CN112492474A - Mems麦克风芯片 - Google Patents

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陈燕鑫
张睿
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Abstract

本发明提供了MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片包括具有背腔的基底，设置于所述基底上的振膜，和覆盖于所述振膜上且与所述振膜间隔有内腔的背板；所述背板向靠近所述振膜的方向延伸形成与所述振膜间隔的第一防粘凸起，所述背板设有贯穿所述第一防粘凸起和所述背板的第一通孔。本发明的背板形成有与所述振膜间隔的第一防粘凸起，当振膜与背板接触时，以减小振膜与背板的接触面积，降低粘附力，使振膜回弹更易克服电场力和粘附力，从而避免振膜在振动过程中与背板相黏连；进一步的，所述背板设有贯穿所述第一防粘凸起和所述背板的第一通孔提高了背板的开孔率，降低了背板位置的压膜阻尼，从而提升了麦克风的信噪比。

Description

MEMS麦克风芯片
【技术领域】
本发明涉及声电技术领域，尤其涉及一种MEMS麦克风芯片。
【背景技术】
MEMS麦克风芯片的应用越来越广泛，对芯片的可靠性要求也越来越高。以电容式MEMS麦克风芯片为例，该芯片包括具有背腔的基底，以及位于基底上部的振膜和背板结构，其中，振膜和背板结构形成了电容系统。外部声压通过背板结构的通孔引起振膜运动，该种运动将改变振膜与背板结构之间的距离，从而改变电容并最终转化为电信号。
如图1所示，现有技术中的一种MEMS麦克风芯片100’，背板30’正对振膜20’的一侧设有防黏连柱(dimple)结构，通常dimple结构通过填充工艺形成，由于MEMS工艺节点的限制，dimple结构的尺寸相对较大，会导致具有较大的粘附力。当振膜20’被吸合到背板的dimple结构时，若振膜20’的回弹力不足以克服电场力和粘附力，吸合在背板30’上的振膜20’将难以回弹。
现有技术中的芯片100’，其振膜20’正对基底10’的一侧设有dimple结构，基于上述原因，dimple结构的尺寸相对较大，会导致具有较大的粘附力。当振膜20’与基底10’发生接触dimple结构时，若振膜20’的回弹力不足以克服电场力和粘附力，吸合在基底10’上的振膜20’将难以回弹。
上述dimple结构以及用于释放牺牲层的振膜工艺孔会造成应力集中，在大声级应用场景和吹气、跌落等机械类可靠性试验中，若振膜的边缘与基底上部的尖锐的背腔边界或者基底上部的外来颗粒产生接触，在接触后振膜的dimple结构位置的应力集中点会产生微裂纹a0。在反复的大声压或吹气、跌落等机械类可靠性试验中，当振膜20’在背板30’和基底10’之间来回运动时，振膜承受的应力为一交变应力σ，此时初始微裂纹a0在交变应力σ的作用下将缓慢扩展，当微裂纹扩展到a＝ac时，振膜将会发生断裂，从而造成MEMS麦克风芯片的失效。
【发明内容】
本发明的目的在于提供了一种防止因振膜难以回弹造成失效的MEMS麦克风芯片。
为达到上述目的，本发明提供了一种MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片包括具有背腔的基底，设置于所述基底上的振膜，和覆盖于所述振膜上且与所述振膜间隔有内腔的背板；所述背板向靠近所述振膜的方向延伸形成与所述振膜间隔的第一防粘凸起，所述背板设有贯穿所述第一防粘凸起和所述背板的第一通孔。
优选的，所述振膜向靠近所述基底的方向延伸形成与所述基底间隔的第二防粘凸起；所述振膜设有贯穿所述第二防粘凸起和所述振膜的第二通孔。
优选的，所述第二防粘凸起设置为一排或多排。
优选的，所述第二防粘凸起为柱状防粘结构或板状防粘结构中的一种或两种的组合。
优选的，所述柱状防粘结构的横截面为圆形、扇形或多边形中的一种或多种的组合。
优选的，所述第二防粘凸起沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底靠近所述背腔一侧的边缘。
本发明的有益效果在于：提供了一种MEMS麦克风芯片，所述背板形成有与所述振膜间隔的第一防粘凸起，当振膜与背板接触时，以减小振膜与背板的接触面积，降低粘附力，使振膜回弹更易克服电场力和粘附力，从而避免振膜在振动过程中与背板相黏连；进一步的，所述背板设有贯穿所述第一防粘凸起和所述背板的第一通孔提高了背板的开孔率，降低了背板位置的压膜阻尼，从而提升了麦克风的信噪比。
【附图说明】
图1为现有技术中提供的一种MEMS麦克风芯片的结构示意图；
图2为本发明提供的MEMS麦克风芯片的结构示意图。
【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。
需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)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。
参见图2，本发明提供一种MEMS麦克风芯片100，该芯片100包括具有背腔12的基底10和依次设置于基底10表面上的振膜20、背板30。
所述基底10包括围设成所述背腔12的环形底座11，所述振膜20以及所述背板30固定于所述环形底座11，所述振膜20设置于所述基底10与背板30之间，所述振膜20与所述背板30之间形成空腔；所述振膜20与其正对的基底10间隔形成第一振动空间，所述振膜20与背板30间隔形成第二振动空间。
所述振膜20与所述背板30组成电容系统。
所述背板30与第二振动空间相对的中部形成有贯通所述背板30的多个通孔31，多个通孔31均匀且间隔设置；多个通孔31连通空腔与外界环境，使得声波气流可以进入或流出空腔(第二振动空间)。
当压力(声波)通过多个通孔31作用在所述振膜20上时。所述振膜20向靠近和远离所述背板30方向振动以使得所述振膜20与所述背板30之间电容的电容量产生变化。因此，可以生成与压力(声波)的变化相对应的电信号，该电信号通过与所述电容系统连接的外部电路输出，最终实现麦克风的功能。
所述背板30向靠近振膜20一端的第二振动空间内形成有第一防粘凸起32，所述第一防粘凸起32与所述振膜20相间隔；所述第一防粘凸起32由背板30在多个所述通孔31之间向靠近所述振膜20的一端延伸形成，当振膜20与背板30接触时，以减小振膜20与背板30的接触面积，降低粘附力，使振膜回弹更易克服电场力和粘附力，从而避免振膜20在振动过程中与背板30相黏连。
进一步的，所述第一防粘凸起32沿所述振膜20振动方向的中部设有贯穿其上的第一通孔321，且所述第一通孔321贯穿所述背板30，通过设置所述第一通孔321提高了背板30的开孔率，降低了背板30位置的压膜阻尼，从而提升了麦克风的信噪比。
所述背板30的周缘呈台阶状，并与所述基底10连接；所述振膜20设于所述基底10之上，并与基底10间隔设置。
所述振膜20在靠近基底10一端的第一振动空间内形成有第二防粘凸起40，所述第二防粘凸起40与所述基底10相间隔；所述第二防粘凸起40由背板30向靠近所述环形底座11的一端延伸形成，当振膜20与基底10接触时，以减小振膜20与基底10的接触面积，降低粘附力，使振膜回弹更易克服电场力和粘附力，从而避免振膜20在振动过程中与基底10相黏连。
进一步的，所述第二防粘凸起40沿所述振膜20振动方向设有贯穿其上的第二通孔41，且所述第二通孔41贯穿所述振膜20，该第二通孔41在一定程度上可替代或完全取代振膜20的工艺孔，从而减小振膜20的应力集中，提升振膜20的可靠性。
所述第二防粘凸起40沿所述振膜20的振动方向的正投影位于所述基底10靠近所述背腔12一侧的边缘12a处。优选地，所述第二防粘凸起40为柱状防粘结构或板状防粘结构中的一种或两种的组合。本实施例中的第二防粘凸起40为两排设置。
所述柱状防粘结构的横截面为圆形、扇形或多边形中的一种或多种的组合。本实施例中的柱状防粘结构沿平行于基底10的环形底座11顶面方向的横截面为圆形，使得所述基底10与所述柱状防粘结构之间的接触面积减小，从而进一步降低了所述基底10与所述柱状防粘结构的粘黏力，有效避免了所述振膜20与所述基底10产生粘黏现象，进而提高了所述MEMS麦克风的可靠性。
所述振膜20包括感应区域21和环绕所述感应区域21间隔设置的非感应区域22，所述感应区域21包括锚部(图中未示出)，所述锚部延伸至所述基底10的环形底座11，且所述感应区域21的锚部与基底10的环形底座11相固定。所述非感应区域22环绕所述感应区域21，且所述感应区域21与所述非感应区域22相间隙设置形成连通的振膜狭缝23，所述非感应区域22与基底10的环形底座11相固定。
所述第二防粘凸起40沿所述振膜20的振动方向的正投影部分位于所述非感应区域22一侧(所述锚部延伸处)，以及所述第二防粘凸起40沿所述振膜20的振动方向的正投影部分位于所述感应区域21一侧。优选地，所述第二防粘凸起40为柱状防粘结构或板状防粘结构中的一种或两种的组合。本实施例中的第二防粘凸起40为两排设置。
所述第一通孔321的开孔工序可与背板30的声孔(通孔31)的开孔工序同步实现，所述第二通孔41的开孔工序可与振膜20的泄气孔以及振膜狭缝的工序同步实现，在对第一通孔321或第二通孔41开孔时，仅需调整第一通孔321或第二通孔41对应光罩上的图案即可，无需额外工艺步骤或成本，便于实施。
本发明实施例提供的MEMS麦克风芯片同样适用于具有振膜、基底和背腔结构的MEMS麦克风芯片，如压电式和光学式MEMS麦克风芯片。
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 (6)

1.一种MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片包括具有背腔的基底，设置于所述基底上的振膜，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，所述背板向靠近所述振膜的方向延伸形成与所述振膜间隔的第一防粘凸起，所述背板设有贯穿所述第一防粘凸起和所述背板的第一通孔。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述振膜向靠近所述基底的方向延伸形成与所述基底间隔的第二防粘凸起；所述振膜设有贯穿所述第二防粘凸起和所述振膜的第二通孔。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述第二防粘凸起设置为一排或多排。
4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述第二防粘凸起为柱状防粘结构或板状防粘结构中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述柱状防粘结构的横截面为圆形、扇形或多边形中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述第二防粘凸起沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底靠近所述背腔一侧的边缘。
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