CN104853299A - 微机电系统麦克风芯片、麦克风、电子设备及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微机电系统麦克风芯片、麦克风、电子设备及制造方法。该微机电系统麦克风芯片，包括：第一振动膜、第一隔离层、背极、第二隔离层和第二振动膜，其中，第一振动膜通过第一隔离层被固定到背极的第一表面，由第一振动膜、第一隔离层和背极的第一表面形成第一空腔，第二振动膜通过第二隔离层被固定到背极的第二表面，以及由第二振动膜、第二隔离层和背极的第二表面形成第二空腔。

Description

微机电系统麦克风芯片、麦克风、电子设备及制造方法

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)麦克风，更具体地，涉及一种微机电系统麦克风芯片、一种微机电系统麦克风、一种电子设备和一种用于制造微机电系统麦克风的方法。

背景技术

在当前的电子产品中，麦克风的应用越来越广泛。特别地，微机电系统麦克风越来越受到关注。它可以广泛应用于移动通信、多媒体系统、消费性电子产品以及助听器等。

现有的微机电系统麦克风一般包括传感部分和集成电路部分。集成电路部分用于传递由传感部分所感测的信号。传感部分可以包括微机电系统麦克风芯片。微机电系统麦克风芯片一般是单背极结构的，它包括一个振动膜、一个背板、振动膜和背板之间的介质隔离层、和衬底。

图1示出了一种现有技术的单背极结构的微机电系统麦克风芯片的部分视图。如图1所示，该芯片包括背极101、振动膜104和衬底106。介质隔离层103位于背极101和振动膜104之间，用于支撑背极。背极101上具有通孔102。介质隔离层105位于振动膜104和衬底106之间，用于支撑振动膜。在这个例子中，声音从衬底106侧进入振动膜104，并使得振动膜104发生振动。

图2示出了另一种现有技术的单背极结构的微机电系统麦克风芯片的部分视图。如图2所示，该芯片包括背极101、振动膜104和衬底106’。介质隔离层103位于背极101和振动膜104之间，用于支撑振动膜。背极101上具有通孔102。介质隔离层105’位于背极101和衬底106’之间，用于支撑背极。在这个例子中，声音从背极101的相反侧进入振动膜104，并使得振动膜104发生振动。

现在，对于微机电系统麦克风的性能要求不断提高。例如，要求微机电系统麦克风有更高的灵敏度。例如，要求微机电系统麦克风有更好的信噪比(SNR)。例如，要求微机电系统麦克风有更好的线性度(THD)。

然而，现有的微机电系统麦克风芯片往往很难满足这些更加严格的要求，或者需要更高的成本。因此，需要提出一种新的微机电系统麦克风芯片设计。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种微机电系统麦克风芯片的新技术方案。

根据本发明的一个实施例，提供了一种微机电系统麦克风芯片，包括：第一振动膜、第一隔离层、背极、第二隔离层和第二振动膜，其中，第一振动膜通过第一隔离层被固定到背极的第一表面，由第一振动膜、第一隔离层和背极的第一表面形成第一空腔，第二振动膜通过第二隔离层被固定到背极的第二表面，以及由第二振动膜、第二隔离层和背极的第二表面形成第二空腔。

优选地，所述背极包括至少一个通孔。

优选地，所述第二振动膜包括至少一个通孔。

优选地，微机电系统麦克风芯片还包括连接柱，用于穿过第一空腔、背极和第二空腔连接第一振动膜和第二振动膜。

优选地，连接柱不与背极接触。

优选地，微机电系统麦克风芯片还包括用于输出信号的第一电极和第二电极，其中，第一振动膜和第二振动膜共同连接到第一电极，以及背极连接到第二电极。

优选地，微机电系统麦克风芯片还包括用于输出差分信号的第三电极、第四电极和第五电极，其中，第一振动膜连接到第三电极，第二振动膜连接到第四电极，以及背极连接到第五电极。

优选地，微机电系统麦克风芯片还包括硅衬底，其中第一振动膜或第二振动膜被接合到硅衬底上。

优选地，微机电系统麦克风芯片还包括硅衬底和第三隔离层，其中第一振动膜或第二振动膜被接合到第三隔离层上，以及第三隔离层被接合到硅衬底上。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种微机电系统麦克风，包括：封装外壳、根据本发明的微机电系统麦克风芯片、和用于输出微机电系统麦克风芯片的输出信号的电路部分，其中，封装外壳包括声波的入口，以及该微机电系统麦克风芯片被安装在封装外壳中并连接到所述电路部分。

优选地，所述微机电系统麦克风芯片的第一振动膜与该入口相对。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种电子设备，包括根据本发明的微机电系统麦克风。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于制造微机电系统麦克风的方法，包括：形成根据本发明的微机电系统麦克风芯片；以及将该微机电系统麦克风芯片安装在封装外壳中，其中，该微机电系统麦克风芯片的第一振动膜与封装外壳中的声波的入口相对。

本发明的发明人发现，在现有技术中，微机电系统麦克风芯片采用单个振动膜。然而，在本发明中，微机电系统麦克风芯片采用双振动膜结构。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或权利要求的技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是现有技术中单背极结构的微机电系统麦克风芯片的一个例子的部分结构示意图。

图2是现有技术中单背极结构的微机电系统麦克风芯片的另一个例子的部分结构示意图。

图3是根据本发明的微机电系统麦克风芯片的一个例子的部分结构示意图。

图4是根据本发明的微机电系统麦克风芯片的另一个例子的部分结构示意图。

图5是根据本发明的微机电系统麦克风的一个例子的结构示意图。

图6是根据本发明的一个示意性实施例的用于制造微机电系统麦克风的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面将参照附图来描述根据本发明的实施例和例子。

图3示出了根据本发明的微机电系统麦克风芯片的一个例子的部分结构示意图。

如图3所示，该微机电系统麦克风芯片包括：第一振动膜201、第一隔离层202、背极203、第二隔离层205和第二振动膜206。第一振动膜201通过第一隔离层202被固定到背极203的第一表面。由第一振动膜201、第一隔离层202和背极203的第一表面形成第一空腔。第二振动膜206通过第二隔离层205被固定到背极203的第二表面。由第二振动膜206、第二隔离层205和背极203的第二表面形成第二空腔。

在本发明中采用双振动膜的结构。与现有技术的单振动膜结构相比，该结构可以在相同MEMS芯片面积的情况下，得到更强和/或更多的感应信号。

如图3中的箭头A所示，声音从第一振动膜201侧进入微机电系统麦克风芯片。

在一个例子中，微机电系统麦克风芯片还可以包括硅衬底210。可以将第一振动膜201或第二振动膜206接合到硅衬底210上。在图3所示的例子中，第二振动膜206被接合到硅衬底210上。

如图3所示，微机电系统麦克风芯片还可以包括第三隔离层209。在图3的例子中，第二振动膜206被接合到第三隔离层209上。第三隔离层209被接合到硅衬底210上。

例如，在所述背极203可以包括至少一个通孔204，使得第一空腔和第二空腔连通。

例如，第一振动膜201是全膜结构的。

例如，所述第二振动膜206可以包括至少一个通孔207。通孔207可以作为氧化物释放工艺的释放孔，而不影响麦克风的收音效果。另外地或另选地，所述第二振动膜的通孔207使得第二空腔能够其他部分连通。例如，在硅衬底210侧形成有声学后腔(未示出)，第二空腔可以与该声学后腔连通，以提高声音的接收效果。

例如，微机电系统麦克风芯片还可以包括连接柱208。连接柱208穿过第一空腔、背极203和第二空腔并连接第一振动膜201和第二振动膜206。连接柱208可以支撑第一振动膜201和第二振动膜206。

在一个例子中，连接柱208不与背极接触。例如，连接柱208穿过背极203中的通孔。以这种方式，通过连接柱的连接不会受到背极的影响。

连接柱208可以绝缘材料的。

例如，通过连接柱，可以提高振动膜的强度。或者，通过连接柱，可以提高振动膜的振动相位的一致性。

另外，可以在微机电系统麦克风芯片中设置输出电极。通过本发明可以采用多种输出方式，这给设计人员带来设计的灵活性。

在一个例子中，采用单输出的方式，其中微机电系统麦克风芯片还包括用于输出信号的第一电极和第二电极(未示出)。在这个例子中，第一振动膜201和第二振动膜206共同连接到第一电极，以及背极203连接到第二电极。在单输出的方式中，与现有技术相比，在相同条件下，可以得到更高灵敏度的信号，信噪比更高。

在另一个例子中，采用差分输出的方式，其中微机电系统麦克风芯片还包括用于输出差分信号的第三电极、第四电极和第五电极。其中，第一振动膜201连接到第三电极，第二振动膜206连接到第四电极，以及背极203连接到第五电极。由第三电极和第五电极构成的输出和第四电极和第五电极构成的输出形成差分输出。在差分输出的方式中，可以进行相位补偿，从而提高线性失真的抑制能力。

图4示出了根据本发明的微机电系统麦克风芯片的另一个例子的部分结构示意图。图4所示的例子和图3所示的例子的区别在于，在图4所示的例子中，第一振动膜201与第三隔离层209’接合，第三隔离层209’与硅衬底210’接合，声音沿箭头B所示的方向进入第一振动膜201。图4所示的例子中的其他部分与图3所示的例子相同，在此不再重复。

图5示出了根据本发明的微机电系统麦克风的一个例子的结构示意图。

如图5所示，微机电系统麦克风包括封装外壳300、微机电系统麦克风芯片200、和电路部分400。封装外壳300包括声波的入口301。该微机电系统麦克风芯片200具有根据本发明的芯片结构，例如图3或图4所示的结构。该微机电系统麦克风芯片200被安装在封装外壳中。该微机电系统麦克风芯片200连接到所述电路部分400。电路部分400用于输出微机电系统麦克风芯片的输出信号。例如，微机电系统麦克风芯片200的输出信号可以如前面所述的单输出信号或者差分输出信号。

例如，所述微机电系统麦克风芯片200的第一振动膜201与入口301相对，以接收从入口301进入的声波。

所述微机电系统麦克风例如也可以封装成芯片的形式。

在根据本发明的另一个实施例中，还提供了一种电子设备。该电子设备包括根据本发明的微机电系统麦克风，例如图5所示的微机电系统麦克风。该电子设备例如可以是移动通信设备、多媒体系统、消费性电子产品以及助听器等。例如，该电子设备是手机、平板电脑等。

图6示出了根据本发明的一个示意性实施例的用于制造微机电系统麦克风的方法的流程图。

如图6所示，在步骤S1100，形成根据本发明的微机电系统麦克风芯片。所述微机电系统麦克风芯片例如具有图3或图4所示的结构。

在步骤S1200,将该微机电系统麦克风芯片安装在封装外壳中，其中，该微机电系统麦克风芯片的第一振动膜与封装外壳中的声波的入口相对。

所制造的微机电系统麦克风例如是图5所示的微机电系统麦克风。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种微机电系统麦克风芯片，包括：第一振动膜、第一隔离层、背极、第二隔离层和第二振动膜，其中，第一振动膜通过第一隔离层被固定到背极的第一表面，由第一振动膜、第一隔离层和背极的第一表面形成第一空腔，第二振动膜通过第二隔离层被固定到背极的第二表面，以及由第二振动膜、第二隔离层和背极的第二表面形成第二空腔。

2.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风芯片，其中，所述背极包括至少一个通孔，以及所述第二振动膜包括至少一个通孔。

3.根据权利要求1或2所述的微机电系统麦克风芯片，还包括连接柱，用于穿过第一空腔、背极和第二空腔连接第一振动膜和第二振动膜。

4.根据权利要求1或2所述的微机电系统麦克风芯片，还包括用于输出信号的第一电极和第二电极，其中，第一振动膜和第二振动膜共同连接到第一电极，以及背极连接到第二电极。

5.根据权利要求1或2所述的微机电系统麦克风芯片，还包括用于输出差分信号的第三电极、第四电极和第五电极，其中，第一振动膜连接到第三电极，第二振动膜连接到第四电极，以及背极连接到第五电极。

6.根据权利要求1或2所述的微机电系统麦克风芯片，还包括硅衬底和第三隔离层，其中第一振动膜或第二振动膜被接合到第三隔离层上，以及第三隔离层被接合到硅衬底上。

7.一种微机电系统麦克风，包括：封装外壳、根据权利要求1所述的微机电系统麦克风芯片、和用于输出微机电系统麦克风芯片的输出信号的电路部分，其中，封装外壳包括声波的入口，以及该微机电系统麦克风芯片被安装在封装外壳中并连接到所述电路部分。

8.一种电子设备，包括根据权利要求7所述的微机电系统麦克风。

9.一种用于制造微机电系统麦克风的方法，包括：形成根据权利要求1所述的微机电系统麦克风芯片；以及将该微机电系统麦克风芯片安装在封装外壳中，其中，该微机电系统麦克风芯片的第一振动膜与封装外壳中的声波的入口相对。