CN105188005B - Mems麦克风芯片及mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种MEMS麦克风芯片，包括矩形极板和若干位于同一平面内的圆形的振动膜，振动膜平行于矩形极板的板面布置且位于由矩形极板的边缘所限定的矩形投影区域内，矩形极板的长度为a，矩形极板的宽度为b，振动膜的半径为r，至少两个振动膜的中心连线与矩形极板的长边之间具有夹角。本MEMS麦克风芯片中，至少两个振动膜的中心错位布置，这样，在矩形极板的面积相对较小时，中心错位布置比现有的平行并排布置的振动膜的面积大，因此，在减小了MEMS麦克风芯片体积的同时，通过增大振动膜在矩形极板上的面积占比提高了MEMS麦克风的灵敏度和信噪比。本申请还公开了一种包含该MEMS麦克风芯片的MEMS麦克风。

Description

MEMS麦克风芯片及MEMS麦克风

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风芯片。还涉及一种包含该MEMS麦克风芯片的MEMS麦克风。

背景技术

MEMS的英文全称为Micro-Electro-Mechanical System，中文名称为微机电系统，是指尺寸在几毫米甚至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。MEMS技术因具有微型化、智能化、高度集成化和可批量生产的优点，已广泛应用于电子、医学、工业、汽车和航空航天系统等领域。

在电子产品中，MEMS麦克风已成为中高端便携式智能电子设备的首选，MEMS麦克风的核心部件为MEMS麦克风芯片。目前，MEMS麦克风对灵敏度和信噪比的要求越来越高，这就对MEMS麦克风芯片的设计提出了更高的要求。现有的一种MEMS麦克风芯片具有单一振动膜，难以满足高灵敏度、高信噪比的要求，为此，在一个极板上设置两个振动膜，并将两个振动膜做电性讯号上的并联，即双核心MEMS麦克风芯片，通过增大振动膜的使用面积来提高灵敏度和信噪比。如图1所示，传统的双核心MEMS麦克风芯片是在一个矩形极板01上沿极板的长度方向平行并排布置有两个面积相同的圆形振动膜02，矩形极板01的长度为a，宽度为b，且a＝～2b，这样，可以使矩形极板01上的每个振动膜02的最大半径为b/2，实现提高灵敏度和信噪比的目的，矩形极板01上设置有六个粘晶吸取点03，目的是为了能够稳定地吸取芯片。但是，随着便携式智能电子产品的体积不断减小，性能越来越高，这就要求电子零部件的体积不断减小，而传统的双核心MEMS麦克风芯片的体积过大，不符合现在便携式智能电子产品小型化的设计理念。

综上所述，如何满足MEMS麦克风高灵敏度和高信噪比的性能要求的同时，减小MEMS麦克风芯片的体积，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风芯片，以满足MEMS麦克风高灵敏度和高信噪比的性能要求的同时，减小MEMS麦克风芯片的体积。

本发明的另一个目的在于提供一种包含上述MEMS麦克风芯片的MEMS麦克风，在具有高性能的同时，体积减小。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种MEMS麦克风芯片，包括矩形极板和若干位于同一平面内的圆形的振动膜，所述振动膜平行于所述矩形极板的板面布置且所述振动膜位于由所述矩形极板的边缘所限定的矩形投影区域内，所述矩形极板的长度为a，所述矩形极板的宽度为b，所述振动膜的半径为r，至少两个所述振动膜的中心连线与所述矩形极板的长边之间具有夹角。

优选的，在上述的MEMS麦克风芯片，所述矩形极板的长度与宽度的关系为b<a<2b，所述振动膜的数量为两个，且两个所述振动膜的半径相同。

优选的，在上述的MEMS麦克风芯片，所述振动膜的半径为：

优选的，在上述的MEMS麦克风芯片，所述振动膜的数量至少为两个，且一个所述振动膜的半径大于其余所述振动膜的半径。

优选的，在上述的MEMS麦克风芯片，所述矩形极板的长度与宽度的关系为b<a<2b，所述振动膜的数量为两个，其中一个所述振动膜的半径为r₁，另一个所述振动膜的半径为r₂，且r₁>r₂。

优选的，在上述的MEMS麦克风芯片，两个所述振动膜的半径之和为：

优选的，在上述的MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片的粘晶吸取点均匀分布于所述矩形极板的四角。

本发明还提供了一种MEMS麦克风，包括线路板和MEMS芯片，所述MEMS芯片固定于所述线路板上，所述MEMS芯片为以上任一项所述的MEMS麦克风芯片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的MEMS麦克风芯片中，平行于矩形极板的板面设置有若干位于同一平面内的圆形的振动膜，在矩形极板的边缘所限定的矩形投影区域内，至少两个振动膜的中心连线与矩形极板的长边之间具有夹角。即在矩形投影区域内，相邻两个振动膜的中心错位布置，区别于现有技术中的两个振动膜沿矩形极板的长边平行并排布置，这样，在矩形极板的面积相对较小时，中心错位布置比平行并排布置的振动膜的面积大，因此，在减小了MEMS麦克风芯片体积的同时，通过增大振动膜在矩形极板上的面积占比提高了MEMS麦克风的灵敏度和信噪比。

本发明提供的MEMS麦克风由于采用了本发明中的MEMS麦克风芯片，因此，在满足了高灵敏度和高信噪比性能要求的同时，减小了MEMS麦克风的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的双核心MEMS麦克风芯片的振动膜布局示意图；

图2为本发明实施例提供的一种MEMS麦克风芯片的振动膜布局示意图；

图3为采用现有的平行并排布置方式的两个振动膜的最大面积的布置图；

图4为本发明实施例提供的一种MEMS麦克风芯片的两个振动膜的最大面积计算原理图；

图5为本发明实施例提供的另一种MEMS麦克风芯片的振动膜的布局示意图；

图6为本发明实施例提供的第三种MEMS麦克风芯片的振动膜的布局示意图；

图7为本发明实施例提供的第四种MEMS麦克风芯片的振动膜的布局示意图。

在图1-图7中，01为矩形极板、02为振动膜、03为粘晶吸取点、1为矩形极板、2为振动膜、3为粘晶吸取点。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种MEMS麦克风芯片，在减小了芯片体积的同时，提高了MEMS麦克风的灵敏度和信噪比。

本发明还提供了一种包含上述MEMS麦克风芯片的MEMS麦克风，减小了麦克风的体积，同时提高了MEMS麦克风的灵敏度和信噪比。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2-图6所示，本发明实施例提供了一种MEMS麦克风芯片，包括矩形极板1和若干位于同一平面内的圆形的振动膜2，振动膜平行于矩形极板的板面布置，且振动膜位于由矩形极板的边缘所限定的矩形头型区域内，矩形极板1的长度为a，矩形极板1的宽度为b，振动膜2的半径为r，相邻两个振动膜2的中心连线与矩形极板1的长边之间具有夹角。即相邻两个振动膜2的中心不沿矩形极板1的长度方向平行并排布置，而是中心错位布置。

这样设置可以在减小矩形极板1的面积的同时，通过振动膜2错位布置适当增大振动膜2的面积，使振动膜2在矩形极板1上的面积占比相对于平行并排布置的方式增大，从而提高了MEMS麦克风芯片的灵敏度和信噪比。

如图2所示，本实施例中的MEMS麦克风芯片为双核膜布置结构，即振动膜2的数量为两个，且两个振动膜2的半径相等。对于双核模MEMS麦克风芯片，为了减小芯片的面积，则矩形极板1的长度与宽度的关系为b<a<2b。可见，在此矩形极板1的矩形投影区域内，两个振动膜2中心错位布置时的半径要比两个振动膜02平行并排布置的半径大，如图3和图4所示，中心错位布置的两个振动膜2在此矩形极板1上的面积占比要比平行并排布置的两个振动膜02在此矩形极板01上的面积占比大。

进一步优化，如图3所示，当矩形极板1的长度与宽度的关系为b<a<2b时，如果两个振动膜02采用现有技术中的平行并排布置方式，则每个振动膜02的最大半径为a/4；如果在相同尺寸的矩形极板1内，两个振动膜2采用本发明中的错位布置方式，则每个振动膜2的最大半径为：其计算方式如图4所示，根据勾股定理可得：(2r)²＝(b-2r)²+(a-2r)²；

上述公式求解得出：

具体地，以矩形极板1的长度为1500um、宽度为1000um为例进行说明，则采用现有的平行并排布置方式得到的振动膜02的最大半径为375um；采用中心错位布置方式得到的振动膜2的最大半径为383.97um，半径增加8.97um，则振动膜2的使用面积增大。

由上述计算可知，当矩形极板1的长度与宽度的关系为b<a<2b时，两个振动膜2采用中心错位布置的半径大于采用平行并排布置的半径的尺寸范围为：当矩形极板1的长度与宽度的关系为a≥2b时，两个振动膜2采用中心错位布置的半径等于采用平行并排布置的半径，r均为b/2。

如图5-图7所示，本实施例中的MEMS麦克风芯片为多核膜布置结构，即振动膜2的数量至少为两个，且其中一个振动膜2的半径大于其余振动膜2的半径。

如图5所示，如果MEMS麦克风芯片的振动膜2为两个，且其中一个振动膜2的半径r₁大于另一个振动膜2的半径r₂，矩形极板1的长度与宽度的关系为b<a<2b，则采用中心错位布置方式得到的两个振动膜2的半径之和要比采用平行并排布置方式得到的两个振动膜2的半径之和大。

具体地，当矩形极板1的长度与宽度的关系为b<a<2b时，如果两个半径不同的振动膜2采用现有技术中的平行并排布置方式，则两个振动膜2的最大半径之和为a/2；如果在相同尺寸的矩形极板1的矩形投影区域内，两个半径不同的振动膜2采用本发明中的中心错位布置方式，则两个振动膜2的最大半径之和为：其计算方式如图5所示，根据勾股定理可得：(r₁+r₂)²＝(b-r₁-r₂)²+(a-r₁-r₂)²；

上述公式求解得出：

由上述计算可知，两个半径不同的振动膜2在矩形极板1的长度与宽度的关系为b<a<2b时，采用中心错位布置的半径大于采用平行并排布置的半径的尺寸范围为：当矩形极板1的长度与宽度的关系为a≥2b时，两个振动膜2采用中心错位布置的半径之和等于采用平行并排布置的半径之和，r₁+r₂均为b。

如图6和图7所示，MEMS麦克风芯片的振动膜2还可以是三个、四个或者更多个，振动膜2的半径不相等，相邻两个振动膜2的中心连线与矩形极板1的长边之间存在夹角，即多个振动膜2采用中心错位布置，实现了在较小面积的矩形极板1的矩形投影区域内增大多个振动膜2的总面积，从而在尽量减少芯片体积的同时，提高MEMS麦克风的灵敏度和信噪比。由于有多个振动膜2，因此，本实施例中的矩形极板1的长度和宽度的关系可以是任意关系，并不局限于a<2b的尺寸关系。

如图2所示，对MEMS麦克风芯片进一步优化，在本实施例中，MEMS麦克风芯片的粘晶吸取点3均匀分布于矩形极板1的四角，将现有的六个粘晶吸取点03减少至四个，目的是为了减少粘晶吸取点3在矩形极板1上的空间占用，给振动膜2的布置让出空间，以提高振动膜在矩形极板上的面积占比，避免吸取芯片时压伤振动膜2，进一步提高麦克风的灵敏度和信噪比。当然，粘晶吸取点3的数量还可以是三个或更多个，只要保证芯片吸取的稳定性和振动膜2面积增大即可。此外，粘晶吸取点的在矩形极板1上的布置位置可以进行调整，只要保证芯片吸取的稳定性和不妨碍振动膜2设置即可。

本发明实施例还提供了一种MEMS麦克风，包括线路板和MEMS芯片，MEMS芯片固定于线路板上，MEMS芯片为以上全部实施例所描述的MEMS麦克风芯片。由于本发明中的MEMS麦克风芯片能够在减小体积的同时提高灵敏度和信噪比，因此，可以进一步减小MEMS麦克风的体积。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种MEMS麦克风芯片，包括矩形极板(1)和位于同一平面内的若干圆形的振动膜(2)，所述振动膜(2)平行于所述矩形极板(1)的板面布置且所述振动膜(2)位于由所述矩形极板(1)的边缘所限定的矩形投影区域内，所述矩形极板(1)的长度为a，所述矩形极板(1)的宽度为b，所述振动膜(2)的半径为r，其特征在于，相邻两个所述振动膜(2)相切设置，且至少两个相切的所述振动膜(2)的中心连线与所述矩形极板(1)的长边之间具有夹角，位于所述矩形极板(1)的长边两端的所述振动膜(2)与所述矩形极板(1)的短边相切设置。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述矩形极板(1)的长度与宽度的关系为b<a<2b，所述振动膜(2)的数量为两个，且两个所述振动膜(2)的半径相等。

3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述振动膜(2)的半径为：

4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述振动膜(2)的数量至少为两个，且其中一个所述振动膜(2)的半径大于其余所述振动膜(2)的半径。

5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述矩形极板(1)的长度与宽度的关系为b<a<2b，所述振动膜(2)的数量为两个，其中一个所述振动膜(2)的半径为r₁，另一个所述振动膜(2)的半径为r₂，且r₁>r₂。

6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，两个所述振动膜(2)的半径之和为：

7.根据权利要求1-6任一项所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述MEMS麦克风芯片的粘晶吸取点(3)均匀分布于所述矩形极板(1)的四角。

8.一种MEMS麦克风，包括线路板和MEMS芯片，所述MEMS芯片固定于所述线路板上，其特征在于，所述MEMS芯片为如权利要求1-7任一项所述的MEMS麦克风芯片。