本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(mems)的技術(shù)領(lǐng)域以及用于生產(chǎn)該微機(jī)電系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)電系統(tǒng)(mems)用于小型裝置和組件群組，這些小型裝置和組件群組在非常小的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)并包括為了特定功能而彼此配合的部件。通常，mems包括均在一個共同的半導(dǎo)體基底上實(shí)現(xiàn)的一個或多個傳感器或致動器以及電子控制電路。整個mems的大小通常約為數(shù)微米。mems可以用于在(a)機(jī)械部件如機(jī)械傳感器或致動器以及與(b)連接至該機(jī)械部件的電子電路之間需要機(jī)械交互的任何類型的應(yīng)用。

一般而言，mems是通過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝建造的機(jī)電結(jié)構(gòu)。由于mems在許多應(yīng)用中的重要性，已開發(fā)了mems專用設(shè)備和工藝，以優(yōu)化mems器件的成本和性能。為此，現(xiàn)代mems器件的主基底為硅(si)，因?yàn)閟i是常見且容易加工的材料。然而，在廣泛的mems領(lǐng)域中，已知還使用其他材料，諸如碳化硅(sic)、金剛石或石英。適合材料的良好選擇可取決于溫度要求或本征材料性質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

需要進(jìn)一步優(yōu)化建造mems器件的性能，尤其是優(yōu)化建造mems器件的成本效率。

通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題可以滿足這一需要。通過從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利實(shí)施方案。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)(mems)器件，該mems器件包括(a)由印刷電路板(pcb)材料形成的支撐結(jié)構(gòu)，以及(b)形成在該支撐結(jié)構(gòu)處的壓電式換能器。

所描述的mems器件基于下述構(gòu)思：壓電材料諸如鋯鈦酸鉛(pzt)或氮化鋁(aln)可以直接沉積在典型的pcb材料諸如cu和聚合物(如fr4)上。依靠pcb材料作為用于mems的支撐結(jié)構(gòu)以制造多個mems器件，關(guān)于在一個批次內(nèi)生產(chǎn)的mems器件的數(shù)量的輸出可以非常高。與直徑大約為例如150mm的半導(dǎo)體晶片相比，pcb可以具有大得多的尺寸。pcb生產(chǎn)工藝通常依靠并利用18英寸x24英寸(＝45.72cmx60.96cm)及更大尺寸的板操作。假設(shè)同時建造多個mems器件的加工時間相等，僅“生產(chǎn)形式”的對應(yīng)改變就會造成輸出增加15倍。

此外，典型的pcb基材料通常比硅(si)晶片便宜得多。一方面，這允許便宜生產(chǎn)mems產(chǎn)品。另一方面，以大約相同的生產(chǎn)成本，可以生產(chǎn)更大的mems器件，更大的mems器件通常具有更高的靈敏度或效率。在數(shù)字方面，目前較高端的fr4板要花費(fèi)約20us$或每mm²為7x10^-5us$。與此相比，150mm的硅晶片要花費(fèi)約200us$或每mm²為0.02us$。這意味著使用pcb材料fr4來實(shí)現(xiàn)壓電式換能器的支撐結(jié)構(gòu)比使用硅用于相同目的要便宜99.5％。

此外，通過已知的pcb制造工藝可以以簡單的方式實(shí)現(xiàn)在一定面積內(nèi)集成多個mems器件。例如，通過所謂的電鍍通孔(platedthroughholes,pth)實(shí)現(xiàn)“前端至后端”互連比通過所謂的“硅穿孔(throughsiliconvias,tsv)”實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的互連便宜得多。

此外，可以通過應(yīng)用完善的表面安裝技術(shù)(smt)和/或通過嵌入簡單地添加由一個或多個電子部件實(shí)現(xiàn)的額外電子電路。這簡化了上述mems器件在一個或多個電子部件構(gòu)成的電子環(huán)境內(nèi)的集成。

為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生例如后體積(back-volume)、腔、通道等的可能有必要的額外結(jié)構(gòu)，可以對pcb支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆孔或銑削。對應(yīng)結(jié)構(gòu)不僅可以通過機(jī)械工具形成，還可以例如通過激光鉆孔和/或激光燒蝕和/或等離子蝕刻形成。相比于通常用于在半導(dǎo)體材料上或在半導(dǎo)體材料處形成mems的相對昂貴且漫長的濕法或干法蝕刻工藝，這種完善的構(gòu)造過程可以顯著更便宜和/或顯著更快地實(shí)現(xiàn)。

所述支撐結(jié)構(gòu)可以是能夠向壓電式換能器提供必要的機(jī)械支撐的任何物理結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，這種支撐結(jié)構(gòu)(至少部分)由pcb材料形成，其中，pcb材料是用于形成或建造印刷電路板的那些材料。

在本申請的上下文中，術(shù)語“印刷電路板”(pcb)可以具體地表示板狀部件承載件，該板狀部件承載件通過將若干導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)與若干電絕緣層結(jié)構(gòu)層壓在一起形成，例如通過施加壓力，如有需要還伴隨有熱能供應(yīng)。pcb使用導(dǎo)電跡線、焊盤和其他用導(dǎo)電或金屬層(通常為銅層)蝕刻的特征機(jī)械支撐并電連接電子部件。pcb可以是單面的(一個金屬層)、雙面的(兩個金屬層)或多層的(外金屬層和內(nèi)金屬層)。多層pcb允許顯著增加電子組件的集成密度。不同層處的導(dǎo)體與金屬化或電鍍通孔或盲孔(均稱為過孔)連接。

作為用于pcb技術(shù)的優(yōu)選材料，導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)由銅制成，而電絕緣層可以包括樹脂和/或玻璃纖維、所謂的預(yù)浸材料或fr4材料。通過形成穿過層壓件的通孔，例如通過激光鉆孔或機(jī)械鉆孔，并用導(dǎo)電材料(尤其為銅)填充這些通孔，從而形成作為通孔或盲孔連接的過孔，各個導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)可以以期望的方式彼此連接。

除了可以嵌入印刷電路板的一個或多個電子部件，印刷電路板通常構(gòu)造成在板狀印刷電路板的一個表面或兩個相對表面上容納一個或多個電子部件。該至少一個電子部件可以通過焊接連接至相應(yīng)的主表面。

在本文中，術(shù)語“換能器”可以表示將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或者反過來將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的任何機(jī)電器件。具體地，換能器可以是在電量諸如電壓的影響下使mems的移動部移動的致動器。替代地，換能器可以是將機(jī)械能如mems的移動部的移動轉(zhuǎn)化為電量(如，電壓)的傳感器。因此，機(jī)械能還可以是移動mems部與電參照部之間的相對位置產(chǎn)生的勢能。在后者的情況下，電量通常是表示對應(yīng)mems傳感器的輸出信號的電壓。

“壓電式換能器”具體可以是其中通過壓電材料將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能或者將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的換能器。壓電材料可以是例如晶狀石英材料、鈦酸鉛(pbtio3)、磷酸鎵(gapo4)、鈦酸鋇(batio3)、鋯鈦酸鉛(pzt)或無鉛壓電陶瓷材料諸如鐵酸鉍(bifeo3)。雖然目前未被視為最佳候選物，但半導(dǎo)體材料諸如gan、inn、aln和zno也可以用于形成壓電式換能器。此外，可以使用例如聚合物材料聚偏二氟乙烯(pvdf)。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，pcb材料包括由以下組成的組中的至少一種：樹脂尤其是雙馬來酰亞胺三嗪樹脂、氰酸酯、玻璃尤其是玻璃纖維、預(yù)浸材料、液晶聚合物、環(huán)氧樹脂基的積層膜(epoxy-basedbuild-upfilm，環(huán)氧樹脂基的疊層膜)、fr4材料、陶瓷以及金屬氧化物。雖然優(yōu)選的是預(yù)浸材料或fr4，但也可以使用其他提及的材料或另外的材料。

要說明的是，當(dāng)然，適合材料的良好選擇要考慮通常與所用壓電材料的特性相比或相關(guān)的pcb材料的期望特性。這些特性可以是例如(a)熱膨脹系數(shù)(cte)，(b)彈性靈活度或彈性模量，(c)玻璃轉(zhuǎn)換溫度，以及/或者(d)電磁輻射的吸收系數(shù)，尤其是射頻體制中電磁輻射的吸收系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，pcb材料中的至少一種具有在20℃下處于下述范圍的線性熱膨脹系數(shù)(cte)：在2.0x10^-6/k至3.1x10^-6/k之間，尤其(b)在2.2x10^-6/k至2.9x10^-6/k之間，還尤其(c)在2.4x10^-6/k至2.7x10^-6/k之間，甚至尤其(d)至少大約為2.56x10^-6/k。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：至少一種采用的pcb材料大體上緊密匹配硅的cte。因此，硅可以用于直接或間接地連接至壓電式換能器的部件，同時可以避免或至少顯著減少尤其是對于mems傳感器應(yīng)用的關(guān)于溫度依賴性的問題。

使用具有特定cte的pcb材料允許用pcb材料替換專門用于已知mems器件的半導(dǎo)體材料硅的至少一些。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以應(yīng)用完善的pcb加工工藝形成期望的mems器件。優(yōu)選地，不止一種或者甚至是所有采用的pcb材料均至少大體上滿足這些要求。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，pcb材料中的至少一種具有比硅的彈性模量小的彈性模量。

描述上來說，該至少一種采用的pcb材料以及優(yōu)選地所有采用的pcb材料比如上所述可以至少用于mems器件的某些部件的半導(dǎo)體材料硅更軟，所述mems器件的部件直接或間接地機(jī)械連接或耦接至壓電式換能器。這允許緩沖和/或抑制所述mems器件的不同部件之間的機(jī)械應(yīng)力。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，壓電式換能器至少部分地由氮化鋁(aln)制成。

將aln用作壓電式換能器的壓電材料可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：與許多其他壓電材料相比，該aln材料可以以相對容易但可靠的方式沉積在許多類型的pcb材料上。特別地，aln適合沉積在fr4材料上，如上所述，fr4材料是形成pcb的非常常見的材料。因此，可以在受益于完善的pcb制造工藝的同時生產(chǎn)將aln用于壓電式換能器的所述mems器件。

可以例如通過濺射過程實(shí)現(xiàn)aln在fr4材料處或在fr4材料上的沉積。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，mems器件還包括銅(cu)層，其中，aln形成在該cu層處。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以以容易且高效的方式實(shí)現(xiàn)aln在(整個mems器件的分層結(jié)構(gòu)的)至少一種pcb材料處或上的沉積。在加工的方面，所述cu層可以是(結(jié)構(gòu)化)cu箔，該cu箔通常表示用于制造pcb的半成品。

在這方面，要指出的是本文描述的mems器件的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，出乎意料的是，壓電材料aln的特征在于與材料cu的非常好的粘附力。由于如上所述，cu層廣泛用于制造pcb，將aln用于壓電式換能器允許在主要依靠于完善的pcb生產(chǎn)工藝的同時建造所述mems器件。

取決于所述mems器件的具體設(shè)計(jì)，從生產(chǎn)mems器件的角度來看，cu層可以分配至支撐結(jié)構(gòu)或者分配至壓電式換能器。在兩種情況下，cu層均用作以機(jī)械可靠的方式將aln與pcb材料中的至少一種——尤其是fr4——組合在一起的結(jié)合結(jié)構(gòu)。

在將cu層分配至壓電式換能器的情況下，相應(yīng)的cu箔可以通過典型的pcb制造工藝(包括沖壓和/或cu蝕刻過程)結(jié)合至支撐結(jié)構(gòu)的有機(jī)基體。

在本上下文中，要說明的是使用中間cu層間接地將aln層附接至fr4或在fr4處形成aln層會減少fr4上的熱負(fù)荷，該熱負(fù)荷通常在用沉積aln所需的相對高溫加工aln時出現(xiàn)。因此，可以在將cu箔(與aln一起)附接至fr4材料之前在cu箔處形成aln層。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，已通過濺射過程在cu層處形成aln。這可提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以使用可靠且完善的過程將壓電aln材料沉積在cu層上。此外，已證明濺射還在這些材料之間產(chǎn)生機(jī)械穩(wěn)定連接。這些益處可能源自于下述事實(shí)：濺射允許在相對低溫下在cu處沉積aln，相對低溫會減少上述尤其作用于pcb材料fr4的熱負(fù)荷。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，壓電式換能器是至少部分地嵌入在所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的層結(jié)構(gòu)。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以通過所述支撐結(jié)構(gòu)的pcb材料(至少部分地)保護(hù)壓電式換能器的物理結(jié)構(gòu)，所述壓電式換能器可能是機(jī)械上非常敏感或易損的。

術(shù)語“層結(jié)構(gòu)”可以具體指壓電式換能器是平坦的結(jié)構(gòu)，其厚度比其側(cè)向尺寸(如，其長度和寬度)小得多。

在本文的上下文中，“嵌入”可以具體指壓電式換能器包括固定部分，所述固定部分在兩個相對側(cè)或表面覆蓋有至少一種pcb材料。再次，pcb材料可以優(yōu)選為fr4。

描述上來說，根據(jù)本文所述的實(shí)施方案，壓電式換能器的部分可以被pcb材料“夾緊”，尤其被兩種不同的pcb材料層結(jié)構(gòu)“夾緊”。優(yōu)選地，在mems器件的截面圖中，存在至少兩個分立的固定部分，這兩個分立的固定部分被兩個pcb材料層部分直接或間接的夾緊，所述兩個pcb材料層部分被分配至由pcb材料制成的支撐結(jié)構(gòu)的不同層。為了允許壓電式換能器與mems器件的外部環(huán)境之間的靈敏交互(在傳感器應(yīng)用中)或高效交互(在致動器應(yīng)用中)，還可以對壓電式換能器設(shè)置不與pcb材料(至少不從兩個相對側(cè))機(jī)械接觸的交互部分。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，mems器件還包括開口，該開口形成在支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)并設(shè)計(jì)成使得壓電式換能器的交互部分暴露于mems器件的外部環(huán)境。這可以允許mems器件的壓電式換能器與表征環(huán)境的實(shí)際狀態(tài)的物理量之間的直接機(jī)械交互。

在這方面，術(shù)語“環(huán)境”必須以廣義方式理解。取決于特定應(yīng)用，環(huán)境可以只是mems器件的周圍空氣或周圍大氣(如，在mems器件是不使用膜的壓力傳感器或揚(yáng)聲器的情況下)。然而，環(huán)境也可以由微機(jī)械結(jié)構(gòu)(諸如一個微杠桿或一組微杠桿)形成。

術(shù)語“開口”可以表示形成在支撐結(jié)構(gòu)中或處的任何類型的凹部或腔。所述開口甚至可以是形成在支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬化(電鍍)或非金屬化過孔。開口可以例如通過鉆孔或銑削形成在支撐結(jié)構(gòu)的相應(yīng)部分內(nèi)，其中，鉆孔和銑削均可以用機(jī)械工具和/或適當(dāng)?shù)募す廨椛渫瓿?。替代地或結(jié)合地，可以使用等離子蝕刻過程。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，mems器件還包括另一開口，該另一開口形成在支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)并且設(shè)計(jì)成使得壓電式換能器的另一交互部分暴露于mems器件的所述外部環(huán)境或另一外部環(huán)境。因此，相對于壓電式換能器的層結(jié)構(gòu)的主平面，該交互部分和該另一交互部分位于相對側(cè)。這種設(shè)計(jì)可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：即使在相對較小開口(即，開口和另一開口)的情況下，mems器件的環(huán)境(即，mems器件的外部環(huán)境以及可能地另一外部環(huán)境)之間機(jī)械交互的效率或強(qiáng)度也可以相對較高。換言之，可以使機(jī)械上未保護(hù)的交互部分(即，交互部分和另一交互部分)的大小保持相對較小。因此，整個mems器件的機(jī)械強(qiáng)度將是高的，這增加了所述mems可以用于的應(yīng)用的數(shù)量。

優(yōu)選地，以相對于壓電式換能器的層結(jié)構(gòu)的主平面至少部分對稱的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)mems器件。這種對稱可以用形成兩個面向彼此的開口(即，上述開口和上述另一開口)來實(shí)現(xiàn)。這意味著相對于主平面內(nèi)的任何方向，所述開口和所述另一開口之間存在最大空間重疊。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，mems器件還包括跨過開口的柔性膜，其中，該膜的至少一部分與壓電式換能器機(jī)械地耦接或者能夠耦接至壓電式換能器。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以保護(hù)壓電式換能器不受不想要的外部撞擊影響。此外，由于所述膜的柔韌性，可以將表征環(huán)境的物理量傳遞至壓電式換能器而沒有較大的衰減或阻尼。在所述mems器件用于壓力測量應(yīng)用的情況下，使用這種柔性膜可以是特別有利的。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，柔性膜包含硅樹脂(silicone，硅酮)和/或多晶硅，所述多晶硅尤其為摻雜多晶硅。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)然利用額外的加工步驟，柔性膜的生產(chǎn)可以與所述mems器件的其他部分的生產(chǎn)結(jié)合。

優(yōu)選地，膜完全由多晶硅制成，尤其由摻雜多晶硅制成。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以采用pcb行業(yè)尤其是半導(dǎo)體行業(yè)中熟知的加工步驟。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，所述mems器件還包括附接至壓電式換能器的交互部分的慣性元件。

所述慣性元件可以是具有一定質(zhì)量并且一在mems器件加速時就產(chǎn)生慣性力的任何物理結(jié)構(gòu)。這意味著利用所述mems器件可以測量加速的強(qiáng)度，其中，如果加速的方向至少大體上垂直于壓電式換能器的層結(jié)構(gòu)的(主)平面，則可以最大化對應(yīng)的mems加速傳感器的靈敏度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種mems組件，該mems組件包括(a)部件承載件，以及(b)如上所述的mems器件，其中，所述mems器件安裝在部件承載件處。

所述mems組件基于下述構(gòu)思：利用熟知且完善的pcb制造過程可以容易地將上述mems器件附接至部件承載件，所述部件承載件可以用作電子部件的安裝基座以建造電子電路。在致動器應(yīng)用的情況下，電子電路可以用于驅(qū)動mems器件的壓電式換能器，以引起耦接至壓電式換能器的機(jī)械微部件的移動。在傳感器應(yīng)用的情況下，安裝在部件承載件上或安裝在部件承載件處的電子電路可以接收并處理響應(yīng)于壓電式換能器的機(jī)械移動而產(chǎn)生的電信號。再次，這種機(jī)械移動可以通過耦接至壓電式換能器的機(jī)械微部件的移動產(chǎn)生。

所述部件承載件可以是pcb。優(yōu)選地，pcb由與支撐結(jié)構(gòu)相同的pcb材料制成。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：對于整個mems組件的加工，部件承載件和支撐結(jié)構(gòu)可以用相同類型的pcb加工步驟形成。這允許非常高效地生產(chǎn)所述mems組件。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，mems組件還包括電子電路，該電子電路安裝在部件承載件處并與mems器件電連接。

該電子電路包括可以安裝在部件承載件的表面處的一個或多個電子部件。替代地或結(jié)合地，這些部件中的至少一個可以嵌入部件承載件內(nèi)。

關(guān)于該實(shí)施方案描述的mems組件可以形成代表mems致動器或mems傳感器的一種封閉和/或自給式模塊。

在致動器應(yīng)用的情況下，mems組件可以例如是揚(yáng)聲器、微型泵、用于例如噴墨應(yīng)用的液體或粘性介質(zhì)敷料器、微懸臂器件、用于例如定位微鏡和/或微透鏡(自動聚焦應(yīng)用)的定位器件、電氣開關(guān)、可變電容器等的至少一部分。

在傳感器應(yīng)用的情況下，mems組件可以是例如傳聲器、加速度傳感器、壓力傳感器、觸覺傳感器、磁場傳感器、化學(xué)傳感器、陀螺儀等的至少一部分。

雖然不是字面上的傳感器應(yīng)用，但微能量收集也可能是所述mems組件的有希望的“傳感器”應(yīng)用，因?yàn)榇颂幚胢ems器件也可以捕獲機(jī)械能量并將其轉(zhuǎn)換為電能。

要指出的是，上述給出的列舉不是完全的，所述mems組件還可以用于其他目的。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造mems器件的方法。提供的方法包括：(a)通過使用pcb制造過程用pcb材料形成支撐結(jié)構(gòu)；以及(b)在支撐結(jié)構(gòu)處形成壓電式換能器。

另外，所提供的方法基于下述構(gòu)思：至少一些壓電材料可以直接或間接地(如，經(jīng)由中間金屬層)沉積在典型pcb材料上或沉積在典型pcb材料處。與根據(jù)半導(dǎo)體工藝建造的mems器件相比，使用pcb材料形成所述支撐結(jié)構(gòu)可以具有下述優(yōu)點(diǎn)：利用一個單塊pcb板，可以同時形成顯著更高數(shù)量的mems器件。這顯著降低了每個單個mems器件的生產(chǎn)成本。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，該方法還包括形成部件承載件，尤其為pcb，其中，部件承載件和支撐結(jié)構(gòu)用相同的pcb制造工藝形成，使得將支撐結(jié)構(gòu)安裝至部件承載件。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以主要利用完善的pcb制造工藝形成mems組件，該mems組件可以用作充當(dāng)mems致動器或mems傳感器的mems模塊。

如上所述，這種模塊可以包括適合的電子電路，該電子電路可以安裝(例如表面安裝)在部件承載件上和/或嵌入在部件承載件內(nèi)。取決于具體應(yīng)用，這種電子電路驅(qū)動mems器件，相應(yīng)地驅(qū)動mems器件的壓電式換能器(在類似致動器的應(yīng)用中)，或者接收并且如適用還處理mems器件產(chǎn)生的測量信號(傳感器應(yīng)用)。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，形成支撐結(jié)構(gòu)以及形成壓電式換能器包括將壓電式換能器夾在支撐結(jié)構(gòu)的下部與支撐結(jié)構(gòu)的上部之間。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以以容易且高效的方式形成mems器件。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，所述方法還包括：(a)在下部內(nèi)形成開口，以暴露壓電式換能器的交互部分，以及/或者(b)在上部內(nèi)形成另一開口，以暴露壓電式換能器的另一交互部分。

如上所述，利用開口，壓電式換能器的相應(yīng)交互部分可以與表征mems器件的環(huán)境的實(shí)際狀態(tài)的物理量建立直接機(jī)械交互。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，通過等離子蝕刻過程和/或激光處理過程尤其是激光燒蝕過程來形成開口和/或形成另一開口。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)精確地形成開口和/或另一開口。由于pcb材料的等離子蝕刻和激光燒蝕均是認(rèn)可且熟知的過程，因此無需為了實(shí)現(xiàn)所述mems器件而開發(fā)特定的開口形成過程。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，(a)在壓電式換能器與支撐結(jié)構(gòu)的下部之間設(shè)置有下釋放層，并且/或者(b)在壓電式換能器與支撐結(jié)構(gòu)的上部之間設(shè)置有上釋放層。這可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以通過激光切割過程形成開口和/或另一開口，其中，切割激光束被引導(dǎo)沿著開口的周界或周緣，使得切除支撐結(jié)構(gòu)的相應(yīng)部的一部分，該部分對應(yīng)于相應(yīng)開口。然后可以容易地將剩余的切除塊從壓電式換能器中移除。

下釋放層和/或上釋放層可以由pcb制造中已知的并且防止兩層之間不想要的(強(qiáng))粘附力的任何材料制成。下釋放層和/或上釋放層可以是例如蠟層。

優(yōu)選地，下釋放層和/或上釋放層不會側(cè)向延伸至包括支撐結(jié)構(gòu)和壓電式換能器的堆疊體的端部或邊緣。唯一必要的是相應(yīng)的釋放層沿開口的整個寬度側(cè)向延伸。這具有下述積極效果：在最終的mems器件中，壓電式換能器將保持牢固地附接或粘附至剩余的支撐結(jié)構(gòu)(在沒有對應(yīng)于開口的切除部分的情況下)。

根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，壓電式換能器是至少一個氮化鋁(aln)層和至少一個銅(cu)層的堆疊體。

如上所述，aln呈現(xiàn)出與cu的非常好的粘附力，cu是一種廣泛使用的pcb材料。這可以提高壓電式換能器與支撐結(jié)構(gòu)的粘附力。對于aln/cu壓電式換能器夾在支撐結(jié)構(gòu)的兩部分之間的上述實(shí)施方案，尤其如此。

要注意的是，參照不同主題描述了本發(fā)明的實(shí)施方案。具體地，一些實(shí)施方案已經(jīng)參照方法權(quán)利要求被描述，而另一些實(shí)施方案已經(jīng)參照裝置權(quán)利要求被描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述和下文描述可以推斷出，除非另有說明，則除了屬于一種主題的特征的任何組合以外，涉及不同主題的特征之間的任意組合，特別是方法權(quán)利要求的特征與裝置權(quán)利要求的特征之間的任意組合也視為被本文公開。

根據(jù)下文描述的實(shí)施方案的示例會明了上文限定的方面和本發(fā)明的其他方面，并且將參照實(shí)施方案的示例解釋這些方面。下文將參照實(shí)施方案的示例更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些示例。

附圖說明

圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的mems器件的截面圖。

圖1b是圖1a所示的mems器件的仰視圖。

圖2示出了mems器件的生產(chǎn)，其中，使用釋放層以允許容易且高效地形成暴露mems器件的壓電式換能器的開口。

圖3示出了包括部件承載件和形成在其上的mems器件的mems裝置。

具體實(shí)施方式

附圖中的說明是示意性的。要注意的是，在不同的圖中，對類似或相同的元件或特征提供相同的附圖標(biāo)記。為了避免不必要的重復(fù)，根據(jù)前述實(shí)施方案已經(jīng)闡述的元件或特征不在說明書的后面部分再次闡述。

此外，空間相對的術(shù)語，諸如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”等，用于描述如圖中所示的元件與另外的元件的關(guān)系。因此，空間相對的術(shù)語在使用中可以適用于與圖中所示定向不同的定向。明顯地，所有這些空間相對的術(shù)語僅為了便于說明起見指的是圖中所示定向，但并不一定是限制性的，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的裝置在使用時可以采取與圖中所示定向不同的定向。

圖1a示出了可以用作傳聲器或揚(yáng)聲器的mems器件100的截面圖。mems器件100的應(yīng)用取決于是將機(jī)械能或聲能轉(zhuǎn)換為電量，還是反過來將電量諸如驅(qū)動電壓或電流轉(zhuǎn)換為振動能或聲能。

mems器件100包括支撐結(jié)構(gòu)110，根據(jù)此處描述的實(shí)施方案，該支撐結(jié)構(gòu)是兩個fr4材料層112和114的堆疊體。為了避免mems器件100內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力，fr4材料是低ctefr4材料。層112和114也可以看作是pcb芯層。

在兩個fr4層112、114之間形成有壓電式換能器120。該壓電式換能器120是包括壓電材料層122和金屬層124的分層結(jié)構(gòu)。根據(jù)此處描述的示例性實(shí)施方案，壓電材料層122由aln制成，而金屬層124由cu制成。

為了使壓電式換能器120暴露于mems器件100的環(huán)境，設(shè)置了兩個開口。(上)開口152形成在fr4層114內(nèi)，(下)另一開口154形成在fr4層112內(nèi)。膜130跨過開口152，其中，膜130的中心部分機(jī)械連接至壓電式換能器120。根據(jù)此處描述的示例性實(shí)施方案，膜130由硅樹脂制成。替代地，可以使用具有特別類似的彈性性質(zhì)的材料。在某些應(yīng)用中，甚至可以使用多晶硅材料，然而，多晶硅可能較難加工。代表振動塊的慣性元件140位于(下)另一開口154內(nèi)，并附接至壓電式換能器120的底側(cè)。

描述上來說，mems器件100表示將fr4芯112、114用作(pcb)基底的理想化傳聲器/揚(yáng)聲器。由于將多晶硅材料用于膜130，因此mems器件100是基于硅的mems傳聲器或mems揚(yáng)聲器的典型組成。通過使用具有低熱膨脹系數(shù)(cte)的fr4材料，最小化了膜130與fr4芯114之間的熱誘導(dǎo)機(jī)械應(yīng)力。描繪的基于硅的mems器件100是一種壓電式mems器件。這意味著與操作相關(guān)聯(lián)的電量是電壓，而不是電流。在傳聲器應(yīng)用中，膜130的振動產(chǎn)生用于由未描繪的電子電路讀出的電壓信號。在揚(yáng)聲器應(yīng)用中，電壓信號驅(qū)動壓電式換能器120。壓電式換能器120所形成的振動機(jī)械地傳遞至膜130，膜本身產(chǎn)生聲波。

壓電式換能器120與慣性元件140一起表示彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)，該彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的振動由壓電式換能器檢測或產(chǎn)生。要指出的是，取決于mems器件100的特定設(shè)計(jì)和/或應(yīng)用，慣性元件140和/或膜130是可選部件。

另外，可以通過濺射過程將壓電材料aln122直接應(yīng)用至fr4材料上，在描述的實(shí)施方案中，在將mems器件100的fr4芯層114尤其是通過一次性工藝來按壓到一起而彼此附接之前，aln被應(yīng)用至cu層。

圖1b是mems器件100的仰視圖。根據(jù)此處描述的實(shí)施方案，aln材料(在揚(yáng)聲器應(yīng)用中表示致動器)在空間上由平面aln層構(gòu)造，使得形成aln材料的兩個彎曲臂。這兩個彎曲臂中的一個分別經(jīng)由電觸點(diǎn)162和形成在fr4材料層112上的對應(yīng)的導(dǎo)體跡線163電接觸。根據(jù)此處描述的實(shí)施方案，電觸點(diǎn)162和導(dǎo)體跡線163由適合的結(jié)構(gòu)化cu層制成，為清楚起見在圖1a中未示出。

從圖1b可以看出，根據(jù)此處描述的實(shí)施方案，另一開口154具有圓形形狀。然而，要說明的是，所述mems器件還可以被實(shí)現(xiàn)為含有具有另一形狀諸如矩形形狀或方形形狀的開口。這同樣適用于僅在圖1a中可見的開口152的形狀。

圖2示出了以高效方式生產(chǎn)mems器件100時的中間狀態(tài)。具體地，采用了兩個釋放層270，其中，上釋放層270形成在cu層124與上fr4芯114之間，而下釋放層270形成在aln層122與下fr4芯114之間。從圖2可以看出，這兩個釋放層270側(cè)向地延伸超過限定兩個開口152和154的大小的相應(yīng)激光切割線270，所述兩個開口在圖1a中最佳地示出。為了形成這兩個開口152和154，引導(dǎo)激光束沿著fr4芯114的相應(yīng)表面上的圓形線。激光束的處理能力被選擇使得當(dāng)被引導(dǎo)沿著圓形線達(dá)預(yù)定次數(shù)時，相應(yīng)圓形切割沿著豎向z方向能夠從相應(yīng)fr4芯114的外表面延伸至相應(yīng)釋放層270。因此，產(chǎn)生對應(yīng)于相應(yīng)開口的大小的圓柱形切除部分，該圓柱形切除部分可以容易地脫離剩余的mems器件100(兩個釋放層270防止粘附)。

圖3示出了包括部件承載件392和形成在其上的mems器件100的mems裝置390。根據(jù)此處描述的實(shí)施方案，部件承載件392是其上組裝有電子電路394的pcb。在揚(yáng)聲器應(yīng)用的情況下，電子電路394生成或轉(zhuǎn)發(fā)的電信號被應(yīng)用至mems器件100的壓電式換能器120。在傳聲器應(yīng)用中，膜130的振動產(chǎn)生被電子電路394接收的電信號。

要注意的是，術(shù)語“包括”不排除其他元件或步驟，并且冠詞“一(a)”或“一(an)”的使用不排除復(fù)數(shù)。另外，可以結(jié)合關(guān)于不同實(shí)施方案描述的元件。還應(yīng)注意的是，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)視為限制權(quán)利要求的范圍。

參考標(biāo)記列表：

100mems器件

110支撐結(jié)構(gòu)

112pcb芯/(低cte)fr4

114pcb芯/(低cte)fr4

120壓電式換能器

122壓電材料，aln

124金屬層/cu層

130膜/摻雜多晶硅

140慣性元件/質(zhì)量

152開口

154另一開口

162電觸點(diǎn)

163導(dǎo)體跡線

270釋放層

275激光切割線

390mems組件

392部件承載件/pcb

394電子電路