【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电声换能器，尤其涉及一种重新结构造型、双振动结构复合且简化工艺、优化输出性能和封装的mems扬声器芯片及其制作方法，属于半导体应用。
技术介绍
1、为进一步引领智能穿戴领域的发展，推动tws、智能眼镜、助/辅听器等产品实现高性能和轻薄化，目前市场上推出了一种压电式mems扬声器是一种电声换能器。
2、作为器件核心，其中该压电式mems扬声器芯片目前的主流形式包括振膜振动发生式和活塞式两种。对于第一种mems扬声器芯片而言，其通过振膜的振动发出声音，振膜和驱动器一体。对于第二种mems扬声器芯片而言，其通过驱动器带动或活塞板（即振膜）往复运动来发出声音，将前一种扬声器中振膜的抛物线状变形转变为后一种扬声器中活塞板推动空气体积增减，从而有利于更好地发挥芯片的声学性能。但是，第二种mems扬声器芯片的结构趋于复杂，当前主流方式是将振膜通过连接杆与驱动器连接，其中驱动器通过mems工艺加工完成，再将分开预制的振膜通过基于贴附的封装技术和驱动器组装在一起，成型为立体芯片。该过程对封装工艺的精度要求较高且一致性较差、成本高，难以适应该种立体芯片的规模化生产要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的旨在提出一种嵌入式mems扬声器芯片及其制作方法，以改善产品失真，同时致力于降低制作和产品测试的难度。
2、本专利技术实现上述一个目的的一种技术解决方案是，一种嵌入式mems扬声器芯片，自硅基底单片表面向上依次设有牺牲层、硅结构层、下电极层、压电层、上电极层，
3、本专利技术实现上述另一个目的的一种技术解决方案是，一种嵌入式mems扬声器芯片的制作方法，包括：sa1、在硅基底单片表面刻蚀出凹槽，所述凹槽的幅面和深度略大于振膜的规格尺寸，并在表面及凹槽依次生长牺牲层和振膜层。
4、sa2、对sa1所得半成品进行光刻与刻蚀，得到凹槽中包含牺牲层和振膜层的孤岛。
5、sa3、对sa2所得半成品依次生长牺牲层、硅结构层、下电极层、压电层、上电极层，而后重复进行光刻与刻蚀，分别加工上电极层，压电层，再通过蒸镀导电金属，腐蚀或剥离所沉积的导电金属，成型分别连通上电极层、下电极层的引线pad，其中所述压电层选为pzt、alscn或ain。
6、sa4、对sa3所得半成品的复合驱动层进行光刻与刻蚀，得到围绕中部连接杆保留区域均匀分布且相对中心轴对称的若干对弹簧梁，并得到所有弹簧梁之间的形变位移机构，其中弹簧梁的刻蚀深度贯穿复合驱动层。
7、sa5、对sa4所得半成品的背面减薄至整个芯片的所需厚度，并对硅基底单片的底部中心区域进行深反应离子刻蚀至外露牺牲层，形成释放复合驱动层应力的腔体。
8、sa6、对sa5所得半成品的牺牲层作局部保留处理并去除余下部分，释放振膜和作为连接杆的单根粗柱体，使得振膜倒悬于腔体顶部。
9、本专利技术实现上述另一个目的的另一种技术解决方案是，一种嵌入式mems扬声器芯片的制作方法，包括：sb1、在硅基底单片表面刻蚀出凹槽，所述凹槽的幅面和深度略大于振膜的规格尺寸，并在表面及凹槽依次生长牺牲层和振膜层。
10、sb2、对sb1所得半成品进行光刻与刻蚀，得到凹槽中包含牺牲层和振膜层的孤岛。
11、sb3、对sb2所得半成品依次生长牺牲层、硅结构层、下电极层、压电层、上电极层，而后重复进行光刻与刻蚀，分别加工上电极层，压电层，再通过蒸镀导电金属，腐蚀或剥离所沉积的导电金属，成型分别连通上电极层、下电极层的引线pad，其中所述压电层选为pzt、alscn或ain。
12、sb4、对sb3所得半成品的复合驱动层进行光刻与刻蚀，所开设的缝隙处刻蚀深度贯穿复合驱动层，得到基于缝隙相隔的悬臂梁机构。
13、sb5、对sb4所得半成品的背面减薄至整个芯片的所需厚度，并对硅基底单片的底部中心区域进行深反应离子刻蚀至外露牺牲层，形成释放复合驱动层应力的腔体。
14、sb6、对sb5所得半成品的牺牲层作局部保留处理并去除余下部分，释放振膜和作为连接杆的柱体，其中连接杆基于悬臂梁成对均匀分布，振膜倒悬于腔体顶部。
15、本专利技术上述嵌入式压电式mems扬声器芯片的封装结构，在pcb板上设有用于对接芯片的电极接点，并在pcb板对应芯片复合驱动层可动区域的厚度方向上开槽挖空、开设有下出声孔，倒置状的mems扬声器芯片通过引脚pad与电极接点对位键合与pcb板电性连接，在pcb板表面固接有包裹mems扬声器芯片的侧墙围栏，且在芯片硅基底上覆盖焊连有顶部金属片，所述顶部金属片正对芯片振膜可动区域开设有上出声孔，并倒贴有完全覆盖上出声孔的多孔式防尘网。
16、应用本专利技术压电式mems扬声器芯片多方向的技术优化改进，所具备的技术效果为：
17、1）、通过在硅基底中先开槽预载入高温振膜，从而避免在压电层生长后再进行高温工艺导致压电性能失效，有利于简化工艺、降低芯片生产成本。
18、2）、振膜采用全膜且在垂直方向上与由压电层、硅结构层构成的复合驱动层实现振幅同步，有利于改善产品低频性能。
19、3）、振膜是一种选材于氮化硅或多晶硅等的高温薄膜，能降低成本和工艺难度，并兼容压电层如pzt材料的加工工艺，有利于提高成品一致性和良率。
20、4）、采用mems扬声器芯片倒置的封装结构，减小了封装体积，同时有利于振膜在封装后推动前腔空气振动而发出声音，提升产品整体声学性能。
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1.一种嵌入式MEMS扬声器芯片，其特征在于：所述芯片自硅基底单片表面向上依次设有牺牲层、硅结构层、下电极层、压电层、上电极层，并成型引线pad，在芯片投影方向的中部底侧设有腔体，设硅结构层、压电层和两电极层组合为复合驱动层，在复合驱动层底侧成型有一个以上的连接杆，并基于所有连接杆挂接有一个倒悬于腔体顶部的振膜，振膜四周呈悬浮状。
2.根据权利要求1所述嵌入式MEMS扬声器芯片，其特征在于：所述复合驱动层完整保留或设为含一对以上弹簧梁的形变位移机构，所述连接杆设为复合驱动层可动区域中部的单根粗柱体。
3.根据权利要求1所述嵌入式MEMS扬声器芯片，其特征在于：所述复合驱动层设为基于开设缝隙所成型的悬臂梁机构，所述连接杆设为基于悬臂梁成对分布的若干柱体。
4.根据权利要求3所述嵌入式MEMS扬声器芯片，其特征在于：所述复合驱动层在靠近缝隙位置去除压电层和电极层的部分区域。
5.根据权利要求3所述嵌入式MEMS扬声器芯片，其特征在于：所述悬臂梁在靠近根部位置开设有均匀分布且贯穿复合驱动层的分段槽或排孔。
6.根据权利要求1所
7.一种嵌入式MEMS扬声器芯片的制作方法，用于制作复合驱动层设为含一对以上弹簧梁的形变位移机构的芯片，其特征在于包括：
8.根据权利要求7所述嵌入式MEMS扬声器芯片的制作方法，其特征在于：SA4中对复合驱动层进行光刻与刻蚀，得到围绕中部连接杆保留区域均匀分布且相对中心轴对称的若干对弹簧梁和所有弹簧梁之间的形变位移机构，并得到弹簧梁外围及形变位移机构中分布所设的若干通孔，且通孔的刻蚀深度贯穿复合驱动层；SA6中释放振膜和作为连接杆的若干柱体，使得连接杆呈均匀分布状且与所有通孔相错位，并使得振膜倒悬于腔体顶部。
9.一种嵌入式MEMS扬声器芯片的制作方法，用于制作复合驱动层设为基于开设缝隙所成型的悬臂梁机构的芯片，其特征在于包括：
10.根据权利要求9所述嵌入式MEMS扬声器芯片的制作方法，其特征在于：SB4中对复合驱动层进行光刻与刻蚀，得到基于缝隙相隔的悬臂梁机构，并得到悬臂梁机构中均匀分布所设的通孔，且通孔的刻蚀深度贯穿复合驱动层；SB6中释放振膜和作为连接杆的若干柱体，使得连接杆呈均匀分布状且与所有通孔相错位，并使得振膜倒悬于腔体顶部。
11.根据权利要求9所述嵌入式MEMS扬声器芯片的制作方法，其特征在于：SB4中对复合驱动层的光刻与刻蚀分两次进行，先根据所需去除压电层的幅面大小设置第一种掩膜，对上电极层、压电层、下电极层进行第一次光刻与刻蚀，刻蚀深度达外露硅结构层表面；再按预设悬臂梁的外形和幅面大小设置第二种掩膜，对复合驱动层进行第二次光刻与刻蚀，成型缝隙。
12.权利要求1至6中任一项所述嵌入式MEMS扬声器芯片的封装结构，其特征在于：在PCB板上设有用于对接芯片的电极接点，并在PCB板对应芯片复合驱动层可动区域的厚度方向上开槽挖空、开设有下出声孔，倒置状的MEMS扬声器芯片通过引脚pad与电极接点对位键合与PCB板电性连接，在PCB板表面固接有包裹MEMS扬声器芯片的侧墙围栏，且在芯片硅基底上覆盖焊连有顶部金属片，所述顶部金属片正对芯片振膜可动区域开设有上出声孔，并倒贴有完全覆盖上出声孔的多孔式防尘网。
...【技术特征摘要】
1.一种嵌入式mems扬声器芯片，其特征在于：所述芯片自硅基底单片表面向上依次设有牺牲层、硅结构层、下电极层、压电层、上电极层，并成型引线pad，在芯片投影方向的中部底侧设有腔体，设硅结构层、压电层和两电极层组合为复合驱动层，在复合驱动层底侧成型有一个以上的连接杆，并基于所有连接杆挂接有一个倒悬于腔体顶部的振膜，振膜四周呈悬浮状。
2.根据权利要求1所述嵌入式mems扬声器芯片，其特征在于：所述复合驱动层完整保留或设为含一对以上弹簧梁的形变位移机构，所述连接杆设为复合驱动层可动区域中部的单根粗柱体。
3.根据权利要求1所述嵌入式mems扬声器芯片，其特征在于：所述复合驱动层设为基于开设缝隙所成型的悬臂梁机构，所述连接杆设为基于悬臂梁成对分布的若干柱体。
4.根据权利要求3所述嵌入式mems扬声器芯片，其特征在于：所述复合驱动层在靠近缝隙位置去除压电层和电极层的部分区域。
5.根据权利要求3所述嵌入式mems扬声器芯片，其特征在于：所述悬臂梁在靠近根部位置开设有均匀分布且贯穿复合驱动层的分段槽或排孔。
6.根据权利要求1所述嵌入式mems扬声器芯片，其特征在于：所述复合驱动层完整保留、设为含一对以上弹簧梁的形变位移机构、设为基于开设缝隙所成型的悬臂梁机构、或者设为基于开设缝隙并在靠近缝隙位置去除部分压电层和电极层所成型的悬臂梁机构，且复合驱动层分布设有若干连通至振膜的通孔，所述连接杆设为复合驱动层可动区域内均匀分布的若干柱体，各柱体的截面形状为圆形、方形或非规则异形，且所有通孔与连接杆相错位。
7.一种嵌入式mems扬声器芯片的制作方法，用于制作复合驱动层设为含一对以上弹簧梁的形变位移机构的芯片，其特征在于包括：
8.根据权利要求7所述嵌入式mems扬声器芯片的制作方法，其特征在于：sa4...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏岩，
申请(专利权)人：苏州感测通信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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