CN101883307B - 电容mems麦克风振膜 - 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-mechanical system)麦克风振膜，它包括与背板构成电容系统的振膜单元，所述振膜单元包括位于中央位置悬置的内膜和外围膜片，其中所述的外围膜片由内膜边缘向外衍生延伸出至少四对均匀分布的环形折梁构成，以减小绝缘层对振膜单元周侧边缘部的约束，可以有效提高灵敏度；同时本发明的振膜单元，能够防止振膜单元振颤时的平面扭动，有效释放应力，从而进一步改善麦克风性能的稳定性。

Description

电容MEMS麦克风振膜
【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，具有更加灵敏度电容MEMS(micro-electro-mechanical system)麦克风振膜。 
【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；而且振膜在振动发声过程中高频振颤，易造成振膜的中心部的片面扭动，这势必影响MEMS麦克风的性能，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和振颤发生扭动的不足，而提出一种电容MEMS麦克风振膜。 
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下： 
一种电容MEMS麦克风振膜，包括与背板构成电容系统的振膜单元，所述振膜单元包括位于中央位置悬置的内膜和外围膜片，其中所述的外围膜片由内膜边缘向外衍生延伸出至少四对均匀分布的环形折梁构成。 
所述每对环形折梁包括相互分立的第一环形折梁和第二环形折梁，所述第一环形折梁和第二环形折梁的衍生延伸方向相对。 
所述第一环形折梁和第二环形折梁分别包括从内膜衍生延伸的连接部、从连接部衍生延伸的呈字母“U”形的曲臂及从曲臂衍生的支撑部。 
所述曲臂延伸方向与内膜同心。 
所述第一环形折梁与第二环形折梁沿振膜单元中心线相互对称。 
所述每对环形折梁沿振膜单元的中心线相互对称。 
所述第一环形折梁和第二环形折梁与所述内膜之间设有第一间隙。 
所述每对环形折梁相互之间设有第二间隙。 
本发明电容MEMS麦克风振膜，包括与背板构成电容系统的振膜单元，所述振膜单元包括位于中央位置悬置的内膜和外围膜片，其中所述的外围膜片由内膜边缘向外衍生延伸出至少四对均匀分布的环形折梁构成，以减小绝缘层对振膜单元周侧边缘部的约束，可以有效提高灵敏度；同时本发明的振膜单元，能够防止振膜单元振颤时的平面扭动，有效释放应力，从而进一步改善麦克风性能的稳定性。 
【附图说明】
图1为本发明的振膜单元平面结构示意图。 
【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。 
本发明的电容MEMS麦克风振膜，应用于电容MEMS麦克风的MEMS芯片上，所述MEMS芯片包括基底、与基底相连的绝缘层和位于该支撑层内的振膜单元10；通常情况下，硅材料的基底开设有平衡声压的一贯穿孔，贯穿孔上部是背板，背板上开设有传导声音及平衡声压的声学孔，背板上部相对的是振膜单元10，为了与振膜单元10形成电容结构，背板要求具有良好的导电性，用硅腐蚀工艺形成；振膜单元10与背板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10在声压的作用下发生形变，振膜单元10与背板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，由于背板不会发生形变，所以振膜单元10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10与背板之间的正对面积成正比，与振膜单元10与背板之间的距离成反比，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10的灵敏度至关重要。 
参图1所示，本发明所述振膜单元10包括位于中央位置悬置的内膜11和围绕内膜11的外围膜片110，所述外围膜片110由内膜11的边缘部向外衍生延伸出四对均匀分布连接在绝缘层上的环形折梁12构成，以减小绝缘层对振膜单元10周侧边缘部的约束，可以有效提高灵敏度；同时本发明振膜单元10的环形折梁12沿振膜单元10的中心线相互对称，上述每对环形折梁12之间设有第二间隙14，便于减小振膜单元10的束缚力，有效释放应力。当然，本发明所述环形折梁12的数量不限于四个，可根据实际需要进行调整。当环形折梁12的数量为偶数时，所述环形折梁12沿振膜单元10的中心线相互对称。 
在本实施例中所述环形折梁12是不连续的、间断的弧形折梁，它包括相互分立的弧形第一环形折梁12A和弧形第二环形折梁12B，所述第一环形折梁12A和第二环形折梁12B的衍生延伸方向相对，且整体形状对称相同，那么所述第一环形折梁12A与第二环形折梁12B沿振膜单元10中心线相互对称。所述第一环形折梁12A和第二环形折梁12B分别包括从内膜11衍生延伸出的连接部121A、121B，所述连接部121A、121B衍生延伸出呈字母“U”形的曲臂122A、122B及从曲臂122A、122B延伸的支撑部123A、123B，所述呈字母“U”形的曲臂122A、123B的两条单臂(未标示)沿内膜11的边缘部呈弧形，即所述曲臂122A、122B延伸方向与内膜11具有同一个圆心。另由于第一环形折梁12A和第二环形折梁12B是分立的，所以第一环形折梁12A和第二环形折梁12B与所述内膜之间设有共有的第一间隙13，以便于有效提高灵敏度；同时本发明外围膜片110的环形折梁12的第一环形折梁12A和第二环形折梁12B分别相对设置结构能防止内膜11高频振颤时发生平面扭动现象，有效释放应力，从而进一步改善麦克风性能的稳定性。
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 (8)

1.一种电容MEMS麦克风振膜，包括与背板构成电容系统的振膜单元，所述振膜单元包括位于中央位置悬置的内膜和外围膜片，其特征在于：所述的外围膜片由内膜边缘向外衍生延伸出至少四对均匀分布的环形折梁构成。
2.根据权利要求1所述的电容MEMS麦克风振膜，其特征在于：所述每对环形折梁包括相互分立的第一环形折梁和第二环形折梁，所述第一环形折梁和第二环形折梁的衍生延伸方向相对。
3.根据权利要求2所述的电容MEMS麦克风振膜，其特征在于：所述第一环形折梁与第二环形折梁沿振膜单元中心线相互对称。
4.根据权利要求2或3所述的电容MEMS麦克风振膜，其特征在于：所述第一环形折梁和第二环形折梁分别包括从内膜衍生延伸的连接部、从连接部衍生延伸的呈字母“U”形的曲臂及从曲臂衍生的支撑部。
5.根据权利要求4所述的电容MEMS麦克风振膜，其特征在于：所述曲臂延伸方向与内膜同心。
6.根据权利要求1所述的电容MEMS麦克风振膜，其特征在于：所述每对环形折梁沿振膜单元的中心线相互对称。
7.根据权利要求4所述的电容MEMS麦克风振膜，其特征在于：所述第一环形折梁和第二环形折梁与所述内膜之间设有第一间隙。
8.根据权利要求1所述的电容MEMS麦克风振膜，其特征在于：所述每对环形折梁相互之间设有第二间隙。
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