CN103517169A - 具有可调节通风开口的mems结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有可调节通风开口的MEMS结构，该MEMS结构包括后板、膜和可调节通风开口，该可调节通风开口被配置为减少接触膜的第一空间与接触膜的相对侧的第二空间之间的压力差。该可调节通风开口根据第一空间与第二空间之间的压力差而被被动地致动。

Description

具有可调节通风开口的MEMS结构
本申请要求于2012年2月29日提交的美国专利申请第13/408,971号和于2012年6月22日提交的的美国专利申请第13/531,373号的优先权，将它们的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明总体上涉及MEMS结构中的可调节通风开口以及用于操作MEMS结构的方法。
背景技术
一般地，麦克风低成本大量制造。由于这些需求，麦克风往往以硅技术制造。对于不同应用领域，麦克风制造为不同结构。在一个实例中，麦克风通过测量膜相对于相对电极的变形或者偏转来测量电容变化。麦克风通常通过将偏置电压设置为适当值来操作。
麦克风可具有操作参数和其他参数，诸如信噪比（SNR）、膜或者相对电极的刚度或者往往通过制造工艺设置的膜直径。此外，基于制造工艺中使用的不同材料，麦克风可具有不同特性。
发明内容
根据本发明实施方式，一种MEMS结构包括后板、膜和可调节通风开口，该可调节通风开口被配置为减少接触膜的第一空间与接触膜的相对侧的第二空间之间的压力差。该可调节通风开口根据第一空间与第二空间之间压力差而被被动地致动。
根据本发明另一个实施方式，一种装置包括MEMS结构，该MEMS结构包括后板和膜。外壳封闭MEMS结构。声音端口声学耦合到膜。外壳中的可调节通风开口被配置为减少接触膜的第一空间与第二空间之间的压力差。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在将结合附图参考以下描述，其中：
图1a示出MEMS结构的顶视图；
图1b示出MEMS结构的连接区的详细透视图；
图1c示出MEMS结构的连接区的截面图；
图2a至图2c示出可调节通风开口的实施方式的截面图；
图2d示出可调节通风开口的实施方式的顶视图；
图2e示出用于拐角或者阈值频率的示图；
图3a至图3d示出可调节通风开口的实施方式和结构；
图4a示出MEMS结构的实施方式的截面图，其中膜被拉向后板；
图4b示出MEMS结构的实施方式的截面图，其中膜被拉向基板；
图5a示出MEMS结构的实施方式的截面图；
图5b示出图5a中的MEMS结构的实施方式的顶视图；
图6a示出非被致动MEMS结构的实施方式的截面图；
图6b示出被致动MEMS结构的实施方式的截面图；
图7a示出非被致动MEMS结构的实施方式的截面图；
图7b示出被致动MEMS结构的实施方式的截面图；
图7c示出图7a中的MEMS结构的实施方式的顶视图；
图8a示出MEMS结构的操作流程图，其中可调节通风开口最初关闭；
图8b示出MEMS结构的操作流程图，其中可调节通风开口最初打开；
图8c示出MEMS结构的操作流程图，其中可调节通风开口打开以从第一应用设置切换到第二应用设置；
图8d示出MEMS结构的操作流程图，其中可调节通风开口关闭以从第一应用设置切换到第二应用设置；
图9a示出具有被动式可调节通风开口的MEMS结构的实施方式的截面图；
图9b示出具有被动式可调节通风开口的MEMS结构的实施方式的顶视图；
图10a示出拐角频率随被动式可调节通风开口的末端偏转的偏移的曲线图；
图10b示出包括位于膜上的悬臂的可调节通风开口的实施方式的截面图；
图11a至图11f各自示出可调节通风开口的实施方式的顶视图；
图12示出包括装置外壳的本发明实施方式的前视图，其中可调节通风开口位于膜上；
图13a示出包括装置外壳的本发明实施方式的前视图，其中可调节通风开口位于支撑结构上；
图13b示出包括装置外壳的本发明实施方式的前视图，其中可调节通风开口位于盖上；
图13c示出MEMS结构的实施方式的截面图，其中可调节通风开口位于后板上；
图13d示出包括外壳的本发明实施方式，其中可调节通风开口位于外壳中；以及
图14a和图14b示出本发明另一实施方式。
具体实施方式
下文详细讨论本发明优选实施方式的实现和使用。然而，应当理解，本发明提供了可在各种各样特定背景中实现的许多适用的发明构思。所讨论的特定实施方式仅仅说明了实现和使用本发明的特定方式，并不限制本发明的范围。
将关于特定背景下的实施方式而描述本发明，即，传感器或者麦克风。然而，本发明也可适用于其他MEMS结构，诸如压力传感器、RF MEMS、加速度计和致动器。此外，特定实施方式将主要预先假定空气作为压力波传播的介质。然而，本发明决不限于空气，并且将具有在许多介质中的应用。
麦克风实现为芯片上的平行板电容器。芯片封装成包围给定后体积（back-volume）。由于压力差，诸如由声信号引起的压力差，可移动膜振动。使用电容感测，膜位移转换为电信号。
图1a示出MEMS装置100的顶视图。后板或相对电极120和可移动电极或膜130经由连接区115连接到基板110。图1b和图1c示出MEMS装置100的一个连接区115的详细透视图。图1b示出图1a中截止区（cutout）155的顶视图，图1c示出同一区的截面图。后板或相对电极120布置于膜或可移动电极130上。后板120穿孔以避免或者减轻阻尼。膜130包括用于低频压力均衡的通风孔140。鉴于本文中讨论的可调节通风孔，通风孔140为可选的，本文中讨论的各种实施方式可包括或者不包括通风孔140。
在图1a至图1c的实施方式中，膜130机械地连接到连接区115中的基板110。在这些区115中，膜130无法移动。后板120也机械地连接到连接区115中的基板110。基板110形成边122以为后体积提供空间。膜130和后板120连接到在边122处或者接近边122的基板。在本实施方式中，边122和膜130形成圆。可选地，边122和膜130可包括正方形，或者可包括任何其他合适的几何形状。
一般地，设计和制造传感器需要高信噪比（SNR）。除此以外，当待测量电容变化尽可能大时并且当寄生电容尽可能小时，这可得以实现。电容的寄生部分相对于总电容越大，SNR越小。
后体积的顺应性（compliance）以及通过通风孔的通风路径的阻抗定义传感器的机械RC常数。如果通风孔大，或者如果使用多个孔，那么拐角频率为较高的频率，如果通风孔小，那么拐角频率为较低的频率。后体积以及通风孔的直径和数目都通过构造给出，因而拐角频率通过构造给出。因此，如果只设置固定通风孔，那么拐角频率在操作期间无法改变。
固定大小通风孔的问题在于，即使应用电气滤波器，频率高于通风孔拐角频率的高能信号也使传感器变形或者过载（过度驱动）。此外，如果传感器用于多于一个应用，那么两个传感器必须集成到一个传感器系统中，这使系统成本翻倍。
本发明实施方式提供MEMS结构中的可调谐通风开口。可调谐通风开口可在打开位置与关闭位置之间切换。可调谐通风孔也可设置在中间位置。本发明另一个实施方式提供可变通风开口截面。本发明实施方式提供在接近基板边的感测区中的可调谐通风开口。又一实施方式提供在膜的感测区之外的调谐区中的可调谐通风开口。本发明另一个实施方式提供位于膜、后板、基板、支撑结构、装置外壳或者盖中的被动地被致动的可调节通风开口。这些不同实施方式可单独或者以任何组合实现。
图2a至图2c示出后板或相对电极250和膜或可移动电极230的截面图，后板或相对电极250与膜或可移动电极230之间具有空气间隙240。后板250穿孔252，并且膜230包括可调节通风开口238。图2d示出这个装置的顶视图，其中圆指示穿孔后板250、252，并且暗平面为底层膜230。在本实施方式中，可调节通风孔238的可移动部237形成为U形槽239。可调节通风开口238可包括长方形、正方形或者半圆形。可选地，可调节通风开口238可包括任何几何形状，只要形状能够提供通风路径。可调节通风开口238的可移动部237可为悬臂、桥或者弹簧支撑的结构。
图2a示出致动电压（偏置电压）Vbias=0的结构。可调节通风开口238关闭，在膜230中形成小槽239。无致动电压提供了最小通风路径，因而提供低阈值频率。可调节通风开口238在关闭或者OFF（非激活）位置。这样的低阈值频率的实例可看作图2e中的频率“A”。
图2b示出致动电压Vbias增加的结构，即，与0V不同，但低于吸合电压Vpull-in。可调节通风开口238打开并且提供比在图2a结构中更大的通风路径。阈值频率可看作图2e中的频率“B”。应注意，当可移动部237的位移大于膜230的厚度时，可调节通风开口238可提供相当大的通风路径。
图2c示出致动电压Vbias大于吸合电压Vpull-in的结构。可调节通风开口238完全打开，并且创建大通风路径。阈值频率可看作图2e中的频率“C”。通过调整致动电压，RC常数可减少或者增加，并且可根据所需值设置阈值频率。应注意，对于低于吸合电压的致动电压，可调节通风开口可能已经完全打开。
现在参考图2e，在一个实施方式中，阈值频率“A”可约为10Hz-50Hz，并且可移动到作为阈值频率“C”的约200Hz-500Hz。可选地，“A”中的阈值频率约为10Hz-20Hz，并且移动到“C”中约200Hz-300Hz。在另一个实施方式中，阈值频率“A”将为10Hz-100Hz，并且改变为“C”中的500Hz-2000Hz。
位置“A”中阈值频率也可取决于可调节通风开口数目，以及槽在膜中形成的间隙距离。位置“A”中的阈值频率对于具有较多可调节通风开口（例如，32个可调节通风开口）的MEMS结构比对于具有较少可调节通风开口（例如，2个、4个或者8个可调节通风开口）的MEMS结构更高。阈值频域对于具有较大槽间隙（较大槽宽度和/或较大槽长度）的MEMS结构比对于具有较小槽间隙的MEMS结构也更高，其中槽间隙限定可调节通风开口。
图3a的实施方式示出致动电压与感测偏压相同的致动电压（调谐或者切换电压）的配置。MEMS结构包括后板350上的单一电极、空气间隙340和膜330。后板350的电极设置为致动电位，并且膜330设置为接地。可调节通风开口338通过低致动电压（OFF位置）关闭，并且通过高致动电压（ON位置）打开。低致动电压导致低拐角或阈值频率以及MEMS结构的低灵敏度，高致动电压导致高拐角或阈值频率以及高灵敏度。
图3b的实施方式示出致动电压（调谐或者切换电压）与感测偏压无关的配置。MEMS结构包括结构化后板350（例如，具有至少两个电极的后板）、空气间隙340和膜330。后板350的第二电极352设置为致动电位，第一电极351设置为感测电位。膜330设置为接地。两个电极相互隔离。例如，后板350可包括结构化电极和隔离支撑件355。隔离支撑件355可面向膜330，或者可背向膜330。调谐或者切换电压不会影响MEMS结构的灵敏度。
可调节通风开口338通过低致动电压（OFF位置）关闭，并且通过高致动电压（ON位置）打开。低致动电压导致低拐角或阈值频率，高致动电压导致高拐角或阈值频率。感测偏压与致动电压无关，并且可保持恒定或者独立地减小或者增大。
图3c实施方式示出致动电压与感测偏压相同的致动电压（调谐或者切换电压）的配置。MEMS结构包括后板350上的单一电极、空气间隙340和膜330。可调节通风开口338通过高致动电压（ON位置）关闭，并且通过低致动电压（OFF位置）打开。当激活时，可调节通风开口338的可移动部337接触后板350，当未激活时，可调节通风开口338的可移动部337与膜的其余部分在同一平面。低致动电压导致高拐角或阈值频率以及MEMS结构的低灵敏度，高致动电压导致低拐角或阈值频率以及MEMS结构的高灵敏度。后板350包括通风开口357，并且可调节通风开口338的可移动部337包括通风开口336。在可调节通风开口338的可移动部337中的通风开口336在ON（或者激活）位置关闭。当可调节通风开口在ON（或者激活）位置时，存在通过可调节通风开口338的较小通风路径。
图3d实施方式示出致动电压与感测偏压无关的致动电压（调谐或者切换电压）。该MEMS结构包括结构化后板350（例如，后板可包括第一电极351和第二电极352）、空气间隙340和膜330。可选地，结构化后板350可包括两个以上电极。后板350的第二电极352设置为致动电位，并且第一电极351设置为感测电位。膜330设置为接地。第一电极351和第二电极352相互隔离。例如，后板350可包括结构化电极和隔离支撑件355。隔离支撑件355可面向膜330，或者可背向膜330。调谐或者切换电压不会影响MEMS结构的灵敏度。
可调节通风开口通过高致动电压（ON位置）关闭，并且通过低致动电压（OFF位置）打开。低致动电压（OFF位置）导致高拐角或者阈值频率，并且高致动电压（ON位置）导致低拐角或者阈值频率。感测偏压与致动电压无关，并且可保持恒定或者独立地减小或者增大。
后板350包括通风开口357，并且可调节通风开口338的可移动部337也包括通风开口336。在可调节通风开口338中的通风开口336在ON位置关闭。当可调节通风开口338打开时，存在通过后板350的通风开口357和可调节通风开口338的通风开口336的较小通风路径。当可调节通风开口338关闭或者在OFF位置时，存在通过后板350的通风开口357和可调节通风开口338的通风开口336的通风路径。
图4a实施方式示出MEMS结构400的截面图。MEMS结构包括基板410。基板410包括硅或者其他半导体材料。可选地，基板410包括化合物半导体，诸如，例如GaAs、InP、Si/Ge或者SiC。基板410可包括单晶硅、非晶硅或者多晶体硅（多晶硅）。基板410可包括有源组件，诸如晶体管、二极管、电容器、放大器、滤波器或者其他电气装置或者集成电路。MEMS结构400可为独立装置，或者可与IC一起集成到单个芯片中。
MEMS结构400还包括设置于基板410上的第一绝缘层或间隔件420。绝缘层420可包括诸如二氧化硅、氮化硅或者它们组合的绝缘材料。
MEMS结构400还包括膜430。膜430可为圆形膜或者正方形膜。可选地，膜430可包括其他几何形状。膜430可包括诸如多晶硅、掺杂多晶硅或者金属的导电材料。膜430设置于绝缘层420上。膜430物理连接到基板410的接近基板410的边的区域中。
此外，MEMS结构400包括设置于膜430一部分上的第二绝缘层或者间隔件440。第二绝缘层440可包括诸如二氧化硅、氮化硅或者它们组合的绝缘材料。
后板450布置于第二绝缘层或者间隔件440上。后板450可包括诸如多晶硅、掺杂多晶硅或者金属（例如铝）的导电材料。此外，后板450可包括绝缘支撑件或者绝缘层区。绝缘支撑件可布置为朝向膜430或者背向膜430。绝缘层材料可为氧化硅、氮化硅或者它们组合。后板450可被穿孔。
如上所述，膜430可包括至少一个可调节通风开口460。可调节通风开口460可包括可移动部465。在一个实施方式中，可调节通风开口460位于接近基板410的边的区域中。例如，可调节通风开口460可位于膜430的半径的外20%或者从中心点到正方形或者长方形的膜430边缘的距离的外20%中。特别是，可调节通风开口460可能不位于膜430的中心区域中。例如，可调节通风开口460可不位于该半径或者该距离的内80%中。可调节通风开口460可位于沿着膜430周边相互等距的距离中。
图4a的实施方式被配置为使得可调节通风开口460朝向后板450打开。膜430和后板450可具有如图2a至图2d和图3a至图3d所述的构造中任何一个。后板450设置为感测电压Vsense和致动电压Vp（如上所述，感测电压和致动电压可为相同或者不同），膜430设置为接地，反之亦然。
图4b的实施方式的MEMS结构400示出与图4a的实施方式的MEMS结构相似的结构。然而，构造不同，例如，可调节通风开口460的可移动部465拉向基板410。后板设置为感测电压Vsense，基板设置为致动电压Vp，并且膜设置为接地。在MEMS结构400的这个结构中，致动电压（调谐或者切换电压）与感测电压无关。
图5a的实施方式示出MEMS结构500的截面图，图5b示出MEMS结构500的顶视图，MEMS结构500具有膜530，该膜530在基板510一部分上延伸并且在感测区533外。MEMS结构500包括基板510、连接区520、膜530和后板540，这些基板510、连接区520、膜530和后板540包括与关于图4a的实施方式描述的相似的材料。膜530包括感测区533和调谐区536。感测区533位于基板510的相对边之间或者相对的连接区520之间。调谐区536在基板510一部分上延伸并且位于感测区533外。感测区533可位于连接区520的第一侧上，并且调谐区536可位于连接区520的第二侧上。凹部515（在蚀刻下）形成于膜530与调谐区536中的基板510之间。后板540只上覆膜530的感测区533，而不是调谐区536。后板540可被穿孔。后板540设置为偏置电压Vsense，基板510设置为调谐电压Vp，并且膜设置为接地。在MEMS结构500的这个配置中，调谐电压与感测电压无关。
膜530的调谐区536包括至少一个可调节通风开口538，该至少一个可调节通风开口538在非被致动位置（OFF位置）提供通风路径并且在被致动位置（ON位置）不提供通风路径。非被致动或者打开位置（OFF位置）为可调节通风开口538与在膜530的其余位置中的感测区533中的膜530在同一平面上的位置。被致动或者关闭位置（ON位置）为可调节通风开口538抵着基板510按压且通风路径阻断的位置。通过将可调节通风开口538拉向基板510，但是可调节通风开口538不抵着基板510按压，可设置中间位置。应注意，感测区533可包括或者不包括可调节通风开口538。
图6a和图6b的实施方式示出MEMS结构600的截面图，MEMS结构600具有膜630，该膜630在感测区633外的基板610一部分上延伸。MEMS结构600包括基板610、连接区620、膜630和后板640，这些基板610、连接区620、膜630和后板640包括与关于图4a的实施方式描述的相似的材料。膜630包括感测区633和调谐区636。感测区633位于基板610的相对边之间或者相对的连接区620之间。调谐区636在基板610一部分上延伸并且位于感测区633外。感测区633可位于连接区620的第一侧上，调谐区636可位于连接区620的第二侧上。凹部615形成于膜630与调谐区636中的基板610之间。
后板640上覆膜630的感测区633和调谐区636。后板640可在感测区633和调谐区中穿孔。可选地，后板640可在感测区633而不是在调谐区636中穿孔。后板640包括第一电极641和第二电极642。可选地，后板640包括多于两个电极。第一电极641与第二电极642隔离。第一电极641设置于感测区633中，第二电极642设置于调谐区636中。第一电极641设置为偏置电压Vsense，第二电极642设置为调谐电压Vp。膜630设置为接地。在MEMS结构600的这个构造中，调谐电压与感测电压无关。
膜630的调谐区636包括一个以上可调节通风开口638，该一个以上可调节通风开口638在图6a的非被致动位置（OFF位置）提供通风路径并且在图6b的被致动位置（ON位置）不提供通风路径。打开位置或者非被致动位置（OFF位置）为可调节通风开口638与在膜630的其余位置的感测区633中的膜630在同一平面上的位置。关闭位置或者被致动位置（ON位置）为可调节通风开口638抵着后板640按压且通风路径阻断的位置。当其不在被致动位置（OFF位置）时，MEMS结构600提供通风路径和高拐角频率。当其在被致动位置（ON位置）时，MEMS结构600提供关闭通风路径和低拐角频率。通过将可调节通风开口638拉向后板640，但是可调节通风开口638不抵着后板640按压，可设置中间位置。应注意，感测区633可包括或者不包括可调节通风开口638。
后板640包括通风开口639，并且膜630包括在调谐区636中的可调节通风开口638。在一个实施方式中，通风开口639和可调节通风开口638相对于彼此反向对准。
图7a和图7b的实施方式示出MEMS结构700的截面图，图7c示出MEMS结构700的顶视图，MEMS结构700具有膜730，该膜730在基板710一部分上延伸并且在感测区733外。MEMS结构700包括基板710、连接区720、膜730和后板740，这些基板710、连接区720、膜730和后板740包括与关于图4a的实施方式描述的相似的材料。后板740可包括感测后板（例如，圆形或者长方形）741和后板桥742。
膜730包括感测区733和调谐区736。感测区733位于基板710的相对边之间或者相对的连接区720之间。调谐区736在基板710一部分上延伸并且位于感测区733外。感测区733可位于连接区720的第一侧上，调谐区736可位于连接区720的第二侧上。凹部715（在蚀刻下）形成于膜730与调谐区736中的基板710之间。膜730包括由槽735形成的可调节通风开口738。槽735形成可调节通风开口738的如图2a至图2c所述的可移动部。
后板740上覆膜730的感测区733和调谐区736。例如，感测后板741（第一电极）上覆感测区733，后板桥742（第二电极）上覆调谐区736。可选地，后板740包括多于两个电极。第一电极741与第二电极742隔离。第一电极741设置为偏置电压Vsense，第二电极742设置为调谐电压Vp。膜730设置为接地。在MEMS结构700的这个构造中，调谐电压与感测电压无关。后板740可在感测区733和调谐区736中穿孔。可选地，后板740可在感测区733而不是在调谐区736中穿孔。后板桥742包括通风开口749。
膜730的调谐区736包括一个以上可调节通风开口738，该一个以上可调节通风开口738在图7b的被致动位置（ON位置）提供通风路径并且在图7a的非被致动位置（OFF位置）提供较小通风路径。关闭或者非被致动位置（OFF位置）为可调节通风开口738与在膜730的其余位置的感测区733中的膜730在同一平面上的位置。打开或者被致动位置（ON位置）为可调节通风开口738抵着后板740按压且通风路径打开的位置。当其在被致动位置（ON位置）时，MEMS结构700提供通风路径和高拐角频率。当其在非被致动位置（OFF位置）时，MEMS结构700提供关闭通风路径和低拐角频率。通过将可调节通风开口738拉向后板740，但是可调节通风开口738不抵着后板740按压，可设置中间位置。应注意，感测区733可包括或者不包括可调节通风开口738。
图8a示出操作MEMS结构的实施方式。在第一步骤810中，通过相对于后板移动膜来感测声信号。可调节通风开口在关闭位置。在下一个步骤812中，检测高能信号。可调节通风开口从关闭位置移动到打开位置，814。打开位置可为完全打开位置或者部分打开位置。
图8b示出操作MEMS结构的实施方式。在第一步骤820中，通过相对于后板移动膜来感测声信号。可调节通风开口在被致动（ON）关闭位置。在下一个步骤822中，检测高能信号。可调节通风开口从被致动（ON）关闭位置移动到非被致动（OFF）打开位置，824。打开位置可为完全打开位置或者部分打开位置。
图8c示出操作MEMS结构的实施方式。在第一步骤830中，MEMS结构在第一应用设置中通过相对于后板移动膜来感测声信号。可调节通风开口在关闭位置。在第二步骤832中，MEMS结构在第二应用设置中通过相对于后板移动膜来感测声信号。可调节通风开口从关闭位置移动到打开位置。打开位置可为完全打开位置或者部分打开位置。
图8d示出操作MEMS结构的实施方式。在第一步骤840中，MEMS结构在第一应用设置中，通过相对于后板移动膜来感测声信号。可调节通风开口在打开位置。在第二步骤842中，MEMS结构在第二应用设置中，通过相对于后板移动膜来感测声信号。可调节通风开口从打开位置移动到关闭位置。打开位置可为完全打开位置或者部分打开位置。
又一实施方式涉及被动地被致动的可调节通风开口。因为它不接收任何控制输入，所以可调节通风开口为被动式。可调节通风开口可通过作用于它上的压力差来被机械地致动。
图9a和图9b示出MEMS结构900的实施方式，MEMS结构900具有在膜上的被动地被致动的可调节通风开口。图9a示出MEMS结构900的截面图，MEMS结构900包括膜901、后板902和通风开口903。后板902穿孔有后板穿孔912。后板902和膜901通过间隙距离904分开。间隙距离的范围可从0.5μm到5μm。在一个实施方式中，间隙距离约为2μm。
在本实施方式中，通风开口903位于膜901中。正如下文将要讨论，其他位置也可行。开口903由柔性结构913形成，柔性结构913被配置为当通过力或者压力差作用时偏转。作为典型MEMS麦克风，膜901将由压力A表征的第一空间905与由压力B表征的第二空间906分开。
在典型MEMS麦克风的操作中，压力A与B之间的差引起膜偏转。从跨膜901和后板902的变化电压来感测偏转，膜901和后板902用作电容器平板。在本发明实施方式中，空间905和906中的压力A与B之间的差引起柔性结构913机械地致动。无需来自控制机构的输入。柔性结构913可由机械刚度表征，机械刚度判定什么压力差会引起不同的致动电平。
柔性结构913的实施方式可具有不同机械几何形状、长度、宽度、厚度或者材料，它们均被调整以选择机械刚度值。此外，通风开口903的几何形状，包括柔性结构913的长度和宽度，强烈地影响流过开口的流体量。流过开口的流体量影响空间905与906之间压力差可多么迅速地减小。
图9b示出MEMS结构900的实施方式的顶视图，其中可调节通风开口903位于后板窗口922下（或者上）。后板窗口922位于后板902的外边缘附近，类似于图1a和图1b所示实施方式。
关于具有被动地被致动的可调节通风开口的MEMS结构的实施方式，可解决至少两个特定类别的问题。这些为与低频噪声有关的问题和与损害高压事件有关的问题。虽然固定通风开口可防止损害膜，但是由于限制带宽，降低了麦克风的灵敏度。被动式可调节通风开口提供更高带宽，以及防止损害高压事件的保护。相对于这两类问题的被动式可调节通风开口的行为可在三种情况下描述。
情况1涉及中压或者低压低频信号（例如，至约120dB SPL）。如上所述，具有等效时间常数的通风槽用作具有拐角频率的高通滤波器。对于情况1，非可调节通风槽提供高于低频信号的拐角频率。对于被动式可调节通风开口，情况1中信号的相对低压不会引起通风开口打开。再次参考图9a实施方式，几乎没有空间905与空间906之间的压力的减少。低频信号可利用全带宽来感测。
情况2涉及低频噪声。通常，在典型情况下可遇到低频处的较高压信号（例如，约120dB与140dB之间具有低于约100Hz的频率的噪声）。当走过立体声系统时，当在可变换或者低频音乐中驾驶时，这种类型噪声实例可为风噪。然而，在这些情况下，通过MEMS麦克风的更高频率信号（例如，常规讲话）的同时检测是所需的。在这种情况下，被动式可调节通风开口将通过低频高压噪声来自我调节。空间905与906之间的高压力差将引起通风开口打开并且减少压力差。较高频率较低压力信号仍将激励膜，并且允许通过具有降低信噪比的MEMS麦克风来感测信号。
情况3涉及极端过压损害信号。这是当麦克风丢弃或者到膜的路径受到机械撞击引起大压力通量接近和影响膜时（例如，当人在麦克风输入上弹击手指时）的情况。由于引起膜破裂或者断裂，所以这些极端信号可引起麦克风出现故障。固定通风孔可用于保护麦克风不受极端过压影响。然而，孔越大（因而免受较大冲击的保护越好），由通风孔引起的高通滤波器的拐角频率越高。以此方式，以减少带宽为代价进行更好保护。
对于被动式可调节通风开口，情况3的极端过压事件引起通风开口根据压力差本身自我致动，并且打开以减少空间905与空间906之间的压力。情况1中可以看出，对于常规压力信号，开口不致动。因此，麦克风受到保护不受极端过压事件损害的影响，但保持感测低频信号所需的大带宽。必须强调，在无需任何控制机构的情况下，被动式可调节通风开口可解决情况1至情况3中所示的问题。
被动式通风开口（或者多个开口）可为仅设置于膜中的开口。可选地，也可包括固定开口（例如，小孔）。在另一个替代性实施方式中，可包括被致动开口以及被动式开口。例如，被致动开口可用于调谐拐角频率，而被动式开口旨在防止损害（例如，情况3）。也应当理解，三个类型都可用于同一装置中。
图10a和图10b示出本发明实施方式的机械响应。图10a示出当跨通风开口的压力差增加时拐角频率随被动式通风开口的末端偏转1002的偏移1001。前面在图2e中描述了拐角频率偏移。
图10b示出由悬臂1011组成的被动式可调节通风开口1010的实施方式。悬臂1011示出在由具有压力A的空间1012与具有压力B的空间1013之间的压力差引起的偏转中。在图10b的特定实施方式中，悬臂1011的长度可为70μm，悬臂1011的宽度可为20μm。在其他实施方式中，悬臂1011的长度范围可从10μm到500μm，悬臂1011的宽度范围可从5μm到100μm。在另一个实施方式中，每个通风开口的悬臂数范围也可从1到许多。
图11a至图11f示出可调节通风开口的各种实施方式。图11a示出包括正方形柔性结构1101的可调节通风开口1110的实施方式。柔性结构1101包括长度1102、宽度1103和开口间隙1104。在各种实施方式中，长宽比范围可从约1:1到约10:1。开口间隙1104通常在约0.5μm与5μm之间。
图11b示出在开口间隙1104端部处具有小开口1125的可调节通风开口1120的实施方式。在柔性结构1101角部处的这些小开口1125可用作固定通风孔，或者可被配置为影响柔性结构1101的机械刚度。在实施方式中，小开口1125也旨在减小开槽应力。
图11c示出具有圆角柔性结构1101和开口间隙1104的可调节通风开口1130的实施方式，开口间隙1104将片状物1101与膜其余部分分开。柔性结构1101的形状影响通过开口的气流动力学。该形状会改变在柔性结构（小位移）1101的最初开口中和在柔性结构（大位移）1101的更大开口中的流速。因此，该形状直接影响多么迅速地进行压力差减小。除圆形或者正方形形状外，可使用任何其他合理结构（例如，三角形、锯齿形或者其他多边形）。
图11d示出在开口间隙1104端部处具有弧形开口1145的可调节通风开口的实施方式。弧形开口可用于从悬臂基座释放开槽应力的目的。
图11e示出具有相互缠结柔性结构1101的可调节通风开口1150的实施方式，该柔性结构1101包括蛇形开口间隙1104。这个结构可提供增大的气流，同时维持柔性结构1101的较高机械刚度。
图11f示出具有分开开口间隙1104的两个柔性结构1101彼此相邻放置的可调节通风开口的实施方式。另外槽1105包括以增加通风和增加对结构的柔性。槽1105减少可调节通风开口1160的刚度，并且使得整个结构进一步移位。结构1101可具有不同大小或者相同大小的开口间隙1104。结构1101可具有相同或者不同的宽度1103或者长度1102。可调节通风开口1160可包括整个膜，或者该开口可包括更大膜的一小部分。将选择参数以改善可调节通风开口和麦克风的功能。
图11a至图11f中的实施方式旨在示出可调节通风开口可在包括各种几何形状和尺寸的许多实施方式中实现。这些不同实施方式中一个以上可一起使用。此外，应当注意，可使用这些结构中的任何材料。在各种实施方式中，可调节通风开口包括波纹状表面和/或防粘机构，诸如凸块和/或涂层。
在其他实施方式中，可调节通风开口包括比可调节通风开口为其一部分的结构更薄或者更厚的材料。为了增加（通过更厚机械结构）或者减少（通过更薄机械结构）可调节通风开口的机械刚度，柔性结构的结构厚度可改变。在包括膜上的可调节通风开口的实施方式中，使用在MEMS或者微电子装置制造中常用的技术，可对结构进行微加工。在制造工艺期间，柔性结构可被选择性蚀刻（例如，通过使用光致抗蚀剂以保护其他区域）以制造更薄机械结构。可选地，柔性结构可具有沉积于它上的另外的材料，或者膜的周围结构材料可比柔性结构本身蚀刻更多。在这些实施方式的任何一个中，柔性结构的结构层厚度有效改变以产生不同机械刚度值和提高的可调节通风开口性能。
实施方式可包括多个可调节通风开口。包括多于一个可调节通风开口是有意义的，因为高通滤波器的拐角频率随可调节通风开口数目而线性变化。此外，包括多个通风孔降低发生故障风险（例如，由于污垢阻碍单个通风孔引起）。
图12和图13a至图13d示出具有不同被动式可调节通风开口构造的本发明各种实施方式。再次，这些不同实施方式的特征可组合。
图12示出在装置外壳中具有封装MEMS麦克风1200的实施方式。装置外壳包括支撑结构1202和盖结构1203。例如，支撑结构1202可由层叠体形成，诸如印刷电路板。支撑结构1202可包括在内表面上的电接触件以连接到外壳内组件，例如，MEMS1201和ASIC（专用集成电路）1204。这些接触可通过支撑结构1202铺线以外部接入。
盖1203可用于封闭装置1200的组件。在所示实施方式中，盖1203在后板1221上留有空气空间。由于后板1221中的孔，在与膜1211正上方的空间相同的压力下的这个空气空隙提供判定压力差的压力之一。盖1203可由金属、塑料或者层叠材料以及适合盖结构的任何其他材料制成。
MEMS结构1201连接到支撑结构1202。如上所述，MEMS结构包括膜1211和后板1221。声音端口1207提供通过支撑结构1202到膜1211的压力波（例如，声音信号）路径。
感测电子块1204也连接到支撑结构1202。感测电子块1204连接到MEMS结构1201。感测电子块1204被配置为感测跨膜1211和后板1221的变化电压。入射于膜上的声音信号引起膜偏转。将所得的膜1211与后板1221分开的间隙距离的变化通过跨这两个元件的变化电压来反映。感测电子块1204处理这个变化电压信号以提供输出信号，该输出信号包括入射声波的音频信息。
在图12的特定实施方式中，膜1211包括可调节通风开口1208。膜1211将具有压力A的空间1205与具有压力B的空间1206分开。在一个实施方式中，可调节通风开口1208包括悬臂。由于A与B的大压力差，可调节通风开口1208机械地被致动以在空间1205与1206之间偏转，反之亦然。对于在MEMS结构1201的感测范围中的压力信号，可调节通风开口1208将偏转很少或者没有。
在各种实施方式中，MEMS结构1201可包括基板。在各种实施方式中，基板可为支撑结构1202或者单独基板。在其他实施方式中，支撑结构可为印刷电路板（PCB）或者作为装置外壳一部分的塑料或者层叠结构。
在其他实施方式中，声音端口1207可提供在与后板1221相对的侧上接入空间1205中的膜1211，或者声音端口1207可提供在与后板1221相同的侧（例如，通过盖结构1203）上接入空间1206中的膜1211。在所述特定实施方式中，空间1205将封闭，并且支撑结构1202中的声音端口1207将不存在。
迄今为止讨论的实施方式包括在膜中的可调节通风开口。这只是一个可行位置。关于图13a至图13d所描述的，通风开口可位于装置的其他部分中。
图13a示出可调节通风开口1208并入到支撑结构1202中的本发明实施方式。在这种情况下，可调节通风开口1208将通过空间1205与空间1206之间压力差来致动。虽然MEMS结构1201中的膜1211可能不提供任何通风开口，但是支撑结构1202中的可调节通风开口1208将提供减少解决上述三个情况问题所需的压力。如果需要，那么作为支撑结构1202一部分，可将可调节通风开口1208实现为比在其作为膜1211一部分的情况下更大。孔大小范围可从0.1mm到1mm，并且截面形状可变化（例如，圆形、长方形、正方形）。
图13b示出具有装置外壳1200的本发明实施方式，其中可调节通风开口1208并入到盖结构1203中。与图13a相似，可调节通风开口1208提供减少空间1205与空间1206之间的压力。位于盖结构1203中的可调节通风开口1208可有许多尺寸和结构。使开口1208位于盖结构1203中有利于在装置外壳1200顶部处方便接入。
图13c示出通过MEMS结构1201的截面的本发明实施方式。MEMS结构1201包括后板1221、膜1211、间隔层1209和支撑结构1202。在实施方式中，可调节通风开口1208并入于后板1221上。后板1221也包括后板穿孔1210。膜1211将具有压力A的空间1205与具有压力B的空间1206分开。可调节通风开口1208可提供从空间1205中A到空间1206中B的压力差路线（route），以在压力差大的情况下减少压力差。通过上述三个情况来描述被动式可调节通风开口1208的行为。在典型感测中，被动式可调节通风开口1208将保持关闭。间隔层1209可包括任何材料。在一些实施方式中，间隔层1209可为硅、氧化物、聚合物或者某合成物。在实施方式中，支撑结构1202包括基板。在另一个实施方式中，支撑结构1202包括印刷电路板（PCB）。在又一实施方式中，支撑结构1202包括塑料或者层叠材料。
图13d示出包括外壳1230的本发明实施方式。外壳1230包括装置外壳1200、声音端口1207、压力旁路端口1237和可调节通风开口1238。装置外壳包括MEMS结构1201、支撑结构1202、盖结构1203和感测电子块1204。MEMS结构1201包括后板1221和膜1211。膜将具有压力A的空间1205与具有压力B的空间1206分开。可调节通风开口1238将空间1205与具有压力C的空间1236分开。压力旁路端口1237和可调节通风开口1238的组合为输入空间1205中声音端口1207的信号的路线提供空间1205中A与空间1206中B或者空间1236中C之间的大压力差，以减小到空间1236。本实施方式证实，可调节通风开口无需并入到装置或者MEMS结构中，而在各种应用中可有效用作外壳的一部分。
图14a和图14b示出包括MEMS结构1400的可选实施方式。图14a示出结构1400的顶视图，该结构1400包括由围绕圆周的弹簧支撑的膜1401。弹簧包括膜1401，其中槽1402从选择部分移除。如图所示，悬臂由弹簧状间隙包围，使得间隙的至少两个部分与悬臂的区域（在这种情况下，各侧）相邻。虽然槽示出为通过正方形角部连接，但是这些角部或可为圆角。
图14b示出当通风孔在打开位置时从图14a中的截面14b截取的截面图。膜1401将具有压力A的空间1406与具有压力B的空间1407分开。槽1402的宽度由开口间隙1404给定。膜1401连接到基板1405。在图14b中，膜示出在空间1406中的压力A比空间1407中的压力B大得多的大位移中。在这种高压力差的情况下，膜1401偏转比膜厚度更多，极大地增加通风。
图12、图13a至图13d和图14a至图14b意图明确地在一些实施方式中证实本发明，可调节通风开口可并入到MEMS结构、装置外壳、封装体、基板或者整个系统任何部分的任一部分中。在这些实例中，可调节通风开口将与膜接触的第一空间与通常与膜的相对侧接触的第二空间分开。然而，第二空间无需与膜的相对侧接触。
本领域技术人员应当理解，为了上述三个情况中的更好性能，可调节通风开口通常将包括多个可调节通风开口。因此，本发明的特定实施方式将包括多个可调节通风开口，这多个可调节通风开口包括在上述结构的任何一个中或者在上述结构的任何组合中（例如，膜、后板、基板、支撑结构、盖结构、外壳、封装体等）。
虽然已经详细描述本发明及其优点，但是应当理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，在本文中可作出各种修改、替换和变形。

Claims (31)

1.一种MEMS结构，包括：
后板；
与所述后板间隔间隙距离的膜；以及
可调节通风开口，被配置为减少接触所述膜的第一侧的第一空间与接触所述膜的相对的第二侧的第二空间之间的压力差，其中，所述可调节通风开口根据所述第一空间与所述第二空间之间的压力差而被被动地致动。
2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口位于所述膜上。
3.根据权利要求2所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口位于所述膜上在边缘附近且与后板窗口相邻的区域中。
4.根据权利要求2所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口比所述膜的其他部分更薄。
5.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口位于所述后板上。
6.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述后板机械地连接到基板，并且所述可调节通风开口位于所述基板上。
7.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述后板机械地连接到基板，并且所述基板机械地连接到支撑结构，所述可调节通风开口位于所述支撑结构上。
8.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述第一空间封闭在装置外壳内，并且所述可调节通风开口位于所述装置外壳上。
9.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口包括悬臂。
10.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口为多个可调节通风开口中一个。
11.一种MEMS结构，包括：
后板；
与所述后板间隔间隙距离的膜；以及
可调节通风开口，包括在所述膜上的悬臂，所述可调节通风开口被配置为减少接触所述膜的第一空间与接触所述膜的相对侧的第二空间之间的压力差。
12.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口根据所述第一空间与所述第二空间之间的压力差而被被动地致动。
13.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述悬臂包括末端，所述末端从所述膜的平面偏离了大于所述间隙距离的四倍的距离。
14.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述间隙距离小于3μm。
15.根据权利要求14所述的MEMS结构，其中，所述悬臂具有10μm与150μm之间的长度。
16.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述悬臂的长度与所述间隙距离之比大于3。
17.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述悬臂位于所述膜上在边缘附近且与后板窗口相邻的区域中。
18.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述悬臂比所述膜的其他部分更薄。
19.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述悬臂通过U形间隙与所述膜的剩余部分分开。
20.根据权利要求19所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口包括正方形柔性结构。
21.根据权利要求19所述的MEMS结构，其中，所述U形间隙包括延伸远离所述间隙的顶部的开口部。
22.根据权利要求21所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口包括在所述间隙的顶部上的弧形开口。
23.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口包括通过蛇形开口间隙分开的相互缠结的柔性结构。
24.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述可调节通风开口包括两个柔性结构，每个柔性结构通过U形间隙与所述膜的剩余部分分开，其中，所述两个柔性结构沿相反方向延伸。
25.根据权利要求11所述的MEMS结构，其中，所述悬臂被弹簧状间隙包围，使得所述间隙的至少两个部分与所述悬臂的区域相邻。
26.一种MEMS装置，包括：
MEMS结构，包括后板以及与所述后板间隔间隙距离的膜；
外壳，封闭所述MEMS结构；
声音端口，声学耦合到所述膜；以及
在所述外壳中的可调节通风开口，所述可调节通风开口被配置为减少接触所述膜的第一空间与第二空间之间的压力差。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述可调节通风开口根据所述第一空间与所述第二空间之间的压力差而被被动地致动。
28.根据权利要求26所述的装置，其中，所述可调节通风开口包括悬臂。
29.根据权利要求26所述的装置，其中，所述外壳包括盖，并且所述可调节通风开口在所述盖中。
30.根据权利要求26所述的装置，其中，所述外壳包括基板，并且所述可调节通风开口在所述基板中。
31.根据权利要求26所述的装置，其中，所述外壳包括印刷电路板，并且所述可调节通风开口在所述印刷电路板中。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016029378A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-03 Goertek. Inc Mems device with valve mechanism
CN107005771A (zh) * 2014-12-04 2017-08-01 因文森斯公司 麦克风封装件中的集成温度传感器
CN107809716A (zh) * 2016-09-09 2018-03-16 现代自动车株式会社 麦克风及其制造方法和控制方法
WO2020073358A1 (zh) * 2018-10-09 2020-04-16 歌尔股份有限公司 麦克风和电子设备
CN111107455A (zh) * 2019-12-27 2020-05-05 苏州思必驰信息科技有限公司 用于智能语音设备的防风处理方法、防风结构及具有该结构的智能语音设备
CN111654795A (zh) * 2015-08-07 2020-09-11 美商楼氏电子有限公司 微机电系统麦克风和形成微机电系统麦克风的方法
CN111742562A (zh) * 2018-01-24 2020-10-02 舒尔获得控股公司 具有校正电路系统的方向性微机电系统麦克风

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014108740B4 (de) 2014-06-23 2016-03-03 Epcos Ag MEMS-Mikrofon mit verbesserter Empfindlichkeit und Verfahren zur Herstellung
GB2533410B (en) * 2014-12-19 2017-03-01 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd MEMS devices and processes
CN104891418B (zh) 2015-05-29 2016-09-21 歌尔股份有限公司 Mems压力传感器、mems惯性传感器集成结构
KR101863540B1 (ko) * 2016-06-09 2018-06-01 부전전자 주식회사 고막 보호 진동판
US10609463B2 (en) 2017-10-30 2020-03-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated microphone device and manufacturing method thereof
US12022253B2 (en) 2020-07-11 2024-06-25 xMEMS Labs, Inc. Venting device
US11323797B2 (en) * 2020-07-11 2022-05-03 xMEMS Labs, Inc. Acoustic transducer, wearable sound device and manufacturing method of acoustic transducer
US11884535B2 (en) 2020-07-11 2024-01-30 xMEMS Labs, Inc. Device, package structure and manufacturing method of device
US11972749B2 (en) 2020-07-11 2024-04-30 xMEMS Labs, Inc. Wearable sound device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080218934A1 (en) * 2005-09-09 2008-09-11 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Method of Manufacturing a Microsystem, Such a Microsystem, a Stack of Foils Comprising Such a Microsystem, an Electronic Device Comprising Such a Microsystem and Use of the Electronic Device
CN101427592A (zh) * 2006-02-24 2009-05-06 雅马哈株式会社 电容式传声器
US20110110550A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 Analog Devices, Inc. Microphone with Variable Low Frequency Cutoff
CN102196345A (zh) * 2010-03-03 2011-09-21 财团法人工业技术研究院 电容式传感器及其制造方法
US20120033831A1 (en) * 2009-04-15 2012-02-09 Knowles Electronics Asia Pte. Ltd. Microphone with Adjustable Characteristics

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08240502A (ja) * 1995-03-03 1996-09-17 Omron Corp 静電容量型圧力センサ
US6590267B1 (en) 2000-09-14 2003-07-08 Mcnc Microelectromechanical flexible membrane electrostatic valve device and related fabrication methods
JP2004032019A (ja) 2002-06-21 2004-01-29 Star Micronics Co Ltd コンデンサマイクロホン
EP2103173B1 (en) * 2007-01-17 2013-05-29 Analog Devices, Inc. Microphone with pressure relief
JP5237069B2 (ja) * 2008-12-05 2013-07-17 株式会社オーディオテクニカ 無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性コンデンサマイクロホン
JP5161801B2 (ja) * 2009-01-09 2013-03-13 株式会社オーディオテクニカ 無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性コンデンサマイクロホン
JP2012039272A (ja) 2010-08-05 2012-02-23 Funai Electric Co Ltd マイクロホンユニット
US8503699B2 (en) * 2011-06-01 2013-08-06 Infineon Technologies Ag Plate, transducer and methods for making and operating a transducer
US8983097B2 (en) 2012-02-29 2015-03-17 Infineon Technologies Ag Adjustable ventilation openings in MEMS structures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080218934A1 (en) * 2005-09-09 2008-09-11 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Method of Manufacturing a Microsystem, Such a Microsystem, a Stack of Foils Comprising Such a Microsystem, an Electronic Device Comprising Such a Microsystem and Use of the Electronic Device
CN101427592A (zh) * 2006-02-24 2009-05-06 雅马哈株式会社 电容式传声器
US20120033831A1 (en) * 2009-04-15 2012-02-09 Knowles Electronics Asia Pte. Ltd. Microphone with Adjustable Characteristics
US20110110550A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 Analog Devices, Inc. Microphone with Variable Low Frequency Cutoff
CN102196345A (zh) * 2010-03-03 2011-09-21 财团法人工业技术研究院 电容式传感器及其制造方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016029378A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-03 Goertek. Inc Mems device with valve mechanism
CN105493519A (zh) * 2014-08-27 2016-04-13 歌尔声学股份有限公司 带阀门机制的mems器件
US10212501B2 (en) 2014-08-27 2019-02-19 Goertek.Inc MEMS device with a valve mechanism
CN105493519B (zh) * 2014-08-27 2020-08-25 歌尔微电子有限公司 带阀门机制的mems器件
CN107005771A (zh) * 2014-12-04 2017-08-01 因文森斯公司 麦克风封装件中的集成温度传感器
US10911850B2 (en) 2014-12-04 2021-02-02 Invensense, Inc. Integrated temperature sensor in microphone package
CN111654795B (zh) * 2015-08-07 2021-08-06 美商楼氏电子有限公司 微机电系统麦克风和形成微机电系统麦克风的方法
CN111654795A (zh) * 2015-08-07 2020-09-11 美商楼氏电子有限公司 微机电系统麦克风和形成微机电系统麦克风的方法
CN107809716A (zh) * 2016-09-09 2018-03-16 现代自动车株式会社 麦克风及其制造方法和控制方法
CN111742562A (zh) * 2018-01-24 2020-10-02 舒尔获得控股公司 具有校正电路系统的方向性微机电系统麦克风
CN111742562B (zh) * 2018-01-24 2022-02-08 舒尔获得控股公司 具有校正电路系统的方向性微机电系统麦克风
US11463816B2 (en) 2018-01-24 2022-10-04 Shure Acquisition Holdings, Inc. Directional MEMS microphone with correction circuitry
WO2020073358A1 (zh) * 2018-10-09 2020-04-16 歌尔股份有限公司 麦克风和电子设备
CN111107455A (zh) * 2019-12-27 2020-05-05 苏州思必驰信息科技有限公司 用于智能语音设备的防风处理方法、防风结构及具有该结构的智能语音设备

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