CN104581585A - 具振膜支撑结构的声波传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具振膜支撑结构的声波传感器，其具有一基板、一振膜以及一背板，振膜覆盖基板的一开孔并具有相连的复数个振动部，声波传感器具有一连接部设于背板与振膜之间并连接任意二相邻的振动部的交接处，使各振动部能独立产生振动。借此，各振动部彼此独立振动且互不影响，让设计者在不增加振膜的总面积并维持一定程度的灵敏度与讯噪比的情况下，能简单地借由改变振膜的几何形状来提升接收声音的动态范围。

Description

具振膜支撑结构的声波传感器

技术领域

本发明属于传感器领域，尤其是涉及一种微机电麦克风内的声波传感器，特别是一种具有复数个振膜且能彼此独立运作的声波传感器。 

背景技术

微机电麦克风具有体积小以及工艺简单容易的优点，因此大量运用于手机。而一般现有的声波传感器结构如图7所示。此声波传感器80具有一基板81、一背板82以及一振膜83，振膜83覆盖在基板81的开孔811上，而背板82设置于基板81上并且和振膜83之间有一层空气间隙84。电极单元85设置在背板82上并且具有一固定部821围绕固定振膜83的外周缘，而固定部821可为一空心柱体或是复数个凸块围绕形成。因此当声波传感器80接收到声波时，振膜83能够振动并改变其与电极单元85之间的距离，进而造成电容的改变。 

然而，随着智能型手机的发展，手机为了能支持影片拍摄等功能，因此对于装载于手机的麦克风不仅要求体积极小化，并且对于声音质量的要求也日益增高，特别是希望声波传感器在接收不同声压位准(SPL)的声音时，均能维持一定的灵敏度与讯噪比。声波传感器的振膜所能接收声音的动态范围(Dynamic Range)取决于许多因素，例如振膜的材质、振膜厚度、宽度与面积等。而在工艺上，如果改变振膜的几何形状(例如宽度、厚度或面积)来对应地反应不同声压位准的声音并维持一定的灵敏度与讯噪比，是属于相对简单的作法。然而，如果想提升声波传感器接收声音的动态范围，往往需要设置复数个振膜，若考虑到节省材料以及麦克风的体积极小化等因素而让不同几何形状的振膜设置在一起，却容易衍生出振膜之间互相干扰的问题，让声波传感器的设计者在不增加振膜的总面积并维持一定程度的灵敏度与讯噪比的情况下，难以简单地借由改变振膜的几何形状来提升声波传感器所接收声音的动态范围。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种声波传感器，其振膜具有复数个振动部，能各自独立运作并具有不同的几何形状，让设计者在不增加振膜的总面积并维持一定程度的灵敏度与讯噪比的情况下，能简单地借由改变振膜的几何形状来提升接收声音的动态范围。 

为了达成上述目的，本发明提供了一种具振膜支撑结构的声波传感器，其具有一基板、一振膜以及一背板，振膜覆盖基板的一开孔并具有相连的复数个振动部，声波传感器具有一连接部设于背板与振膜之间并连接任意二相邻的振动部的交接处，使各振动部能独立产生振动。 

借此，各振动部彼此独立振动且互不影响，让设计者在不增加振膜的总面积并维持一定程度的灵敏度与讯噪比的情况下，能简单地借由改变振膜的几何形状来提升接收声音的动态范围。 

较佳地，背板具有一固定部围绕固定振膜的外周缘。 

较佳地，开孔为一圆孔。 

较佳地，振动部的交接处皆呈一圆形。 

较佳地，连接部为复数个实心圆柱体沿振动部的交接处排列而成。 

较佳地，声波传感器还具有复数个弹性件环设于振动部的周缘。 

附图说明

图1为本发明第一实施例声波传感器的横断面剖视图。 

图2为本发明第一实施例声波传感器以图1中2-2剖视线的纵断面剖视图。 

图3为本发明第一实施例声波传感器的剖视图，用来说明连接部呈一中空圆柱体的情况。 

图4为本发明第一实施例声波传感器的局部立体示意图。 

图5为本发明第二实施例声波传感器的剖视图。 

图6为图5沿6-6剖视线的剖视图。 

图7为现有的声波传感器的剖视图。 

【符号说明】

1声波传感器；10基板；11硅底层；12绝缘层

13镂空槽；14开孔；20振膜；21振动部；211内振动部

212外振动部；30背板；31连接部；32固定部；33音孔

40电极单元；50弹性件 ；W短边长；L1、L2边长；G空气间隙。

具体实施方式

为了能更了解本发明的特点所在，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 

第一实施例：请参考图1至图3。本实施例所述的声波传感器1的主要组件包含有一基板10、一振膜20以及一背板30，各组件的结构以及相互间的关系详述如下： 

请参考第1图，基板10为一硅底层11以及布设于硅底层11上方的一绝缘层12所构成，基板10具有一镂空槽13贯穿基板10的二面并且镂空槽13在绝缘层12上形成一呈圆形的开孔14，以供声波通过。

振膜20设置于基板10上并且覆盖开孔14，振膜20具有复数个振动部21且各振动部21彼此相连。在本实施例中，振膜20为圆形且振动部21的数量为两个，其分别为一呈圆形的内振动部211以及一呈圆环形并围绕在内振动部211的外周缘的外振动部212，并且振膜20的厚度实质上相等但几何形状不同。 

须说明的是，内振动部211以及外振动部212不一定局限于圆形及其相对应的圆环形的组合，其可为一矩形以及一外圆内方的圆环形，或是其他几何形状的组合，而开孔14不一定为圆形，也可为一方形或其他几何形状。 

背板30罩设于基板10的上方，并且背板30与基板10之间具有一层空气间隙G。而背板30具一连接部31，从背板30面对基板10的一面朝振膜20延伸形成，并且连接内振动部211与外振动部212的交接处，在本实施例中，连接部31为复数个圆柱体围绕在内振动部211与外振动部212的交接处(如图2所示)。连接部31也可为复数个四角柱体，或是呈一中空圆柱体的形状(如图3所示)。背板30另开设有复数个音孔33，以供声波通过，其开设数目可依实际需要改变，并且依照封装方式的不同，声波传感器1也可改为从音孔33到振膜20传播声波。此外，振膜20的外周缘虽然已经牢固地连接在基板10上，但本实施例选用了一固定部32围绕固定在振膜20的外周缘使连接部31直接地且更牢固地连接背板30与振膜20，本领域技术人员可视实际需要，省略固定部32或是选择让背板30的二侧在振膜20以外的地方连接基板10。 

此外，前述实施例的连接部31也可改由振膜20朝向背板30延伸，连接于内振动部211与外振动部212的交接处，可以达成同样的技术效果。 

当声波经过镂空槽13到达振膜20，内振动部211与外振动部212将相对于基板10作垂直振动，使其与设置于背板30上的电极单元40之间的距离产生变化，进而造成电容的变化。因为连接部31连接了背板30以及内振动部211与外振动部212的交接处，因此内振动部211的振动不会传递至外振动部212，反之亦然，使得内振动部211与外振动部212皆能独立作垂直振动而彼此互不干扰(如图4所示)。同时因为内振动部211与外振动部212的厚度实质上相等，因此各振动部21的刚性将取决于其几何形状，而对于不同刚性的振动部21其所能灵敏地反应出声波的动态范围也不同，因此声波传感器的设计者可以简单地借由改变各振动部21的几何形状，调控出设计者所欲接收声音的动态范围并维持一定程度的灵敏度与讯噪比，进而提升所能接收声音的动态范围。 

须说明的是，本发明为在同一个振膜20划分出不同几何形状的振动部21，因此振膜20所需的总面积不需要增加。而因为各振动部21的面积较原本的振膜小，因此连带地使各振动部21的刚性增加并造成振动部21的灵敏度降低，为此，声波传感器1设计者可以选择在各振动部21的周缘设置复数个弹性件50，并让弹性件50朝背板30方向形变的弹性系数小于振动部21朝背板30方向形变的弹性系数，让设计者在调控所欲接收声音的动态范围时能有更多的方式。 

另外，各振动部21范围的界定以连接部31在振膜20上的连接处以及振膜20的外周缘的连接处二者所分隔划分，使各振动部21能独立产生振动。在本实施例中，各振动部21为彼此互相连接而可形成一完整的振膜20，但是，若振动部21的交界处实际上有分割，而各振动部21全部的周缘为被连接部31固定，或是部分周缘被固定在基板10上且部分周缘被连接部31固定，而使各振动部21能独立产生振动，也应为本案的保护范围所涵盖。 

第二实施例：请参考图5及图6，其主要组件与第一实施例相同而其主要的差异在于开孔14为方孔并且振膜20呈矩形，而连接部31为复数个圆柱体以平行于一短边长W方向直线排列于二呈矩形的振动部21的交接处，并且二振动部21的厚度实质上相等且具有不同的长宽比，因此声波传感器的设计者可以更简单地控制二振动部21的边长(L1&L2)调控出设计者所欲接收声音的动态范围。 

最后，必须再次说明的是，本发明于前述实施例中所揭露的构成组件仅为举例说明，并非用来限制本案的保护范围，凡其他易于思及的结构变化，或与其他等效组件的替代变化，均应为本案的保护范围所涵盖。 

Claims (10)

1.一种具振膜支撑结构的声波传感器，包含一基板、一振膜以及一背板，该振膜设于该基板上并覆盖该基板的一开孔，其特征在于：

该振膜具有相连的复数个振动部，该声波传感器还具有一连接部设于该背板与该振膜之间，并连接任意两相邻振动部的交接处，使各振动部能独立产生振动。

2.如权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述背板还具有一固定部围绕固定该振膜的外周缘。

3.如权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述振动部的交接处皆呈一圆形。

4.权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述连接部为复数个实心柱体沿该等振动部的交接处排列而成。

5.权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述连接部为一中空圆柱体。

6.权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述声波传感器更具有复数个弹性件环设于该等振动部的周缘。

7.权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述开孔为一圆孔。

8.权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述开孔为一方孔。

9.权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述振动部皆呈矩形且具有不同的长宽比。

10.权利要求1所述的具振膜支撑结构的声波传感器，其特征是：所述振动部的数量为两个。