CN105072551A - Mems麦克风和mems声学传感芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS麦克风和MEMS声学传感芯片。该MEMS声学传感芯片固定于线路板的上方，包括至少两个MEMS单元；MEMS单元包括基底，基底包括顶盖和侧壁，顶盖和侧壁围成底部开口的第一腔体，MEMS单元还包括设置于第一腔体内的构成电容结构的背板及振膜；相邻的MEMS单元之间共用部分侧壁并且共用部分的侧壁的底端开设有第一缺口，以使全部第一腔体连通形成第二腔体；线路板在第二腔体的下方开设有声孔。本发明利用至少两个MEMS单元增大了检测电容的面积，并且MEMS单元共用声孔使得进入到各个MEMS单元内部的声音的能量相同，能够明显降低麦克风产品在高频部分的相位误差。

Description

MEMS麦克风和MEMS声学传感芯片

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，更具体地，涉及一种MEMS麦克风和MEMS声学传感芯片。

背景技术

MEMS麦克风是一种用微机械加工技术制作出来的声电换能器，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着电子设备的小巧化、薄型化发展，MEMS麦克风被越来越广泛地运用到这些设备上。

MEMS麦克风产品中包含一个基于电容检测的MEMS芯片和一个ASIC芯片，MEMS芯片的电容会随着输入声音信号的不同产生相应的变化，再利用ASIC芯片对变化的电容信号进行处理和输出从而实现对声音的拾取。MEMS芯片通常包括具有背腔的基底、在基底上方设置的由背极板和振膜构成的平行板电容器，振膜接收外界的声音信号并发生振动，从而使平行板电容器产生一个变化的电信号，实现声-电转换功能。

目前对于MEMS麦克风产品的信噪比的要求越来越高，理论上可以通过增大MEMS芯片的电容面积来实现这一目的，但这需要重新开发、设计、制作一个新的MEMS芯片，成本和难度都很高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于MEMS声学传感芯片和MEMS麦克风的新的技术方案。

本发明的另一个目的是增大MEMS声学传感芯片的检测电容面积。

本发明提出了一种MEMS麦克风，包括：外壳、线路板、以及MEMS声学传感芯片；所述MEMS声学传感芯片固定于所述线路板的上方，所述外壳和线路板围成腔体将所述MEMS声学传感芯片封装在内；所述MEMS声学传感芯片包括至少两个MEMS单元；所述MEMS单元包括基底，所述基底包括顶盖和侧壁，所述顶盖和侧壁围成底部开口的第一腔体，所述MEMS单元还包括设置于第一腔体内的构成电容结构的背板及振膜；相邻的MEMS单元之间共用部分侧壁并且共用部分的侧壁的底端开设有第一缺口，以使全部所述第一腔体连通形成第二腔体；所述线路板在所述第二腔体的下方开设有声孔。

优选地，所述MEMS声学传感芯片包括两个MEMS单元，所述声孔正对所述第一缺口。

优选地，所述第一缺口经过所述MEMS声学传感芯片的中心，所述声孔正对所述MEMS声学传感芯片的中心。

优选地，所述MEMS声学传感芯片包括依次并列设置的三个MEMS单元，所述声孔正对中间的MEMS单元。

优选地，所述MEMS声学传感芯片包括四个MEMS单元，四个所述MEMS单元呈田字形排布，所述MEMS声学传感芯片的中心的侧壁的底端开设有第二缺口，所述第一缺口分别与所述第二缺口连通，所述声孔正对所述第二缺口。

优选地，所述MEMS单元的电容结构为差分电容结构，包括位于中间的振膜，位于振膜上方的第一背极板以及位于振膜下方的第二背极板。

优选地，还包括设置于线路板上的ASIC芯片；所述MEMS单元通过转接器与所述ASIC芯片电连接，或者，所述MEMS单元通过线路板上的电路与所述ASIC芯片电连接。

优选地，还包括设置于线路板上的ASIC芯片，所述MEMS单元共用所述ASIC芯片。

本发明还提出了一种MEMS声学传感芯片，包括至少两个MEMS单元；所述MEMS单元包括基底，所述基底包括顶盖和侧壁，所述顶盖和侧壁围成底部开口的第一腔体，所述MEMS单元还包括设置于第一腔体内的构成电容结构的背板及振膜；相邻的MEMS单元之间共用部分侧壁并且共用部分的侧壁的底端开设有第一缺口，以使全部所述第一腔体连通形成第二腔体。

优选地，所述MEMS声学传感芯片包括四个MEMS单元，四个所述MEMS单元呈田字形排布，所述MEMS声学传感芯片的中心的侧壁的底端开设有第二缺口，所述第一缺口分别与所述第二缺口连通。

本发明利用至少两个MEMS单元增大了检测电容的面积。可选地或另选地，通过本发明，提高了麦克风产品的信噪比。可选地或另选地，通过本发明，提升了麦克风产品的性能。可选地或另选地，在本发明中，MEMS单元共用声孔，使得进入到各个MEMS单元内部的声音的能量相同，能够明显降低麦克风产品在高频部分的相位误差。

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是本发明MEMS麦克风和MEMS声学传感芯片的第一实施例的结构示意图。

图2是本发明MEMS声学传感芯片第一实施例的俯视图。

图3是本发明MEMS声学传感芯片第一实施例的仰视图。

图4是本发明MEMS声学传感芯片第一实施例的侧视图。

图5是本发明MEMS声学传感芯片第二实施例的仰视图。

图6是本发明MEMS声学传感芯片第三实施例的仰视图。

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，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。

参考图1-4介绍本发明MEMS麦克风和MEMS声学传感芯片的第一实施例：

MEMS麦克风，包括：外壳1、线路板100、以及MEMS声学传感芯片300；MEMS声学传感芯片300固定于线路板100的上方，外壳1和线路板100围成腔体11将MEMS声学传感芯片300封装在内。

MEMS声学传感芯片300包括两个MEMS单元301。每个MEMS单元301均包括基底，基底包括顶盖303和侧壁304，顶盖303和侧壁304围成底部开口的第一腔体302，MEMS单元301还包括设置于第一腔体302内的构成电容结构的背板及振膜。两个MEMS单元301之间共用部分侧壁304并且共用部分的侧壁304的底端开设有第一缺口305，以使两个第一腔体302连通形成第二腔体。

线路板100在第二腔体的下方开设有声孔101，声孔101和第二腔体共同组成MEMS麦克风的前声腔。

从图中可以看出，第一缺口305经过MEMS声学传感芯片300的中心，声孔101正对MEMS声学传感芯片300的中心。

上述第一缺口305和声孔101的设置，能够使进入到两个MEMS单元301内部的声波更为均匀，使得两个MEMS单元301更加相当于一个大检测电容面积的MEMS单元；同时还可以满足从麦克风下方进音的需求，以及对MEMS声学传感芯片300提供一定的保护，防止粉尘或固体颗粒进入MEMS声学传感芯片300的内部对振膜造成破坏。

第一实施例中，两个MEMS单元301的电容结构均为差分电容结构，分别包括：位于中间的振膜，位于振膜上方的第一背极板以及位于振膜下方的第二背极板。第一背极板、振膜、第二背极板可以均为多晶硅材质；或者第一背极板、振膜、第二背极板均包括氮化硅层和多晶硅层；或者第一背极板、振膜、第二背极板均包括氮化硅层和金属层；其中氮化硅层主要起支撑作用，多晶硅层或金属层作为电容的极板使用。可以在第一背极板和第二背极板的感应部分分别设置多个通孔，以及在振膜的中心位置设置有若干细小的通孔，以起到平衡前后声腔声压的作用。

第一实施例中，MEMS麦克风还包括设置于线路板100上的ASIC芯片(图中没有示出)，本实施例中两个MEMS单元301共用一个ASIC芯片，在其它实施例中，两个MEMS单元301可以分别使用一个ASIC芯片。MEMS单元301可以通过转接器与ASIC芯片电连接，转接器上设置有电路，两个MEMS单元301和ASIC芯片600分别连接至转接器，两个MEMS单元301通过转接器上的电路分别与ASIC芯片电连接。在其它实施例中，MEMS单元301通过线路板100上的电路与ASIC芯片电连接。

参考图5介绍本发明MEMS声学传感芯片的第二实施例：MEMS声学传感芯片包括依次并列设置的三个MEMS单元301。在使用这种芯片的MEMS麦克风中，可以令线路板100开设的声孔101正对中间的MEMS单元301。

参考图5介绍本发明MEMS声学传感芯片的第三实施例，MEMS声学传感芯片包括四个MEMS单元301，四个MEMS单元301呈田字形排布，MEMS声学传感芯片的中心的侧壁的底端开设有第二缺口306，第一缺口305分别与第二缺口306连通。在使用这种芯片的MEMS麦克风中，可以令线路板100开设的声孔101正对第二缺口306。

本发明利用至少两个MEMS单元增大了检测电容的面积，提高了麦克风产品的信噪比，从而提升了麦克风产品的性能；并且MEMS单元共用声孔，使得进入到各个MEMS单元内部的声音的能量相同，能够明显降低麦克风产品在高频部分的相位误差。

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。本发明的范围由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风，包括：外壳(1)、线路板(100)、以及MEMS声学传感芯片(300)；所述MEMS声学传感芯片(300)固定于所述线路板(100)的上方，所述外壳(1)和线路板(100)围成腔体(11)将所述MEMS声学传感芯片(300)封装在内；

所述MEMS声学传感芯片(300)包括至少两个MEMS单元(301)；所述MEMS单元(301)包括基底，所述基底包括顶盖(303)和侧壁(304)，所述顶盖(303)和侧壁(304)围成底部开口的第一腔体(302)，所述MEMS单元(301)还包括设置于第一腔体(302)内的构成电容结构的背板及振膜；相邻的MEMS单元(301)之间共用部分侧壁(304)并且共用部分的侧壁(304)的底端开设有第一缺口(305)，以使全部所述第一腔体(302)连通形成第二腔体；

所述线路板(100)在所述第二腔体的下方开设有声孔(101)。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS声学传感芯片(300)包括两个MEMS单元(301)，所述声孔(101)正对所述第一缺口(305)。

3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一缺口(305)经过所述MEMS声学传感芯片(300)的中心，所述声孔(101)正对所述MEMS声学传感芯片(300)的中心。

4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS声学传感芯片(300)包括依次并列设置的三个MEMS单元(301)，所述声孔(101)正对中间的MEMS单元(301)。

5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS声学传感芯片(300)包括四个MEMS单元(301)，四个所述MEMS单元(301)呈田字形排布，所述MEMS声学传感芯片(300)的中心的侧壁(304)的底端开设有第二缺口(306)，所述第一缺口(305)分别与所述第二缺口(306)连通，所述声孔(101)正对所述第二缺口(306)。

6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS单元(301)的电容结构为差分电容结构，包括位于中间的振膜，位于振膜上方的第一背极板以及位于振膜下方的第二背极板。

7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，还包括设置于线路板(100)上的ASIC芯片；所述MEMS单元(301)通过转接器与所述ASIC芯片电连接，或者，所述MEMS单元(301)通过线路板(100)上的电路与所述ASIC芯片电连接。

8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，还包括设置于线路板(100)上的ASIC芯片，所述MEMS单元(301)共用所述ASIC芯片。

9.一种MEMS声学传感芯片，其特征在于，包括至少两个MEMS单元(301)；所述MEMS单元(301)包括基底，所述基底包括顶盖(303)和侧壁(304)，所述顶盖(303)和侧壁(304)围成底部开口的第一腔体(302)，所述MEMS单元(301)还包括设置于第一腔体(302)内的构成电容结构的背板及振膜；相邻的MEMS单元(301)之间共用部分侧壁(304)并且共用部分的侧壁(304)的底端开设有第一缺口(305)，以使全部所述第一腔体(302)连通形成第二腔体。

10.根据权利要求9所述的MEMS声学传感芯片，其特征在于，所述MEMS声学传感芯片(300)包括四个MEMS单元(301)，四个所述MEMS单元(301)呈田字形排布，所述MEMS声学传感芯片(300)的中心的侧壁(304)的底端开设有第二缺口(306)，所述第一缺口(305)分别与所述第二缺口(306)连通。