專利名稱：柔性微機電系統(tǒng)換能器及其制造方法和無線擴音器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)結構及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及在柔性襯底上形成的柔性MEMS換能器及其制造方法、以及組合有柔性MEMS換能器的柔性MEMS無線擴音器。
背景技術：
根據(jù)非常小的器件的需要，利用微加工技術的半導體工藝技術被用于集成微器件。微機電系統(tǒng)(MEMS)屬于制造并檢測具有微米(μm)級的尺寸的微型傳感器或激勵器以及利用在半導體工藝特別是在集成電路技術中應用的微加工技術的機電結構的領域。
在MEMS中使用的微加工技術大致劃分為兩類。第一類微加工是通過硅體刻蝕的體微加工。第二類微加工是通過在硅上沉積多晶硅、氮化硅和氧化硅的薄膜并根據(jù)預定圖形來刻蝕所沉積的薄膜以形成一種結構的表面微加工。例如，使用通過體微加工技術形成的膜片式換能器可以獲得利用MEMS工藝制造形成的超小型擴音器。
圖1顯示了傳統(tǒng)MEMS換能器的剖面圖。如圖所示，傳統(tǒng)換能器包括位于硅(Si)晶片上的氮化硅的膜片層、通過化學氣相沉積(CVD)工藝涂敷的SiO2層、氧化鋅(ZnO)壓電薄膜以及上電極和下電極。用于在硅晶片上形成氮化硅薄膜和氧化硅層的CVD工藝是工藝溫度需要在大約780～850℃的高溫工藝。因此，除了硅晶片之外，不可能采用柔性聚合物材料作為襯底材料。
同時，隨著信息和通信工業(yè)的發(fā)展，手持或佩帶式信息終端的需要不斷增加。這種需要的增加部分地是由于將這種信息終端被應用到各種領域，例如醫(yī)藥、服務、娛樂、軍事和信息通信。為了便于使用這些信息終端，這些終端的元件應當具有移動性和便攜式方面的優(yōu)良特性。具體地，為了實現(xiàn)便攜系統(tǒng)，柔性的系統(tǒng)結構是必要的。因此，需要在柔性襯底上將功能結構與其它電子部件集成在一起的技術。
采用金屬薄膜或聚合物材料作為柔性襯底。聚合物材料更適合于在電子系統(tǒng)中使用。然而，聚合物材料具有500℃或更低范圍的低熔點。因此，當聚合物材料在高溫下進行用于形成薄膜的工藝時，聚合物材料會退化。因此，聚合物材料并不適合在需要高于聚合物材料的熔點的處理溫度下制造MEMS的工藝中用作襯底例如晶片的材料。實際上，通常通過包括至少500℃的高溫工藝的方法來制造廣泛使用并在性能和集成度方面具有優(yōu)良特性的硅MEMS和半導體。因此，不能采用柔性系統(tǒng)結構所需的高分子(聚合物)材料的襯底。
特別地，通過化學氣相沉積(CVD)沉積薄膜、隨后通過刻蝕工藝來形成傳統(tǒng)的MEMS結構。然而，由于需要非常高的溫度以通過CVD形成高效的薄膜，因此不能采用例如聚合物、玻璃等的低熔點襯底。
為了克服這些問題，如圖2所示，傳統(tǒng)方法通過利用硅MEMS工藝、從硅襯底10的背面在硅島之間進行切割、然后沉積聚合物11在硅襯底10上形成傳感器器件30來制造柔性器件。然而，這種方法具有缺點在于，使用包括高溫工藝的傳統(tǒng)MEMS工藝并在最后步驟中附加地進行聚合物處理，因而增加了復雜性并提高了整個制造工藝的成本。
發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決至少一些上述問題，本發(fā)明實施例的一個特征是通過利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝在柔性聚合物襯底上形成MEMS換能器結構提供一種擴音器，其具有柔軟、柔性并且可折疊性的特性。
為了提供本發(fā)明的特征，本發(fā)明的實施例提供一種柔性MEMS換能器，該柔性MEMS換能器包括柔性材料的襯底；在襯底上沉積的薄膜層，薄膜層具有預定長度的凸起部分；在薄膜層上通過沉積導電材料形成的下電極層；在下電極層上通過沉積壓電聚合物形成的有源層；在有源層上通過沉積導電材料形成的上電極層；電連接到下電極層的第一連接焊盤；以及電連接到上電極層的第二連接焊盤。
優(yōu)選地，換能器還包括在襯底上通過涂敷厚度小于大約10μm的氮化硅或氧化硅形成的下保護層。
優(yōu)選地，襯底由高分子(聚合物)材料例如聚酰亞胺或金屬薄膜形成。
優(yōu)選地，通過PECVD沉積厚度小于大約5μm的氮化硅來形成薄膜層。
優(yōu)選地，下電極層和上電極層由選自由金屬例如鋁和導電聚合物組成的組中的材料形成，其厚度在大約0.01μm～5μm之間。
優(yōu)選地，通過沉積壓電聚合物來形成有源層，壓電聚合物選自由PVDF、PVDF-TrEF、TrEF、聚脲、聚酰亞胺和尼龍組成的組中，其厚度在大約1μm～10μm之間，長度在大約50μm～1000μm之間，以便具有大約1Hz～100kHz之間的諧振頻率。
優(yōu)選地，換能器還包括通過沉積厚度在大約1μm～10μm之間的氮化硅或氧化硅而形成的上保護層以便覆蓋上電極層、下電極層和有源層。
優(yōu)選地，第一連接焊盤和第二連接焊盤由選自由金屬和導電聚合物組成的組中的材料形成。
為了提供本發(fā)明的另一種特征，本發(fā)明的實施例提供一種制造柔性換能器的方法，該方法包括在柔性襯底上形成犧牲層；在犧牲層上通過等離子體增強化學氣相沉積PECVD沉積薄膜層，隨后進行圖形化；在薄膜層上沉積下電極層，隨后圖形化；在下電極層上依次沉積有源層和上電極層并順序圖形化上電極層和有源層；形成連接到下電極層的第一連接焊盤和連接到上電極層的第二連接焊盤；以及去除犧牲層。該方法還包括在沉積犧牲層之前、通過PECVD沉積氮化硅或氧化硅來形成下保護層。
優(yōu)選地，為了形成犧牲層，在襯底上涂敷小于大約0～10μm厚度的聚酰亞胺并根據(jù)薄膜層的所需結構通過濕法刻蝕或干法刻蝕圖形化聚酰亞胺。
優(yōu)選地，為了形成薄膜層，在犧牲層上通過PECVD沉積并通過干法刻蝕圖形化氮化硅。
優(yōu)選地，為了形成有源層，在下電極層上通過旋涂或蒸發(fā)沉積小于大約10μm厚度的壓電聚合物例如PVDF、PVDF-TrEF、TrEF、聚脲、聚酰亞胺、尼龍等，并通過濕法刻蝕或干法刻蝕進行圖形化。
優(yōu)選地，該方法還包括形成上保護層以便覆蓋上電極層、下電極層和有源層的步驟，其中通過PECVD沉積厚度小于大約10μm的氮化硅或氧化硅并通過濕法刻蝕或干法刻蝕圖形化沉積層來形成上保護層。
優(yōu)選地，通過以下步驟來形成第一連接焊盤利用濕法刻蝕或干法刻蝕在上保護層的連接到下電極層的部分處進行圖形化；在其上沉積金屬層或導電聚合物層；以及通過濕法刻蝕或干法刻蝕圖形化沉積的層。優(yōu)選地，通過以下步驟來形成第二連接焊盤利用濕法刻蝕或干法刻蝕在上保護層的連接到上電極層的部分處進行圖形化；在其上沉積金屬層或導電聚合物層；以及通過濕法刻蝕或干法刻蝕圖形化所沉積的層。
為了提供本發(fā)明的再一個特征，本發(fā)明的一個實施例提供一種柔性無線MEMS擴音器，該擴音器包括柔性聚合物材料的襯底；在襯底上通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)形成的柔性MEMS換能器結構；印制在襯底上用于與外界源通信的天線；嵌入在襯底中以便電連接柔性MEMS換能器和天線的導線及接口電路；電連接到襯底用于將電源提供到MEMS換能器的柔性電池層；以及電連接到電池層的柔性藍牙(bluetooth)模塊層。
優(yōu)選地，襯底由高分子(聚合物)材料例如聚酰亞胺形成。優(yōu)選地，電池層是象紙一樣薄的聚合物電池，例如柔性太陽能電池。優(yōu)選地，柔性MEMS換能器包括薄膜層、下電極層、壓電聚合物有源層、上電極層、分別電連接到下電極層和上電極層的第一和第二連接焊盤，它們依次通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)在其上形成有犧牲層的襯底上沉積并被圖形化。
優(yōu)選地，其上形成有柔性MEMS換能器、印制有天線并嵌入導線和接口電路的柔性襯底能夠以預定的角度例如小于大約180°范圍的預定角度被折疊。
為了提供本發(fā)明的再一個特征，本發(fā)明的一個實施例提供一種柔性MEMS無線擴音器，該擴音器包括柔性襯底，它具有通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)形成的柔性MEMS換能器結構、其上印制有電連接到MEMS換能器結構并用于與外界源通信的天線，嵌入其中的用于電連接柔性MEMS換能器和天線的導線及接口電路；電連接到柔性襯底的柔性電池層；以及依次以預定厚度沉積的藍牙(bluetooth)模塊層。
優(yōu)選地，柔性MEMS無線擴音器能夠以預定角度例如小于大約180°范圍的預定角度被折疊。優(yōu)選地，柔性無線MEMS擴音器通過根據(jù)所需的三維結構的側面形狀加以切割并以預定角度折疊所切割的組件、隨后通過安裝成三維結構來形成所需的三維結構。
為了提供本發(fā)明的再一個特征，本發(fā)明的一個實施例提供一種制造柔性換能器的方法，該方法包括以下步驟在柔性襯底上形成犧牲層；在犧牲層上通過等離子體化學氣相沉積(PECVD)工藝依次沉積薄膜層、下電極層、有源層和上電極層；順序圖形化上電極層、有源層和下電極層；沉積上保護層以便覆蓋上電極層、下電極層和有源層；為了下電極層的連接和上電極層的連接圖形化上保護層；沉積連接焊盤層，并圖形化連接焊盤層以便形成與下電極層連接的第一連接焊盤和與上電極層連接部分連接的第二連接焊盤；以及圖形化薄膜層以便暴露犧牲層并去除犧牲層。
該方法還包括在沉積犧牲層之前通過選自PECVD和濺射的方法在柔性襯底上沉積選自由氮化硅和氧化硅組成的組中的材料來形成下保護層。
優(yōu)選地，犧牲層具有小于大約10μm的厚度。優(yōu)選地，通過沉積氮化硅來形成薄膜層。優(yōu)選地，通過旋涂或蒸發(fā)在下電極層上沉積壓電聚合物層來形成小于大約10μm厚度的有源層，其中壓電聚合物可以為PVDF、PVDF-TrEF、TrEF、聚脲、聚酰亞胺或尼龍。優(yōu)選地，上保護層形成為小于大約10μm的厚度。
參照附圖，通過對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述，對于本領域普通技術人員，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1示出了傳統(tǒng)MEMS換能器的剖面圖；圖2示出了傳統(tǒng)柔性MEMS傳感器的剖面圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的膜片式換能器的剖面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的懸臂式換能器的剖面圖；圖5A-5E示出了用于制造圖4中所示的懸臂式換能器的工藝步驟的剖面圖；圖6A-6J示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于制造懸臂式換能器的工藝步驟的剖面圖；圖7示出了組合有圖4中所示的懸臂式換能器的外殼型(skin-type)柔性無線MEMS擴音器的示意圖；以及圖8示出了封裝和組合有圖4中所示的懸臂式換能器的三維無線擴音器的示意圖。
具體實施例方式
通過引用，將2002年9月26日申請的發(fā)明名稱為“柔性MEMS換能器及其制造方法以及柔性MEMS無線擴音器”的韓國專利申請No.2002-58313完整地結合在此。
現(xiàn)在，將在下面參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明以不同形式的實施例提出但不應當限制于由此提出的實施例。另外，提供這些實施例是為了將整體、全面地公開，并且這些實施例將本發(fā)明的范圍全面地傳達給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚放大了層和區(qū)域的厚度。還應當理解，當稱一層在另一層或襯底“上(on)”時，它可以直接位于另一層或襯底上、或者還可以出現(xiàn)插入層。整個說明書中相同的標記表示相同的元件。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的的膜片式換能器(diaphragm-typetransducer)的剖面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的懸臂式換能器的剖面圖。如圖3和4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的換能器包括柔性襯底100，在該襯底上通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)或通過濺射沉積氮化硅或氧化硅來形成下保護層110；以及換能器結構，該換能器結構包括通過在低溫下實施PECVD而形成的薄膜層220；下電極層230；優(yōu)選為壓電聚合物層的有源層240；上電極層250；以及連接焊盤271和272。在膜片式換能器或懸臂式換能器的情況下，在襯底100上形成犧牲層，在犧牲層上形成薄膜層220，利用刻蝕劑去除犧牲層以便形成薄膜層220的凸起部分。更優(yōu)選地，在懸臂式換能器的情況下，通過穿過開口側壁去除犧牲層來實施薄膜層下方的犧牲層的去除，而在膜片式換能器的情況下，通過刻蝕在薄膜層220上形成預定的通孔并穿過通孔注入刻蝕劑來實施去除。
圖5A-5E依次示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造懸臂式柔性換能器的工藝的一個實施例的步驟。圖中示出的換能器實例是懸臂式換能器，現(xiàn)在將參照圖5A-5E解釋用于制造懸臂式換能器的示例性工藝。
如圖5A所示，柔性換能器的制造工藝起始于在柔性襯底100上涂敷下保護層110。采用柔性材料作為柔性襯底100的材料。這種柔性材料可以包括例如聚酰亞胺的高分子(聚合物)材料或金屬薄膜。高分子材料作為優(yōu)選材料用于例如擴音器(microphone)的電子系統(tǒng)中。通過PECVD或濺射涂敷氮化硅或氧化硅來形成下保護層110。優(yōu)選地，下保護層110具有小于大約10μm的厚度。通過采用PECVD或濺射工藝，可以在大約400℃或更低的低溫工藝下進行此工藝。下保護層110用作保護襯底100并使隨后沉積的層易于粘接。
如圖5B所示，在其上涂敷有下保護層110的柔性襯底100上沉積犧牲層210，犧牲層210形成用來具有預定長度的凸起部分的薄膜層。通過涂敷厚度小于大約10μm的聚酰亞胺并然后根據(jù)薄膜層所需的結構對聚酰亞胺進行圖形化從而形成犧牲層210。然后在圖形化的犧牲層210上沉積薄膜層220。在低溫工藝中通過PECVD涂敷氮化硅來形成薄膜層220。優(yōu)選地，薄膜層220具有小于大約5μm的厚度。隨后，在薄膜層220上沉積下電極230。通過沉積金屬例如鋁或導電聚合物、然后通過濕法刻蝕或干法刻蝕對沉積的層進行圖形化來形成下電極230。然后，在下電極230和薄膜層220上涂敷有源層240。通過旋涂或蒸發(fā)涂敷壓電聚合物，例如PVDF、PVDF-TrEF、TrEF、聚脲、聚酰亞胺、尼龍等，來形成有源層240。優(yōu)選地，有源層240具有大約1μm～10μm之間的厚度和大約50μm～1000μm之間的長度。優(yōu)選地，有源層240具有大約1Hz～100kHz之間的諧振頻率。
如圖5C所示，隨后在壓電聚合物有源層240上沉積上電極250。通過沉積金屬例如鋁或導電聚合物并然后通過濕法刻蝕或干法刻蝕對沉積的層進行圖形化來形成上電極層250。優(yōu)選地，下電極層230和上電極層250都具有大約0.01μm～5μm之間的厚度。此時，同樣通過濕法刻蝕或干法刻蝕對壓電聚合物層進行圖形化以形成有源層240。
隨后，如圖5D所示，通過PECVD沉積大約1μm～10μm之間厚度的氮化硅或氧化硅來形成上保護層260以便覆蓋上和下電極層230和250以及有源層240，使得在通過刻蝕去除犧牲層210期間保護壓電聚合物有源層240。在形成上保護層260之后，形成分別電連接到上電極層250和下電極層230的連接焊盤271、272。通過在上保護層260的分別連接到上和下電極層250和230的部分處進行圖形化、并通過在其上涂敷金屬例如鋁或導電聚合物、然后圖形化來形成連接焊盤271和272。
最后，如圖5E所示，通過干法刻蝕去除犧牲層210，完成柔性懸臂式MEMS換能器的形成。
圖6A-6J示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于制造懸臂式換能器的工藝步驟的剖面圖。
如圖6A所示，通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)或通過濺射在柔性襯底100上沉積氮化硅或氧化硅來形成下保護層110。隨后，如圖6B所示，通過沉積小于大約10μm厚度的聚酰亞胺、然后圖形化聚酰亞胺來形成犧牲層210。
如圖6C所示，在形成犧牲層210之后，通過PECVD在犧牲層210上依次沉積薄膜層220、下電極層230、有源層240和上電極層250。隨后，如圖6D所示，圖形化上電極層250和有源層240，如圖6E所示，圖形化下電極層230。
隨后，如圖6F所示，沉積上保護層260以覆蓋上電極層250、下電極層230和有源層240。在沉積上保護層260之后，如圖6G所示，為了電連接下電極層230并同樣為了電連接上電極層250，對上保護層260進行圖形化。在已圖形化的上保護層260上沉積金屬層或導電層，并進行圖形化以便形成與下電極層230連接的第一連接焊盤272和與上電極層250連接的第二連接焊盤271。隨后，如圖6I所示，圖形化薄膜層220以暴露犧牲層210，并且注入刻蝕劑以便去除犧牲層210。結果，完成柔性MEMS換能器。
如圖5A-5E所示，對于制造柔性MEMS換能器的方法，可以分別沉積并圖形化柔性MEMS換能器結構的各層，或如圖6A-6J所示，可以首先沉積各層然后圖形化各層。
根據(jù)上述制造方法，可以通過使用低溫工藝例如PECVD在柔性襯底100例如聚合物上形成換能器結構200。因此，在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的換能器結構200中，通過使用PECVD或濺射來替代需要大約780℃～850℃的高溫工藝的CVD進行薄層的沉積。這種所需溫度的差異的原因與各個工藝中所采用的能量源有關。具體地，PECVD采用等離子體作為反應所需的能量源，而傳統(tǒng)CVD工藝采用熱能。因此，可以降低熱能，并且在PECVD中低溫下就能夠形成薄層。更具體地，在低溫下就能夠沉積構成換能器結構200的薄層，因此就允許使用柔性聚合物襯底100。隨后，根據(jù)本發(fā)明，就能夠制造柔軟材料的柔性擴音器。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明的應用還提供一種組合有柔性MEMS換能器的自由(freely)柔性擴音器。圖7示出了組合有圖4中所示的懸臂式換能器的外殼型柔性無線MEMS擴音器的示意圖。如圖7中所示，通過PECVD在柔性襯底上形成MEMS換能器結構200來制備使用柔性MEMS換能器的柔性擴音器，如上所述，在襯底100的一側印制薄膜天線300用于與外部源通信，嵌入導線和接口電路400以電連接薄膜天線300及柔性MEMS換能器200。最終的襯底100與電連接到柔性襯底100并用于將電源提供到MEMS換能器200的電池層500以及柔性藍牙模塊層600疊置在一起。優(yōu)選地，電池層500是例如柔性聚合物太陽能電池的聚合物電池并具有紙一樣薄的厚度。
因此，可以采用通過將具有換能器200的襯底100與電池層500和柔性藍牙模塊層600疊置成預定厚度而制備的柔性MEMS擴音器作為外殼型柔性MEMS擴音器。這種外殼型柔性MEMS擴音器在所有方向上都是自由柔性的并可以用于便攜式裝置中。
此外，因為柔性襯底100可以以預定角度折疊，所以根據(jù)本發(fā)明的柔性無線擴音器可以封裝成三維形狀。優(yōu)選地，預定角度為小于大約180°的范圍內(nèi)。圖8示出了封裝的柔性無線擴音器實例的示意圖。如圖8所示，在柔性襯底100上形成柔性MEMS換能器結構200。在柔性襯底100上印制天線300，并在柔性襯底100中嵌入導線和接口電路400。然后，根據(jù)擴音器封裝的所需三維形狀的拓展圖形(development figure)切割柔性襯底100，并以預定角度折疊柔性襯底100，進而將柔性襯底100安裝成所需的三維形狀以形成三維擴音器。
由于其上形成柔性MEMS換能器的襯底100具有類似紙的特性，因此它可以根據(jù)所需的擴音器的三維結構被切割并折疊以便封裝并安裝成所需的三維封裝結構。
如圖7所示，包括疊置在襯底100上的電池層500和藍牙模塊層600的外殼型擴音器可以被切割并折疊在一起，進而安裝成三維結構以形成三維無線MEMS擴音器。可選擇地，如圖8所示，將柔性電池層500和柔性藍牙模塊層600安裝成三維結構。其上設置有換能器結構200、天線300、導線和接口電路400的襯底可以單獨地根據(jù)所需的三維形狀的拓展圖形切割，并以預定的角度折疊，進而與柔性電池層500和藍牙模塊層600的三維結構組裝起來以形成三維MEMS擴音器。柔性MEMS無線擴音器能夠以預定的角度折疊，優(yōu)選地在小于大約180°的范圍內(nèi)。
更具體地，由于使用了柔性聚合物襯底，因此根據(jù)本發(fā)明實施例的擴音器結構是柔性的并可折疊的。因此，通過切割并折疊疊置有其它元件的襯底就能夠將擴音器封裝為所需的三維結構并將它組裝成三維擴音器。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于通過低溫工藝制備換能器結構，因此可以采用柔性聚合物襯底。因此，通過簡單的低溫工藝和低成本就能夠制造具有集成度、移動性、柔軟性、柔性、可折疊性和便攜性方面的優(yōu)良特性的柔性擴音器系統(tǒng)。而且，由于它的柔性和可折疊性，可以按照附著到身體(body)所需的厚度和三維擴音器來封裝外殼型擴音器。因此，可以自由地設計各種封裝結構的形狀。此外，由此獲得的擴音器易于攜帶并可以根據(jù)需要自由地改變它的形狀。
此外，由于根據(jù)本發(fā)明實施例的柔性擴音器可以以適于應用的各種形狀來隨意地制備，所以它可以被用作外殼型擴音器，還可以被應用于可以按所需的形狀和用于制造這種柔性MEMS換能器的方法來封裝的柔性MEMS換能器。
在此已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，雖然使用了具體的術語，它們被使用并將僅用于一般性和描述性的解釋而非限制的目的。因此，本領域普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明所附權利要求書提出的精神和范圍之內(nèi)可以進行各種形式上和細節(jié)上的改變。
權利要求
1.一種柔性微機電系統(tǒng)(MEMS)換能器，包括由柔性材料組成的襯底；沉積在該襯底上的薄膜層，該薄膜層具有預定長度的凸起部分；通過在該薄膜層上沉積導電材料形成的下電極層；通過在該下電極層上沉積壓電聚合物形成的有源層；通過在該有源層上沉積導電材料形成的上電極層；電連接到該下電極層的第一連接焊盤；以及電連接到該上電極層的第二連接焊盤。
2.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，還包括在襯底上涂敷的下保護層。
3.根據(jù)權利要求2所述的柔性MEMS換能器，下保護層由氮化硅或氧化硅形成。
4.根據(jù)權利要求2所述的柔性MEMS換能器，其中下保護層具有小于大約10μm的厚度。
5.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中襯底由高分子(聚合物)材料或金屬薄膜形成。
6.根據(jù)權利要求5所述的柔性MEMS換能器，其中高分子(聚合物)材料為聚酰亞胺。
7.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中薄膜層由氮化硅形成。
8.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中薄膜層具有小于大約5μm的厚度。
9.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中下電極層和上電極層由選自由金屬和導電聚合物組成的組中的材料形成。
10.根據(jù)權利要求9所述的柔性MEMS換能器，其中金屬為鋁。
11.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中下電極層具有大約0.01μm～5μm的厚度。
12.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中上電極層具有大約0.01μm～5μm的厚度。
13.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中壓電聚合物選自由PVDF、PVDF-TrEF、TrEF、聚脲、聚酰亞胺和尼龍組成的組中。
14.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中有源層具有大約1μm～10μm之間的厚度。
15.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中有源層具有大約1Hz～100kHz之間的諧振頻率。
16.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中有源層具有大約50μm～1000μm之間的長度。
17.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，還包括上保護層以覆蓋上電極層、下電極層和有源層。
18.根據(jù)權利要求17所述的柔性MEMS換能器，其中上保護層由氮化硅或氧化硅形成。
19.根據(jù)權利要求1所述的柔性MEMS換能器，其中上保護層具有大約1μm～10μm之間的厚度。
20.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中第一連接焊盤和第二連接焊盤由選自由金屬和導電聚合物組成的組中的材料形成。
21.一種用于制造柔性MEMS換能器的方法，包括在柔性襯底上形成犧牲層；通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)在該犧牲層上沉積薄膜層，隨后進行圖形化；在該薄膜層上沉積下電極層，并對該下電極層進行圖形化；在該下電極層上依次沉積有源層和上電極層，并依次對該上電極層和該有源層進行圖形化；形成連接到該下電極層的第一連接焊盤和連接到該上電極層的第二連接焊盤；以及去除該犧牲層。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，還包括在沉積該犧牲層之前，通過PECVD沉積氮化硅或氧化硅來形成下保護層。
23.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中形成犧牲層是通過在襯底上涂敷聚酰亞胺層、并根據(jù)薄膜層的所需結構通過濕法刻蝕或干法刻蝕對所涂敷的聚酰亞胺層進行圖形化來實現(xiàn)的。
24.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中犧牲層被形成小于大約10μm的厚度。
25.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中形成薄膜層包括在犧牲層上通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來沉積氮化硅層；以及通過干法刻蝕對所沉積的氮化硅層進行圖形化。
26.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中形成有源層包括在下電極層上通過旋涂或蒸發(fā)來沉積壓電聚合物層；以及通過濕法刻蝕或干法刻蝕來圖形化所沉積的壓電聚合物層。
27.根據(jù)權利要求26所述的方法，其中壓電聚合物選自由PVDF、PVDF-TrEF、TrEF、聚脲、聚酰亞胺和尼龍組成的組中。
28.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中有源層形成小于大約10μm的厚度。
29.根據(jù)權利要求21所述的方法，還包括形成上保護層以覆蓋上電極層、下電極層和有源層，其中通過PECVD沉積氮化硅或氧化硅、然后通過濕法刻蝕或干法刻蝕對所沉積的層進行圖形化來形成上保護層。
30.根據(jù)權利要求29所述的方法，其中上保護層形成小于大約10μm的厚度。
31.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中形成第一連接焊盤包括通過濕法刻蝕或干法刻蝕在將連接到下電極層的部分處圖形化上保護層；其圖形化的上保護層上沉積金屬層或導電聚合物層；以及通過濕法刻蝕或干法刻蝕來圖形化所沉積的層。
32.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中形成第二連接焊盤包括通過濕法刻蝕或干法刻蝕在將連接到上電極層的部分處圖形化上保護層；其圖形化的上保護層上沉積金屬層或導電聚合物層；以及通過濕法刻蝕或干法刻蝕來圖形化沉積的層。
33.一種柔性無線MEMS擴音器，包括由柔性聚合物材料組成的襯底；在該襯底上通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)形成的柔性MEMS換能器結構；印制在該襯底上的天線，用于與外界源通信；在該襯底中嵌入的導線和接口電路，以便電連接該柔性MEMS換能器和該天線；電連接到該襯底的柔性電池層，用于將電源提供到該MEMS換能器，以及電連接到該電池層的柔性藍牙模塊層。
34.根據(jù)權利要求33所述的柔性無線MEMS擴音器，其中襯底由高分子(聚合物)材料形成。
35.根據(jù)權利要求34所述的柔性無線MEMS擴音器，其中高分子(聚合物)材料為聚酰亞胺。
36.根據(jù)權利要求33所述的柔性無線MEMS擴音器，其中電池層是具有紙一樣薄的厚度的聚合物電池。
37.根據(jù)權利要求33所述的柔性無線MEMS擴音器，其中電池層是柔性太陽能電池。
38.根據(jù)權利要求33所述的柔性無線MEMS擴音器，其中柔性MEMS換能器包括薄膜層、下電極層、壓電聚合物有源層、上電極層、分別連接到下電極層和上電極層的第一和第二連接焊盤，它們通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)依次沉積在其上形成有犧牲層的襯底上并被圖形化。
39.根據(jù)權利要求33所述的柔性無線MEMS擴音器，其中柔性襯底能夠以預定角度被折疊，其上形成有柔性MEMS換能器、印制有天線、并嵌入有導線和接口電路。
40.根據(jù)權利要求39所述的柔性無線MEMS擴音器，其中預定角度為在小于大約180°的范圍內(nèi)。
41.一種柔性無線MEMS擴音器，包括柔性襯底，其具有通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)形成的柔性MEMS換能器結構，其上印制有電連接到MEMS換能器結構并用于與外界源通信的天線、以及嵌入其中的用于電連接該柔性MEMS換能器和該天線的導線和接口電路；電連接到該柔性襯底的柔性電池層；以及藍牙模塊層，其依次被沉積為預定的厚度。
42.根據(jù)權利要求41所述的柔性無線MEMS擴音器，其中柔性無線MEMS擴音器能夠以預定角度折疊。
43.根據(jù)權利要求41所述的柔性無線MEMS擴音器，其中預定角度為在小于大約180°的范圍內(nèi)。
44.根據(jù)權利要求41所述的柔性無線MEMS擴音器，其中通過根據(jù)所需的三維結構的側面形狀切割、并以預定角度折疊所切割的部分、且隨后組裝成三維結構，柔性無線MEMS擴音器被形成為所需的三維結構。
45.一種用于制造柔性MEMS換能器的方法，包括在柔性襯底上形成犧牲層；在該犧牲層上通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝依次沉積薄膜層、下電極層、有源層和上電極層；依次圖形化該上電極層、該有源層和該下電極層；沉積上保護層以覆蓋該上電極層、該下電極層和該有源層；為了該下電極層的連接和該上電極層的連接圖形化該上保護層，沉積連接焊盤層，并圖形化該連接焊盤層以便形成與該下電極層連接的第一連接焊盤和與該上電極層的連接部分連接的第二連接焊盤；以及圖形化該薄膜層以便暴露該犧牲層，并去除該犧牲層。
46.根據(jù)權利要求45所述的方法，還包括在沉積犧牲層之前，在柔性襯底上通過選自PECVD和濺射的一種方法沉積選自由氮化硅和氧化硅組成的組中的一種材料來形成下保護層。
47.根據(jù)權利要求45所述的方法，其中犧牲層具有小于大約10μm的厚度。
48.根據(jù)權利要求45所述的方法，其中通過沉積氮化硅來形成薄膜層。
49.根據(jù)權利要求45所述的方法，其中在下電極層上通過旋涂或蒸發(fā)沉積壓電聚合物層來形成有源層。
50.根據(jù)權利要求49所述的方法，其中壓電聚合物選自由PVDF、PVDF-TrEF、TrEF、聚脲、聚酰亞胺和尼龍組成的組中。
51.根據(jù)權利要求45所述的方法，其中有源層形成為小于大約10μm的厚度。
52.根據(jù)權利要求45所述的方法，其中上保護層形成為小于大約10μm的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開柔性MEMS換能器及其制造方法、以及柔性MEMS無線擴音器。一種柔性無線MEMS擴音器，包括柔性聚合物材料的襯底，在襯底上通過PECVD形成的柔性MEMS換能器結構，在襯底上印制的天線、用于與外界源通信，在襯底中嵌入的導線和接口電路以便電連接柔性MEMS換能器和天線，電連接到襯底的柔性電池層、用于將電源提供到MEMS換能器，以及電連接到電池層的柔性藍牙模塊層。柔性MEMS換能器包括柔性襯底，在襯底上沉積的薄膜層，在薄膜層上形成的下電極層，在下電極層上通過沉積壓電聚合物形成的有源層，在有源層上形成的上電極層，以及分別電連接到下電極層和上電極層的第一和第二連接焊盤。
文檔編號H01L41/45GK1517296SQ0316501
公開日2004年8月4日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權日2002年9月26日
發(fā)明者南潤宇, 李錫漢 申請人:三星電子株式會社