本發(fā)明一般地涉及MEMS結(jié)構(gòu)中的可調(diào)整通風開口和用于操作MEMS結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術：

一種MEMS（微機電系統(tǒng)）擴音器包括設置在硅芯片中的壓力敏感薄膜或隔膜。MEMS擴音器被與放大器封裝在一起?？梢詫EMS擴音器和放大器定位于不同芯片上或同一芯片上。MEMS擴音器還可以包括使得其成為數(shù)字MEMS擴音器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC）。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種封裝的MEMS器件包括載體、設置在載體上的MEMS器件、設置在載體上的信號處理器件、設置在載體上的確認電路；以及設置在載體上的密封（encapsulation），其中，該密封將MEMS器件、信號處理器件和存儲元件密封。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種對封裝的MEMS器件進行校準的方法包括向封裝的MEMS器件施加信號，測量封裝的MEMS器件的靈敏度、將測量的靈敏度與封裝的MEMS器件的目標靈敏度相比較、選擇用于偏壓和IC增益中的至少一個的值以及將該值存儲在封裝的MEMS器件的存儲器元件中。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種用于對封裝的MEMS器件進行校準的方法包括測量封裝的MEMS器件的諧振頻率、將該諧振頻率與MEMS器件的目標諧振頻率相比較、選擇用于偏壓和ASIC增益中的至少一個的值以及將該值存儲在封裝的MEMS器件中的存儲器元件中。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種用于對封裝的MEMS器件進行校準的方法包括測量用于第一偏壓的封裝的MEMS器件的第一電容、測量用于第二偏壓的封裝的MEMS器件的第二電容并計算第一偏壓與第二偏壓以及第一電容與第二電容之間的差的斜率。該方法包括將所計算斜率與目標斜率相比較、設置用于偏壓和IC增益中的至少一個的值以及將該值存儲在封裝的MEMS器件的存儲器元件中。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種用于對封裝的MEMS器件進行校準的方法包括測量在晶片上或單一化管芯上的MEMS器件的靈敏度、諧振頻率和電容斜率中的至少一個、存儲所測量信息、將MEMS器件組裝到封裝的MEMS器件并用基于所存儲的所測量信息的值對封裝的MEMS器件進行編程。

附圖說明

為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在對結(jié)合附圖進行的以下描述進行參考，在所述附圖中：

圖1a和1b示出了封裝的MEMS器件；

圖2示出了封裝的MEMS器件的實施例；

圖3示出了對封裝的MEMS器件進行校準的實施例的流程圖；

圖4示出了對封裝的MEMS器件進行校準的實施例的流程圖；

圖5示出了對封裝的MEMS器件進行校準的實施例的流程圖；以及

圖6示出了對MEMS器件進行校準和封裝的實施例的流程圖。

具體實施方式

下面詳細地討論目前優(yōu)選實施例的獲得和使用。然而應認識到的是本發(fā)明提供了能夠在多種特定情境下體現(xiàn)的本許多可應用的發(fā)明概念。所討論的特定實施例僅僅說明獲得和使用本發(fā)明的特定方式，并且不限制本發(fā)明的范圍。

將相對于特定情境下、即封裝的擴音器或傳感器的優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明還可以應用于其他封裝的MEMS器件，諸如RF MEMS、加速度計和致動器。

在蜂窩電話、筆記本及其他設備中使用硅擴音器。存在每個設備使用不止一個擴音器例如以用于噪聲消除或方向性的趨勢。在那些應用中，每個擴音器應具有基本上相等的靈敏度，即可能要求低靈敏度公差。

對于硅擴音器而言，+/- 3dB的靈敏度公差是典型的。然而，對于如上所述的多個擴音器應用而言，可能要求諸如+/- 1dB的較窄靈敏度公差。

然而，MEMS制造過程常常產(chǎn)生具有超過+/- 3dB或者甚至超過+/- 5dB靈敏度的靈敏度公差的MEMS器件。靈敏度公差甚至可能在MEMS器件與信號處理器件一起被封裝到封裝的MEMS器件中時變得更壞。

在實施例中，通過直接地在封裝的MEMS器件中測量活動電極的靈敏度來對封裝的MEMS器件進行校準。在另一實施例中，通過測量封裝的MEMS器件的諧振頻率來對封裝的MEMS器件進行校準。在又一實施例中，通過測量封裝的MEMS器件的電容斜率來對封裝的MEMS器件進行校準。最后，在實施例中，封裝的MEMS器件包括存儲器元件。

圖1a和1b示出了諸如封裝的硅擴音器的封裝的MEMS器件100的橫截面圖。封裝的MEMS器件100器件包括載體110、MEMS器件120、集成電路130以及提供前體積150和后體積156的密封140。封裝的MEMS器件100可以包括密封中的孔160（圖1a）或載體110中的孔170（圖1b）。MEMS器件120可以是單個芯片或管芯，并且信號處理器件130可以是單個芯片或管芯。替換地，MEMS器件120和信號處理器件130可以是集成的單個單塊芯片或管芯。

載體110可以是陶瓷、印刷電路板（PCB）或類似基板。MEMS器件110可以是擴音器、壓力傳感器或換能器。MEMS器件110使用例如粘合劑材料被設置在載體110上。MEMS器件110可以是倒裝芯片或被接合，使得接點背離載體110。信號處理器件130可以是信號處理電路、放大器電路、ADC或其組合。MEMS器件120和信號處理器件經(jīng)由載體110中的接合導線或?qū)щ娋€被電連接。

密封或鑄件140可以是聲學封裝。密封140針對諸如機械損壞的環(huán)境影響保護MEMS器件120和信號處理器件130。密封140可以包括聚合物材料。

圖2示出了封裝MEMS器件200的方框圖。封裝的MEMS器件200包括MEMS器件220、信號處理器件230、存儲器件或元件235以及確認電路236。

MEMS器件220包括圓形薄膜或隔膜或矩形隔膜。替換地，MEMS器件220包括具有不同適當幾何形式的隔膜。MEMS器件220可以包括電容致動、壓電致動或熱致動。信號處理器件230可以是前置放大器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）或其組合。信號處理器件230可以是ASIC。

可以將存儲器元件235集成到信號處理器件230（諸如嵌入式閃速存儲器）中，或者其可以是獨立器件。存儲器元件235可以是易失性存儲器或非易失性存儲器。非易失性存儲器元件235可以是閃速存儲器（NOR和NAND型）、磁石式電阻性RAM（MRAM）、導電橋接RAM（CBRAM）、鐵電RAM（FeRAM）、相變存儲器（PCRAM）或SONOS。替換地，存儲器元件235可以是熔絲或多個熔絲。易失性存儲器元件235可以是DRAM或SRAM。

可以將確認電路236集成在信號處理器件230中?？梢詫⒋_認電路配置成測量信號。要測量的信號可以是用于靈敏度測量的輸出信號的振幅。替換地，要測量的信號可以是封裝的MEMS器件220的阻抗。封裝的MEMS器件220可以包括附加測試引腳。

可以制造封裝的MEMS器件，包括以下步驟：可選地在載體中形成孔以使MEMS器件的一部分暴露；將包括諸如換能器的MEMS器件的第一芯片設置在載體上；將包括信號處理器件的第二芯片設置在載體上；將第一芯片和第二芯片電連接；用密封材料（封裝）來密封MEMS器件和信號處理器件；以及可選地在封裝材料中形成孔。

替換地，如下制造封裝的MEMS器件：可選地在載體中形成孔以使MEMS器件的一部分暴露、將包括MEMS器件（換能器）和信號處理器件的集成芯片設置在載體上、用密封材料（封裝）來密封載體以及可選地在密封材料中形成孔。

在實施例中，通過測量封裝的MEMS器件、例如直接在封裝的MEMS器件中的硅擴音器的靈敏度來對封裝的MEMS器件進行校準。由于封裝的MEMS器件靈敏度最后是要控制的參數(shù)，所以包括來自信號處理器件和封裝本身的任何可能影響。圖3示出了封裝的MEMS器件的校準的流程圖。提出的校準過程包括以下步驟：MEMS器件和信號處理器件被組裝在單個MEMS器件封裝、例如擴音器封裝中（步驟302）。向封裝的MEMS器件施加定義信號（步驟304）。所施加信號可以在定義頻率下具有定義聲壓。例如，定義聲壓在約60dB聲壓級（SPL）至約110dB SPL范圍內(nèi)，并且頻率在約100 Hz至約20 kHz范圍內(nèi)。在特定示例中，信號具有約94dB SPL的聲壓和約1 kHz的頻率。替換地，定義聲壓在約80dB SPL至約100db SPL范圍內(nèi)且頻率在約500 Hz至約5 kHz范圍內(nèi)。

接下來，針對所施加信號測量封裝的MEMS器件的靈敏度（步驟306）。例如，通過測量作為施加信號的響應的輸出信號的振幅來測量靈敏度?？梢杂猛獠繙y試設備或用被集成在封裝的MEMS器件和/或信號處理器件中的確認電路來測量封裝的MEMS器件的靈敏度。在步驟308處，將封裝的MEMS器件的所測量靈敏度與封裝的MEMS器件的目標靈敏度相比較?；谠摻Y(jié)果，選擇用于偏壓和信號處理增益的值（步驟310）。可以從查找表中選擇這些值。最后，在步驟318處，對用于偏壓和信號處理增益、例如ASIC增益的這些值進行編程并存儲在存儲器元件中，諸如閃速器件、非易失性存儲器件和/或熔絲結(jié)構(gòu)中。

在實施例中，通過測量封裝的MEMS器件的諧振頻率來對封裝的MEMS器件進行校準。由于MEMS器件在施加諧振頻率時是封裝的器件，所以在測量中包括來自封裝本身和信號處理器件的任何可能影響。不需要信號處理器件的單獨校準。

圖4示出了用于對封裝的MEMS器件進行校準的流程圖。校準過程包括：在步驟402中，將MEMS器件和信號處理器件組裝在單個MEMS器件封裝中，例如擴音器封裝。然后，測量封裝的MEMS器件的諧振頻率（步驟404）。可以通過向封裝的MEMS器件施加DC偏壓來測量諧振頻率。DC偏壓在用于正常操作的范圍內(nèi)，例如約0.1V至約5V或約0.1V至約20V。DC偏壓被與AC電壓混合或疊加。

AC電壓可以小于DC偏壓。例如，AC電壓可以在0.1 V至約0.2 V范圍內(nèi)，替換地，AC電壓可以在約0.1 V至約0.5 V范圍內(nèi)。AC電壓可以是正弦的。改變正弦電壓的頻率，能夠確定封裝的MEMS器件的諧振頻率。例如，可以使用諸如阻抗分析器的測試設備來測量諧振頻率。優(yōu)點是諧振頻率與例如毛刺電壓相比具有與MEMS靈敏度的好得多的相關性。

可以通過測量MEMS封裝的MEMS器件的阻抗來測量諧振頻率。例如，通過改變頻率并測量阻抗來測量諧振頻率。阻抗的最小值指示諧振頻率?？梢杂猛獠繙y試設備或用被集成在封裝的MEMS器件和/或信號處理器件中的確認電路來測量封裝的MEMS器件的阻抗。

接下來，在步驟406處，按如下描述了諧振頻率與MEMS靈敏度之間的相關性：

其中，V_bias是用于封裝的MEMS器件的偏壓，x₀是空隙的高度（或活動電極與反電極之間的距離），ρ_Si是活動電極材料的密度，例如硅，t是活動電極的厚度，f_res是活動電極的諧振頻率且k是常數(shù)。諧振頻率f_res通常是針對約1 kHz至約200 kHz的頻率范圍或約5 kHz至約50 kHz的范圍測量的。

將測量諧振頻率f_res與目標諧振頻率f_res-target相比較（步驟408）。通過調(diào)整偏壓的值和/或信號處理增益（例如ASIC增益）來對封裝的MEMS器件進行校準，使得所測量諧振頻率f_res大約與目標諧振頻率f_res-target相同。新值可以選自查找表。偏壓和/或信號處理增益的值被編程到封裝的MEMS器件的存儲器元件并存儲在其中（步驟410）。

在一個實施例中，通過測量MEMS器件本身或MEMS器件芯片的諧振頻率（而不是封裝的MEMS器件的諧振頻率）來對MEMS器件、例如擴音器進行校準。

在實施例中，通過測量用于至少兩個不同偏壓的封裝的MEMS器件的電容斜率來對封裝的MEMS器件進行校準。由于封裝的MEMS器件靈敏度最后是要控制的參數(shù)，所以在測量中包括來自信號處理器件和封裝本身的任何可能影響。圖5示出了封裝的MEMS器件的校準的流程圖。

校準過程包括：將MEMS器件和信號處理器件組裝在封裝的MEMS器件中（步驟502）。接下來，測量用于第一偏壓的第一電容值（步驟504）并測量用于第二偏壓的第二電容值（506）。兩個偏壓都可以小于吸合電壓。例如，兩個偏壓均在約4V以下或者均在約15伏以下。在508處的下一步驟中，計算用于C₁-C₂/V₁-V₂ (ΔC/ΔV)的斜率?？梢杂猛獠繙y試設備或用被集成在封裝的MEMS器件和/或信號處理器件中的確認電路來計算封裝的MEMS器件的斜率。

然后在步驟510處，將所計算/測量斜率與目標斜率相比較。通過調(diào)整偏壓和/或信號處理增益來對封裝的MEMS器件進行校準，使得所測量斜率大約與目標斜率相同（S512）。可以從查找表中選擇這些值。最后在514處，將用于偏壓和/或信號處理增益的新值編程到存儲器元件并存儲在其中。

在一個實施例中，通過測量MEMS器件本身或MEMS器件芯片的斜率（而不是封裝的MEMS器件的斜率）來對MEMS器件、例如擴音器進行校準。

在一個實施例中，通過先前測量結(jié)果進行組合來對封裝的MEMS器件進行校準。例如，通過測量靈敏度和電容斜率來對封裝的MEMS器件進行校準。

在實施例中，通過在將MEMS器件封裝之前測量器件水平上的靈敏度、諧振頻率或電容斜率中的至少一個來對MEMS器件進行校準。圖6示出了MEMS器件的校準和封裝的流程圖。

校準過程包括：在第一步驟602中，測量MEMS器件的靈敏度、諧振頻率或電容斜率中的至少一個。在晶片或單一化管芯上測量靈敏度、諧振頻率或電容（所測量信息）。例如，所測量信息被存儲在晶片圖上（步驟604）。接下來，將MEMS器件和信號處理器件組裝并封裝到封裝的MEMS器件（步驟606）。最后在步驟608中，基于所測量信息來對封裝的MEMS器件進行編程。例如，將所測量信息與目標信息相比較，并選擇用于偏壓的值，使得所測量信息大約與目標信息相同。用于偏壓的值被存儲在存儲器元件中。

雖然已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應理解的是在不脫離由所附權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在本文中進行各種修改、替換以及變更。

此外，本發(fā)明的范圍并不意圖局限于在本說明書中描述的過程、機器、制品、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的特定實施例。本領域的技術人員根據(jù)本發(fā)明的公開將認識到的是根據(jù)本發(fā)明可以利用目前存在或稍后將開發(fā)的過程、機器、制品、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟，其可以執(zhí)行與本文所述的相應實施例基本上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本上相同的結(jié)果。因此，所附權利要求意圖在其范圍內(nèi)包括此類過程、機器、制品、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。