CN101453683A - 硅电容式麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型麦克风领域，具体指一种应用于电子设备上，具有更加灵敏度的硅电容式麦克风，在远离背板方向的支撑层上收容连接着与背板相对的振膜，振膜包括处于中央位置的振膜主体和振膜主体外圆周侧衍生的多个悬置曲臂，振摸的边缘部固连接着支撑层，由于振膜结构采用万字形支撑，有效增加了悬置曲臂的等效长度，增大了整体结构的弹性，减小振膜周边缘的约束，振膜变形较悬置曲臂的变形可忽略，测量结果线性度优于周边固定电容式麦克风，可以有效提高灵敏度、频响度和减小了噪音。

Description

硅电容式麦克风

【技术领域】

本发明涉及微型麦克风领域，具体指一种应用于电子设备上，具有更加灵敏度的硅电容式麦克风。

【背景技术】

随着无线通讯的发展，全球移动电话用户越来越多，用户对移动电话的要求已不仅满足于通话，而且要能够提供高质量的通话效果，尤其是目前移动多媒体技术的发展，移动电话的通话质量更显重要，移动电话的麦克风作为移动电话的语音拾取装置，其设计好坏直接影响通话质量。

而目前应用较多且性能较好的麦克风是硅半导体麦克风，硅半导体麦克风将背极板与振膜筑于硅晶面板上，并以适当的电路连接，利用化学刻蚀技术将振膜平整并单纯的置于基底上，使其可随声音做完全的自由振动，振动的振膜与背极板之间形成的电场变化即产生电路上的电信号。如图1所示，为一种与本发明相关的麦克风剖断示意图。该麦克风10′包括背板11′、与背板11′相对并通过支撑部121′相连接的振膜12′，振膜12′可相对背板11′上下振动，背板11′另设有声孔111′，该声孔111′可将声音气流传递到振膜12′上并引起振膜12′振动，振膜12′与背板11′之间形成了声腔13′；振膜12′与背板11′上分别设有导电层并可加电，但加电的部分相互绝缘，这样，振膜12′与背板11′就组成了具有电容的电容器，电容的值与电容两个板之间的正对面积成正比，与电容两个板之间的距离成反比；此种结构的麦克风声孔位置正对振膜12′的中间区域，而振膜12′的中间区域机械灵敏度高，边缘基本都束缚在背板11′上，边缘位置水平低，则造成振膜12′中心位置的浪费，降低麦克风灵敏度；而且声孔只正对振膜12′的中心，振膜12′振动时麦克风有较差的频响特性，音质难达到原生音质的水平，限制了产品的应用领域。

【发明内容】

本发明的目的在于解决振膜灵敏度较低造成频响度范围狭小的问题，而提出一种具有高灵敏度的硅电容式麦克风。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种硅电容式麦克风，包括一中心有贯穿孔的基底、基底上设有带有导气孔的背板、与背板相对设有振膜以及电极单元；振摸与电极单元连接致使振膜与背板构成电容系统，所述振膜包括处于中央位置的振膜主体和由振膜主体外周侧衍生延伸的多个悬置曲臂，悬置曲臂在振膜主体的外周组成同心曲环，同心曲环与振膜主体的外周形状相对应。

所述基底上设有固定连接振膜边缘部的边框槽。

所述悬置曲臂与振膜主体连接处定义为头端部，与支撑层连接处定义为尾端部，相邻头端部之间的距离均等或头端部是关于振膜中心点相对称。

相邻尾端部之间的距离均等或尾端部是关于振膜中心点相对称。

所述头端部与尾端部之间有一定的间隙。

所述的悬置曲臂至少为4个。

所述振膜与基底处于同一平面。

本发明硅电容式麦克风，在远离背板方向的支撑层上收容连接着与背板相对的振膜，振膜包括处于中央位置的振膜主体和振膜主体外圆周侧衍生的多个悬置曲臂，振摸的边缘部固连接着支撑层，由于振膜结构采用万字形支撑，有效增加了悬置曲臂的等效长度，增大了整体结构的弹性，减小振膜周边缘的约束，可以有效提高灵敏度、频响度和减小了噪音。同时，本结构受声学性能影响，薄膜上基本不再考虑开孔，以简化麦克风加工工艺流程，振膜变形较悬置曲臂的变形可忽略，测量结果线性度优于周边固定电容式麦克风。

【附图说明】

图1为本发明背景技术中揭示的麦克风剖面结构示意图；

图2为本发明实施例一的立体结构示意图；

图3为本发明实施例一的剖面结构立体示意图；

图4为本发明实施例一的剖面结构平面示意图；

图5为本发明实施例一振膜方向平面结构示意图；

图6为本发明实施例一支撑层结构立体示意图；

图7为本发明实施例二振膜方向平面结构示意图；

图8为本发明实施例三振膜方向平面结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明硅电容式麦克风作详细说明。

本发明硅电容式麦克风主要用于手机上，接受声音并将声音转化为电信号，本发明是通过改变振膜结构达到提高电容式麦克风灵敏度的效果。

如图2所示，为本发明第一较佳实施例，硅电容式麦克风10包括基底11、与基底相连的支撑层12和位于该支撑层12内的振膜13，振摸13与电极单元即电极连接线15和电连接盘16连接，基底11和支撑层12为半导体材料，可以是硅。参见图3、4所示，其中，基底11，有一空腔110穿过基底11，基底11上筑有支撑层12，在基底11与支撑层12之间嵌设有背板14，背板上设有导气孔141，为了形成电容结构，背板14要求具有良好的导电性，用硅腐蚀工艺形成；在远离背板14的方向的支撑层12上设有振膜13，支撑层12上开口小于振膜13的面积，振膜13与背板14两两相对形成很小的间隙构成电场。在工作状态时，振膜13在声压的作用下发生形变，振膜13与背板14之间电场的电容值发生变化，电容变化值反映出声压的大小，由于背板14坚硬不会发生形变，所以振膜13形变的大小直接影响电容值。电容值是这样计算的：电容值与振膜13与背板14之间的正对面积成正比，与振膜13与背板14之间的距离成反比，即C＝kε₀ε_rS/d，k为常数，ε₀为常数，ε_r为常数。当电容式麦克风制作出来后，ε₀ε_r的值也就固定了，S是电容两个电板之间正对的面积，d为两个电板之间的距离，所以振膜13变化的灵敏度至关重要。

为了提高振膜13的灵敏度，如图5所示，为本发明第一实施例振膜13方向的平面示意图，所述振膜13位于支撑层12中央的通孔内，振膜13包括处于中央位置的振膜主体130和振膜主体130外圆周侧衍生的4个悬置曲臂131a、131b、131c、131d；当然，在振膜主体130外圆周侧衍生多个悬置曲臂131，可以是5个、6个等等，但至少不少于4个。本实施例中振膜主体130为圆形，为了达到工艺的要求，衍生在振膜主体130外周圆的悬置曲臂131呈弧形；当然，悬置曲臂131可以是多种形状，这里以弧形为例。振膜主体130外圆周侧衍生的4个悬置曲臂131a、131b、131c、131d构成一个间断的同心曲环，由于振膜主体130呈圆形，悬置曲臂131a、131b、131c、131d构成的同心曲环与振膜主体130的外形相对应，构成一个圆环，在本例中同心曲环为同心的圆环，应当还有其它形状，在此不再表述；所述该圆环与呈圆形的振膜主体130具有同一个圆心。本例中4个悬置曲臂131a、131b、131c、131d的发散方向一致，即顺时针方向，当然也可以是逆时针方向。同时，悬置曲臂131的发散方向不仅仅全为顺时或逆时，也可呈顺时、逆时混合对称一致。为了使振膜13受声压均匀，振膜上的悬置曲臂131呈均匀分布在振膜主体130外侧，即悬置曲臂131与振膜主体130连接处定义为头端部133，与支撑层12连接处定义为尾端部132，头端部133之间相邻的距离均等，并且相对头端部133是关于振膜13中心点相对称，同样的尾端部132之间相邻的距离均等，且尾端部132是关于振膜中心点相对称。这样，当悬置曲臂131构成的同心曲环呈圆环形时，每个悬置曲臂131的弧形长度一致，并且关于振膜13中心点向对称，本实施例中的振膜13呈“卐”字形状，相邻头端部133与尾端部132之间存有一定的间隙134，所以悬置曲臂131构成一个同心曲环是间断的。

当然，当悬置曲臂131为5个或5个以上的奇数时，与振膜主体130连接的头端部133，与支撑层12连接的尾端部132，相邻头端部133或尾端部132之间的间距相等，但它们关于振膜中心点是不对称的，且头端部133与尾端部132之间是有一定的间隙134，它们是不相连接的。

参见图5、6所示，为了便于振膜的定位，在本实施例中的与基底11连接的支撑层12上设有边框槽121，边框槽121的形状和位置与悬置曲臂131的尾端部132相对应，如图6所示，尾端部132a、132b、132c、132d分别对应的边框槽为121a、121b、121c、121d，尾端部132分别收容固定在边框槽121内，这样所述的支撑层12与振膜13处于同一水平面，为了减少寄生电容，要减少边框槽121的面积。当芯片受到声压作用时，由于振膜13设有悬置曲臂131，则振膜主体130更易受到力的传递，从而振膜主体在竖直方向上发生形变，振膜13与背板14之间的距离和相对面积都会发生变化，这将会改变它们之间电容值的变化，此种结构的振膜无疑提高了麦克风的灵敏度。

如图7所示，为本发明振膜结构的第二实施例。在支撑层22上的振膜23包括处于中央位置的振膜主体230、振膜主体230外圆周侧均匀分布的4个悬置曲臂231a、231b、231c、231d及环行的边缘部234；当然，在振膜主体230外圆周侧衍生多个悬置曲臂231，可以是5个、6个等等；悬置曲臂231与支撑层22连接处为尾端部232，为了达到工艺制作的要求，振膜23的最外边缘设有环形的边缘部234，此边缘部234与尾端部232重合且固连接，这样，在支撑层上可设相应的环形边框槽(未有图示)，便于振膜23的定位连接，这样可提高振膜23的封装精度。

如图8所示，为本发明的第三实施例，振膜33的形状不限于圆形，也可以是矩形等关于中心对称的图形。本实施例中的振膜33为正方形，它包括方形的振膜主体330、振膜主体外侧的均匀分布的4个悬置曲臂331及方形环状的边缘部334，这里的悬置曲臂331为条形；当然，振膜主体330外圆周侧衍生的多个悬置曲臂331，可以是5个、6个等等，但至少为4个，悬置曲臂331构成的方形的同心曲环与振膜主体330的外周形状相对应，即振膜主体330为方形，悬置曲臂331构成的同心曲环也为方形，且4个悬置曲臂顺着一个方向发散。悬置曲臂的头端部333和尾端部332，相邻头端部333之间相邻的距离均等，相邻尾端部332之间相邻的距离均等，这样每个悬置曲臂的长度均等，这样振膜33受力为较为均匀，便于提高灵敏度。

当然，振膜的形状也包括跑道形、椭圆形(未有图示)，这要根据麦克风的性能选择。同样的，振膜包括处于中央的振膜主体和振膜主体外周侧衍生延伸多个悬置曲臂。由于椭圆有长轴、短轴方向，则悬置曲臂在长短轴方向处的长度会不一致，但悬置曲臂的头端部或尾端部是关于振膜中心点对称，这样关于长短轴对称的悬置曲臂的长度是一致的，有利于振膜受力均匀，便于提高灵敏度。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (7)

1、一种硅电容式麦克风，包括一中心有贯穿孔的基底、基底上设有带有导气孔的背板、与背板相对设有振膜以及电极单元；振摸与电极单元连接致使振膜与背板构成电容系统，其特征在于：所述振膜包括处于中央位置的振膜主体和由振膜主体外周侧衍生延伸的多个悬置曲臂，悬置曲臂在振膜主体的外周组成同心曲环，同心曲环与振膜主体的外周形状相对应。

2、根据权利要求1所述的硅电容式麦克风，其特征在于：所述基底上设有固定连接振膜边缘部的边框槽。

3、根据权利要求1所述的硅电容式麦克风，其特征在于：所述悬置曲臂与振膜主体连接处定义为头端部，与支撑层连接处定义为尾端部，相邻头端部之间的距离均等或头端部是关于振膜中心点相对称。

4、根据权利要求3所述的硅电容式麦克风，其特征在于：相邻尾端部之间的距离均等或尾端部是关于振膜中心点相对称。

5、根据权利要求3所述的硅电容式麦克风，其特征在于：所述头端部与尾端部之间有一定的间隙。

6、根据权利要求1所述的硅电容式麦克风，其特征在于：所述的悬置曲臂至少为4个。

7、根据权利要求1所述的硅电容式麦克风，其特征在于：所述振膜与基底处于同一平面。

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