CN107852557A - 具有公共通气孔的多mems马达装置 - Google Patents

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Abstract

第一MEMS马达和第二MEMS马达共享公共后腔容积和公共支承结构，并且所述公共支承结构被构造成支承第一振膜和第一背板，并且所述公共支承结构还被构造成支承第二振膜和第二背板。通道穿过所述公共支承结构并与外部环境连通，该通道具有第一直径，所述通道被设置超过每个背板的外周。一开孔延伸穿过氮化硅层，该开孔具有第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，所述通道与所述开孔连通。所述开孔具有与第二直径正交的长度，并且所述第一背板和所述第二背板具有一厚度，其中，所述长度不大于所述厚度的两倍。所述通道和所述开孔允许外部环境与所述公共后腔容积之间的直接连通。

Description

具有公共通气孔的多MEMS马达装置
相关申请的交叉引用
本申请要求保护2015年8月10日提交的美国临时专利申请No.62/203107的益处和优先权，其全部内容通过引用并入于此。
技术领域
本申请涉及麦克风，并且更具体地涉及具有增强性能特性的麦克风。
背景技术
不同类型的声学装置已经使用多年。一种类型的装置是麦克风。在微机电系统(MEMS)麦克风中，MEMS管芯(die)包括：振膜、背板以及支承结构。MEMS管芯由基部支承并且通过壳体(例如，具有壁的杯或盖)包围。端口可以延伸穿过基部(针对底部端口装置)或穿过壳体的顶部(针对顶部端口装置)。在任何情况下，声能穿过端口，使振膜移动并在振膜与背板之间产生变化电位，其产生电信号。麦克风被部署在各种类型的装置中，诸如个人计算机或蜂窝电话。
许多MEMS麦克风具有穿过振膜的减压(barometric relief)开孔。但是，该开孔可能允许异物进入麦克风结构的特别敏感部分。振膜与背板之间的间隙可以是大约4μm，因此在制造或使用该装置期间容易充满污染物。这些污染物不利地影响麦克风操作。
先前方法的问题已经造成一些用户不满意这些先前方法。
附图说明
为了更全面理解本公开，参照下面详细描述和附图进行说明，其中：
图1包括根据本发明的各种实施方式的具有多个MEMS马达的麦克风组件的分解图；
图2包括根据本发明的各种实施方式的多个MEMS马达的截面图；
图3包括根据本发明的各种实施方式的多个MEMS马达的截面图。
本领域技术人员应当清楚，为了简单和清楚起见，附图中的元件被例示。还应想到，特定动作和/或步骤可以按出现的特定次序描述或描绘，而本领域技术人员应当明白，有关顺序的这种特殊性实际上不要求。还应明白的是，除非另外在此阐述特定含义以外，在此使用的术语和表达具有按照这种术语和表达关于它们对应的各自调查和研究领域的普通含义。
具体实施方式
本方法提供了一种具有穿过基部的短路径的多马达微机电系统(MEMS)麦克风装置，该短路径是所述多个马达中使用的背板的外周。短路径向麦克风添加很少声质量或无声质量。在这些方法中，开孔提供减压开孔，并且不延伸穿过振膜。使减压开孔远离振膜区域移动，使得污染物不太可能被困在MEMS马达的振膜与背板部分之间。
在一个示例中，使用四个MEMS马达。每个MEMS马达都包括振膜和背板，并形成在公共基板上。公共基板提供针对振膜和背板的支承结构。背板设置在振膜上方。在一个方面，在公共基板的顶部上形成1μm至2μm厚的氮化硅层以形成背板。基板中的第一开孔在振膜之间的空间中制成，其在一个示例中直径大约80μm。小第二开孔或通气孔(例如，10μm至40μm)在氮化硅层中制成以创建通气孔。两个开孔协作以在外部环境与麦克风中的后腔容积之间提供路径。基板和振膜可以由硅构成，而背板可以由氮化硅构成。在一些示例中，公共基板厚度为200μm-400μm厚。材料和尺寸的其它示例是可以的。
先前系统穿过振膜在后腔容积与外部环境之间设置通气孔。在于此描述的方法中，将通气孔设置在基板中提供了由于通气区域与敏感振膜区域之间的距离而导致降低对污染物的敏感度的优点(诸如来自焊剂烟雾的污染物)。
在于此提出的方法中，存在具有受限直径的小面积。结构(通气孔或开孔)的长度比该直径小得多。
这些方法提供超过传统穿孔振膜的制造优点。这些方法可以防止污染物进入麦克风的敏感区域(特别是背板和振膜之间的容积)。
在这些实施方式中的许多实施方式中，麦克风包括：公共基部；公共陷阱式(trapped)后腔容积；公共支承结构；以及设置在公共基部上的第一微机电系统(MEMS)马达。第一MEMS马达包括：第一振膜，并且第一振膜被布置成将公共后腔容积和前腔容积分开；以及关于第一振膜平行设置的第一背板。麦克风还包括设置在公共基部上的第二MEMS马达。第二MEMS马达包括：第二振膜，并且第二振膜被布置成将公共后腔容积和前腔容积分开；以及关于第二振膜平行设置的第二背板。第一背板和第二背板由材料层形成，该材料层在公共基部之上延伸。第一MEMS马达和第二MEMS马达共享公共后腔容积和公共支承结构，并且公共支承结构被构造成支承第一振膜和第一背板，并且其中，该公共支承结构还被构造成支承第二振膜和第二背板。通道穿过公共支承结构并与外部环境连通，该通道具有第一直径，该通道设置超过每个背板的外周。开孔延伸穿过氮化硅层，该开孔具有第二直径，该第二直径小于第一直径，该通道与开孔连通。该开孔具有与第二直径正交的长度，并且第一背板和第二背板具有一厚度，其中，长度不大于厚度的两倍。该通道和开孔允许外部环境与公共后腔容积之间的直接连通。
在一些方面，该通道的直径大约为80微米。在其它方面，开孔的直径大约为10微米至40微米。在一些示例中，振膜由硅构成。在其它示例中，该公共支承结构由硅构成。
在其它方面，该材料层是氮化硅。在一些示例中，第一背板和第二背板大约为1微米至2微米厚。
在这些实施方式的其它实施方式中，麦克风包括：公共基部：公共陷阱式后腔容积；公共支承结构；以及设置在公共基部上的第一微机电系统(MEMS)马达。第一MEMS马达：包括第一振膜，并且第一振膜被布置成将公共后腔容积和前腔容积分开；以及关于第一振膜平行设置的第一背板。麦克风包括设置在公共基部上的第二MEMS马达。第二MEMS马达包括：第二振膜，并且第二振膜被布置成将公共后腔容积和前腔容积分开；以及关于第二振膜平行设置的第二背板。第一MEMS马达和第二MEMS马达共享公共后腔容积和公共支承结构，并且公共支承结构被构造成支承第一振膜和第一背板。该公共支承结构还被构造成支承第二振膜和第二背板。通道穿过公共支承结构并与外部环境连通，该通道具有第一直径，并且设置超过每个背板的外周。开孔延伸穿过公共支承结构，该开孔具有第二直径。该开孔与公共后腔容积连通，第二直径小于第一直径，并且通道也与开孔连通。所述通道和所述开孔允许外部环境与所述公共后腔容积之间的直接连通。
现在参照图1，多马达MEMS麦克风组件100包括：盖子(或外壳)102，集成电路104(ASIC)、MEMS马达106、以及基部108(在一些示例中由FR4制成)。端口112延伸贯穿基部108并且允许在MEMS马达106处接收声音。MEMS马达106将声音转换成表示声音的电信号。
线110是用于多马达装置的截面图的截面线，诸如图2和图3的示例。即，图2的示例具有图1所示的外视图。图2的详细截面图中示出了图1中未示出的附加结构。
现在参照图2，描述了具有在多个马达106和外部背板区域之间共享的通道的多马达结构的一个示例。每个马达结构106包括背板204和设置在公共基板202(例如，块(bulk)、管芯、或晶圆)上的振膜206。
在一个方面，在公共基板202的顶部上形成1μm至2μm厚的氮化硅层212以形成背板204。背板204是氮化硅层212的一部分。背板204可以在一侧上具有硅膜以充当导体。在振膜之间的空间中制造基板202中的第一通道或开孔210，其在一个示例中直径大约80μm。小第二开孔或通气孔208(例如，10μm至40μm)在氮化硅层212中制成以创建通气孔208。第二开孔208的直径远小于第一开孔210的直径。
在一个示例中，基板202和振膜206由硅制成，并且背板204由氮化硅制成。在一些示例中，公共基板202的厚度为200μm-400μm厚。前腔容积122形成在振膜下方，并且公共后腔容积124由马达106、基部108、以及盖子102限定。
来自外部环境的声音进入用于每个马达106的单独前腔容积122，而后腔容积124在马达106之间共享。
在操作中，背板204和/或振膜206可以被充电(charged)。声音进入前腔容积122。通过空气使振膜206移动创建可以传送至集成电路104的电信号。设置穿过基板202的通气路径(该通气路径是通道210和通气孔或开孔208)由于通气区域(即，通气孔或开孔208)与敏感振膜区域(振膜206)之间的距离而致使提供一优点，该优点提供对诸如来自焊剂烟雾的污染物的降低敏感度。
现在参照图3，描述具有多个马达106的多马达麦克风的另一示例。每个马达结构305包括背板304和设置在公共基板302(例如，块(bulk)、管芯、或晶片)上的振膜306。来自外部环境的声音进入用于每个马达106的单独前腔容积322，而后腔容积324在马达106之间共享。
小开孔308可以形成在公共基板302本身中，而不是形成在单独层中。在该示例中，穿过基板的大部分厚度形成大直径开孔310，而仅薄部分包含该小开孔。这种形状允许严格控制小开孔308尺寸，这又严格控制声学响应和麦克风自身噪声。它还最小化开孔污染的风险。
在此对本发明的优选实施方式进行了描述，包括发明人已知用于执行本发明的最佳模式。应当明白，所示实施方式仅是示例性的，而不应被视为限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种麦克风，所述麦克风包括：
基部，所述基部具有延伸穿过所述基部的端口；
支承结构，所述支承结构安装至所述基部并且在所述端口周围；
在所述支承结构上的多个微机电系统MEMS马达，其中，所述多个MEMS马达中的每个均包括：
振膜，以及
背板；
安装至所述基部的盖子，其中，所述盖子包围所述多个MEMS马达；以及
通气孔，所述通气孔延伸穿过所述支承结构，其中，所述通气孔在第一端部处具有第一直径并且在第二端部处具有第二直径，其中，所述第一直径小于所述第二直径，
其中，至少部分地由所述盖子的内表面、所述基部的内表面、以及所述多个MEMS马达的每个振膜的内表面限定后腔容积，其中，所述后腔容积经由所述通气孔与外部环境连通，并且
其中，所述端口被构造成允许声能穿过所述端口并且使所述振膜中的每个相对于相应背板移动。
2.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述通气孔的所述第一端部与所述后腔容积连通，并且其中，所述通气孔的所述第二端部与所述外部环境连通。
3.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述通气孔的所述第一端部具有第一长度，其中，所述通气孔的所述第二端部具有第二长度，并且其中，所述第二长度不大于所述第一长度的两倍。
4.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述通气孔的所述第一端部经由一材料层形成，所述材料层包括所述多个MEMS马达的所述背板。
5.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述通气孔的所述第一端部和所述通气孔的所述第二端部被形成在所述支承结构中。
6.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述第一直径为10微米至40微米。
7.根据权利要求6所述的麦克风，其中，所述第二直径为80微米。
8.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述多个MEMS马达的所述振膜是硅酮。
9.根据权利要求8所述的麦克风，其中，所述支承结构是硅酮。
10.根据权利要求1所述的麦克风，其中，材料层包括所述多个MEMS马达的所述背板。
11.根据权利要求10所述的麦克风，其中，所述材料层是氮化硅。
12.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述支承结构形成均与所述外部环境连通的多个前腔容积，并且其中，所述多个前腔容积中的每个都对应于相应MEMS马达。
13.根据权利要求1所述的麦克风，所述麦克风还包括一电路，所述电路被配置成将所述振膜中的每个相对于相应背板的移动转换成电信号。
14.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述多个MEMS马达是四个MEMS马达，并且其中，所述通气孔位于所述四个MEMS马达之间。
15.根据权利要求14所述的麦克风，其中，所述通气孔与所述端口同轴。
16.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述背板中的每个都包括至少一个穿孔。
17.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述通气孔在所述振膜中的至少两个之间。
18.根据权利要求17所述的麦克风，其中，所述通气孔不穿过任何所述振膜。
19.一种系统，所述系统包括：
基部，所述基部具有延伸穿过所述基部的端口；
支承结构；
在所述支承结构上的多个微机电系统MEMS马达，其中，所述多个MEMS马达中的每个都包括：
振膜，以及
背板；
安装至所述基部的盖子，其中，所述盖子包围所述多个MEMS马达；以及
通气孔，所述通气孔延伸穿过所述支承结构，其中，所述通气孔在第一端部处具有第一直径并且在第二端部处具有第二直径，其中，所述第一直径小于所述第二直径，
其中，至少部分地由所述盖子的内表面、所述基部的内表面、以及所述多个MEMS马达的每个振膜的内表面限定后腔容积，其中，所述后腔容积经由所述通气孔与外部环境连通，并且
其中，所述端口被构造成允许声能穿过所述端口并且使所述振膜中的每个相对于相应背板移动。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述通气孔的所述第一端部与所述后腔容积连通，并且其中，所述通气孔的所述第二端部与所述外部环境连通。
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