CN105681990A - 一种硅电容麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅电容麦克风，包括基板、振膜和背极，所述基板上设有一个声腔；所述振膜位于所述声腔上部，被声压波激发时产生机械振动；所述背极与所述振膜之间设置有固定的气隙，所述振膜、所述背极与所述气隙共同形成电容器；其中，还包括固定连接在所述振膜和所述背极之间的一个或多个绝缘的中部连接，所述一个或多个绝缘的中部连接将所述振膜分为多个振膜单元；且所述背极由柔性材料构成。本发明能在现有工艺水平下，提高硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等指标，拓宽产品的应用场合，增加产品竞争力。

Description

一种硅电容麦克风

技术领域

本发明涉及微麦克风技术领域，特别涉及一种应用柔性背极的硅电容麦克风。

背景技术

微机电(MEMSmicro-electro-mechanicalsystem)麦克风或称硅麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如：手机、MP3、录音笔和监听器材等。相关技术中，硅电容麦克风包括基底、背极板和振膜。其中，振膜是硅电容麦克风的核心部件，既需要灵敏地敏感声压信号并将之转化为电信号，又需要在外界风压吹击、跌落冲击的应力和内部加工工艺释放应力作用后保持性能基本不变地正常工作。其背极也根据实现的制作工艺不同，分为刚性背极和柔性背极。振膜上受到约束包括多种连接和支撑形式，是决定振膜敏感振型并抑制其他不需要振型的关键技术，直接与硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标相关。

传统的硅微麦克风一般限于在振膜与固定的刚性基板和相对基板静止的刚性背极之间构造多种相对约束，这种约束方式由于基板和刚性背极在敏感运动中相对静止，设计较为简便，但灵活性也受限。

在传统的硅微麦克风设计方案中，已有的研究工作已经认识到了硅麦克风的许多优化方向，但受限于工艺和刚性背极方案，优化起来难度很大。

首先，已有的研究已经认识到需要把振膜尽量制作成边缘较软，中间较硬的接近集中参数平板电容模型的结构，但这一点在工艺决定振膜厚度有限的前提下实现时，遇到了振膜面积增大后，来自振膜中心膜片本身而非边缘的刚度影响，从而使得增大振膜面积提高芯片面积利用率与集中参数平板电容模型的矛盾；为了实现这一点，在美国专利US5146435中局部地将振膜中心处加厚；美国专利US5870482降低芯片面积利用率或在振膜上制作褶皱来使振膜局部加硬；美国专利US7856804B2将振膜设置为电阻率较高的材料并在振膜上覆盖一层电阻率极低的金属以将振膜位移较大处有用信号提取出现，避免寄生电容对信号造成衰减和干扰；而美国专利20110103622A1则是反其道而行之，在振膜边缘设置褶皱降低边缘处的刚度，以提高振膜中心膜片与边缘处刚度的相对比值。已有研究中的这些方案均通过工艺上的改进来弥补这两者的矛盾关系，均需在工艺上作出大小不同的改动，也可针对这样的矛盾关系做出大小不同的改善，但均无法从本质上将这个问题解决------芯片面积利用率降低和工艺难度提升均意味着生产成本的提高。另一方面，从本质上来看，在工艺条件或设计条件限制了振膜膜片厚度极限的前提下，将对于较大尺寸的振膜而言，由于振膜仅与声腔边缘处的固定基板或固定背极存在机械连接，根据圣维南原理，即使将声腔边缘处振膜周缘全部固定住，对振膜中心处刚度仍然影响甚微，无法通过设计手段对振型予以有效调整。

其次，美国专利US20070047746A1等技术方案试图通过将多个麦克风单元并联以获得更大的有效电容以保证麦克风信号的质量，但是这种方案受麦克风本身加工的工艺限制，麦克风外围结构的无效面积与麦克风个数成正比，对应带来的成本增加是难以克服的。

再次，在麦克风芯片尺寸做大以获取有效电容时，由于工艺条件的限制，其残余应力导致膜片的翘曲。一般地，对于一个几百微米跨度的膜片结构，会存在中心区域1-20微米量级的翘曲，但麦克风膜片的电容间隙(气隙)宽度范围一般都在1-20微米量级。故已有方案针对这个翘曲问题，都是通过各种手段尽量减小振膜的翘曲，另外尽量将背极设置得较硬，来降低振膜和背极的翘曲对电学模型的影响。如中国专利CN1498513A通过制作“凸微观结构”来抑制翘曲。这样的技术方案增加了工艺实现的难度，相应增加的成本很难再降下来，并且将背极设置得较硬会带来较脆的后果，使硅麦克风结构在冲击下更易碎裂。

最后，对于传统硅麦克风产品，如果在膜片边缘设置开槽，麦克风频响曲线的低频响应将会衰减，在衰减较为严重时，甚至影响到麦克风对低频声学信号的正常响应，从而影响其正常使用。而不在膜片边缘设置开槽，意味着对于使用多处中部连接的刚性背极结构而言，只能在膜片上通过设置褶皱等，有限地设置其局部力学特性，无法有效地应用“板梁组合”这样的经典力学结构来使每个振膜单元结构得到最大的优化，否则就要面对力学性能与低频响应衰减之间的艰难权衡。

综上，有必要针对此问题提供一种新型的在振膜与柔性背极之间约束的结构方案，并且为保证新结构方案的可替代性，所提供的新方案需克服或避免上述问题，并与已有硅麦克风的典型制备工艺兼容以保证较低的成本。本发明的提出，使得以现有工艺水平可以实现在多晶硅振膜及与其正对的柔性背极之间灵活地设置机械连接，通过合理利用尺度效应，使电气模型更理想、维持传感器信号强度以抗干扰，规避甚至合理利用膜片翘曲等工艺缺陷，以更进一步提高灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等指标。换言之，使得高性能的硅电容麦克风可在现有通用工艺水平下也可以低成本大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用柔性背极的硅电容麦克风，能在现有工艺水平下改善振膜振型，规避工艺中的膜片翘曲，膜片易碎等不利因素，从而优化灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等指标。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种硅电容麦克风，包括基板、振膜和背极；所述基板上设有一个声腔；所述振膜位于所述声腔上部，被声压波激发时产生机械振动；所述背极与所述振膜之间设置有固定的气隙，所述振膜、所述背极与所述气隙共同形成电容器；其中，还包括固定连接在所述振膜和所述背极之间的一个或多个绝缘的中部连接，所述一个或多个中部连接将所述振膜分为多个振膜单元；所述背极是柔性的，且所述背极的自振频率不超过所述振膜单元的自振频率最大值的5倍。在受加工工艺影响，有残余应力导致振膜和背极的翘曲时，可通过设置柔性背极的方法，来减少振膜和背极的翘曲对频响曲线和麦克风电学模型的影响。一般地，膜片的平面尺寸较大而厚度尺寸较小的技术方案中，以一般的工艺水平加工时会由于残余应力作用发生膜片本身的翘曲。而将膜片的平面尺寸做大才能保证可变电容容值较大，将膜片厚度做小才能保证其灵敏度较高，翘曲问题使得两者之间发生了直接的矛盾。本发明通过设置多块面积大小相差在50％以内的振膜单元来替代单一振膜，从而使得每块振膜单元面积都较小，其局部相对其对应的背极部分的翘曲并不严重，甚至可以有余地将振膜厚度减小来换取更高的灵敏度，而无需像中国专利CN1498513A那样通过制作“凸微观结构”来抑制翘曲。这样通过设置柔性背极释放了应力，又通过多个振膜单元来使每个单元处的局部翘曲不明显，既保证了硅麦克风正常工作时电学模型的理想性，又通过柔性背极释放应力后变得更有韧性的特点，保证了硅麦克风受冲击时的可靠性。

另外，所述背极的自振频率，可以低于某一振膜单元的自振频率，也可以等于或大于某一振膜单元的自振频率，但不超过各振膜单元的自振频率最大值的5倍。背极的自振频率决定于背极的刚度，如果其自振频率低于麦克风工作频率范围(一般为音频范围20-20kHz)，则会在输入声音信号频率接近其自振频率时使硅麦克风无法以正确的相位响应输入信号，故一般背极的自振频率都高于麦克风工作频率，此处说背极的自振频率可低于某一振膜单元的自振频率，其原因是振膜单元尺寸减小后自振频率有所提高，允许振膜单元自振频率提高后超过背极的自振频率，是本发明柔性背极设计的关键――虽然振膜单元自振频率高，在局部其刚度仍然比背极的局部软很多，是响应声音信号的主要灵敏度贡献来源；而背极自振频率高于各振膜单元的自振频率最大值的5倍时，就与刚性背极的概念非常接近了，这样设置的背极在使用本发明技术方案时，存在低频衰减和背极较脆而易碎的可靠性问题。关于“低频衰减”的问题，在后文中将有介绍，关于背极“较脆而易碎”的问题，原因是在工艺或设计限制了背极的最大厚度，而设计的芯片尺寸决定背极平面形状尺寸的前提下，提高背极刚度唯一的办法是增加其张应力，而张应力过大虽然会带来背极刚度的提高，也会带来背极“较脆而易碎”的可靠性风险。

优选的硅电容麦克风，其中所述振膜的材料为掺杂多晶硅，通过淀积的工艺实现。如美国专利US7856804B2这样将振膜设置为高电阻率材料并在信号灵敏度较大处通过设置一层金属薄膜取出有用电信号的方法，虽然可以使信号中寄生电容等非理想因素影响较小，但由于有用信号面积较小，其本身的信号较微弱，信噪比受到局限，工艺难度和成本也上升很多。本发明通过将振膜设置为多个振膜单元的方式，使得每个振膜单元的边缘都较软而中心处较硬，提高了信号的效率，从而无需通过其他更困难、成本更高的工艺来提取有用信号，只需通过经典的掺杂多晶硅工艺实现。

优选的硅电容麦克风，其中各个振膜单元之间根据电气引线需要进行串联或并联，以形成不同的电容值。所述的不导电的中部连接，其上下方分别连接导电的振膜和导电的背极，这样就可以使得导电的振膜单元之间相连；如果需要振膜单元之间电隔离且几何隔离，只需要在振膜单元之间的边界上设置开槽，即可从电学和几何学上同时将两者分隔开；如果需要振膜单元之间电隔离且几何连接，只需要在振膜单元之间的边界上设置集成电路工艺常见的反向浓掺杂，即可通过PN结隔离的方式保证其电绝缘并维持几何学上的相互连接。

优选的硅电容麦克风，各个振膜单元之间两两面积相差均在50％以内，从而能够保证工艺偏差对各部分单元尺度的影响更均匀，使各振膜单元之间的均一性更强。

优选的硅电容麦克风，其中在振膜单元边缘设置开槽，其宽度范围在0.1-10微米。在传统的硅电容麦克风技术中，由于低频声波穿透力强，如果在振膜单元上设置开槽，则会出现明显的麦克风动态响应低频衰减的问题，而如果不在振膜单元上设置开槽来应用“板梁组合”这样的典型力学结构，仅通过设置褶皱等手段，很难达到最优的力学优化效果。本发明利用工艺本身存在的膜片翘曲现象，通过设置膜片翘曲方向和程度来抑制低频衰减问题。其本质方法是利用柔性膜片翘曲大而刚性膜片翘曲小的原理，从几何学上使与圆弧等长的几段弦线端点之间的距离比翘曲前减少。

或者，本发明的硅电容麦克风也可在所述振膜单元的边界上设置反向浓掺杂，使各个振膜单元之间通过PN结隔离的方式保持电绝缘并维持空间结构上的连接。

优选的电容式麦克风，其中在衬底上仅设置对背极固定的锚区，而振膜仅通过所述中部连接悬挂在背极上，不与衬底存在机械支撑意义上的连接关系。将除引线需要外振膜与衬底之间的机械连接去除，有助于通过柔性背极释放应力后，尽量减少工艺残余应力传递到膜片上干扰其正常工作状态，从而有利于保证振膜的工作更接近理想状况。以往的传统设计中，振膜必需与衬底之间设置连接，因为在刚性背极技术方案中，面临仅设置中部连接与低频衰减的两难问题。本发明由于采用柔性背极技术方案，有效控制了低频衰减问题，从而可以通过设置中部连接结构来避免振膜与衬底的直接连接，从而避免衬底应力对振膜的不可控影响。

优选的硅电容麦克风，其中各个振膜单元之间具有相同的或者呈函数关系的自振频率。例如，可将各振膜单元之间的自振频率设置得成序(包括几个单元一组，每组之间成序的情况)，使得其按预先设置好的串并联关系协同工作后硅麦克风的总体性能指标达到设计要求；在单个或部分振膜单元信号较微弱时，也可将各振膜单元之间的参数设置得相同，将其完全并联来得到较强的传感器信号。

优选的硅电容麦克风，其中所述振膜单元形状是正三角形、矩形、正六边形的一种。众所周知，在平面二维图形中，可以无限延拓的简单图形就是三角形(包括正三角形和直角三角形)、四边形(包括矩形、平行四边形和直角梯形)、正六边形，而设置单元时较为常用的是正三角形、矩形和正六边形。如果需要将各振膜单元自振频率设置得成序或完全相同时，将其形状设置得完全一样可降低工艺波动带来的非理想因素影响，而使用可以无限延拓的形状，会得到较好的芯片面积利用率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明能在现有工艺水平下，提高硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等指标，从而在保持产品生产效率、可靠性、良率和成本基本不变的基础上提高产品性能，拓宽产品的应用场合，增加产品竞争力。

附图说明

图1是现有技术的麦克风导电多晶硅振膜结构与背极的敏感变形情况的剖视示意图。

图2是应用本发明的麦克风导电多晶硅振膜结构与背极的敏感变形情况的剖视示意图；

图3是本发明优选实施例的一种中部连接排布方案的俯视示意图；

图4是本发明优选实施例的另一种中部连接排布方案的俯视示意图；

图5是本发明优选实施例的又一种中部连接排布方案的俯视示意图；

图6是本发明优选实施例的在振膜单元边缘设置开槽的俯视示意图；

图7是本发明优选实施例的将振膜单元形状设置成矩形的俯视示意图；

图8是现有技术的传统硅麦克风翘曲及振膜敏感变形情况剖视示意图；

图9是本发明优选实施例的硅麦克风翘曲及振膜敏感变形情况剖视示意图。

具体实施方式

本发明提供了应用柔性背极的硅电容麦克风，能在现有工艺水平下改善振膜振型，从而优化灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标。下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1，为现有技术中麦克风导电多晶硅振膜结构与背极的敏感变形情况的剖视示意图。现有技术中，为使硅电容麦克风的多晶硅振膜203’的灵敏度较高以达到应用要求，多将其厚度值取得较薄，一般在0.1～2微米的范围。这样，振膜的刚度较低，灵敏度较高。如图1所示，柔性背极205’和振膜203’之间通过边缘连接2042’相结合。在受到声压波激发时，柔性背极205’由水平位置2051’下凹至虚线位置2052’，振膜203’由水平位置2031’上凸至虚线位置2032’。通常的背极205’和振膜203’的变形使得电容的相对变化主要发生在振膜203’的中央位置，边缘位置的位移较小。这样，可以发现两者的相对变形虽然占据了两者之间的固定区域即原牺牲层(图未示)的间隙空间，但由于主要变形仅发生在中央位置，电容变化的效率受到了限制。这是由于振膜203’较薄后，中央区域薄膜的刚度相对边缘设计和下降过的支撑部分差距不明显。相关力学理论指出，同一片振膜上刚度随着半径的梯度变化较小，也会使得发生敏感运动的应变随着半径的变化率波动不大；换言之，此时位移分布是由边缘到中心缓慢增加的。

在这样的力学模型下，根据圣维南原理，如果要让位移分布在中心处都较大而平缓，而在边缘处陡然减小到固定锚区位置，从而得到较高的灵敏度、信噪比和线性度指标，就需要采取如增加中心处的膜厚等手段以硬化其中心区域来达到相应目标。但受整体刚度、应力分布和工艺可行性等因素影响，将振膜厚度增加的工艺将难度大成本高，麦克风灵敏度也降低，与本发明希望以低成本工艺大批量生产高性能产品的初衷是背道而驰的。

为了解决上述问题，请继续参阅图2，为本发明的麦克风导电多晶硅振膜结构与背极的敏感变形情况的剖视示意图。

本发明中背极205是柔性的，即其自然形态2051与受力变化形态2052不重合，也可以通过合理设置中部连接2041来调整振膜203的振型2032，使得振膜振型更理想，从而使背极变化形态2052与振膜振型2032之差通过中部连接2041优化后灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标均得到提高。

相关力学理论指出，在按一定方案设置了中部连接2041的振膜结构可以在力学模型上被认为是划分的多块较小振膜，从而可通过对每块小振膜的刚度分布设计，达到图2的较大变形效率的效果。由于柔性背极虽然整体自振频率较低，但其局部区域的刚度远大于振膜单元，这种中部连接2041的设置使得振膜203和背极205除共同的位移(包括受静电力等静态外力下的形变和受残余应力影响后膜片的翘曲)外，较高效率的两者变形之差可通过此约束相应刚度分布调整来得到。其中根据圣维南原理，中部连接2041的约束设置使得振膜厚度对刚度分布的影响减弱，而各划分后的子振膜在局部区域的力学行为更接近其作为较小尺寸的振膜的情形。

正是出于这个原因，工艺和设计局限决定振膜的厚度是需要设置得尽量薄的。而将其加厚只是出于抵抗翘曲和增大膜片面积的目的，同时还需要付出工艺难度和成本的代价。本发明通过在振膜与柔性的背极上设置可动的中部连接2041，来达到优化柔性背极麦克风性能的目的。从而在避开使用已有的各种方案的复杂工艺之余，使用现有的低成本工艺大批量加工更高性能的产品成为可能。

图2中振膜203的厚度为0.1～2微米，因为如果振膜厚度太薄，则残余应力分布不均匀，振膜变形情况也不可控；如果振膜厚度太厚，则灵敏度较低，难于达到实际应用要求，本发明也失去了应用意义。用选择性去除牺牲层204的方式构造振膜203与背极205之间的中部连接2041和边缘连接2042，其目的并非单纯的划分应力与变形，还要求各振膜单元在应力释放后灵敏度更趋于一致，并易于电极引出。中部连接2041将振膜和背极划分为多个单元区域，各区域之间可以通过几何方法分隔，也可以通过工艺上的反向浓掺杂方法分隔，也可以不分隔。

所述振膜203的材料可以是通过淀积的工艺实现的导电多晶硅；所述柔性背极205的材料也可以是通过淀积的工艺实现的导电多晶硅；在所述振膜203的可动部分与所述背极205的可动部分之间的中部连接2041，需保证两者之间仅有机械连接，无电气连通。这几种做法可以在电路引线时获得便利。

所述振膜203可动部分与所述背极205的可动部分之间设有的一个或多个连接两者的结构中部连接2041，可通过与制备工艺结合，根据性能需要实现如简支的弱约束或类似固支的强约束。实现约束的强度与中部连接2041的单元尺寸、残余应力及连接结合紧密程度有关，这样也可以增大调整振型时的灵活性。

在所述振膜203可动部分与所述背极的可动部分之间设有的一个或多个连接两者的结构中部连接2041，可通过有选择性地去除牺牲层的工艺实现。这样可以使得中部连接2041结构的实现工艺与现有的工艺相容，仅需调整相关的牺牲层去除图形即可实现。这样，可以在原有的低成本工艺基础上调整导电多晶硅振膜203的振型，控制其张力、顺性和变形情况，使得简单工艺实现的大面积多晶硅振膜203的变形情况受振膜厚度影响降低，不但动态响应和高阶振型抑制更好，更有着更高的灵敏度、信噪比和线性度，从而达到以较低成本和高成品率生产高性能麦克风的目的。

图3～图5分别是本发明的硅电容麦克风中振膜203和背极205之间约束关系的具体实施例。从图中可看出，中部连接2041与边缘连接2042在振膜单元两两之间面积相差不超过50％的基本原则下可以根据振膜203与背极205之间的相对振型优化需要，有多种体现形式，而约束的强度与中部连接2041的单元尺寸、残余应力及连接结合紧密程度有关。为减少衬底应力对振膜的不可控影响，其边缘连接2042也可以去掉。

图6和图7分别展示了通过中部连接2041和开槽2033将振膜2031划分为多个单元的情况，与振膜2031在垂直纸面方向上相对的背极2051没有画出。如图6和图7所示，通过设置开槽，将振膜单元设置为通过中部连接2041悬挂在背极2051上的“板梁组合结构”。值得注意的是，如果在几何学上不需要设置开槽2033，可以在其相应的位置通过反向掺杂的方式，从而使得振膜的各个单元在几何学上相连，但在电学上相互隔离。此外，图6和图7中的部分中部连接2041也可以视设置时的空间布局和电气走线需要重新定义为边缘连接2042。

在图6中，通过开槽将振膜划分为的振膜单元形状不具备在平面四方连续的特点，但可以适应振膜所有单元整体形状的划分要求，这样的划分方案，适用于振膜总面积较小的情况，可以尽量利用振膜的总面积空间。但是这样的方案，由于各个振膜的尺寸和形状不完全相同，在受工艺误差影响时，各个振膜受到工艺误差干扰的程度也不相同，这样，制作完成后的各个振膜单元之间的参数相同或者依序分布的设计方案就会受到较大的干扰。

在图7中，通过将振膜单元划分为矩形的方法，使得各个振膜的尺寸的形状完全相同，这样在受工艺误差影响时，各个振膜受到工艺误差干扰的程度也相近。如果希望制作完成后的各个振膜单元之间的参数相同，可以为各个振膜单元设置相同的开槽，如果希望制作完成后的各个振膜单元之间的参数依序分布，也可以通过设置开槽的位置略有区别的方法来实现。这样设置的各个振膜单元在受相近的工艺误差影响后，会相比受不同的工艺误差而言，更容易维持其相对关系。

图8是现有技术的传统硅麦克风翘曲及振膜敏感变形情况剖视示意图；图9是本发明优选实施例的硅麦克风翘曲及振膜敏感变形情况剖视示意图。如图8所示，由于翘曲的存在，翘曲后的振膜2031与背极2052不再保持相互平行，两者中较软的膜片翘曲更大些。由于电容和电容值变化均与电容间隙有关，在此情况下受到声学信号激励后，振膜的变形情况2032使整个麦克风系统的信号与设计的情况差异较大。此种情况在传统硅麦克风中只能通过将背极刚度加大和尽量控制工艺参数来抑制翘曲的影响。随着芯片面积的增加，对工艺的要求也越来越高。举例而言，对于一块特征尺寸900um的振膜而言，即使向上翘曲4um也不超过5％，但是这个振膜的上表面距离背极的下表面也许只有5um的距离，因为需要将电容间隙(气隙)减小以保证足够的敏感电容容值，但4um的翘曲在部分地方占了这个电容模型的80％间隙，完全足以使理想的麦克风电路工作模型失效。如图9所示，如果将这块特征尺寸900um的振膜在关心的方向上划分为三个振膜单元，那么在同样的厚度下，每个振膜单元本身的在讨论的方向上的刚度就会上升到之间的27倍，相应的翘曲也就忽略不计了。另一方面，可以将背极制成柔性的以释放工艺中的残余应力，增强结构韧性。这样柔性的背极可能会使翘曲的程度增加，但如图9所示，每个振膜单元对应的电容模型的误差都较小，在受到声学信号时，振膜变形的情况2032将通过正常的麦克风电路工作模型向后续环节传递信号。另一方面，可以通过将变形后的背极2052近似为弧线段，而振膜单元近似为直线段的模型来估算翘曲现象对漏气气隙的缩小情况。在如图9的方向上，假定背极中部比边缘分别上翘2，4，8，16，32um，则通过几何计算可知相邻线段最近端点的距离分别被缩小4.2nm,17nm,68nm,0.27um和1.1um。如将上翘程度从任意方向2um放宽到指定方向16um，工艺成本会有明显下降且更加可控。显然在一般工艺下，如果设置1um的单元间的开槽，在出现以上程度的上翘时，会被分别缩小0.42％，1.7％，6.8％，27％，和超过100％(即开槽被完全填充，振膜单元间相互直接接触并在力学上相互影响，显然这是另一个需要避免的情形)。由此可见，在上翘程度较大时，这个改善效果是颇为可观的。这样通过放宽对膜片翘曲程度的要求，将翘曲引向同一个方向并合理指定其翘曲量的做法，可降低工艺难度和成本，并使得开槽后的低频衰减在柔性背极方案中得到有效抑制。

本发明也允许与其他调整振膜形状和参数的技术结合，以获得更好的优化效果。

此外，说明书和权利要求书中的术语“顶”，“底”，“上”，“下”，“左”，“右”等(如果存在)用于说明性目的且不一定用于描述永久的相对位置。可以理解的是如此使用的术语可在适当情况下互换，使得本文所述的本发明的实施例能够在例如不同于上述或本文中所述的方向的其他方向上进行操作。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种硅电容麦克风，包括基板、振膜和背极；所述基板上设有一个声腔；所述振膜设于所述声腔上部，被声压波激发时产生机械振动；所述背极位于所述振膜上部，在所述背极与所述振膜之间设置有固定的气隙，所述振膜、所述背极与所述气隙共同形成电容器；其特征在于，还包括固定连接在所述振膜和所述背极之间的一个或多个绝缘的中部连接，所述一个或多个绝缘的中部连接将所述振膜分为多个振膜单元；所述背极是柔性的，且所述背极的自振频率不超过所述振膜单元的自振频率最大值的5倍。

2.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，所述振膜的材料为掺杂多晶硅，通过淀积的工艺实现。

3.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，各个振膜单元之间根据电气引线需要进行串联或并联，以形成不同的电容值。

4.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于,各个振膜单元之间的面积之差不超过50％。

5.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，所述振膜单元的边缘设置开槽，以形成各个振膜单元之间的电绝缘和空间结构上的隔离。

6.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于,所述振膜单元的边界上设置反向浓掺杂，使各个振膜单元之间通过PN结隔离的方式保持电绝缘并维持空间结构上的连接。

7.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，在衬底上仅设置对背极固定的锚区，而所述振膜与所述衬底之间不存在机械连接。

8.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，各个振膜单元之间具有相同的或者呈函数关系的自振频率。

9.根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，所述振膜单元的形状是三角形、四边形或正六边形中的任一种。