CN104427450B - 多级灵敏度输出的微机电系统麦克风装置以及其电路 - Google Patents

多级灵敏度输出的微机电系统麦克风装置以及其电路 Download PDF

Info

Publication number
CN104427450B
CN104427450B CN201410008559.9A CN201410008559A CN104427450B CN 104427450 B CN104427450 B CN 104427450B CN 201410008559 A CN201410008559 A CN 201410008559A CN 104427450 B CN104427450 B CN 104427450B
Authority
CN
China
Prior art keywords
backboard
vibrating diaphragm
back board
board structure
microphone device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410008559.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104427450A (zh
Inventor
李建兴
谢聪敏
刘志成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solid State System Co Ltd
Original Assignee
Solid State System Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solid State System Co Ltd filed Critical Solid State System Co Ltd
Publication of CN104427450A publication Critical patent/CN104427450A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104427450B publication Critical patent/CN104427450B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/04Microphones
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/005Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/006Interconnection of transducer parts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

本发明公开一种多级灵敏度输出的微机电系统麦克风装置及其电路。该微机电系统装置包含具有空腔的衬底。介电层设置在所述衬底的第二侧上在所述空腔的外围。背板结构与所述介电层一起形成在所述衬底的第一侧上且通过所述空腔暴露。所述背板结构包含至少第一背板以及第二背板。所述第一背板与所述第二背板电性断开且具有用以连接所述空腔与腔室的通风孔。振膜设置在所述背板结构上方相隔一距离,以便在所述背板结构与所述振膜之间形成腔室。所述振膜的外围嵌入在所述介电层中。所述振膜充当共同电极。所述第一背板以及所述第二背板分别充当第一电极单元以及第二电极单元以与所述振膜协力形成独立的两个电容器。

Description

多级灵敏度输出的微机电系统麦克风装置以及其电路
技术领域
本发明涉及微机电系统(micro electro-mechanical system,MEMS)装置。更明确地说,本发明涉及具有多级灵敏度输出的MEMS麦克风装置。
背景技术
MEMS装置(例如,MEMS麦克风或类似装置)是基于半导体制造工艺而形成。因此,MEMS麦克风或MEMS装置的大小可相当小且可实施到各种较大系统中以感测环境信号(例如,声信号或加速信号)。
MEMS装置的感测机制是基于振膜(diaphragm),所述振膜可响应于声压或响应于能够引起振膜变形的任何因素,例如加速力,而振动。归因于振膜的振动或位移,电容改变,以便转换为用于后续应用电路中的电信号。
按照惯例,一个MEMS装置具有其自身的设计灵敏度。然而,当应用系统需要多级灵敏度的MEMS来满足改变的环境状况时,常规方式可能需要实施具有不同灵敏度的多个MEMS装置,以便选择处于使用中的多个 MEMS装置中的一者。此方式将至少导致较大电路成本。
发明内容
MEMS装置可使用共同振膜以在单个MEMS装置中形成至少两个感测电容器。
根据示范性实施例,一种MEMS装置包含:衬底,具有第一侧以及第二侧,其中空腔形成在所述第二侧。介电层设置在所述衬底的所述第二侧上在所述空腔的外围。背板结构与所述介电层一起形成在所述衬底的所述第一侧上且通过所述空腔暴露。所述背板结构包含至少第一背板以及第二背板。所述第一背板与所述第二背板电性断开且具有用以连接所述空腔与腔室的通风孔。振膜设置在所述背板结构上方相隔一距离,以便在所述背板结构与所述振膜之间形成腔室。所述振膜的外围嵌入在所述介电层中。所述振膜充当共同电极。所述第一衬底和所述第一背板分别充当第一电极单元以及第二电极单元以与所述振膜协力形成独立的两个电容器。
本发明还提供一种微机电系统(MEMS)电路,包含如上所述的MEMS 装置。第一电压源耦接到所述MEMS装置中的所述第一背板的所述第一电极单元。第二电压源耦接到所述MEMS装置中的所述第二背板的所述第二电极单元。放大电路用以放大所述第一电极单元处的第一感测信号以及所述第二电极单元处的第二感测信号。
应理解,以上一般描述和以下详细描述都是示范性的,且希望提供对如所主张的本发明的进一步解释。
附图说明
包含附图以提供对本发明的进一步理解,且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。所述附图说明本发明的实施例,且与描述一起用以解释本发明的原理。
图1为根据本发明的实施例的MEMS电路。
图2为根据本发明的实施例的另一MEMS电路。
图3A到图3B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。
图4A到图4B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。
图5为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图。
图6A到图6B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。
图7A到图7B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。
图8A到图8B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。
图9A到图9B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。
图10A到图10B为根据本发明的实施例的MEMS装置的俯视透视图和横截面图。
主要元件标号说明
100:微机电系统装置
100a:第一背板
100b:第二背板
100c:共同振膜
102:第一运算放大器
104:第二运算放大器
106:电阻器
108:电阻器
110:声压
112:多路复用器
114:选择信号
116:运算放大器
200:衬底
202:空腔
204:介电层
206:背板结构
206':第一电极单元
206":第二电极单元
206a:第一背板
206b:第二背板
210a:通风孔
210b:通风孔
212:间隙
214a:第一介电层
214b:第二介电层
216a:第一电极层
216b:第二电极层
220:腔室
222:振膜
224:振膜
224a:第一振膜区域
224b:第二振膜区域
226:通风孔
230:背板
232:背板
234:背板
240:介电层
242a:电极层
242b:电极层
250:第一背板
252:第二背板
300:衬底
302:空腔
304:介电层
306:背板结构
306':第一电极单元
306":第二电极单元
306a:第一背板
306b:第二背板
310a:通风孔
310b:通风孔
312:间隙
320:腔室
322:振膜
Vout1:第一输出信号
Vout2:第二输出信号
VPP1:第一电压源
VPP2:第二电压源
Vpp1:操作电压
Vpp2:操作电压
ΔX1:位移
ΔX2:位移
具体实施方式
公开一种具有多级灵敏度的MEMS装置,其中单个振膜通常用于不同灵敏度。MEMS装置可使用共同振膜以在单个MEMS装置中形成至少两个感测电容器。
提供多个实施例以用于描述本发明。然而,本发明不限于所公开的实施例。另外,所述实施例中的至少两者可允许恰当组合以具有其它实施例。
图1为根据本发明的实施例的MEMS电路。在图1中,提供具有多级灵敏度的MEMS装置100。借助共同振膜100c,多个背板(例如,第一背板100a和第二背板100b)形成在单个MEMS装置100中且进而形成至少两个电容器。借助相同振膜100c形成的两个电容器的电容的变化独立地产生两个感测信号。
在一实例中,第一电压源VPP1通过电阻器106而耦接到MEMS装置 100中的第一背板100a的电极。同样,在一实例中,第二电压源VPP2通过电阻器108而耦接到MEMS装置100中的第二背板100b的电极。
通常,放大电路用以放大第一背板100a的电极处的第一感测信号和第二背板100b的电极处的第二感测信号。
在图1的实例中,放大电路可包含第一运算放大器(OP1)102和第二运算放大器(OP2)104。OP1耦接到第一背板的电极以放大第一感测信号。第二运算放大器耦接到第二背板的电极以放大第二感测信号。第一运算放大器102和第二运算放大器104具有相同放大增益或不同放大增益。
灵敏度机制如下。具有放大增益Gain_1的第一运算放大器102输出第一输出信号Vout1。同样,具有放大增益Gain_2的第二运算放大器104输出第二输出信号Vout2。输出信号Vout1和Vout2的灵敏度如下表达在方程式 (1)和方程式(2)中:
(1)灵敏度
(2)灵敏度
电容器的电容与振膜100c与第一背板100a或第二背板100b之间的距离成反比,所述距离分别由用于气隙的D1和D2表示。ΔX1和ΔX2为由环境因素,例如声压110,引起的两个电容器处的振膜变形,从而导致不同电容。
按照一般性质,ΔX1和ΔX2取决于K,即,振膜的弹性常数。Vpp1和 Vpp2为MEMS电容器上的所施加的操作电压。因此,可考虑改变四个参数ΔX、D、Vpp和Gain中的任一者以具有不同灵敏度,其中省略参数的索引1 和2。后面将描述多个实施例。
图2为根据本发明的实施例的另一MEMS电路。在图2中,图1中的 MEMS电路可通过使用一个多路复用器112以及一个运算放大器116来修改。多路复用器112接收来自第一背板100a的电极的第一感测信号以及来自第二背板100b的电极的第二感测信号,且根据选择信号114而选择第一感测信号以及第二感测信号中的一者作为输出信号。运算放大器放大多路复用器112的输出信号。
图3A到图3B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。在图3A和图3B中,根据示范性实施例的MEMS装置包含:衬底 200,具有第一侧以及第二侧,其中空腔202形成在衬底200的第二侧。将如图1或图2所述的两个电容器作为实例。然而,在相同方面中,如果MEMS 需要具有较多级灵敏度,那么可实施较多电容器。介电层204设置在衬底200 的第二侧上在空腔202的外围。背板结构206与介电层204一起形成在衬底 200的第一侧上且通过空腔202暴露。呈刚性结构的背板结构206包含至少第一电极单元206'中所包含的第一背板206a以及第二电极单元206"中所包含的第二背板206b。第一背板206a以及第二背板206b分别等效于图1到图 2所示的第一背板100a以及第二背板100b。
第一背板206a与第二背板206b电性断开,例如,通过间隙212分离。第一背板206a以及第二背板206b中的每一者分别具有用以连接空腔202与腔室220的通风孔210a、210b。通风孔210a包含在第一背板206a中且通风孔210b包含在第二背板206b中。在此实例中,第一背板206a以及第二背板206b为导电,例如多晶硅层,因此电性断开为必要的以形成独立的电容器。振膜222设置在背板结构206上方相隔一距离,以便在背板结构206与振膜222之间形成腔室220。振膜222的外围嵌入在介电层204中。在一实施例中,振膜222为导电的且充当共同电极。第一电极单元206'的第一背板 206a以及第二电极单元206"的第二背板206b分别充当两个电极,以与作为共同电极的振膜222协力形成独立的两个电容器。
应注意,MEMS装置的制造基于半导体制造工艺。为了形成背板结构 206和振膜222,介电层204包含若干子层且接着在中央区域被移除以形成腔室220。所属领域的技术人员可理解背板结构206和振膜222的制造。由虚线指示的背板结构206仅是为了表达MEMS制造的整个结构中的背板结构206的部分。另外,背板结构206还可包含图中未示但此项技术中已知的在第二侧的衬底200的一部分。背板结构206和振膜222的详细结构不限于附图的实例。然而,制造工艺中实际上涉及多个子背板以与单个振膜协力形成具有不同灵敏度的多个电容器。另外,背板中的每一者和振膜222还可在制造期间将介电层包含于其中。然而,关于MEMS装置,振膜222的功能还充当共同电极且第一背板206a以及第二背板206b的功能还充当两个独立的电极,其可被施加以不同的操作电压。
基于上述结构,操作可实施两个操作电压Vpp1和Vpp2。在所述实例中,振膜222可为阴极或共同接地电压。操作电压Vpp1和Vpp2分别施加到第一电极单元的第一背板206a以及第二电极单元的第二背板206b,在此实例中,第一背板206a以及第二背板206b为导电材料,例如多晶硅。第一背板 206a以及第二背板206b分别与振膜222形成为两个电容器。根据方程式(1) 和方程式(2)的关系,两个电容器导致两个不同灵敏度。
应注意,第一背板206a与第二背板206b两者实体上分离,这是因为第一背板206a和第二背板206b两者为导电的且被施加以不同电压。在替代实施例中,第一背板206a和第二背板206b两者可在相同方面下加以修改。
图4A到图4B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。在图4A到图4B中,图3A到图3B中的第一背板206a和第二背板 206b两者可经修改以包含绝缘层和电极层。在参看图4A到图4B的实例中,背板结构206还包含第一背板206a和第二背板206b。所述实例中的第一背板206a可包含第一介电层214a以及第一电极层216a。同样,第二背板206 还包含第二介电层214b以及第二电极层216b。然而,第一介电层214a以及第二介电层214b可在实体上集成为单个介电层以提供机械支撑强度。第一电极层216a与第二电极层216b电分离以分别充当第一电极以及第二电极,以用于接收两个操作电压。
具有相同参考数字的其它元件与图3A到图3B中的元件相同,且此处以及稍后描述中不再重复地描述。
另外,在基于单个振膜形成多个电容器的相同方面下,将公开其它替代实施例。图5为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图。基于方程式(1)和方程式(2)中的关系,电容器的不同灵敏度还可通过不同弹性性质的振膜实现,从而导致振膜的位移的不同范围。在图5中,振膜224可具有多个区域,例如,第一振膜区域224a以及第二振膜区域224b。第一振膜区域224a通常在振膜的外围区域,且第二振膜区域224b在覆盖振膜224的中央的中央区域。然而,振膜224的厚度不均匀。一般来说,第二振膜区域 224b处的厚度比第一振膜区域224a处的厚度薄。第二振膜区域224b还可称作中央外围区域,第一振膜区域224a其还可称作外围区域。因此,第一振膜区域224a处的振膜224的位移为ΔX1且第二振膜区域224b处的振膜224 的位移为ΔX2,其中ΔX2>ΔX1。
背板结构206还可包含背板230和234,其在位于中央区域的背板232 的外围。然而,取决于不同几何配置,振膜可为盘状或矩形状。
图6A到图6B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。在图6A到图6B的实施例中,振膜224具有第一振膜区域224a以及第二振膜区域224b。第二振膜区域224b充当由第一振膜区域224a的两个外围区域夹着的中央区域。第一振膜区域224a的两个区域以及第二振膜区域224b全部可为条形几何形状。第二振膜区域224b的弹性常数比第一振膜区域224a高。举例来说,第二振膜区域224b比第一振膜区域224a薄。在电路中,振膜224还是共同电极。
背板结构206具有对应于第一振膜区域224a的两个区域以及第二振膜区域224b的三个背板230、232、234。背板232与在第二振膜区域224b处的振膜224形成较高灵敏度的电容器。背板230和背板234与第一振膜区域 224a处的振膜224形成具有较低灵敏度的另一电容器。在制造中,背板230 和背板234在此实例中导电,且可与接合结构直接连接或通过电路间接连接,以连接到操作电压的相同电压源。在所述实例中,展示通过电路间接连接的情形,因此背板230与背板234不直接接合。然而,背板232应与背板230 和背板234电分离且通过操作电压的另一电压源施加。通风孔226类似于图 3A到图3B中的通风孔210a和210b,以连接腔室和空腔202。
在图4A到图4B中与图3A到图3B类似的方面的情况下,背板结构206 可经修改以包含共同介电层。提供另一实施例。图7A到图7B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。
在图7A到图7B中,MEMS结构类似于图6A到图6B中的MEMS结构,除了背板结构206的细节。背板结构206具有在衬底200的空腔202上方的介电层240,其作为基底以提供机械支撑强度。两个区域中的电极层242a 和电极层242b形成在介电层240上。电极层242a的两个区域对应于第一振膜区域224a的两个区域。电极层242b对应于振膜224的第二振膜区域224b。还应注意,在所述实例中,电极层242a的两个区域在侧面直接连接。因此在所述实例中,电极层242a的两个区域处于相同操作电压下且与电极层 242b电分离。电极层242a与介电层240的对应部分大体上可称作第一背板。电极层242b与介电层240的对应部分大体上可称作第二背板。
另外在替代实施例中,图8A到图8B为根据本发明的实施例的MEMS 装置的横截面图和俯视透视图。在图8A到图8B中,在所述实例中,振膜 224的形状为盘状形状。采取图7A到图7B中的方面,在盘状形状中,作为外围区域的振膜224的第一振膜区域224a环绕作为中央电极区域的第二振膜区域224b。另外,第二振膜区域224b的弹性常数可比第一振膜区域224a 高。换句话说,中央区域的第二振膜区域224b为具有振膜224的中央的区域,且外围区域环绕所述中央区域。
对于背板结构206,背板结构206可由所属领域的技术人员在理解的情况下基于图6A到图6B中所展示的结构而修改。然而,关于使用共同介电层以用于提供支撑强度,图8A到图8B中的实施例是基于图7A到图7B中的结构。在图8A到图8B的实例中,背板结构206包含在空腔202之上设置在衬底200上方的作为共同介电层的介电层240,其中通风孔226用以连接空腔202与腔室220。充当中央电极层的第二电极层242b设置在介电层 240上,作为对应于振膜224的第二振膜区域224b的第一背板的一部分。作为外围电极层的第一电极层242a设置在介电层240上,作为对应于振膜224 的第一振膜区域224a的第二背板的一部分。
应注意,第一电极层242a环绕第二电极层242b但电分离。为了引出用于施加用于第二电极层242b的电压的连接端子,第一电极层242a可具有用于使第二电极层242b的连接端子伸出的间隙。然而,所述实施例中的方式并不是唯一选项。
另外,图9A到图9B为根据本发明的实施例的MEMS装置的横截面图和俯视透视图。在图9A到图9B中,以与图3A到图3B类似的结构为实例,替换图3A到图3B中的第一背板206a的第一背板250现在比替换图3A到图3B中的第二背板206b的第二背板252厚。因为厚度不同,所以振膜222 与第一背板250之间的距离为D1且振膜222与第二背板252之间的距离为D2,其中D1<D2。基于方程式(1)和方程式(2),参数D1和D2也是用以改变电容从而导致不同灵敏度的参数。
图9A到图9B中的方面是为了公开对D1和D2的距离的控制。相同机制可应用于本公开的其它实施例。举例来说,图9A到图9B中的实施例可根据图4A到图4B来修改以改变背板结构,或可应用于图5到图8B的实施例。换句话说,本公开中所提供的实施例可恰当地组合成其它实施例。本公开并不提供所有可能实施例。
另外,在上述实施例中,振膜设置在衬底上方比背板结构高。以图3A 到图3B为实例,背板结构206形成在衬底200上且振膜222形成在背板结构206上方。然而,在上述实施例中,背板结构206和振膜222的结构可颠倒。
在所述实例中,图10A到图10B为根据本发明的实施例的MEMS装置的俯视透视图和横截面图。在图10A和图10B中,衬底300具有空腔302。背板结构306与介电层304一起形成在衬底300的第一侧上方。振膜322也与介电层304一起形成在衬底300上方,但通过空腔302暴露。背板结构306 包含至少第一电极单元306'中所包含的第一背板306a以及第二电极单元306"中所包含的第二背板306b。
第一背板306a与第二背板306b电性断开,例如,通过间隙312分离。第一背板306a以及第二背板306b中的每一者分别具有用以连接空腔302与腔室320的通风孔310a、310b。通风孔310a包含在第一背板306a中且通风孔310b包含在第二背板306b中。在此实例中,第一背板306a以及第二背板306b为导电的(例如,多晶硅层),因此电性断开为必要的以形成独立的电容器。振膜322设置在背板结构306下方相隔距离D,以便在背板结构306 与振膜322之间形成腔室320。作为实例,振膜322的外围嵌入在介电层304 中。在所述实施例中,振膜322为导电的且充当共同电极。第一电极单元306' 的第一背板306a以及第二电极单元306"的第二背板306b分别充当两个电极,以与作为共同电极的振膜322协力形成独立的两个电容器。
如图10A到图10B所公开,振膜322在背板结构306下方且通过空腔 302暴露。此改变可应用于其它上述实施例。
所属领域的技术人员将明白,可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明的结构作各种修改和变化。鉴于以上描述,希望本发明涵盖本发明的修改和变化,只要所述修改和变化落入所附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims (18)

1.一种微机电系统麦克风装置,包括:
衬底,具有第一侧以及第二侧,其中空腔形成在所述第二侧;
背板结构,形成在所述衬底的所述第一侧上方,其中所述背板结构包含至少第一背板以及第二背板,其中所述第一背板与所述第二背板电性断开且都具有通风孔;
振膜,形成在所述衬底的所述第一侧上方与所述背板结构相隔一距离,以便在所述背板结构与所述振膜之间形成腔室,
其中所述振膜充当共同电极,
其中所述第一背板以及所述第二背板分别充当第一电极单元以及第二电极单元以与所述振膜共享形成在平面分布且独立的两个电容器,所述两个电容器通过所述空腔暴露,其中所述振膜相对所述两个电容器是整体协力振动,
其中所述第一背板与所述第二背板厚度不同,因此所述第一背板与所述振膜之间的距离与所述第二背板与所述振膜之间的距离不同。
2.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风装置,其中所述背板结构通过所述空腔暴露且所述腔室经由所述通风孔而连接到所述空腔。
3.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风装置,其中所述振膜通过所述空腔暴露且所述腔室经由所述通风孔而连接到外部。
4.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风装置,还包括:介电层,设置在所述衬底的所述第一侧上在所述空腔的外围,其中所述背板结构和所述振膜紧固到所述衬底的所述第一侧上方的所述介电层。
5.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风装置,其中所述第一背板与所述第二背板厚度相同,因此所述第一背板与所述振膜之间的距离等于所述第二背板与所述振膜之间的距离。
6.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风装置,其中所述第一背板与所述第二背板导电且在结构上断开。
7.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风装置,其中所述背板结构包括:
共同介电层,设置在所述衬底的所述第一侧上;
第一电极层,设置在所述共同介电层上作为所述第一背板的一部分;以及
第二电极层,设置在所述共同介电层上作为所述第二背板的一部分,其中所述第一电极层与所述第二电极层在结构上断开。
8.一种微机电系统麦克风装置,包括:
衬底,具有第一侧以及第二侧,其中空腔形成在所述第二侧;
背板结构,形成在所述衬底的所述第一侧上方,其中所述背板结构包含至少第一背板以及第二背板,其中所述第一背板与所述第二背板电性断开且都具有通风孔;
振膜,形成在所述衬底的所述第一侧上方与所述背板结构相隔一距离,以便在所述背板结构与所述振膜之间形成腔室,
其中所述振膜充当共同电极,
其中所述第一背板以及所述第二背板分别充当第一电极单元以及第二电极单元以与所述振膜共享形成在平面分布且独立的两个电容器,所述两个电容器通过所述空腔暴露,其中所述振膜相对所述两个电容器是整体协力振动,
其中所述振膜具有对应于所述第一背板的中央区域以及对应于所述第二背板的外围区域,所述中央区域具有与所述外围区域不同的弹性常数,以便具有不同灵敏度。
9.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风装置,其中所述振膜为盘状形状,且所述中央区域为具有所述振膜的中央的区域,所述外围区域环绕所述中央区域。
10.根据权利要求9所述的微机电系统麦克风装置,其中所述第一背板与所述第二背板导电,且所述第一背板具有被所述第二背板环绕的盘状结构。
11.根据权利要求9所述的微机电系统麦克风装置,其中所述背板结构包括:
共同介电层,设置在所述衬底的所述第一侧上;
中央电极层,设置在所述共同介电层上作为对应于所述振膜的所述中央区域的所述第一背板的一部分;以及
外围电极层,设置在所述共同介电层上作为对应于所述振膜的所述外围区域的所述第二背板的一部分,
其中所述中央电极层与所述外围电极层在结构上断开。
12.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风装置,其中所述背板结构不包含所述衬底的一部分。
13.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风装置,其中所述背板结构是在所述空腔上方,所述背板结构包含所述衬底在所述第一侧的一部分。
14.一种微机电系统麦克风装置,包括:
背板结构,其中所述背板结构包含至少第一背板以及第二背板,其中所述第一背板与所述第二背板电性断开且都具有通风孔;
振膜,形成在所述背板结构上方相隔一距离,以便在所述背板结构与所述振膜之间形成腔室且所述腔室经由所述通风孔而连接到外部,
其中所述振膜充当共同电极,
其中所述第一背板以及所述第二背板分别充当第一电极单元以及第二电极单元以与所述振膜共享形成在平面分布且独立的两个电容器,其中所述振膜相对所述两个电容器是整体协力振动,
其中所述第一背板与所述第二背板厚度不同,因此所述第一背板与所述振膜之间的距离与所述第二背板与所述振膜之间的距离不同,
或是所述振膜具有对应于所述第一背板的中央区域以及对应于所述第二背板的外围区域,所述中央区域具有与所述外围区域不同的弹性常数,以便具有不同灵敏度。
15.一种微机电系统电路,包括:
根据权利要求14所述的微机电系统麦克风装置;
第一电压源,耦接到所述微机电系统麦克风装置中的所述第一背板的所述第一电极单元;
第二电压源,耦接到所述微机电系统麦克风装置中的所述第二背板的所述第二电极单元;以及
放大电路,用以放大所述第一电极单元处的第一感测信号以及所述第二电极单元处的第二感测信号。
16.一种微机电系统微机电系统电路,包括:
根据权利要求1所述的微机电系统麦克风装置;
第一电压源,耦接到所述微机电系统麦克风装置中的所述第一背板的所述第一电极单元;
第二电压源,耦接到所述微机电系统麦克风装置中的所述第二背板的所述第二电极单元;以及
放大电路,用以放大所述第一电极单元处的第一感测信号以及所述第二电极单元处的第二感测信号。
17.根据权利要求16所述的微机电系统电路,其中所述放大电路包括:
第一运算放大器,耦接到所述第一电极单元以放大所述第一感测信号;以及
第二运算放大器,耦接到所述第二电极单元以放大所述第二感测信号,
其中所述第一运算放大器和所述第二运算放大器具有相同放大增益或不同放大增益。
18.根据权利要求16所述的微机电系统电路,其中所述放大电路包括:
多路复用器,接收来自所述第一电极单元的第一感测信号以及来自所述第二电极单元的第二感测信号,且根据选择信号而选择所述第一感测信号以及所述第二感测信号中的一者作为输出信号;以及
运算放大器,放大所述多路复用器的所述输出信号。
CN201410008559.9A 2013-08-29 2014-01-07 多级灵敏度输出的微机电系统麦克风装置以及其电路 Active CN104427450B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/013,049 2013-08-29
US14/013,049 US8934649B1 (en) 2013-08-29 2013-08-29 Micro electro-mechanical system (MEMS) microphone device with multi-sensitivity outputs and circuit with the MEMS device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104427450A CN104427450A (zh) 2015-03-18
CN104427450B true CN104427450B (zh) 2019-02-12

Family

ID=52247814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410008559.9A Active CN104427450B (zh) 2013-08-29 2014-01-07 多级灵敏度输出的微机电系统麦克风装置以及其电路

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8934649B1 (zh)
CN (1) CN104427450B (zh)
TW (1) TWI516135B (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9380380B2 (en) 2011-01-07 2016-06-28 Stmicroelectronics S.R.L. Acoustic transducer and interface circuit
JP5872163B2 (ja) 2011-01-07 2016-03-01 オムロン株式会社 音響トランスデューサ、および該音響トランスデューサを利用したマイクロフォン
JP6179300B2 (ja) * 2013-09-13 2017-08-16 オムロン株式会社 音響トランスデューサ、およびマイクロホン
US10812900B2 (en) 2014-06-02 2020-10-20 Invensense, Inc. Smart sensor for always-on operation
US20150350772A1 (en) * 2014-06-02 2015-12-03 Invensense, Inc. Smart sensor for always-on operation
US20160004068A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 Himax Display, Inc. Micro-mirror device and method for driving mirror thereof
CN105916084B (zh) * 2015-02-23 2019-11-12 因文森斯公司 常开模式操作的智能传感器
US9706294B2 (en) 2015-03-18 2017-07-11 Infineon Technologies Ag System and method for an acoustic transducer and environmental sensor package
WO2016193868A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 Wizedsp Ltd. A system and method of a capacitive microphone
US10281485B2 (en) 2016-07-29 2019-05-07 Invensense, Inc. Multi-path signal processing for microelectromechanical systems (MEMS) sensors
GB2557367A (en) * 2016-11-29 2018-06-20 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd Mems device
US9900707B1 (en) 2016-11-29 2018-02-20 Cirrus Logic, Inc. Biasing of electromechanical systems microphone with alternating-current voltage waveform
US9813831B1 (en) 2016-11-29 2017-11-07 Cirrus Logic, Inc. Microelectromechanical systems microphone with electrostatic force feedback to measure sound pressure
US10343898B1 (en) * 2018-01-08 2019-07-09 Fortemedia, Inc. MEMS microphone with tunable sensitivity
JP2020036214A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 Tdk株式会社 Memsマイクロフォン
WO2020112769A2 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Knowles Electronics, Llc Intrinsic-stress self-compensated microelectromechanical systems transducer
TWI697747B (zh) * 2019-01-15 2020-07-01 台灣積體電路製造股份有限公司 微機電系統裝置之控制方法及測試方法
CN110719557B (zh) * 2019-11-04 2021-03-05 中国人民解放军军事科学院防化研究院 一种非线性修正的传声器
US11477555B2 (en) 2019-11-06 2022-10-18 Knowles Electronics, Llc Acoustic transducers having non-circular perimetral release holes
US11206495B2 (en) * 2019-11-07 2021-12-21 Solid State System Co., Ltd. Structure of micro-electro-mechanical-system microphone

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102711027A (zh) * 2012-05-25 2012-10-03 歌尔声学股份有限公司 Mems麦克风芯片
CN102792715A (zh) * 2009-08-28 2012-11-21 美国亚德诺半导体公司 双单晶背板麦克风系统及其制造方法
CN102972045A (zh) * 2010-05-21 2013-03-13 达尼埃拉·曼格 3d立体声缝隙式传声器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060126526A (ko) * 2003-12-01 2006-12-07 아우디오아시스 에이/에스 전압 펌프를 구비한 마이크로폰
WO2007024909A1 (en) 2005-08-23 2007-03-01 Analog Devices, Inc. Multi-microphone system
WO2009105793A1 (en) * 2008-02-26 2009-09-03 Akg Acoustics Gmbh Transducer assembly
US8233637B2 (en) 2009-01-20 2012-07-31 Nokia Corporation Multi-membrane microphone for high-amplitude audio capture
US8455288B2 (en) * 2011-09-14 2013-06-04 Analog Devices, Inc. Method for etching material longitudinally spaced from etch mask
US9409763B2 (en) * 2012-04-04 2016-08-09 Infineon Technologies Ag MEMS device and method of making a MEMS device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102792715A (zh) * 2009-08-28 2012-11-21 美国亚德诺半导体公司 双单晶背板麦克风系统及其制造方法
CN102972045A (zh) * 2010-05-21 2013-03-13 达尼埃拉·曼格 3d立体声缝隙式传声器
CN102711027A (zh) * 2012-05-25 2012-10-03 歌尔声学股份有限公司 Mems麦克风芯片

Also Published As

Publication number Publication date
CN104427450A (zh) 2015-03-18
TW201509195A (zh) 2015-03-01
TWI516135B (zh) 2016-01-01
US8934649B1 (en) 2015-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104427450B (zh) 多级灵敏度输出的微机电系统麦克风装置以及其电路
CN110745771B (zh) Mems器件和mems真空扩音器
US10589990B2 (en) MEMS microphone
US9107008B2 (en) Microphone with adjustable characteristics
US8325950B2 (en) Silicon condenser microphone
US9143870B2 (en) Microphone system with mechanically-coupled diaphragms
US7301212B1 (en) MEMS microphone
JP5574488B2 (ja) コンデンサマイクロホン
EP2560408A2 (en) Dual backplate microphone
US20060280319A1 (en) Micromachined Capacitive Microphone
KR101612851B1 (ko) 초소형 보청기
US20150296307A1 (en) Dual diaphragm and dual back plate acoustic apparatus
US20180152792A1 (en) Mems device
US20160007119A1 (en) Diaphragm Stiffener
US20160142829A1 (en) Integrated package forming wide sense gap micro electro-mechanical system microphone and methodologies for fabricating the same
US20130284537A1 (en) Acoustic Assembly with Supporting Members
US20160037265A1 (en) Zero or low power mems microphone
US20210211793A1 (en) Mems device with quadrilateral trench and insert
US20190191245A1 (en) Apparatus and method to bias mems motors
KR102359913B1 (ko) 마이크로폰
JP4737535B2 (ja) コンデンサマイクロホン
JP2004128957A (ja) 音響検出機構
KR101514567B1 (ko) 음향 소자 및 이를 구비하는 마이크로폰 패키지
JP2012517182A (ja) フローティング構造のコンデンサマイクロホン組立体
JP2020191359A (ja) 圧電素子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant