麦克风组件及制造方法与流程

麦克风组件及制造方法
1.本发明大体上涉及光学麦克风，且具体地说，涉及用于光学麦克风的组件及此类组件的制造方法。
2.麦克风通常用于通过测量响应于环境声学振动而振动的可移动部件(例如膜片)的移位来将声波转换为电信号。存在测量此可移动部件的移位的数种方式，包含电容读出(通常称为电容式麦克风)和静电或电磁读出机构(例如，动态麦克风)。
3.读出麦克风膜片的位置的替代方式为光学干涉测量读出。在此类系统的典型实例中，提供邻近于膜片的衍射光栅，且电磁辐射被引导到衍射光栅上。光的第一部分从光栅反射回来。第二部分透射穿过光栅，所述光栅衍射辐射。衍射的辐射撞击在膜片上，所述膜片将其反射到光栅上。辐射穿过光栅，且光的两个部分发生干涉，以形成可由检测器检测的干涉图案。干涉图案具有与光栅的衍射级相匹配的形状(即，空间分布)，但引导到这些衍射级中的光强度取决于光的两个部分的相对相位，且因此取决于光栅与膜片之间的距离。因此，可根据检测器处的光强度的变化来确定膜片的位置(且因此，可确定移动)。
4.在此类光学麦克风布置中，膜片通常安装在外壳中以形成光学麦克风组合件，其中膜片布置成使得膜片的一侧与麦克风组合件的外部流体连通，且膜片的另一侧与麦克风组合件的中的封闭的声腔(通常称为背腔)流体连通。传入声波接着仅在与外部流体连通的膜片的所述一侧上施加力，从而产生使得膜片振动的压差。
5.光学麦克风具有高信噪比(snr)和高灵敏度。然而，由于如上文所论述的光学读出方法中涉及的物理过程的长度尺度，光学麦克风通常包括可能会对制造提出重大挑战的小组件(例如，微米级)。
6.本发明提供一种制造用于安装在外壳中以形成光学麦克风组合件的光学麦克风模块的方法，其中所述光学麦克风模块包括：
7.干涉测量组件，其包括衬底、膜片以及与所述膜片间隔开的至少一个光学元件，其中所述至少一个光学元件包括所述衬底的表面和/或安置于所述衬底的表面上；
8.半导体芯片，其包括光电电路，所述光电电路包含至少一个光电检测器；
9.光源，其安装在所述半导体芯片上或与所述半导体芯片中的所述光电电路和所述至少一个光电检测器集成；以及
10.间隔物；
11.所述方法包括：
12.将所述半导体芯片、所述间隔物和所述干涉测量组件组装成堆叠，其中所述间隔物安置于所述半导体芯片与所述干涉测量组件之间；
13.其中所述光源和所述至少一个光电检测器在所述半导体芯片上具有相应位置，使得在所述半导体芯片、所述间隔物和所述干涉测量组件已组装成所述堆叠之后，所述光源经安置以将光提供到干涉测量布置，使得所述光的第一部分经由所述干涉测量布置沿着第一光学路径传播，且所述光的第二部分经由所述干涉测量布置沿着第二不同光学路径传播，由此在所述第一光学路径与所述第二光学路径之间产生取决于所述膜片与所述光学元件之间的距离的光学路径差；且所述至少一个光电检测器经安置以检测取决于所述光学路
径差由光的所述第一部分和所述第二部分产生的干涉图案的至少一部分；
14.其中所述堆叠包括内腔和至少一个孔口，所述孔口在所述内腔与所述堆叠的外部之间提供空气通道，使得所述内腔与所述堆叠的所述外部流体连通；并且
15.其中所述膜片的第一侧面与所述堆叠的所述外部流体连通，并且所述膜片的第二侧面与所述内腔流体连通。
16.本发明扩展到使用如上文所定义的本发明方法制造的光学麦克风模块。
17.从第二方面来看，本发明提供一种用于安装在外壳中以形成光学麦克风组合件的光学麦克风模块，其中所述光学麦克风模块包括：
18.干涉测量组件，其包括衬底、膜片以及与所述膜片间隔开的至少一个光学元件，其中所述至少一个光学元件包括所述衬底的表面和/或安置于所述衬底的表面上；
19.半导体芯片，其包括光电电路，所述光电电路包含至少一个光电检测器；
20.光源，其安装在所述半导体芯片上或与所述半导体芯片中的所述光电电路和所述至少一个光电检测器集成；以及
21.间隔物；
22.其中将所述半导体芯片、所述间隔物和所述干涉测量组件组装成堆叠，其中所述间隔物安置于所述半导体芯片与所述干涉测量组件之间；
23.其中所述光源布置成将光提供到所述干涉测量布置，使得所述光的第一部分经由所述干涉测量布置沿着第一光学路径传播且所述光的第二部分经由所述干涉测量布置沿着第二不同光学路径传播，由此在所述第一光学路径与所述第二光学路径之间产生取决于所述膜片与所述光学元件之间的距离的光学路径差，且其中所述至少一个光电检测器布置成检测取决于所述光学路径差由光的所述第一部分和所述第二部分产生的干涉图案的至少一部分；
24.其中所述堆叠包括内腔和至少一个孔口，所述孔口在所述内腔与所述堆叠的外部之间提供空气通道，使得所述内腔与所述堆叠的所述外部流体连通；并且
25.其中所述膜片的第一侧面与所述堆叠的所述外部流体连通，并且所述膜片的第二侧面与所述内腔流体连通。
26.当据称半导体芯片包括包含至少一个光电检测器的光电电路时，这意味着包含至少一个光电检测器的光电电路被集成在半导体芯片中，例如单片集成。光源可与芯片中的电路和光电检测器单片集成。半导体芯片可包括集成电路，例如专用集成电路(asic)。
27.当据称两个区域流体连通时，这可理解为意味着空气可在所述区域之间流动，从而使得所述区域之间的基本瞬时压力均衡，例如两个区域经由一个或多个孔口流体连通的情况，处于流体连通可理解为意味着空气可在无显著声阻的情况下流动通过孔口。因此，应理解，术语“流体连通”不适用于小间隙，例如仅允许在较长时间尺度上使两个区域之间的静压均衡的通风口(例如，以在将使用光学麦克风组合件的位置处适应环境压力的变化)。然而，可另外(例如，在膜片中)提供此类通风口，以使得光学麦克风组合件的声腔与光学麦克风组合件的外部之间的静压力均衡。
28.应理解，堆叠的“外部”是指不在堆叠内的区域，但它们可能不一定彼此流体连通，例如当光学麦克风模块安装在外壳中以形成光学麦克风组合件时。举例来说，据称内腔与堆叠的外部流体连通，并且膜片的第一侧面与堆叠的外部流体连通。这也可表示为内腔与
堆叠外部的第一区域流体连通，并且膜片的第一侧面与堆叠外部的第二区域流体连通。当模块安装在外壳中时，第一区域和第二区域可分别对应于声腔和光学麦克风组合件的外部。
29.从以上公开内容可以理解，当据称半导体芯片、间隔物和干涉测量组件被布置成堆叠时，这意味着这些元件以间隔物安置于其它两个元件之间的方式进行布置。组装成堆叠可理解为意味着将半导体芯片、间隔物和干涉测量组件以分层布置方式一个在另一个之上地布置(尽管应理解，不需要组装好的堆叠的特定方向)。举例来说，半导体芯片、间隔物和干涉测量组件可各自限定堆叠中的层。半导体芯片、间隔物和干涉测量组件中的每一个可基本上或完全含于其自身的层内，例如使得半导体芯片基本上或完全在间隔物的第一侧面上并且干涉测量组件基本上或完全在间隔物的第二侧面上。半导体芯片和干涉测量组件可经定位以在其间限定体积，其中间隔物部分、基本上或完全含于所述体积内。尽管在一些实施例中，半导体芯片、间隔物和干涉测量组件的横向尺寸可能相同(或基本相同)，或在堆叠中占据相同的面积或
‘
覆盖面积’，但其不是必需的。半导体芯片、间隔物和干涉测量组件中的一个或多个可具有与其它组件不同的横向尺寸，例如不同的长度和/或宽度。
30.在一组实施例中，干涉测量组件和间隔物中的至少一个具有限定堆叠中的内腔的形状。应理解，这意味着间隔物具有限定堆叠中的内腔的形状，或干涉测量组件具有限定堆叠中的内腔的形状，或间隔物和干涉测量组件各自具有相应的形状，其中它们相应的形状协作以限定堆叠中的内腔。
31.举例来说，间隔物可包括例如由外围壁围绕的孔或中空体。举例而言，间隔物可包括从其第一侧面延伸到其第二侧面的孔，其中半导体芯片抵靠着间隔物的第一侧面安装，且干涉测量组件抵靠着间隔物的第二侧面安装，以便围绕所述孔。作为另一实例，干涉测量组件可包括例如由间隔部分或外围壁围绕的孔或中空体。举例来说，干涉测量组件可成形为使得存在定位在衬底与间隔物之间(当组装堆叠时)的孔或中空体。这些实例可以组合提供。举例来说，间隔物和干涉测量组件可各自包括相应的孔或中空体，使得当间隔物和干涉测量组件处于堆叠中时，其相应的孔或中空体接合在一起以形成单个组合体积，所述单个组合体积形成内腔。
32.在一组实施例中，间隔物和干涉测量组件中的至少一个包括至少一个孔口。举例来说，间隔物中可能存在一个或多个孔口和/或干涉测量组件中可能存在一个或多个孔口。
33.应理解，本发明方法不一定包括将光学麦克风模块安装在外壳中的步骤，尽管如下文所论述，所述方法还可包括此类安装步骤。
34.半导体芯片、间隔物和干涉测量组件中的每一个可为微机电系统(mems)组件或非mems组件。术语微机电系统(mems)的含义由本领域的技术人员很好地理解，因此应理解，当组件描述“mems组件”时，这意味着所述组件包括例如可使用微制造技术制造的微型化机械和/或机电元件(即，装置和结构)，其中微型化意味着微型化元件的物理尺寸在微米的尺度上，例如，至多一毫米或更短。因此还应理解，“非mems”结构为不满足上文所给出的“mems”定义的结构。
35.本发明的方法和光学麦克风模块在生产(特别是大规模生产)光学麦克风模块和光学麦克风组合件方面提供优势。由于在光学麦克风中使用的光学读出方法，当制造光学麦克风组合件时，通常需要光源、干涉测量组件和光电检测器精确地对准。然而，光学麦克
风组合件还可能需要包括大型外壳，例如包含用于形成大型声腔的大型壳体。大型声腔是合乎需要的，因为其减少膜片振动时声腔中的空气压缩的影响。空气压缩产生的影响等效于膜片的硬化，特别是在大偏转下，这可能会对麦克风性能产生负面影响。将半导体芯片、间隔物和干涉测量组件组装成堆叠的步骤优选地包括使光源、光电检测器、光学元件和/或膜片对准。
36.具有用于安装干涉测量组件的大型外壳，光源和光电检测器可能会使这些元件相对于彼此精确地定位以实现必要的对准变得困难。根据本发明，通过在组装成与间隔物和干涉测量组件(且包含一个或多个孔口以经由内腔在膜片与声腔之间提供流体连通)的堆叠的半导体芯片上提供光源和光电检测器，有可能在使用较不精确的技术将光学麦克风模块安装在大型外壳中之前在堆叠的组装期间在初始对准步骤中使所述光源和光电检测器对准。举例来说，可使用比在大型外壳中安装和对准干涉测量组件和单独的光源及光电检测器所需的技术更容易和/或更精确的技术(例如，基于mems的技术、晶片级封装、扇出技术)来进行堆叠的组装期间的对准。另外，由于安装步骤可以较不精确地进行，因此可以更快速地且更容易地进行。因此，本发明可有利地促进更容易、更快速和/或更便宜的生产，包含大规模生产。
37.本发明还可有利地允许将光学麦克风模块作为单个预制集成组件供应给客户(例如，光学麦克风的主机装置的制造商)，使得客户可使用相对不精确的技术将光学麦克风模块安装在其自身的主机装置中，因为干涉测量组件、光源和光电检测器的对准在制造堆叠时已经实现。
38.使用包括具有光源、光电检测器和光电集成电路的半导体芯片是有利的，因为其有助于使用堆叠结构，而无需单独地(例如，在单独的专用集成电路(asic)芯片上)安装一些组件，例如光电检测器，这将需要对这些组件进行单独对准。
39.间隔物可有利地提供或有助于提供半导体芯片与干涉测量组件之间的足够距离，使得可(例如，在间隔物和/或干涉测量组件中)提供足够大的空气通道，即一个或多个孔口，以在光学麦克风模块安装在外壳中时允许膜片的第二侧面与声腔之间的流体连通。本发明可因此有利地允许提供单个集成光学麦克风模块，其中光源、干涉测量组件及其光电检测器由于堆叠配置而精确地对准，且其中所述组件还适合用于具有不形成堆叠的一部分的大型声腔的光学麦克风组合件中。
40.因此，从本公开中将理解，“模块”可理解为意味着包括集成组件的单个单元，例如包括预对准的组件。“模块”可理解为意味着预制单元，例如易于安装。“光学麦克风模块”可被描述为独立的，这可能意味着，例如，不需要任何外部光源、检测器或光学组件来运行。
41.在一组实施例中，膜片的第一侧面对堆叠的外部开放，并且干涉测量组件的衬底包括一个或多个衬底孔口，膜片的第二侧面经由所述衬底孔口与内腔流体连通。在此类实施例中，干涉测量组件可布置成使得其衬底定位于膜片与内腔之间。
42.在另一组实施例中，干涉测量组件的衬底包括衬底孔口，膜片的第一侧面经由所述衬底孔口与堆叠的外部流体连通，并且膜片的第二侧面对内腔开放。当据称膜片的一侧对区域开放时，这可理解为意味着在膜片与所述区域之间不存在中间孔口，例如小于膜片的任何孔口。术语“衬底孔口”意味着衬底中的孔口，且用于区分衬底孔口与上文所提及的在内腔与堆叠外部之间提供流体连通的孔口。
43.衬底可具有任何合适的厚度。在一些实施例中，衬底具有均匀的厚度。在一些实施例中，衬底不具有均匀的厚度，例如衬底可包括由较厚的支撑区域围绕的薄(例如，经蚀刻)区域。
44.可将间隔物固定到半导体芯片，例如使用接合、粘合剂或任何合适的固定构件。所述方法可包括将间隔物固定到半导体芯片。
45.间隔物可与干涉测量组件一体地形成，例如使得间隔物和干涉测量组件的衬底由单个片件形成。
46.替代地，间隔物和干涉测量组件可由单独的片件形成。可使用任何合适的固定构件将间隔物固定到干涉测量组件。所述方法可包括将间隔物固定到干涉测量组件。间隔物可由单个片件或由两个或更多个片件形成。举例来说，间隔物可包括以分层或堆叠布置进行布置的两个或更多个片件。所述方法可包括由两个或更多个片件组装间隔物，例如以分层或堆叠布置。将半导体芯片、间隔物和干涉测量组件组装成堆叠的步骤可包括由两个或更多个片件组装间隔物，例如以分层或堆叠布置。
47.在光学麦克风模块的组件(例如，间隔物、干涉测量组件、半导体芯片、光源)被描述为在另一组件上或彼此之间安装或固定的情况下，这可通过任何合适构件或方法来实现。一些非限制性实例包含晶片级组装技术，例如晶片接合或扇出方法；芯片级组装，例如倒装芯片接合或组件的取放；以及表面安装/焊接。
48.所述方法可包括将光学麦克风模块安装在外壳中以形成光学麦克风组合件。
49.外壳可包括适用于在其上安装光学麦克风模块的外壳底座。所述方法可包括将光学麦克风模块安装在外壳底座上。外壳底座可包括专用集成电路(asic)芯片。
50.外壳可包括用于安装在堆叠上方以形成声腔的壳体。所述方法可包括将壳体安装在堆叠上方以形成声腔。
51.壳体可被配置，例如成形，使得其适于固定到外壳底座或半导体芯片上，使得壳体覆盖堆叠。半导体芯片可包括围绕半导体芯片上的堆叠的安装区域，其中安装区域适于在其上安装的壳体，例如通过将壳体密封到半导体芯片。举例来说，安装区域可包括围绕堆叠的平坦表面，例如不含组件和集成电路的表面。所述方法可包括将壳体固定到外壳底座或半导体芯片上，使得壳体覆盖堆叠。
52.壳体可包括声学端口，例如与要安装于外壳中的光学麦克风模块的膜片的大小基本上相同的孔口。声学端口的大小、形状和/或位置可设定成使得当壳体安装在堆叠上方时，可将壳体密封到堆叠，其中声学端口与膜片对准，例如通过将干涉测量组件或堆叠的另一部分密封到声学端口的外围。所述方法可包括例如通过将干涉测量组件或堆叠的另一部分密封到声学端口的外围而将壳体密封到堆叠，其中声学端口在与膜片对准的壳体中。
53.壳体可限定声腔，使得当光学麦克风模块安装在外壳中以形成光学麦克风组合件时，膜片的第一侧面(例如，经由声学端口)与光学麦克风组合件的外部流体连通，并且膜片的第二侧面经由堆叠的内腔与声腔流体连通。
54.堆叠(例如，干涉测量组件)可包括围绕膜片的附接区域，其中所述附接区域适于密封到壳体。举例来说，附接区域可为围绕膜片的平坦表面部分。附接区域可为突出部分，例如围绕膜片的壁。这可能是有利的，因为当壳体被密封到突出的附接区域时，膜片从外壳的表面后移并因此暴露得较少，从而降低了在使用光学麦克风组合件期间损坏膜片的风
险。所述方法可包括将壳体密封到堆叠(例如，干涉测量组件)的附接区域，其中附接区域围绕膜片。
55.光学麦克风模块(例如，半导体芯片)可包括适于将光学麦克风模块安装在外壳中(例如用于将光学麦克风模块固定到外壳底座)的暴露表面(例如，半导体芯片的背对间隔物和干涉测量组件的一侧)。所述方法可包括通过将暴露表面固定到外壳(例如固定到外壳底座)而将光学麦克风模块安装在外壳中。
56.半导体芯片安装在外壳底座上且壳体中具有声学端口的布置可被描述为“顶部端口”配置。光学麦克风模块不必安装在此类
‘
顶部端口’配置中。光学麦克风模块可安装在
‘
底部端口’配置中。在
‘
底部端口配置’中，声学端口可设置于外壳底座中。光学麦克风模块可以倒置定向安装，例如，其中干涉测量组件附接到外壳底座并且膜片与声学端口对准，使得膜片经由外壳底座中的声学端口对外壳的外部开放。
57.当光学麦克风组合件的元件被描述为安装在另一元件上时，此可包括将一个元件密封、胶合、接合或以其它方式固定到另一元件上。
58.光学麦克风组合件可安装在主机装置(例如智能手机)中、可适于安装在所述主机装置中或可形成所述主机装置的一部分。光学麦克风组合件可与主机装置分开形成，即其中光学麦克风模块可安装在外壳中以形成光学麦克风组合件，且接着光学麦克风组合件可安装在主机装置中。替代地，光学麦克风组合件可在主机装置中形成，例如可包括主机装置(或包括主机装置的部分)。举例来说，将光学麦克风模块安装在外壳中以形成光学麦克风组合件可包括(例如通过附接半导体芯片)将光学麦克风模块直接安装在主机装置的表面上并将壳体安装在堆叠上方。
59.本发明扩展到光学麦克风组合件或主机装置，其包括安装在其中或其上的如上文所定义的光学麦克风模块。
60.半导体芯片的大小可为约2mm2，但更大或更小的大小是可能的，例如半导体芯片的大小可在0.01mm2(即，100x100μm2)到8mm2范围内，例如在0.1mm2到4mm2范围内，例如在1mm2到2mm2范围内。应理解，半导体芯片的大小是指半导体芯片表面的面积，所述半导体芯片表面包括并入有光电检测器且具有安装在其上或集成在其中的光源的光电电路。
61.半导体芯片可包括半导体晶片，例如硅晶片或gaas或ingaas晶片。举例来说，如果半导体芯片包括asic，那么可使用硅，且如果光源集成在半导体芯片中，那么可使用gaas或ingaas。
62.如上所述，半导体芯片可包括asic(例如，其可并入有光电电路)。然而，这不是必需的，并且在一些实施例中，提供了包括asic的单独的asic芯片。在asic芯片与半导体芯片分离的一些实施例中，asic芯片可单独地安装在光学麦克风组合件中(例如，与半导体芯片相邻)，或半导体芯片可安装在asic芯片上，使得光学麦克风模块进一步包括asic芯片。光电电路可配置成允许将原始或处理后的信号传输到asic或芯片外，例如传输到此处提供的单独的asic芯片。asic可配置成控制光源和/或光电检测器。asic可配置成处理从光电检测器接收到的信号，例如asic可包括微处理器、数字信号处理器或现场可编程门阵列。asic可配置成执行运行光学麦克风所需的所有处理而不需要单独的处理器，例如asic可包括用于输出信号的输出引脚，其中asic配置成处理从光电检测器接收到的信号，以产生表示传入声波的幅度的输出信号，并将输出信号输出到输出引脚。
63.如上所述，间隔物提供半导体芯片与干涉测量组件之间的间距。特别地，间隔物可提供半导体芯片上的光源和光电检测器与干涉测量组件的光学元件和膜片之间的间距。干涉测量组件还可提供光源/光电检测器与膜片/光学组件之间的间距。干涉测量组件可包括间隔部分，例如其中间隔部分提供干涉测量组件的膜片或光学组件与间隔物之间的间距。
64.干涉测量组件可包括间隔部分，所述间隔部分成形为限定内腔(例如，通过其本身或与间隔物组合)。间隔部分可成形为围绕或部分围绕膜片或光学组件与间隔物之间的空间，从而限定内腔或内腔的一部分，例如，间隔部分可为外围壁。孔口可设置于间隔部分中，例如仅在间隔部分中或在间隔部分中和在间隔物中。
65.因此，间隔物、间隔部分或间隔物和间隔部分两者一起可为间隔物和干涉测量组件中的一个或两个(例如在间隔部分中)中的一个或多个孔口提供足够的空间，以在内腔与声腔之间提供流体连通。
66.间隔物(或间隔物连同间隔部分)可具有提供光学元件与半导体芯片之间的间距的高度，所述高度大于200μm，例如大于300μm，例如大于400μm，例如大于500μm，例如大于600μm，例如大于700μm，例如大于800μm，例如大于900μm，例如大于1mm。光学元件与半导体芯片之间的间距可更精确地定义为光学元件与半导体芯片上包括光电检测器的表面之间的垂直间距。
67.可基于干涉测量组件与半导体芯片上的光源和光电检测器之间所需的光传播距离来选择间隔物或间隔物连同间隔部分的高度。举例来说，第一和第二光部分可以一定角度传播到膜片的表面，使得第二光部分撞击在从半导体芯片上的光源横向移位的光电检测器上。光部分的传播角度可由干涉测量组件的性质(例如光学元件的类型)或例如由检测到的衍射级的角度来确定。
68.因此，可选择间隔物或间隔物连同间隔部分的高度以确保检测器与干涉测量组件之间的间距足以使第二光部分针对特定传播角度以及光源与光电检测器之间的间距到达光电检测器。根据本发明在同一半导体芯片上提供光电检测器和光源可有利地允许半导体芯片与干涉测量组件之间的较小间距，因为光源和光电检测器可以比可能的情况更靠近地定位在一起，例如在它们是单独提供的，而不是集成在与光源相同的芯片上的情况下。
69.间隔物的提供可有利地使得例如微透镜等一个或多个光学组件设置于半导体芯片与干涉测量组件之间。在一组实施例中，一个或多个光学组件(例如透镜或微透镜)设置于间隔物中或间隔物上。
70.将一个或多个光学组件设置于间隔物中或间隔物上有利地使得在组装光学麦克风模块堆叠期间使光学组件对准。如上所述，用于堆叠的组装和对准的技术可能比用于组装光学麦克风组合件的较大部分(例如，底座和壳体)的技术更精确和/或更容易。因此，根据本发明的实施例，可以更容易地实现光学组件的精确对准。
71.这本身是新颖的和创造性的，且因此当从第三方面来看时，本发明提供一种用于安装在外壳中以形成光学麦克风组合件的光学麦克风模块，所述光学麦克风模块包括：
72.干涉测量组件，其包括衬底、膜片以及与所述膜片间隔开的至少一个光学元件，其中所述至少一个光学元件包括所述衬底的表面和/或安置于所述衬底的表面上；
73.半导体芯片，其包括至少一个光电检测器和光源，其中所述至少一个光电检测器和所述光源安装在所述半导体芯片上或集成在所述半导体芯片中；
74.间隔物；以及
75.一个或多个光学组件，其设置于所述间隔物中或所述间隔物上；
76.其中将所述半导体芯片、所述间隔物和所述干涉测量组件组装成堆叠，其中所述间隔物安置于所述半导体芯片与所述干涉测量组件之间；
77.其中所述光源布置成将光提供到所述干涉测量布置，使得所述光的第一部分经由所述干涉测量布置沿着第一光学路径传播且所述光的第二部分经由所述干涉测量布置沿着第二不同光学路径传播，由此在所述第一光学路径与所述第二光学路径之间产生取决于所述膜片与所述光学元件之间的距离的光学路径差，且其中所述至少一个光电检测器布置成检测取决于所述光学路径差由光的所述第一部分和所述第二部分产生的干涉图案的至少一部分；
78.其中所述堆叠包括内腔和至少一个孔口，所述孔口在所述内腔与所述堆叠的外部之间提供空气通道，使得所述内腔与所述堆叠的所述外部流体连通；并且
79.其中所述膜片的第一侧面与所述堆叠的所述外部流体连通，并且所述膜片的第二侧面与所述内腔流体连通。
80.当从第四方面来看时，本发明提供一种制造用于安装在外壳中以形成光学麦克风组合件的光学麦克风模块的方法，其中所述光学麦克风模块包括：
81.干涉测量组件，其包括衬底、膜片以及与所述膜片间隔开的至少一个光学元件，其中所述至少一个光学元件包括所述衬底的表面和/或安置于所述衬底的表面上；
82.半导体芯片，其包括至少一个光电检测器和光源，其中所述至少一个光电检测器和所述光源安装在所述半导体芯片上或集成在所述半导体芯片中；
83.间隔物；以及
84.一个或多个光学组件，其设置于所述间隔物中或所述间隔物上；
85.所述方法包括：
86.将所述半导体芯片、所述间隔物和所述干涉测量组件组装成堆叠，其中所述间隔物安置于所述半导体芯片与所述干涉测量组件之间；
87.其中所述光源和所述至少一个光电检测器在所述半导体芯片上具有相应位置，使得在所述半导体芯片、所述间隔物和所述干涉测量组件已组装成所述堆叠之后，所述光源经安置以将光提供到干涉测量布置，使得所述光的第一部分经由所述干涉测量布置沿着第一光学路径传播，且所述光的第二部分经由所述干涉测量布置沿着第二不同光学路径传播，由此在所述第一光学路径与所述第二光学路径之间产生取决于所述膜片与所述光学元件之间的距离的光学路径差；且所述至少一个光电检测器经安置以检测取决于所述光学路径差由光的所述第一部分和所述第二部分产生的干涉图案的至少一部分；
88.其中所述堆叠包括内腔和至少一个孔口，所述孔口在所述内腔与所述堆叠的外部之间提供空气通道，使得所述内腔与所述堆叠的所述外部流体连通；并且
89.其中所述膜片的第一侧面与所述堆叠的所述外部流体连通，并且所述膜片的第二侧面与所述内腔流体连通。
90.本发明扩展到使用如上文所定义的本发明的第四方面的方法制造的光学麦克风模块。
91.半导体芯片可包括集成在其中的光电电路。光电电路可包括光电检测器。当据称
至少一个光电检测器和光源安装在半导体芯片上或集成在半导体芯片中时，应理解此包含安装和集成的组合，例如光源安装在半导体芯片上且光电检测器被集成，且反之亦然。
92.在一组实施例中，间隔物和干涉测量组件中的至少一个具有限定堆叠中的内腔的形状。在一组实施例中，间隔物和干涉测量组件中的至少一个包括一个或多个孔口。
93.在适用的情况下，本发明的第一和第二方面的任选特征还可为本发明的第三和第四方面的任选特征。
94.光学组件可集成或形成于间隔物中，或安装或制造于间隔物上。光学组件可定位于半导体芯片与膜片之间，例如使得第一和/或第二光部分部分地或完全地穿过光学组件。光学组件可因此允许引导(例如聚焦)第一和/或第二光部分以促进光学麦克风模块的操作。
95.光学组件可包括一个或多个折射和/或衍射光学组件。光学组件中的一个或多个可例如在光从光源传播到膜片时使第一和/或第二光部分准直。光学组件中的一个或多个可将由光源发射的光分成两个或更多个部分，例如以将光分成第一和第二部分或将第一和/或第二部分分成另外的部分。当第一和/或第二光部分从干涉测量组件往回传播时，一个或多个光学组件可引导、偏转或聚焦所述第一和/或第二光部分，使得其撞击在光电检测器上。
96.将半导体芯片、间隔物和干涉测量组件组装成堆叠的步骤可包括将光学组件相对于光源、光电检测器、光学元件和/或膜片对准。
97.间隔物可包括悬置于半导体芯片与干涉测量组件之间的区域中的支撑结构(例如桥结构)。光学组件可设置于支撑结构中或支撑结构上，例如集成或形成于支撑结构中，或安装或制造于支撑结构上。
98.如上所述，间隔物可具有限定堆叠中的内腔的形状。在间隔物包括支撑结构的情况下，支撑结构可在间隔物内形成屏障，使得支撑结构限定内腔的边界。替代地，支撑结构可包括允许空气通过的一个或多个孔口，使得支撑结构不会在间隔物内形成屏障，在此情况下，支撑结构可被描述为在堆叠的内腔内。
99.光源与光电检测器之间的间距可以选择得足够大，使得热效应(即来自光源的热量)不会显著影响光电检测器的性能。具有低功耗(例如小于10mw)的光源可用于降低热效应。间距可以选择得足够小，使得间隔物(或间隔物连同间隔部分)可设置有方便的紧凑大小(尽管如上文所论述，允许经由孔口进行流体连通所需的间距)。光源与光电检测器之间的间距可在100μm与500μm之间，例如在200μm与300μm之间。如果存在多于一个光电检测器，那么光源与光电检测器之间的距离可指光源与光电检测器之间的平均距离，或光源与任一光电检测器之间的最大距离。
100.间隔物或间隔物连同间隔部分的高度可小于3mm，例如小于2.5mm，例如小于2mm，例如小于1.5mm，例如小于1mm，例如小于500μm。
101.如上所述，光学元件可为衍射光学元件。应理解，在膜片的表面经由干涉测量组件的衬底中的衬底孔口与堆叠的外部或内腔流体连通的实施例中，这些衬底孔口不同于例如形成衍射光栅的一部分的孔(例如形成光栅线的细长孔)。此类光栅线孔通常较小且较薄，并且不会提供足够大的空气通道用于上述含义内的流体连通。
102.举例来说，光学元件可为反射表面，使得反射表面和膜片一起操作为法布里-珀罗
干涉仪。在一些实施例中，光学元件可为反射表面，并且衍射光学元件可制造于膜片上。举例来说，此可在如上文所描述的实施例中使用，其中干涉测量组件的膜片定位于堆叠的内腔与干涉测量组件的衬底之间。
103.现将仅借助于实例参考附图描述某些优选实施例，在附图中：
104.图1展示根据本发明的第一实施例的光学麦克风模块的横截面；
105.图2展示并入有图1的光学麦克风模块的光学麦克风组合件的横截面；
106.图3展示图2的实施例的部分切开三维表示；
107.图4展示根据本发明的第二实施例的并入有光学麦克风模块的光学麦克风组合件；
108.图5展示根据本发明的第三实施例的并入有光学麦克风模块的光学麦克风组合件；
109.图6展示根据本发明的第四实施例的并入有光学麦克风模块的光学麦克风组合件；
110.图7展示包括安装于主机装置中的图1的光学麦克风模块的光学麦克风组合件；
111.图8展示根据本发明的第五实施例的并入有光学麦克风模块的光学麦克风组合件；
112.图9展示根据本发明的第六实施例的并入有光学麦克风模块的光学麦克风组合件；
113.图10展示根据本发明的第七实施例的并入有光学麦克风模块的光学麦克风组合件；并且
114.图11展示根据本发明的第八实施例的光学麦克风模块。
115.图1展示根据本发明的光学麦克风模块2的第一实施例。光学麦克风模块2包括以堆叠布置的半导体芯片4、间隔物6和干涉测量组件8，其中间隔物6位于半导体芯片4与干涉测量组件8之间。干涉测量组件8包括衬底10和膜片12。衍射光学元件14设置于衬底10的面向膜片12的表面上。
116.垂直腔面发射激光器(vcsel)16安装在半导体芯片4上。半导体芯片还包括光电检测器18以及与vcsel 16相邻的专用集成电路(asic)20。asic 20通过线接合22连接到vcsel 16并且包含并入有光电检测器18的光电电路系统23。vcsel 16和光电检测器18的操作由此经由asic 20控制。
117.在光学麦克风组合件中的操作期间，vcsel 16向干涉测量组件8发射光24。光穿过衬底10并撞击在衍射光学元件14上。第一光部分26从衍射光学元件14往回反射并且往回传播通过衬底10以撞击在光电检测器18上。第二光部分28穿过衍射光学元件并被所述衍射光学元件衍射，且接着从膜片12反射。反射光往回传播通过衬底10并撞击在检测器18上，所述检测器定位成接收来自衍射光学元件的衍射级中的一个。第一和第二光部分干涉以在检测器18处产生干涉图案，其中在光电检测器18处所测量的强度取决于衍射光学元件14与膜片12之间的间距。因此，当膜片在声波存在的情况下振动时，对应于传入波幅度的膜片的移位可与在光电检测器18处检测到的光的强度相关。膜片的移位，且因此传入声波的时变幅度，可由光电检测器18处所记录的信号确定。
118.间隔物6经成形以在半导体芯片4与干涉测量组件8之间限定内腔30。膜片12的第
一侧面32对光学麦克风模块2的外部34开放。膜片36的第二侧面经由衬底10中的大孔口38与内腔30流体连通。内腔30经由间隔物6中的大孔口40与光学麦克风模块2的外部34流体连通。干涉测量组件8设置有围绕膜片的上部附接区域42。附接区域42适于密封到壳体中的声学端口的外围，所述壳体可放置在光学麦克风模块2上方以便产生声腔，如下文参考图2到5进一步论述。
119.通过将半导体芯片4、间隔物6和干涉测量组件8组装成堆叠，使用精确对准技术来使vcsel 16、干涉测量组件8和光电检测器18正确地对准来制造光学麦克风模块2。在此实例中，组件使用晶片接合进行组装，但可替代地在此实施例中且在其它实施例中使用其它技术(例如，其它晶片级组装技术，如扇出技术；倒装芯片/凸块接合；利用组件的取放的粘合剂；表面安装；焊接)。在将光学麦克风模块2安装在光学麦克风组合件或主机装置中之前组装堆叠。半导体芯片4在半导体芯片4的底部上设置有暴露表面44，其中暴露表面44适于将光学麦克风模块2安装在光学麦克风组合件或主机装置的表面上。
120.图2和3展示安装在光学麦克风组合件46中的图1的光学麦克风模块2。光学麦克风组合件46包括底座48，光学麦克风模块2经由半导体芯片4的表面44安装在所述底座上。半导体芯片4经由线接合50连接到底座48，以使得asic 20的输出偏离半导体芯片4传输。线接合不是必需的，且替代地可使用替代方法。壳体52安装在光学麦克风模块2上方。壳体52安装在底座48上。壳体包括声学端口54。壳体52的围绕声学端口54的外围区域56使用无应力胶58密封到干涉测量组件8的附接区域42。壳体52由此形成封闭的声腔60，其不与光学麦克风组合件46的外部62流体连通。在以此方式将光学麦克风模块2安装在光学麦克风组合件46中的情况下，膜片12的第一侧面32经由声学端口54与光学麦克风组合件46的外部62流体连通，并且膜片12的第二侧面36经由干涉测量组件衬底10中的孔口38、堆叠的内腔30和间隔物6中的孔口40与声腔60流体连通。
121.当传入声波撞击在光学麦克风组合件上时，其对膜片12的第一侧面32施加压力。由于声腔60与光学麦克风组合件的外部62隔离，因此声波不会对膜片12的第二侧面36施加压力。这会产生使膜片12根据与传入声波的时变幅度成比例的量进行移位的压力差。接着使用上文所描述的干涉测量读出方法来测量此移位。因此，检测器处的信号可用于确定传入声波的幅度。
122.如上文所论述，半导体芯片、间隔物和干涉测量组件8在组装堆叠期间使用精确对准技术进行对准。这意味着当光学麦克风模块2安装在光学麦克风组合件46中时，这可使用相对不精确的定位技术来实现，因为vcsel 16、干涉测量组件8和光电检测器18的对准已经由精确对准技术在组装堆叠时建立。
123.从图3可以看出，干涉测量组件包括固定在一起的两个部分。第一部分11包括干涉测量组件的衬底10，其上具有光学元件14和形成于其中的孔口38。第二部分为安装在衬底的顶部上的膜片支撑件9。
124.图4展示根据本发明的第二实施例的光学麦克风组合件64，其中安装有光学麦克风模块66。此实施例的光学麦克风模块66与第一实施例的光学麦克风模块2(包含半导体芯片70、间隔物72和干涉测量组件74)相同，除了间隔物72和干涉测量组件74位于半导体芯片70上的更中心位置。半导体芯片70包括vcsel 76、光电检测器78和专用集成电路80，其还与图1到3的实施例中的对应组件相比更中心地定位。因此，半导体芯片70具有围绕间隔物72
和干涉测量组件74的外围表面82，其中外围表面82适于安装壳体。如图4中可看出，壳体84安装在外围区域82处的半导体芯片上，并且包括声学端口86。壳体84在声学端口86的外围处使用无应力胶88以关于图2中展示的实施例所描述的类似方式密封到干涉测量组件74。壳体84因此形成声腔90，且光学麦克风因此以上文参考图1和2所描述的相同方式进行操作。
125.其上安装有壳体84的光学麦克风模块66安装在光学麦克风组合件64的底座92上。具有安装在半导体芯片上的声腔可为有利的，例如，其可允许通过首先组装光学麦克风模块堆叠，且接着在单独步骤中安装壳体84来制造(例如批量生产)包含壳体的光学麦克风组合件。以此方式提供的光学麦克风组合件接着可被供应给例如第三方制造商，使得其可立即安装于主机装置中，即使得底座92为主机装置的表面。
126.图5展示安装于光学麦克风组合件96中的光学模块组件94的第三实施例。光学麦克风模块94与第一实施例的光学麦克风模块2相同，除了光学麦克风模块94包括与第一实施例的干涉测量组件8相比倒置的干涉测量组件98，即干涉测量组件包括部分透明的膜片100和衬底102，其中膜片面向vcsel 104和半导体芯片108上的光电检测器106，而衬底102与光学麦克风组合件96的壳体112中的声学端口110相邻。
127.因此，在此实施例中，膜片的第一侧面114经由声学端口110和衬底102中的孔口118与光学麦克风组合件96的外部116流体连通。膜片100的第二侧面120经由光学麦克风模块94的内腔124和光学麦克风模块的间隔物128中的孔口126与由壳体112形成的声腔122流体连通。在此实例中，膜片100和衬底102的表面130一起充当法布里-珀罗干涉仪以在检测器106处产生干涉图案。然而，替代的干涉测量布置是可能的，例如，衍射光学元件可形成于膜片100上。
128.图6展示图2的实施例的变化，其中对应特征用相同编号标示。在此实施例中，除了半导体芯片132之外还设置asic芯片130。连接件134、136设置于半导体芯片132与asic芯片130之间，以允许通过asic芯片130控制光电检测器18和光源16，且设置于asic芯片130与底座48之间，以允许连接到芯片外组件，例如电源。asic 138设置于asic芯片上(而不是半导体芯片上)，并且包括光电检测器18的光电电路140设置于半导体芯片132上。可类似地在其它实施例，例如上文所描述的其它实施例的变化中提供单独asic芯片。
129.图7展示安装于主机装置142中的图2的实施例的光学麦克风模块2。主机装置142包含外壳144，所述外壳具有形成于其中的凹槽146。光学麦克风模块2安装在凹槽146中，并且壳体148定位成覆盖凹槽146，使得壳体148和凹槽146一起形成用于光学麦克风模块2的声腔150，从而形成光学麦克风组合件。使用无应力胶152将壳体密封到光学麦克风模块。壳体也密封到凹槽146的外围154。在安装在主机装置中的此实例中可以看出，主机装置的外壳(以及形成于其中的凹槽)提供了大体积，所述大体积可有利地用于为光学麦克风组合件提供大型声腔。
130.图8展示根据本发明的光学麦克风模块156的另一实施例。光学麦克风模块156包括以堆叠布置的半导体芯片158、间隔物160和干涉测量组件162，其中间隔物160位于半导体芯片158与干涉测量组件162之间。干涉测量组件162类似于上文所描述的其它实施例的干涉测量组件并且包含对应组件，包含膜片164，并且以类似方式起作用。光学麦克风模块156安装在底座166上，其中壳体168形成声腔170。
131.与图6的实施例类似，在半导体芯片158附近提供包括asic 174的单独的asic芯片172。半导体芯片包括光电电路176。在此实例中，光电电路176包括单片集成的vcsel 178和两个单片集成的光电检测器180。应理解，此类单片集成的vcsel和两个光电检测器在此实施例中不是必需的(或不限于此实施例)，并且变化是可能的。
132.半导体芯片158、间隔物160和干涉测量组件162一起限定堆叠的内腔182。在此实施例中，间隔物160包括悬置于内腔182中的桥结构184。间隔物包含间隔物160的主体中的空气通道186和桥结构184中的空气通道188，使得桥接器不会中断膜片164与声腔170之间的流体连通。空气通道可以不同方式定位在间隔物中(例如，在间隔物160的主体中的桥结构184上方，在此情况下，可在没有从其穿过的空气通道的情况下提供桥结构184(例如在下文论述的图9中所展示的实施例中)。
133.桥结构184包含形成于其中的微透镜190。在变化中，其它光学组件可形成于间隔物中或安装于隔离物上，例如安装于桥结构上。设置于间隔物中或间隔物上的微透镜或其它光学组件可有利地实现对在光源与膜片和/或膜片与光电检测器之间传播的光的操纵，例如聚焦或引导光以提高或优化光学麦克风性能。
134.图9展示根据本发明的光学麦克风模块192的另一实施例。光学麦克风模块192包括以堆叠布置的半导体芯片194、间隔物196和干涉测量组件198，其中间隔物196位于半导体芯片194与干涉测量组件198之间。干涉测量组件198类似于上文所描述的其它实施例的干涉测量组件并且包含对应组件，包含膜片200，并且以类似方式起作用。光学麦克风模块192安装在底座202上，其中壳体204形成声腔206。
135.与图1的实施例类似，半导体芯片194还包括与安装于半导体芯片194上的vcsel 212相邻的光电检测器208和专用集成电路(asic)210。asic 210通过线接合214连接到vcsel212并且包含并入有光电检测器208的光电电路系统216。vcsel 212和光电检测器208的操作由此经由asic 210控制。
136.类似于图8的实施例，间隔物196包括悬置于半导体芯片194与干涉测量组件198之间的桥结构218。然而，在此实施例中，桥结构218不包含气孔，并在间隔物内形成屏障。因此，桥结构218、干涉测量组件198和间隔物的上部部分220一起限定堆叠中的内腔222。空气通道设置于间隔物的上部部分220中，以允许膜片200与声腔206之间的流体连通。
137.类似于图8的实施例，微透镜形成于桥结构中以引导在vcsel 212、膜片200与光电检测器208之间传播的光。可提供代替微透镜或除微透镜之外的一个或多个其它光学组件。
138.图10展示根据本发明的光学麦克风模块224的另一实施例。光学麦克风模块224包括以堆叠布置的半导体芯片226、间隔物228和干涉测量组件230，其中间隔物228在半导体芯片226与干涉测量组件230之间。干涉测量组件230类似于上文所描述的其它实施例的干涉测量组件并且包含对应组件，包含膜片232，并且以类似方式起作用。光学麦克风模块224安装在底座234上，其中壳体236形成声腔238。
139.与图1的实施例类似，半导体芯片226还包括与安装于半导体芯片226上的vcsel 244相邻的光电检测器240和专用集成电路(asic)242。asic 242通过线接合246连接到vcsel244，并且包含并入有光电检测器240的光电电路系统248。vcsel 244和光电检测器240的操作由此经由asic 242控制。
140.与前述图中所展示的实施例相比，在此实施例中，干涉测量组件230包括呈外围壁
252形式的间隔部分250，所述外围壁围绕衬底258的中心部分256下方的空心空间254，所述中心部分包括光学元件260。
141.类似于图9的实施例，间隔物228包括悬置于半导体芯片226与干涉测量组件230之间的桥结构262。与图9的实施例相比，桥结构262跨越间隔物228的顶部形成而不是在其内部形成。桥结构262不包括气孔，且因此跨越间隔物228的顶部形成屏障。因此，干涉测量组件230的形状限定堆叠中的内腔264，其中桥结构262形成其下边界壁。空气通道266设置于干涉测量组件的间隔部分250中，以允许膜片232与声腔238之间的流体连通。
142.在此实施例和其它实施例的变化中，间隔物可以不同方式成形，使得干涉测量组件和间隔物的形状一起限定内腔。举例来说，间隔物中的桥结构可位于间隔物内的下部，或其可包括一个或多个气孔，或可在没有桥结构的情况下提供间隔物。
143.与图8和9的实施例类似，微透镜268形成于桥结构262中，以引导在vcsel 244、膜片232与光电检测器240之间传播的光。可提供代替微透镜268或除所述微透镜之外的一个或多个其它光学组件。
144.图11展示根据本发明的光学麦克风模块270的另一实施例。与图1到10的实施例类似，光学麦克风模块270包括以堆叠布置的半导体芯片272、间隔物274和干涉测量组件276，其中间隔物274位于半导体芯片272与干涉测量组件276之间。光学麦克风模块270含有与含于图1到10的实施例中的那些等效的光学和电子组件(包含vcsel 278和光电检测器280)并且以等效方式操作。与上文所论述的实施例相比，此实施例展示若干变化。这些变化也可个别地或组合地设置于其它实施例中。
145.在此实施例中，声学端口282设置于光学麦克风外壳的底座284中。光学麦克风模块270以倒置定向安装，其中干涉测量组件的附接区域286附接到声学端口282的外围。此配置可称为
‘
底部端口’配置，而图1到10中所展示的配置可称为
‘
顶部端口’配置。
146.干涉测量组件276包括衬底288和膜片290。在此实施例中，干涉测量组件276的衬底288比图1到10的实施例的衬底薄。衬底288具有较厚的外围支撑区域292。
147.衬底288(特别是较厚的支撑区域292)成形为限定内腔294，所述内腔经由间隔物中的孔口298与堆叠的外部296流体连通。堆叠的外部296对应于外壳的声腔(背腔)。膜片290的一侧经由衬底中的孔口300与内腔294流体连通。膜片的另一侧经由声学端口282对外壳的外部302开放。
148.在此实施例中，半导体芯片272的宽度小于间隔物274，使得在半导体芯片272、间隔物274和干涉测量组件276仍以堆叠布置时，间隔物274位于半导体芯片272与干涉测量组件276之间，半导体芯片272仅覆盖间隔物274的一侧的表面的相对较小部分。
149.应了解，仅已描述本发明的一些可能的实施例，且其它实施例和变化在由所附权利要求书限定的本发明的范围内是可能的。本发明涉及计算结构的域，更具体地，涉及用于脉冲神经网络的硬件结构和操作网络的的方法。