CN112333617A - Mems芯片和mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MEMS芯片和MEMS麦克风。其中，MEMS芯片包括振膜，所述振膜具有通气结构；背极，所述背极包括背极本体和泄压阀，所述背极本体与所述振膜之间形成间隙，所述背极本体上还设有连通所述间隙的第一泄压孔，所述第一泄压孔对应所述通气结构设置，所述泄压阀连接于所述背极本体并可活动地封堵或打开所述第一泄压孔；以及束缚件，所述束缚件设于所述背极背离所述振膜的一侧，并连接所述背极本体和所述泄压阀，所述束缚件束缚所述泄压阀，以使所述泄压阀打开所述第一泄压孔。本发明技术方案旨在保证MEMS芯片工作稳定性的同时，提高MEMS芯片对低频声压的感应灵敏度。

Description

MEMS芯片和MEMS麦克风

技术领域

本发明涉及电声器件技术领域，特别涉及一种MEMS芯片和MEMS麦克风。

背景技术

(Micro Electro Mechanic System，微型机电系统)MEMS芯片是一种用微机械加工技术制作出来的电能换声器件，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着MEMS麦克风的小巧化、薄型化发展，MEMS芯片被越来越广泛地运用到这些设备上。

当MEMS麦克风受到机械冲击、吹气、跌落时，其中的MEMS芯片会受到较大的声压冲击，这往往会使振膜受到过大的压力而导致破裂受损，从而导致整个麦克风的失效。为了解决此问题，通常会在振膜上设置泄压结构，通过该泄压结构可以将外部冲击产生的声压冲击排泄，从而缓冲振膜受到的冲击。但由于低频声压产生的声压冲击较小，泄压结构由于会对声压冲击排泄，导致MEMS芯片对低频声压的感应灵敏度低。

以上仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认为现有技术。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种MEMS芯片，旨在保证MEMS芯片工作稳定性的同时，提高MEMS芯片对低频声压的感应灵敏度。

为实现上述目的，本发明提供的MEMS芯片，包括：

振膜，所述振膜具有通气结构；

背极，所述背极包括背极本体和泄压阀，所述背极本体与所述振膜之间形成间隙，所述背极本体上还设有连通所述间隙的第一泄压孔，所述第一泄压孔对应所述通气结构设置，所述泄压阀连接于所述背极本体并可活动地封堵或打开所述第一泄压孔；以及

束缚件，所述束缚件设于所述背极背离所述振膜的一侧，并连接所述背极本体和所述泄压阀，所述束缚件束缚所述泄压阀，以使所述泄压阀打开所述第一泄压孔。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件贴合设置于所述背极本体的表面和所述泄压阀的表面。

在本发明的一些实施例中，所述泄气阀包括连接段和与所述连接段连接的覆盖段，所述覆盖段对应所述通气结构设置，所述连接段连接所述背极本体，所述束缚件贴合设置于所述连接段背离所述振膜的一侧。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件贴合于所述泄压阀的面积S1与所述束缚件贴合于所述背极本体的面积S2的关系为：S1≤S2。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件呈平板状结构、球状结构或块状结构设置；

且/或，所述束缚件的外截面轮廓呈圆形或多边形设置。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件的材质包括压电材料。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件包括压电材料层和至少两电极层，两所述电极层贴合设置于所述压电材料层相对的两侧，其中一所述电极层贴合设置于所述背极本体的表面和所述泄压阀的表面，两所述电极层均用于连通外部电路。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件包括加热件和驱动层，所述驱动层贴合设置于所述泄压阀背离所述振膜的一侧，所述加热件设于所述驱动层背离所述泄压阀的一侧，所述泄压阀的热膨胀系数小于所述驱动层的热膨胀系数。

在本发明的一些实施例中，所述第一泄压孔的数量为多个，多个所述第一泄压孔相互间隔设置，所述泄压阀的数量为多个，一所述泄压阀对应一所述第一泄压孔设置。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件的数量为至少一个，一所述束缚件贴合设置于背极本体和多个泄压阀，一所述束缚件束缚多个所述泄压阀，以使多个所述泄压阀打开多个所述第一泄压孔；

或者，所述束缚件的数量为多个，多个所述束缚件贴合设置于背极本体和同一所述泄压阀，多个所述束缚件共同束缚同一所述泄压阀，以使所述泄压阀打开所述第一泄压孔。

在本发明的一些实施例中，定义所述背极具有中心轴线，所述束缚件与中心轴线的距离小于所述泄压阀与中心轴线的距离，所述泄压阀自所述第一泄压孔向所述中心轴线延伸，以打开所述第一泄压孔；

或者，所述束缚件与中心轴线的距离大于所述泄压阀与中心轴线的距离，所述泄压阀自所述第一泄压孔向背离所述中心轴线延伸，以打开所述第一泄压孔。

在本发明的一些实施例中，所述背极还设有多个连通所述间隙的第二泄压孔，所述第二泄压孔均匀分布于所述背极，并邻近所述第一泄压孔设置；

且/或，所述MEMS芯片还包括衬底，所述衬底设于所述振膜背离所述背极的一侧，所述衬底还设有背腔，所述通气结构连通所述背腔和所述间隙。

在本发明的一些实施例中，所述通气结构包括多个相互间隔的通气孔，多个所述通气孔对应所述泄气阀设置。

在本发明的一些实施例中，所述通气孔的孔径d的取值范围为：0.1um≤d≤10um。

本发明还提出一种MEMS麦克风，包括MEMS芯片，该MEMS芯片包括：振膜，所述振膜具有通气结构；

背极，所述背极包括背极本体和泄压阀，所述背极本体与所述振膜之间形成间隙，所述背极本体上还设有连通所述间隙的第一泄压孔，所述第一泄压孔对应所述通气结构设置，所述泄压阀连接于所述背极本体并可活动地封堵或打开所述第一泄压孔；以及

束缚件，所述束缚件设于所述背极背离所述振膜的一侧，并连接所述背极本体和所述泄压阀，所述束缚件束缚所述泄压阀，以使所述泄压阀打开所述第一泄压孔。

本发明的技术方案通过设置背极和具有通气结构的振膜，并将背极的背极本体和振膜相对设置，可以理解的是，相对设置的背极本体和振膜之间形成间隙，使得背极本体和振膜在上电后可以形成电容器结构，以及设置与连接的背极本体并且可活动打开或封堵第一泄压孔的泄压阀，进一步在背极的外侧设置束缚件，通过设置连接背极本体和泄压阀的束缚件，通过束缚件束缚泄压阀，使得泄压阀打开第一泄压孔。该束缚件的设置原理为，通过设置束缚件，使得泄压阀受到束缚件的牵引力(此时束缚件受到泄压阀拉伸的拉伸应力，或张应力)，而朝远离第一泄压孔的方向运动，从而打开第一泄压孔。而使得在MEMS芯片未使用的情况下，第一泄压阀保持常开的状态，此时，在MEMS芯片受到外界气压的瞬间冲击时，气流由通气结构进入间隙，到达背极，由于第一泄压孔持续打开，使过载的压力快速通过振膜并排泄，避免振膜破裂，减小瞬间冲击对振膜的影响，保证MEMS芯片对检测气流或者其他状态瞬时冲击时的结构稳定。在需要使用MEMS芯片时，对MEMS芯片通电。此时振膜和背极之间产生静力场，从而泄气阀受到静力场的静电力作用，克服束缚件的束缚[束缚件受到的拉伸应力(张应力)增加，泄气阀对束缚件的拉伸力大于束缚件对泄压阀的牵引力]朝向第一泄压孔运动，从而将第一泄压孔关闭，在MEMS芯片受到低频声压作用产生的微弱气压时，该微弱气压产生的气波作用于振膜，并从通气结构进入间隙，振膜在该微弱气波的作用下振动。进入间隙的气波由于受到泄压阀阻挡，无法直接离开间隙，从而限制了微弱气压的衰减速率，振膜可以最大限度地响应该微弱气压的作用，因此，提高了MEMS芯片对低频声压的感应灵敏度。如此，本发明的技术方案可以在保证MEMS芯片工作稳定性的同时，提高MEMS芯片对低频声压的感应灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明MEMS芯片未通电状态下一实施例的结构示意图；

图2为本发明MEMS芯片的泄压阀逐渐关闭第一泄压阀一实施例的结构示意图；

图3为本发明MEMS芯片通电状态下一实施例的结构示意图；

图4为本发明MEMS芯片通电状态下另一实施例的结构示意图；

图5为本发明MEMS芯片相较现有技术的频率响应曲线图(FR图)。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	MEMS芯片	221	连接段
10	振膜	222	覆盖段
				11	通气结构	30	束缚件
111	通气孔	40	衬底
				20	背极	41	背腔
21	背极本体	50	支撑层
				211	第一泄压孔	51	间隙
212	第二泄压孔	a	中心轴线
				22	泄压阀

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种MEMS芯片100。

参照图1至图4，本发明技术方案提出的MEMS芯片100包括：

振膜10，所述振膜10具有通气结构11；

背极20，所述背极20包括背极本体21和泄压阀22，所述背极本体21与所述振膜10之间形成间隙51，所述背极本体21上还设有连通所述间隙51的第一泄压孔211，所述第一泄压孔211对应所述通气结构11设置，所述泄压阀22连接于所述背极本体21并可活动地封堵或打开所述第一泄压孔211；以及

束缚件30，所述束缚件30设于所述背极20背离所述振膜10的一侧，并连接所述背极本体21和所述泄压阀22，所述束缚件30束缚所述泄压阀22，以使所述泄压阀22打开所述第一泄压孔211。

在本实施例中，在MEMS芯片100通电工作时，振膜10与背极20将会带上极性相反的电荷，形成电容器结构，因此振膜10在静电力的作用下会朝着背极20移动，从而改变振膜10与背极20的电容，形成电信号。

可以理解的是，该MEMS芯片100还包括衬底40，所述衬底40设有背腔41，所述振膜10和所述背极20设于所述衬底40的同一侧，所述振膜10与所述衬底40连接，至少部分所述振膜10可振动地设于所述背腔41；和支撑层50，所述支撑层50设于所述振膜10与所述背极20之间，以使所述振膜10和所述背极20之间形成间隙51。通过设置衬底40，对MEMS芯片100整体进行支撑，保证振膜10的振动稳定性。以及，通过设置背腔41使得振膜10振动时衬底40可以对振膜10进行一定的避让，从而便于振膜10的振动。为了便于气流的传导，该通气结构11可以对应背腔41设置。

在本发明的一些实施例中，背极20上设有第二泄压孔212，该第二泄压孔212上设置有防尘结构，在一实施例中，该防尘结构为具有多个网孔的金属层，该金属层可以在制作背极20的时候形成，进而通过光刻工艺在金属层形成多个防尘网孔，该防尘网孔的孔径可以设置为小于3um或者更小的孔径(一方面可以防止外部杂质进入。

在本发明的一些实施例中，背极20可以为一层多晶硅层的形式，多晶硅为性能优异的半导体，可以很好地实现背极20与振膜10间隔后形成电容器结构，保证MEMS芯片100的功能性。背极本体21和泄压阀22可以为一体成型的结构，此时，单层的多晶硅形成泄压阀22对束缚件30的牵引力较小，定义束缚件30具有较小形态的第一体积和较大形态的第二体积，束缚件30的结构和体积可以设置为较小形态第一体积，此时一方面同样可以在MEMS芯片100的未通电状态束缚住泄压阀22，从而打开第一泄压孔211，另一方面便于MEMS麦克风的小型化。

在本发明的一些实施例中，背极20可以具有氮化硅层和设置在氮化硅层内的多晶硅层，本实施例中设置氮化硅层对多晶硅层进行保护，且防止吸膜造成的短路，使得背极20与振膜10形成电容器结构，实现MEMS芯片100的功能。极本体和泄压阀22可以为一体成型的结构，此时，泄压阀22同样具有氮化硅层和多晶硅层，且厚于前述单层多晶硅层的形式，束缚件30的结构和体积可以设置为较大形态的第二体积，从而便于对泄压阀22进行束缚。

需要说明的是，该泄气阀可以与第一泄压孔211的孔壁具有一定间隔，从而便于泄压阀22打开或封堵第一泄压孔211时，不会与泄压孔产生干涉。可以理解的是，该泄气阀可以在形成背极20后，对背极20刻蚀形成，可以刻蚀出首尾不连接的沟槽结构从而形成泄气阀，继而形成前述的间隔。或者，在第一泄压孔211的开口设置搭接沉台，从而该泄压阀22的一侧搭接在搭接台上，将第一泄压孔211封堵。该搭接台可以呈沉台设置，或者斜面设置。在一实施例中，在制作多层背极20时，在制作多晶硅层的步骤形成泄压阀22，在制作位于多晶硅层朝向振膜10的一侧氮化硅层制作沉台。

在本发明的一些实施例中，该束缚件30的材质可以为具有拉应力或张应力的材料，可以理解的是，该束缚件30在束缚泄压阀22时，会受到泄压阀22的拉伸力影响，泄压阀22关闭第一泄压孔211时还会克服束缚件30的束缚，对束缚件30产生更大的拉力，因此，束缚件30具有较好的承受拉应力或张应力的材料可以有效保证MEMS芯片100的工作稳定性。具体的，该拉应力材料或张应力材料可以为金属材料、非金属材料或者金属材料与非金属材料的结合。更具体的，非金属材料可以选取氮化硅。

本发明的技术方案通过设置背极20和具有通气结构11的振膜10，并将背极20的背极本体21和振膜10相对设置，可以理解的是，相对设置的背极本体21和振膜10之间形成间隙51，使得背极本体21和振膜10在上电后可以形成电容器结构，以及设置与连接的背极本体21并且可活动打开或封堵第一泄压孔211的泄压阀22，进一步在背极20的外侧设置束缚件30，通过设置连接背极本体21和泄压阀22的束缚件30，通过束缚件30束缚泄压阀22，使得泄压阀22打开第一泄压孔211。需要说明的是，该束缚件30的设置原理为，通过设置束缚件30，使得泄压阀22受到束缚件30的牵引力(此时束缚件30受到泄压阀22拉伸的拉伸应力，或张应力)，而朝远离第一泄压孔211的方向运动，从而打开第一泄压孔211。而使得在MEMS芯片100未使用的情况下，第一泄压阀22保持常开的状态，此时，在MEMS芯片100受到外界气压的瞬间冲击时，气流由通气结构11进入间隙51，到达背极20，由于第一泄压孔211持续打开，使过载的压力快速通过振膜10并排泄，避免振膜10破裂，减小瞬间冲击对振膜10的影响，保证MEMS芯片100对检测气流或者其他状态瞬时冲击时的结构稳定。在需要使用MEMS芯片100时，对MEMS芯片100通电。此时振膜10和背极20之间产生静力场，从而泄气阀受到静力场的静电力作用，克服束缚件30的束缚[束缚件30受到的拉伸应力(张应力)增加，泄气阀对束缚件30的拉伸力大于束缚件30对泄压阀22的牵引力]朝向第一泄压孔211运动，从而将第一泄压孔211关闭，在MEMS芯片100受到低频声压作用产生的微弱气压时，该微弱气压产生的气波作用于振膜10，并从通气结构11进入间隙51，振膜10在该微弱气波的作用下振动。进入间隙51的气波由于受到泄压阀22阻挡，无法直接离开间隙51，从而限制了微弱气压的衰减速率，振膜10可以最大限度地响应该微弱气压的作用，因此，提高了MEMS芯片100对低频声压的感应灵敏度。如此，本发明的技术方案可以在保证MEMS芯片100工作稳定性的同时，提高MEMS芯片100对低频声压的感应灵敏度。

需要说明的是，在MEMS芯片100由工作状态进入停止工作的状态时，停止对MEMS芯片100供电，从而振膜10与背极20之间的静力场消失，泄压阀22不再受到静电力作用，进而在束缚件30的束缚力作用下，朝向远离第一泄压孔211的方向运动，将第一泄压孔211打开。

参照图5，所示的频率响应曲线，实线部分为现有技术的频率响应，虚线部分为本设计的频率响应，可以观察到在采用本发明的技术方案下，MEMS芯片100在低频处大大提高了响应的程度。

参照图1至图4，在本发明的一些实施例中，所述束缚件30贴合设置于所述背极本体21的表面和所述泄压阀22的表面。通过贴合设置的方式使得束缚件30与背极本体21、泄压阀22均具有较大的接触面积，从而便于束缚件30在背极本体21得到支撑，并对泄压阀22进行束缚。本实施例中，可以采用沉积工艺在背极本体21背离振膜10的一侧沉积形成束缚件30，进而在刻蚀掉位于振膜10和背极20之间的牺牲层后，束缚件30直接对泄压阀22产生束缚力，驱动泄压阀22朝向远离第一泄压孔211的方向运动。当然还可以通过胶接贴合固定的方式，将弯折的束缚件30粘在在背极本体21、泄压阀22的表面，从而使得束缚件30在背极本体21得到支撑，并对泄压阀22进行束缚。

在本发明的一些实施例中，所述泄气阀包括连接段221和与所述连接段221连接的覆盖段222，所述覆盖段222对应所述通气结构11设置，所述连接段221连接所述背极本体21，所述束缚件30贴合设置于所述连接段221背离所述振膜10的一侧。通过设置覆盖段222对应通气结构11，从而在使用MEMS芯片100时，进入间隙51的气流被覆盖段222阻挡，无法直接离开间隙51，从而限制了微弱气压的衰减速率，振膜10可以最大限度地响应该微弱气压的作用。束缚件30通过牵引连接段221带动覆盖段222离开第一泄压孔211，可以理解的是，束缚件30没有完全覆盖在泄气阀上，考虑到完全覆盖的方式对泄压阀22的牵引力比较大，覆盖段222的端部离第一泄压孔211会比较远，当静电力较小时，对第一泄压孔211的封堵效果会降低。

在本发明的一些实施例中，束缚件30完全覆盖在泄压阀22的连接段221和覆盖段222，此时，可以在泄压阀22朝向振膜10的表面设置驱动组件，该驱动组件在通电后可以驱动泄压阀22朝向第一泄压孔211运动。具体的，该驱动组件可以为压电驱动组件或者热驱动组件，压电驱动组件可以包括压电电极，压电电极具有压电效应和逆压电效应，根据逆压电效应，当在压电驱动组件的电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失，从而使得压电驱动组件可以驱动所述泄压阀22运动，以使所述泄压阀22关闭第一泄压孔211。热驱动组件可以通过设置热膨胀系数不同的结构，从而通过热膨胀形形变变大的结构带动热膨胀形变小的结构运动，从而实现热驱动组件驱动所述泄压阀22运动，以使所述泄压阀22关闭第一泄压孔211。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件30贴合于所述泄压阀22的面积S1与所述束缚件30贴合于所述背极本体21的面积S2的关系为：S1≤S2。本实施例中，束缚件30贴合固定在背极本体21的面积不小于贴合在泄压阀22的面积，从而保证束缚件30可以对泄压阀22稳定束缚，提高结构的工作稳定性。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件30呈平板状结构、球状结构或块状结构设置；平板状结构具有较好的均匀性，且具有平坦的表面，便于贴合设置在背极本体21和泄压阀22的表面，从而对泄压阀22产生均匀的束缚力。球状结构同样为均匀对称的结构，可以较好地提供对泄压阀22的束缚力。块状结构与平板状结构都具有水平分量，进一步地，块状结构还具有厚度分量，从而可以产生更大的束缚力，对多层结构形成的背极20可以具有较好的束缚力。可以理解的是，该块状结构可以为长方体，椎体，圆柱体等，在此不做赘述。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件30的外截面轮廓呈圆形或多边形设置。通过设置不同截面的截面轮廓可以控制束缚力的大小，从而便于对泄压阀22的封堵或关闭进行良好的控制。该泄气阀的外轮廓可以呈圆形或者多边形设置，该多边形可以包括直线、曲线或直线与曲线的组合形成的多边形。可以理解的是，束缚件30用于连接泄压阀22的部分与泄压阀22的外轮廓适配，从而提高贴合连接的效果。

在本发明的一些实施例中，束缚件30具有弹性形变功能。通过将束缚件30设置为具有弹性形变功能，使其可以通过自身的弹性形变力对泄压阀22进行束缚，此时的束缚力即为弹性形变力，同样可以对泄压阀22实现较好的开闭控制。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件30的材质包括压电材料。如此设置，使得束缚件30一方面可以对泄压阀22进行束缚，另一方面，在MEMS芯片100通电时，还可以由逆压电效应产生形变力，从而与静力场产生的静电力共同驱动泄压阀22朝向第一泄压孔211运动，提高泄压阀22封堵第一泄压孔211的效果和效率。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件30包括压电材料层和至少两电极层，两所述电极层贴合设置于所述压电材料层相对的两侧，其中一所述电极层贴合设置于所述所述背极本体21的表面和所述泄压阀22的表面，两所述电极层均用于连通外部电路。本实施例中，两电极层的材料可以采用金属材料，只要便于导电即可。该压电材料层的材质包括锆钛酸铅压电陶瓷或者压电晶体，或者具有压电效应和逆压电效应的材料。通过设置贴附压电材料层的电极层，通过从电极层对压电材料层施加不同的电场，即可实现压电材料层沿不同方向的弯折，从而可以带动泄压阀22的运动。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件30包括加热件和驱动层，所述驱动层贴合设置于所述泄压阀22背离所述振膜10的一侧，所述加热件设于所述驱动层背离所述泄压阀22的一侧，所述泄压阀22的热膨胀系数小于所述驱动层的热膨胀系数。

需要说明的是，热膨胀系数，即是表征物体热膨胀性质的物理量，即表征物体受热时其长度、面积、体积增大程度的物理量。长度的增加称“线膨胀”，面积的增加称“面膨胀”，体积的增加称“体膨胀”，总称之为热膨胀。通过设置贴合于泄压阀22背离振膜10一侧的驱动层和加热件，对泄压阀22进行束缚，使得泄压阀22打开第一泄压孔211。在需要封堵泄压孔时，MEMS芯片100通电，通过加热件进行加热，使得驱动层受热膨胀产生形变，背极20同样产生形变，由于泄压阀22贴合在驱动层的一侧有驱动层产生一定的阻力，泄压阀22背离驱动层的一侧不会受到阻力，从而背极20的会朝向振膜10的一侧形变与静力场产生的静电力共同驱动泄压阀22朝向第一泄压孔211运动，提高泄压阀22封堵第一泄压孔211的效果和效率。

需要说明的是，泄压阀22的热膨胀系数可以根据制作其的材料大致估算得出，当制作驱动层时，可以采用热膨胀系数小于制作泄压阀22之材料的材料制作，从而保证驱动层的热膨胀系数必然小于泄压阀22的热膨胀系数。

参照图1至图4，在本发明的一些实施例中，所述第一泄压孔211的数量为多个，多个所述第一泄压孔211相互间隔设置，所述泄压阀22的数量为多个，一所述泄压阀22对应一所述第一泄压孔211设置。通过设置多个第一泄压孔211可以使得背极20在多个位置均可及时对进入间隙51的气流进行排泄，进一步使得过载压力快速通过振膜10，避免振膜10破裂，减小瞬时冲击对振膜10的影响，设置多个泄压阀22，并使得每个泄压阀22控制一个第一泄压孔211的开闭，保证了在MEMS芯片100受到低频声压作用产生的微弱气压时，该微弱气压产生的气波作用于振膜10，并从通气结构11进入间隙51，振膜10在该微弱气波的作用下振动。进入间隙51的气波由于受到泄压阀22阻挡，无法直接离开间隙51，从而限制了微弱气压的衰减速率，振膜10可以最大限度地响应该微弱气压的作用。

参照图4，在本发明的一些实施例中，所述束缚件30的数量为至少一个，一所述束缚件30贴合设置于背极本体21和多个泄压阀22，一所述束缚件30束缚多个所述泄压阀22，以使多个所述泄压阀22打开多个所述第一泄压孔211；本实施例中，束缚件30束缚泄压阀22的方式以及泄压阀22封堵或打开第一泄压孔211的原理可以参照前述。通过单个束缚件30同时束缚多个泄压阀22，以使多个泄压阀22被单个束缚件30同时开启或关闭，提高了出气的均匀性和响应效率。由于仅需要设置一个束缚件30即可束缚多个泄压阀22，降低了MEMS芯片100的设置成本，节省了生产的工序，提高了生产效率。

在本发明的一些实施例中，所述束缚件30的数量为多个，多个所述束缚件30贴合设置于背极本体21和同一所述泄压阀22，多个所述束缚件30共同束缚同一所述泄压阀22，以使所述泄压阀22打开所述第一泄压孔211。通过多个束缚件30束缚泄压阀22便于控制泄压阀22打开第一泄压孔211，提高控制的效果和效率，可以理解的是，该多个束缚件30可以呈并排设置且同时贴合于泄压阀22，或者采用堆叠设置，本实施例中的泄压阀22还可以采用仅由张应力材料制作的；或者还包括由压电材料制作的；或者还包括热膨胀材料制作的；或者为前述任意的组合，只要便于控制泄压阀22即可。

参照图1，在本发明的一些实施例中，定义所述背极20具有中心轴线a，所述束缚件30与中心轴线a的距离小于所述泄压阀22与中心轴线a的距离，所述泄压阀22自所述第一泄压孔211向所述中心轴线a延伸，以打开所述第一泄压孔211；

或者，所述束缚件30与中心轴线a的距离大于所述泄压阀22与中心轴线a的距离，所述泄压阀22自所述第一泄压孔211向背离所述中心轴线a延伸，以打开所述第一泄压孔211。

需要说明的是，背极20的中心轴线a即为穿过背极20几何中心并与背极20所在水平面垂直的轴线，本实施例中，可以将泄压阀22的打开方向设置为朝向中心轴线a远离第一泄压孔211，或者泄压阀22在背离中心轴线a的方向远离第一泄压孔211，因为考虑到中心轴线a处的振膜10振幅最大，如此设置，可以提高出气的均匀度，保证背极20的出气均匀，进而使得振膜10的振动均匀，保证MEMS芯片100的工作稳定性。

在本发明的一些实施例中，所述通气结构11包括多个相互间隔的通气孔111，多个所述通气孔111对应所述泄气阀设置。本实施例中，将通气结构11设置为通气孔111，从而可以便于导引冲击于振膜10表面的气流，降低振膜10的失效概率。该通气孔111具体的数量可以根据实际需要进行设置，至少为一个，可以理解的是，更多的通气孔111便于提高导引的效率。

本实施例中，第一泄压孔211设置在靠近背极20边缘的位置，通气孔111也设置在靠近振膜10边缘的位置，从而保证在声压可以作用在振膜10的中部引起振膜10振动，提高MEMS芯片100对声压特别是低频声压的响应。以及进入间隙51的气流由于受到泄压阀22阻挡，无法直接离开间隙51，从而限制了微弱气压的衰减速率，振膜10可以最大限度地响应该微弱气压的作用，因此，提高了MEMS芯片100对低频声压的感应灵敏度。

在本发明的一些实施例中，所述通气孔111的孔径d的取值范围为：0.1um≤d≤10um。当通气孔111的孔径d小于0.1um时不能及时将作用于振膜10的气流导引至间隙51，从而容易造成振膜10破裂，当通气孔111的孔径d大于10um时，容易直接将低频声压的能量排泄，降低振膜10的低频响应，当孔径d的取值范围为：0.1um≤d≤10um时，一方面可以及时将作用于振膜10的气流导引至间隙51，降低振膜10破裂的概率，另一方面还可以限制低频声压的排泄速度，提高振膜10的低频响应。可以理解的是，当孔径d的取值为0.2um、0.5um、0.7um、0.9um、1um、3um、5um、7um、9um等，均可一方面可以及时将作用于振膜10的气流导引至间隙51，降低振膜10破裂的概率，另一方面还可以限制低频声压的排泄速度，提高振膜10的低频响应。

本发明还提出一种MEMS麦克风(未图示)，该MEMS麦克风包括MEMS芯片100，该MEMS芯片100包括：振膜10，所述振膜10具有通气结构11；背极20，所述背极20包括背极本体21和泄压阀22，所述背极本体21与所述振膜10之间形成间隙51，所述背极本体21上还设有连通所述间隙51的第一泄压孔211，所述第一泄压孔211对应所述通气结构11设置，所述泄压阀22连接于所述背极本体21并可活动地封堵或打开所述第一泄压孔211；以及束缚件30，所述束缚件30设于所述背极20背离所述振膜10的一侧，并连接所述背极本体21和所述泄压阀22，所述束缚件30束缚所述泄压阀22，以使所述泄压阀22打开所述第一泄压孔211。由于本MEMS麦克风采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种MEMS芯片，其特征在于，包括：

振膜，所述振膜具有通气结构；

背极，所述背极包括背极本体和泄压阀，所述背极本体与所述振膜之间形成间隙，所述背极本体上还设有连通所述间隙的第一泄压孔，所述第一泄压孔对应所述通气结构设置，所述泄压阀连接于所述背极本体并可活动地封堵或打开所述第一泄压孔；以及

束缚件，所述束缚件设于所述背极背离所述振膜的一侧，并连接所述背极本体和所述泄压阀，所述束缚件束缚所述泄压阀，以使所述泄压阀打开所述第一泄压孔。

2.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述束缚件贴合设置于所述背极本体的表面和所述泄压阀的表面。

3.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，所述泄气阀包括连接段和与所述连接段连接的覆盖段，所述覆盖段对应所述通气结构设置，所述连接段连接所述背极本体，所述束缚件贴合设置于所述连接段背离所述振膜的一侧。

4.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，所述束缚件贴合于所述泄压阀的面积S1与所述束缚件贴合于所述背极本体的面积S2的关系为：S1≤S2。

5.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述束缚件呈平板状结构、球状结构或块状结构设置；

且/或，所述束缚件的外截面轮廓呈圆形或多边形设置。

6.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，所述束缚件的材质包括压电材料。

7.如权利要求6所述的MEMS芯片，其特征在于，所述束缚件包括压电材料层和至少两电极层，两所述电极层贴合设置于所述压电材料层相对的两侧，其中一所述电极层贴合设置于所述背极本体的表面和所述泄压阀的表面，两所述电极层均用于连通外部电路。

8.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，所述束缚件包括加热件和驱动层，所述驱动层贴合设置于所述泄压阀背离所述振膜的一侧，所述加热件设于所述驱动层背离所述泄压阀的一侧，所述泄压阀的热膨胀系数小于所述驱动层的热膨胀系数。

9.如权利要求1至8中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一泄压孔的数量为多个，多个所述第一泄压孔相互间隔设置，所述泄压阀的数量为多个，一所述泄压阀对应一所述第一泄压孔设置。

10.如权利要求9所述的MEMS芯片，其特征在于，所述束缚件的数量为至少一个，一所述束缚件贴合设置于背极本体和多个泄压阀，一所述束缚件束缚多个所述泄压阀，以使多个所述泄压阀打开多个所述第一泄压孔；

或者，所述束缚件的数量为多个，多个所述束缚件贴合设置于背极本体和同一所述泄压阀，多个所述束缚件共同束缚同一所述泄压阀，以使所述泄压阀打开所述第一泄压孔。

11.如权利要求1至8中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，定义所述背极具有中心轴线，所述束缚件与中心轴线的距离小于所述泄压阀与中心轴线的距离，所述泄压阀自所述第一泄压孔向所述中心轴线延伸，以打开所述第一泄压孔；

或者，所述束缚件与中心轴线的距离大于所述泄压阀与中心轴线的距离，所述泄压阀自所述第一泄压孔向背离所述中心轴线延伸，以打开所述第一泄压孔。

12.如权利要求1至8中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，所述背极还设有多个连通所述间隙的第二泄压孔，所述第二泄压孔均匀分布于所述背极，并邻近所述第一泄压孔设置；

且/或，所述MEMS芯片还包括衬底，所述衬底设于所述振膜背离所述背极的一侧，所述衬底还设有背腔，所述通气结构连通所述背腔和所述间隙。

13.如权利要求1至8中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，所述通气结构包括多个相互间隔的通气孔，多个所述通气孔对应所述泄气阀设置。

14.如权利要求13所述的MEMS芯片，其特征在于，所述通气孔的孔径d的取值范围为：0.1um≤d≤10um。

15.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括如权利要求1至14中任一项所述的MEMS芯片。

Images