CN101841758A - 电容mems麦克风 - Google Patents

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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，具有更加灵敏度的电容MEMS(micro-electro-mechanicalsy stem)麦克风，在基底上与背板相对构成电容系统的振膜单元，由处于中央位置的内膜和围绕内膜外周侧的环形外膜构成，内膜与外膜分别向外衍生延伸出第一电极、第二电极，电连接在基底上，以减小振膜周边缘的约束，可以有效提高灵敏度；同时本结构振膜结构，减少对电极的需求，有利于节省更多的空间，测量结果优于周边固定电容式麦克风。

Description

电容MEMS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，具有更加灵敏度的电容MEMS(micro-electro-mechanical system)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。通常MEMS麦克风包括背板、与背板相对并通过支撑部相连接的振膜，背板上设有声学孔，该声学孔可将声音气流传递到振膜上，声压驱动振膜相对背板振动，所述振膜与背板之间形成一个声腔；振膜与背板上分别设有导电层并可加电，但加电的部分相互绝缘，这样振膜与背板之间的声腔就组成具有电容的电容器，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学孔位置正对振膜的中间区域，而振膜的中间区域机械灵敏度高，边缘基本都束缚在基底上，由于边缘位置水平低，则造成振膜中心位置的浪费，降低了麦克风灵敏度；而且振膜与基底连接传导电信号需要多个电极，所需空间较大，这对日益微型的MEMS来说是个挑战，将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及振膜与其他元件连接需设有多个电极占用较大空间的问题，而提出一种电容MEMS麦克风。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种电容MEMS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单元，所述振摸单元与背板构成电容系统，其中振膜单元包括处于中央位置的内膜和围绕内膜外周侧的环形外膜，内膜与外膜分别向外衍生延伸出第一电极、第二电极，电连接在基底上。
优选的，所述的第一电极与第二电极位于一条直线上。
所述的内膜与外膜之间设有间隙。
所述的内膜外周侧上均匀衍生延伸出多个支撑部，所述的支撑部连接在基底上。
所述外膜的环形内周侧上相对支撑部的位置设有容置支撑部的凹槽。
本发明电容MEMS麦克风，在基底上与背板相对构成电容系统的振膜单元，由处于中央位置的内膜和围绕内膜外周侧的环形外膜构成，内膜与外膜分别向外衍生延伸出第一电极、第二电极，电连接在基底上，以减小振膜周侧边缘部的约束，可以有效提高灵敏度；同时本结构振膜结构，减少对电极的需求，有利于节省更多的空间，测量结果优于周边固定电容式麦克风。
【附图说明】
图1为本发明MEMS麦克风剖面结构示意图；
图2为本发明的振膜结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明电容MEMS麦克风作详细说明。
本发明电容MEMS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1所示，为本发明的较佳实施例，电容MEMS麦克风100包括基底10、与基底10相连的支撑层(未标示)和位于该支撑层内的振膜单元30，硅材料的基底10开设有平衡声压的一空腔，空腔上部是振膜单元30，振膜单元30上部相对的是背板20，背板20上开设有传导声音及平衡声压的声学孔21，为了与振膜单元30形成电容结构，背板20要求具有良好的导电性，用硅腐蚀工艺形成；振膜单元30与背板20各自相对形成很小的间隙构成电场。在工作状态时，振膜单元30在声压的作用下发生形变，振膜单元30与背板20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20不会发生形变，所以振膜单元30形变的大小直接影响电容值。电容值是这样计算的：电容值与振膜单元30与背板20之间的正对面积成正比，与振膜单元30与背板20之间的距离成反比，即C＝kε0εrS/d，k为常数，ε0为常数，εr为常数。当电容式麦克风制作出来后，ε0εr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，所以振膜单元30的灵敏度至关重要。
本发明电容MEMS麦克风100的振膜30结构见图2所示，振膜单元30包括处于中央位置的内膜32和围绕内膜32外周侧的环形外膜31，主体形状为圆形的内膜32与环形的外膜31之间设有间隙33，有利于降低寄生电容。内膜32向外衍生延伸出第一电极322连接在基底10上，相对第一电极322的衍生延伸方向外膜31衍生延伸出第二电极312，第二电极312连接在基底上，第一电极322与第二电极312位于同一直线上。另外，所述的内膜32外周侧上均匀衍生延伸出3个支撑部321，所述的支撑部321连接在基底10上，当然实际支撑部321的数量并不受此限制。相对的，所述外膜31的环形内周侧上相对支撑部321的位置设有容置支撑部321的凹槽311。这种结构的振膜单元30减少对电极数量的需求，有利于节省更多的空间以利于向日益微型化发展；同时也以减小振膜单元30周侧边缘部的约束，可以有效提高灵敏度。
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 (5)

1.一种电容MEMS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单元，所述振摸单元与背板构成电容系统，其特征在于：所述振膜单元包括处于中央位置的内膜和围绕内膜外周侧的环形外膜，内膜与外膜分别向外衍生延伸出第一电极、第二电极，电连接在基底上。
2.根据权利要求1所述的电容MEMS麦克风，其特征在于：所述的第一电极与第二电极位于一条直线上。
3.根据权利要求1所述的电容MEMS麦克风，其特征在于：所述的内膜与外膜之间设有间隙。
4.根据权利要求1所述的电容MEMS麦克风，其特征在于：所述的内膜外周侧上均匀衍生延伸出多个支撑部，所述的支撑部连接在基底上。
5.根据权利要求4所述的电容MEMS麦克风，其特征在于：所述外膜的环形内周侧上相对支撑部的位置设有容置支撑部的凹槽。
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