微型扬声器的封装结构的制作方法

1.本发明涉及一种微型扬声器，且特别是涉及一种微型扬声器的封装结构。


背景技术：

2.电子产品正朝着更小、更薄的方向发展，如何缩小电子产品的尺寸始成一重要的课题。微机电系统(micro electromechanical system,mems)技术是一种结合半导体加工技术及机械工程的技术，可以有效地缩小元件尺寸并制造具多功能的微型元件及微型系统。
3.目前市面上已有相当多产品是利用微机电系统制造，例如：微加速度计、微陀螺仪、微地磁计及传感器等等。传统动圈式扬声器的制造技术已相当成熟，然而传统动圈式扬声器面积较大且价格较贵。若运用微机电制作工艺技术在半导体芯片上制作动圈式扬声器，将使其面积减小且成本降低，有利于批次量产。然而除了尺寸缩小以利制造，仍须发展具有较佳频率响应的微型动圈式扬声器。


技术实现要素：

4.本发明一些实施例提供一种微型扬声器的封装结构，包括：基板，具有中空腔室；振动薄膜，悬置于中空腔室上；线圈，嵌入于振动薄膜中；载板，设置于基板的底表面；第一永久磁性元件，设置于载板之上，且容置于中空腔室中；封装盖，包绕基板与振动薄膜，其中封装盖的盖口露出振动薄膜的部分顶表面；以及第二永久磁性元件，设置于振动薄膜上。
5.在一些实施例中，振动薄膜包括聚二甲基硅氧烷、酚醛环氧树脂、聚酰亚胺或其组合。
6.在一些实施例中，载板包括气孔，且气孔允许中空腔室与外界环境连通。
7.在一些实施例中，封装盖包括磁导率低于1.25
×
10-4
h/m的金属。
8.在一些实施例中，第二永久磁性元件设置在封装盖的盖口下。
9.在一些实施例中，第二永久磁性元件设置在封装盖的盖口上，其中封装盖的盖口具有凹槽以容置第二永久磁性元件。
10.在一些实施例中，振动薄膜的杨氏模数(young’s modulus)介于1mpa至100gpa之间。
11.在一些实施例中，振动薄膜的厚度介于0.1微米至20微米之间。
12.在一些实施例中，线圈包括第一金属层及第二金属层，且第一金属层于振动薄膜的开口中与第二金属层电连接。
13.在一些实施例中，第一金属层及第二金属层各自包括铝硅、铝、铜或其组合。
14.在一些实施例中，第一金属层及第二金属层的宽度介于1微米至500微米之间，第一金属层及第二金属层的厚度介于0.1微米至20微米之间。
15.在一些实施例中，第一金属层具有螺旋结构，环绕振动薄膜的中心轴，且第二金属层由第一金属层上方越过螺旋结构并与第一金属层电连接。
16.在一些实施例中，第一金属层具有波浪形结构，将螺旋结构连接至开口。
17.在一些实施例中，还包括介电层，设置于第一金属层与第二金属层之间，其中介电层包括通孔，且第一金属层通过通孔与第二金属层电连接。
附图说明
18.以下将配合所附图示详述本揭露的各面向。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小单元的尺寸，以清楚地表现出本揭露的特征。
19.图1a为一些实施例，绘示示例的微型扬声器的封装结构的俯视图；
20.图1b为一些实施例，绘示示例的微型扬声器的封装结构的剖视图；
21.图2为一些实施例，绘示图1a所示的区域i的放大示意图；
22.图3a～图3f为一些实施例，绘示微型扬声器的封装结构在制造中间阶段的剖视图；
23.图4为另一些实施例，绘示微型扬声器的封装结构的剖视图。
24.符号说明
25.10:封装结构
26.100:基板
27.102:振动薄膜
28.104:多层线圈
29.105:第一金属层
30.106:第二金属层
31.108:封装盖
32.111:开口
33.112:介电层
34.114:介电层
35.130:介电层
36.132:通孔
37.140:切割道
38.150:中空腔室
39.151:气孔
40.160:载板
41.170:第一永久磁性元件
42.180:第二永久磁性元件
43.105a:螺旋结构
44.105b:波浪型结构
45.108a:盖口
46.a-a:剖面
47.b-b:剖面
48.c-c:剖面
具体实施方式
49.以下针对本发明的显示装置作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本发明的不同样态。以下所述特定的元件及排列方式仅为简单描述本发明。当然，这些仅用以举例而非本发明的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触的情形。或者，也可能间隔有一或更多其它材料层的情形，在此情形中，第一材料层与第二材料层之间可能不直接接触。
50.此外，本发明实施例可能在许多范例中重复元件符号及/或字母。这些重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非代表所讨论各种实施例及/或配置之间有特定的关系。以下描述实施例的一些变化。在不同附图和说明的实施例中，相似的元件符号被用来标示相似的元件。
51.在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式，此外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。
52.此外，其中可能用到与空间相对用词，例如「在......下方」、「下方」、「较低的」、「在......上方」、「上方」等类似用词，是为了便于描述附图中一个(些)部件或特征与另一个(些)部件或特征之间的关系。空间相对用词用以包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，其中所使用的空间相对形容词也将依转向后的方位来解释。
53.此处所使用的用语「约」、「近似」等类似用语描述数字或数字范围时，该用语意欲涵盖的数值是在合理范围内包含所描述的数字，例如在所描述的数字的 /-10％之内，或本发明所属技术领域中具有通常知识者理解的其他数值。例如，用语「约5nm」涵盖从4.5nm至5.5nm的尺寸范围。
54.再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如「第一」、「第二」、「第三」等的用词，以修饰权利要求的元件，其本身并不意含及代表该请求元件有任何之前的序数，也不代表某一请求元件与另一请求元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求元件得以和另一具有相同命名的请求元件能作出清楚区分。
55.本揭露所使用的术语「永久磁性元件」是指能够长期保持磁性的元件。亦即，永久磁性元件不易失去磁性也不易被磁化。此外，永久磁性元件也可以称为「硬磁元件」。
56.本揭露实施例提供微型扬声器的封装结构，其振动薄膜下方设有永久磁性元件，永久磁性元件产生的磁场会与多层线圈通过的电流作用而产生基板法线方向上的作用力，使薄膜振动以产生声音。在封装结构的封装盖上方或下方设有另一永久磁性元件，其永久磁性元件与振动薄膜下方的永久磁性元件互相吸引使平面磁场偏转增加，多层线圈通过的电流与平面磁场产生基板法线方向上的作用力提高，使振动薄膜有较高的频率响应，进而具有较佳的性能。
57.图1a是根据一些实施例，绘示示例的微型扬声器的封装结构10的俯视图。如图1a所示，微型扬声器的封装结构10包括基板100、振动薄膜102、多层线圈104、封装盖108以及
载板160。应注意的是，在图1a所示的实施例中，为了显示微型扬声器的封装结构10的内部结构，振动薄膜102以及封装盖108仅用方框表示。
58.图1b是根据一些实施例，绘示图1a所示的微型扬声器的封装结构10的剖视图。如图1b所示，振动薄膜102下方设有第一永久磁性元件170，且振动薄膜102上方设有第二永久磁性元件180。第一永久磁性元件170与第二永久磁性元件180可以互相吸引，以进一步提升振动薄膜102的频率响应。应注意的是，为了简化附图，图1a并未示出第一永久磁性元件170以及第二永久磁性元件180。
59.参照图1a及图1b，振动薄膜102设置于基板100上，且可以在基板100的法线方向上下振动。多层线圈104是嵌入于振动薄膜102中。亦即，多层线圈104并不会显露出来。多层线圈104是配置以传输电信号，并驱使振动薄膜102根据上述电信号相对于基板100产生形变。目前市面上扬声器的电阻多为8ω或32ω，相较于单层线圈，其电阻较低，本揭露的多层线圈较易符合市面上产品的电阻需求。
60.多层线圈104包括第一金属层105以及第二金属层106，且第一金属层105在振动薄膜102的开口111中与第二金属层106电连接，以传递电信号，并控制微型扬声器的封装结构10的运作。
61.在一些实施例中，第一金属层105包括位于振动薄膜102中心的螺旋结构105a，以及由螺旋结构105a向振动薄膜102外围延伸的波浪形结构105b。螺旋结构105a环绕振动薄膜102的中心轴o，且波浪形结构105b将螺旋结构105a连接至开口111。通过设置波浪形结构105b，振动薄膜102可以更具有弹性，并可以降低振动的难度。
62.图2显示图1a所示的区域i的放大示意图。参照图1b及图2，第一金属层105及第二金属层106位于不同的水平面，第二金属层106高于第一金属层105。亦即，第二金属层106相较于第一金属层105更接近振动薄膜102的顶部。
63.在第一金属层105和第二金属层106之间设置有介电层130，以防止在第一金属层105和第二金属层106之间产生短路。在介电层130中形成有通孔132，且第二金属层106跨越螺旋结构105a并通过通孔132与第一金属层105电连接。以下将配合图3a至图3f说明封装结构10详细结构的制作工艺。
64.图3a至图3f显示图1a～图1b所示的封装结构10的制造过程的剖面示意图。应了解的是，图3a至图3f的每一者都包括沿着图1a～图1b所示的线a-a、b-b及c-c的剖视图。如此一来，可在单一附图中绘示封装结构10不同部分的制造过程。
65.参照图3a，在基板100上形成有介电层112、114。在一些实施例中，基板100可以为半导体晶片的一部分。在一些实施例中，基板100可以由硅或其他半导体材料形成。替代地或额外地，基板100可以包括其他元素半导体材料，例如锗。在一些实施例中，基板100可以由化合物半导体形成，例如碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。在一些实施例中，基板100可以由合金半导体形成，例如硅锗、碳化硅锗、磷化砷化镓或磷化铟镓。在一些实施例中，基板100的厚度可以介于大约100微米至大约1000微米之间。
66.在一些实施例中，介电层112可以为二氧化硅或其他可作为介电层的氧化物或氮化物，并且可以通过热氧化、化学气相沉积(chemical vapor deposition,cvd)、低压化学气相沉积(low pressure cvd,lpcvd)、常压化学气相沉积(atmospheric pressure cvd,apcvd)、等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition,
pecvd)将介电层112形成在基板100上。
67.在一些实施例中，介电层114可以为二氧化硅或其他可作为介电层的氧化物或氮化物，并且可以通过热氧化、化学气相沉积(cvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)将介电层114形成在介电层112上。
68.继续参照图3a，在介电层114上形成多层线圈104的第一金属层105。可以通过电镀(electroplating)或物理气相沉积(physical vapor deposition,pvd)，例如溅镀(sputter)或蒸镀(evaporation)形成第一金属层105。接着，图案化第一金属层105以形成图1a所示的螺旋结构105a及波浪形结构105b。图案化制作工艺可以包括光刻制作工艺(例如，光致抗蚀剂涂布、软烘烤、掩模对准、曝光、曝光后烘烤、光致抗蚀剂显影、其他适当的制作工艺或上述的组合)、蚀刻制作工艺(例如，湿式蚀刻制作工艺、干式蚀刻制作工艺、其他适当的制作工艺或上述的组合)、其他适当的制作工艺或上述的组合。
69.在一些实施例中，第一金属层105可以包括铝硅、铝、铜或其组合。在一些实施例中，第一金属层105的宽度介于大约1微米至大约500微米之间，且第一金属层105的厚度介于大约0.1微米至大约20微米之间。
70.继续参照图3a，在第一金属层105及介电层114上形成介电层130。在一些实施例中，可以通过炉管制作工艺(furnace process)或化学气相沉积制作工艺形成介电层130。在一些实施例中，介电层130可以是掺碳(carbon-doped)的氧化物或其他适合的绝缘材料。
71.参照图3b，对介电层130执行光刻制作工艺及蚀刻制作工艺以在介电层130中形成通孔132，并露出部分的第一金属层105。接着，通过电镀或物理气相沉积(例如溅镀或蒸镀)，在介电层130和第一金属层105上形成多层线圈104的第二金属层106。随后图案化第二金属层106。应注意的是，介电层130通过上述光刻制作工艺及蚀刻制作工艺切割成分离的片段，仅留下必要的部分使第一金属层105与第二金属层106绝缘。通过移除介电层130的非必要的部分，振动薄膜102可以更具有弹性，并提升封装结构的性能。
72.在一些实施例中，第二金属层106可以包括铝硅、铝、铜或其组合。在一些实施例中，第二金属层106的宽度介于大约1微米至大约500微米之间，且第二金属层106的厚度介于大约0.1微米至大约20微米之间。
73.参照图3c，在第二金属层106上形成振动薄膜102。在一些实施例中，可以通过旋转涂布(spin coating)、狭缝式涂布(slot-die coating)、刮刀涂布(blade coating)、线棒涂布(wire bar coating)、凹版涂布(gravure coating)、喷雾式涂布(spray coating)、化学气相沉积或其他适合的方法形成振动薄膜102。如图3c所示，第一金属层105、第二金属层106以及介电层130是嵌入于振动薄膜102中。在一些实施例中，振动薄膜102包括聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,pdms)、酚醛环氧树脂(例如su-8)、聚酰亚胺(polyimide,pi)或其组合。在一实施例中，振动薄膜102由pdms形成，其振动薄膜102的杨氏模数(young’s modulus)介于1mpa至100gpa之间。相较于由聚酰亚胺所形成的薄膜，由pdms形成的振动薄膜102杨氏模数较小且薄膜结构较软，使得振动薄膜102的位移较大，进而产生较大的声音振幅。在一些实施例中，振动薄膜102的厚度介于大约0.1微米至大约20微米之间。
74.参照图3d，图案化振动薄膜102以在振动薄膜102中形成开口111，且在振动薄膜102周围形成切割道140。开口111可以露出第二金属层106。第一金属层105是于开口111中与第二金属层106电连接。切割道140可以在晶片上界定出每一个封装结构的区域。如此一
来，切割道140可以有助于切割(例如，激光切割)以将封装结构分离。
75.继续参照图3d，对基板100执行深反应离子式蚀刻(deep reactive-ion etching)制作工艺或利用蚀刻剂(例如：氢氧化铵(nh4oh)、氢氟酸(hydrofluoric acid,hf)、去离子水、氢氧化四甲基铵(tmah)、氢氧化钾(koh))的蚀刻制作工艺，以在基板100中形成中空腔室150。如第3d图所示，振动薄膜102悬置于中空腔室150的上方。应注意的是，介电层112、114可以作为蚀刻停止层，以保护振动薄膜102与多层线圈104不被蚀刻。由于蚀刻剂对于介电层112、114的蚀刻速率可能不同，在蚀刻制作工艺后，介电层112、114可能不会完全地重叠。举例而言，介电层112可能会在面向中空腔室150的一侧内缩形成凹槽。
76.参照图3e，在基板100的底表面设置载板160。在一些实施例中，载板160可以包括印刷电路板(printed circuit board,pcb)。载板160具有气孔151，其允许中空腔室150与外接环境连通。第一永久磁性元件170设置于载板160上，且容置于中空腔室150中。第一永久磁性元件170是配置以与多层线圈104合作以产生朝向基板100法线方向的力，且振动薄膜102可以根据所产生的力相对于基板100振动。在一些实施例中，第一永久磁性元件170包括钕铁硼磁石。
77.参照图3f，在载板160上设置封装盖108。封装盖108包绕基板100以及振动薄膜102，且封装盖108的盖口108a露出振动薄膜102的一部分顶表面。在一些实施例中，封装盖108包括磁导率低于1.25
×
10-4
h/m的金属，例如：金、铜、铝或其组合。
78.继续参照图3f，第二永久磁性元件180设置在振动薄膜102上方。在一些实施例中，第二永久磁性元件180设置在盖口108a下。第二永久磁性元件180可以与第一永久磁性元件170互相吸引，使平面磁场偏转增加。多层线圈104通过的电流与平面磁场产生在基板100法线方向上的作用力提高，使振动薄膜102有较佳的频率响应，进而提升封装结构的性能。在一些实施例中，第二永久磁性元件180包括钕铁硼磁石。
79.在一些实施例中，第一永久磁性元件170与第二永久磁性元件180的间距可以介于200至1000μm。若第一永久磁性元件170与第二永久磁性元件180的间距大于1000μm，两者之间可能无法具有足够的吸引力以增加平面磁场偏转，导致封装结构的频率响应变小，进而降低封装结构的性能。若第一永久磁性元件170与第二永久磁性元件180的间距小于200μm，振动薄膜102相对基板100产生上下形变时，可能会反复接触并撞击第一永久磁性元件170与第二永久磁性元件180，导致封装结构的损害，进而降低封装结构的可靠度。
80.图4是根据另一些实施例，绘示微型扬声器的封装结构的剖视图。相较于图3f所示的实施例，图4所示封装结构的第二永久磁性元件180是设置于封装盖108的盖口108a上。如图4所示，封装盖108的盖口108a具有凹口，使第二永久磁性元件180可以较稳固地设置在盖口108a上，而不易因外力而脱落。此外，上述盖口108a的设计可以降低制作工艺复杂度并提高产品可靠度。
81.综上所述，本揭露各种实施例提供微型扬声器的封装结构，其振动薄膜下方设有永久磁性元件，永久磁性元件产生的磁场会与多层线圈通过的电流作用而产生基板法线方向上的作用力，使薄膜振动以产生声音。在封装结构的封装盖上方或下方设有另一永久磁性元件，其永久磁性元件与振动薄膜下方的永久磁性元件互相吸引使平面磁场偏转增加，多层线圈通过的电流与平面磁场产生基板法线方向上的作用力提高，使振动薄膜有较高的频率响应，进而具有较佳的性能。
82.此外，在半导体芯片上制作线圈并上覆振动薄膜，使线圈嵌入在振动薄膜里。其可以降低制作工艺难度，并且使线圈多层连接处不易因长时间振动而断裂，进而提高产品的可靠度。另外，由于使用微机电制作工艺技术，本揭露的微型扬声器的封装结构具有可批次量产、一致性高、良率高、面积小以及成本低的益处。
83.以上概述数个实施例的部件，以便在本发明所属技术领域中具有通常知识者可以更加理解本发明实施例的观点。在本发明所属技术领域中具有通常知识者应理解，他们能轻易地以本发明实施例为基础，设计或修改其他制作工艺和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。在本发明所属技术领域中具有通常知识者也应理解，此类等效的结构并无悖离本发明的精神与范围，且他们能在不违背本发明的精神和范围下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。