[发明专利]微机电电容式麦克风

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电电容式麦克风，尤其涉及一种振膜平整度高且应力残留度低的微机电电容式麦克风。

背景技术

电子产品的发展趋势一向朝体积轻薄、效率提升的方向前进，麦克风的演进亦不例外。麦克风用以接收声音并将其转换为电气信号，在日常生活中应用广泛，例如装置于电话、手机、录音笔等。以电容式麦克风为例，声音的变化会以音波形式迫使薄膜结构产生相对应的变形，薄膜结构的变形会导致电容发生变化，因此，可借感测电容变化而读出压差值从而获知声音的变化。

相较于传统驻极电容式麦克风(electret condenser microphone，ECM)，微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)式麦克风可利用集成电路的工艺技术，将机械元件与电子元件整合于一半导体材料上，借此制作出微型的麦克风，因此渐成微型麦克风的主流。微机电式麦克风除重量轻、体积小、省电外，尚具备的优点包括：其可利用表面黏着(surface mount)方式生产、能够忍受较高的回焊温度(reflow temperature)、易于与互补式金属氧化物半导体(CMOS)工艺以及其它音讯电子装置整合，以及具有较佳的抗射频(RF)和电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)的特性。

图1示出了一现有的微机电电容式麦克风1的构造示意图，其包括一背极板(back-plate)2、一可挠式振膜(membrane ordiaphragm)3以及一间隔件4。其中，该间隔件4设置于背极板2与可挠式振膜3之间，使可挠式振膜3的周缘可承靠固定于该间隔件4，并与背极板2相互绝缘隔离并平行设置，彼此分别形成一平行电容板结构的上电极与下电极；背极板2对应于可挠式振膜3处开设有多个音孔(air hole)5，该些音孔5贯通背极板2，并连通开设于一硅基板6的一背腔(back chamber)7。

分别对该背极板2与可挠式振膜3施加电压，可使其电性相异并带有电荷，形成一电容结构。根据平行电极板的电容公式：C＝εA/d(其中ε为介电系数(dielectric constnt)、A为两电极板重合面积、d为两电容板之间距(gap))，可知两电容板间的间距变化将改变电容值。借此，当一音波作用于可挠式振膜3而造成该可挠式振膜3振动、形变时，可挠式振膜3与背极板2之间的间距将会改变，使得电容的变化而可转换成电气信号输出。位于可挠式振膜3与背极板2之间受扰动、压缩的空气，则可自该些音孔5释放至该背腔7，避免气压变动过大而损坏可挠式振膜3和背极板2的结构。

请配合参阅图2，其示出了一微机电电容式麦克风1的封装示意图。该微机电电容式麦克风1设置于一基板8上，并封装于一金属盖体9形成的容置空间内。其中，微机电电容式麦克风1的可挠式振膜3与背极版2分别电性连接至一转换芯片10，使背极板2与可挠式振膜3之间的电容变化可通过该转换芯片10转换成电气信号而输出。

现有的微机电电容式麦克风借助音压造成可挠式振膜形变的特性，来获致可挠式振膜与背极板间的电容改变。然而，以薄膜沉积可挠式振膜的工艺温度极高，且因材料彼此间的热膨胀系数互有差异，如此将使得振膜在制造的过程中累积程度不一的张应力或压应力。残存于振膜的应力会导致振膜翘曲，或是形成皱折而导致振膜表面不平整，因而降低其感测时的精准度。更进一步地，麦克风的灵敏度(sensitivity)与振膜的残留应力呈现反比关系，因此过高的应力残留将导致灵敏度降低。

据此，美国专利第US5490220号的“Solid state condenser andmicrophone devices”提出一种无固定边界的悬浮振膜，利用一悬臂梁来支撑振膜，使振膜悬浮借以释放温度效应造成的应力；美国专利第US5870482号的“Miniature silicon condenser microphone”则延伸应用设计出大型平板振膜仅固定一边的结构；或如美国专利第7023066号的“Silicon microphone”，通过振膜周缘的特殊结构设计(例如于振膜周缘设计切线式的支撑弹簧)来改善应力残留的问题。但是，不管振膜利用悬臂梁支撑而悬浮，或是改良其周缘结构方式以解决应力残留的问题，其工艺与设计均较为复杂，且无法完全解决应力残留的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述热应力残留的问题，进而提出一种振膜平整度高、应力释放能力佳且制造容易的微机电电容式麦克风。