CN103702268B - Mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底以及设于基底上的电容系统，电容系统包括背板以及与背板相对且分别设置在背板两侧的第一振膜和第二振膜,所述第一振膜和第二振膜与背板分隔一定距离并分别形成第一绝缘间隙和第二绝缘间隙。该MEMS麦克风还包括分别位于第一绝缘间隙和第二绝缘间隙内的至少一个第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件，MEMS麦克风通电工作时，第一绝缘支撑件或第二绝缘支撑件分别将第一振膜和第二振膜分成了至少两个振动单元，这些振动单元均与背板形成电容，进而提高了MEMS麦克风的整体灵敏度和信噪比，同时这种结构的MEMS麦克风还兼具高声压保护功能，制作工艺不仅简单，而且生产成本低廉。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种麦克风，尤其涉及一种MEMS麦克风。
【背景技术】
MEMS麦克风是一种用微机械加工技术制作出来的电能换声器，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着电子设备的小巧化、薄型化发展，MEMS麦克风被越来越广泛地运用到这些设备上。
相关技术中的MEMS麦克风包括硅基底以及由振膜和背板组成的平板电容，振膜与背板相对并相隔一定距离。振膜在声波的作用下产生振动，导致振膜和背板之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号。但是这种MEMS麦克风的灵敏度和信噪比会随着其振膜和背板面积的扩大而降低，而且当振膜在高声压环境下工作时，也比较容易损坏。此外，制作工艺也比较复杂，生产成本也比较高。
因此，有必要提供一种新型的MEMS麦克风。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种具有高灵敏度和信噪比、同时具有高声压保护的MEMS麦克风。
本发明的技术方案如下：一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底以及设于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括背板以及与所述背板相对且分别设置在所述背板两侧的第一振膜和第二振膜，所述第一振膜和第二振膜与背板分隔一定距离并分别形成第一绝缘间隙和第二绝缘间隙，该MEMS麦克风还包括分别位于所述第一绝缘间隙和第二绝缘间隙内的至少一个第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件，所述第一绝缘支撑件与所述第一振膜或背板相连，所述第二绝缘支撑件与所述第二振膜或背板相连；
在该MEMS麦克风未通电工作时，所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜相隔一定距离，所述第二绝缘支撑件与所述背板或第二振膜相隔一定距离；
在该MEMS麦克风通电工作时，所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜抵接，从而将所述第一振膜分为至少两个振动单元，任一所述振动单元均与所述背板形成电容，而所述第二绝缘支撑件与所述第二振膜或背板相隔一定距离；或
所述第二绝缘支撑件与所述第二振膜或背板抵接，从而将所述第二振膜分为至少两个振动单元，任一所述振动单元均与所述背板形成电容，而所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜相隔一定距离。
优选的，在所述MEMS麦克风通电工作时，所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜抵接，所述第二绝缘支撑件横截面的长度为所述背板与所述第二振膜之间间隙宽度的三分之二。
优选的，在所述MEMS麦克风通电工作时，所述第二绝缘支撑件与所述背板或第二振膜抵接，所述第一绝缘支撑件横截面的长度为所述背板与所述第一振膜之间间隙宽度的三分之二。
优选的，所述背板朝向所述第一绝缘间隙和第二绝缘间隙的表面均设有若干个防止所述振动单元与所述背板粘接的绝缘凸起。
优选的，所述基底具有上表面和与所述上表面相对的下表面，所述上表面上设有绝缘层，所述背腔贯通所述上表面、所述绝缘层以及所述下表面；所述电容系统通过该绝缘层与所述基底绝缘相连。
优选的，所述背板或第一振膜朝向第一绝缘间隙的表面、和/或所述背板或第二振膜朝向所述第二绝缘间隙的表面还设有限位挡板和由限位挡板围成的限位槽，所述限位槽与所述第一绝缘支撑件或第二绝缘支撑件的位置对应。
本发明的有益效果在于：MEMS麦克风通电工作时，第一绝缘支撑件或第二绝缘支撑件分别将第一振膜和第二振膜分成了至少两个振动单元，这些振动单元均与背板形成电容，进而提高了MEMS麦克风的整体灵敏度和信噪比，同时这种结构的MEMS麦克风还兼具高声压保护功能，制作工艺不仅简单，而且生产成本低廉。
【附图说明】
图1为本发明一种MEMS麦克风的主视图；
图2为本发明图1中A-A方向的剖视图；
图3为本发明一种MEMS麦克风中基底的结构示意图；
图4为本发明一种MEMS麦克风中当第一绝缘支撑件与第一振膜抵接时的工作状态图；
图5为本发明一种MEMS麦克风中当第二绝缘支撑件与第二振膜抵接时的工作状态图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种MEMS麦克风100包括基底101以及设置在基底101上并与基底101绝缘相连的电容系统103。基底101由半导体材料制成，例如硅，其具有背腔102、上表面101A以及与上表面101A相对的下表面101B，基底101的上表面101A上设有绝缘层114，背腔102贯通绝缘层114、上表面101A以及下表面101B。其中背腔102可以通过体硅工艺或干法腐蚀形成。
电容系统103包括背板104以及与背板104相对且分别设置在背板104两侧的第一振膜105和第二振膜106，第一振膜105和背板104之间、第二振膜106和背板104之间均设有绝缘件107，绝缘件107将第一振膜105和背板104分隔一定距离并形成第一绝缘间隙108，将第二振膜106和背板104分隔一定距离并形成第二绝缘间隙109。第二振膜106通过绝缘层114与基底101相连。背板104具有若干个通孔115。在MEMS麦克风通电工作时，第一振膜105与背板104、第二振膜106与背板104会带上极性相反的电荷，从而形成电容，当第一振膜105和第二振膜106在声波的作用下产生振动，背板104与第一振膜105和第二振膜106之间的距离会发生变化，从而导致电容系统的电容发生改变，进而将声波信号转化为了电信号，实现麦克风的相应功能。在本实施例中，第一振膜105和第二振膜106是矩形的，在第一振膜105朝向第一绝缘间隙108的表面且过振膜104的几何中心设有第一绝缘支撑件110，并且可以理解的，第一振膜105也可以是其他的形状，例如圆形、椭圆形等，而且第一绝缘支撑件可以不过第一振膜的几何中心。背板104朝向第二绝缘间隙109的表面且过背板104的几何中心设有第二绝缘支撑件111。
在MEMS麦克风未通电工作时，第一绝缘支撑件110与背板104相隔一定距离，第二绝缘支撑件111与第二振膜106相隔一定距离。
如图4所示，在MEMS麦克风通电工作时，第一绝缘支撑件110与背板104抵接，从而将第一振膜105分为两个振动单元，并且在MEMS麦克风的整个工作过程中，第一绝缘支撑件110都不会与背板104分开。任意一个振动单元均与背板104形成电容，而此时，第二绝缘支撑件111与第二振膜106分隔一定距离。背板104朝向第一绝缘间隙108和第二绝缘间隙109的表面上与标号为A1和A2对应的区域均设有电极，电极和电极之间是彼此绝缘的，第一振膜105和第二振膜106上可以只设置一个电极，也可以在第一振膜和第二振膜上与标号A1和A2对应的区域分别设置电极，不论如何设置，在只有一个第一绝缘支撑件的情况下，两个振膜与一个背板共同形成4个电容，因此整个MEMS麦克风的灵敏度和信噪比被提高了。第二绝缘支撑件111在MEMS麦克风通电工作的状态下并不会与第二振膜106抵接，其在图2中横截面的长度约为背板104与第二振膜106之间间隙宽度的三分之二，这样第二绝缘支撑件111能够起到最优的高声压保护效果，也就是说，当第二振膜在承受高声压时，第二绝缘支撑件能够起到限制第二振膜振动幅度的作用，避免第二振膜在这种情况下的损坏。
图5表示的是，在MEMS麦克风通电工作的状态下，当第二绝缘支撑件111与第二振膜106抵接时的工作状态。此时，第二振膜106被分为了两个振动单元，任意一个振动单元均与背板104形成电容，此时，第一绝缘支撑件110与背板104分隔一定距离。同理，背板104朝向第一绝缘间隙108和第二绝缘间隙109的表面上与标号为A1和A2对应的区域均设有电极，电极和电极之间是彼此绝缘的，第一振膜105和第二振膜106上可以只设置一个电极，也可以在第一振膜和第二振膜上与标号A1和A2对应的区域分别设置电极，不论如何设置，在只有一个第一绝缘支撑件的情况下，两个振膜与一个背板共同形成4个电容。第一绝缘支撑件110在MEMS麦克风通电工作的状态下并不会与背板104抵接，其在图2中横截面的长度约为背板104与第一振膜105之间间隙宽度的三分之二，这样第一绝缘支撑件110能够起到最优的高声压保护效果，也就是说，当第一振膜在承受高声压时，第一绝缘支撑件能够起到限制第一振膜振动幅度的作用，避免第一振膜在这种情况下的损坏。
同时，第一绝缘支撑件110与背板104抵接力的大小，或者是第二绝缘支撑件111与第二振膜106抵接力的大小取决于加在第一振膜105与背板104或者第二振膜106与背板104之间的电压大小。
此外，为了防止各振动单元在振动过程中与背板104吸附，还在背板104分别靠近第一绝缘间隙108和第二绝缘间隙109的表面上设置了若干个绝缘凸起112，绝缘凸起112在MEMS麦克风通电工作时并不会带电，因此它起到的作用仅仅是防止各振动单元在振动过程中与背板粘接而已。
在该实施例中，背板104朝向第一绝缘间隙108的表面、以及第二振膜106朝向第二绝缘间隙109的表面还设有限位挡板113，限位挡板113围成了一个限位槽，这两个限位槽分别与第一绝缘支撑件110和第二绝缘支撑件111的位置相对应。当第一绝缘支撑件110与背板104抵接时，刚好落入到限位槽内，这样使得第一绝缘支撑件与背板的抵接更加可靠。或者，当第二绝缘支撑件111与第二振膜106抵接时，刚好落入到第二振膜106上的限位槽内。限位槽可以由两平行间隔设置的限位挡板形成，也可以由跑道型的限位挡板形成。
值得注意的是，第一绝缘支撑件110和第二绝缘支撑件111的设置方式并不局限于本实施例给出的方式，除此之外，还有其他三种设置方式，分别是：
1）第一绝缘支撑件110设置在背板104朝向第一绝缘间隙的表面上，第二绝缘支撑件111设置在背板104朝向第二绝缘间隙的表面上；
2）第一绝缘支撑件110设置在第一振膜105上，第二绝缘支撑件111设置在第二振膜上；
3）第一绝缘支撑件110设置在背板104朝向第一绝缘间隙108的表面上，第二绝缘支撑件111设置在第二振膜106上。
MEMS麦克风通电工作时，第一绝缘支撑件或第二绝缘支撑件分别将第一振膜和第二振膜分成了至少两个振动单元，这些振动单元均与背板形成电容，进而提高了MEMS麦克风的整体灵敏度和信噪比，同时这种结构的MEMS麦克风还兼具高声压保护功能，制作工艺不仅简单，而且生产成本低廉。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底以及设于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括背板以及与所述背板相对且分别设置在所述背板两侧的第一振膜和第二振膜，所述第一振膜和第二振膜与背板分隔一定距离并分别形成第一绝缘间隙和第二绝缘间隙，其特征在于：该MEMS麦克风还包括分别位于所述第一绝缘间隙和第二绝缘间隙内的至少一个第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件，所述第一绝缘支撑件与所述第一振膜或背板相连，所述第二绝缘支撑件与所述第二振膜或背板相连；
在该MEMS麦克风未通电工作时，所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜相隔一定距离，所述第二绝缘支撑件与所述背板或第二振膜相隔一定距离；
在该MEMS麦克风通电工作时，所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜抵接，从而将所述第一振膜分为至少两个振动单元，任一所述振动单元均与所述背板形成电容，而所述第二绝缘支撑件与所述第二振膜或背板相隔一定距离；或
所述第二绝缘支撑件与所述第二振膜或背板抵接，从而将所述第二振膜分为至少两个振动单元，任一所述振动单元均与所述背板形成电容，而所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜相隔一定距离。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，在所述MEMS麦克风通电工作时，所述第一绝缘支撑件与所述背板或第一振膜抵接，所述第二绝缘支撑件横截面的长度为所述背板与所述第二振膜之间间隙宽度的三分之二。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，在所述MEMS麦克风通电工作时，所述第二绝缘支撑件与所述背板或第二振膜抵接，所述第一绝缘支撑件横截面的长度为所述背板与所述第一振膜之间间隙宽度的三分之二。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板朝向所述第一绝缘间隙和第二绝缘间隙的表面均设有若干个防止所述振动单元与所述背板粘接的绝缘凸起。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述基底具有上表面和与所述上表面相对的下表面，所述上表面上设有绝缘层，所述背腔贯通所述上表面、所述绝缘层以及所述下表面；所述电容系统通过该绝缘层与所述基底绝缘相连。
6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板或第一振膜朝向第一绝缘间隙的表面、和/或所述背板或第二振膜朝向所述第二绝缘间隙的表面还设有限位挡板和由限位挡板围成的限位槽，所述限位槽与所述第一绝缘支撑件或第二绝缘支撑件的位置对应。
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