压电MEMS换能器及其加工方法、封装结构及电子设备与流程

本申请属于半导体器件，具体地，本申请涉及一种压电mems换能器及其加工方法、封装结构及电子设备。

背景技术：

1、压电mems换能器利用微薄膜的弯曲振动发射和接收超声波，是基于压电能量转换机理的一种超声换能器。

2、现有技术中，压电mems换能器一般包括衬底层、支撑层和结构层，结构层和支撑层组成振动薄膜，衬底层部分刻蚀后在支撑层下方形成与振动薄膜相对应的背腔，结构层由支撑层承载并且悬置于背腔之上。其中，结构层一般包括基板以及压电层，使用时，通过对压电层施加驱动电压，根据逆压电效应，压电层发生伸缩并带动基板发生形变，从而实现结构层整体的振动。

3、但是，由于基板的厚度以及机械强度均高于压电层，因此驱动结构层振动需要较大的电压，且大部分电压消耗在基板上。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种压电mems换能器及其加工方法、封装结构及电子设备的新技术方案。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种压电mems换能器，包括衬底，所述衬底上设置有背腔；以及

3、振膜，所述振膜设置于所述衬底上且覆盖所述背腔，所述振膜包括压电层；

4、所述振膜包括第一区域以及第二区域，所述第二区域设置在所述第一区域的至少一侧，所述第一区域与所述第二区域在第一方向上错位设置，且所述第一区域与所述第二区域在第二方向上间隔设置，其中第一方向为所述mems换能器的高度方向，所述第二方向与所述第一方向垂直；

5、所述第一区域及所述第二区域的一端与所述衬底固定连接，且二者远离所述衬底的一端相互连接；

6、所述第一区域相对的两个表面上分别设有第一电极层，所述第二区域相对的两个表面上分别设有第二电极层。

7、可选地，在对所述压电mems换能器施加电压的情况下，所述第一区域及所述第二区域的伸缩方向相反。

8、可选地，所述第一区域及所述第二区域的极化方向相同，所述第一电极层与所述第二电极层连接的电压相反。

9、可选地，所述第一区域与第二区域之间设置有第一间隙，所述第一间隙贯穿所述振膜且与所述背腔连通。

10、可选地，所述振膜还包括中部区域，所述第一区域及所述第二区域远离所述衬底的一端通过所述中部区域连接。

11、可选地，所述振膜包括多个膜瓣，任两个相邻的所述膜瓣之间设置有第二间隙，所述第二间隙穿过所述中部区域且与所述背腔连通。

12、可选地，所述膜瓣设置为四个；

13、每个所述膜瓣呈三角形，且四个所述膜瓣两两对称设置形成矩形压电悬臂膜；或者，

14、每个所述膜瓣呈扇形，且四个所述膜瓣围合形成圆形压电悬臂膜。

15、根据本申请实施例的第二方面，还提供了一种用于第一方面所述的压电mems换能器的加工方法，包括以下步骤：

16、提供衬底，以中部区域为基准在其周侧形成第一制作区，在所述第一制作区的外侧形成第二制作区；其中，所述第一制作区与所述第二制作区在所述衬底的同一侧具有不同的高度位置；

17、在所述衬底上形成牺牲层，并在所述牺牲层的表面分别制作第一层的第一电极层及第二电极层，所述第一电极层位于第一制作区内，所述第二电极层位于第二制作区内；

18、在所述牺牲层上形成压电层，所述压电层包括与所述第一制作区对应的第一区域及与所述第二制作区对应的第二区域，并使所述第一电极层结合在所述第一区域，所述第二电极层结合在所述第二区域；

19、在所述第一区域背离所述牺牲层的表面制作另一层所述的第一电极层，及在所述第二区域背离所述牺牲层的表面制作另一层所述第二电极层；压电层、第一电极层及第二电极层形成振膜，刻蚀所述振膜形成多个膜瓣，并在每个膜瓣的第一区域与第二区域之间形成第一间隙；

20、在两层所述第一电极层及第二电极层的表面分别形成焊盘；

21、在所述衬底背离所述振膜的一侧形成背腔，并去除背腔对应的牺牲层，得到压电mems换能器。

22、根据本申请实施例的第三方面，还提供了一种封装结构，包括背板以及设置于所述背板上的外壳，以及第一方面所述的压电mems换能器；其中，

23、所述背板开设有背声孔，所述背声孔与所述背腔连通。

24、可选地，所述外壳开设有声孔。

25、根据本申请实施例的第四方面，还提供了一种电子设备，包括第三方面所述的封装结构。

26、本申请实施例的一个技术效果在于：

27、本申请提供的压电mems换能器，振膜结构中省略了基板，振膜仅包括单层压电层，其中压电层包括在压电mems换能器的高度方向上具有不同的高度的第一区域以及所述第二区域。本申请仅通过设置单层压电层结构，即可实现现有技术中压电麦克风中用双层pe、三层电极才能实现的性能，并且极大降低了驱动压电mems换能器所需的电压。

28、通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种压电mems换能器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压电mems换能器，其特征在于，在对所述压电mems换能器(6)施加电压的情况下，所述第一区域(211)及所述第二区域(212)的伸缩方向相反。

3.根据权利要求1所述的压电mems换能器，其特征在于，所述第一区域(211)及所述第二区域(212)的极化方向相同；

4.根据权利要求1所述的压电mems换能器，其特征在于，所述第一区域(211)与第二区域(212)之间设置有第一间隙(213)，所述第一间隙(213)沿厚度方向贯穿所述振膜(2)且与所述背腔(11)连通。

5.根据权利要求1所述的压电mems换能器，其特征在于，所述振膜(2)还包括中部区域(210)，所述第一区域(211)及所述第二区域(212)远离所述衬底(1)的一端通过所述中部区域(210)连接。

6.根据权利要求5所述的压电mems换能器，其特征在于，所述振膜(2)包括多个膜瓣(3)，任两个相邻的所述膜瓣(3)之间设置有第二间隙(24)，所述第二间隙(24)穿过所述中部区域(210)且与所述背腔(11)连通。

7.根据权利要求6所述的压电mems换能器，其特征在于，所述膜瓣(3)设置为四个；

8.一种压电mems换能器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种封装结构，其特征在于，包括背板(7)以及设置于所述背板(7)上的外壳(8)，以及权利要求1-7任意一项所述的压电mems换能器(6)；其中，

10.根据权利要求9所述的封装结构，其特征在于，所述外壳(8)开设有声孔(81)。

11.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9-10任一项所述的封装结构。

技术总结本申请实施例公开了一种压电MEMS换能器及其加工方法、封装结构及电子设备，压电MEMS换能器包括衬底以及振膜，所述振膜包括压电层，所述压电层包括第一区域以及第二区域，所述第二区域设置在所述第一区域的至少一侧，所述第一区域与所述第二区域在第一方向上错位设置，且所述第一区域与第二区域在第二方向上间隔设置，其中第一方向为所述压电MEMS换能器的高度方向，所述第二方向与所述第一方向垂直；所述第一区域相对的两个表面上分别设有第一电极层，所述第二区域相对的两个表面上分别设有第二电极层。本申请实施例的一个技术效果在于通过设置一种省略基板且采用单层压电层的振膜，极大降低了驱动压电MEMS换能器所需的电压。技术研发人员：邹泉波受保护的技术使用者：潍坊歌尔微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/9