抗冲击硅基MEMS麦克风、包含该麦克风的系统和封装.pdf

本发明涉及一种抗冲击硅基MEMS麦克风、包含该麦克风的系统和封装。所述麦克风包括：硅基底，其中设有背孔；顺应性振膜，支撑在所述硅基底上并且设置在该硅基底的背孔上方；穿孔背板，设置在所述振膜上方并与该振膜之间夹有空气间隙，并且其中还设有一个或多个第一通孔；限幅机构，包括与所述一个或多个第一通孔对应的一个或多个T形限幅件，每个限幅件具有下部和上部，该下部穿过其对应的第一通孔并且连接到所述振膜，该上部与所述穿孔背板分离并且可自由地垂直移动，其中，所述振膜和所述穿孔背板用来形成可变电容器的电极板。在所述抗冲击麦克风中，所述限幅机构有助于限制脆弱且易碎的振膜发生由跌落试验中的声压冲击波所引起的大幅移动，从而防止所述振膜受到损坏。

权利要求书1.  一种抗冲击硅基MEMS麦克风，包括： 硅基底，其中设有背孔； 顺应性振膜，支撑在所述硅基底上并且设置在该硅基底的背孔上方； 穿孔背板，设置在所述振膜上方并与该振膜之间夹有空气间隙，以及其 中还设有一个或多个第一通孔；以及 限幅机构，包括与所述一个或多个第一通孔对应的一个或多个T形限幅 件，每个限幅件具有下部和上部，该下部穿过其对应的第一通孔并且连接到 所述振膜，该上部与所述穿孔背板分离并且可自由地垂直移动， 其中，所述振膜和所述穿孔背板用来形成可变电容器的电极板。 2.  根据权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述一个或多个限幅件中的每个限幅件都由一种或多种材料的堆叠层制 成，该材料选自金属、半导体以及绝缘体所构成的组。 3.  根据权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，进一步包括突出 件，该突出件从与所述振膜相对的所述穿孔背板的下表面突出。 4.  根据权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述顺应性振膜由层叠在所述硅基底上的硅器件层的一部分或者多晶硅 层形成，并与该硅基底之间夹有氧化物层。 5.  根据权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述穿孔背板由内嵌金属层的CMOS钝化层来形成，其中，所述金属层 用作所述背板的电极板。 6.  根据权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述穿孔背板由多晶硅层或者SiGe层来形成。 7.  根据权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述抗冲击硅基MEMS麦克风进一步包括互联柱，该互联柱设置在所述 振膜边缘和所述背板边缘之间，用于在电学上对所述振膜向外引线，以及所 述振膜的周沿是固定的。 8.  根据权利要求7所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述限幅机构包括一个限幅件，其下部连接到所述振膜的中心。 9.  根据权利要求7所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述限幅机构包括多个限幅件，其下部在所述振膜的边缘附近均匀和/或 对称地连接到该振膜。 10.  根据权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述抗冲击硅基MEMS麦克风进一步包括互联柱，该互联柱设置在所述 振膜中心和所述背板中心之间，用于在力学上对所述振膜进行悬置并在电学 上对所述振膜向外引线，以及所述振膜的周沿可自由振动。 11.  根据权利要求10所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述限幅机构包括多个限幅件，其下部在所述振膜的边缘附近均匀和/或 对称地连接到该振膜。 12.  一种抗冲击硅基MEMS麦克风，包括： 硅基底，其中设有背孔； 穿孔背板，支撑在所述硅基底上并且设置在该硅基底的背孔上方； 顺应性振膜，设置在所述穿孔背板上方并与该穿孔背板之间夹有空气间 隙，以及其中还设有一个或多个第一通孔；以及 限幅机构，包括与所述一个或多个第一通孔对应的一个或多个T形限幅 件，每个限幅件具有下部和上部，该下部穿过其对应的第一通孔并且连接到 所述穿孔背板，该上部与所述振膜分离， 其中，所述穿孔背板和所述振膜用来形成可变电容器的电极板。 13.  根据权利要求12所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述一个或多个限幅件中的每个限幅件都由一种或多种材料的堆叠层制 成，所述材料选自金属、半导体以及绝缘体所构成的组。 14.  根据权利要求12所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，进一步包括突 出件，该突出件从与所述穿孔背板相对的所述振膜的下表面突出。 15.  根据权利要求12所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述穿孔背板由层叠在所述硅基底上的硅器件层的一部分或者多晶硅层 来形成，并与该硅基底之间夹有氧化物层。 16.  根据权利要求12所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中， 所述顺应性振膜由多晶硅层或者SiGe层来形成。 17.  一种麦克风系统，包括集成在单个芯片上的权利要求1或者权利要 求12所述的抗冲击硅基MEMS麦克风以及CMOS电路。 18.  一种麦克风封装，包括：PCB板；安装在所述PCB板上的权利要求 1或者权利要求12所述的抗冲击硅基MEMS麦克风；以及封住所述麦克风的 盖子，其中，在所述PCB板和所述盖子中的任一者上形成有声孔，使得外部 声波穿过所述声孔或者穿过所述声孔和所述硅基底中的背孔，使振膜振动。

说明书抗冲击硅基MEMS麦克风、包含该麦克风的系统和封装
技术领域
本发明涉及麦克风技术领域，更具体地说，涉及一种抗冲击硅基MEMS 麦克风、包含该麦克风的系统和封装。
背景技术
硅基MEMS麦克风，也就是所说的声学换能器，已经研发多年了。硅基 MEMS麦克风由于其在小型化、性能、可靠性、环境耐用性、成本和批量生 产能力方面的潜在优势而可以广泛地用于许多应用中，诸如手机、平板电脑、 相机、助听器、智能玩具以及监视装置。
一般地说，硅基MEMS麦克风包括固定的穿孔背板和高顺应性振膜，在 该背板和该振膜之间形成有空气间隙。构成可变空气间隙电容器的所述穿孔 背板和所述顺应性振膜通常形成在单个硅基底上，其中之一通过形成在硅基 底中的背孔直接向外部露出。
专利申请No.WO 02/15636公开了一种声学换能器，该声学换能器具有形 成有背孔的基底、由低应力多晶硅制成并且直接位于所述基底的背孔上方的 振膜、以及设置在所述振膜上方的盖子部件(等价于所述背板)。所述振膜能 够在平行于所述盖子部件的平坦表面的自身平面内横向移动，因此，能够释 放其本征应力，从而产生非常一致的机械顺应性。
专利文献PCT/DE97/02740公开了一种小型化麦克风，其中，使用SOI 基底来形成麦克风以及相关的CMOS电路。具体说，使用SOI基底的硅层来 形成麦克风的背板，该背板在SOI基底中所形成的背孔的正上方，随后沉积 的多晶硅薄膜用作麦克风的振膜，该多晶硅薄膜在所述背板的上方且两者之 间有空气间隙，该多晶硅薄膜通过所述背板中的开孔和所述SOI基底中的背 孔向外部露出。
当封装硅麦克风时，通常将其安装在印刷电路板(PCB)上，并使麦克风 基底中所形成的背孔与PCB板上所形成的声孔对齐，使得外部声波能够容易 地抵达麦克风的振膜并使其振动。例如，图1示出了常规的硅基MEMS麦克 风封装的示例性结构的剖视图。如图1所示，在常规的MEMS麦克风封装中， MEMS麦克风10’和其它集成电路20安装在PCB板30上，并用盖子40封住， 其中，MEMS麦克风10’的基底100中所形成的背孔140与PCB板30上所形 成的声孔35对齐。如图1中的箭头所示的外部声波或者声压冲击波穿过PCB 板30上的声孔35和麦克风10’的基底100中的背孔140，使麦克风10’的振 膜200振动。
然而，从上面的说明中可以看到，无论是单独的常规MEMS麦克风还是 具有这种麦克风的常规MEMS麦克风封装都存在一个问题，即常规MEMS 麦克风的脆弱且易碎的振膜由于例如跌落试验中所引起的非常高的声压冲击 而容易受到损害。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种具有限幅机构的抗冲击硅基MEMS 麦克风，该限幅机构有助于限制脆弱且易碎的振膜发生由例如跌落试验中的 声压冲击波所引起的大幅移动，从而防止振膜受到损坏。
在本发明的一个方面，提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风，其包括：硅 基底，其中设有背孔；顺应性振膜，支撑在所述硅基底上并且设置在该硅基 底的背孔上方；穿孔背板，设置在所述振膜上并与该振膜之间夹有空气间隙， 并且其中还设有一个或多个第一通孔；以及限幅机构，包括与所述一个或多 个第一通孔对应的一个或多个T形限幅件，每个限幅件具有下部和上部，该 下部穿过其对应的第一通孔并且连接到所述振膜，该上部与所述穿孔背板分 离并且可自由地垂直移动，其中，所述振膜和所述穿孔背板用来形成可变电 容器的电极板。
优选地，所述一个或多个限幅件中的每个限幅件可以由一种或多种材料 的堆叠层制成，该材料选自金属、半导体以及绝缘体所构成的组。
优选地，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括突出件，该突出 件从与所述振膜相对的所述穿孔背板的下表面突出。
优选地，所述顺应性振膜可以由层叠在所述硅基底上的硅器件层的一部 分或者多晶硅层来形成，并与该硅基底之间夹有氧化物层。
优选地，所述穿孔背板可以由内嵌金属层的CMOS钝化层来形成，其中， 该金属层用作所述背板的电极板，或者所述穿孔背板可以由多晶硅层或者 SiGe层来形成。
在一个例子中，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括互联柱， 该互联柱设置在所述振膜边缘和所述背板边缘之间，用于在电学上对所述振 膜向外引线，以及所述振膜的周沿是固定的。在这种情形中，优选地，所述 限幅机构可以包括一个限幅件，该限幅件的下部连接到所述振膜的中心，或 者所述限幅机构可以包括多个限幅件，该多个限幅件的下部在所述振膜的边 缘附近均匀和/或对称地连接到该振膜。
在另一个例子中，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括互联柱， 该互联柱设置在所述振膜中心和所述背板中心之间，用于在力学上对所述振 膜进行悬置并在电学上对所述振膜向外引线，以及所述振膜的周沿可自由振 动。在这种情形中，优选地，所述限幅机构可以包括多个限幅件，该多个限 幅件的下部在所述振膜的边缘附近均匀和/或对称地连接到该振膜。
在本发明的另一方面，提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风，其包括：硅 基底，其中设有背孔；穿孔背板，支撑在所述硅基底上并且设置在该硅基底 的背孔上方；顺应性振膜，设置在所述穿孔背板上方并与该穿孔背板之间夹 有空气间隙、并且其中还设有一个或多个第一通孔；以及限幅机构，包括与 所述一个或多个第一通孔对应的一个或多个T形限幅件，每个限幅件具有下 部和上部，该下部穿过其对应的第一通孔并且连接到所述穿孔背板，该上部 与所述振膜分离，其中，所述穿孔背板和所述振膜用来形成可变电容器的电 极板。
优选地，所述一个或多个限幅件中每个限幅件可以由一种或多种材料的 堆叠层制成，该材料选自金属、半导体以及绝缘体所构成的组。
优选地，所述抗冲击硅基MEMS麦克风可以进一步包括突出件，该突出 件从与所述穿孔背板相对的所述振膜的下表面突出。
优选地，所述穿孔背板可以由层叠在所述硅基底上的硅器件层的一部分 或者多晶硅层来形成，并与该硅基底之间夹有氧化物层。
优选地，所述顺应性振膜可以由多晶硅层或者SiGe层来形成。
在本发明的另一方面，提供一种麦克风系统，其包括集成在单个芯片上 的上述任一抗冲击硅基MEMS麦克风和CMOS电路。
在本发明的又一方面，提供一种麦克风封装，其包括：PCB板；安装在 所述PCB板上的上述任一抗冲击硅基MEMS麦克风；以及封住所述麦克风的 盖子，其中，可以在所述PCB板和所述盖子中的任一者上形成有声孔，使得 外部声波可以穿过所述声孔或者穿过所述声孔和所述硅基底中的背孔，使振 膜振动。
从上面的描述中可以看出，当例如跌落试验中所引起的声压冲击波穿过 本发明所述的单个麦克风或者麦克风系统中的基底中的背孔、或者穿过本发 明所述的麦克风封装中的PCB板上的声孔和麦克风的基底中的背孔从而使所 述麦克风的振膜振动时，所述限幅机构可以防止振膜远离背板大幅偏移，并 且所述背板可以防止振膜朝向背板大幅偏移，因此，本发明所述的抗冲击硅 基MEMS麦克风可以限制其脆弱且易碎的振膜发生由例如跌落试验中的声压 冲击波所引起的大幅移动，从而减少了集中在振膜上的应力、增加了振膜的 机械稳定性并且防止了振膜在跌落试验中受到损坏。
尽管上面简述了各个实施例，但应该明白，不一定所有的实施例都包括 同样的特征，在一些实施例中，上述一些特征并非必须，而是希望存在。下 面将详细描述各种其它特征、实施例和益处。
附图说明
从下面结合附图对实施例的描述中，本发明的目的和特征将变得很清楚， 在附图中：
图1是剖视图，示出了常规的硅基MEMS麦克风封装的一个示例性结构；
图2是剖视图，示出了本发明的第一实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构；
图3是平面图，示出了图2中的麦克风振膜从其上侧看时的示例性图案；
图4和图5是剖视图，分别示出了图2中的麦克风振膜远离和朝向背板 的大幅偏移；
图6是剖视图，示出了本发明的第二实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构；
图7是平面图，示出了图6中的麦克风振膜从其上侧看时的示例性图案；
图8是剖视图，示出了本发明的第三实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构；
图9是剖视图，示出了本发明的第四实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构；以及
图10是剖视图，示出了本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风封装的 一个示例性结构。
具体实施方式
下面参考附图来描述要求保护的主题的各个方面，其中，附图中的图是 示意性的，未按比例来画，并且在所有的附图中使用同样的附图标记来指示 同样的元件。在下面的描述中，为了说明的目的，阐述了很多具体细节，以 便提供一个或多个方面的透彻理解。然而很显然，在没有这些具体细节的情 况下也可以实现这些方面。在其它情形中，公知的结构和器件以方框图形式 来示出，以便于描述一个或多个方面。
在说明书和所附权利要求书中，应该明白，当某一层、区域、部件被称 作是在另一层、另一区域、或者另一部件“之上”或者“之下”时，它可以 是“直接”或“间接”地在该另一层、区域、或者部件之上或之下，或者也 可以存在一个或多个中间层。
一般地说，本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风包括设有背孔的硅基 底、顺应性振膜、穿孔背板以及限幅机构，其中，所述振膜和所述背板用来 形成可变电容器的电极板。所述顺应性振膜可以支撑在所述硅基底上并且设 置在该硅基底中的背孔的上方，而所述穿孔背板设置在该振膜上方，并且两 者之间夹有空气间隙。在这种情况下，所述穿孔背板中进一步设有一个或多 个第一通孔，并且所述限幅机构可以包括一个或多个与所述一个或多个第一 通孔对应的T形限幅件，每个T形限幅件具有下部和上部，该下部穿过其对 应的第一通孔并且连接到所述振膜，该上部与所述穿孔背板分离并且可自由 地垂直移动。或者，所述穿孔背板可以支撑在所述硅基底上并且设置在该硅 基底中的背孔的上方，而所述顺应性振膜设置在该穿孔背板上方，并且两者 之间夹有空气间隙。在这种情况下，所述振膜中进一步设有一个或多个第一 通孔，并且所述限幅机构可以包括一个或多个与所述一个或多个第一通孔对 应的T形限幅件，每个限幅件具有下部和上部，该下部穿过其对应的第一通 孔并且连接到所述穿孔背板，该上部与所述振膜分离。
本发明的创造性概念如下：在例如跌落试验中所引起的声压冲击波穿过 本发明所述的抗冲击麦克风的基底中的背孔，使所述麦克风的振膜振动。当 所述振膜远离所述背板偏移到一定程度时，所述一个或多个限幅件的上部将 限制该振膜进一步远离该背板偏移，而当所述振膜朝向所述背板偏移到一定 程度时，所述背板将限制该振膜进一步朝向该背板偏移。因此，本发明所述 的抗冲击硅基MEMS麦克风可以限制其脆弱且易碎的振膜发生由例如跌落试 验中的声压冲击波所引起的大幅移动，从而防止该振膜在跌落试验中受到损 坏。
根据所述麦克风的具体形成过程，所述一个或多个限幅件中每个限幅件 可以由一种或多种材料的堆叠层来形成，该材料选自金属(诸如铜、铝、钛 等)、半导体(诸如多晶硅)以及绝缘体(诸如包括LPCVD或PEVCD氧化 物、PSG或BPSG氧化物、或者上述氧化物的组合的CMOS电介质硅氧化物、 包括PECVD氮化硅的CMOS钝化材料等)所构成的组。
此外，为了防止所述振膜粘住所述背板，本发明所述的抗冲击硅基MEMS 麦克风可以进一步包括突出件，在所述穿孔背板设置在所述振膜上方的情形 中，该突出件从与所述振膜相对的所述穿孔背板的下表面突出，而在所述振 膜设置在所述穿孔背板上方的情形中，该突出件从与所述穿孔背板相对的所 述振膜的下表面突出。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例以说明上述麦克风的结 构。
(第一实施例)
图2是剖视图，示出了本发明的第一实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构。图3是平面图，示出了图2中的麦克风振膜从其上侧看时的示 例性图案。MEMS麦克风可以接收声学信号并将接收到的声学信号转换成电 学信号用于后续的处理和输出。如图2所示，本发明的第一实施例所述的抗 冲击硅基MEMS麦克风10a包括设有背孔140的硅基底100、导电性和顺应 性振膜200、穿孔背板400、以及空气间隙150。使用诸如绝缘体上硅薄膜(SOI) 晶片上的顶部硅膜等硅器件层的一部分或者使用通过沉积过程形成的多晶硅 薄膜来形成振膜200，振膜200层叠在硅基底100上并与硅基底100之间夹有 氧化物层120。穿孔背板400位于振膜200的上方，并由内嵌金属层400b的 CMOS钝化层来形成，其中，金属层400b用作背板400的电极板。在另一个 例子中，穿孔背板400可以由多晶硅层或者低温SiGe层来形成。空气间隙150 在振膜200和背板400之间形成。导电性和顺应性振膜200用作电极以及振 动薄膜，该振动薄膜响应通过背孔140抵达振膜200的外部声波或者声压冲 击波而振动。背板400提供麦克风10a的另一个电极，并且其中形成有多个 第二通孔430，该第二通孔430用于空气通风，以减小振膜200开始振动时将 遇到的空气阻尼。因此，振膜200与背板400的电极板形成可变电容器，该 可变电容器具有用于振膜200的引出电极410和用于背板400的引出电极420。
抗冲击硅基MEMS麦克风10a可以进一步包括互联柱600，该互联柱600 设置在振膜200的边缘和背板400的边缘之间，用于在电学上对振膜200向 外进行引线，振膜200的周沿是固定的。
抗冲击硅基MEMS麦克风10a可以进一步包括突出件500，该突出件500 从与振膜200相对的穿孔背板400的下表面突出，用于防止振膜200粘住背 板400。
在国际申请No.PCT/CN2010/075514中详细描述了麦克风10a的上述结 构及其制造方法的例子，该国际申请的相关内容通过引用结合于此。
此外，在本发明的第一实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦克风10a中， 如图2所示，在穿孔背板400的中心形成第一通孔450，而在振膜200的中心 形成限幅机构，该限幅机构包括一个与第一通孔450对应的T形限幅件700， T形限幅件700具有下部710和上部720，下部710穿过其对应的第一通孔450 并且如图3所示连接到振膜200的中心，上部720与穿孔背板400分离并且 可自由地垂直移动。在第一实施例中，限幅件700从下到上可以由依次层叠 的一个CMOS电介质硅氧化物层和三个CMOS钝化层来形成，所述氧化物层 和前两个钝化层形成限幅件700的下部710，而最后一个钝化层则形成限幅件 700的上部720。在本发明中，应该注意，所述限幅件的形状不一定是精确的 T形。事实上，任何类似T形的限幅件都可以，只要其下部能够穿过第一通 孔450以用作连接部、而其上部不能穿过第一通孔450以用作限制部即可。
图4和图5是剖视图，分别示出了图2中的麦克风振膜远离背板和朝向 背板的大幅偏移。
如图4所示，当振膜200在声压冲击波下远离所述背板偏移到一定程度 时，限幅件700的上部720将接触到背板400的上表面，从而限制振膜200 进一步远离背板400偏移。如图5所示，当振膜200在声压冲击波下朝向背 板400偏移到一定程度时，背板400将限制振膜200进一步朝向背板400偏 移。因此，本发明第一实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦克风10a可以限制 其脆弱且易碎的振膜200发生由例如跌落试验中的声压冲击波所引起的大幅 移动，从而防止该振膜在跌落试验中受到损坏。
(第二实施例)
图6是剖视图，示出了本发明的第二实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构。图7是平面图，示出了图6中的麦克风振膜从其上侧看时的示 例性图案。
对比图6与图2以及对比图7与图3，第二实施例所述的抗冲击硅基 MEMS麦克风10b与第一实施例中的抗冲击硅基MEMS麦克风的不同之处在 于，在第二实施例中，在背板400的边缘附近均匀和/或对称地形成多个第一 通孔450，并且在振膜200的边缘附近均匀和/或对称地形成包括多个限幅件 700的限幅机构，该多个限幅件700与多个第一通孔450对应，每个T形限幅 件700具有下部710和上部720，下部710穿过其对应的第一通孔450并且如 图7所示在振膜200的边缘附近连接到振膜200，而上部720与穿孔背板400 分离并且可自由地垂直移动。
(第三实施例)
图8是剖视图，示出了本发明的第三实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构。
对比图8与图6，第三实施例中的抗冲击硅基MEMS麦克风10c与第二 实施例中的抗冲击硅基MEMS麦克风的不同之处在于，在第三实施例中，抗 冲击硅基MEMS麦克风10c包括互联柱600，该互联柱600设置在振膜200 的中心和背板400的中心之间，用于在力学上对振膜200进行悬置和在电学 上对振膜200向外进行引线，振膜200的周沿可自由振动。在国际申请No. PCT/CN2010/075514中详细描述了麦克风10c的上述结构及其制造方法的例 子，该国际申请的相关内容通过引用结合于此。
在第三实施例中，与第二实施例相似，在背板400的边缘附近均匀和/或 对称地形成多个第一通孔450，而在振膜200的边缘附近均匀和/或对称地形 成包括多个限幅件700的限幅机构，该多个限幅件700与多个第一通孔450 对应，每个T形限幅件700具有下部710和上部720，下部710穿过其相应的 第一通孔450并且在振膜200的边缘附近连接到振膜200，上部720与穿孔背 板400分离并且可自由地垂直移动。
参照图2-图8描述了本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风的三个实施 例，然而，本发明不限于此。作为替代方案，本发明所述的抗冲击硅基MEMS 麦克风可以具有这样的结构，在该结构中，穿孔背板在所述硅基底的背孔上 方，而顺应性振膜则在所述穿孔背板的上方，一个或多个T形限幅件穿过在 所述振膜上所形成的一个或多个对应的第一通孔并且固定在穿孔背板上，如 下面第四实施例中详细描述的。
(第四实施例)
图9是剖视图，示出了本发明的第四实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风的结构。如图9所示，本发明的第四实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦 克风10d包括：设有背孔140的硅基底100；支撑在硅基底100上并且设置在 硅基底100的背孔140上方的穿孔背板400；设置在穿孔背板400上方并与该 穿孔背板400之间夹有空气间隙150的顺应性振膜200。穿孔背板400和振膜 200用来形成可变电容器的电极板，该可变电容器具有用于背板400的引出电 极420和用于振膜200的引出电极410。穿孔背板400可以利用在后续处理中 能够抵抗高温的硅器件层的一部分或者多晶硅层来形成，其层叠在所述硅基 底上并与硅基底之间夹有氧化物层。顺应性振膜200可以由多晶硅层和低温 SiGe层来形成。
此外，抗冲击硅基MEMS麦克风10d可以进一步包括突出件500，该突 出件500从与穿孔背板400相对的振膜200的下表面突出，用于防止振膜200 粘住背板400。
另外，在振膜200的中心形成第一通孔250，并且在穿孔背板400的中心 形成限幅机构，该限幅机构包括一个与第一通孔250对应的T形限幅件700， T形限幅件700具有下部710和上部720，下部710穿过其对应的第一通孔250 并且连接到穿孔背板400的中心，而上部720与振膜200分离。在本实施例 中，限幅件700从下到上可以由依次层叠的一个CMOS电介质硅氧化物层、 一个多晶硅层、以及两个由金属或者半导体或者绝缘体或者其组合(优选为 两个CMOS钝化层，例如，SiN)构成的其他层来形成，并且所述氧化物层、 所述多晶硅层、以及第一其他层形成限幅件700的下部710，而第二其他层则 形成限幅件700的上部720。
应该注意，在另一个示例中，在振膜200的边缘附近可以均匀和/或对称 地形成多个第一通孔250，而在背板400的边缘附近可以均匀和/或对称地形 成包括多个限幅件700的限幅机构，该多个限幅件700与多个第一通孔250 对应，每个T形限幅件700具有下部710和上部720，下部710穿过其对应的 第一通孔250并且在背板400的边缘附近连接到背板400，而上部720与振膜 200分离。
另外，所述一个或多个限幅件中的每个限幅件可以由一种或多种材料的 堆叠层制成，该材料选自金属(诸如铜、铝、钛等)、半导体(诸如多晶硅) 以及绝缘体(诸如包括LPCVD或PEVCD氧化物、PSG或BPSG氧化物、 或者其组合的CMOS电介质硅氧化物、包括PECVD氮化硅的CMOS钝化材 料等)所构成的组。
参照图9，当振膜200在声压冲击波下远离背板400偏移到一定程度时， 它会接触到限幅件700的上部720，从而限幅件700的上部720将限制振膜 200进一步远离背板400偏移。当振膜200在声压冲击波下朝向背板400偏移 到一定程度时，背板400将限制振膜200进一步朝向背板400偏移。因此， 第四实施例中的抗冲击硅基MEMS麦克风10d可以限制其脆弱且易碎的振膜 200发生由例如跌落试验中的声压冲击波所引起的大幅移动，从而防止该振膜 在跌落试验中受到损坏。
此外，本发明所述的任何抗冲击硅基MEMS麦克风都能与CMOS电路集 成在单个芯片上以形成麦克风系统。
在下文中，将参考图10简短地描述本发明所述的麦克风封装。
图10是剖视图，示出了本发明所述的硅基MEMS麦克风封装的一个示 例性结构。如图10所示，本发明所述的麦克风封装包括设有声孔的PCB板、 本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风、以及盖子。
具体地说，在本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风封装中，如图10 所示，本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风10和其它集成电路20安装在 PCB板30上，并由盖子40封住，其中，MEMS麦克风10的基底100中所形 成的背孔140与PCB板30上所形成的声孔35对齐。如图10中的箭头所示的 外部声波或者声压冲击波穿过PCB板30上的声孔35和麦克风10的基底100 中的背孔140，使麦克风10的振膜200振动。
应该注意，声孔35可以形成在PCB板和盖子中的任一者上，只要外部声 波可以穿过所述声孔或者穿过所述声孔和所述硅基底中的背孔使振膜振动即 可。
当例如跌落试验中所引起的声压冲击波穿过本发明所述的麦克风封装中 的PCB板30上的声孔35和麦克风10的基底100中的背孔140而使麦克风 10的振膜200振动时，限幅机构可以防止振膜200发生远离背板400的大幅 偏移，并且背板400可以防止振膜200发生朝向背板400的大幅偏移，从而 本发明所述的硅基MEMS麦克风封装可以防止振膜200在跌落试验中受到损 坏。
前面提供的本发明的描述能使本领域中的任何技术人员制造或使用本公 开。对于本领域中的技术人员来说，对所述公开作各种修改是很显然的，并 且在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以将这里所界定的一般原理运用 到其它变型中。因此，本公开不是用来限制在这里所描述的例子上，而是用 来与符合这里所公开的原理和新特征的最宽范围一致。