CN102244832B - 电容式传声器芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电容式传声器芯片，包括具有贯通孔的基底、设置在基底上方与基底对应的振膜支撑层、覆盖于振膜支撑层上方的振膜、设置在振膜上方的背极支撑层和设置在背极支撑层上方的背极，其中，在所述振膜的边缘地区设置有与所述振膜同心的环状的纹膜。利用本发明的纹膜和加强筋结构，不但能够有效增加振膜的振幅，从而在不改变芯片体积的前提下增加芯片中电容量的变化，进而增加电容式传声器的灵敏度，还能够使振膜上在纹膜内的有振膜加强筋的部分基本保持平动并增加传声器的电容变化率，避免振膜局部变形过大的问题，提高电容式传声器芯片的灵敏度并提高了电容式传声器芯片的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电容式传声器技术领域，具体地说，涉及一种利用MEMS工艺制作的电容式传声器芯片。
背景技术
近年来，MEMS工艺制作的电容式传声器由于其稳定性、可靠性、耐震性，以及频率特性均较好，在手机通信等音频设备中得到了越来越广泛的应用。随着应用的发展，对电容式传声器的要求也进一步提高，需要更小的尺寸和更高的灵敏度。现有结构的电容式传声器中如果单纯减小芯片尺寸，其灵敏度也会随之降低，如果采用带有纹膜结构的电容式传声器，此种结构可以显著的提高电容式传声器的灵敏度，但是在工作时其振膜由于应力的影响而局部变形过大，影响了电容式传声器的可靠性。因此，需要设计一种可以兼顾产品的可靠性、灵敏度，并不增加产品尺寸的电容式传声器。
发明内容
为了提高现有技术中电容式传声器的灵敏度并保证其可靠性，针对当前电容式传声器的结构，本发明提供一种新的电容式传声器结构。
本发明提供的电容式传声器芯片包括具有贯通孔的基底、设置在基底上方与基底对应的振膜支撑层、覆盖于振膜支撑层上方的振膜、设置在振膜上方的背极支撑层和设置在背极支撑层上方的背极，其中，在所述振膜的边缘地区设置有与所述振膜同心的环状的纹膜。
此外，优选的结构是，在所述振膜上纹膜的内部设置有径向凸起或凹陷结构的振膜加强筋；在所述振膜加强筋的上方还设置有径向凸起或凹陷结构的背极加强筋。
另外，优选的结构是，所述振膜在基底上方内侧位置设置有将振膜的中间与所述基底贯通孔相对应的部分与振膜周围部分断开的振膜隔断。
另外，优选的结构是，所述背极在背极支撑层内侧对应的位置设置有使背极中央部分和周围部分断开的环形隔断。
另外，优选的结构是，在所述振膜和所述背极的延伸部还分别设置有用于实现所述电容式传声器芯片与外部电路的电连接的振膜引出电极和背极引出电极。
再者，优选的结构是，在所述背极上还设置有贯通的声孔，其中设置在背极周边部分的声孔的开孔稍大于设置在背极中央部分的声孔的开孔。
再者，优选的结构是，所述背极为导电材料或包含导电材料的复合层。
采用上述方案后，不但振膜上的纹膜结构能够有效增加振膜的振幅，从而在不改变传声器芯片体积的前提下增加芯片中电容量的变化，进而增加电容式传声器的灵敏度。并且，由于在振膜上的纹膜的内部设置的振膜加强筋结构以及背极加强筋的作用，一方面使得振膜上在纹膜内的有振膜加强筋的部分基本保持平动，能够避免振膜局部变形过大的问题，从而提高了电容式传声器芯片的可靠性。
附图说明
通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的电容式传声器芯片的俯视图；
图2为图1的沿A-A虚线的剖面图；
图3为图2的沿B-B虚线的俯视图；
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明做进一步详细的描述。
图1、图2和图3分别表示本发明实施例的电容式传声器芯片的俯视图、图1的沿A-A虚线的剖面图和图2的沿B-B虚线的俯视图。如图1～图3所示，本发明提供的电容式传声器芯片自下而上依次包括：具有贯通孔的基底21、设置在基底上方与基底21对应的振膜支撑层31、覆盖于振膜支撑层31的贯通孔上方的振膜32、设置在振膜32上方具有与基底21的贯通孔相对应的贯通孔的背极支撑层36(同时也为牺牲层)和设置在背极支撑层36上方的背极22。
其中，在振膜32上与基底贯通孔相对应的部分(在本实施例中为一圆形部分)的外围、即振膜32上对应基底上方内侧位置设置有将振膜的中间部分与振膜周围部分断开的振膜隔断37，振膜32在振膜隔断37处与周围部分断开，主要目的是把隔断外部的区域(不振动部分)和内部区域分开，从而能够减少在传声器工作过程中基本不变化的部分无效电容(即不希望存在的寄生电容)，振膜32被振膜隔断37分隔的内部区域由振膜支撑层31支撑。在振膜32的边缘地区设置有与振膜33同心的环状的纹膜33，在振膜上环状纹膜的内部有径向凸起或凹陷结构的振膜加强筋34，在振膜加强筋34的上方还设置有与振膜加强筋34相对应的具有凹陷或凸起结构的背极加强筋26，背极22覆盖于背极支撑层36上方。
另外，背极22上还设置有贯通的声孔25、27；其中设置在背极周边部分的声孔27的开孔稍大于设置在背极22中央部分的声孔25的开孔，以利于背极支撑层36的释放，并减小其边缘部分与振膜之间形成的无效电容(即不希望存在的寄生电容)。另外，在振膜32的延伸部设置有振膜引出电极24，在背极22的延伸部还设置有背极引出电极23；这两个引出电极用于使传声器芯片与外部电路实现电连接。
在图1～图3中所示的实施例中，电容式传声器芯片是一种背极在上、振膜在下的电容式传声器结构，其所示为圆形振膜。当然本发明提供的电容式传声器芯片结构不限于图1～图3中所示的一种结构，也可以根据实际生产或者应用的需要对其中的上下顺序和形状进行合理的调整，均不影响本发明的主旨。
如图2和图3所示，在本实施例中，圆形振膜32四周固定，其靠近固定处有圆环状的纹膜33，该纹膜33能够有效增加振膜的振幅，从而在不改变芯片体积的前提下增加芯片中电容量的变化，进而增加电容式传声器的灵敏度。并且，在振膜上环状的纹膜33的内部还设置有径向的具有凸起或凹陷结构振膜加强筋34，即振膜加强筋34方向可以为向上或者向下。因为加强筋结构的作用，振膜32上在纹膜33内的有振膜加强筋34的部分基本保持平动，能够避免振膜局部变形过大的问题，从而提高了电容式传声器芯片的可靠性。
背极22为导电材料或包含导电材料的复合层，在背极22上有径向凹陷或凸起的背极加强筋26，其作用为增加背极22的硬度，使传声器工作时背极保持不动；另一方面，背极加强筋26和振膜加强筋34也可以契合对应，这样可以使得二者重合面积增加，从而增加了电容变化率，也提高了电容式传声器芯片的灵敏度。
此外，背极22上还设置有贯通孔声孔25、27，背极周边部分的声孔27可以开孔稍大以利于牺牲层的释放。
背极在背极支撑层内侧对应的位置具有环形的背极隔断28，使得背极中央部分和周围部分在背极隔断28处断开，以减少在传声器工作过程中基本不变化的部分电容，提高灵敏度。
当振膜振动时，由于纹膜33和振膜加强筋34的作用使得振膜在纹膜的内部部分基本保持平动，背极加强筋26和振膜加强筋34在水平方向上的投影部分重合面积变化，增加了电容变化率，从而提高电容式传声器芯片的灵敏度。
需要说明的是，本发明所提供的电容式传声器芯片根据产品的需求可以有多种不同形式的实施方式，并不局限于以上优选实施例。在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进和变形，都落在本发明的保护范围内，本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种电容式传声器芯片，包括具有贯通孔的基底、设置在基底上方与基底对应的振膜支撑层、覆盖于振膜支撑层上方的振膜、设置在振膜上方的背极支撑层和设置在背极支撑层上方的背极，其特征在于：
所述振膜在基底上方内侧位置设置有将振膜的中间与所述基底贯通孔相对应的部分与振膜周围部分断开的振膜隔断，所述振膜在所述振膜隔断处与周围部分断开，所述振膜被所述振膜隔断分隔的内部区域由所述振膜支撑层支撑；所述背极在所述背极支撑层内侧对应的位置设置有使背极中央部分和周围部分断开的环形隔断；
在所述振膜的边缘地区设置有与所述振膜同心的环状的纹膜，在所述振膜上纹膜的内部设置有径向凸起或凹陷结构的振膜加强筋；
在所述振膜加强筋的上方还设置有与所述振膜加强筋相对应的具有径向凸起或凹陷结构的背极加强筋。
2.按照权利要求1所述的电容式传声器芯片，其特征在于，
在所述振膜和所述背极的延伸部还分别设置有用于实现所述电容式传声器芯片与外部电路的电连接的振膜引出电极和背极引出电极。
3.按照权利要求2所述的电容式传声器芯片，其特征在于，
在所述背极上还设置有贯通的声孔，其中设置在背极周边部分的声孔的开孔稍大于设置在背极中央部分的声孔的开孔。
4.按照权利要求3所述的电容式传声器芯片，其特征在于，
所述背极为导电材料或包含导电材料的复合层。
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