CN111277936A - 一种mems麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括具有背腔的基底以及设于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括振膜和与所述振膜间隔设置并与所述振膜形成空腔的背板，所述背板设有电极层；所述背板上设有隔离槽，所述隔离槽使得电极层分隔为位于中间的感应电极以及环绕所述感应电极的浮动电机。本发明通过将感应电极与浮动电极通过隔离槽分隔，进而避免在MEMS麦克风通电工作时，浮动电极产生的寄生电容对MEMS麦克风影响。

Description

一种MEMS麦克风
【技术领域】
本发明涉及麦克风，尤其涉及到一种MEMS麦克风。
【背景技术】
对于MEMS麦克风来说，一般包括基底以及设于基底上的电容系统，电容系统包括振膜和与所述振膜间隔设置并与振膜形成空腔的背板，所述背板设有电极层。当MEMS麦克风通电工作时，背板和振膜分别带有极性相反的电荷；此时，振膜在声波的作用下振动，使得振膜与背板之间的距离发生变化导致电容系统中的电容发生变化，使得声波转换为了电信号，实现麦克风的相应功能。由于基底的存在，如图1所示，声波从背腔进入振膜使得振膜在声波的作用下振动时，振膜周缘的部分由于不会接触到声波，振膜周缘部分不会振动，此时与振膜周缘部分背板之间的距离并不会发生变化，但是这部分背板中也设有电极层，当振膜在声波的作用下振动时，该部分背板中的电极层会形成寄生电容，影像电容系统中电容的编号，影像MEMS麦克风的相应功能。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风，其能够解决现有技术中MEMS麦克风中处于背板边缘区域的电极层容易产生寄生电容的问题。
本发明的技术方案如下：
一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括具有背腔的基底以及设于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括振膜和与所述振膜间隔设置并与所述振膜形成空腔的背板，所述背板设有电极层；所述背板上设有隔离槽，所述隔离槽使得电极层分隔为位于中间的感应电极以及环绕所述感应电极的浮动电极。
进一步地，所述背板包括依次叠设的第一绝缘层、电极层以及第二绝缘层，所述第二绝缘层与所述振膜相对设置。
进一步地，所述第一绝缘层的周缘呈台阶状，并与所述基底连接。
进一步地，所述背板还设有覆盖所述第一绝缘层的周缘的金属层。
进一步地，所述背板与振膜之间设有支撑架，所述支撑架为中空的环状结构；所述支撑架的一端与所述背板连接、另一端与所述振膜连接；所述支撑架将所述空腔分隔为位于中间的第一腔体和位于周缘的第二腔体。
进一步地，所述支撑架上设有连通通道，所述连通通道使得第一腔体与第二腔体连通。
进一步地，所述支撑架设有通孔，所述通孔即为连通所述第一腔体与第二腔体连通的连通通道。
进一步地，所述支撑架包括多个支撑柱，相邻支撑柱之间设有间隙，所述间隙即为连通所述第一腔体与第二腔体的连通通道。
进一步地，所述支撑柱的横截面为方形、圆形、三角形或六边形。
进一步地，所述支撑架包括一个或多个支撑柱阵列；每个支撑柱阵列包括多个支撑柱，每个支撑柱阵列的相邻支撑柱之间形成所述间隙；当支撑柱阵列有多个时，相邻的支撑柱阵列环绕间隔设置。
本发明的有益效果在于：本发明通过在背板上设置隔离槽，使得背板中的电极层划分为位于中间的感应电极以及环绕所述感应电极的浮动电极而感应电极用于感应当振膜振动时振膜与背板之间因距离变化而引起的电容变化；由于浮动电极与感应电极被隔离槽分隔，因此，在MEMS麦克风通电工作时，浮动电极产生的寄生电容不会对电容系统中的电容变化产生影响。
【附图说明】
图1为本发明提供的现有技术中的MEMS麦克风的俯视图的竖直截面结构示意图；
图2为本发明提供的MEMS麦克风的俯视图的竖直截面结构示意图；
图3为图1中存在支撑架时MEMS麦克风的俯视图的竖直截面结构示意图；
图4为图3中支撑架存在通孔时MEMS麦克风的俯视图的竖直截面结构示意图；
图5为支撑架的俯视图。
图中：1、基底；2、振膜；3、背板；31、金属层；32、第一绝缘层；33、电极层；331、浮动电极；332、感应电极；34、第二绝缘层；35、隔离槽；4、空腔；41、第一腔体；42、第二腔体；5、支撑架；51、通孔；52、支撑柱；53、间隙；6、背腔。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1-5所示，本发明提供了一种MEMS麦克风，包括具有背腔6的基底1以及设于基底1上的电容系统，所述电容系统包括振膜2和与所述振膜2间隔设置并与所述振膜2形成空腔4的背板3。其中背板3设有电极层33。当MEMS麦克风通电工作时，振膜2与背板3分别带有极性相反的电荷，形成电容系统。另外，基底1上的背腔6可由体硅工艺或干法腐蚀形成。
当MEMS麦克风通电工作时，声波从基底1的背腔6进入到振膜2，使得振膜2在声波的作用下振动，此时，振膜2与背板3之间的距离发生变化，从而导致电容系统的电容发生改变，进而将声波信号转化为了电信号，实现麦克风的相应功能。
如图1所示，现有技术中的MEMS麦克风通电工作时，处于背板3的边缘部分的电极层33容易产生寄生电容而对电容系统中的电容变化产生影响的问题。
因此，如图2所示，本发明提供一实施例，通过在背板3上设置隔离槽35，所述隔离槽35使得电极层33分隔为位于中间的感应电极332以及环绕所述感应电极332的浮动电极331。其中，感应电极332用于感应因振膜2与背板3之间距离变化所引起的电容变化。
由于隔离槽35将感应电极332与浮动电极331分隔，因此，在MEMS麦克风通电时工作时，浮动电极331产生的寄生电容不会对电容系统中电容的变化产生影响。
进一步地，当MEMS麦克风通电工作时，振膜2与背板3分别带有极性相反的电荷。当振膜2振动过程中，当振膜2与背板3接触时会造成短路影响麦克风的工作。因此，为了避免短路，本发明中的背板3还设有绝缘层。具体地，背板3包括依次叠设的第一绝缘层32、电极层33以及第二绝缘层34。其中，第二绝缘层34与振膜2相对设置。这样，即使振膜2振动过程中与背板3接触，由于第二绝缘层34，振膜2并不会与背板3的电极层33直接接触，不会出现短路的问题。
其中，电极层33为多晶硅制成，第一绝缘层32和第二绝缘层34均为氮化硅制成。
优选地，所示背板3的第一绝缘层32的周缘呈台阶状，并与所述基底1连接。
所述第一绝缘层32的周缘上还覆盖金属层31。
另外，如图2所示，本实施例中的振膜2设于基底1之上并与基底1间隔设置。振膜2设于背板3的下方。同样地，当背板3设于振膜2的下方时，背板3上的隔离槽35同样适用。
如图1和图2所示，由于背板3与振膜2之间存在一定的间隔距离，当振膜2振动或其他外力存在时，可能导致背板3向振膜2的方向凹陷，进而影响振膜2的振动。
为了增强背板3的强度，如图3-4所示，本发明还在背板3与振膜2之间设置支撑架5，用于支撑背板3，进而增强背板3的强度，避免由于外力或振动导致背板3凹陷。
进一步地，所述支撑架5的一端与背板3连接，另一端与振膜2连接。所述支撑架5将所述空腔4分隔成位于中间的第一腔体41和环绕于所述第一腔体41并位于周缘的第二腔体42。另外，由于MEMS麦克风生产过程中，背板3与振膜2之间的空腔4首先填充相应的氧化物，然后再通过蚀刻剂从背板3的扩音孔进入背板3与振膜2之间的空腔4，将背板3与振膜2之间的氧化物去除。但是由于支撑架5将空腔4分隔为第一腔体41和第二腔体42，在生产工艺中蚀刻剂等只能从背板3的扩音孔进入到第一腔体41中，而第二腔体42中的氧化物会残留到MEMS麦克风的产品中。由于氧化物的存在，在MEMS麦克风通电工作时氧化物会对电容系统中的电容变化产生影响。
因此，为了避免空腔4内的氧化物的残留，本发明还通过在支撑架5上设置连通通道，所述连通通道使得第一腔体41与第二腔体42连通。这样，在生产过程中，蚀刻剂通过连通通道从第一腔体41进入第二腔体42，将第二腔体42中氧化物去除，避免氧化物残留在最终的产品中。
进一步地，所述支撑架5为中空的环状结构。支撑架5可以为导电材料制成，也即是绝缘材料制成。优选地，支撑架5设有通孔51，所述通孔51即为连通第一腔体41与第二腔体42的连通通道。其中，通孔51有多个，分布设于支撑架5上。
优选地，支撑架5包括多个支撑柱52，相邻支撑柱52之间设有间隙53，所述间隙53即为连通第一腔体41和第二腔体42的连通通道。
进一步地，所述支撑柱52的横截面为方形、圆形、三角形或六边形等。
进一步地，依据支撑柱52的排列不同，所述支撑架5还包括支撑柱阵列。其中，每个支撑柱阵列包括多个支撑柱52，相邻支撑柱52之间设有所述间隙53。该间隙53也即是上述连通第一腔体41与第二腔体42的连通通道。
当支撑柱阵列有多个时，相邻的支撑柱阵列环绕间隔设置。
如图5所示，本实施例给出的支撑柱阵列有两个，分别记为第一支撑柱阵列、第二支撑柱阵列，第一支撑阵列与第二支撑阵列间隔设置，并且第一支撑柱阵列环绕于第二支撑柱阵列。每个支撑柱阵列包括多个支撑柱52，相邻支撑柱52之间也设有间隙53。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括具有背腔的基底以及设于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括振膜和与所述振膜间隔设置并与所述振膜形成空腔的背板，所述背板设有电极层；其特征在于，所述背板上设有隔离槽，所述隔离槽使得电极层分隔为位于中间的感应电极以及环绕所述感应电极的浮动电极。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述背板包括依次叠设的第一绝缘层、电极层以及第二绝缘层，所述第二绝缘层与所述振膜相对设置。
3.根据权利要求2所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述第一绝缘层的周缘呈台阶状，并与所述基底连接。
4.根据权利要求3所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述背板还设有覆盖所述第一绝缘层的周缘的金属层。
5.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述背板与振膜之间设有支撑架，所述支撑架为中空的环状结构；所述支撑架的一端与所述背板连接、另一端与所述振膜连接；所述支撑架将所述空腔分隔为位于中间的第一腔体和位于周缘的第二腔体。
6.根据权利要求5所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑架上设有连通通道，所述连通通道使得第一腔体与第二腔体连通。
7.根据权利要求6所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑架设有通孔，所述通孔即为连通所述第一腔体与第二腔体连通的连通通道。
8.根据权利要求6所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑架包括多个支撑柱，相邻支撑柱之间设有间隙，所述间隙即为连通所述第一腔体与第二腔体的连通通道。
9.根据权利要求8所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑柱的横截面为方形、圆形、三角形或六边形。
10.根据权利要求8所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑架包括一个或多个支撑柱阵列；每个支撑柱阵列包括多个支撑柱，每个支撑柱阵列的相邻支撑柱之间形成所述间隙；当支撑柱阵列有多个时，相邻的支撑柱阵列环绕间隔设置。
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