CN106375912B - 一种mems麦克风中的振膜及mems麦克风 - Google Patents

一种mems麦克风中的振膜及mems麦克风 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MEMS麦克风中的振膜及MEMS麦克风，包括振膜本体以及在振膜本体上由缝隙限制成的至少一个泄压装置，所述缝隙包括依次承接在一起的至少两段圆弧状缝隙，其中，相邻两段圆弧状缝隙整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称，所述泄压装置包括由至少两段相邻的圆弧状缝隙形成的至少两个阀瓣，以及连接阀瓣与振膜本体且呈束缚状的颈部。本发明的振膜，当受到例如机械冲击、吹气、跌落所带来的较大声压时，结构对称的至少两个阀瓣可以以各自的颈部为支点向上或向下翘起，从而形成了有效的泄压路径，以达到泄压的目的。

Description

一种MEMS麦克风中的振膜及MEMS麦克风
技术领域
本发明涉及一种用于发声的振膜，更准确地说，涉及一种MEMS麦克风中的振膜；本发明还涉及一种MEMS麦克风。
背景技术
MEMS(微型机电系统)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，其中的振膜、背极板是MEMS麦克风中的重要部件，振膜、背极板构成了电容器并集成在硅晶片上，实现声电的转换。传统的振膜的制作工艺是在硅基底上做一层氧化层，然后在氧化层上利用沉积的方式制作一层振膜，经过掺杂、回火后，蚀刻出所所需的图形，振膜通过其边缘的铆钉点固定在基底上。当然，还需要从振膜上引出电极，通过振膜的振动，改变振膜与背极板之间的距离，从而将声音信号转换为电信号。
当MEMS麦克风受到机械冲击、吹气、跌落时，其中的MEMS芯片会受到较大的声压冲击，这往往会使振膜受到过大的压力而导致破裂受损，从而导致整个麦克风的失效。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种MEMS麦克风中的振膜的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS麦克风中的振膜，包括振膜本体以及在振膜本体上由缝隙限制成的至少一个泄压装置，所述缝隙包括依次承接在一起的至少两段圆弧状缝隙，其中，相邻两段圆弧状缝隙整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称，所述泄压装置包括由至少两段相邻的圆弧状缝隙形成的至少两个阀瓣，以及连接阀瓣与振膜本体且呈束缚状的颈部。
可选的是，所述颈部的两侧沿其轴线对称。
可选的是，所述圆弧状缝隙设置有两段，分别记为第一缝隙、第二缝隙，所述第一缝隙、第二缝隙共同在振膜本体上形成了第一阀瓣、第二阀瓣，以及连接第一阀瓣与振膜本体的第一颈部，连接第二阀瓣与振膜本体的第二颈部。
可选的是，所述第一缝隙和第二缝隙连接的位置与第一缝隙的自由端头之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部形成在该第一开口位置；
所述第一缝隙和第二缝隙连接的位置与第二缝隙的自由端头之间形成了束紧的第二开口；所述第二颈部形成在该第二开口位置。
可选的是，所述圆弧状缝隙设置有三段，分别记为依次承接在一起的第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙，所述第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙共同在振膜本体上形成了第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣，以及连接第一阀瓣与振膜本体的第一颈部，连接第二阀瓣与振膜本体的第二颈部，连接第三阀瓣与振膜本体的第三颈部。
可选的是，所述第一缝隙和第二缝隙连接的位置与第一缝隙的自由端头之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部形成在该第一开口位置；
所述第一缝隙和第二缝隙连接的位置与所述第二缝隙和第三缝隙连接的位置之间形成了束紧的第二开口，所述第二颈部形成在该第二开口位置；
所述第二缝隙和第三缝隙连接的位置与第三缝隙的自由端头之间形成了束紧的第三开口；所述第三颈部形成在该第三开口位置。
可选的是，所述泄压装置设置有一个，分布在振膜本体的中心区域。
可选的是，所述泄压装置设置有多个，该多个泄压装置均匀分布在振膜本体的圆周方向上。
根据本发明的另一发明，还提供了一种MEMS麦克风，包括上述的振膜。
可选的是，所述缝隙在沉积形成振膜本体时，通过刻蚀的方式形成。
本发明的振膜，初始状态时，阀瓣与振膜本体整体是齐平的，也就是说阀瓣处于关闭状态；当受到例如机械冲击、吹气、跌落所带来的较大声压时，结构对称的至少两个阀瓣可以以各自的颈部为支点向上或向下翘起，从而形成了有效的泄压路径，以达到泄压的目的；从一个角度而言，使得振膜可以承受大声压或跌落过程所产生的瞬间气压，避免了芯片的受损。采用对称的至少两个阀瓣，使得阀瓣的尺寸不需要太大即可符合要求，从而可保证振膜本身的性能需求。
本发明的发明人发现，在现有技术中，当MEMS麦克风受到机械冲击、吹气、跌落时，其中的MEMS芯片会受到较大的声压冲击，这往往会使振膜受到过大的压力而导致破裂受损，从而导致整个麦克风的失效。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。
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是本发明振膜的结构示意图。
图2是图1中缝隙的结构示意图。
图3是图1中阀瓣在打开状态时的示意图。
图4是本发明缝隙第二种实施方式的示意图。
图5是本发明缝隙第三种实施方式的示意图。
图6是本发明振膜另一种实施方式的示意图。
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。
参考图1、图2，本发明提供了一种MEMS麦克风中的振膜，其包括振膜本体1以及在振膜本体1上由缝隙a限制成的至少一个泄压装置2，在振膜本体1上按照预定的形状设置缝隙a，并通过所述缝隙a在振膜本体1上形成了所述的泄压装置2。
其中，所述缝隙a包括依次承接在一起的至少两段圆弧状缝隙，这些圆弧状缝隙依次承接在一起，其中相邻的两段圆弧状缝隙整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称。所述泄压装置2包括由至少两段相邻的圆弧状缝隙围成的至少两个阀瓣，以及连接阀瓣与振膜本体1且呈束缚状的颈部。所述颈部相对于阀瓣呈束缚状，使得阀瓣可以以该颈部为支点向上或者向下翘起，以便形成空气的通路。
本发明的振膜，初始状态时，阀瓣与振膜本体整体是齐平的，也就是说阀瓣处于关闭状态；当受到例如机械冲击、吹气、跌落所带来的较大声压时，结构对称的至少两个阀瓣可以以各自的颈部为支点向上或向下翘起，从而形成了有效的泄压路径，以达到泄压的目的；从一个角度而言，使得振膜可以承受大声压或跌落过程所产生的瞬间气压，避免了芯片的受损。采用对称的至少两个阀瓣，使得阀瓣的尺寸不需要太大即可符合要求，从而可保证振膜本身的性能需求。
本发明的泄压装置2可以设置有一个，该泄压装置2可以分布在振膜本体1的中心区域，参考图1。所述泄压装置2也可以设置有多个，该多个泄压装置2均匀分布在振膜本体1的圆周方向上，参考图6。
实施例1
本发明的圆弧状缝隙可以设置有两个、三个或者更多个，在本发明一个具体的实施方式，所述圆弧状缝隙设置有两段，分别记为第一缝隙5、第二缝隙6。参考图2，所述第一缝隙5、第二缝隙6分别呈非封闭的圆弧状，该两个缝隙的尺寸和形状一致，二者连接在一起后整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称。本发明的第一缝隙5、第二缝隙6可同时形成，例如可通过对振膜本体1进行刻蚀方式形成本发明的第一缝隙5、第二缝隙6。
由于在振膜本体1上设置了第一缝隙5、第二缝隙6，使得所述第一缝隙5、第二缝隙6共同在振膜本体1上形成了第一阀瓣3、第二阀瓣4，以及连接第一阀瓣3与振膜本体1的第一颈部7，连接第二阀瓣4与振膜本体1的第二颈部8，参考图2。具体地，所述第一缝隙5弯曲的形状使得其在振膜本体1上形成了第一阀瓣3，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与第一缝隙5的自由端头9之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部7形成在该第一开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状与第一缝隙5自由端头9的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第一颈部7的两侧边缘沿这第一颈部7的轴线对称。
基于相同的道理，所述第二缝隙6弯曲的形状使得其在振膜本体1上形成了第二阀瓣4，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与第二缝隙6的自由端头10之间形成了束紧的第二开口，所述第二颈部8形成在该第二开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状与第二缝隙6自由端头10的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第二颈部8的两侧边缘沿着第二颈部8的轴线对称。
当振膜本体1受到较大的气压冲击时，所述第一阀瓣3、第二阀瓣4可以分别以第一颈部7、第二颈部8为支点发生向上或者向下翘起的动作，从而打开了气体穿过振膜本体1的泄压通道，参考图3。所述第一颈部7、第二颈部8采用对称的结构，使得第一阀瓣、第二阀瓣在受到较大压力而开启时，可以避免由于振膜本身应力而产生的翘曲变形问题，从而可以保持振膜本体1的平整度。
实施例2
在该实施例中，为了加大泄压装置2的泄压量，所述圆弧状缝隙设置有三段，分别记为依次承接在一起的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a，参考图4。与实施例1基于类似的原理，所述第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a共同在振膜本体1上形成了第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣，以及连接第一阀瓣与振膜本体的第一颈部，连接第二阀瓣与振膜本体的第二颈部，连接第三阀瓣与振膜本体的第三颈部。
所述第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a分别呈非封闭的圆弧状，该三个缝隙的尺寸和形状一致，使得三个缝隙依次连接在一起后，相邻两个缝隙整体呈S形，且相邻两个缝隙相对于它们连接的位置呈中心对称。本发明的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a可同时形成，例如可通过对振膜本体1进行刻蚀方式形成本发明的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a。
所述第一缝隙5弯曲的形状使得其在振膜本体1上形成了第一阀瓣，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与第一缝隙5的自由端头之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部形成在该第一开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状与第一缝隙5自由端头的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第一颈部的两侧边缘沿其轴线对称。
所述第二缝隙6弯曲的形状使得其在振膜本体1上形成了第二阀瓣，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与所述第二缝隙6和第三缝隙5a连接的位置之间形成了束紧的第二开口，所述第二颈部形成在该第二开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状，与第二缝隙6和第三缝隙5a连接位置的形状沿着二者的轴线对称，使得所述第二颈部的两侧边缘沿第二颈部的轴线对称。
所述第三缝隙5a弯曲的形状使得其在振膜本体1上形成了第三阀瓣，所述第二缝隙6和第三缝隙5a连接的位置与第三缝隙5a的自由端头之间形成了束紧的第三开口，所述第三颈部形成在该第三开口位置。优选的是，所述第二缝隙6和第三缝隙5a连接位置的形状与第三缝隙5a自由端头的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第三颈部的两侧边缘沿其轴线对称。
实施例3
在该实施例中，所述圆弧状缝隙设置有四段，分别记为依次承接在一起的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a、第四缝隙6a，参考图5。这四段缝隙共同在振膜本体1上形成了第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣、第四阀瓣，以及分别连接第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣、第四阀瓣与振膜本体1的第一颈部、第二颈部、第三颈部、第四颈部。该实施例与实施例3的结构类似，在此不再具体说明。
本发明的振膜可以应用MEMS麦克风中，从而提高MEMS麦克风的抗声压能力，为此，本发明还提供了一种MEMS麦克风，其包括衬底、背极，以及与背极构成平板式电容结构的上述的振膜。背极与振膜的这种结构方式属于本领域技术人员的公知常识。在制作MEMS麦克风的时候，背极、振膜均是通过沉积、刻蚀的方式形成。上述的缝隙可以在沉积形成振膜时，通过刻蚀的方式形成。
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MEMS麦克风中的振膜，其特征在于：包括振膜本体(1)以及在振膜本体(1)上由缝隙(a)限制成的至少一个泄压装置(2)，所述缝隙(a)包括依次承接在一起的至少两段圆弧状缝隙，其中，相邻两段圆弧状缝隙整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称，所述泄压装置(2)包括由至少两段相邻的圆弧状缝隙形成的至少两个阀瓣，以及连接阀瓣与振膜本体(1)且呈束缚状的颈部；所述颈部的两侧沿其轴线对称，所述阀瓣以所述颈部为支点向上或向下翘起，以形成空气的通路。
2.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于：所述圆弧状缝隙设置有两段，分别记为第一缝隙(5)、第二缝隙(6)，所述第一缝隙(5)、第二缝隙(6)共同在振膜本体(1)上形成了第一阀瓣(3)、第二阀瓣(4)，以及连接第一阀瓣(3)与振膜本体(1)的第一颈部(7)，连接第二阀瓣(4)与振膜本体(1)的第二颈部(8)。
3.根据权利要求2所述的振膜，其特征在于：所述第一缝隙(5)和第二缝隙(6)连接的位置与第一缝隙(5)的自由端头(9)之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部(7)形成在该第一开口位置；
所述第一缝隙(5)和第二缝隙(6)连接的位置与第二缝隙(6)的自由端头(10)之间形成了束紧的第二开口；所述第二颈部(8)形成在该第二开口位置。
4.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于：所述圆弧状缝隙设置有三段，分别记为依次承接在一起的第一缝隙(5)、第二缝隙(6)、第三缝隙(5a)，所述第一缝隙(5)、第二缝隙(6)、第三缝隙(5a)共同在振膜本体(1)上形成了第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣，以及连接第一阀瓣与振膜本体(1)的第一颈部，连接第二阀瓣与振膜本体(1)的第二颈部，连接第三阀瓣与振膜本体(1)的第三颈部。
5.根据权利要求4所述的振膜，其特征在于：所述第一缝隙(5)和第二缝隙(6)连接的位置与第一缝隙(5)的自由端头之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部形成在该第一开口位置；
所述第一缝隙(5)和第二缝隙(6)连接的位置与所述第二缝隙(6)和第三缝隙(5a)连接的位置之间形成了束紧的第二开口，所述第二颈部形成在该第二开口位置；
所述第二缝隙(6)和第三缝隙(5a)连接的位置与第三缝隙(5a)的自由端头之间形成了束紧的第三开口；所述第三颈部形成在该第三开口位置。
6.根据权利要求1至5任一项所述的振膜，其特征在于：所述泄压装置(2)设置有一个，分布在振膜本体(1)的中心区域。
7.根据权利要求1至5任一项所述的振膜，其特征在于：所述泄压装置(2)设置有多个，该多个泄压装置(2)均匀分布在振膜本体(1)的圆周方向上。
8.一种MEMS麦克风，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的振膜。
9.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述缝隙(a)在沉积形成振膜本体(1)时，通过刻蚀的方式形成。
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