CN107223346B

CN107223346B - Mems换能器、用于制造其的方法及包括其的电子设备

Info

Publication number: CN107223346B
Application number: CN201580076124.0A
Authority: CN
Inventors: S·卡吉尔; M·S·皮耶豪钦斯基
Original assignee: Wolfson Microelectronics PLC
Current assignee: Cirrus Logic International UK Ltd
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: US20160176704A1; GB2533410A; US10301174B2; US20190127217A1; US20170260044A1; CN107223346A; WO2016097714A1; GB2533410B; TW201632453A; US10118817B2; TWI647168B; US9695038B2

Abstract

本申请涉及MEMS换能器，具有膜层(101)和至少一个可变通气部结构(301)。可变通气部结构具有：通气孔，以使流体通气，从而减小隔膜层两侧的压力差；及，可移动通气盖(302a，302b)，在平衡位置处至少部分地阻塞通气孔。通气盖响应于通气盖两侧的压力差而从其平衡位置能移动，从而使穿过通气孔的流动路径的尺寸变化。在多个实施方案中，通气盖包括至少第一折翼区段(302a)和第二折翼区段(302b)，第一折翼区段以铰链方式联接到通气孔的侧边，第二折翼区段以铰链方式联接到第一折翼区段，从而相对于第一折翼区段能移动。在一些实施方案中，第二折翼区段(302b)可被配置为使得其偏转远离第一区段(302a)比第一区段偏转远离其平衡位置更容易。

Description

MEMS换能器、用于制造其的方法及包括其的电子设备

本发明涉及微机电系统(MEMS)设备和方法，具体地，涉及与换能器有关的MEMS设备和方法，所述换能器例如是电容式麦克风。

多种MEMS设备正变得越来越受欢迎。MEMS换能器尤其是MEMS电容式麦克风越来越多地用在便携式电子设备(诸如，移动电话、可穿戴设备和便携式计算设备)中。

使用MEMS制造方法形成的麦克风设备通常包括一个或多个膜，其中用于读出/驱动的电极被沉积在所述膜和/或基底上。在MEMS压力传感器和麦克风的情况下，通常通过测量所述电极之间的电容来实现读出。在输出换能器的情况下，通过静电力来移动所述膜，所述静电力是通过使跨所述电极施加的电位差变化生成的。

图1a和图1b分别示出了已知的电容式MEMS麦克风设备100的示意图和立体视图。电容式麦克风设备100包括一个膜层101，该膜层101形成一个柔性膜，该柔性膜响应于由声波生成的压力差而自由移动。第一电极103机械地联接至所述柔性膜，并且它们一起形成电容式麦克风设备的第一电容板。第二电极102机械地联接至大体刚性的结构层或背板(back-plate)104，它们一起形成电容式麦克风设备的第二电容板。在图1a示出的实施例中，第二电极102被嵌入在背板结构104中，然而本领域的技术人员应理解，第二电极可以在背板的表面上。

电容式麦克风被形成在基底105上，所述基底105例如是硅晶片，所述硅晶片可以具有在其上形成的上部氧化物层106和下部氧化物层107。基底中和任何覆盖层中的腔108(在下文中称作基底腔)被设置在膜下方，且可以使用“背部蚀刻(back-etch)”穿过基底105来形成。基底腔108连接至位于膜正下方的第一腔109。这些腔108和109可以共同提供声学容积，因此允许膜响应于声学激励而移动。置于第一电极103和第二电极102之间的是第二腔110。

多个孔(在下文中称作排出孔(bleed hole)111)连接第一腔109和第二腔110。

又一些多个孔(在下文中称作声学孔112)被布置在背板104中，以便允许空气分子自由移动穿过该背板，使得第二腔110与该背板的另一侧上的空间一起形成声学容积的一部分。膜101因此被支撑在两个容积之间，一个容积包括腔109和基底腔108，另一个容积包括腔110和该背板上方的任何空间。这些容积被定尺寸为使得膜可以响应于经由这些容积中的一个进入的声波而移动。通常，入射声波到达膜所穿过的容积被称作“前容积(frontvolume)”，而另一个容积被称作“后容积(back volume)”，所述另一个容积可以是大体上密封的。

在一些应用中，背板可以被布置在前容积中，以使得入射声音经由背板104中的声学孔112到达膜。在这样的情况下，基底腔108可以被定尺寸为提供一个合适的后容积的至少相当大一部分。

在其他应用中，麦克风可以被布置成使得，在使用中可以经由基底腔108接收声音，即该基底腔形成一个到膜的声学通道的一部分和前容积的一部分。在这样的应用中，背板104形成通常由某个其他结构(诸如合适的封装件)封闭的后容积的一部分。

还应注意，虽然图1示出背板104被支撑在膜的、与基底105相对的侧上，但是如下这样的布置是已知的，其中背板104被形成为距基底最近，其中膜层101被支撑在背板104上方。

在使用时，响应于与入射在麦克风上的压力波对应的声波，所述膜从其平衡位置略微变形。下部电极103和上部电极102之间的距离被对应地更改，从而引起这两个电极之间的电容的改变，所述电容的改变随后通过电子电路系统(未示出)检测。排出孔允许第一腔和第二腔中的压力在相对长的时段(就声学频率而言)内平衡，这减小了例如由温度变化等所引起的低频压力变化的影响，但不会在期望的声学频率下影响灵敏度。

为了适合在便携式电子设备中使用，这样的换能器应能够耐受对便携式设备的预期处置和使用，所述便携式设备的预期处置和使用可以包括该设备遭受嘈杂的噪声以及意外掉落。

如果设备(诸如移动电话)遭受坠落，这不仅会导致由于撞击而产生的机械冲击，而且还会导致入射在MEMS换能器上的高压力脉冲。例如，移动电话可能在该设备的一个面上具有用于MEMS麦克风的声音端口。如果该设备坠落在那面上，则一些空气可以被坠落中的设备压缩，并且被迫进入声音端口中。此压缩会导致入射在换能器上的高压力脉冲。已经发现，在常规MEMS换能器中，高压力脉冲可以潜在地导致换能器的损坏。

为了帮助防止可能由这些高压力脉冲导致的任何损坏，已经提出，MEMS换能器可以被设置有至少一个可变通气部(vent)，所述可变通气部可以在前容积和后容积之间提供一个流动路径，该流动路径具有在使用中可以变化的尺寸。在高压力情形下，所述可变通气部在所述容积之间提供一个相对大的流动路径，以便在所述容积之间提供相对迅速的均衡，从而减小膜上的高压力事件的程度和/或持续时间。然而，在换能器的预期正常操作范围内的较低的压力下，该流动路径的尺寸(如果有的话)是较小的。

因此，可变通气部结构(vent structure)用作一种类型的压力释放阀，以在相对高的压力差下减小作用在膜上的压力差。然而，与膜中可能存在的、具有固定面积从而具有固定尺寸的流动路径的排出孔不同，可变通气部具有响应于压力差而变化的流动路径尺寸。因此，可变通气部允许通气的程度取决于作用在通气部上的压力差，所述压力差显然取决于第一容积和第二容积中的至少一个的压力。该可变通气部因此提供可变的声学阻抗。

一种提出的可变通气部结构具有一个可移动部分，该可移动部分可移动，以便打开在膜的任一侧上的容积之间延伸的孔。图2a和图2b例示了这样已知的可变通气部结构。图2a例示了诸如上文关于图1a和图1b描述的换能器的柔性膜101(为了清楚起见，省略了换能器结构的其余部分)。该膜被支撑在包括腔109的第一容积和包括腔110的第二容积之间。如上文描述的，该膜通常将具有多个排出孔111，所述排出孔111被定尺度并且被布置为在换能器上产生调节效应并且减小低频压力变化的影响。然而，这样的排出孔被设计成在感兴趣的声学频率下对动态压力变化具有有限的影响，从而提供对突然高压力事件的非常有限的响应。

因此，图2a的换能器结构还包括由可移动部分202形成的可变通气部结构201，如由图2b例示的，可移动部分202可相对于一个孔移动，所述孔在此情况下是穿过膜101的孔。可移动部分202被布置成在平衡压力下(即当第一容积和第二容积处于大体上相同的压力时)占据该孔的区域的至少一些，并且可能占据该孔的区域的大部分。该可移动部分响应于该孔两侧(即在前容积和后容积之间从而膜两侧)的局部压力差而可移动，以便使该孔的尺寸变化，该孔被打开以提供一个流动路径，从而使通气部允许所述容积之间的压力均衡的程度变化。换句话说，在平衡时，该可移动部分可以有效地闭合该孔的至少一部分，但该可移动部分可移动，以便使该孔被闭合的程度变化。

可移动部分202可以通过穿过膜材料101蚀刻一个或多个通道203来限定，使得该可移动部分通过一个或多个连接点204附接到膜101的其余部分，从而该可移动部分可以从该膜的其余部分偏转。该通气部可以被配置为使得可移动部分202在MEMS换能器的正常预期操作范围以内的压力差下基本上不被偏转，从而保持该孔闭合，但是在可能潜在地导致膜的损坏的较高压力差下移动以增大流动路径的尺寸，例如较少地闭合该孔。

图2a的顶部部分例示了在正常操作中的柔性膜101，在正常操作中，第二容积110中的压力大于第一容积中的压力。膜101因此从膜平衡位置向下偏转。然而，压力差在该设备的正常预期操作范围内，即在操作压力阈值以下，从而可变通气部201的可移动部分202保持大体上闭合。图2的下部部分例示可移动部分202已经从膜的其余部分偏转以暴露该膜中的孔，从而提供穿过该膜的流动路径。图2a例示了膜形成可变通气部结构201的两个可移动部分，但是应理解，在实践中可以存在更多这样的通气部。

因此，这样的可变通气部结构对于提供可以更好地耐受高压力事件的MEMS换能器(尤其是麦克风)是非常有用的。然而，需要注意可变通气部的设计，尤其是当可变通气部被形成在换能器的膜中时。在已知的可变通气部的情况下，通常在高压力释放和声学压力下的性能之间存在折衷方案，因为如果通气部容易打开，则换能器的声学性能可能会退化，但是如果通气部太难打开，则它可能不会在高压力事件期间提供足够的额外流动。可以通过增加通气部的数目来增加流动，但是如果在膜本身中形成太多的通气部，则这可能使膜的性能退化，或导致膜的区域中的应力集中增加。通气部可以被形成在替代的流动路径中，例如穿过侧壁结构，但这通常增加换能器结构的尺寸和成本，会增大换能器芯片所期望的面积。

本领域技术人员将理解，MEMS换能器通常被形成在晶片上，之后被单切(singulated)。正越来越多地提出，至少某个电子电路系统(例如用于换能器的读出和/或驱动)也被提供作为具有换能器的集成电路的一部分。例如，MEMS麦克风可以被形成为具有至少某个放大器电路系统和/或某个用于使麦克风偏置的电路系统的集成电路。换能器和任何电路系统所要求的区域的占地面积(footprint)将决定可以在一个给定的晶片上形成多少个设备，从而影响MEMS设备的成本。因此，通常希望减小在晶片上制造MEMS设备所要求的占地面积。

根据本发明，提供了一种MEMS换能器，包括：

一个膜层；以及

至少一个可变通气部结构，包括：

一个通气孔，用于使流体通气，从而减小所述膜层两侧的压力差；以及

一个可移动通气盖，所述可移动通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；

其中，所述通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，从而使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；并且

其中，所述通气盖包括至少第一折翼(flap)区段和第二折翼区段，所述第一折翼区段以铰链方式联接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段，从而相对于所述第一折翼区段能移动。

所述第二折翼区段可以仅经由所述第一折翼区段而联接到所述通气孔的侧边。所述第二折翼区段可以被铰接到所述第一折翼区段。

在一些实施方案中，所述通气盖可以被配置为使得，所述第一折翼区段对于给定的压力差而偏转远离平衡位置的程度不同于所述第二折翼区段对于相同的压力差而偏转远离所述第一折翼区段的程度。所述通气盖可以被配置为使得，所述第二折翼区段偏转远离所述第一折翼区段比所述第一折翼区段偏转远离平衡位置更容易。所述通气盖可以被配置为使得，在使用时，对于至少一个压力差，所述第二折翼区段相对于所述第一折翼区段偏转的量将大于所述第一折翼区段从平衡偏转的量。

所述第一折翼区段可以经由第一连接部而联接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段可以通过第二连接部而联接到所述第一折翼区段。所述第一连接部和所述第二连接部的尺度和/或几何形状可以彼此不同。在一些实施方案中，所述第一连接部和所述第二连接部中的每个都可以包括一个颈部区域，并且所述颈部区域的尺度可以彼此不同。在一些实施方案中，所述第一连接部和所述第二连接部中的至少一个可以包括一个梁结构，和/或所述第一连接部和所述第二连接部中的至少一个可以包括沿着一个铰链轴线被间隔开的多个连接区域。

所述第一折翼区段可以被联接到所述通气孔的侧边，用于大体上围绕第一铰链轴线移动，并且所述第二折翼区段可以被联接到所述第一折翼区段，用于大体上围绕第二铰链轴线相对于所述第一折翼区段移动，其中，所述第一铰链轴线和所述第二铰链轴线彼此平行。所述第一折翼区段可以被联接用于围绕所述第一铰链轴线在一个旋转方向上移动，并且所述第二折翼区段可以被联接用于围绕所述第二铰链轴线在相同的旋转方向上移动。替代地，所述第一折翼区段可以被联接用于围绕所述第一铰链轴线在一个旋转方向上移动，并且所述第二折翼区段可以被联接用于围绕所述第二铰链轴线在相反的旋转方向上移动。

所述第一折翼区段可以在所述第一折翼区段的一侧上联接到侧壁，并且可以在其相反侧上联接到所述第二折翼区段。

在一些实施方案中，所述第二折翼区段可以在所述第一折翼区段的周界内。

在一些实施方案中，所述第一折翼区段的面积可以是所述通气盖的面积的至少20％。附加地或替代地，所述第二折翼区段的面积可以是所述通气盖的面积的至少20％。

所述通气盖可以被配置为使得，在使用时，在低于第一压力阈值的压力差时，至少所述第一折翼区段不从平衡位置显著偏转。所述第一压力阈值可以为所述MEMS换能器的预期正常操作压力范围，或高于所述MEMS换能器的预期正常操作压力范围。

所述通气盖可以被配置为使得，在使用时，在高于所述第一区段的第二压力阈值的压力差时，所述第一折翼区段从平衡位置显著偏转。

所述通气盖可以被配置为使得，在使用时，在高于所述第二区段的第二压力阈值的压力差时，所述第二折翼区段从平衡位置显著偏转。所述第二压力阈值可以在所述MEMS换能器的正常操作预期操作压力范围内。

在一些实施方案中，所述通气盖可以包括至少一个附加折翼区段，其中所述附加折翼区段或每个附加折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段或所述第二折翼区段或一个中间附加折翼区段中的一个。所述通气盖可以被配置为使得，在使用时，在所述MEMS换能器的预期正常操作范围内的压力差时，至少一个附加折翼部分从其平衡位置显著偏转。

所述通气盖可以被配置为提供一个流动路径尺寸，所述流动路径尺寸在使用时随着压力而变化，以便提供可变灵敏度，所述压力在所述MEMS换能器的正常预期操作范围内。

所述通气孔可以被形成在第一层材料中，并且所述通气盖由与所述第一层相同的材料形成。所述通气盖可以由穿过所述第一层的一个或多个通道限定。所述通气盖可以被配置为使得，在平衡位置处，所述第一折翼区段和所述第二折翼区段大体上位于所述第一层的平面内。所述第一层可以是所述膜层。在此情况下，对于至少一个通气部，所述通气孔可以位于所述膜层中且在一个膜电极的区域外部。附加地或替代地，对于至少一个通气部，所述通气孔可以位于所述膜层中、在一个膜电极的周界区域内且在所述膜电极中开口的区域内。

所述换能器可以包括一个电容式传感器。所述换能器可以包括一个麦克风。所述MEMS换能器还可以包括读出电路系统，所述读出电路系统可以例如被集成在与换能器结构相同的管芯(die)上。

在使用时，所述换能器可以位于一个具有声音端口的封装件内。

实施方案还涉及电子设备，包括如在上面的变体中的任何一个中所描述的MEMS换能器。所述设备可以是以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；音频设备；计算设备；通信设备；个人媒体播放器；移动电话；游戏设备；可穿戴设备；以及，语音控制设备。

在另一方面，提供了一种制造具有柔性膜的MEMS换能器的方法，所述方法包括：

形成一个具有柔性膜的结构；以及

形成至少一个可变通气部结构，所述至少一个可变通气部结构具有一个通气孔，用于使流体通气，从而减小所述膜层两侧的压力差，

所述至少一个可变通气部结构包括一个可移动通气盖，所述可移动通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；

其中，所述通气盖包括至少第一折翼区段和第二折翼区段，所述第一折翼区段以铰链方式联接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段，从而相对于所述第一折翼区段能移动。

在又一方面，提供了一种MEMS换能器，包括：

一个柔性膜；以及

至少一个可变通气部结构，其中所述可变通气部结构提供一个流动路径，所述流动路径具有随着所述膜两侧的压力差而变化的尺寸；

其中，所述可变通气部结构包括至少一个可移动部分，所述至少一个可移动部分响应于所述可移动部分两侧的压力差而能移动，以便使穿过所述通气部结构的流动路径的尺寸变化；并且

其中，所述可移动部分包括：

第一折翼区段；

第一铰链连接部，所述第一铰链连接部将所述第一折翼区段联接到所述可变通气部结构的一侧，使得所述第一区段能够被偏转远离平衡位置；

第二折翼区段；以及

第二铰链连接部，所述第二铰链连接部将所述第二折翼区段联接到所述第一折翼区段，使得所述第二折翼区段能够被偏转远离所述第一折翼区段。

在又一方面，提供了一种MEMS换能器，包括：

一个柔性膜；以及

至少一个可变通气部结构，包括：一个通气孔，用于使流体通气，从而减小所述柔性膜两侧的压力差；以及，一个可移动通气盖，所述可移动通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；

其中，所述通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，从而使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；

其中，所述通气盖包括：第一折翼区段，被联接到所述通气孔的一侧；以及，至少一个第二折翼区段，被联接到所述第一折翼部分，

所述通气盖被配置为使得，所述第一折翼区段从所述平衡位置能移动且所述第二折翼区段相对于所述第一折翼区段能移动，从而对于所述通气盖两侧的压力差的至少第一范围，相比于所述第一折翼区段，所述第二折翼区段从其平衡位置偏转更大的角度。

在又一方面，提供了一种MEMS换能器，包括：

一个柔性膜；以及

其中，所述通气盖包括：第一折翼区段，所述第一折翼区段被联接到所述通气孔的一侧，从而从所述平衡位置能移动；以及，至少一个第二折翼区段，所述至少一个第二折翼区段被联接到所述第一折翼区段，从而相对于所述第一折翼区段能移动，

其中，所述第二折翼部分相对于所述第一折翼区段的移动的阻力低于所述第一折翼区段从平衡位置的移动的阻力。

在又一方面，提供了一种MEMS换能器，包括：

一个膜层；以及

至少一个可变通气部结构，包括：

一个动态通气盖，所述动态通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；

其中，所述动态通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，从而使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；并且

其中，所述通气盖包括至少第一折翼区段和第二折翼区段，所述第一折翼区段被铰接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段被铰接到所述第一折翼区段，从而相对于所述第一折翼区段能移动。

在又一方面，提供了一种MEMS换能器结构，包括：

一个柔性膜；以及

多个可变通气部，每个可变通气部提供了一个流动路径，所述流动路径具有随着所述膜两侧的压力差而变化的尺寸；

其中，所述可变通气部中的至少一些具有各不相同的声导对压力差的分布图。

所述可变通气部中的至少一个可以在所述换能器的预期正常操作压力范围内的压力差时至少部分地打开，以提供一个流动路径。所述可变通气部中的至少一个可以包括一个可变通气部，如上文变体中的任何一个中所描述的。因此，所述可变通气部可以包括一个通气孔和一个可移动盖部分，所述可移动盖部分被配置为在平衡时至少部分地阻塞所述通气孔。所述可移动盖部分可以包括至少第一区段和第二区段，如上文变体中的任何一个中所描述。附加地或替代地，通气部中的至少一些可以包括一个通气盖，所述通气盖仅包括单个区段，但是打开一个通气部的盖部分的相对容易度可以不同于打开另一通气部的盖部分的相对容易度。在一些实施方案中，所述换能器可以在使用时被联接到对来自所述换能器的测量信息进行信号处理的电路系统，其中所述电路系统被配置为对所述测量信号施加补偿，以补偿可变声导。补偿的程度从而可以随着检测到的信号振幅而变化。

上文描述的实施方案中的任何一个可以与其他实施方案中的任何一个组合实施，并且所描述的多个特征可以以任意组合在一个实施方案中实施。

为了更好地理解本发明，并且为了示出如何实施本发明，现在将通过实施例的方式参考附图，在附图中：

图1a和图1b例示了已知的MEMS麦克风结构的截面视图和立体视图；

图2a和图2b例示了已知的可变通气部的一个实施例；

图3例示了根据本发明的一个实施方案的可变通气部；

图4a至图4c例示了根据本发明的一个实施方案的通气部的操作；

图5a、图5b和图5c例示了通气部的声导和位移如何随着压力而变化；

图6例示了可变通气部的又一实施方案；

图7a至图7e例示了可变通气部的附加实施方案；

图8例示了被调节为具有不同操作形状的两个单独的通气部；

图9例示了根据本发明的实施方案的通气部如何被定位在换能器的柔性膜中；

图10例示了根据本发明的实施方案的通气部如何被定位在换能器的柔性膜中的另一个实施例；以及

图11a-图11f例示了多种MEMS换能器封装件。

具体实施方式

如上文所提及的，已经提出在MEMS换能器结构中使用可变通气部(例如，关于图2a和2b所例示的可变通气部)，以在高压力情形下充当一种类型的压力释放阀，该通气部在高压力差下打开以提供较大的流动路径，但是在MEMS换能器的正常操作范围以内的压力差下具有较小的(如果有的话)流动路径。因此，通气部结构被设计成在第一压力差范围以内时大体上闭合，但是在第二、较高的压力差范围时打开以允许相对显著增加的流动，所述第一压力差范围对应于换能器的操作压力差的正常范围。注意，闭合位置不一定对应于无流动，可以对应于正常操作所期望的限定的流动路径尺寸，例如，以在第一压力差范围内提供至少一些低频均衡。W02014/045040描述了可以使用的许多不同的可变通气部设计。

然而，如所提及的，可能难以在通气部在设备的正常操作范围内保持足够闭合以对换能器的操作(例如MEMS麦克风的声学灵敏度)具有最小影响与通气部在高压力情形下打开到足够的程度以提供足够的通气之间实现适当的平衡。

因此，本发明的一些实施方案提供了具有改进的操作特性和/或可以对给定的压力差提供更调谐的响应的可变通气部。

因此，本发明的一些实施方案涉及MEMS换能器，所述MEMS换能器包括一个柔性膜并且具有一个可变通气部结构，所述可变通气部结构包括至少一个可移动部分，所述可移动部分可移动以提供一个流动路径，该流动路径的尺寸随着所述膜两侧的压力差而变化。然而，在本发明的实施方案中，所述可移动部分具有至少第一区段或节段和第二区段或节段，并且通气部的第一区段相对于通气部的第二区段能移动。换句话说，可移动部分的第一区段和第二区段二者都可以被偏转远离平衡位置，但是进一步，可移动部分的第二区段可以被偏转远离可移动部分的第一区段。第一区段可以经由由可移动部分的材料形成的活动铰链而被联接到第二区段，如下文将更详细描述的。因此，本发明的实施方案的可移动部分可以具有至少两个折翼区段，而不是被布置为如具有关于图2b所描述的可变通气部的基本上单个折翼。

可移动部分可以相对于通气孔布置，以在平衡位置至少部分地充当通气盖并且至少部分地阻塞通气孔。通气孔是用于使流体(例如，诸如空气的气体(尽管在一些实施方案中它可以是其他气体或流体))通气以便减小柔性膜层两侧的压力差的孔。在一些实施方案中，通气孔可以被形成在换能器的膜层中。可移动部分充当可移动通气盖或动态通气盖，并且可以通过盖两侧的足够的局部压力差而被偏转远离其平衡位置。可移动盖的第一区段可以被联接到通气孔的一个侧壁，例如，周围的膜材料，使得第一区段可以从平衡位置偏转，例如从平衡位置旋转地偏转。因此，第一区段可以有效地以铰链方式联接到通气孔的壁的侧边。第二区段可以被联接(例如，被铰接)到第一区段，以使得第二区段可以相对于第一区段旋转地偏转。因此，第二区段可以有效地以铰链方式联接到第一区段。第二区段可以仅经由第一区段连接到通气孔的侧壁，因此其可能的移动能够通过与第一区段的连接部而被充分限定。因此，第一折翼区段的任何偏转将导致第二折翼区段的偏转，但是第二折翼区段将受到作用在其上的压力差和与第一折翼区段的连接部的特性而自由地采取从第一折翼区段偏转的一个位置。

提供一个可移动部分作为通气盖，其中可移动部分或盖包括至少两个区段，其中第二区段能够相对于第一区段移动并且其中第二区段的移动由它与第一区段的连接部而被完全限定是有利的，因为它允许通气部的打开被更容易地调节到所期望的特性，并且可以提供在施加的压力差的情况下更好的声导分布图，如下文将更详细解释的。

图3以平面视图例示了根据本发明的一个实施方案的可变通气部结构301。在此实施方案中，至少一个可变通气部结构被形成在膜层101中，从而流动路径是穿过膜的路径，然而其他布置是可能的，如稍后将描述的。因此，可变通气部结构可以包括一个穿过膜101的孔，并且该膜的一部分被形成为可移动部分302，所述可移动部分302充当通气盖，并且在受到局部压力差时，可移动部分302提供对该孔的可变程度的阻塞。

可移动盖部分302由伸展穿过膜的至少一个通道303限定。通过蚀刻穿过膜所形成的通道303是薄的通道，并且将可移动盖部分302与膜的其余部分分离(除了经由连接区域304a)。蚀刻至少一个通道303以使可移动盖部分302以这种方式与膜101的其余部分部分地分离意味着，可移动盖部分302可以被偏转远离该膜的其余部分的表面。

在图3的实施方案中，通道303被配置为不仅允许盖部分302相对于膜101能移动，而且还允许盖的一个区段相对于盖的另一个区段能移动。

因此，在图3的实施方案中，可移动部分或通气盖302包括第一折翼区段302a和第二折翼区段302b。第一折翼区段302a经由第一连接部而连接到膜101的其余部分，所述第一连接部由虚线区域304a例示的第一折翼区段连接区域304a限定。第二折翼区段302b通过第二连接部而连接到第一折翼区段302a，所述第二连接部由如虚线区域304b例示的第二折翼区段连接区域限定。在此实施方案中，第一折翼区段302a因此是由通道303和连接区域304a和304b限定的并且位于所述连接区域之间的区域。第二折翼区段302b是由通道303和第二折翼区段连接区域304b限定的区域。

此第一折翼区段连接区域304a由通道303限定，从而此第一折翼区段连接区域304a具有的形状和尺寸允许可移动盖的第一折翼区段302a响应于作用在膜上的足够高的压力差而被偏转远离膜。第一折翼区段连接区域304a提供第一折翼区段302a和膜的其余部分之间的有效地铰链连接，所述其余部分限定穿过膜的通气孔的侧壁。应理解，铰链连接部是由与膜和可移动盖的第一区段302a相同的材料形成的，其中铰链是通过移除连接部的任一侧上的材料使得该连接部形成一个颈部部分来提供的。这样的连接部通常被称作“活动铰链”。如在本说明书中所使用的，术语“活动铰链”将被认为是指材料的多个部分之间的连接部，其中至少某种材料通过一个连接区域从一个部分连续地延伸到另一个部分，并且其被配置为通过连续材料的变形，允许这样的多个部分的类似铰链的相对移动。因此，由第一折翼区段连接区域304a所形成的第一连接部实际上是形成在膜材料中的铰链。

在此实施方案中，不需要特殊处理连接区域本身来形成活动铰链，即连接区域不需要被变薄或以其他方式被特别适配，例如被减弱。第一折翼连接区域304a由通道303的位置简单地限定。因此，应理解，图3中例示的虚线区域304a可以包括与任一侧的材料具有相同厚度的相同材料。因此，该虚线区域仅表示相对高的变形可以响应于足够的压力差而发生的区域。

因此，此第一折翼区段连接区域304a允许盖302的第一区段302a响应于足够的压力差而远离膜的其余部分的铰链(即，旋转地)移动。因此，应理解，在图3的实施方案中，可移动盖的第一区段302a被有效地被铰接到膜的其余部分。如稍后将描述的，第一折翼连接区域提供弹性连接部，即形成弹性铰链，从而允许第一折翼区段302a在不存在这样的压力差时返回到平衡位置。

如所提及的，可移动盖的第二折翼区段302b通过第二折翼区段连接区域304b连接到第一区段302a。此第二折翼区段连接区域304b也由通道303限定，使得此第二折翼区段连接区域304b具有的形状和尺寸允许可移动盖的第二区段302b响应于足够高的压力差而被偏转远离第一区段302a。第二折翼区段连接区域304b同样可以提供第一区段302a和第二区段302b之间的活动铰链连接部，同样，不需要对第二折翼区段连接区域304b进行特殊处理，该第二折翼区段连接区域304b同样可以形成一个颈部部分。因此，此第二折翼区段连接区域304b也允许第二区段302b远离第一区段302a的弹性旋转或枢转(即，铰链)移动。因此，由第二折翼区段连接区域所形成的第二连接部实际上是形成在膜材料中的另一铰链，从而可移动盖部分包括多个铰链。因此，应理解，在图3的实施方案中，可移动盖的第二区段302b有效地被铰接到第一区段302a，并且仅经由第一区段302a而连接到膜的其余部分。

可移动盖部分302的第一区段302a和第二区段302b优选地被布置成使得它们的平衡位置(即，当不存在作用在可变通气部结构上的大压力差时它们采取的位置)大体上在该膜的平面内。换句话说，在平衡时，盖302的第一区段302a不被显著偏转远离膜的其余部分，并且第二区段302b不被显著偏转远离第一区段302a。因此，在平衡位置中，盖302大体上覆盖或阻塞穿过膜的流动路径的至少一部分。在此实施方案中，流动路径在平衡位置处大体上完全闭合，但是在一些实施方案中，通气部可以被设计成在平衡时提供某个限定的流动尺寸。

当然应理解，通道303表示空气流动穿过膜的路径，然而，通道303可以被形成有非常窄的宽度，从而当可移动盖302的区段302a和302b二者都在平衡位置中时，不存在或存在非常有限的空气流动通过该通道。通道303的宽度可能被如下因素限制：最小可蚀刻间隙上的光刻工艺约束；或，可移动区段弯曲和挠曲同时又脱离该结构的其余部分的某个机械间距的需要。此外，窄间隙将倾向于具有较大的分数制造公差，导致在闭合时声学阻抗的较宽的变化，从而麦克风的例如低频衰减(roll-off)的较宽变化。相对于范围为20μm至50μm的典型的通气部结构，典型的宽度可以是1μm。然而，取决于声学规格或制造工艺能力，宽度可以例如小十倍或大十倍。

响应于膜两侧的压力差增大，盖302的第一区段302a和第二区段302b可以从平衡位置移位。图4例示了这样的可变通气部在MEMS换能器中可以如何操作。使用类似的附图标记来标识先前关于图1和图2讨论的部件类似的部件。因此，图4例示了换能器的柔性膜101，其中为了清楚起见，省略了换能器结构的其余部分。膜被支撑在第一容积和第二容积之间，所述第一容积包括腔109，所述第二容积包括腔110。

再次，膜可以具有多个排出孔111，所述排出孔111被定尺度并且被布置成产生对换能器的调节效应并且减小低频压力变化的影响。膜101还被设置有多个可变通气部结构301，如上文描述的。在一些应用中，可以使用单个可变通气部结构，但是如稍后将讨论的，提供具有多个可变通气部结构的膜是有益的。在此实施方案中，可变通气部结构301与排出孔111分离并且不同于排出孔111。

图4示出了位于膜中的、膜电极103的区域外部的可变通气部结构301。这意味着，通气部可以仅由形成膜101的一个或多个层的材料形成。然而，在一些实施方案中，可以在电极的区域内形成可变通气部结构，例如在电极的总体区域内未沉积金属电极的专有区域(exclus ion area)中。替代地，可变通气部结构可以被形成在电极的区域中，其中膜层和电极层一起形成该可变通气部结构。在一些应用中，由膜层且至少部分地由金属电极层形成通气部的可移动区段可以提供更强的可移动部分。

然而，应注意到，无论可变通气部结构在何处形成，在那个位置处可以存在联接至膜的一个或多个附加材料，以便定制可变通气部的属性，例如柔性或应力处置能力。

图4a例示了在操作中的情形，其中第二容积110中的压力大于第一容积中的压力，但在预期的安全操作或正常压力范围内。因此，膜从膜平衡位置向下偏转。然而，压力差在该设备的正常预期操作范围内，即在操作压力阈值以下，从而可变通气部301保持大体上闭合。

图4b例示了压力差已经增大到足以导致可移动盖部分302移位的水平的情形。图4b示出了第一区段302a可以被部分偏转(即，旋转)远离膜101，并且第二区段302b本身被偏转远离第一区段302a。这提供通气孔的一个打开程度，从而增大流动路径，允许更迅速的压力平衡。

图4c例示了压力差已经进一步增大到足以导致第一区段302a从膜显著偏转的水平的情形。这也导致第二区段302b的进一步偏转，使得可变通气部结构301被进一步打开。这显著增大了流动路径的尺寸，允许甚至更迅速的压力平衡。

因为可移动部分包括以铰链方式联接到第一区段302b并且不以其他方式连接到膜的其余部分的第二区段302b，所以第二区段302b既可以被移位远离第一区段302a，又可以通过第一区段302a的移位而被移位远离平衡。此双重偏转意味着，第二区段302b可以有利地受益于第一区段302a的任何移位，以提供比在单个折翼部分的情况下的打开程度更大的打开程度。

例如，考虑到响应于膜两侧的给定压力差，第一区段302a将被偏转远离膜的其余部分一个角度α。第一区段302a的近端将在第一连接部304a处(即，在第一铰链处)连接到膜，但是第一区段的远端将被移位，并且取决于角度α的范围，可以被移位到膜的平面之外，从而暴露穿过膜的流动路径的至少一部分。在图3的实施方案中，盖302的第二区段302b通过第二连接部304b(即，通过第二铰链)连接在第一区段302a的远端处或附近，并且被连接以有效地围绕一个轴线铰接，所述轴线可以平行于或相对近似平行于连接部304a的铰链轴线。因此，第二区段被偏转远离第一区段一个角度β，从而位于与膜的平面成角度α+β处(其中β可以与α相同或不同)。将清楚的是，这将导致，与在第二区段302b不可单独地相对于第一区段302a移动从而整个盖仅在角度α处的情况下通气部打开的程度相比，通气部打开的程度更大。

此外，第一铰链连接部304a和第二铰链连接部304b的属性可以被设计成提供所期望的总体响应。换句话说，第一铰链连接部304a和第二铰链连接部304b可以被配置为使得，第一区段302a对于给定的压力差偏转远离膜101的程度不同于第二区段302b对于相同的压力差偏转远离第一区段302a的程度。

图3例示了第一区段302a可以通过第一折翼区段连接区域304a而连接到膜101，第一折翼区段连接区域304a在此实施方案中是第一颈部。如图3中例示的，此颈部区域可以被看作具有第一宽度或横向范围D1w，即跨越颈部的尺度，其在此情况下大体上平行于该区域变形所围绕的轴线，例如铰链轴线。在图3中，颈部的宽度可以看作是颈部在该图的y轴上的尺度，即如所示出的竖直尺度。第一颈部也有深度D1d，即颈部区域在其所连接的两个部分之间的纵向范围的尺度，该深度D1d可以被看作图3中的x轴(水平)尺度。第二区段302b通过第二连接区域304b(即，第二颈部)连接到第一区段302a。此第二颈部具有宽度D2w和深度D2d。第一连接区域或颈部304a可以具有与第二连接区域或颈部304b不同的尺度。例如，第一区域304a的宽度D1w可以不同于第二连接区域的宽度D2w。连接区域304a和304b的不同宽度可以意味着，相关区段可以从其所连接至的部分偏转的容易度变化。例如，宽度D2w可以小于宽度D1w，使得相比于第一区段302a偏转远离膜101的其余部分，第二区段302b可以更容易地偏转远离第一区段302a。附加地或替代地，对于第一连接区域304a和第二连接区域304b，如由通道303所限定的连接区域的深度可以不同。

应注意，在一些实施方案中，所述连接区域可以具有其他几何形状，并且可以例如包括扭转梁结构等，如稍后将更详细描述的。这样的结构具有确定偏转的相对容易度的不同的和/或附加的尺度。此外，在一些实施方案中，连接部可以由沿着一个铰链轴线间隔开的不止一个连接区域形成，并且这样的区域的数目也可以确定打开的相对容易度。然而，一般而言，应理解，连接部的尺度和/或几何形状可以被设计成确保对于给定的压力差，一个折翼区段(例如，第二折翼区段304b)比另一个折翼区段(例如，第一折翼区段304a)更容易偏转。

第二区段比第一区段更容易偏转这样的布置可以为可变通气部提供特别有利的响应。

图5a例示了声导相对于压力差的曲线图。声导表示空气在两个容积之间流动的容易度，从而相对于压力差，与流动路径的打开程度(即，穿过膜的孔暴露的程度)有关。

图5a还例示了可移动通气盖302的区段302a和302b在a、b、c和d指示的四个特定压力差下相对于膜101的相对位置(横截面)的实施例。

在平衡(条件a)时，即在膜的两侧上没有显著压力差时，第一区段302a和第二区段302b二者大致上都与膜成一直线，从而流动路径基本上闭合。在图3的实施方案中，这意味着大体上仅限定折翼部分的通道303提供穿过可变通气部的任何流动路径。因此，声导是低的，或如果限定折翼部分的通道足够小，则大体上为零。然而，如先前所提及的，在一些实施方案中，可能在平衡时期望具有某一限定的非零尺寸的流动路径。在膜的两侧上的低压力差时，不存在可移动盖302的任一区段的大偏转。

当压力差增大时，可移动盖可以开始被偏转。在此实施例中，连接区域304a和304b被设计成使得第二区段302b比第一区段302a更容易偏转。因此，第二区段302b可以开始被偏转，但是在相对较低的压力差下，可移动盖的第一区段302a不从其平衡位置显著偏转。当可移动盖的第二区段302b偏转时，流动路径的至少一部分被打开，从而穿过通气部的声导可以增大。然而，打开的量相当有限，直到第一区段302a也开始偏转(在压力差b时)。因此，在压力差b以下的声导仍然是低的。

在较高的压力差时(在压力差b以上)，可移动部分的第一区段302a也被偏转。这不仅开始打开流动路径的、先前由第一区段302a阻塞的区段，而且第一区段的偏转还导致第一区段的进一步偏转，从而导致流动路径的更大的打开。因此，随着压力差(即，在压力差b和c之间)增大，声导在此操作区域中而相对迅速地增大。

当可移动盖的第一区段和第二区段的偏转量增加时，未阻塞的流动路径的区域增大，直到在压力差d时，两个可移动部分都被进一步移动到流动路径的区域之外，并且通气部以限定的最大流动区域完全打开。即使压力差进一步增大，流动路径的尺寸也不会再增大。然而，在实践中，在一些实施方案中，可移动部分可能不可变形到关于压力差d所示出的完全程度。

具有多个铰链的布置是有利的，其中通气部在换能器的正常操作所预期的压力差期间保持大体上闭合(例如，在例如位置a和b之间的某处)，并且仅当压力差达到异常高的水平或开始接近可能潜在地对换能器造成损坏的水平时开始显著地打开(即，延伸超出位置b)。应理解，具有穿过膜的流动路径可以更改换能器的操作特性。如上文关于图1所讨论的，在MEMS麦克风中可能存在穿过膜的一个或多个排出孔，以减小低频效应的影响。这些孔的数目和尺度通过设计被选择以提供所期望的操作特性。因此，这些排出孔已经提供了一个用于使膜的两侧上的两个容积中的压力均衡的路径，但是这些孔被特意设计成使得这样的均衡在声学方面需要很长时间。因此，仅仅排出孔并不能防止大的压力差对换能器造成损坏。可变通气部被提供，以实现更迅速的均衡。然而，如果打开可变通气部以在预期的正常操作压力差下提供显著的流动路径，则这样的附加流动路径将更改换能器的频率特性并且会导致失真。

相比于根据先前已知设计的单个折翼通气部，图5a中所例示的声导对所施加的压力差的分布图可以更容易调节到所期望的特性。因此，例如，将第一区段302a连接到膜的连接部304a可以被布置成大体上不打开，即，使得第一区段302a基本上不从其平衡位置移位，直到达到在正常操作范围以上但在可能发生损坏的压力水平以下的压力水平。然而，第一区段和第二区段之间的连接部304b可以被配置为使得第二区段更容易偏转，即，在较低的压力差时。因此，在图5a中的a和b之间的操作区域可以包括换能器的正常预期操作范围中的一些，然而将看到，在此区域中声导保持很低，从而对换能器的灵敏度的影响是低的。图5b例示了对于与图3中所例示的设计类似的示例通气部结构，可移动盖的移位相对于压力(差)的对数曲线。在140dB SPL的声压水平时的打开程度例如可以是大约0.03μm。因此，通气部可以被认为在SPL高达此极限的时大体上闭合。然而，由于盖的第一折翼区段和第二折翼区段二者的存在，一旦达到压力水平b，通气部便迅速打开。

因此，通气部的此设计可以在正常操作压力范围时提供有限的影响，但是可以在期望通气以防止信号失真和/或膜损坏的感兴趣的压力时较为迅速地打开。应理解，声导对压力差的精确分布图将取决于多种因素，诸如可移动盖部分的不同区段的尺寸和这些区段的打开的相对容易度。例如，图5c例示了可以通过不同的通气部设计所提供的声导对压力差的略微不同的分布图。通气部可以被设计以提供所期望的声导分布图。可以模拟多种通气部设计，以核查它们在使用中将提供所期望的分布图。

可变通气部的可移动盖部分可以被配置为使得，在低于盖的第一压力阈值的压力差时，大体上不存在可移动盖部分(即，任一区段)从平衡位置的移动。具体而言，可移动盖部分可以被偏转小于膜的宽度，使得可移动盖的第二区段302b的尾部表面(即，与偏转方向相反的侧上的表面)不显著延伸超过膜表面。因此，流动路径(即，穿过膜的孔)保持大部分被可移动盖302阻塞。

可移动盖302的第一折翼区段302a可以被配置为使得，在将被称为第一区段的第一压力阈值的第一压力阈值以下，不存在第一折翼区段远离膜的显著偏转。换句话说，在低于第一区段的第一压力阈值的压力差时，通气孔被处于平衡位置的第一折翼区段所占据的部分保持大体上被第一折翼区段阻塞。第一区段的第一压力阈值可以处于或高于MEMS换能器的正常预期操作压力范围的上端。同样地，可移动盖302的第二折翼区段302b可以被配置为使得，在将被称为第二区段的第一压力阈值的压力阈值以下，不存在第二折翼区段远离第一区段的显著偏转。因此，在低于第二区段的第一压力阈值的压力差时，通气孔被处于平衡位置的第二折翼区段所占据的部分可以保持大体上被第二折翼区段阻塞(假定没有第一折翼区段的显著移动)。第一区段的第一压力阈值可以与第二区段的第一压力阈值相同或不同。具体而言，第一区段的第一压力阈值可以大于第二区段的第一压力阈值。

对于声学换能器等，第一盖阈值和/或第一区段或第二区段的第一压力阈值中的至少一个可以例如大于150Pa，并且可以大于200Pa或更高，并且在一些应用可以大于1kPa。换句话说，可变通气部可以在高达约150-200Pa或更高的压力差时保持大体上闭合。因此，对于在0-200Pa的范围内的压力差，可变通气部大体上不提供流动路径尺寸的显著变化。这意味着，可变通气部对换能器的操作具有最小的性能影响。

可变通气部被布置成在接近可能对换能器造成损坏的压力差的压力差时打开，以提供流动路径。例如，可变通气部可以被布置成在约100kPa的压力差时充分打开，以提供用于通气的显著流动路径。因此，可移动盖部分302可以被配置为使得，在高于将被称为第二盖压力阈值的压力阈值的压力差时，不存在盖部分从平衡位置的显著移动。

可移动盖302的第一区段302a可以被配置为使得，在将被称为第一区段的第二压力阈值的压力阈值以上时，存在第一区段远离膜的显著偏转。因此，通气盖可以被配置为使得，在使用时，在高于第一区段的第二压力阈值的压力差时，通气孔被处于平衡位置的第一折翼区段所占据的部分通过第一折翼区段的偏转而被基本上解除阻塞。可移动盖302的第二区段302b可以被配置为使得，在将被称为第二区段的第二压力阈值的压力阈值以上，存在第二区段远离第一区段的显著偏转。第一区段的第二压力阈值可以与第二区段的第二压力阈值相同或不同。具体而言，第一区段的第二压力阈值可以大于第二区段的第二压力阈值。应理解，第一区段或第二区段的第二压力阈值将大于对应的第一压力阈值。

对于声学换能器等，第二盖压力阈值和/或第一区段或第二区段的第二压力阈值中的至少一个可以等于或大于100kPa。因此，与平衡时的流动路径尺寸相比，对于至少100kPa的范围的压力差，可变通气部大体上提供流动路径尺寸的显著增大。

可移动盖302的区段302a和302b中的每个将开始显著偏转的压力差将取决于多种因素，诸如形成每个区段(例如，膜)的材料的厚度和成分，以及(对于折翼布置)相应的区段的连接区域的尺度，例如，宽度D1w、Dw2和/或深度D1d、D2d。

返回参考图4，应理解，膜101的材料是相对弹性的。因此，如果第二腔中的压力停止增大，则在短时间之后，通过可变通气部301的通气会将压力差减小到使可变通气部返回到图4a中示出的闭合位置的水平。换句话说，折翼区段304a和304b通过弹性连接部304a和304b连接，使得当压力差减小时，所述折翼区段移动回它们的平衡位置。

如果第二腔中的压力之后相对快速地减小，则膜两侧的压力差在相反方向上会增大，使得该膜向上偏转。该压力差可以增大到这样的程度，使得通气部现在在向上的方向上打开，以将空气从第一容积通气到第二容积中。因此，应理解，可变通气部可以是双向的，允许从第一容积通气到第二容积，并且也允许从第二容积通气到第一容积。

从图4b和图4c将看到，当可变通气部打开时，可移动盖部分302，尤其是第二区段302b，将在膜偏转的相同方向上远离膜的表面变形。因此，可移动盖部分可以比膜本身的任何部分延伸更远。在一些实施方案中，膜可以相对于换能器结构的其余部分(诸如，背板或基底的某一结构)布置，使得膜可以与换能器结构接触。在一些情形下，这有益于防止膜的过多行进。很明显，可变通气部需要能够打开，以提供上文描述的优点，从而可变通气部优选地相对于换能器结构布置为使得换能器结构将不会阻止通气部充分打开。此外，还可以优选的是，当通气部打开时，贴近通气部的出口路径内没有任何结构。在一些情形下，通气部可以被布置在膜的一部分上，使得通气部将不与换能器结构接触。例如，相对于背板，通气部可以被布置为使得通气部的可移动盖部分打开到一个或多个背板声学孔的区域中。然而，在其他实施方案中，通气部可以被布置为使得它们可充分打开，以提供显著的流动路径，但是被换能器结构阻止进一步打开。因此，换能器结构可以充当用于通气部的可移动部分的坚固的止挡件，该止挡件可以减小或限制可移动部分中的应力，并且有助于防止对可移动部分的损坏。

因此，本发明的实施方案的可变通气部结构提供了具有如WO2014/045040中所描述的可移动部分的可变通气部结构的所有优点，但有利地在感兴趣的压力差范围内、在声导(即，空气流动)方面提供更好的性能。换句话说，根据本发明的通气部可以更容易被调节成在第一较低的压力差范围下提供所期望的低声导，但是在更高的压力差范围下具有足够高的声导。可以以先前在WO2014/045040中描述的任何方式使用可变通气部结构，WO2014/045040的内容通过引用纳入本文。

例如，上文的描述已经聚焦在通气部上，所述通气部在膜中并且在换能器的膜的任一侧上的容积(例如，前容积和后容积)之间提供流动路径。然而，应理解，通气部可以被布置在某个侧通道或端口中，例如穿过侧壁结构，并且在一些实施方案中，通气部可以提供从一个容积但并未通向第二容积的通气，例如，在使用时经由一个通道通向MEMS封装件外的大气。因此，通气部可以被形成这样一层材料中，该层材料不形成柔性膜的一部分。

应理解，通气部的可移动盖部分和此盖部分的个体区段可以采取多种形式。例如，通气部结构可以被更改，以提供不同的压力差响应，或以避免应力积聚问题。

例如，图6示出了类似于上文参考图3所描述的可变通气部的可变通气部301，但是其中限定可移动盖部分的通道303包括通道303a，所述通道303a限定了第一区段302a经由梁结构601连接到膜302a的其余部分。应理解，当受到足以导致可移动盖部分变形的压力差时，连接分上将存在显著的应力。使用梁结构有助于减少在变形期间发生的应力集中。

梁结构601在其端部602a和602b处联接到膜，并且支撑可移动盖部分302。在此实施方案中，第一折翼区段302a经由颈部区域603连接到梁601。梁601和颈部区域603共同提供第一折翼连接部。正如先前所描述的实施方案，作用在膜上从而作用在可移动盖部分302的第一区段302a上的足够的压力差可以使可移动盖部分302的第一区段302a偏转到膜的平面外。然而，在此实施方案中，至少部分地是由于梁601的扭曲而发生偏转，而不是仅仅由于颈部部分603的平面外弯曲。因此，梁601充当扭转梁。可移动部分的第一区段302a的应力和偏转从而经由扭转梁601的尺度是至少部分地可控制的。这可以允许与先前讨论的实施方案相同程度的偏转，但具有的优势是较低应力从而较小的损坏可能性，或替代地对于给定的压力差允许更大的打开程度。

如在此实施方案中所提及的，第一折翼区段302a和膜的其余部分之间的连接部包括颈部部分603和梁601。在此情形下，颈部部分可以被配置为使得在颈部部分处不存在显著的弯曲，并且所有偏转都来自扭转梁601的扭曲。然而，在其他实施方案中，扭转梁可以扭曲，并且颈部部分603也可以提供一些弯曲。

将清楚的是，此连接部仍然提供可移动盖302的第一区段302a和膜之间的铰链连接，因为该第一区段相对于铰链轴线大致上旋转地移动，该铰链轴线在此情况下沿着梁601的长度。扭转梁从而形成活动铰链结构的一部分。在此实施方案中，梁的尺度，例如沿着铰链轴线(即，图6中的y轴)的长度和/或梁的幅度(例如，图6中的x轴尺度)。应理解，基于可移动部分的已知的可变通气部结构(即，诸如在W02014/045040中描述的)可以包括这样的设计，在该设计中，可移动部分通过一个或多个臂结构(诸如扭转梁)而被连接到膜。然而，在这样的情况下，所述臂是允许可移动部分移动的连接部的一部分，并且存在单个折翼部分。

在本发明的实施方案中，存在以铰链方式联接(例如，通过活动铰链)到基底的至少一个第一折翼区段。第一折翼区段是盖的一个相对重要的部分，即在面积方面，其移动对穿过通气部的流动路径具有相对显著的影响。例如，第一折翼区段的面积可以是可移动盖的总面积的至少10％，或至少20％，或至少30％。第一折翼区段仅在该区段的一侧上联接到通气部的侧壁，例如周围的膜。因此，第一折翼区段被联接成用于大致上围绕第一轴线的旋转运动。可移动盖部分还包括联接到第一折翼区段的至少一个第二折翼区段。第二折翼区段也是盖的一个相对重要的部分，其移动对穿过通气部的流动路径具有相对显著的影响。例如，第二折翼区段的面积可以是可移动盖的总面积的至少10％，或至少20％，或至少30％。第二折翼区段以铰链方式联接，以相对于第一折翼区段可移动，例如可旋转地移动。在一些实施方案中，第二折翼区段被联接到第一折翼区段，使得给定的压力差将导致第一折翼区段在第一旋转方向上从膜旋转移动，以及第二折翼区段在相同的旋转方向上从第一折翼区段旋转移动。因此，返回参考图4，例如，可以看到，图4c中所例示的压力差导致第一区段相对于膜在顺时针方向上偏转，并且还导致第二区段在顺时针方向上从第一折翼区段偏转。

当然也应理解，返回参考图3，连接区域304a和304b以及第一折翼区段302a和第二折翼区段302b全都可以包括相同厚度的相同材料，从而不同的区段由各个区段的运转方式以及通道303限定。本领域技术人员应理解，第一折翼区段和第二折翼区段中的每个都是可以是大体上连续的区段，并且是被设计成作为单个区段(即，类似于板区段)移动的区段。

当然，因为折翼区段可以由与膜(其在感兴趣的压力下是部分地柔性的)相同的材料形成，所以该折翼区段可以在使用时在受到压力差时经历某一弯曲或变形。然而，这样的弯曲的曲率半径将是相对大的，或等效地，在该区段两侧上，曲率将是相对低的。

然而，折翼区段之间的连接区域或折翼区段和膜之间的连接区域被设计成响应于感兴趣的压力差来提供相对高的曲率。换句话说，连接部可以是活动铰链，该活动铰链可以是在使用时响应于足够高的压力差而存在相对高程度的变形的区域。

图7a至图7e示出了另一些不同的潜在可变通气部结构。

图7a以平面视图示出了可变通气部结构，其中第一折翼区段302a经由梁结构601连接到膜，如上文描述的。然而，在此实施方案中，第二折翼区段302b通过铰链连接部连接到第一区段302a，所述铰链连接部具有单独的连接区域701a和701b。这有助于加强可移动盖302的两个区段之间的连接部，并且可以有助于避免铰链的任何潜在的扭转。然而，应理解，第二区段302b仍然仅在一侧上被连接(即，被铰接)，并且该连接部是铰链连接部。两个第二折翼区段连接区域701a和710b沿着铰链轴线彼此间隔开。如上文所提及的，这样的连接区域的数目以及它们的尺度将影响第二折翼区段远离第一折翼区段的偏转的相对容易度。

图7b示出了可变通气部结构，其中限定可移动部分和铰链部分的通道的端部被倒圆，以避免应力集中。在此实施方案中，第一折翼区段连接区域304a具有与第一区段302a的其余部分大体上相同的宽度W1w。然而，应理解，这样的连接区域仍然可以形成活动铰链，并且在使用时在具有足够的压力差的情况下将展现出相对高的曲率。

上文讨论的实施方案已经被描述为具有可移动盖的两个折翼区段，即，仅仅第一区段和第二区段。然而，在一些实施方案中，可以存在不止仅仅两个区段。因此，在一些实施方案中，可以存在至少一个第三区段，该第三区段以铰链方式联接到可移动盖的其余部分。第三区段可以例如大致上在与第一区段的连接部相对的侧上，以铰接方式联接到第二区段。图7c以(闭合的通气部的)平面视图和部分地打开的通气部的侧视图例示了这样的实施方案。可以看到，除了可移动盖部分的第一区段302a和第二区段302b之外，第三区段302c通过连接部304c联接到第二区段302b。如上文所提及的，第三区段302c的偏转的相对容易度可以不同于第一区段302a和/或第二区段302b的偏转的相对容易度。

然而，在一些实施方案中，第三区段可以以铰链方式联接到第一区段，即第二区段和第三区段单独地联接到第一区段。应理解，可以存在不止三个区段。

图7d和图7e以闭合的通气部的平面视图和以部分地打开的通气部的(沿着平面视图的水平中心线)截面视图例示了另一些实施方案。在图7d和图7e的实施方案中，第二折翼区段302b被形成为一个位于第一折翼区段302a的周界内的折翼区段。在这些实施方案中，通道303限定通过第一折翼连接区域304a而连接到膜的其余部分的第一折翼区段303的外部区域。此外，通道303b被形成为位于第一折翼区段302a的周界内，以形成通过第二折翼区段连接区域304b而连接到第一折翼区段的第二折翼区段304b。以此方式，第二折翼区段302b被嵌套在第一折翼区段302a的周界内。第二折翼连接区域304b可以形成弹性活动铰链，如上文描述的。正如其他实施方案，第二折翼区段302a可以被配置为使得第二区段302b远离第一区段的偏转的容易度不同于第一区段302a从膜101的其余部分的偏转的容易度。应理解，类似于其他实施方案，第二折翼区段302b被铰接到第一折翼区段，并且仅经由第一折翼区段302a而连接到膜的其余部分。

在图7d中例示的实施方案中，第二折翼区段302b被连接成用于在与第一折翼区段302a大体上相同的旋转方向上旋转。如从截面视图可以看到的，如果第一折翼区段302a在顺时针方向上向下偏转，则第二折翼区段302b也可以在顺时针方向上偏转远离第一区段。换句话说，当第一折翼区段302a被连接到膜101的其余部分时，第二折翼区段302b在相同的相对侧(即，在该图中的左手侧)上连接到第一折翼区段302a。

在图7e中例示的实施方案中，第二折翼区段302b被连接成用于在与第一折翼区段302a大体上相反的旋转方向上旋转。因此，如从截面视图可以看到的，如果第一折翼区段302a在顺时针方向上向下偏转，则第二折翼区段302b实际上可以在逆时针方向上偏转远离第一区段。在此实施方案中，当第一折翼区段302a被连接到膜的其余部分时，第二折翼区段302在相反的相对侧上连接到第一折翼区段302a，即，在该图中，第一折翼区段302a在其左手侧上连接，而第二区段302b在其右手侧上连接。应理解，在这样的实施方案中，第二区段302b远离其平衡的角度偏转将不会受益于第一区段302a的任何偏转，实际上第一区段302a的偏转可以减小第二区段302a的角度偏转，然而，这样的实施方案可以在一些应用中提供所期望的调节响应，并且如从图7e可以看到的，允许穿过打开的通气部的两侧通气，这在一些实施方案中会是有益的。

应理解，上文描述的实施例中的任何一个可以以多种组合的方式使用，例如可以存在不止一个嵌套的折翼区段，例如，可以存在嵌套在第二折翼区段的周界内的第三折翼区段和/或具有嵌套布置的折翼区段可以在一侧上联接到一个不同的折翼区段，该不同的折翼区段自身可以具有或可以不具有嵌套的折翼布置。此外，上文描述的实施方案指示，多种折翼区段围绕大体上平行的铰链轴线铰接。然而，可能具有这样一个折翼区段，该折翼区段围绕大体上不平行于另一个折翼区段的铰链轴线的轴线铰接。例如参考图7e，如果在该图中第二折翼区段302b未在其右侧上连接，而是如平面视图中示出的在其顶侧上连接，则第二区段的铰链轴线将在平衡位置处大体上正交于第一折翼区段302a的铰链轴线。

因此，一般而言，可移动盖可以被支撑在一个通气孔的一个侧壁。可移动盖可以具有至少一个端部折翼部分，所述至少一个端部折翼部分仅在一侧上以铰链方式联接到可移动盖的中间区段，中间区段自身是可移动的。可移动盖可以包括一个或多个中间区段。每个中间区段可以具有第一铰链连接部和第二铰链连接部，所述铰链连接部可以是中间区段的一个大致上相对的侧。第一铰链连接部可以至侧壁结构或在前的中间折翼区段。第二铰链连接部可以至端部折翼区段或随后的中间折翼区段。

如先前所提及的，通气部结构可以相对于换能器的其他结构(诸如，背板104)布置，以使得通气部与背板中的间隙对准，以允许通气部打开到所期望的程度。因此，如所描述的，通气部可以与背板104中的声学孔对准。然而，在一些实施方案中，通常设置在背板中的声学孔的尺寸可以小于通气部的尺寸。因此，在一些实施方案中，背板104的结构在通气部结构附近设置有较大的孔或间隙。

背板104通常被设计成是相对声学透明的，从而在通气部附近设置附加的孔是可接受的。然而，改变穿过背板的孔的尺寸和/或分布可能对设备的声学属性(例如，麦克风的低频衰减)具有影响。因此，在背板中设置孔以允许通气部打开可以通过如下方式来补偿：将声学孔112的尺寸和/或间距减小到维持的所期望的属性；和/或，可以使背板中的孔极为匹配通气部的形状。

如上文描述的，具有包括多个折翼区段的可移动部分的可变通气部的使用可以在声导相对于压力差方面提供响应，该响应更多被调节到所期望的特性。上文所讨论的实施方案聚焦于在高压力下调节所期望的分布图的响应，使得对于在换能器的正常操作范围内的压力差，通气部保持大体上闭合，然后在达到非常高的压力差时迅速打开。

然而，在一些实施方案中，可移动盖的至少一些区段可以被设计成对于在换能器的正常预期操作范围内的压力差，提供一个打开程度，以调节该换能器的正常响应。

如引言中描述的，对能够提供高动态范围(例如，能够正确地操作，以检测大致上安静的环境中的相对安静的声音，而不会被嘈杂环境中的背景噪声或风噪声或会导致相对高的压力差的类似物淹没)的换能器存在越来越多需求。

MEMS麦克风可以在相对高的声压水平下经历隔膜拉入(diaphragm pull-in)，其中膜的相对大的位移导致膜靠近或接触背板，并且静电力倾向于将膜朝向背板拉动并且保持膜抵靠背板。这可能导致声学信号的削波并且可能导致来自麦克风的低质量的音频输出。

因此，在本发明的一些实施方案中，经调节的通气部结构可以被用来提供换能器的灵敏度的自动被动变化。换句话说，换能器具有随着在压力差的预期操作范围内的压力差增大而减小的灵敏度分布图，即，经调节的通气部可以设计成为换能器提供自动机械软削波特征。响应是自动的和被动的，因为该响应是基于压力差所固有的，并且不受某种电子控制。这样的通气部的操作也可以减少或避免隔膜拉入。

如上文所提及的，至此所描述的可变通气部结构可以被布置成使得可移动盖的至少一个区段可以被偏转，以使穿过通气部的流动路径的一部分比可移动盖的另一部分更容易地暴露。这提供了一种机械装置，以针对增大的声压提供调节响应。

典型的会话语音会导致例如约60-70dB_SPL的声压水平或约0.02Pa-0.1Pa的压力。麦克风可能期望在嘈杂环境(例如，高达120-130dB_SPL，其可以对应于大约20-60Pa或甚至更大的压力)中操作。为了提供麦克风的动态范围，可移动盖可以被设计成对于此操作范围内的压力差，提供一个打开程度。因此，在至少100dB_SPL(或约2Pa)或至少130dB_SPL(或约60Pa)的声压水平时，可移动盖的一个或多个节段可以从平衡位置显著地偏转，即开始打开。然而，在一些实施方案中，盖可以在较低的声压水平时(例如，比如说在70-100dBspL的范围内)开始打开。

例如返回参考图7c，在此实施方案中，可变通气部包括一个具有三个不同区段302a、302b和302c的可移动部分，所述三个不同区段302a、302b和302c分别通过具有不同的宽度D1w、D2w和D3w从而提供不同的打开阻力的连接区域304a、304b和304c连接的，尽管如所提及的，连接区域的其他尺度可以附加地或替代地被调节，以提供所期望的响应。

这样的通气部可以被布置成提供对增大的压力差所期望的调节响应。例如，在第一压力差范围内，可能不存在可移动盖部分的任何区段的显著偏转。该第一范围可以例如对应于处于或低于80dB或100dB的声压水平。因此，通气部保持大体上闭合，并且在此实施例中，大体上不提供流动路径。因而，通气部的声导将非常低，从而通气部将对灵敏度具有有限的影响。

在较高的压力差下，但在换能器的预期操作范围内，通气盖的第三区段302c可以开始打开，以提供增大的声导，即以增大穿过通气孔的流动路径。通气盖的第三区段302c可以被适当地定尺寸以提供所期望的声导，并且例如连接区域304c的宽度D3w可以被配置为使得第三区段302c在所期望的压力时开始打开。

增大的声导将减小换能器的灵敏度，但是如上文描述的，起初影响可能是相对小的。第一区段302a和第二区段302b可以被配置为使得它们在此点处没有从平衡显著偏转。

如果压力差进一步增大，例如换能器正在有风环境中操作，则当压力增大(比如说，声压水平范围为100-150dB_SPL)时，第二区段302b可以开始偏转远离第一区段。这可以提供明显增大的流动路径，其可以帮助减小灵敏度，从而避免来自换能器的信号的过载或饱和和/或避免隔膜拉入。然而，第一区段302a可以保持仅有限地从平衡位置的偏转。因此，在此操作机制下，根据所施加的压力，自动地和被动地调整换能器(例如，麦克风)的灵敏度。

应理解，这意味着来自换能器的信号可以因可变灵敏度而失真。然而，因为可变通气部结构的特性和穿过通气部的声导是已知的，所以可以确定失真程度。因此，在一些实施方案中，可以在后续处理中将已知的补偿施加到从换能器所接收的信号，以校正此已知的失真特性。

可变通气部结构还可以被布置成响应于高压力事件来提供通气，以保护膜免受损坏。例如，第一区段302a可以被配置为使得其仅在较高的压力差时从其平衡位置显著偏转，所述较高的压力差可以高于或接近预期的正常操作范围的上端。因此，在非常高的压力差的情况下，第一区段302a偏转，以甚至进一步打开可变通气部，从而允许迅速压力均衡。然而，在一些实施方案中，可以提供不同的通气部结构，用于在正常操作范围内调节声学性能并且在高压力情形下提供压力释放。

因此，对于包括具有彼此以铰链方式联接的多个折翼区段(其中一个折翼区段以铰链方式联接到通气孔的侧壁，例如膜的其余部分)的可移动盖部分的通气部，至少一个折翼区段可以被配置为在该设备的正常操作范围内的压力差时被显著偏转，以为换能器提供高动态范围。在一些实施方案中，除了被布置成提供高动态范围的这样的折翼区段之外，还可以存在这样至少一个折翼区段，所述至少一个折翼区段被布置成在较高的压力差时提供附加通气(即，穿过通气部的流动路径的增大)，以便在非常高的压力情形中减少或防止对换能器的损坏。

在一些实施方案中，可以存在多个可变通气部结构，并且至少一些通气部结构可以被设计成具有彼此不同的响应。换句话说，第一通气部结构可以提供这样一个可移动盖，该可移动盖具有被调节以提供声导对压力差的第一分布图的区段，并且第二通气部结构可以被调节以提供不同的分布图。

多个不同可变通气部(其中至少一些通气部在彼此不同的压力差时操作)的使用可以被用来提供调节响应的益处，甚至在具有由单个可动折翼部分组成的可移动盖的通气部结构的情况下。

例如，图8例示了被布置成具有彼此不同的响应的两个可变通气部结构。因此，第一通气部结构包括可移动折翼部分801，该可移动折翼部分801具有第一尺寸并且通过具有第一宽度D1w(其在图8中是y轴尺度)的连接区域而连接到膜的其余部分。与上文描述的实施方案不同，此通气部的可移动盖部分仅包括单个区段。然而，第二通气部结构包括与可移动折翼部分801分开且具有与可移动折翼部分801不同的尺寸的可移动折翼部分802。在此实施例中，第二通气部结构的折翼部分802通过一个不同宽度D2w的连接区域连接。在此实施方案中，所述两个通气部结构被示出为并排的且被布置在相同的通气孔中，但是应理解，所述通气部结构可以位于膜的分立的部分中，每个通气部结构都具有自己的通气孔。因此，折翼部分802可以比折翼部分801更容易偏转远离膜，以提供流动路径。所述折翼部分和连接区域的尺寸可以被定制成以与上文描述的类似方式提供所期望的调节声学响应。

应理解，这样的通气部的铰链部分的有效强度可以通过如下方式来改变：改变形成连接区域的材料的量，以及可能的，改变形成连接部的连接点的数目或使用扭转梁等。在一些实施方案中，铰链连接部的属性可以通过在连接区域中沉积附加材料来确定。

因此，膜中所有可变通气部结构的共同压力差响应可以被设计成为换能器提供总体期望的响应。如所提及的，如果此共同响应是已知的，例如在某种工厂校准步骤中被预定或确定，则可以通过在信号的后续处理中去除已知的响应来去除换能器的输出信号中的任何失真。通气部可以采用上文和/或在W02014/045040中所描述形式中的任何一个。

如上文所提及的，根据上文描述的实施方案中的任何一个的可变通气部可以被形成在柔性膜中，以提供穿过该膜的流动路径。为了确保通气部可以正确地打开和/或为在打开时提供充足的流动路径，通气部可以被定位成至少部分地覆盖基底中的腔，如图9中例示的。

如上文描述的，膜层101和基底之间的腔109可以通过使用适当图案化的牺牲材料来准确地限定。基底腔108被蚀刻以与此腔109联合，但是为了避免形成基底腔的较不准确的回蚀限定膜，基底腔的开口的边缘在腔109的区域内。图9例示了基底腔108的开口的边缘901。

方便地，可变通气部301被布置成至少部分地覆盖基底腔108的开口，换句话说，该通气部被布置成使得穿过通气部的流动路径在打开时，在基底腔和膜的另一侧上的腔之间提供合理的直接路径。因此，图9例示了，对于具有多个铰链折翼部分的可变通气部结构，至少端部折翼覆盖基底腔的开口，即向内延伸超出由基底层所形成的支架(shelf)或曲形架(dog-leg)。这也允许它们打开而不与基底的任何部分碰撞。在此实施方案中，背板104中还存在孔902，该孔902位于可变通气部301将打开的位置。孔902可以是背板中常见声学孔中的一个，但在一些实施方案中可以大于典型的孔。在使用时，当通气部打开时，孔902再次允许前容积和后容积之间的直接流动路径，并且可以提供可变通气部通向背板而与背板没有不希望的接触的空间。

图9还例示了排出孔中的至少一些可以位于覆盖基底层105的支架或曲形架的膜的区域中，例如在基体腔的开口的区域之外。这意味着，排出孔不提供前容积和后容积之间的直接流动路径，替代地，该流动路径是曲折的。这减小在声学频率下对排出孔的影响，同时仍然允许低频响应。

如上文提及的，一个或多个可变通气部可以在膜层101中位于膜电极103的区域之外。然而，在一些实施方案中，膜电极本身可以在膜中具有多个开口(即，孔或孔隙)，所述多个开口可以例如对应于背板中的声学孔112的位置，如图10中例示的，图10例示了膜和背板的一部分的侧视图(为了清楚起见，省略了侧壁支撑件)。图10例示了具有膜电极层103的膜层101。在此实施方案中，膜电极在电极的周界内具有至少一个开口1001或缺少膜电极材料的区域。开口或孔隙可以例如包括穿过膜电极层的孔，所述孔中的任何一个可以对应于声学孔112的位置(在平衡位置处)。

对于具有设置在柔性膜层101(尤其是作为晶体材料的膜层)上的金属膜电极103的MEMS传感器，已经理解，在使用时金属的塑性变形可能意味着膜的静止位置和/或应力特性可以在使用时随时间而改变。这会导致不希望的DC偏移和/或传感器的灵敏度的变化，并且再现的声学信号的后续质量可能显著退化。通常，膜电极是相对薄的，例如为约60nm等的数量级，并且对于常规的MEMS方法，使用较薄的膜电极层可能是不可能的或不实际的。在膜上使用较小直径的电极将减少经历塑性变形的金属的量，但也将导致灵敏度的损失，因为电容与电极面积有关。这是不期望的，尤其是因为MEMS传感器的电容在任何情况下都是相对低的。

在图10中例示的实施方案中，在膜的周界内存在开口1001的区域，即，缺少膜电极103的任何金属的区域。与诸如关于图1a所例示的周界内的整个区域之上的连续电极相比，这对于给定周界尺寸的电极减少了金属总量，从而减轻了上文提及的问题。在图10中例示的实施方案中，膜电极中的开口对应于背板104中的声学孔，从而位于背板电极102中存在对应的开口的区域中。因此，通过在将在任何情况下在背板电极中存在开口的区域中、在膜电极中具有开口，背板电极102和膜电极103之间的重叠区域未被显著减小。因此，与具有类似周界尺寸但具有诸如图1a中例示的整体连续膜电极的换能器相比，诸如关于图10所例示的换能器的电容从而灵敏度未被显著减小，但是减轻了导致dc偏移的电极的塑性变形的问题。

在这样的实施方案中，至少一个可变通气部301因此可以位于膜层101中，以对应于膜电极103中的开口1001的区域。如所提及的，开口的这些区域可以被定位成对应于背板中的声学孔。对应于通气部301的声学孔可以是被定尺寸以允许通气部足够打开的常规声学孔112或孔902。

因此，本发明的实施方案涉及用于MEMS换能器(尤其是MEMS电容式麦克风)的通气部结构。一些实施方案涉及具有可移动盖部分的可变通气部，该可移动盖部分被连接到通气孔的侧边，以便相对于该孔能移动，该盖部分包括至少两个折翼区段，其中所述折翼区段被连接以便相互铰接。通气孔可以穿过换能器的膜，从而通气盖可以被联接到膜的其余部分且可以包括与膜相同的材料。因此，可移动盖可以包括多个铰链连接部，其中一个铰链连接部连接至通气孔的侧壁，例如膜。

虽然已经关于MEMS电容式麦克风描述了上面多个实施方案，但是本发明也可应用于除麦克风以外的任何形式的MEMS换能器，例如压力传感器或超声波发射器/接收器。

本发明的实施方案可以在一系列不同的材料系统内有用地实施，然而本文描述的实施方案对于具有包括氮化硅的膜层的MEMS换能器是特别有利的。

MEMS换能器可以被形成在换能器管芯上，并且在一些情形下可以与用于换能器操作的至少一些电子器件集成。

注意到，上文描述的实施方案可用在一系列设备中，所述一系列设备包括但不限于：模拟麦克风、数字麦克风、压力传感器或超声换能器。本发明还可用在多种应用中，所述多种应用包括但不限于：消费者应用、医疗应用、工业应用和汽车应用。例如，典型的消费者应用包括便携式音频播放器、可穿戴设备、膝上型计算机、移动电话、PDA和个人电脑。实施方案还可以用在语音激活设备或语音控制设备中。典型的医疗应用包括助听器。典型的工业应用包括有源噪声消除。典型的汽车应用包括免提套件、声学碰撞传感器(acousticcrash sensor)和有源噪声消除。

根据上文描述的实施方案中的任何一个实施方案的一个或多个换能器可以被纳入一个封装件中。图11a至图11f例示了多种不同的封装布置。图11a至图11f中的每个示出位于封装件中的一个换能器元件，但是应理解，在一些实施方案中，可能存在不止一个换能器，例如换能器阵列，并且多种换能器可以被形成在相同的换能器基底(即，单片换能器基底)上，或可以被形成为具有单独的换能器基底的单独的换能器，每个单独的换能器基底被接合到封装件基底。

图11a示出了第一布置，其中换能器1100位于封装件基底1102上的盖1101内，该盖1101形成壳体的至少一部分。该盖在此实施例中可以是接合到基底的金属壳体。封装件基底可以包括至少一个绝缘层。封装件基底还可以包括至少一个导电层。封装件基底可以是半导体材料，或可以由诸如PCB、陶瓷等的材料形成。在盖1101是金属的或其本身包括导电层的情况下，盖可以电联接到基底的导电层，例如，以使得壳体为电磁干扰(EMI)提供屏蔽。接合线1103可以将换能器连接到封装件基底上的接合焊盘。在一些实施方案中，读出电路系统(例如放大器电路系统)可以位于形成在封装件基底中或连接到封装件基底的壳体内。穿过封装件基底的通孔(未示出)可以连接到触点(即，焊料焊盘)1104，用于将外部电路系统(未示出)电连接到封装件，以允许将电信号传输到换能器1100/从换能器1100传输电信号。在图11a中示出的实施例中，在盖1101中存在一个声音端口或声学端口，以允许声音进入封装件，并且换能器被布置在顶部端口布置中。

图11b例示一个替代布置，其中声音端口被设置在封装件基底1102中并且可以在使用时被密封。环1105(其可以是密封环或焊料焊盘环(在形成焊料环中使用))可以围绕封装件的外侧上的声音端口的周围设置，以允许在使用时，在例如封装件被连接到另一PCB时，对通向声音端口的声音路径进行密封。在此实施方案中，换能器被布置在底部端口布置中，其中由壳体1101所限定的容积形成换能器的后容积的一部分。

图11c例示了一个实施例，其中替代将换能器连接到封装件基底的接合线，换能器结构被倒置且经由连接部1106而被倒装(flip-chip)接合至封装件基底。在此实施例中，声音端口在封装件基底中，使得封装件被布置在一个底部端口布置中。

图11d例示了图11b的实施例的一个替代实施例，其中壳体1107由多种材料面板(例如，PCB等)形成。在此情形中，壳体1107可以包括一个或多个导电层和/或一个或多个绝缘层。图11d示出了封装件基底中的声音端口。图11e示出了图11b的布置的一个替代布置，其中壳体1107由多种材料面板(例如，如关于图11d描述的PCB等)形成。图11f示出了另一实施方案，其中换能器结构经由连接部1106而被接合至壳体上层，该壳体上层例如可以是PCB或分层的导电材料/绝缘材料。然而，在此实施例中，与封装件的电连接仍然是经由封装件基底上的触点(焊料焊盘)1104，例如封装件基底中的、在壳体的内侧上具有导电迹线(trace)的通孔(未示出)连接到换能器的。存在图11c的实施例的一个替代实施例，其中换能器被倒装接合至壳体1107中的封装件基底，该壳体1107由材料面板(例如，如关于图11d描述的PCB等)形成。

一般而言，一个或多个换能器可以位于封装件中，然后该封装件被操作性地互连到另一基底，诸如母板(mother board)，如本领域已知的。

应注意，上文提及的实施方案例示而非限制本发明，并且在不偏离随附的权利要求的范围的前提下，本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。词语“包括”不排除除了权利要求中所列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，以及单个特征或其他单元可以实现权利要求中所引用的多个单元的功能。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制它们的范围。

Claims

1.一种微机电系统MEMS换能器，包括：

一个膜层；以及

至少一个可变通气部结构，包括：

其中，所述通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，从而使所述通气盖对所述通气孔的阻塞的程度变化，且从而使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；并且

2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第二折翼区段仅经由所述第一折翼区段而联接到所述通气孔的侧边。

3.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段对于给定的压力差而偏转远离所述平衡位置的程度不同于所述第二折翼区段对于相同的压力差而偏转远离所述第一折翼区段的程度。

4.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，所述第二折翼区段偏转远离所述第一折翼区段比所述第一折翼区段偏转远离平衡位置更容易。

5.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，对于至少一个压力差，所述第二折翼区段相对于所述第一折翼区段偏转的量大于所述第一折翼区段从平衡偏转的量。

6.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段经由第一连接部以铰链方式联接到所述通气孔的侧边，并且所述第二折翼区段通过第二连接部以铰链方式联接到所述第一折翼区段。

7.根据权利要求6所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部的尺度和/或几何形状彼此不同。

8.根据权利要求7所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部中的每个都包括一个颈部区域，并且所述颈部区域的尺度彼此不同。

9.根据权利要求6所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部中的至少一个包括一个梁结构。

10.根据权利要求6所述的MEMS换能器，其中，所述第一连接部和所述第二连接部中的至少一个包括多个连接区域，所述多个连接区域沿着一个铰链轴线被间隔开。

11.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段以铰链方式联接到所述通气孔的侧边，用于大体上围绕第一铰链轴线移动，并且所述第二折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段，用于大体上围绕第二铰链轴线相对于所述第一折翼区段移动，其中，所述第一铰链轴线和所述第二铰链轴线彼此平行。

12.根据权利要求11所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段被联接用于围绕所述第一铰链轴线在一个旋转方向上移动，并且所述第二折翼区段被联接用于围绕所述第二铰链轴线在相同的旋转方向上移动。

13.根据权利要求11所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段被联接用于围绕所述第一铰链轴线在一个旋转方向上移动，并且所述第二折翼区段被联接用于围绕所述第二铰链轴线在相反的旋转方向上移动。

14.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段在所述第一折翼区段的一侧上联接到侧壁，并且在其相反侧上联接到所述第二折翼区段。

15.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第二折翼区段在所述第一折翼区段的周界内。

16.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第一折翼区段的面积是所述通气盖的面积的至少20％。

17.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述第二折翼区段的面积是所述通气盖的面积的至少20％。

18.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在低于第一压力阈值的压力差时，至少所述第一折翼区段不从平衡位置显著偏转。

19.根据权利要求18所述的MEMS换能器，其中，所述第一压力阈值为所述MEMS换能器的预期正常操作压力范围，或高于所述MEMS换能器的预期正常操作压力范围。

20.根据权利要求18或19所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在高于所述第一折翼区段的第二压力阈值的压力差时，所述第一折翼区段从平衡位置显著偏转。

21.根据权利要求18或19所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在高于所述第二折翼区段的第二压力阈值的压力差时，所述第二折翼区段从平衡位置显著偏转。

22.根据权利要求21所述的MEMS换能器，其中，所述第二压力阈值在所述MEMS换能器的正常操作预期操作压力范围内。

23.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖包括至少一个附加折翼区段，其中所述附加折翼区段或每个附加折翼区段以铰链方式联接到所述第一折翼区段或所述第二折翼区段或一个中间附加折翼区段中的一个。

24.根据权利要求23所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在使用时，在所述MEMS换能器的预期正常操作范围内的压力差时，至少一个附加折翼区段从其平衡位置显著偏转。

25.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为提供一个流动路径尺寸，所述流动路径尺寸在使用时随着处于所述MEMS换能器的正常预期操作范围内的压力而变化，从而提供可变灵敏度。

26.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述通气孔被形成在第一层材料中，并且所述通气盖由与所述第一层相同的材料形成。

27.根据权利要求26所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖由穿过所述第一层的一个或多个通道限定。

28.根据权利要求26或27所述的MEMS换能器，其中，所述通气盖被配置为使得，在所述平衡位置处，所述第一折翼区段和所述第二折翼区段大体上位于所述第一层的平面内。

29.根据权利要求26或27所述的MEMS换能器，其中，所述第一层是所述膜层。

30.根据权利要求29所述的MEMS换能器，其中，所述通气孔位于所述膜层中且在一个膜电极的区域外部。

31.根据权利要求29所述的MEMS换能器，其中，所述通气孔位于所述膜层中、在一个膜电极的周界区域内且在所述膜电极的开口的区域内。

32.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述MEMS换能器包括一个电容式传感器。

33.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述MEMS换能器包括一个麦克风。

34.根据权利要求32或33所述的MEMS换能器，还包括读出电路系统。

35.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述MEMS换能器位于一个具有声音端口的封装件内。

36.一种电子设备，包括根据权利要求1所述的MEMS换能器。

37.根据权利要求36所述的电子设备，其中，所述电子设备是以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；音频设备；计算设备；通信设备；个人媒体播放器；移动电话；游戏设备；可穿戴设备；以及，语音控制设备。

38.一种制造具有柔性膜的微机电系统MEMS换能器的方法，所述方法包括：

形成一个具有柔性膜的结构；以及

形成至少一个可变通气部结构，所述至少一个可变通气部结构具有一个通气孔，用于使流体通气，从而减小所述柔性膜两侧的压力差，

所述至少一个可变通气部结构包括一个通气盖，所述通气盖是可移动的，且所述通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；

39.一种微机电系统MEMS换能器，包括：

一个柔性膜；以及

至少一个可变通气部结构，其中所述可变通气部结构提供一个流动路径，所述流动路径具有随着所述柔性膜两侧的压力差而变化的尺寸；

其中，所述可变通气部结构包括至少一个可移动通气盖，所述至少一个可移动通气盖响应于所述可移动部分两侧的压力差而能移动，从而使所述通气盖对所述通气孔的阻塞的程度变化，且从而使穿过所述通气部结构的流动路径的尺寸变化；并且

其中，所述可移动通气盖包括：

第一折翼区段；

第一铰链连接部，所述第一铰链连接部将所述第一折翼区段联接到所述可变通气部结构的一侧，使得所述第一折翼区段能够被偏转远离平衡位置；

第二折翼区段；以及

40.一种微机电系统MEMS换能器，包括：

一个柔性膜；以及

其中，所述通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，以便使所述通气盖对所述通气孔的阻塞的程度变化，且以便使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；

且其中所述第一折翼区段从所述平衡位置能移动且所述第二折翼区段相对于所述第一折翼区段能移动，从而对于所述通气盖两侧的压力差的至少第一范围，相比于所述第一折翼区段，所述第二折翼区段从其平衡位置偏转更大的角度。

41.一种微机电系统MEMS换能器，包括：

一个柔性膜；以及

至少一个可变通气部结构，包括：一个通气孔，适于使流体通气，从而减小所述柔性膜两侧的压力差；以及，一个可移动通气盖，所述可移动通气盖在平衡位置处至少部分地阻塞所述通气孔；

其中，所述通气盖响应于所述通气盖两侧的压力差而从所述平衡位置能移动，从而使所述通气盖对所述通气孔的阻塞的程度变化，且从而使穿过所述通气孔的流动路径的尺寸变化；

其中，所述通气盖包括：第一折翼区段，被联接到所述通气孔的一侧，从而从所述平衡位置能移动；以及，至少一个第二折翼区段，被联接到所述第一折翼区段，从而相对于所述第一折翼区段能移动，

其中，第二折翼部分相对于所述第一折翼区段的移动的阻力低于所述第一折翼区段从平衡位置的移动的阻力。