CN106303868B - 一种高信噪比传感器及麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅麦克风的技术领域，尤其涉及一种高信噪比传感器及麦克风。包括立柱；硅基背极板，固定设置与立柱的顶端；声学振膜，与硅基背极板间隔一预定间距，声学振膜边缘通过一连接装置固定连接硅基背极板；其中，硅基背极板、声学振膜结合硅基背极板与声学振膜之间的气隙形成传感器的电容结构。将声学振膜通过一连接装置连接硅基背极板，连接装置对声学振膜施加的拉力为倾斜拉力，大大降低了声学振膜的水平方向的侧向应力。在声压推动声学振膜发生形变时，声压可以推动整张声学振膜发生振动，即全膜振动，整个声学振膜发生振动，电容的容值变化范围较大，即采集声音范围增大，同时也增强了采集声音信号的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅麦克风的技术领域，尤其涉及一种高信噪比传感器及麦克风。
背景技术
近三十年的MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems微电子机械系统)技术与工艺的发展，特别是基于硅芯片MEMS技术的发展，实现了许多传感器(如压力传感器，加速度计，陀螺仪等)的微型化和低成本。MEMS硅麦克风已开始产业化，逐渐取代传统的驻极体电容式麦克风。
现有的MEMS麦克风的传感器，其主要结构是：如图1所示，包括硅基背极板2及位于所述硅基背极板2上方的声学振膜3，声学振膜3的边缘固定连接立柱1，通过立柱1的连接应力将声学振膜3支撑，其工作原理是：利用声音变化产生的压力梯度使声学振膜3受声压干扰而产生形变，进而改变声学振膜3与硅基背极板2与声学振膜3之间的电容值，该电容值的变化转换为电压的变化输出，进而实现将声压信号转化为电压信号输出。但是现有的声学振膜3是受连接应力固定连接立柱1的，声压仅仅能使声学振膜3的小范围区域(中心区域)产生形变(振动)，因边沿部分应力较大而无法产生形变(振动)，即声学振膜3的有效面积较小，电容容值变化范围较小，其采集的声音信号幅度较小。同时还存在另一缺陷，即现有的声学振膜3的有效区间较小，仅中心区域的声学振膜3处于频繁振动状态，而边缘声学振膜3的振幅很小，进而导致中心区域的声学振膜3因受力疲劳出现断裂或其他毁损，影响声音采集的有效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高信噪比传感器及麦克风。
本发明是这样实现的：
一种高信噪比传感器，应用于麦克风装置，其中，包括
立柱；
硅基背极板，固定设置与所述立柱的顶端；
声学振膜，与所述硅基背极板间隔一预定间距，所述声学振膜边缘通过一连接装置固定连接所述硅基背极板；
其中，所述硅基背极板、所述声学振膜结合所述硅基背极板与所述声学振膜之间的气隙形成所述传感器的电容结构。
上述的高信噪比传感器，其中，所述硅基背极板与所述声学振膜之间的所述预定间距范围为2.6μm～3μm。
上述的高信噪比传感器，其中，所述声学振膜边缘通过所述连接装置按照一预定倾斜角度连接所述硅基背极板。
优选地，上述的高信噪比传感器，其中，所述声学振膜的厚度范围为1μm～10μm。
优选地，上述的高信噪比传感器，其中，所述声学振膜为氧化硅薄膜。
优选地，上述的高信噪比传感器，其中，所述硅基背极板的厚度范围为1.5μm～2μm。
优选地，上述的高信噪比传感器，其中，所述连接装置为刚性链式连接装置。
优选地，上述的高信噪比传感器，其中，预定的所述倾斜角度为45°。
优选地，上述的高信噪比传感器，其中，所述声学振膜的厚度范围为
1μm～10μm。
一种高信噪比麦克风，其中，包括上述任一所述的高信噪比传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
将声学振膜通过一连接装置连接所述硅基背极板，连接装置对声学振膜施加的拉力(该拉力使得所述声学振膜维持在静止状态)为倾斜拉力，大大降低了所述声学振膜的水平方向的侧向应力。在声压推动声学振膜发生形变时，声压可以推动整张声学振膜发生振动，即全膜振动，整个声学振膜发生振动，电容的容值变化范围较大(电容结构中的有效的极板面积增大)，即采集声音范围增大，同时也增强了采集声音信号的信噪比。
附图说明
图1为现有的一种麦克风传感器的剖面结构示意图；
图2为本发明一种高信噪比传感器的剖面结构示意图；
图3为本发明中第一连接支点和第二连接支点的受力示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种高信噪比传感器，应用于麦克风装置，其中，包括
立柱1；
硅基背极板2，固定设置与所述立柱1的顶端；
声学振膜3，与所述硅基背极板2间隔一预定间距，所述声学振膜3边缘通过一连接装置5固定连接所述硅基背极板2；
其中，所述硅基背极板2、所述声学振膜3结合所述硅基背极板2与所述声学振膜3之间的气隙4形成所述传感器的电容结构。
本发明的工作原理是：将硅基背极板2固定设置于所述立柱1的顶端，声学振膜3设置于所述硅基背极板2垂直方向的正下端，且与所述硅基背极板2间隔一预定间距，所述声学振膜3边缘通过一连接装置5固定连接所述硅基背极板2，所述硅基背极板2、所述声学振膜3接合所述硅基背极板2与所述声学振膜3之间的气隙4形成所述传感器的电容结构。利用声音变化产生的压力使声学振膜3受声压干扰而产生形变，进而改变声学振膜3与硅基背极板2之间的电容值，该电容值的变化转换为电压的变化输出，进而实现将声压信号转化为电压信号输出，因本发明将声学振膜3通过以连接装置5连接所述硅基背极板2，连接装置5对声学振膜3施加的拉力(该拉力使得所述声学振膜3维持在静止状态)为倾斜拉力，大大降低了所述声学振膜3的水平方向的侧向应力，在声压推动声学振膜3发生形变时，该声压可以推动整个声膜发生振动，即全膜振动，整个声学振膜3发生振动，电容值变化范围较大(C＝εS/d，ε为极板间介质的介电常数，S为极板相对面积，d为极板间的距离，通过改变极板相对面积，即可改变电容值，其中极板相对面积即为声学振膜3与硅基背极板2形成的空间的面积)，即声音采集范围增大，同时也增强了声音信号的信噪比。
上述的高信噪比传感器，其中，所述硅基背极板2与所述声学振膜3之间的所述预定间距为2.6μm～3μm。采用2.6μm～3μm的间距，可形成的电容值范围变化完全满足日常声音的采集需要，此处仅仅为一优化方案，并非是对本发明的具体限制。
作为进一步优选实施方案，上述的高信噪比传感器，其中，所述声学振膜3边缘通过所述连接装置5按照一预定倾斜角度连接所述硅基背极板2。
如图3所示，O点为所述声学振膜3与所述连接装置5的第一连接支点，O”点为所述声学振膜3与所述连接装置5的第二连接支点，在传感器处于待机状态下，所述声学振膜3于所述连接装置5施加的倾斜应力的作用下保持静止状态，F为第一支点O的受力大小与方向，F”为第二支点O”的受力大小与方向，G为所述声学振膜3的重力方向，α为所述连接装置5与所述声学振膜3的连接倾斜角(倾斜角度)，对F进行分解，可形成，
对F”进行分解，可形成，
使上述所有的受力满足
F2+F”2＝G，F1＝F1”(F1-F1”＝0)，
即可使得所述声学振膜3处于静止状态(高信噪比传感器在不工作的状态下，所述声学振膜3处于静止状态)。
采用此种设计，因F1＝F1”，水平方向的侧向应力相互抵消，可使得所述声学振膜3水平方向侧向应力为零。可使得所述声学振膜3处于全膜振动的工作状态，即第一连接支点O与第二连接支点O”之间的区域为所述声学振膜3的有效区域。因所述声学振膜3为全膜振动，则所述硅基背极板2与所述声学振膜3之间形成的电容的容值增高，避免了部分区域因受力频繁而出现断裂的现象，进一步提高了所述传感器采集声音的范围，并延长了所述声学振膜3的使用寿命。
作为进一步优选实施方案，上述的高信噪比传感器，其中，所述声学振膜3的厚度为1μm～10μm。现有的声膜的厚度为0.5μm～1μm，本申请中，采用1μm～10μm的声学振膜3(加厚加硬的声学振膜3)，可以使得所述声学振膜3的侧向支撑力增大，能够更好地使得整张声学振膜3处于一个平整的状态。同时也有利于连接装置5进行连接。
作为进一步优选实施方案，上述的高信噪比传感器，其中，所述声学振膜3为氧化硅薄膜。
作为进一步优选实施方案，上述的高信噪比传感器，其中，所述硅基背极板2的厚度为1.5μm～2μm。此处仅仅为一种优选方案，在实际使用过程中，可做相应的调整。
作为进一步优选实施方案，上述的高信噪比传感器，其中，所述连接装置5为刚性链式连接装置5。采用刚性链式连接装置5，连接方式简单，且稳定性较高。
作为进一步优选实施方案，上述的高信噪比传感器，其中，预定的所述倾斜角度为45°。此处倾斜角度仅仅为一种优选的实施方式，在具体使用过程中，需根据所述声学振膜3的长度、所述声学振膜3与所述硅基背极板2之间的距离、立柱1之间间距做具体的调整。
一种高信噪比麦克风，其中，包括上述任一所述的高信噪比传感器。一种高信噪比麦克风的工作原理与上述的高信噪比传感器的工作原理相同，此处不做赘述。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高信噪比传感器，应用于麦克风装置，其特征在于，包括
立柱；
硅基背极板，固定设置于所述立柱的顶端；
声学振膜，与所述硅基背极板间隔一预定间距，所述声学振膜边缘通过一连接装置固定连接所述硅基背极板；
其中，所述硅基背极板、所述声学振膜结合所述硅基背极板与所述声学振膜之间的气隙形成所述传感器的电容结构；
所述连接装置为刚性链式连接装置；所述声学振膜边缘通过所述连接装置按照一预定倾斜角度连接所述硅基背极板。
2.根据权利要求1所述的高信噪比传感器，其特征在于，所述硅基背极板与所述声学振膜之间的所述预定间距为2.6μm～3μm。
3.根据权利要求1所述的高信噪比传感器，其特征在于，所述声学振膜水平方向侧向应力为零使得所述声学振膜处于全膜振动的工作状态。
4.根据权利要求1所述的高信噪比传感器，其特征在于，所述声学振膜为氧化硅薄膜。
5.根据权利要求1所述的高信噪比传感器，其特征在于，所述硅基背极板的厚度为1.5μm～2μm。
6.根据权利要求1所述的高信噪比传感器，其特征在于，预定的所述倾斜角度为45°。
7.根据权利要求1所述的高信噪比传感器，其特征在于，所述声学振膜的厚度为1μm～10μm。
8.一种高信噪比麦克风，其特征在于，包括上述权利要求1～7任意一项所述的高信噪比传感器。
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109286884A (zh) * | 2017-07-19 | 2019-01-29 | 上海微联传感科技有限公司 | 背极板及麦克风 |
| CN109682990A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-04-26 | 武汉齐物科技有限公司 | 一种风速测量方法及装置 |
| CN111954138A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 苏州礼乐乐器股份有限公司 | 一种带音梁及音隧的全频段硅麦 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101427591A (zh) * | 2006-02-24 | 2009-05-06 | 雅马哈株式会社 | 电容式传声器 |
| CN101841758A (zh) * | 2010-03-08 | 2010-09-22 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 电容mems麦克风 |
| CN102056061A (zh) * | 2009-10-29 | 2011-05-11 | 苏州敏芯微电子技术有限公司 | 电容式微型硅麦克风及其制造方法 |
| CN102264020A (zh) * | 2010-05-26 | 2011-11-30 | 国立清华大学 | 微机电电容式麦克风 |
| JP2012031951A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Iwai Kikai Kogyo Co Ltd | ダイヤフラム隔膜 |
| WO2012114535A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | オムロン株式会社 | 音響センサ及びマイクロフォン |
| CN103604068A (zh) * | 2013-11-19 | 2014-02-26 | 惠州市华瑞光源科技有限公司 | 一种电视机和直下式背光模组 |
| CN205029870U (zh) * | 2015-06-12 | 2016-02-10 | 钰太芯微电子科技（上海）有限公司 | 一种高信噪比传感器及麦克风 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7885423B2 (en) * | 2005-04-25 | 2011-02-08 | Analog Devices, Inc. | Support apparatus for microphone diaphragm |
| TW200746868A (en) * | 2006-02-24 | 2007-12-16 | Yamaha Corp | Condenser microphone |
| US20120308037A1 (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Hung-Jen Chen | Microelectromechanical microphone chip having stereoscopic diaphragm structure and fabrication method thereof |
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- 2015-06-12 CN CN201510325461.0A patent/CN106303868B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101427591A (zh) * | 2006-02-24 | 2009-05-06 | 雅马哈株式会社 | 电容式传声器 |
| CN102056061A (zh) * | 2009-10-29 | 2011-05-11 | 苏州敏芯微电子技术有限公司 | 电容式微型硅麦克风及其制造方法 |
| CN101841758A (zh) * | 2010-03-08 | 2010-09-22 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 电容mems麦克风 |
| CN102264020A (zh) * | 2010-05-26 | 2011-11-30 | 国立清华大学 | 微机电电容式麦克风 |
| JP2012031951A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Iwai Kikai Kogyo Co Ltd | ダイヤフラム隔膜 |
| WO2012114535A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | オムロン株式会社 | 音響センサ及びマイクロフォン |
| CN103604068A (zh) * | 2013-11-19 | 2014-02-26 | 惠州市华瑞光源科技有限公司 | 一种电视机和直下式背光模组 |
| CN205029870U (zh) * | 2015-06-12 | 2016-02-10 | 钰太芯微电子科技（上海）有限公司 | 一种高信噪比传感器及麦克风 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 背极板刚度对硅微电容传声器性能的影响;何庆;《声学技术》;第37-40页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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