CN111757228A - 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座，与所述基座间隔设置的振膜，和覆盖于所述振膜上且与所述振膜间隔有内腔的背板；所述背板具有至少一个朝远离所述振膜的方向隆起的凸起部。凸起部的存在，增大了背板与振膜的距离，当声波气流通过声学孔进入内腔后，声波气流在凸起部对应的内腔中的流速小于内腔的平均气流流速，从而减小了压膜阻尼，进而减少了MEMS麦克风的机械噪声。

Description

一种MEMS麦克风
【技术领域】
本发明涉及声学技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风。
【背景技术】
现有技术的MEMS(Micro Electro Mechanic System，微型机电系统)麦克风在基座上间隔设置有振膜，在振膜上方再间隔内腔设置有背板。振膜和背板相互平行，构成了平板电容系统。当声波气流进入背板和振膜之间的内腔时，声压作用于振膜引起振膜运动，这种运动改变薄膜与背板之间的距离，进而改变电容并最终转化为电信号，最终实现麦克风的相应功能。然而，由于振膜与背板间的内腔较小，空气流动时靠近振膜与背板边缘的气流速度小于内腔中心区域的气流速度，即空气在振膜与背板之间流动时存在压膜阻尼。而压膜阻尼对MEMS芯片的动态响应影响很大，阻尼越大，则机械噪声越大。
因此，有必要提供一种MEMS麦克风，解决MEMS芯片中压膜阻尼较大的情况。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种降低机械噪音的MEMS麦克风。
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座，与所述基座间隔设置的振膜，和覆盖于所述振膜上且与所述振膜间隔有内腔的背板；所述背板具有至少一个朝远离所述振膜的方向隆起的凸起部。
更优地，所述至少一个凸起部包括第一凸起部，所述背板包括固定部和由所述固定部围绕并与之相连的主体部，所述固定部向远离所述振膜的方向隆起形成所述第一凸起部。
更优地，所述第一凸起部位于所述固定部的外周缘。
更优地，所述第一凸起部与所述固定部的外周缘间隔设置。
更优地，所述至少一个凸起部还包括第二凸起部，所述背板的所述主体部向远离所述振膜的方向隆起形成所述第二凸起部。
更优地，所述主体部到所述振膜的距离自所述主体部的中心位置向所述固定部方向逐步递减。
更优地，所述背板的主体部设有连通所述内腔和外界环境的声学孔。
更优地，所述振膜与所述背板之间设有第一绝缘层，所述固定部与所述第一绝缘层固定连接。
更优地，所述振膜和所述基座之间设有第二绝缘层以及若干刻蚀阻挡墙。
本发明的有益效果在于：背板具有至少一个朝远离所述振膜的方向隆起的凸起部，使得该背板具有凸起部的位置与振膜之间的距离大于背板与振膜之间的平均距离。此设计使得凸起部所对应的内腔的空气流速小于内腔内气流的平均流速，进而降低内腔中的压膜阻尼，降低MEMS芯片的机械噪声。
【附图说明】
图1为本发明实施例一的一种MEMS麦克风的剖面图；
图2为本发明实施例二的一种MEMS麦克风的剖面图；
图3为本发明实施例三的一种MEMS麦克风的剖面图；
图4为本发明实施例四的一种MEMS麦克风的剖面图。
【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。
参见图1，在本发明的实施例一中，该MEMS麦克风包括具有背腔11的基座1和依次设置于基座1表面上的振膜2、背板4。
背板4包括固定部46和由固定部46围绕并与之连接的主体部45，背板的固定部46即背板4的边缘，其中，主体部45间隔设置。背板4与振膜2之间设有第一绝缘层6，从而将背板4与振膜2隔离开，固定部46与第一绝缘层6固定连接。
振膜2与基座1之间设置有第二绝缘层21，从而将振膜2与基座1隔离开，第一绝缘层6至少部分覆盖第二绝缘层21。振膜2的边缘通过第二绝缘层21与该基座1相连接，振膜2只有边缘端与该第二绝缘层21连接，振膜2未与第二绝缘层21固定连接的位置都可以进行自由振动，也就是说振膜2的中心区域可以自由振动，保持振膜2的振动效果。由于第二绝缘层21设置在振膜2与基座1之间，使得振膜2与基座1间隔形成间隙。增大了振膜2振动的位移空间。
背板4(即主体部45)与振膜2之间形成内腔3，内腔3中存在电容。当振膜2振动时，改变内腔3在垂直于该振膜2方向的高度，进而改变内腔3的电容值，电容的变化转化为数字信号，最终实现麦克风的功能。
在变更实施例中，振膜2与基座1之间还可以设置有若干刻蚀阻挡墙5，刻蚀阻挡墙5可以确保可能出现在制造工艺中的蚀刻工艺的可靠停止，从而保护第二绝缘层21不会被刻蚀掉。若干个刻蚀阻挡墙5间隔设置，每两个刻蚀阻挡墙5之间设有第二绝缘层21。第二绝缘层21与刻蚀阻挡墙5共同支撑振膜2，使振膜2与基座1间隔形成间隙。刻蚀阻挡墙5通常可由例如氧化物、热氧化物、或TEOS制成。其厚度可以在0.1至1μm之间。
在主体部45靠近固定部46并且与固定部46的外周缘间隔设置的位置，设置有朝远离振膜2的方向隆起的第一凸起部41，第一凸起部41在内腔3中对应的位置具有较高的高度，从而增大在第一凸起部41处，背板4与振膜2的距离。当声波气流通过声学孔42进入内腔3中，在内腔3边缘处气流可以进入隆起的第一凸起部41下方，使得内腔3中的空气不产生压缩，进而减小内腔3中的压膜阻尼，减少MEMS麦克风的机械噪声。
更优地，在该背板4上均匀间隔设置有贯通背板4的声学孔42，声学孔42连通内腔3与外界环境，声学孔42是较小的通孔，使得声波气流可以进入或流出内腔3，声学孔42均匀的分布在该背板4上，当声波气流传输至MEMS麦克风，声波气流穿过声学孔42进入内腔3。整体上看，整个背板4像一张中间布置有密密麻麻小孔的网。
参见图1，该背腔11的截面为倒等腰梯形。背腔11内具有大气压强，当振膜2振动后背腔11内的压力不变，保持振膜2的自由振动。
请继续参见图1，第一凸起部41的截面为类似的等腰三角形，使用类似的太阳帽或等腰三角形的结构，可以增强第一凸起部41的结构强度，使得第一凸起部41不容易变形。
如图2所示，在本发明的实施例二中，第一凸起部41’设置于背板4固定部46的外周缘的位置，自背板固定部46向远离振膜2的方向隆起。与实施例一相比，第一凸起部41’的位置发生了变化，但是，实施例一的第一凸起部41和实施例二的第一凸起部41’的作用均用于将内腔3的边缘位置处于垂直于该振膜2方向的高度空间增大。当声波气流通过声学孔42进入内腔3后，声波气流在内腔3中流动，由于第一凸起部(41，41’)的设置，内腔3的边缘处沿垂直于该振膜2方向的高度空间得到增加，声波气流在内腔3边缘处不再形成空气压缩，从而降低了内腔3边缘处的压膜阻尼。内腔3中的压膜阻尼被降低后，MEMS麦克风的机械噪声也被降低。
更优地，参见图3，基于实施一的基础上，在主体部45的中心区域还设置有第二凸起部43，第二凸起部43向远离振膜2的方向隆起，第二凸起部43的中心轴与该主体部45和振膜2的中心轴相重合。该第二凸起部43从第一凸起部41的底部向主体部45的中心轴方向隆起延伸，逐渐隆起构成第二凸起部43，直至主体部45的中心为该第二凸起部43隆起的顶点。更具体而言，该第二凸起43是主体部45中间隆起而形成的，主体部45到振膜2的距离自主体部45的中心位置向固定部46方向逐步递减。该第二凸起部43使得内腔3的中心区域在垂直于该振膜2方向上的高度大于该内腔3的平均高度。当声波气流通过声学孔42进入内腔3中，气流在内腔3中心区域的流速不大于内腔3中的平均流速，进而减少内腔3中的压膜阻尼。
具体地，参见图3，该第二凸起部43为圆弧面状，是自主体部45的中心区域向远离振膜2的方向隆起形成的；背板固定部46固定连接在第一绝缘层6上，由于第二凸起部43的截面呈拱桥形，主体部45的中心部位受到拱桥形的支撑而不会向下塌陷，使得主体部45的中心区域与振膜2之间保持较大的距离。内腔3的中心区域的高度大于内腔3的平均高度，声波气流在内腔3中流动时，内腔3中心区域的气流流速是最小的，从而减少了内腔3中心区域的压膜阻尼。
参见图4，基于实施例二基础上，在主体部45的中心区域也设置有第二凸起部43。该第二凸起部43设置于主体部45的中心区域，第二凸起部43从中心区域向背板4的边缘延伸并逐渐降低隆起的高度，第二凸起部43的边缘与第一凸起部41’的斜边连接。在背板4的中心区域和固定部46均设置凸起，可以改善内腔3的空间大小，进而减少内腔3中的压膜阻尼。
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 (9)

1.一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括具有背腔的基座，与所述基座间隔设置的振膜，和覆盖于所述振膜上且与所述振膜间隔有内腔的背板；其特征在于，所述背板具有至少一个朝远离所述振膜的方向隆起的凸起部。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述至少一个凸起部包括第一凸起部，所述背板包括固定部和由所述固定部围绕并与之相连的主体部，所述固定部向远离所述振膜的方向隆起形成所述第一凸起部。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一凸起部位于所述固定部的外周缘。
4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一凸起部与所述固定部的外周缘间隔设置。
5.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述至少一个凸起部还包括第二凸起部，所述背板的所述主体部向远离所述振膜的方向隆起形成所述第二凸起部。
6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述主体部到所述振膜的距离自所述主体部的中心位置向所述固定部方向逐步递减。
7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板的主体部设有连通所述内腔和外界环境的声学孔。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振膜与所述背板之间设有第一绝缘层，所述固定部与所述第一绝缘层固定连接。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振膜和所述基座之间设有第二绝缘层以及若干刻蚀阻挡墙。
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