阵列式扬声器悬空振动薄膜及制备方法

技术领域

本发明涉及扬声器领域，具体涉及一种阵列式扬声器悬空振动薄膜及制备方法。

背景技术

mems扬声器的工作原理是利用薄膜层在电学信号的驱动下，将电学信号转化为机械振动，进而产生声音，驱动方式一般有三种，压电，静电及电磁。薄膜厚度很薄，尺寸很小，能效出色，响应快速，音频性能优异，可以覆盖20hz-20khz的整个频率范围。

目前，目前市面上扬声器的梁膜结构如图1、图2、图3所示，图2、图3中的白色区域是薄膜，阴影区域是掏空的，都是类似的这种梁膜结构，利用电信号转化为薄膜的机械振动进而产生声音。本申请的发明人发现，这种梁膜结构振动薄膜的有效面积较小，特别是阵列式麦克风，由于每个单元(管芯)图形必定会有部分面积作为支撑，而且支撑部分还会布上金属导线，需要打线，必定要空留出一定的面积，将来还会激光划片割开，而且将来还要进行封装，粘管座等，导致了可动薄膜占比更低，造成目前的压电mems扬声器声压级输出较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服相关技术的缺陷，提供一种阵列式扬声器悬空振动薄膜制备方法，它可以制作完整的一块振动薄膜，增大振动薄膜面积，进而提高输出声压级。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种阵列式扬声器悬空振动薄膜制备方法，包括：

S1，在扬声器晶圆表面制作若干顶层支撑柱，采用深反应离子刻蚀在扬声器晶圆背面进行背腔刻蚀，表面形成梁膜；

S2，在玻璃片表面涂覆PPC材料作为分离层，并烘烤，使PPC材料固化，然后在在分离层表面涂覆聚酰亚胺材料，玻璃片的尺寸大于扬声器晶圆尺寸；

S3，将扬声器晶圆反扣在玻璃片的聚酰亚胺材料上，形成贴合物；

S4，保持水平状态，将贴合物放入N

S5，翻转贴合物，架住玻璃片边缘，使贴合物悬空；

S6，根据聚酰亚胺材料的固化温度曲线进行升温固化，在固化聚酰亚胺材料的同时，PPC材料液化挥发，扬声器晶圆脱离，聚酰亚胺材料在顶层支撑柱的顶层形成悬空薄膜。

进一步，S1中，在扬声器晶圆表面制作若干顶层支撑柱，包括：

先利用PECVD工艺在扬声器晶圆表面制作一层SiO或Sin或Si介质层；

然后利用光刻刻蚀工艺在介质层制作顶层支撑柱。

进一步，S1中，在扬声器晶圆表面制作若干顶层支撑柱，包括：

先利用sputter工艺在扬声器晶圆表面溅射Al或Si或SiO介质膜；

然后利用光刻刻蚀工艺在介质膜制作顶层支撑柱。

进一步，S1中，在扬声器晶圆表面制作若干顶层支撑柱，包括：

光刻显影后在扬声器晶圆表面制作顶层支撑柱。

进一步，S2中，烘烤温度为100-120℃，时间为90-180s。

进一步，S4中，升温加热的步骤为：

先维持室温20℃3min；

然后以3℃/min升温至60±3℃后，维持5min；

再以5℃/min加热至90±3℃后，维持至少90s。

本发明还提供了一种阵列式扬声器悬空振动薄膜，采用阵列式扬声器悬空振动薄膜制备方法制得。

本发明还提供了一种阵列式扬声器悬空振动薄膜，包括：

扬声器晶圆，背面刻蚀有若干背腔，表面形成梁膜；

若干顶层支撑柱，下端连接在扬声器晶圆表面；

悬空振膜，形成在顶层支撑柱上端。

进一步，悬空振膜的材质为聚酰亚胺材料。

采用上述技术方案后，本发明采用贴膜工艺和牺牲层释放工艺，在顶层制作完整的一块悬空薄膜作为振动薄膜，增大振动薄膜面积以提高输出声压级，在同样的驱动信号下，提供更高的声压级输，并且，可以对MEMS扬声器的可动单元部分进行保护，使单个器件起到防水防尘的功效，增强可靠性，另外，本发明利用PPC材料高温熔化、特定高温直接挥发的特性，来将所生成的悬空薄膜与玻璃片剥离，简化了工艺流程，提高了良率。

附图说明

图1为现有扬声器的梁膜结构示意图；

图2为一种梁膜结构俯视图；

图3为另一组梁膜结构示意图；

图4为本发明的阵列式扬声器悬空振动薄膜的结构示意图；

图5为本发明的阵列式扬声器悬空振动薄膜的制备流程图；

图中，1、扬声器晶圆；2、顶层支撑柱；3、背腔；4、梁膜；5、玻璃片；6、PPC材料；7、聚酰亚胺材料；

图5中，(a)表示制作顶层支撑柱步骤；(b)表示背腔刻蚀、表面形成梁膜步骤；(c)表示玻璃片表面涂覆PPC材料和聚酰亚胺材料步骤；(d)表示扬声器晶圆反扣于聚酰亚胺材料步骤；(e)表示在烘箱里烘片、翻转、晶圆脱落步骤。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

在一个实施例中，如图5所示，一种阵列式扬声器悬空振动薄膜制备方法，包括：

S1，在扬声器晶圆1表面制作若干顶层支撑柱2，如图5(a)所示；采用深反应离子刻蚀在扬声器晶圆1背面进行背腔3刻蚀，表面形成梁膜4，如图5(b)所示；

S2，在玻璃片5表面涂覆PPC材料6作为分离层，并烘烤，使PPC材料6固化，然后在在分离层表面涂覆聚酰亚胺材料7，如图5(c)所示；玻璃片5的尺寸略大于扬声器晶圆1尺寸，可以按照4寸扬声器晶圆1选择6寸玻璃片5进行；

需要注意的是，在玻璃片5表面涂覆PPC材料前，先将PPC材料溶解于有机溶剂中，涂覆过程中，使用PPC颗粒配比调制的PPC溶液进行涂覆，非熔融状态，烘烤就是使溶剂挥发，变成PPC固态薄膜；另外，在分离层表面涂覆材料时，可以根据仿真及理论数据选择薄膜材质类型及薄膜厚度，根据旋涂转数及时间来优选膜厚，不进行高温烘烤操作，保持聚酰亚胺材料7的粘附性；

S3，将扬声器晶圆1反扣在玻璃片5的聚酰亚胺材料7上，形成贴合物，如图5(d)所示；在此步骤中，不施加任何外力；

S4，保持水平状态，将贴合物放入N

S5，在烘箱内翻转贴合物，因为玻璃片5比扬声器晶圆1大，所以可以使用工治具架住玻璃边缘，使贴合物悬空，并在贴近扬声器晶圆1的下方放置托盘；

S6，根据聚酰亚胺材料7的固化温度曲线进行升温固化，在固化聚酰亚胺材料7的同时，PPC材料6液化挥发，扬声器晶圆1脱离，聚酰亚胺材料在顶层支撑柱2的顶层形成悬空薄膜，如图5(e)所示。

具体地，本实施例采用贴膜工艺和牺牲层释放工艺，在顶层制作完整的一块悬空薄膜作为振动薄膜，增大振动薄膜面积以提高输出声压级，在同样的驱动信号下，提供更高的声压级输，并且，可以对MEMS扬声器的可动单元部分进行保护，使单个器件起到防水防尘的功效，增强可靠性。另外，本发明利用PPC材料高温熔化、特定高温直接挥发的特性，来将所生成的悬空薄膜与玻璃片5剥离，简化了工艺流程，提高了良率。

S1中，在扬声器晶圆1表面制作若干顶层支撑柱2，可以采用多种方式，现列举三种。

第一种：

先利用PECVD工艺在扬声器晶圆1表面制作一层SiO或Sin或Si介质层；

然后利用光刻刻蚀工艺在介质层制作顶层支撑柱2。

第二种：

先利用sputter工艺在扬声器晶圆1表面溅射Al或Si或SiO介质膜；

然后利用光刻刻蚀工艺在介质膜制作顶层支撑柱2。

第三种：

S1中，在扬声器晶圆1表面制作若干顶层支撑柱2，包括：

光刻显影后在扬声器晶圆1表面制作顶层支撑柱2。

在一个实施例中，S2中，烘烤温度为100-120℃，时间为90-180s。

在一个实施例中，S4中，升温加热的步骤为：

先维持室温20℃3min；

然后以3℃/min升温至60±3℃后，维持5min；

再以5℃/min加热至90±3℃后，维持至少90s。

具体地，没有经过温度处理的聚酰亚胺粘合力是非常强的，PPC材料的液化挥发温度一般在150℃以上，有些200℃以上，此升温加热步骤的温度在100℃以内，属于安全温度，肯定不会使PPC材料挥发，主要是为了让PPC材料膨胀，给予一定的温度和时间，让聚酰亚胺材料7缓慢蒸发溶剂，跟顶层支撑柱2粘合，采用此种加热步骤，可以粘合的比较好。优选地，升温加热的步骤为：先维持室温20℃3min；然后以3℃/min升温至60℃后，维持5min；再以5℃/min加热至90℃后，维持90s。

在一个实施例中，如图4所示，一种阵列式扬声器悬空振动薄膜，采用上述阵列式扬声器悬空振动薄膜制备方法制得。

在一个实施例中，如图4所示，一种阵列式扬声器悬空振动薄膜，包括：

扬声器晶圆1，背面刻蚀有若干背腔3，表面形成梁膜4；

若干顶层支撑柱2，下端连接在扬声器晶圆1表面；

悬空振膜，形成在顶层支撑柱2上端。

在一个实施例中，悬空振膜的材质为聚酰亚胺材料7。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。