CN109565634A - Mems麦克风以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MEMS麦克风以及电子设备。该MEMS麦克风包括：压力感测元件，所述压力感测元件用于感测施加于其上的压力；附着到所述压力感测元件的振膜，所述振膜用于向所述压力感测元件施加压力；以及附着到所述压力感测元件的背骨，所述背骨用于支撑所述压力感测元件。

Description

MEMS麦克风以及电子设备
技术领域
本发明涉及微机电系统MEMS技术领域，更具体地，涉及一种MEMS麦克风以及电子设备。
背景技术
微机电系统或者MEMS是指采用微加工技术制成的微型机械和机电部件(即，器件和结构)。MEMS麦克风是一种基于MEMS技术的麦克风。在现有技术中，大多数的MEMS麦克风是电容式麦克风。
近来，压电MEMS麦克风被提出。例如，在Robert John Littrell等人所著的文章“High Performance Piezoelectric MEMS Microphones”,Ph.D.dissertation,Univ.Michigan,2010中提出了一种高性能压电MEMS麦克风，该文章在此全部引入作为参考。
在现有技术的压电MEMS麦克风中，用于悬臂振膜的压电薄膜不具有基础结构。这样，压力/压力梯度将会导致悬臂振膜的振膜弯曲。结果，声学性能和/或加工制造性能受到影响。此外，悬臂振膜较脆弱并且不稳固。因此，制造的成品率低并且操作不可靠。
因此，在现有技术中需要提供一种新的MEMS麦克风以解决现有技术中的至少一个技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于MEMS麦克风的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS麦克风，包括：压力感测元件，所述压力感测元件用于感测施加于其上的压力；附着到所述压力感测元件的振膜，所述振膜用于向所述压力感测元件施加压力；以及附着到所述压力感测元件的背骨，所述背骨支撑所述压力感测元件。
可选地或者另外地，所述压力感测元件为压电元件。
可选地或者另外地，所述压电元件由AlN、SnO2或者PZT制成。
可选地或者另外地，所述压电元件的直径或者边长为10～300μm，所述振膜的直径或者边长为500～2000μm。
可选地或者另外地，所述振膜附着到所述压电元件的一个面电极，所述背骨附着到所述压电元件的另一个面电极。
可选地或者另外地，所述背骨包括一条或者多条梁。
可选地或者另外地，至少一条梁的宽度为1～50μm且厚度为1～50μm。
可选地或者另外地，所述MEMS麦克风还包括第一焊盘和第二焊盘，其中，所述压力感测元件的第一电极通过所述背骨与所述第一焊盘连接，并且所述压力感测元件的第二电极通过所述振膜与所述第二焊盘连接。
可选地或者另外地，所述MEMS麦克风还包括衬底，其中，所述压力感测元件、所述振膜以及所述背骨被安装在所述衬底上。
根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括根据本发明的MEMS麦克风。
本发明的一个实施例提出了一种新结构的MEMS麦克风，在所述结构中，背骨支撑压力感测元件。该MEMS麦克风具有相对稳固的MEMS结构。
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是根据第一实施例的MEMS麦克风的一部分的侧视图。
图2是图1的MEMS麦克风的俯视图。
图3是根据第二实施例的MEMS麦克风的一部分的俯视图。
图4示出了具有根据本发明实施例的MEMS麦克风的电子设备的示意图。
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。
在现有技术中，MEMS麦克风包括悬臂振膜形式的压电膜，该悬臂振膜不具有基础结构。这样，脆弱的振膜结构导致低生产成品率和/或操作可靠性问题。
在本发明中，提出了一种新型的压力感测元件的结构。压力感测元件可以是压电元件或者压阻元件。通过这种结构，MEMS麦克风将会具有相对稳固的MEMS结构。此外，生产能力/成品率将会提高。以压电元件作为参考对下面的实施例进行描述。本领域技术人员可以理解，采用压阻元件同样是可能的。
参照图1和2对实施例进行描述。图1示出了根据第一实施例的MEMS麦克风的一部分的侧视图。图2示出了图1的MEMS麦克风的俯视图。
如图1所示，MEMS麦克风包括压力感应元件3、振膜2以及背骨4。
压力感测元件3被配置为用于感测施加于其上的压力。振膜2附着到压力感测元件3并且被配置为用于向所述压力感测元件3施加压力。背骨4附着到所述压力感测元件并且所述背骨被配置为用于支撑所述压力感测元件3。背骨4是刚性的，这样为压力感测元件3提供了稳固的支撑。
在本发明中，振膜2的周围可被衬底1支撑。与现有的压电技术方案相比，这种结构提供了一种相对稳固的振膜。
在一个例子中，压力感测元件3为压电元件。例如，用于压电元件的压电材料为晶体材料，该晶体材料受到压力能在其两个面之间产生电压。压电元件3的材料可以是AlN(氮化铝)、SnO2(氧化锡)或者PTZ(锆钛酸铅压电陶瓷)。
例如，在标准的MEMS晶圆(未示出)上制造高质量压电元件3(如AlN)，然后经过低温后段制程以将其附着到刚性的背骨4上。本领域技术人员应该理解的是，上述例子只是为了说明，但不限制本发明的范围。
在该实施例中，压电元件3的尺寸远小于振膜2的尺寸。通过这种配置方式，施加在压电元件3上的压强将被提高，这样麦克风的信噪比SNR将被改善。例如，压电元件3可以是圆形或者方形。例如，压电元件3的直径或者边长为10-300μm，振膜的直径或者边长为500-2000μm。
如图1和2所示，例如，振膜2附着在压电元件3的一个面电极上，并且背骨4附着在压电元件3的另一个面电极上。本领域技术人员应该理解的是，背骨4可以以其他方式附着在压电元件3上，只要背骨4能够为压电元件3提供稳固的支撑即可。例如，压电元件3被嵌入到背骨4内。
背骨4可以包括一条或者多条梁。在图2中，背骨4有两条梁41、42。压电元件3位于两条梁41、42的交叉点处。两条梁41、42形成了相对稳固的结构。例如，两条梁41、42中的至少一条的宽度为1-50μm，并且厚度为1-50μm。
如图1和2所示，MEMS麦克风还包括第一焊盘61和第二焊盘62。压力感测元件3的第一电极通过背骨4与第一焊盘61连接。例如，背骨4可以导电或者在背骨4上设置有导电引线。压力感测元件3的第二电极通过振膜2与第二焊盘62连接。振膜2可以导电或者在振膜2上设置有导电引线。例如，第一焊盘61和第二焊盘62被用于输出信号。
如图2所示，MEMS麦克风还包括衬底1。压力感测元件3、振膜2和背骨4例如通过键合引线或者粘结的方式被安装在衬底1上。例如，如图1所示，压力感测元件3、振膜2和背骨4通过介电层51、52、53、54被安装到衬底1上。
与现有技术的压电MEMS麦克风不同，压电元件不是被用作悬臂振膜。一方面，这可以形成相对稳固的结构。另一方面，这提供了压力感测元件的设计自由度，例如，减小压电元件的两个电极之间的寄生电容。
此外，由于背骨4的尺寸比振膜2的尺寸小，因此振膜和背骨之间的声阻/电阻得以减小。
图3示出了根据第二实施例的MEMS麦克风的一部分的俯视图。与第一实施例中重复的内容将被省略。
如图3所示，MEMS麦克风包括压力感测元件3’、振膜2’和背骨41’。MEMS麦克风还包括第一焊盘61’和第二焊盘62’。振膜2’和背骨41’被安装在衬底1’上。第二实施例的MEMS麦克风的背骨只包括一条梁41’，除此之外，该MEMS麦克风的结构与第一实施例的结构相似。通过这种结构，背骨的尺寸进一步减小并且振膜和背骨之间的声阻/电阻进一步降低。
图4示出了具有根据本发明实施例的MEMS麦克风的电子设备的示意图。
如图4所示，该电子设备200包括MEMS麦克风201。MEMS麦克风201可以是根据第一实施例的MEMS麦克风或者根据第二实施例的MEMS麦克风，所述麦克风例如如图1、2、3所示。该电子设备200可以是智能手机、平板电脑或者笔记本电脑等。
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 (10)

1.一种MEMS麦克风，包括：
压力感测元件，所述压力感测元件用于感测施加于其上的压力；
附着到所述压力感测元件的振膜，所述振膜用于向所述压力感测元件施加压力；以及
附着到所述压力感测元件的背骨，所述背骨用于支撑所述压力感测元件。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述压力感测元件为压电元件。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，所述压电元件由AlN、SnO2或者PZT制成。
4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，所述压电元件的直径或者边长为10～300μm，所述振膜的直径或者边长为500～2000μm。
5.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，所述振膜附着到所述压电元件的一个面电极上，所述背骨附着在所述压电元件的另一个面电极上。
6.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，所述背骨包括一条或者多条梁。
7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，至少一条梁的宽度为1～50μm且厚度为1～50μm。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，还包括第一焊盘和第二焊盘，其中，所述压力感测元件的第一电极通过所述背骨与所述第一焊盘连接，并且所述压力感测元件的第二电极通过所述振膜与所述第二焊盘连接。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，还包括衬底，其中，所述压力感测元件、所述振膜以及所述背骨被安装在所述衬底上。
10.一种电子设备，包括如权利要求1所述的MEMS麦克风。
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