CN111885473B - 电容型微机电系统麦克风、麦克风单体及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例提供电容型微机电系统麦克风、麦克风单体及电子设备。电容型微机电系统麦克风，包括：衬底，包括背洞；振膜，覆盖所述背洞；背极板，相对于所述背洞，位于所述振膜的另一侧，并且在背极板与振膜之间具有声腔，其中，所述背洞的内表面和所述振膜的外表面是经过疏水处理的表面。
Description
技术领域
本说明书涉及制图技术领域，更具体地，涉及一种电容型微机电系统麦克风、麦克风单体及电子设备。
背景技术
图1示出了电容型微机电系统(MEMS)麦克风的一般结构。如图1所示，MEMS麦克风包括基板11、振膜12和背极板13。振膜12和背极板13通过间隔件18间隔开。在振膜12和背极板13之间形成声腔16。振膜12与基板11中的背洞14相对。在振膜12中形成泄气孔15，在背极板13中形成孔洞17。这样，外界气体能够进入声腔中。
当声压被施加到振膜12上时，振膜12发生振动。可以通过检测振膜12与背极板13之间的电容变化，检测声压变化，从而产生对应的声音信号。
由于在电容型MEMS麦克风中，需要设置孔洞，以便允许气体的流动，因此，很难提高这种麦克风的防水等级。目前，防水性越来越被用户所关注，并成为电子产品的一项重要属性。
因此，需要提供一种用于电容型MEMS麦克风的新技术方案，以提高电容型MEMS麦克风的防水性。
发明内容
本说明书的实施例提供用于电容型MEMS麦克风的新技术方案。
根据本说明书的第一方面，提供了一种电容型微机电系统麦克风，包括：衬底，包括背洞；振膜，覆盖所述背洞；背极板，相对于所述背洞，位于所述振膜的另一侧，并且在背极板与振膜之间具有声腔，其中，所述背洞的内表面和所述振膜的外表面是经过疏水处理的表面。
根据本说明书的第二方面，提供了一种麦克风单体，包括单体外壳、根据实施例的电容型微机电系统麦克风以及集成电路芯片，其中，所述电容型微机电系统麦克风以及集成电路芯片被设置在所述单体外壳中。
根据本说明书的第三方面，提供了一种电子设备，包括根据实施例的麦克风单体。
在不同实施例中，通过对背洞和振膜进行疏水处理，从而提高了电容型MEMS麦克风的防水性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书实施例。
此外，本说明书实施例中的任一实施例并不需要达到上述的全部效果。
通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的实施例的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了现有技术的电容型MEMS麦克风的示意图。
图2示出了根据一个实施例的电容型MEMS麦克风的示意图。
图3示出了根据一个实施例的电容型MEMS麦克风在水压下进行防水时的示意图。
图4示出了根据一个实施例的电容型MEMS麦克风在水压下进行防水时的示意图。
图5示出了根据一个实施例的电容型MEMS麦克风在水压下进行防水时的示意图。
图6示出了根据这里公开的一个实施例的麦克风单体的示意图。
图7示出了根据这里公开的一个实施例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各种示例性实施例。
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。
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。
下面，参照附图描述本说明书的不同实施例和例子。
图2示出了根据一个实施例的电容型MEMS麦克风的示意图。
如图2所示，电容型MEMS麦克风包括：衬底21、振膜22和背极板23。衬底21包括背洞24。振膜2覆盖背洞24。相对于背洞24，背极板23位于振膜22的另一侧。在背极板23与振膜22之间具有声腔26。背洞24的内表面和振膜22的外表面是经过疏水处理的表面。此外，衬底21和振膜22的外表面可以都是经过疏水处理的表面。
可以通过干法和/或湿法对上述表面进行疏水处理，例如，通过SAM涂敷、物理气相沉积PVD等工艺来进行疏水处理。
在MEMS麦克风的尺寸级别上，通过疏水处理，可以实现较好的防水性能。图3示出了根据一个实施例的电容型MEMS麦克风在水压下进行防水时的示意图。
如图3所示，水30浸泡电容型MEMS麦克风的振膜2和背洞24时，疏水处理的表面可以防止水30进入MEMS麦克风内部。通常来说，在背洞24和振膜22的交界处的间隙25处，可以形成水弯月面(water meniscus)。由于水30的表面张力，背洞24和振膜22的交界处较窄通道可以形成水压阻挡(waterpressurebarrier)。图3所示的水压可以较低。
如图2所示，振膜22的外周边缘部分与背洞24的侧壁底部具有重叠部分O，以及所述重叠部分的最小长度是1至20微米，优选地，5-10微米。背洞24的侧壁底部可以被认为是背洞24的内表面，因此，也可以对这个部分进行疏水处理。重叠部分O能够形成一个比较窄的通道，从而防止水进入MEMS麦克风内部。
如图2-5所示，在振膜22上没有设置泄气孔，而是在所述振膜与所述侧壁底部之间留有间隙25，25间隙与声腔26连通。通过控制间隙25的长度和大小，可以控制MEMS麦克风的低频滚降特性。为此，在未施加偏置电压的情况下，振膜22和衬底21之间的间隙25的初始宽度可以是0.2-2微米,由选地，0.5-1微米，以保证MEMS麦克风的低频滚降特性。此外，这也可以实现较好的防水性能。
如图2-5所示，振膜22可以通过引线29连接到MEMS麦克风的内部电路28。在背极板23中可以设置与后面的腔体连通的孔27。
如图2所示，在背极板23上设置有间隔件36。间隔件36位于振膜22在背极板23上的投影的外周内侧。如图4、5所示，当振膜22受到声压时，振膜22抵压到间隔件36上，以使得振膜22的外周边缘向背洞24的侧壁底部靠近。通过这种方式，可以在MEMS麦克风受到较大水压31、32时，由振膜22自动封闭或减小间隙25的宽度，从而提高MEMS麦克风的防水性。
此外，还可以在背极板23上设置有凸起35。在从背极板23中心到间隔件36的方向，凸起35的高度逐渐增加，以在振膜受到较强声压时控制振膜的弯曲形态。通过这种方式，一方面，可以控制振膜22弯曲时间隙25的形态；另一方面，通过控制振膜的弯曲形态，可以使得振膜22弯曲时的受力均匀，增加振膜22的刚度，从而减小振膜22损坏的可能性。
图4示出了电容型MEMS麦克风在中等水压下进行防水时的示意图。如图4所示，随着水压31增加，振膜22开始弯曲。通过间隔件36和凸起35的控制，振膜22均匀受力，并且，振膜22的外周边缘向着背洞24的侧壁底部(衬底21)靠近，从而自动减小间隙25。此时，间隙25的宽度可以是0.01～1微米。减小的间隙25形成了进一步的水压阻挡(液面33形成进一步的阻挡)，从而进一步提高MEMS麦克风的防水性。
在这里，背极板23可以承受较大的水压。例如，背极板23的厚度是2～5微米，振膜22的初始薄膜应力大于50兆帕。
在图4所示的情况下，MEMS麦克风的水压阻挡ΔP约为2·γ·cos(θc)/gap，其中，γ是水的液体表面的表面张力，θc是液体表面与疏水表面的接触角，gap表示间隙的宽度。在这里，水压阻挡ΔP可以是1～50米水柱。
图5示出了根据电容型MEMS麦克风在较高水压下进行防水时的示意图。
如图5所示，当水压32增大时，水进入间隙25，并且进一步进入声腔26。在声腔26与间隙25的交界处34(振膜22的端部、衬底21和声腔26的交界处)，间隙25的宽度在0.01～0.5微米的范围内。在交界处34，水通道的截面突然增加，水32的液面的表面张力也增加，从而形成进一步的水压阻挡。此时的水压阻挡ΔP约为2·γ·tan(θc)/gap。水压阻挡ΔP可以是1～50米水柱。
在这里所提出的具有防水功能的MEMS麦克风不需要在MEMS麦克风的外部增加额外的防水保护膜。通过对振膜和衬底表面的疏水处理，增加了MEMS麦克风的防水性。
此外，可以通过利用振膜自身的弯曲，防止水进入MEMS麦克风内部。
图6示出了根据这里公开的一个实施例的麦克风单体的示意图。
如图6所示，麦克风单体40包括单体外壳41、上面描述的电容型MEMS麦克风42以及集成电路芯片43。电容型MEMS麦克风42以及集成电路芯片43被设置在所述单体外壳42中。电容型MEMS麦克风42与单体外壳41的进气口对应。电容型MEMS麦克风42、集成电路芯片43和单体外壳41中的电路通过引线44连接。
图7示出了根据这里公开的一个实施例的电子设备的示意图。
如图7所示，电子设备50可以包括图6所示的麦克风单体51。电子设备50可以是手机、平板电脑、可穿戴设备等。
以上所述仅是本说明书实施例的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本说明书实施例的保护范围。
Claims (9)
1.一种电容型微机电系统麦克风，包括：
衬底，包括背洞；
振膜，覆盖所述背洞；
背极板，相对于所述背洞，位于所述振膜的另一侧，并且在背极板与振膜之间具有声腔，
其中，所述背洞的内表面和所述振膜的外表面是经过疏水处理的表面，
其中，所述振膜的外周边缘部分与所述背洞的侧壁底部具有重叠部分，以及在所述重叠部分，所述振膜与所述侧壁底部具有间隙，该间隙与所述声腔连通，
其中，在所述背极板上设置有间隔件，以及
其中，所述间隔件位于振膜在背极板上的投影的外周内侧，以及当所述振膜受到水压时，振膜抵压到所述间隔件上，以使得振膜的外周边缘向所述侧壁底部靠近。
2.根据权利要求1所述的电容型微机电系统麦克风，其中，所述重叠部分的最小长度是1至20微米。
3.根据权利要求2所述的电容型微机电系统麦克风，其中，所述振膜不包括泄气孔。
4.根据权利要求3所述的电容型微机电系统麦克风，其中，在未施加偏压的情况下，所述间隙的初始宽度是0.2至2微米。
5.根据权利要求1所述的电容型微机电系统麦克风，其中，在所述背极板上设置有凸起，以及
其中，从背极板中心到所述间隔件的方向，所述凸起的高度逐渐增加，以在振膜受到较强声压时控制振膜的弯曲形态。
6.根据权利要求3所述的电容型微机电系统麦克风，其中，所述背极板的厚度为2～5微米，所述振膜的薄膜初始应力大于50兆帕。
7.根据权利要求1所述的电容型微机电系统麦克风，其中，所述衬底和所述振膜的外表面都是经过疏水处理的表面。
8.一种麦克风单体，包括单体外壳、根据权利要求1所述的电容型微机电系统麦克风以及集成电路芯片，其中，所述电容型微机电系统麦克风以及集成电路芯片被设置在所述单体外壳中。
9.一种电子设备，包括根据权利要求8所述的麦克风单体。
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