CN104105040A - 一种mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS麦克风，包括：基底；贯穿所述基底的声腔；设置在所述基底正面，位于所述声腔四周的第一绝缘层；设置在所述第一绝缘层表面，且覆盖与所述声腔相对的区域的设定形状的振膜；设置在所述正面表面与所述第一绝缘层相对区域的第二绝缘层；设置在所述第二绝缘层表面，且覆盖所述振膜与所述声腔相对区域的背极，所述背极形状与所述振膜形状相匹配；其中，所述振膜的振动区域包括：加强筋区域以及包围所述加强筋区域的纹膜区域；所述加强筋区域设置有与所述振动区域径向平行的加强筋；所述纹膜区域设置有纹膜。所述MEMS麦克风通过所述加强筋提高了振膜与背极之间声压的均匀性，保证了将声音信号转换为电信号的性能。

Description

一种MEMS麦克风

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，更具体地说，涉及一种MEMS麦克风。

背景技术

近年来，利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System，简称MEMS)工艺集成的MEMS麦克风由于具有封装体积小、可靠性高、成本低等优点，本广泛应用于手机、平板电脑、相机、助听器、智能玩具以及监听装置等电子产品中。

MEMS麦克风在声腔的一个开口处设置有相对设置的振膜和背极。所述振膜和背极之间具有间距，所述振膜与背极形成检测电容。不同强度的声音振动导致所述振膜与所述背极之间的声压不同，从而导致所述振膜发生不同程度的振动，进而使得所述检测电容改变，通过声音控制芯片感知所述检测电容的变化，从而实现将声音信号转换为电信号，实现对声音信号的探测。

现有的MEMS麦克风会由于振膜四周与中间振动幅度不同，会导致其与背极之间的声压不均匀，从而影响MEMS麦克风将声音信号转换为电信号的性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种MEMS麦克风，提高了振膜与背极之间声压的均匀性，保证了MEMS麦克风将声音信号转换为电信号的性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种MEMS麦克风，该MEMS麦克风包括：

基底；

贯穿所述基底的声腔；

设置在所述基底正面，位于所述声腔四周的第一绝缘层；

设置在所述第一绝缘层表面，且覆盖与所述声腔相对的区域的设定形状的振膜；

设置在所述振膜表面与所述第一绝缘层相对区域的第二绝缘层；

设置在所述第二绝缘层表面，且覆盖所述振膜与所述声腔相对区域的背极，所述背极形状与所述振膜形状相匹配；

其中，所述振膜的振动区域包括：加强筋区域以及包围所述加强筋区域的纹膜区域；所述加强筋区域设置有与所述振动区域径向平行的加强筋；所述纹膜区域设置有纹膜。

优选的，在上述MEMS麦克风中，所述加强筋区域设置有多条加强筋，所述加强筋通过所述振动区域的中心，所述加强筋相对于所述中心对称，且相邻两个加强筋之间的夹角相同。

优选的，在上述MEMS麦克风中，所述加强筋区域设置有多条加强筋，所述加强筋的一端与所述振动区域的中心重合，任意相邻两个加强筋之间的夹角相同，任意两条所述加强筋不在同一直线。

优选的，在上述MEMS麦克风中，所述加强筋区域包括：中心圆形区域，所述中心圆形区域的圆心为所述振动区域的中心；所述加强筋区域设置有多条加强筋，所述加强筋的一端朝向所述中心且位于所述圆形区域的圆形边缘，另一端背离所述中心；任意相邻两个加强筋之间的夹角相同。

优选的，在上述MEMS麦克风中，还包括：

设置在所述中心圆形区域的同心圆环结构加强筋。

优选的，在上述MEMS麦克风中，所述加强筋是设置在所述振膜正面的加强筋凹槽，所述加强筋凹槽的延伸方向平行于所述振动区域径向。

优选的，在上述MEMS麦克风中，所述加强筋凹槽的宽度范围为0.4μm-10μm，包括端点值；所述加强筋凹槽的深度范围为0.1μm-20μm，包括端点值；所述加强筋凹槽之间的间距为0.4μm-10μm，包括端点值。

优选的，在上述MEMS麦克风中，所述纹膜为设置在所述纹膜区域的纹膜凹槽。

优选的，在上述MEMS麦克风中，所述纹膜凹槽的宽度范围为0.4μm-10μm，包括端点值；所述纹膜凹槽的深度范围为0.1μm-20μm，包括端点值；所述纹膜凹槽的间距为0.4μm-10μm，包括端点值。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的MEMS麦克风包括：基底；贯穿所述基底的声腔；设置在所述基底正面，位于所述声腔四周的第一绝缘层；设置在所述第一绝缘层表面，且覆盖与所述声腔相对的区域的设定形状的振膜；设置在所述振膜表面与所述第一绝缘层相对区域的第二绝缘层；设置在所述第二绝缘层表面，且覆盖所述振膜与所述声腔相对区域的背极，所述背极形状与所述振膜形状相匹配；其中，所述振膜的振动区域包括：加强筋区域以及包围所述加强筋区域的纹膜区域；所述加强筋区域设置有与所述振动区域径向平行的加强筋；所述纹膜区域设置有纹膜。所述技术方案通过所述加强筋提高了振膜与背极之间声压的均匀性，保证了MEMS麦克风将声音信号转换为电信号的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种MEMS麦克风的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所述，现有的MEMS麦克风会由于振膜四周与中间振动幅度不同，会导致其与背极之间的声压不均匀，从而影响MEMS麦克风将声音信号转换为电信号的性能。

发明人发现，可以通过在所述振膜的中间区域设置与所述振膜径向平行的加强筋结构均衡所述振膜振动时的张力，从而可以使得其在振动时的振动幅度均匀性好，从而保证振膜与背极之间的声压均匀性，保证MEMS麦克风将声音信号转换为电信号的性能。

基于上述研究，本申请实施例提供了一种MEMS麦克风，包括：基底；贯穿所述基底的声腔；设置在所述基底正面，位于所述声腔四周的第一绝缘层；设置在所述第一绝缘层表面，且覆盖与所述声腔相对的区域的设定形状的振膜；设置在所述振膜表面与所述第一绝缘层相对区域的第二绝缘层；设置在所述第二绝缘层表面，且覆盖所述振膜与所述声腔相对区域的背极，所述背极形状与所述振膜形状相匹配。

其中，所述振膜的振动区域包括：加强筋区域以及包围所述加强筋区域的纹膜区域；所述加强筋区域设置有与所述振动区域径向平行的加强筋；所述纹膜区域设置有纹膜。

通过设置平行于所述振动区域径向的加强筋能够用于均衡振膜振动时的张力，可以均衡所述振膜与所述声腔对应的振动区域的四周部分与中间部分的振动幅度，使得四周部分与中间部分的振动幅度相同或是相近，进而可以使得背极与振膜之间的声压均匀，将声音信号转换为电信号的性能较好。

参考图1，图1为本申请实施例提供的一种MEMS麦克风的结构示意图，包括：基底1、声腔6、第一绝缘层2、振膜3、第二绝缘层4以及背极5。

所述基底1设置有贯穿所述基底1的声腔6。所述基底1可以为硅晶圆衬底，可以通过刻蚀或是激光打孔等方式在所述基底1上形成所述声腔6。

所述第一绝缘层2设置在所述基底1的正面，且位于所述声腔6的四周。所述第一绝缘层可以为二氧化硅层或是氮化硅层。

所述振膜3设置在所述第一绝缘层2表面，且覆盖与所述声腔6相对的区域。所述振膜的振动区域包括加强筋区域以及包围所述加强筋区域的纹膜区域。其中，所述振动区域为所述振膜与所述声腔6相对的区域，如当所述声腔6为圆柱形通孔时所述振动区域为圆形，当所述声腔6为矩形通孔时，所述振动区域为矩形。所述振动区域径向为过所述振东区域中心且在所述振东区域平面内的任意直线的方向。

参考图2，图2为本申请实施例提供的一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图，所述振膜3的纹膜区域设置纹膜7。本实施例中所述纹膜7为多个间隔分布的环状纹膜凹槽。即所述振膜振动区域的正面的四周设置有多个间隔分布的圆环形凹槽。所述振膜3通过振膜引出电极31与外部电路连接。在图2实施方式中，所述振膜3为圆形。在本实施例中，设置所述纹膜凹槽的宽度范围为0.4μm-10μm，包括端点值；所述纹膜凹槽的深度范围为0.1μm-20μm，包括端点值；所述纹膜凹槽的间距为0.4μm-10μm，包括端点值。

由于所述振膜四周区域固定在所述第一绝缘层上，所述振动区域悬空，导致振动区域的四周部分与中间部分受到的张力不均匀，这会导致四周受到的张力较大，当其振动时，中间部分的振动幅度大于四周部分，从而使得振膜3与背极5之间的声压不均匀。通过设置所述环状纹膜凹槽，能够分散所述振膜3靠近所述第一绝缘层2区域的张力，使得振动区域四周部分的振动幅度靠近其中间部分的振动幅度。为了避免所述振膜3在设置纹膜凹槽时破裂，在所述振膜3背面与所述环状纹膜凹槽7相对的设置有环状凸起8。

所述加强筋区域设置有与所述振动区域径向平行的加强筋9。所述加强筋9用于进一步使得所述振膜3与所述背极5之间的声压均匀。

通过设置与所述振动区域径向平行的加强筋9，当所述振膜3振动时，所述加强筋9能够分散振动方向上的张力，降低振膜3中间部分的振动幅度，使得其中间部分与四周部分的振动幅度相同或相近，进而使得振膜3与背极5之间具有均匀的电压，即使得二者之间的声压均匀。

所述加强筋9的与所述振动区域的径向平行，且其延伸方向通过所述振动区域的圆心，这样所述加强筋9能够更好的均衡所述振膜3受到的张力，使得振膜与背极之间的声压更加均匀。

在图2所示实施方式中，所述加强筋区域设置有多条加强筋9，所述加强筋9通过所述振动区域的中心，所述加强筋9相对于所述中心对称，且相邻两个加强筋之间的夹角相同，以使得振膜平整性好，张力均匀。图2所示实施方式优选的设置3条所述加强筋9。

参考图3，图3为本申请实施例提供的另一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图，在图3所示实施方式中，所述加强筋区域设置有多条加强筋9，所述加强筋9的一端与所述振动区域的中心重合，任意相邻两个加强筋9之间的夹角相同(以使得振膜平整性好，张力均匀)，任意两条所述加强筋9不在同一直线。图3所示实施方式优选的设置所述加强筋9条数为3。

参考图4，图4为本申请实施例提供的又一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图，在图4所示实施方式中，所述加强筋区域包括：中心圆形区域A，所述中心圆形区域A的圆心为所述振动区域的中心；所述加强筋区域设置有多条加强筋9，所述加强筋9的一端朝向所述中心且位于所述圆形区域A的圆形边缘，另一端背离所述中心；任意相邻两个加强筋9之间的夹角相同，以使得振膜平整性好，张力均匀。图4所示实施方式优选的设置8条所述加强筋9。图4中虚线圆形仅是为了示出所述中心圆形区域A，在实际结构中并不存在该虚线圆形。

参考图5，图5为本申请实施例提供的又一种MEMS麦克风的振膜的结构示意图，图5所示实施方式在图4的基础上进一步包括：设置在所述中心圆形区域的同心圆环结构加强筋51。

在上述各个实施方式中，所述振膜3为圆形，在其他实施方式中，所述振膜3还可以为多边形，如四边形，八边形等；所述加强筋9可以是设置在所述振膜3正面的加强筋凹槽，所述加强筋凹槽的延伸方向平行于所述声腔的径向。为了避免由于设置所述加强筋凹槽导致的所述振膜3的均布厚度不均匀，避免其断裂，所述MEMS麦克风还包括：设置在所述振膜3的背面与所述加强筋凹槽相对的振膜凸起12。当所述加强筋9为设置在所述振膜3正面的加强筋凹槽时，为了避免由于所述加强筋凹槽导致的振膜3与背极之间的间距增大，所述MEMS麦克风还包括：设置在所述背极5背面与所述加强筋凹槽相对的背极凸起13，为了避免由于设置所述背极凸起13导致的所述背极5厚度增大，避免背极5的应力分布不均匀，所述MEMS麦克风还包括：设置在所述背极5正面与所述背极凸起13相对设置的背极凹槽14。

在本实施例中，设置所述加强筋凹槽的宽度范围为0.4μm-10μm，包括端点值；所述加强筋凹槽的深度范围为0.1μm-20μm，包括端点值；所述加强筋凹槽之间的间距为0.4μm-10μm，包括端点值。

所述第二绝缘层4设置在所述振膜3与所述第一绝缘层2相对的区域表面。所述第二绝缘层4同样可以是二氧化硅层或是氮化硅层。

所述背极5设置在所述第二绝缘层4的表面，且覆盖所述振膜3与所述声腔6相对的区域，所述背极5与所述振膜3不接触。所述背极5的形状与所述振膜3的形状相匹配，即二者的外边缘的形状结构相同，以便于所述振膜3与所述背极5外边缘正对设置，使得二者之间的检测电容均匀，能够保证二者之间的声压均匀。

为了使得所述背极5与所述振膜3在振动方向(垂直于振膜的方向)上各处间距相同或相近，使得二者之间的检测电容均匀，保证声压的均匀，所述背极5的背面与所述环状纹膜凹槽相对的区域设置有环状凸起10。所述背极5正面与所述环状凸起10相对的区域设置有环状凹槽11，通过设置所述环状凹槽11，避免由于设置所述环状凸起10导致所述背极5易断裂的问题。本申请实施例所述MEMS麦克风还包括：贯穿所述背极5的贯穿孔，所述贯穿孔用于平衡所述背极5与所述振膜3之间空间的声压，便于所述振膜3振动。需要说明的是，本实施例附图中并未示出所述贯穿孔，所述贯穿孔在所述背极5上的设置位置与个数可以根据需求设定，在此不做限定。

本申请实施例所述MEMS麦克风可以通过设置与所述振膜径向平行的加强筋结构均衡所述振膜振动时的张力，从而可以使得其在振动时的振动幅度均匀性好，从而保证振膜与背极之间的声压均匀性，保证MEMS麦克风将声音信号转换为电信号的性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：

基底；

贯穿所述基底的声腔；

设置在所述基底正面，位于所述声腔四周的第一绝缘层；

设置在所述第一绝缘层表面，且覆盖与所述声腔相对的区域的设定形状的振膜；

设置在所述振膜表面与所述第一绝缘层相对区域的第二绝缘层；

设置在所述第二绝缘层表面，且覆盖所述振膜与所述声腔相对区域的背极，所述背极形状与所述振膜形状相匹配；

其中，所述振膜的振动区域包括：加强筋区域以及包围所述加强筋区域的纹膜区域；所述加强筋区域设置有与所述振动区域径向平行的加强筋；所述纹膜区域设置有纹膜。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述加强筋区域设置有多条加强筋，所述加强筋通过所述振动区域的中心，所述加强筋相对于所述中心对称，且相邻两个加强筋之间的夹角相同。

3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述加强筋区域设置有多条加强筋，所述加强筋的一端与所述振动区域的中心重合，任意相邻两个加强筋之间的夹角相同，任意两条所述加强筋不在同一直线。

4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述加强筋区域包括：中心圆形区域，所述中心圆形区域的圆心为所述振动区域的中心；所述加强筋区域设置有多条加强筋，所述加强筋的一端朝向所述中心且位于所述圆形区域的圆形边缘，另一端背离所述中心；任意相邻两个加强筋之间的夹角相同。

5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于，还包括：

设置在所述中心圆形区域的同心圆环结构加强筋。

6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述加强筋是设置在所述振膜正面的加强筋凹槽，所述加强筋凹槽的延伸方向平行于所述振动区域径向。

7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述加强筋凹槽的宽度范围为0.4μm-10μm，包括端点值；所述加强筋凹槽的深度范围为0.1μm-20μm，包括端点值；所述加强筋凹槽之间的间距为0.4μm-10μm，包括端点值。

8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述纹膜为设置在所述纹膜区域的纹膜凹槽。

9.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述纹膜凹槽的宽度范围为0.4μm-10μm，包括端点值；所述纹膜凹槽的深度范围为0.1μm-20μm，包括端点值；所述纹膜凹槽的间距为0.4μm-10μm，包括端点值。