CN104284290B - 具有mems结构和在支撑结构中的通风路径的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有MEMS结构和在支撑结构中的通风路径的装置，该装置包括：支撑结构；设置在支撑结构中的声音端口；以及包括声学地耦合至声音端口的隔膜的MEMS结构。隔膜将接触隔膜的第一侧的第一空间与接触隔膜的相对的第二侧的第二空间分隔开。装置进一步包括设置在支撑结构中并且从声音端口延伸至第二空间的可调通风路径。

Description

具有MEMS结构和在支撑结构中的通风路径的装置
技术领域
本发明总体涉及一种在包括MEMS结构的装置中的通风路径。
背景技术
通常，以低成本大量制造麦克风。由于这些需求，可以在硅技术中制造麦克风。可以针对它们不同的应用领域而采用不同配置来制造麦克风。在一个示例中，麦克风可以例如通过测量隔膜相对于对电极(counter electrode)的形变或者偏转(deflection)来测量电容的改变。通常可以通过将偏置电压设置为合适的值来操作麦克风。
麦克风可以具有操作和其他参数，诸如信噪比(SNR)、隔膜或对电极的刚性、或者通常可以由制造工艺设置的隔膜的直径。此外，麦克风可以基于制造工艺中使用的不同材料而具有不同的特性。
发明内容
根据本发明实施例，一种装置可以包括具有支撑结构的MEMS结构、机械地连接至支撑结构的基板、以及机械地连接至基板的隔膜。隔膜可以将接触隔膜的第一侧的第一空间与接触隔膜的相对的第二侧的第二空间分隔开。装置可以进一步包括在隔膜的第一侧处声学地耦合至隔膜的声音端口，声音端口形成在支撑结构和基板中。MEMS结构可以进一步包括穿过支撑结构从声音端口延伸至第二空间的通风路径。
根据本发明另一实施例，一种装置可以包括MEMS结构，该MEMS结构包括基板以及可以机械地连接至基板的隔膜，隔膜将接触隔膜的第一侧的第一空间与接触隔膜的相对的第二侧的第二空间分隔开。装置可以进一步包括包围MEMS结构的壳体以及形成在壳体中的声音端口，声音端口声学地耦合至第一空间。装置可以进一步包括穿过壳体在声音端口与第二空间之间从声音端口延伸至第二空间的通风路径。
附图说明
为了更完整理解本发明及其优点，现在结合附图参照以下说明书，其中：
图1a示出了MEMS结构的顶视图；
图1b示出了MEMS结构的连接区域的详细透视图；
图1c示出了MEMS结构的连接区域的剖视图；
图2a至图2c示出了可调通风开口的剖视图；
图2d示出了可调通风开口的顶视图；
图2e示出了转角频率或者阈值频率的图；
图3a至图3d示出了可调通风开口的不同配置；
图4a示出了MEMS结构的剖视图，其中隔膜被拉向背板；
图4b示出了MEMS结构的剖视图，其中隔膜被拉向基板；
图5a示出了MEMS结构的剖视图；
图5b示出了图5a的MEMS结构的顶视图；
图6a示出了未被致动的MEMS结构的剖视图；
图6b示出了被致动的MEMS结构的剖视图；
图7a示出了未被致动的MEMS结构的剖视图；
图7b示出了被致动的MEMS结构的剖视图；
图7c示出了图7a的MEMS结构的顶视图；
图8a示出了MEMS结构的操作的流程图，其中可调通风开口初始关闭；
图8b示出了MEMS结构的操作的流程图，其中可调通风开口初始开启；
图8c示出了MEMS结构的操作的流程图，其中开启可调通风开口以从第一应用设置切换至第二应用设置；
图8d示出了MEMS结构的操作的流程图，其中关闭可调通风开口以从第一应用设置切换至第二应用设置；
图9a示出了具有无源可调通风开口的MEMS结构的剖视图；
图9b示出了具有无源可调通风开口的MEMS结构的顶视图；
图10a示出了转角频率随无源可调通风开口的末端偏转的变化的图；
图10b示出了包括位于隔膜上的悬臂的可调通风开口的剖视图；
图11a至图11f各自示出了可调通风开口的顶视图；
图12示出了包括装置壳体的MEMS结构或装置的正视图，其中可调通风开口位于隔膜上；
图13a示出了包括装置壳体的MEMS结构或装置的正视图，其中可调通风开口位于支撑结构上；
图13b示出了包括装置壳体的MEMS结构或装置的正视图，其中可调通风开口位于盖体上；
图13c示出了MEMS结构的剖视图，其中可调通风开口位于背板上；
图13d示出了包括壳体的MEMS装置，其中可调通风开口位于壳体中；
图14a和图14b示出了MEMS装置的另一变形例；
图15示出了包括穿过支撑结构而连接声音端口与在隔膜的相对侧处空间的通风路径的本发明的实施例；
图16示出了类似于图15的实施例的本发明的另一实施例，其中支撑结构具有两层并且由MEMS结构的基板界定通风路径的一侧；
图17示出了类似于图15的本发明的另一实施例，其中支撑结构具有单层并且通风路径被形成为支撑结构中的凹陷；以及
图18示出了类似于图15的本发明的另一实施例，其中声音端口和通风路径均从形成在应用层结构(例如移动手机)中的声音孔延伸。
具体实施方式
以下详细讨论本发明优选实施例的制造和使用。然而应该知晓的是本发明提供了可以体现在大量具体环境中的许多可用的创新性构思。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体方式的示意说明，并且并不限定本发明的范围。
将参照具体上下文中的实施例(也即传感器或麦克风)来描述本发明。然而本发明也可以适用于诸如压力传感器、RF MEMS、加速度计和致动器之类的其他MEMS结构。此外，具体实施例将主要地假定空气作为其中压力波传播的媒介。然而本发明绝非限定于空气并且将在许多媒介中具有应用。
麦克风可以被实现为在芯片上的平行板电容器。可以包围给定的背腔(back-volume)来封装芯片。由于诸如声学信号引起的差值之类的压力差而使得可移动隔膜可以振动。隔膜位移可以使用电容性感测技术转换为电信号。
图1a示出了MEMS装置100的顶视图。背板或对电极120和可移动电极或隔膜130可以经由连接区域115而连接至基板110。图1b和图1c示出了MEMS装置100的一个连接区域115的详细透视图。图1b示出了来自图1a的切块155的顶视图，而图1c示出了相同区域的剖视图。背板或对电极120可以布置在隔膜或者可移动电极130之上。背板120可以被穿孔以避免或减轻阻尼。隔膜130可以包括用于低频压力平衡的通风孔140。考虑到本文中所描述的可调通风孔，通风孔140是可选的并且可以包括或者不包括在本文中所讨论的各个实施例中。
在图1a至图1c中，隔膜130可以在连接区域115中机械地连接至基板110。在这些连接区域115中，隔膜130通常无法移动。背板120也可以在连接区域115中机械地连接至基板110。基板110可以形成凸缘122以提供用于背腔的空间。隔膜130和背板120可以在凸缘122处或靠近凸缘122而连接至基板。凸缘122和隔膜130可以形成圆环。备选地，凸缘122和隔膜130可以包括方形或者可以包括任何其他合适的几何形式。
通常，设计和制造传感器可能需要高的信噪比(SNR)。除了其他方面，当待测电容的变化尽可能大并且寄生电容尽可能小时可以实现高SNR。通常，相对于总电容，电容的寄生部分越大，则SNR越小。
背腔与穿过通风孔的通风路径的电阻的一致性可以限定传感器的机械RC常数。如果通风孔大或者如果使用多个孔，则转角频率可以是相对较高的频率，并且如果通风孔小，则转角频率可以是相对较低的频率。背腔以及通风孔的直径和数目均可以由构造给定，并且因此可以由构造给定转角频率。因此，只要提供了固定的通风孔，就可能无法在操作期间改变转角频率。
固定尺寸通风孔的问题可能在于，即便应用了电学滤波器，具有在通风孔的转角频率以上的频率的高能信号也可以使传感器失真或者过驱动传感器。此外，如果传感器用于多于一种应用，则两个传感器可能必需集成在一个传感器系统中，这使得系统成本倍增。
本发明的实施例可以提供在MEMS结构中的可调通风开口。可调通风开口可以在开启位置和关闭位置之间切换。可调通风开口也可以设置在中间位置。本发明的另一实施例可以提供一种可变通风开口截面。本发明的实施例可以提供一种在靠近基板的凸缘的感测区域中的可变通风开口。其他实施例可以提供一种在位于隔膜的感测区域外的调整区域中的可调通风开口。本发明的另一实施例可以提供一种位于隔膜、背板、基板、支撑结构、装置壳体或者盖体中的无源地被致动的可调通风开口。这些各种实施例例如可以单独地或者以任意组合而实施。
图2a至图2c示出了在两者之间可能具有空气间隙240的背板或对电极250和隔膜或可移动电极230的剖视图。背板250可以被穿孔252并且隔膜230可以包括可调通风开口238。图2d示出了该布置的顶视图，其中圆圈表示穿孔的背板250、252并且阴影平面是下层隔膜230。可调通风孔238的可移动部分237可以形成为U形槽口239。可调通风开口238可以包括矩形、方形或半圆形形式。备选地，可调通风开口238可以包括任何几何形式，只要该形式能够提供通风路径。可调通风开口238的可移动部分237可以是悬臂、桥梁或弹簧支撑的结构。
图2a示出了其中致动电压(偏置电压)Vbias＝0的配置。可调通风开口238可以关闭，在隔膜230中形成了小槽口239。不施加致动电压提供了最小通风路径并且因此提供了低阈值频率。可调通风开口238可以处于关闭或OFF(未被致动)位置。这种低阈值频率的示例可以视作图2e中的频率“A”。
图2b示出了其中可以增大致动电压Vbias的配置，也即致动电压Vbias可以不同于0V但是低于吸合电压Vpull-in。可调通风开口238可以开启并且提供比图2a的配置中更大的通风路径。阈值频率可以视作图2e中的频率“B”。应该注意的是，当可移动部分237的位移大于隔膜230的厚度时，可调通风开口238可以提供尺寸可变的通风路径。
图2c示出了其中致动电压Vbias可以大于吸合电压Vpull-in的配置。可调通风开口238可以完全开启并且可以形成大的通风路径。阈值频率可以视作图2e中的频率“C”。通过调整致动电压，RC常数可以减小或者增大，并且可以根据所需值设置阈值频率。应该注意的是，对于低于吸合电压的致动电压，可调通风开口可以已经完全开启。
现在参照图2e，在一个示例中，阈值频率“A”可以约为10－50Hz，并且可以移动至作为阈值频率“C”的约200－500Hz。备选地，“A”中的阈值频率可以约为10－20Hz，并且可以移动至“C”中的约200－300Hz。在另一示例中，阈值频率“A”将是10－100Hz，并且可以改变至“C”中的500－2000Hz。
位置“A”中的阈值频率也可以取决于可调通风开口的数目以及槽口在隔膜中形成的间隙距离。位置“A”中的阈值频率针对具有更多可调通风开口(例如32个可调通风开口)的MEMS结构可以高于针对具有较少可调通风开口(例如2、4、或8个可调通风开口)的MEMS结构。阈值频率针对具有限定了可调通风开口的更大槽口间隙(更大槽口宽度和/或更大槽口长度)的MEMS结构也可以高于针对具有更小槽口间隙的MEMS结构。
图3a示出了致动电压(调谐或切换电压)的配置，其中致动电压可以等同于感测偏置。MEMS结构可以包括在背板350上的单个电极、空气间隙340以及隔膜330。背板350的电极可以被设置为致动电势并且隔膜330可以被设置为接地。可调通风开口338可以采用低致动电压而关闭(OFF位置)并且采用高致动电压而开启(ON位置)。低致动电压可以导致低转角或阈值频率和低的MEMS结构灵敏性，并且高致动电压可以导致高转角或阈值频率以及高灵敏性。
图3b示出了其中致动电压(调谐或切换电压)可以独立于感测偏置的配置。MEMS结构可以包括结构化的背板350(例如具有至少两个电极的背板)、空气间隙340以及隔膜330。背板350的第二电极352可以被设置为致动电势，并且第一电极351可以被设置为感测电势。隔膜330可以被设置为接地。两个电极可以相互隔离。例如，背板350可以包括结构化的电极和隔离支撑355。隔离支撑355可以面向隔膜330，或者可以背离隔膜330。根据至少一些实施例，调谐或切换电压并不影响MEMS结构的灵敏性。
可调通风开口338可以采用低致动电压而关闭(OFF位置)并且采用高致动电压而开启(ON位置)。低致动电压可以导致低转角或阈值频率，并且高致动电压可以导致高转角或阈值频率。感测偏置可以独立于致动电压，并且可以保持恒定或者独立地减小或增大。
图3c示出了致动电压(调谐或切换电压)的配置，其中致动电压可以等同于感测偏置。MEMS结构可以包括在背板350中的单个电极、空气间隙340和隔膜330。可调通风开口338可以采用高致动电压而关闭(ON位置)并且可以采用低致动电压而开启(OFF位置)。当被致动时，可调通风开口338的可移动部分337可以接触背板350，并且当未被致动时可以与隔膜的剩余部分共面。低致动电压可以导致高转角或阈值频率和MEMS结构的低灵敏性，并且高致动电压可以导致低转角或阈值频率以及MEMS结构的高灵敏性。背板350可以包括通风开口357，并且可调通风开口338的可移动部分337可以包括通风开口336。在可调通风开口338的可移动部分337中的通风开口336可以在ON(或被致动)位置关闭。当可调通风开口处于ON(或被致动)位置时，穿过可调通风开口338可以存在次要通风路径。
图3d示出了致动电压(调谐或切换电压)，其中致动电压可以独立于感测偏置。MEMS结构可以包括结构化的背板350(例如背板可以包括第一电极351和第二电极352)、空气间隙340以及隔膜330。备选地，结构化的背板350可以包括多于两个电极。背板350的第二电极352可以被设置为致动电势，并且第一电极351可以被设置为感测电势。隔膜330可以被设置为接地。第一电极351和第二电极352可以相互隔离。例如，背板350可以包括结构化的电极和隔离支撑355。隔离支撑355可以面向隔膜330，或者背离隔膜330。调谐或切换电压通常并不影响MEMS结构的灵敏性。
可调通风开口可以采用高致动电压(ON位置)而关闭并且采用低致动电压(OFF位置)而开启。低致动电压(OFF位置)可以导致高转角或阈值频率，并且高致动电压(ON位置)可以导致低转角或阈值频率。感测偏置可以独立于致动电压，并且可以保持恒定或者独立地减小或增大。
背板350可以包括通风开口357，并且可调通风开口338的可移动部分337也可以包括通风开口336。在可调通风开口338中的通风开口336可以在ON位置关闭。当可调通风开口338开启时，可以具有穿过背板350的通风开口357以及可调通风开口338的通风开口336的次要通风路径。当可调通风开口338关闭或者处于OFF位置时，可以具有穿过背板350的通风开口357以及可调通风开口338的通风开口336的通风路径。
图4a示出了MEMS结构400的剖视图。MEMS结构包括基板410。基板410可以包括硅或其他半导体材料。备选地，基板410可以包括诸如GaAs、InP、Si/Ge或SiC作为示例的化合物半导体。基板410可以包括单晶硅、非晶硅或多晶硅。基板410可以包括有源部件，诸如晶体管、二极管、电容器、放大器、滤波器或其他电学器件，或者集成电路。MEMS结构400可以是独立装置，或者可以与IC集成在单个芯片中。
MEMS结构400可以进一步包括设置在基板410之上的第一绝缘层或间隔物420。绝缘层420可以包括绝缘材料，诸如二氧化硅、氮化硅或其组合。
MEMS结构400可以进一步包括隔膜430。隔膜430可以是圆形隔膜或方形隔膜。备选地，隔膜430可以包括其他几何形式。隔膜430可以包括诸如多晶硅、掺杂多晶硅或金属之类的导电材料。隔膜430可以设置在绝缘层420之上。隔膜430可以在靠近基板410的凸缘的区域中物理地连接至基板410。
此外，MEMS结构400可以包括设置在隔膜430的一部分之上的第二绝缘层或间隔物440。第二绝缘层440可以包括诸如二氧化硅、氮化硅或其组合的绝缘材料。
背板450可以布置在第二绝缘层或间隔物440之上。背板450可以包括导电材料，诸如多晶硅、掺杂多晶硅或金属，例如铝。此外，背板450可以包括绝缘支撑或绝缘层区域。绝缘支撑可以布置为面向或者背离隔膜430。绝缘层材料可以是二氧化硅、氮化硅或其组合。背板450可以被穿孔。
隔膜430可以包括如上所述至少一个可调通风开口460。可调通风开口460可以包括可移动部分465。在一个示例中，可调通风开口460位于靠近基板410的凸缘的区域中。例如，可调通风开口460可以位于隔膜430的半径的靠外的20％中，或者从中心点至方形或矩形的隔膜430边缘的距离的靠外的20％中。特别地，可调通风开口460可以不位于隔膜430的中心区域中。例如，可调通风开口460可以不位于半径或距离的靠内的80％中。可调通风开口460可以沿着隔膜430的周缘而相互等距分布。
图4a的示例被配置为使得可调通风开口460朝向背板450开启。隔膜430和背板450可以具有如图2a至图2d以及图3a至图3d所述任何配置。背板450可以被设置为感测电压Vbias和致动电压Vp(感测电压和致动电压可以如上所述的那样相同或者不同)，并且隔膜430被设置为接地，反之亦然。
图4b的MEMS结构400示出了类似于图4a的结构。然而，配置是不同的，例如可调通风开口460的可移动部分465被拉向基板410。背板可以被设置为感测电压Vsense，基板可以被设置为致动电压Vp，并且隔膜可以被设置为接地。在MEMS结构400的该配置中，致动电压(调谐或切换电压)可以独立于感测电压。
图5a示出了具有在基板510的一部分之上并且在感测区域533外延伸的隔膜530的MEMS结构500的剖视图，而图5b示出了其顶视图。MEMS结构500可以包括基板510、连接区域520、隔膜530和背板540，其包括如参照图4a所描述的类似材料。隔膜530可以包括感测区域533和调谐区域536。感测区域533可以位于基板510的相对凸缘之间，或者在相对的连接区域520之间。调谐区域536可以在基板510的一部分之上延伸，并且可以位于感测区域533外。感测区域533可以位于连接区域520的第一侧上，并且调谐区域536可以位于连接区域520的第二侧上。凹陷515(在刻蚀下)可以在调谐区域536中形成在隔膜530和基板510之间。背板540可以仅位于感测区域533上，而不位于隔膜530的调谐区域536上。背板540可以被穿孔。背板540可以被设置为偏置电压Vbias，基板510可以被设置为调谐电压Vp，而隔膜可以被设置为接地。在MEMS结构500的该配置中，调谐电压可以独立于感测电压。
隔膜530的调谐区域536可以包括至少一个可调通风开口538，其在未被致动位置(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。未被致动或开启位置(OFF位置)可以是其中可调通风开口538可以在其静止位置与感测区域533中的隔膜530共面的位置。被致动或者关闭位置(ON位置)可以是其中可调通风开口538抵压基板510并且通风路径被阻断的位置。中间位置可以通过将可调通风开口538拉向基板510但是其中可调通风开口538并未抵压基板510来设置。应该注意的是感测区域533可以包括或者可以不包括可调通风开口538。
图6a和图6b示出了MEMS结构600的剖视图，MEMS结构600具有在基板610的位于感测区域633外的部分之上延伸的隔膜630。MEMS结构600可以包括基板610、连接区域620、隔膜630以及背板640，其可以包括与参照图4a所描述的类似材料。隔膜630可以包括感测区域633和调谐区域636。感测区域633可以位于基板610的相对凸缘之间或者在相对连接区域620之间。调谐区域636可以在基板610的一部分之上延伸并且可以位于感测区域633外。感测区域633可以位于连接区域620的第一侧上，并且调谐区域636可以位于连接区域620的第二侧上。凹陷615可以在调谐区域636中形成在隔膜630与基板610之间。
背板640可以覆盖在隔膜630的感测区域633和调谐区域636上。背板640可以在感测区域633和调谐区域中被穿孔。备选地，背板640可以在感测区域633中被穿孔，但是在调谐区域636中未被穿孔。背板640可以包括第一电极641和第二电极642。备选地，背板640可以包括多于两个电极。第一电极641可以与第二电极642隔离。第一电极641可以设置在感测区域633中，而第二电极642可以设置在调谐区域636中。第一电极641可以被设置为偏置电压Vsense，并且第二电极642设置为调谐电压Vp。隔膜630可以被设置为接地。在MEMS结构600的该配置中，调谐电压可以独立于感测电压。
隔膜630的调谐区域636可以包括一个或多个可调通风开口638，其可以在图6a中在未被致动位置(OFF位置)提供通风路径并且在图6b中在被致动位置(ON位置)不提供通风路径。开启位置或未被致动(OFF位置)可以是其中可调通风开口638可以在其静止位置与感测区域633中的隔膜630共面位置。关闭位置或被致动位置(ON位置)可以是其中可调通风开口638抵压背板640并且通风路径被阻断的位置。当其未处于被致动位置(OFF位置)时MEMS结构600可以提供通风路径和高转角频率。当其处于被致动位置(ON位置)时MEMS结构600可以提供关闭的通风路径和低转角频率。可以通过将可调通风开口638拉向背板640但是其中可调通风开口638并未抵压背板640来设置中间位置。应该注意的是感测区域633可以包括或者不包括可调通风开口638。
背板640可以包括通风开口639，而隔膜630可以包括在调谐区域636中的可调通风开口638。在一个示例中，通风开口639和可调通风开口638可以相对于彼此反向对准。
图7a和图7b示出了具有在基板710的一部分之上并且在感测区域733外延伸的隔膜730的MEMS结构700的剖视图，而图7c示出了其顶视图。MEMS结构700可以包括基板710、连接区域720、隔膜730和背板740，其可以包括参照图4a所描述的类似材料。背板740可以包括感测背板(例如圆形或矩形)741和背板桥梁742。
隔膜730可以包括感测区域733和调谐区域736。感测区域733可以位于基板710的相对凸缘之间或者在相对的连接区域720之间。调谐区域736可以在基板710的一部分之上延伸并且可以位于感测区域733外。感测区域733可以位于连接区域720的第一侧上，而调谐区域736可以位于连接区域720的第二侧上。凹陷715(在刻蚀下)可以在调谐区域736中形成在隔膜730和基板710之间。隔膜730可以包括由槽口735形成的可调通风开口738。槽口735可以形成如图2a至图2c所述的可移动部分以用于可调通风开口738。
背板740可以覆盖在隔膜730的感测区域733和调谐区域736上。例如，感测背板741(第一电极)可以覆盖在感测区域733上，而背板桥梁742(第二电极)可以覆盖在调谐区域736上。备选地，背板740可以包括多于两个电极。第一电极741可以与第二电极742隔离。第一电极741可以被设置为偏置电压Vsense，而第二电极742可以被设置为调谐电压Vp。隔膜730可以被设置为接地。在MEMS结构700的该配置中，调谐电压可以独立于感测电压。背板740可以在感测区域733和调谐区域736中被穿孔。备选地，背板740可以在感测区域733中被穿孔而在调谐区域736中未被穿孔。背板桥梁742可以包括通风开口749。
隔膜730的调谐区域736可以包括一个或多个可调通风开口738，其可以在图7b中在被致动位置(ON位置)提供通风路径而在图7a中在未被致动位置(OFF位置)可以提供较小的通风路径。关闭或者未被致动位置(OFF位置)可以是其中可调通风开口738在其静止位置与感测区域733中的隔膜730共面的位置。开启或者被致动位置(ON位置)可以是其中可调通风开口738抵压背板740并且通风路径开启的位置。当其处于被致动位置(ON位置)时MEMS结构700可以提供通风路径和高转角频率。当其处于未被致动位置(OFF位置)时MEMS结构700可以提供关闭的通风路径和低转角频率。可以通过将可调通风开口738拉向背板740但是其中可调通风开口738并未抵压背板740来设置中间位置。应该注意的是感测区域733可以包括或者不包括可调通风开口738。
图8a示出了操作MEMS结构的示例。在第一步骤810处，可以通过相对于背板移动隔膜来感测声学信号。可调通风开口可以在关闭位置。在下一个步骤812处，可以检测高能信号。在步骤814处，可以将可调通风开口从关闭位置移动至开启位置。开启位置可以是完全开启位置或者部分开启位置。
图8b示出了操作MEMS结构的示例。在第一步骤820中，可以通过相对于背板移动隔膜来感测声学信号。可调通风开口可以在被致动的(ON)关闭位置。在下一个步骤822中，可以检测高能信号。在步骤824中，可以将可调通风开口从被致动的(ON)关闭位置移动至未被致动的(OFF)开启位置。开启位置可以是完全开启位置或者部分开启位置。
图8c示出了操作MEMS结构的示例。在第一步骤830中，MEMS结构可以在第一应用设置中，从而通过相对于背板移动隔膜来感测声学信号。可调通风开口可以在关闭位置。在第二步骤832中，MEMS结构可以在第二应用设置中，从而通过相对于背板移动隔膜来感测声学信号。可调通风开口可以从关闭位置移动至开启位置。开启位置可以是完全开启位置或者部分开启位置。
图8d示出了操作MEMS结构的示例。在第一步骤840中，MEMS结构可以在第一应用设置中，从而通过相对于背板移动隔膜来感测声学信号。可调通风开口可以在开启位置。在第二步骤842中，MEMS结构可以在第二应用设置中，从而通过相对于背板移动隔膜来感测声学信号。可调通风开口可以从开启位置移动至关闭位置。关闭位置可以是完全关闭位置或者部分关闭位置。
另一示例涉及一种无源地被致动的可调通风开口。可调通风开口可以是无源的，因为其并不接收任何控制输入。可以由作用在其上的压力差来机械地致动可调通风开口。
图9a和图9b示出了具有在隔膜上的无源地被致动的可调通风开口的MEMS结构900。图9a示出了MEMS结构900的剖视图，其包括隔膜901、背板902和通风开口903。背板902可以被穿孔有背板穿孔912。背板902和隔膜901可以分隔开间隙距离904。间隙距离可以范围从0.5μm至5μm。在一个示例中，间隙距离约为2μm。
在该示例中，通风开口903可以位于隔膜901中。如以下所述，其他位置也是可能的。开口903由被配置为当由力或者压力差作用时偏转的柔性结构913形成。作为MEMS麦克风的典型，隔膜901可以将由压力A表征的第一空间905与由压力B表征的第二空间906分隔开。
在MEMS麦克风的典型操作中，压力A和压力B之间的差值引起隔膜偏转。可以从跨可以用作电容器极板的隔膜901和背板902的改变电压感测偏转。在示例中，空间905和906中压力A和B之间差值可以引起柔性结构913机械地致动。无需来自控制机制的输入。柔性结构913可以由机械刚度表征，机械刚度可以确定何种压力差将引起变化的致动水平。
柔性结构913的示例可以具有不同的机械几何形状、长度、宽度、厚度或者材料，均被裁切以选择机械刚度的值。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)可以强烈地影响流过开口的流体的量。流过开口的流体的量可以影响可以多快地减小空间905和906之间的压力差。
图9b示出了MEMS结构900的示例的顶视图，其中可调通风开口903位于背板窗口922之下(或之上)。背板窗口922位于背板902的外边缘附近，类似于图1a和图1b所示的示例。
相对于具有无源地被致动的可调通风开口的MEMS结构的示例，可以解决至少两个特定类型问题。这些问题是涉及低频噪声的问题，以及涉及破坏性高压力事件的问题。固定的通风开口可以防止对于隔膜的损害，但是可以通过限制带宽而降低麦克风的灵敏度。无源可调通风开口可以提供更高的带宽以及对于破坏性高压力事件的保护。无源可调通风开口相对于这两类问题的行为可以在三种情形中进行描述。
情形1关于中等压力或低压力的低频信号(例如上至约120dB SPL)。如前所述，具有等效时间常数的通风槽口可以用作具有转角频率的高通滤波器。对于情形1，非可调通风槽口可以提供在低频信号之上的转角频率。采用无源可调通风开口，情形1中信号的相对低压力将通常不会引起通风开口开启。再次参照图9a，在空间905和空间906之间的压力差几乎没有减小。可以采用全带宽来感测低频信号。
情形2关于低频噪声。通常在低频下相对较高压力信号(例如具有在约100Hz以下的频率的在约120和140dB SPL之间的噪声)可以在典型情形下遇到。这种类型的噪声的示例将是当驾驶敞篷汽车时的风声噪音或者当路过立体音响系统时的低频音乐。然而，在这些情形下可能期望由MEMS麦克风同时检测更高频率信号(例如正常语音)。在该情形下，无源可调通风开口可以由低频高压力噪声自调整。在空间905与906之间的高压力差可以引起通风开口开启并且减小压力差。更高频率的更低压力信号可以仍然激励隔膜并且允许由MEMS麦克风采用减小的信噪比来感测信号。
情形3关于极端过压破坏性信号。这是当麦克风掉落或者至隔膜的路径受到机械冲击而引起大的压力流量到达并且冲击隔膜时(例如当人手指触碰麦克风输入时)的情形。这些极端信号可以通过引起隔膜破裂或断裂而引起麦克风失效。固定的通风孔可以用于保护麦克风免受极端过压。然而，孔越大(并且因此更好保护防范更大冲击)，由通风孔引起的高通滤波器的转角频率越高。如此方式，在减小带宽的代价下可以获得更好的保护。
对于无源可调通风开口，情形3的极端过压事件可以引起通风开口从其自身压力差而自致动并且开启以减小空间905和空间906之间的压力差。如在情形1中所见，开口对于正常压力信号不致动。因此可以保护麦克风免受极端过压事件的损伤，但是可以维持感测低频信号所需的大带宽。无源可调通风开口可以不采用任何控制机制而提供对情形1至3中所见的问题的解决方案。
无源通风开口(或多个开口)可以仅是设置在隔膜中的开口。备选地，也可以包括固定开口(例如小孔)。在另一备选例中，可以包括被致动的开口与无源开口组合。例如，被致动的开口可以用于调谐频率转角，而无源开口设计用以防止损伤(例如情形3)。也应该理解的是所有三种类型可以用于相同装置中。
图10a示出了MEMS结构或MEMS装置的示例的机械响应。图10a示出了随着跨通风开口的压力差增大，转角频率1001随无源可调通风开口的末端偏转1002的变化。转角频率变化之前在图2e中已经描述。
图10b示出了包括悬臂1011的无源可调通风开口1010的示例。在由具有压力A的空间1012与具有压力B的空间1013之间压力差引起的偏转中示出了悬臂1011。在图10b的具体示例中，悬臂1011的长度可以是70μm并且悬臂1011的宽度可以是20μm。在其他示例中，悬臂1011的长度可以范围从10至500μm，并且悬臂1011的宽度可以范围从5至100μm。在另一示例中，每个通风开口的悬臂数目也可以范围从1至许多。
图11a至图11f示出了可调通风开口的各种示例。图11a示出了包括方形柔性结构1101的可调通风开口1110的示例。柔性结构1101可以包括长度1102、宽度1103以及开口间隙1104。在各个示例中，长度与宽度的比例可以范围从约1:1至约10:1。开口间隙1104可以通常在约0.5和5μm之间。
图11b示出了在开口间隙1104的端部处具有小开口1125的可调通风开口1120的示例。在柔性结构1101的角部处的这些小开口1125可以用作固定通风孔或者可以被配置用于影响柔性结构1101的机械刚度。在示例中，小开口1125也可以意味着减小开槽应力。
图11c示出了具有圆拱形柔性结构1101以及将翼片1101与隔膜的剩余部分分隔开的开口间隙1104的可调通风开口1130的示例。柔性结构1101的形状可以影响经过开口的空气流体动力学。形状可以改变在柔性结构(小位移)1101的初始开口中以及柔性结构1101(大位移)的较大开口中的流速。因此形状可以直接影响可以多快地产生压力差减小。除了圆形或方形形状之外，可以使用任何其他合理的结构(例如三角形、锯齿形或其他多边形)。
图11d示出了在开口间隙1104的端部处具有弯曲的开口1145的可调通风开口的示例。弯曲的开口可以用于从悬臂基部释放开槽应力的目的。
图11e示出了具有包括蜿蜒的开口间隙1104的缠绕柔性结构1101的可调通风开口1150的示例。该结构可以提供增大的空气流而同时维持柔性结构1101的更高机械刚度。
图11f示出了可调通风开口的示例，其中具有单独的开口间隙1104的两个柔性结构1101彼此相邻布置。可以包括额外的槽口1105以增大通风并且增加结构柔性。槽口1105可以减小可调通风开口1160的刚度并且可以允许整个结构进一步位移。结构1101可以具有不同尺寸或相同尺寸的开口间隙1104。结构1101可以具有相同或不同宽度1103或长度1102。可调通风开口1160可以包括整个隔膜或者开口可以包括更大隔膜的小部分。可以选择参数以便于改进可调通风开口和麦克风的功能。
在图11a至图11f中的示例意在示出可以在包括各种几何形状和尺寸的许多示例中制造可调通风开口。这些各种示例的一个或多个可以一起使用。此外应该注意的是可以在这些结构中使用任何材料。在各种示例中，可调通风开口可以包括波纹曲面和/或防粘机构，诸如凸块和/或涂层。
在其他示例中，可调通风开口可以包括比其中可调通风开口是其一部分的结构更薄或更厚的材料。为了增大(通过更厚的机械结构)或者减小(通过更薄的机械结构)可调通风开口的机械刚度，可以改变柔性结构的结构厚度。在隔膜上包括可调通风开口的示例中，可以使用通常用于制造MEMS或微电子器件的技术来微制作该结构。在制造工艺期间，可以选择性刻蚀(例如通过使用光刻胶以保护其他区域)柔性结构以制造更薄的机械结构。备选地，柔性结构可以具有沉积在其上的额外材料或者隔膜的围绕结构材料可以被刻蚀多于柔性结构自身。在任何这些示例中，可以有效地改变柔性结构的结构层厚度以产生不同的机械刚度值以及改进的可调通风开口性能。
示例可以包括多个可调通风开口。包括多于一个可调通风开口可以是有意义的，因为高通滤波器的转角频率可以随着可调通风开口的数目线性缩放。此外，包括多个通风孔可以减小故障(例如由阻塞单个通风孔的灰尘引起)的风险。
图12和图13a至图13d示出了具有无源可调通风开口的不同配置的各个示例。再次，可以组合这些各个示例的特征。
图12示出了在装置壳体中已封装的MEMS麦克风1200的示例。装置壳体可以包括支撑结构1202和盖体结构1203。支撑结构1202例如可以由诸如印刷电路板的叠层形成。支撑结构1202可以包括在内表面上的电接触以连接至壳体内的部件，例如MEMS1201和ASIC(专用集成电路)1204。这些接触可以被路由经过支撑结构1202以从外部进行访问。
盖体1203可以用于包围装置1200的部件。在所示示例中，盖体1203可以在背板1221之上留下空气空间。该空气间隙由于背板1221中孔而可以与在隔膜1211正上方的空间处于相同压力，该空气间隙可以提供根据其确定压力差的压力之一。盖体1203可以由金属、塑料或层叠材料、以及适用于盖体结构的任何其他材料制成。
MEMS结构1201可以附接至支撑结构1202。如上所述，MEMS结构可以包括隔膜1211和背板1221。声音端口1207可以提供用于压力波(例如声音信号)穿过支撑结构1202到达隔膜1211的路径。
感测电子模块1204也可以附接至支撑结构1202。感测电子模块1204可以连接至MEMS结构1201。感测电子模块1204可以被配置用于感测跨隔膜1211和背板1221的变化电压。入射在隔膜上的声音信号可以引起隔膜偏转。可以通过跨两个元件的变化电压来反映将隔膜1211和背板1221分隔开的间隙中所产生的改变。感测电子模块1204可以处理该变化电压信号以提供包含入射音波的音频信息的输出信号。
在图12的具体示例中，隔膜1211可以包括可调通风开口1208。隔膜1211可以将具有压力A的空间1205与具有压力B的空间1206分隔开。在一个示例中可调通风开口1208可以包括悬臂。由于空间1205与1206之间A与B的大压力差，可以机械地致动可调通风开口1208以偏转，反之亦然。对于MEMS结构1201的感测范围内的压力信号，可调通风开口1208可以非常小地偏转或者不偏转。
在各个示例中，MEMS结构1201可以包括基板。在各个示例中，基板可以是支撑结构1202或者单独的基板。在其他示例中，支撑结构可以是印刷电路板(PCB)或者作为装置壳体一部分的塑料或层叠结构。
在另外其他示例中，声音端口1207可以提供对与背板1221相对侧空间1205中隔膜1211的访问，或者声音端口1207可以提供对在与背板1221相同侧上空间1206中隔膜1211的访问(例如穿过盖体结构1203)。在该具体示例中，空间1205可以被密封，并且将不存在支撑结构1202中的声音端口1207。
迄今所述示例包括在隔膜中的可调通风开口。这仅仅是一个可能位置。如参照图13a至图13d所述，通风开口可以位于装置的其他部分中。
图13a示出了其中可调通风开口1208可以并入到支撑结构1202中的示例。在该情形中，可调通风开口1208将通过空间1205和空间1206之间压力差进行致动。尽管MEMS结构1201中的隔膜1211可能并未提供任何通风开口，但是支撑结构1202中的可调通风开口1208可以提供解决之前所述三种情形的问题所需的压力减小。作为支撑结构1202的一部分，如果需要的话，有可能使得可调通风开口1208大于如果其作为隔膜1211的一部分的情形。孔的尺寸可以范围从0.1至1mm，并且截面形状(例如圆形、矩形、方形)可以改变。
图13b示出了装置壳体1200的示例，其中可调通风开口1208可以并入到盖体结构1203中。类似于图13a，可调通风开口1208可以提供在空间1205和空间1206之间压力差的减小。位于盖体结构1203中的可调通风开口1208可以为许多尺寸和配置。在盖体1203中定位开口1208可以提供易于在装置壳体1200顶部处访问的优点。
图13c示出了穿过MEMS结构1201的截面的示例。MEMS结构1201可以包括背板1221、隔膜1211、间隔层1209、以及支撑结构1202。在示例中，可调通风开口1208可以并入在背板1221上。背板1221也可以包括背板穿孔1210。隔膜1211可以将具有压力A的空间1205与具有压力B的空间1206分隔开。可调通风开口1208可以针对从空间1205中的压力A到空间1206中的压力B的压力差而提供通道，以便如果压力差大则减小压力差。无源可调通风开口1208的行为可以通过之前解释说明的三个情形来描述。在典型的感测中，无源可调通风开口1208可以保持关闭。间隔层1209可以包括任何材料。在一些示例中，间隔层1209可以是硅、氧化物、聚合物或一些合成物。在示例中，支撑结构1202可以包括基板。在另一示例中，支撑结构1202可以包括印刷电路板(PCB)。在又一示例中，支撑结构1202可以包括塑料或层叠材料。
图13d示出了包括壳体1230的示例。壳体1230可以包括装置壳体1200、声音端口1207、压力旁路端口1237以及可调通风开口1238。装置壳体可以包括MEMS结构1201、支撑结构1202、盖体结构1203以及感测电子模块1204。MEMS结构1201可以包括背板1221和隔膜1211。隔膜可以将具有压力A的空间1205与具有压力B的空间1206分隔开。可调通风开口1238可以将空间1205与具有压力C的空间1236分隔开。压力旁路端口1237与可调通风开口1238的组合可以为进入空间1205中的声音端口1207的信号提供通路，使得在空间1205中的压力A与空间1206中的压力B或者空间1236中的压力C之间的大压力差被减小至空间1236中。该示例证明了无需向装置或MEMS结构中并入可调通风开口，而是可以有效地用作壳体的一部分。
图14a和图14b示出了包括MEMS结构1400的备选示例。图14a示出了包括由围绕周缘的弹簧所支撑的隔膜1401的结构1400的顶视图。弹簧可以由隔膜1401构成，其中从选定部分移除了槽口1402。如所示，悬臂可以由弹簧形状的间隙所包围，以使得间隙的至少两个部分与悬臂的区域(在该情形中，每侧)相邻。尽管槽口示出为由方形角部相连，但是这些角部可以备选地为圆形。
图14b示出了当通风孔处于开启位置时从图14a的截面14b截取的剖视图。隔膜1401可以将具有压力A的空间1406与具有压力B的空间1407分隔开。槽口1402的宽度可以由开口间隙1404给定。隔膜1401可以附接至基板1405。在图14b中，在大位移中示出隔膜，其中空间1406中的压力A可以远大于空间1407中的压力B。在高压力差的该情形下，隔膜1401可以比隔膜厚度进一步偏转，从而提供了大大增强的通风。
图12、图13a至图13d以及图14a至图14b采用醒目的表达意图展示了大量示例，其中可调通风开口可以并入到MEMS结构、装置壳体、封装、基板的任何部分中，或者整个系统的任何部分中。在这些示例中，可调通风开口可以将与隔膜接触的第一空间和通常与隔膜的相对侧接触的第二空间分隔开。然而第二空间并非必需与隔膜的相对侧接触。
图15示出了根据实施例的装置1500的截面的示意性透视图。装置1500可以包括壳体支撑结构1502和MEMS结构1201。MEMS结构1201可以包括机械地连接至壳体支撑结构1502的基板1510。MEMS结构1201可以以间接方式(例如经由插入的元件或层)机械地连接至壳体支撑结构1502。MEMS结构1201可以进一步包括隔膜1211，隔膜1211经由插入元件和/或材料层以直接方式或以间接方式机械地连接至基板1510。隔膜1211可以将接触隔膜1211的第一侧的第一空间1205与接触隔膜1211的相对的第二侧的第二空间1206分隔开。装置1500可以进一步包括在隔膜的第一侧处声学地耦合至隔膜1211的声音端口1207，声音端口1207形成在壳体支撑结构1502和基板1510中。装置1500也可以包括通风路径1537、1538，通风路径1537、1538穿过壳体支撑结构1502从声音端口1207延伸至第二空间1206。
在麦克风系统中，可能需要保护隔膜免受可以在由例如跌落造成的突然冲击事件中引起的过压。非常稳健的隔膜相对于灵敏性和可制造性而言可以并非是最佳的。作为备选例，可以构思通过隔膜中的翼片或者通过作为示例的应用中的结构性保护手段进行通风。结构性保护手段可以是在声音端口中引入垫片和阻尼材料。根据图15以及可能后续附图中的至少一个的实施例，可以提出可以在底部端口麦克风的壳体中构造通风。通风路径可以限定在壳体的基部PCB板中从声音端口(前端区域或“第一空间”)指向内腔(背腔或“第二空间”)。可以期望该通风路径仅在过压的事件中开启。最后，阀元件可以被引入到通风路径中。该阀或者阀元件可以包括例如橡胶片、聚合物膜、一片柔性基板等，以使其可以在超过例如200Pa的压力下开启。阀元件可以是柔性的，以便如果正常声学压力进入换能器则处于静止位置。换言之，可以从声音端口至背侧区域提供阀控通风路径。
通常，可以相对容易并且以低成本在壳体支撑结构1502中制造通风路径1537、1538。因为通风路径连接声音端口1207与第二空间1206，第二空间1206在相对侧处接触隔膜1211，所以在声音端口1207内的过压可以直接排放至所述第二空间中，以使得声音端口1207内的过压不仅可以减小(如例如根据图13d的实施例的情形)，而且同时第二空间1206内的压力可以增大。结果，可以通常更好地和/或更快地保护隔膜1211以防范在声音端口1207处突然发生过压事件。在声音端口1207处的过压事件已经结束之后，过压通常可以保持在第二空间1206中，其可以通过被配置用于提供静态压力平衡的通风孔140(图1b)而缓慢地排放至声音端口1207。在备选例中，静态压力平衡可以通过通风路径1537、1538、1637、1737发生。在通风路径是阀控通风路径的情形下，可调通风开口1208可以允许少量空气从第二空间1208流向声音端口1207。
装置1500可以进一步包括被配置用于减小声音端口1207与第二空间1206之间压力差的可调通风开口1208，其中可调通风开口1208可以根据第一空间1205与第二空间1206之间压力差的变化而无源地被致动。
可调通风开口1208可以包括附接至壳体支撑结构1502的表面的回弹性翼片，所述表面接触第二空间1206。
可调通风开口1208可以包括橡胶片、聚合物膜、柔性基板材料片以及回弹性金属片的至少一个。此外，或者在备选例中，可调通风开口1208可以包括悬臂。
通风路径1537、1538可以是阀控通风路径，其被配置为响应于在声音端口1207处相对于第二空间1206的的过压而开启，并且另外假设处于关闭的静止位置。
对于如图15所示实施例，壳体支撑结构1502可以包括三个层1532、1534和1536。通风路径1537、1538可以包括在中间层1534中的细长切块1537，其可以从声音端口1207横向地延伸至并未位于基板1510下方的横向位置。通风路径可以进一步包括在所述横向位置处在壳体支撑结构1502的上层1532中的孔1538。孔1538可以临时地由可调通风开口1208关闭。当可调通风开口1208可以临时开启时(例如由于相对于第二空间1206的在声音端口1207中的过压)，孔1538可以向第二空间1206开启。
可以通过形成在壳体支撑结构1502的底表面处的接触焊盘1592、1594、1596来电连接ASIC1204和/或MEMS结构。也可以提供穿过壳体支撑结构1502的电连接1593。此外，ASIC1204可以由键合线或者类似电连接而电连接至MEMS结构1201。
壳体支撑结构1502可以包括至少两个层。其至少第一层被构造为横向地限定通风路径，并且其至少第二层在相对于至少两个层的平面延伸的法线方向上限制通风路径。
图16和图17示出了根据其他实施例的截面的透视图。根据如图16所示实施例的装置1600可以包括具有两个层1532和1534的壳体支撑结构1602。通风路径可以被形成为在上层1532中的细长切块1637。细长切块1637可以由MEMS结构1201的基板1510部分地覆盖。可调通风开口1208可以与基板1510相邻。
根据图17，壳体支撑结构1702可以包括单个层并且通风路径可以由壳体支撑结构1702的单个层中的凹陷1737形成。凹陷1737可以由MEMS结构1201的基板1510部分地覆盖。
壳体支撑结构1502、1602、1702可以包括沿横向方向从声音端口1207延伸至基板1510的覆盖区外的位置的凹陷和通道中的至少一个，其中凹陷或通道可以向壳体支撑结构1502、1602、1702的表面开启，所述表面接触第二空间1206。
图18示出了根据另一实施例的截面的示意性透视图。根据图18实施例的装置1800可以包括壳体支撑结构1802。声音端口1207可以由壳体支撑结构1802中的第一开口形成，并且可以在基板1510内继续直至其与第一空间1205重合。可以由壳体支撑结构1802中的第二开口形成通风路径1837，第二开口1837与第一开口1207相邻。第一开口1207和第二开口1837均可以在支撑结构的第一表面与支撑结构的相对的第二表面之间延伸。第一表面可以对应于壳体支撑结构1802的平面表面，该平面表面在图18中示出为与应用层结构1830接触的下表面。壳体支撑结构1802的第二表面可以是大部分与第二空间1206相邻的表面，除了由基板1510或ASIC1204或者安装至所述第二表面的可能其他部件所覆盖的部分之外。
可以发生在声音端口1207处的过压可以经由通风路径1837有效地排放。过压可以首先沿着壳体支撑结构1802的底表面的一部分流动，所述部分在第二开口1207与可以是通风路径的一部分的开口1837之间延伸。随后过压可以沿着开口1837流动，可以开启可调通风开口(翼片)1208并且可以释放至第二空间1206中。如根据图15至图17的实施例，图18中的通风路径可以穿过壳体支撑结构1802并且可以从声音端口1207延伸至第二空间1206。
声音端口1207和通风路径1837均可以从壳体支撑结构1802的第一表面内的公共表面区域1889延伸，公共表面区域1889可以对应于形成在应用层结构1830内的声音孔1882。应用层结构1830可以例如是移动电话的印刷电路板(PCB)，或者壳体，或者PCB加上移动电话、智能手机、平板电脑、数码相机或其他电子装置的壳体。可以通常向例如作为供应商部分的移动电话制造商提供装置1800，以由移动电话制造商集成到移动电话等中。
根据备选实施例，声音端口1207和通风路径1837可以从壳体支撑结构1802的第一表面内的公共表面区域延伸，该公共表面区域可以由密封件1894、焊料环、具有密封性质的焊料环或类似元件界定。
装置和/或MEMS结构可以是底部端口声音换能器。
装置可以进一步包括机械地连接至壳体支撑结构1502、1602、1702、1802并且包围第二空间1206的壳体1203。
通风路径1537、1538、1637、1737、1837可以结束于壳体支撑结构1502、1602、1702的表面的位置处，所述位置从基板1510横向地位移。
根据其他实施例，根据本发明的装置1500、1600、1700、1800可以包括壳体支撑结构1502、1602、1702、1802，以及机械地连接至支撑结构的隔膜1211。隔膜1211可以将接触隔膜的第一侧的第一空间1205与接触隔膜1211的相对的第二侧的第二空间1206分隔开。装置1500、1600、1700可以进一步包括在隔膜的第一侧处声学地耦合至隔膜1211的声音端口1207，声音端口1207形成在支撑结构中。装置也可以包括声学地耦合至声音端口1207并且形成在壳体支撑结构1502、1602、1702的表面处的可调通风开口1208，可调通风开口1208被配置用于减小声音端口与第二空间之间的压力差，其中可调通风开口1208可以根据在声音端口1207和第二空间1206之间压力差的变化而被致动。
可调通风开口1208可以包括悬臂，当在静止位置时基本上与壳体支撑结构1502、1602、1702的表面齐平，并且其中悬臂的末端可以被配置为响应于相对于第二空间1206在声音端口1207内的过压而从支撑结构的表面偏转。
装置可以进一步包括形成在壳体支撑结构1502、1602、1702、1802中的通风路径1537、1538、1637、1737、1837，通风路径从声音端口1207延伸至可调通风开口1208。
支撑结构可以包括至少两层1532、1534、1536，其至少第一层被构造为横向地限定从声音端口1207至第二空间1206的通风路径1537、1538、1637、1737，并且至少两层的至少第二层在相对于至少两层1532、1534、1536的平面延伸的法线或正交方向上限制通风路径。
装置可以进一步包括从隔膜1211间隔开间隙距离的背板1221。
其他实施例提供了一种装置，包括：MEMS结构1201，其可以包括基板1510和机械地连接至基板1510的隔膜1211。隔膜1211可以将接触隔膜的第一侧的第一空间1205与接触隔膜的相对的第二侧的第二空间1206分隔开。装置可以进一步包括包围MEMS结构1201的壳体1203以及形成在壳体1203中的声音端口1207，声音端口1207声学地耦合至第一空间1205。装置也可以包括穿过壳体1203从声音端口1207延伸至第二空间1206的通风路径1537、1538、1637、1737、1837。
装置可以进一步包括在通风路径1537、1538、1637、1737、1837内或者与其相邻的可调通风开口1208，其中可调通风开口可以根据声音端口1207和第二空间1206之间压力差的的变化而无源地被致动。
可调通风开口1208可以包括悬臂。
壳体1203可以包括盖体和支撑结构，MEMS结构1201机械地耦合至壳体支撑结构1502、1602、1702、1802，其中支撑结构可以包括声音端口1207和通风路径1537、1538、1637、1737、1837。
壳体1203可以包括例如作为壳体支撑结构1502的印刷电路板，并且声音端口1207和通风路径1537、1538、1637、1737、1837可以形成在印刷电路板中。
如本领域技术人员将认识的那样，可调通风开口将通常包括多个可调通风开口以便于在之前所述三种情形下获得更好性能。因此，本发明的具体实施例将包括多个可调通风开口，多个可调通风开口被包括在之前所述任何结构中或者在之前所述结构的任何组合中(例如隔膜、背板、基板、支撑结构、盖体结构、壳体、封装等)。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应该理解的是可以不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围而做出各种改变、替换和变更。

Claims (26)

1.一种MEMS装置，包括：
支撑结构；
声音端口，设置在所述支撑结构中；
MEMS结构，包括声学地耦合至所述声音端口的隔膜，所述隔膜将接触所述隔膜的第一侧的第一空间与接触所述隔膜的相对的第二侧的第二空间分隔开；以及
可调通风路径，设置在所述支撑结构中并且从所述声音端口延伸至所述第二空间，
其中所述可调通风路径包括可调通风开口，所述可调通风开口包括阀元件，其中所述阀元件未由所述隔膜形成并且未形成在所述隔膜上。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述可调通风开口被配置用于减小所述声音端口与所述第二空间之间的压力差，其中所述可调通风开口根据所述第一空间与所述第二空间之间压力差的变化而被致动。
3.根据权利要求2所述的MEMS装置，其中所述阀元件包括附接至所述支撑结构的表面的翼片，所述表面接触所述第二空间。
4.根据权利要求2所述的MEMS装置，其中所述阀元件包括橡胶片、聚合物膜、柔性基板材料片、和回弹性金属片中的至少一个。
5.根据权利要求2所述的MEMS装置，其中所述阀元件包括悬臂。
6.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述通风路径是阀控通风路径，所述阀控通风路径被配置为响应于在所述声音端口处相对于所述第二空间的过压而开启。
7.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述支撑结构包括沿横向方向从所述声音端口延伸至所述MEMS结构的覆盖区外的位置的凹陷和通道中的至少一个，其中所述凹陷或所述通道向所述支撑结构的接触所述第二空间的表面开启。
8.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述支撑结构包括至少两个层，所述至少两个层中的至少第一层被构造为横向地限定所述通风路径，并且所述至少两个层中的至少第二层在相对于所述至少两个层的平面延伸的法线方向上限制所述通风路径。
9.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述MEMS装置是底部端口声音换能器。
10.根据权利要求1所述的MEMS装置，进一步包括机械地连接至所述支撑结构并且包围所述第二空间的壳体。
11.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述通风路径结束于所述支撑结构的表面的位置处，所述位置从所述MEMS结构横向地位移。
12.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述声音端口包括在所述支撑结构中的第一开口，并且其中所述通风路径包括在所述支撑结构中与所述第一开口相邻的第二开口，其中所述第一开口和所述第二开口均延伸在所述支撑结构的第一表面与所述支撑结构的相对的第二表面之间。
13.根据权利要求12所述的MEMS装置，其中所述声音端口和所述通风路径均从形成在与所述支撑结构的所述第一表面相邻的应用层结构内的声音孔延伸。
14.根据权利要求12所述的MEMS装置，进一步包括在所述支撑结构的所述第一表面处的密封件、焊料环以及具有密封性质的焊料环中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的MEMS装置，其中所述密封件、所述焊料环以及具有密封性质的所述焊料环中的至少一个包围所述第一开口和所述第二开口。
16.一种MEMS装置，包括：
支撑结构；
隔膜，将接触所述隔膜的第一侧的第一空间与接触所述隔膜的相对的第二侧的第二空间分隔开；
声音端口，在所述隔膜的所述第一侧处声学地耦合至所述隔膜，所述声音端口形成在所述支撑结构中；以及
可调通风开口，声学地耦合至所述声音端口并且形成在所述支撑结构的表面处，所述可调通风开口被配置用于减小所述声音端口与所述第二空间之间的压力差，其中所述可调通风开口根据所述声音端口与所述第二空间之间压力差的变化而被致动，其中所述可调通风开口包括阀元件，其中所述阀元件未由所述隔膜形成并且未形成在所述隔膜上。
17.根据权利要求16所述的MEMS装置，其中所述阀元件包括悬臂，所述悬臂在处于静止位置时与所述支撑结构的所述表面齐平，并且其中所述悬臂的末端被配置为响应于在所述声音端口内相对于所述第二空间的过压而从所述支撑结构的所述表面偏转。
18.根据权利要求16所述的MEMS装置，进一步包括形成在所述支撑结构中的通风路径，所述通风路径从所述声音端口延伸至所述可调通风开口。
19.根据权利要求16所述的MEMS装置，其中所述支撑结构包括至少两个层，所述至少两个层中的至少第一层被构造为横向地限定从所述声音端口至所述第二空间的通风路径，并且所述至少两个层中的至少第二层在相对于所述至少两个层的平面延伸的法线方向上限制所述通风路径。
20.一种MEMS装置，包括：
MEMS结构，所述MEMS结构包括隔膜，所述隔膜将接触所述隔膜的第一侧的第一空间与接触所述隔膜的相对的第二侧的第二空间分隔开；
壳体，包围所述MEMS结构；
声音端口，形成在所述壳体中，所述声音端口声学地耦合至所述第一空间；以及
通风路径，穿过所述壳体从所述声音端口延伸至所述第二空间，
其中所述通风路径包括可调通风开口，所述可调通风开口包括阀元件，其中所述阀元件未由所述隔膜形成并且未形成在所述隔膜上。
21.根据权利要求20所述的MEMS装置，其中所述可调通风开口根据在所述声音端口与所述第二空间之间压力差的变化而被致动。
22.根据权利要求21所述的MEMS装置，其中所述阀元件包括悬臂。
23.根据权利要求20所述的MEMS装置，其中所述壳体包括盖体和支撑结构，所述MEMS结构机械地连接至所述支撑结构，其中所述支撑结构包括所述声音端口和所述通风路径。
24.根据权利要求20所述的MEMS装置，其中所述壳体包括印刷电路板，并且其中所述声音端口和所述通风路径形成在所述印刷电路板中。
25.根据权利要求20所述的MEMS装置，其中所述声音端口包括在所述壳体中的第一开口，并且其中所述通风路径包括在所述壳体中与所述第一开口相邻的第二开口，其中所述第一开口和所述第二开口均在所述壳体的第一表面与所述壳体的相对的第二表面之间延伸。
26.根据权利要求25所述的MEMS装置，其中所述声音端口和所述通风路径从在所述壳体的所述第一表面内的公共表面区域延伸，所述公共表面区域由密封件、焊料环以及具有密封性质的焊料环中的至少一个界定。
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