CN106921923A - Mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS麦克风，包括：背极板；振膜，所述振膜和背极板间隔设置，所述振膜被配置为响应声音信号产生振动；以及通孔，所述通孔设置于所述振膜的下方，所述通孔的截面为单连通封闭图形，其中，所述通孔的内壁上具有至少一个突部，所述至少一个突部将所述通孔分成多个连通的子通孔。本发明的MEMS麦克风的通孔设计等效为四个分别膜片受到气流冲击，提高了MEMS麦克风的灵敏度，同时本发明的MEMS麦克风的通孔通过现有技术的释放工艺即可实现，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及麦克风，具体涉及一种MEMS麦克风。
背景技术
MEMS麦克风是采用微机电系统(Micro electro mechanicalSystems,MEMS)，与传统驻极体电容式麦克风(ECM)相比，具有更好的声学性能、更高的信噪比、更好的一致性的敏感度以及更低的功耗。MEMS麦克风已经广泛应用在语音通信、助听装置、智能手机、笔记本电脑等领域以提供更高的语音质量。
现有技术的MEMS麦克风包括衬底，以及形成于衬底上的振膜和背极板。振膜被配置为响应于声音信号而振动，背极板和振膜间隔设置，背极板和振膜组成的电容将声音信号转换为电信号。在振膜的下方，衬底上形成有通孔(即声腔)，该通孔可以用于提供声音信号的通道。现有技术的通孔的截面例如为圆形、矩形、椭圆形、跑道形、八边形等。
MEMS麦克风的结构尺寸越小，振型和结构越稳定。但是结构尺寸太小，麦克风的灵敏度也会受到影响。现有技术中通过在衬底上设置多个通孔以提高麦克风的灵敏度。多个通孔由于互相隔离，通过各通孔的气流强度差异会造成传声效果变差。
图1是现有技术中的一种MEMS麦克风的底视图，图2a和图2b是该MEMS麦克风的截面图，在图1中的AA线示出图2a所示截面图的截取位置，在图1中的BB线示出图2b所示截面图的截取位置。在MEMS麦克风10中，衬底11包括相对的第一表面和第二表面。振膜14和背极板16设置在衬底11的第一表面。振膜14和衬底11通过隔离层13隔开。背极板16和振膜14通过隔离层16隔开。
衬底10形成有声腔，该声腔包括：由下自上的第一开孔17和多个第二开孔。其中，第一开孔17自衬底10的第二表面延伸到衬底内部，第二开孔(例如开孔12a和开孔12b)自第一开孔延伸到衬底的第一表面，第二开孔使得振膜14裸露。多个第二开孔通过第一开孔连通，使得各第二开孔中的气流均匀。
但是MEMS麦克风10的结构复杂，工艺难度较大。例如MEMS麦克风10的声腔可以通过第一表面和第二表面两次刻蚀形成，但是由于衬底上方振膜和背极板的存在，在衬底的第一表面的刻蚀工艺难度太大。另一种方法是在第一开孔的基础上形成第二开孔，但是第一开孔的深度一般超过50微米，难以完成涂胶和光刻。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风的声腔由多个连通的子通孔组成，能够提高麦克风的灵敏度，同时具有较低的工艺难度。
本发明提出一种MEMS麦克风，包括：背极板；振膜，所述振膜和背极板间隔设置，所述振膜被配置为相应声音信号产生振动；以及通孔，所述通孔设置于所述振膜的下方，所述通孔的截面为单连通封闭图形，其中，所述通孔的内壁上具有至少一个突部，所述至少一个突部将所述通孔分成多个连通的子通孔。
优选地，所述多个子通孔的截面的形状和面积相同。
优选地，所述通孔的内壁上具有至少两个突部，所述至少两个突部对称设置。
优选地，所述多个子通孔对称设置。
优选地，所述至少一个突起分别指向所述通孔的中心。
优选地，所述MEMS麦克风的拾取点和/或焊盘设置于所述突部的上方。
优选地，所述MEMS麦克风还包括阻挡凸块，所述阻挡凸块设置于所述振膜和所述突部之间。
优选地，所述子通孔的截面为多边形或者圆形。
优选地，所述通孔的内壁上具有四个突部，所述四个突部将所述通孔分为四个子通孔。
优选地，所述通孔的内壁上具有四个突部，所述四个突部将所述通孔分为连通区和四个子通孔。
本发明的MEMS麦克风的振膜下方的通孔的内壁具有至少一个突部，将通孔分为多个连通的子通孔，能够提高麦克风的灵敏度，同时具有较低的工艺难度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1a、1b、1c分别是现有技术的一种MEMS麦克风的底视图、沿AA线的剖面图和沿BB线的剖面图；
图2a是本发明的一个实施例的MEMS麦克风的剖视图；
图2b是本发明的另一个实施例的MEMS麦克风的剖视图；
图3a至3c分别示出了不同实施例的通孔的截面形状；以及
图4a至4c分别是本发明的一个优选实施例的MEMS麦克风的底视图、沿CC线的剖面图和沿DD线的剖面图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
应当理解，在描述某个结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将该结构翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图2a示意性示出了本发明的一个实施例的MEMS麦克风的剖视图。本实施例的MEMS麦克风为未封装的麦克风。参照图2a，本实施例的MEMS麦克风20包括衬底21。衬底21可以是Si衬底、SOI衬底等。MEMS麦克风20进一步包括设置在衬底21上方的振膜24和背极板26。衬底21为振膜24和背极板26提供支撑，振膜24和衬底21通过隔离层23隔开，振膜24和背极板26通过隔离层25隔开。隔离层23和隔离层25为绝缘材料，例如SiO2或Si3N4。振膜24被配置为响应声音信号产生振动。振膜24和背极板26构成的电容将声音转换为电信号。进一步，振膜24还可以包括可振动区和锚定区，锚定区设置于隔离层23上，可振动区例如通过空气和背极板26隔开。
在振膜24的下方，衬底21设置有通孔27(又称为声腔)。通孔27为单连通封闭图形，其中，通孔27内壁上具有至少一个突部，所述至少一个突部将通孔27分为多个连通的子通孔。子通孔的截面可以是任何合适的形状，例如圆形、多边形(例如正方形、正八边形)。
图2b意性示出了本发明的另一个实施例的MEMS麦克风的剖视图。参照图2b，本实施例的MEMS麦克风20包括衬底21。衬底21可以是Si衬底、SOI衬底等。在本实施例中，背极板26是衬底21的一部分，振膜24设置于背极板26的上方。振膜24和衬底21通过隔离层23隔开。振膜24被配置为响应声音信号产生振动。振膜24和背极板26构成的电容将声音转换为电信号。进一步，振膜24还可以包括可振动区和锚定区，锚定区设置于隔离层23上，可振动区例如通过空气和背极板26隔开。背极板26上设置有多个穿孔。
在背极板26的下方，衬底21设置有通孔27(又称为声腔)。通孔27为单连通封闭图形，其中，通孔27内壁上具有至少一个突部，所述至少一个突部将通孔27分成多个连通的子通孔。子通孔的截面可以是任何合适的形状，例如圆形、多边形(例如正方形、正八边形)。
在工作中，声音信号通过通孔27施加于振膜24，振膜24响应于声音信号振动，振膜24和背极板26的距离发生变化导致振膜24和背极板26组成的电容的电容值改变。
与现有技术相比，本发明的通孔27为单连通封闭图形，其中，通孔27内壁上具有至少一个突部，所述至少一个突部将通孔27多个连通的子通孔。图3a至3c分别示出了不同实施例的通孔的截面形状。
参照图3a，在一个实施例中，通孔27的内壁具有相对设置的两个突部211,突部211指向通孔27的中央。该相对设置的两个突部211将通孔27分为两个连通的子通孔27a和27b。其中，子通孔27a和27b对称设置，子通孔27a和27b的截面具有相同的形状和面积。在本实施例中，振膜24等效为通过两个小的声腔接受声音信号，提高了灵敏度。
参照图3b，在一个实施例中，矩形的通孔27的内壁具有四个突部212。四个突部212对称设置，分别设置于通孔27的四边的中部。四个突部212将通孔27分为四个连通的子通孔27c至27f。子通孔27c至27f对称设置，子通孔27c至27f的截面具有相同的形状和面积。在本实施例中，振膜24等效为通过四个小的声腔接受声音信号，提高了灵敏度。
参照图3c，在一个实施例中，通孔27的内壁具有四个突部212。四个突部213对称设置，突部213指向通孔27的中央。四个突部213将通孔27分为连通区和四个子通孔27g至27j。其中，子通孔27g至27j分别和连通区连通，子通孔27g至27j对称设置，子通孔27g至27j的截面具有相同的形状和面积。在本实施例中，振膜24等效为通过四个小的声腔接受声音信号，提高了灵敏度。
在优选的实施例中，振膜焊盘、背极板焊盘和/或芯片拾取点设置在突部的上方的对应区域。
相比于现有技术的MEMS麦克风10，本发明的MEMS麦克风的通孔为单层结构，通过现有技术的释放工艺即可实现，工艺简单。本实施例的MEMS麦克风的振膜受到气流冲击时，等效为四个小膜片分别受到气流冲击，提高了MEMS麦克风的灵敏度，在设置时存在更大的自由度。同时在设计时，只需分析其中一个小膜片，提高了效率。
图4a是本发明的一个优选实施例的MEMS麦克风的底视图，图4b和图4c是图4a所示MEMS麦克风的剖面图。在图4a中的CC线示出图4b所示截面图的截取位置，在图4a中的DD线示出图4c所示截面图的截取位置。
参照图4a至图4c，本实施例的MEMS麦克风30包括衬底31。衬底31包括相对的第一表面和第二表面。振膜34和背极板36设置在衬底31的第一表面。振膜34和衬底31通过隔离层33隔开。背极板36和振膜34通过隔离层36隔开。
衬底31形成有通孔37，该通孔37位于振膜34下方。通孔37的内壁具有四个突部311，四个突部311对称设置，四个突部311分别指向通孔37的中心。四个突部311将通孔37分为连通区和四个子通孔，四个子通孔为正八边形，四个子通孔分别与连通区连接。
MEMS麦克风30还包括阻挡凸块38，阻挡凸块38设置于振膜34和突部311之间。优选地，该阻挡凸块38设置于突部311上。在振膜34受到较大的气流冲击或受到较大的机械冲击时，阻挡凸块38能够限制振膜的振动幅度，避免损坏，提高可靠性。优选地，阻挡凸块38设置于突部311的端部，即通孔37的中央区域。
振膜焊盘32设置于突部上方的振膜的对应区域，背极板焊盘39设置于突部上方的背极板的对应区域。在优选的实施例中，芯片拾取点也设置在突部上方。
本实施例的MEMS麦克风的振膜受到气流冲击时，等效为四个小膜片分别受到气流冲击，提高了MEMS麦克风的灵敏度，在设置时存在更大的自由度。同时在设计时，只需分析其中一个小膜片，提高了效率。本实施例的MEMS麦克风的衬底的通孔通过现有技术的释放工艺即可实现，工艺简单。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种MEMS麦克风，包括：
背极板；
振膜，所述振膜和背极板间隔设置，所述振膜被配置为响应声音信号产生振动；以及
通孔，所述通孔设置于所述振膜的下方，所述通孔的截面为单连通封闭图形，其中，所述通孔的内壁上具有至少一个突部，所述至少一个突部将所述通孔分成多个连通的子通孔。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述多个子通孔的截面的形状和面积相同。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述通孔的内壁上具有至少两个突部，所述至少两个突部对称设置。
4.根据权利要求3所述的MEMS麦克风，其中，所述多个子通孔对称设置。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述至少一个突起分别指向所述通孔的中心。
6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述MEMS麦克风的拾取点和/或焊盘设置于所述突部的上方。
7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述MEMS麦克风还包括阻挡凸块，所述阻挡凸块设置于所述振膜和所述突部之间。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述子通孔的截面为多边形或者圆形。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述通孔的内壁上具有四个突部，所述四个突部将所述通孔分为四个子通孔。
10.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述通孔的内壁上具有四个突部，所述四个突部将所述通孔分为连通区和四个子通孔。
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