的设计为主。

请参照图1到图3，其绘示Knowles公司的麦克风结构设计。此声波传感器(Acoustic Transducer)10包括导电薄膜(Conductive Diagram)12与具有穿孔的构件(Perforated Member)40，由基底30所支撑，而通过空气间隙(AirGap)20所隔离。而一个非常薄的空气间隙22则存在导电薄膜12与基底30之间，以便让此薄膜12能够自由地上下移动，并且使薄膜12从基底30减少震动(Decouple)。而许多的突起(Indentation)13则形成于薄膜12之下，以避免薄膜12与基底30之间的吸附现象。

薄膜12的横向移动被构件40的支持部41所限制，而此可当成是薄膜12与构件40之间适当的启始空间，而此支持部41可以是圆环(Ring)构造或是许多凸块(Bump)构造。若支持部41是圆环构造，则当薄膜12靠在支持部41上时，则会形成紧密的声音密封空间，会导致声波传感器具有控制非常好的低频下降率(Roll-off)。薄膜12与基底30之间具有一个介电层31。而导电电极(Conducting Electrode)42是固定在不导电之构件40下。而此构件40具有数个孔洞21，而薄膜12也有数个孔洞，用以与构件40的孔洞21形成声音流动的通路14。

Knowles公司的麦克风结构设计主要是针对背板(back plate)的指撑式结构设计，来增加背板的强度，以减少背板阻抗。而薄膜(Membrane)采减少残留应力(residual stress)的设计方式，采取一般的圆形薄膜设计。薄膜仅做于简单的支撑，其结构虽能避免残留应力的问题与较高的自然频率响应，但是其设计的有效变形量与灵敏度仍尚嫌不足。

请参照图4，其绘示Knowles公司的另一麦克风结构设计。基本上与图1-3的结构相同，唯一的差异是此薄膜12是通过数个弹簧结构(Spring)11连接到基底30之上，以便减轻薄膜内在应力(Intrinsic Stress)，以及从基底30或是装置封装后所产生的应力。

传统麦克风元件设计采用简单固定的薄膜设计，虽然有增加薄膜灵敏度的设计方法，如指撑式(Finger)结构，请参照图5所示，其中薄膜510具有指撑的结构。或者是皱折式(corrugated)结构，请参照图6所示，其中薄膜610具有皱折的结构。但是大部分的设计都有其缺点，指撑式的薄膜，其薄膜较软较为灵敏，但是却是具较低的共振频率响应，而且易于断裂。皱折式薄膜设计，虽可以有效降低残留应力的影响，使薄膜灵敏度变的较大，但是其制作工艺较复杂，加工不易，且增加灵敏度有限。

发明内容