CN101938682B - 一种mems传声器 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS传声器，包括：一基底，基底的中心部开设有贯穿孔，贯穿孔的形状为圆形或方形，形成MEMS传声器的背腔；一背极板，设置在基底的上方；背极板延伸出一连接外部电路的连接点；一隔离层，设置在背极板的上方；一振膜，其边缘部分固定在隔离层的上端，将振膜悬空地支撑在隔离层上，该振膜上设有与外部电路相连的连接点。背极板和振膜的形状与基底的贯穿孔形状相同。通过这种设计，可以有效的增加MEMS传声器背极板层的强度，避免振膜层的振动带动背极板层，并且不会牺牲振膜层和背极板层之间的有效相对面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种传声器，更详细地是涉及一种MEMS传声器的结构。
背景技术
近年来，随着手机、笔记本等电子产品体积不断减小、性能越来越高，也要求配套的电子零件的体积不断减小、性能和一致性提高。在这种背景下，利用MEMS(微机电系统)工艺技术生产的MEMS传声器为其中的代表产品。
因为MEMS传声器背极板的厚度较薄，在振膜接收声音信号发生振动时，容易带动背极板一起振动，所以刚性背极板是MEMS传声器有良好频率特性以及低噪声的前提条件。目前，已经报导的提高背极板刚性的方法包括：
专利US6012335采用厚金层作背极；
专利US6677176B2采用复合金属膜做背极，减小应力的同时增加厚度；
专利US6140689专利中采用SOI硅片中单晶硅层做背极；
专利US6667189B1采用电化学腐蚀制作低应力厚单晶硅背极；
专利US6532460B2制作特殊结构增加背极强度。
但是上述专利的设计大多工艺复杂，制作成本高。也有将背极板的中心部设置一个较大的镂空，因为背极板的中心部是最容易产生振动的区域，这种设计可以有效避免背极板的振动，但是现在MEMS传声器的尺寸越来越小，这种设计使得振膜和背极板的有效相对区域大幅度减小，仍会产生灵敏度降低等不良。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS传声器，以有效防止背极板随振膜振动发生粘连，并且声学性能得以提高。
为实现上述目的，本发明提供的MEMS传声器，其主要包括：
一基底，该基底的中心部开设有贯穿孔，该贯穿孔内侧壁空间设置有加强部，该加强部为中心往外侧散射，该加强部的上端与贯穿孔的上端为同一平面，由该贯穿孔形成MEMS传声器的背腔；
一背极板，设置在基底的上方；该背极板延伸出一连接外部电路的连接点；
该背极板的下表面与加强部的上端连接，由加强部将背极板悬空部分分解成多个单元，以增加MEMS传声器背极板层的强度；
一隔离层，设置在背极板的上方；
一振膜，其边缘部分固定在隔离层的上端，将振膜悬空地支撑在隔离层上，该振膜上设有与外部电路相连的连接点。
在本发明中，该振膜还可以设计成在振膜的边缘处延伸出多个连接筋，该多个连接筋分别固定在隔离层的上端，将振膜悬空地支撑在隔离层上，其中一个连接筋上设有与外部电路相连的连接点。
本发明的MEMS传声器中，在基底和背极板之间设置有一阻挡层，为氧化硅材料制成，该阻挡层与基底贯穿孔相对应的位置也开设有贯穿孔，由基底的贯穿孔和阻挡层的贯穿孔共同形成MEMS传声器的背腔。
本发明的MEMS传声器中，基底的贯穿孔内侧壁空间设置的加强部为十字形状、三角形状或从基底贯穿孔内侧壁上凸起的齿轮形状。
本发明的MEMS传声器中，振膜延伸出的连接筋为对称分布的4个。
本发明的MEMS传声器中，振膜延伸出的连接筋为直线状或呈螺旋状分布在振膜的边上。
本发明的MEMS传声器中，背极板和基底的贯穿孔相对应的位置设有多个微孔。
本发明的MEMS传声器中，振膜的连接筋上以及加强部的位置上开设有微孔。
本发明可以有效的增加MEMS传声器背极板层的强度，有效避免振膜层的振动带动背极板层，并且不会牺牲振膜层和背极板层之间的有效相对面积，制作工艺简单。
由于本发明的加强部的设计，从而可以实现有效防止背极板随振膜振动发生粘连，并且声学性能得以提高的目的。
附图说明
图1是本发明实施例一的俯视图；
图2是本发明实施例一的仰视图；
图3是图1的A-A向剖视图；
图4是本发明实施例一的背极板层示意图；
图5是本发明实施例二的俯视图；
图6是本发明实施例二的仰视图；
图7是图5的A-A向剖视图；
图8是本发明实施例二的背极板层示意图；
图9是本发明实施例二一种改进结构的俯视图；
具体实施方式
本发明的MEMS传声器，包括中心部设置有贯穿孔的基底，基底上设置有背极板，背极板上依次设置有隔离层和振膜，并且：所述基底贯穿孔内侧壁上设置有相对于所述背极板水平方向延伸的加强部，所述加强部上表面和所述背极板下表面连接；通过这种设计，可以有效的增加MEMS传声器背极板层的强度，有效避免振膜层的振动带动背极板层，并且不会牺牲振膜层和背极板层之间的有效相对面积。
本发明的基底贯穿孔为圆柱形或方形。
本发明的基底贯穿孔中的加强部为中心往外侧散射的形状。
本发明的基底贯穿孔中的加强部为从所述基底贯穿孔内侧壁上凸起的齿轮状。
本发明的基底和所述背极板之间设置有阻挡层，所述阻挡层为氧化硅材料，设置有和所述基底贯穿孔形状一致的贯穿孔。
本发明的振膜和背极板外形对应。
本发明的振膜固定在隔离层的上端；也可以在制作振膜时，在振膜的边缘处制作出多个连接筋，连接筋为直线状或呈螺旋状，分布在振膜的边缘处，并由该些多个连接筋将振膜悬空地支撑在隔离层的上端。
本发明的振膜的连接筋上设置有微孔。
本发明的振膜和所述加强部对应的位置上设置有微孔。
本发明的基底为单晶硅材料，所述隔离层为氧化硅材料，所述振膜和背极板为多晶硅材料。
由于采用了上述技术方案，MEMS传声器包括中心部设置有贯穿孔的基底，基底上设置有背极板，背极板上依次设置有隔离层和振膜，并且基底贯穿孔内侧壁上设置有相对于背极板水平方向延伸的加强部，加强部上表面和背极板下表面连接；通过这种设计，可以有效的增加MEMS传声器背极板层的强度，有效避免振膜层的振动带动背极板层，并且不会牺牲振膜层和背极板层之间的有效相对面积，制作工艺简单。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例一
请参阅图1-4所示，MEMS传声器包括方形的基底1，基底1为单晶硅材料制作，其中心部设置有圆柱形的贯穿孔1a；基底1上方设置有阻挡层2，阻挡层2为氧化硅材料制作，阻挡层2和贯穿孔1a对应的位置也设置有形状和贯穿孔1a一致的贯穿孔2a；阻挡层2上方设置有圆形的背极板3，背极板3为多晶硅材料制作，如图4所示，背极板3的外部有一个连接点3b，背极板3通过一个狭窄的连接筋3a和连接点3b连接，连接点3b上设置有用于连接外部电路的金属点3c；背极板层3上方设置有绝缘的隔离层4，隔离层4为氧化硅材料制作，在本实施例中，隔离层4为几个支撑支柱的形状；隔离层4上方设置有圆形的振膜5，振膜5为多晶硅材料制作，如图1所示，振膜5的外部有多个连接点5b，连接点5b设置在隔离层4的上端，振膜5通过多个狭窄的连接筋5a和连接点5b连接，其中一个连接点5b上设置有用于连接外部电路的金属点5c，振膜5通过多个悬空的连接筋5a支撑在隔离层4上。
贯穿孔1a和贯穿孔2a形成了MEMS传声器的背腔；阻挡层2是为了保证MEMS传声器加工的准确性；连接筋5a主要是为了使得振膜5的周边大部分区域悬空，释放应力。
并且在本实施例中，基底1的贯穿孔1a内侧壁上设置有相对于背极板3水平方向延伸的加强部1b，加强部1b和基底1是一体的，呈中心往外散射分布，其上表面和背极板3下表面连接。通过这种设计，使得背极板3悬空的部分分解成多个单元，从而可以有效的增加MEMS传声器背极板层的强度，有效避免振膜的振动带动背极板，并且不会牺牲振膜和背极板之间的有效相对面积，可以提高产品的灵敏度。
加强部的形状可以依据基底上贯穿孔的形状和尺寸等因素而适当调整，例如可以选择直条状或者更加复杂的形状。
本实施例结合加强部的设计采用圆柱形贯穿孔，能够在不增加MEMS传声器外围尺寸的情况下增加背极板的有效面积。
实施例二
请参阅图5-8所示，相比实施例一，本实施例有以下不同：
贯穿孔1a采用方形，相对应的阻挡层2贯穿孔2a、背极板3、振膜5也都设置成近似方形，实现背极板3和振膜5的形状、位置相对应；
连接振膜5的连接筋5a呈螺旋状分布在振膜5的的四个边上，连接筋5a连接到支撑在隔离层4上的连接点5b，其中一个连接点5b上设置有用于连接外部电路的金属点5c；
基底层1贯穿孔1a中的加强部1b为从基底贯穿孔内侧壁上凸起的齿轮状分布。
依靠以上的设计，振膜5的制作过程中，螺旋状连接筋5a的设计使得振膜5的残余应力得到更好的释放；加强部1b为从基底贯穿孔内侧壁上凸起的齿轮状分布更加容易制作，并且加强部1b空隙部分的面积并不会增加，背极板3同样得到有效的支撑，实现了柔性振膜和刚性背极板的设计要求。
背极板3上和贯穿孔2a对应的位置还设置有多个微孔3d，在具体制作工艺中，可以利用HF溶液透过微孔3d对氧化硅隔离层进行腐蚀释放(该制作工艺中属于为公知技术)，以便于释放振膜5和背极板3之间的隔离层材料。
在本实施例的基础上，还有进一步的改进空间，如图9所示，鉴于背极板3的支撑存在，微孔3d并不能完全分布在背极板3上，为了在制作工艺中更好的释放背极板3和振膜5之间的隔离层，将振膜5和背极板3的微孔3d不相对的位置-连接筋5a以及加强部1b的位置设置微孔5d。
Claims (9)
1.一种MEMS传声器，其主要包括：
一基底，该基底的中心部开设有贯穿孔，该贯穿孔内侧壁空间设置有加强部，该加强部为中心往外侧散射，该加强部的上端与贯穿孔的上端为同一平面，由该贯穿孔形成MEMS传声器的背腔；
一背极板，设置在基底的上方；该背极板延伸出一连接外部电路的连接点；
所述加强部相对于背极板水平方向延伸，该背极板的下表面与加强部的上端连接，由加强部将背极板悬空部分分解成多个单元，以增加MEMS传声器背极板层的强度；
一隔离层，设置在背极板的上方；
一振膜，其边缘部分固定在隔离层的上端，将振膜悬空地支撑在隔离层上，该振膜上设有与外部电路相连的连接点。
2.如权利要求1所述的MEMS传声器，其中，在基底和背极板之间设置有一阻挡层，该阻挡层与基底贯穿孔相对应的位置也开设有贯穿孔，由基底的贯穿孔和阻挡层的贯穿孔共同形成MEMS传声器的背腔。
3.如权利要求1所述的MEMS传声器，其中，基底的贯穿孔内侧壁空间设置的加强部为十字形状、三角形状或从基底贯穿孔内侧壁上凸起的齿轮形状。
4.如权利要求1所述的MEMS传声器，其中，振膜的边缘处延伸出多个连接筋，该多个连接筋分别固定在隔离层的上端，将振膜悬空地支撑在隔离层上，其中一个连接筋上设有与外部电路相连的连接点。
5.如权利要求4所述的MEMS传声器，其中，连接筋为对称分布的四个。
6.如权利要求4或5所述的MEMS传声器，其中，连接筋为直线状或呈螺旋状。
7.如权利要求4或5所述的MEMS传声器，其中，连接筋上以及加强部的位置上开设有微孔。
8.如权利要求1所述的MEMS传声器，其中，背极板和基底的贯穿孔相对应的位置设有多个微孔。
9.如权利要求1所述的MEMS传声器，其中，基底为单晶硅材料，隔离层为氧化硅材料，振膜和背极板为多晶硅材料。
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