CN112804628A - Mems芯片及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MEMS芯片及电子设备，MEMS芯片包括依次层叠布设的基板、振膜及背极板；MEMS芯片还包括设于基板与振膜之间的第一支撑部、以及设于振膜与背极板之间的第二支撑部，第一支撑部在振膜上的投影与第二支撑部在振膜上的投影呈错开设置。本发明中，振膜通过第一支撑部支撑在基板上，实现振膜周缘与基板的相对固定；背极板通过第二支撑部支撑在振膜上，使得二者间隔开而形成振动间隙，便于振膜的振动。由于第一支撑部与第二支撑部设置在振膜的相对两端，通过将第一支撑部在振膜上的投影与第二支撑部在振膜上的投影错开设置，能够减小振膜锚点处的应力，有助于提升振膜的顺应性，从而提高MEMS芯片的机械灵敏度。

Description

MEMS芯片及电子设备

技术领域

本发明涉及微机电技术领域，具体涉及一种MEMS芯片及电子设备。

背景技术

随着科技的不断进步，人们对电子设备的便携性要求逐渐增高，具体体现在，用户希望现有手机、手表、手环等电子产品的体积不断减小。因此，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)在电子产品中的应用越来越广泛。以其中的MEMS麦克风为例，传统的MEMS麦克风中，振膜的支撑固定方式导致振膜的边缘应力较大，影响振膜顺应性。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种MEMS芯片及电子设备，旨在解决传统MEMS芯片中振膜的边缘应力较大而影响振膜顺应性的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种MEMS芯片，所述MEMS芯片包括依次层叠布设的基板、振膜及背极板；

其中，所述MEMS芯片还包括设于所述基板与所述振膜之间的第一支撑部、以及设于所述振膜与所述背极板之间的第二支撑部，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影呈错开设置。

可选地，所述振膜具有中心区域；

所述第一支撑部和/或所述第二支撑部设于所述中心区域的外周，且沿所述中心区域的环周方向间隔布设有多个。

可选地，多个所述第一支撑部沿所述中心区域的环周方向呈等距间隔布设；和/或，

多个所述第二支撑部沿所述中心区域的环周方向呈等距间隔布设。

可选地，多个所述第一支撑部与多个所述第二支撑部沿所述中心区域的环周方向依次交替布设。

可选地，至少一所述第一支撑部与至少一所述第二支撑部构成一支撑组，多个所述支撑组沿所述中心区域的环周方向间隔布设；

其中，同一所述支撑组内相邻的每两个支撑部之间的距离小于相邻的每两个所述支撑组之间的距离，所述支撑部为所述第一支撑部和/或所述第二支撑部。

可选地，由所述振膜的边缘至所述边缘的中心为由外至内；

同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿内外向呈错开设置。

可选地，同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿所述振膜的同一内外向呈错开设置。

可选地，同一所述支撑组内，所述第二支撑部在所述振膜上的投影位于所述第一支撑部在所述振膜上的投影的内侧。

可选地，同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿所述中心区域的周向呈错开设置。

可选地，同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿所在位置处的所述中心区域的切线方向呈错开设置。

可选地，同一所述支撑组内，所述第二支撑部设有两个，两个所述第二支撑部在所述振膜上的投影分别位于所述第一支撑部在所述振膜上的投影的两侧。

可选地，所述第一支撑部与所述第二支撑部的制成材质均为绝缘材质。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括MEMS芯片，所述MEMS芯片包括依次层叠布设的基板、振膜及背极板；

其中，所述MEMS芯片还包括设于所述基板与所述振膜之间的第一支撑部、以及设于所述振膜与所述背极板之间的第二支撑部，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影呈错开设置。

可选地，所述电子设备为MEMS麦克风。

本发明提供的技术方案中，振膜通过第一支撑部支撑在基板上，实现振膜周缘与基板之间的相对固定；背极板通过第二支撑部支撑在振膜上，使得背极板与振膜间隔开而形成振动间隙，便于振膜的振动。由于第一支撑部与第二支撑部设置在振膜的相对两端，通过将第一支撑部在振膜上的投影与第二支撑部在振膜上的投影错开设置，能够减小振膜锚点处的应力，有助于提升振膜的顺应性，从而有助于提高MEMS芯片的机械灵敏度。

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为本发明提供的MEMS芯片的第一实施例的俯视示意图；

图2为图1中A-A处的剖面示意图；

图3为图1中B-B处的剖面示意图；

图4为本发明提供的MEMS芯片的第二实施例的俯视示意图；

图5为图4中C-C处的剖面示意图；

图6为本发明提供的MEMS芯片的第三实施例的俯视示意图；

图7为图6中D-D处的剖面示意图；

图8为图6中E-E处的剖面示意图；

图9为本发明提供的MEMS芯片的第四实施例的俯视示意图；

图10为图9中F-F处的剖面示意图；

图11为图9中G-G处的剖面示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	MEMS芯片	140	支撑组
110	基板	141	第一支撑部
				120	振膜	142	第二支撑部
130	背极板	150	背腔
				131	背极孔	160	振动间隙

本发明目的的实现、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，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示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，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。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。

随着科技的不断进步，人们对电子设备的便携性要求逐渐增高，具体体现在，用户希望现有手机、手表、手环等电子产品的体积不断减小。因此，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)在电子产品中的应用越来越广泛。以其中的MEMS麦克风为例，传统的MEMS麦克风中，振膜的支撑固定方式导致振膜的边缘应力较大，影响振膜顺应性。

为解决至少部分上述问题，本发明提供一种MEMS芯片，请参阅图1至图11，附图所示为本发明提供的MEMS芯片的具体实施例。所述MEMS芯片可根据实际需要应用在多种智能型电子设备上，所述电子设备包括MEMS麦克风，具体例如应用在手机、手表或者手环等电子产品上，为便于理解，以下实施例中均以MEMS芯片应用在MEMS麦克风为例进行说明。

请参阅图1至图3，本发明所述的MEMS芯片100包括依次层叠布设的基板110、振膜120及背极板130；其中，所述MEMS芯片100还包括设于所述基板110与所述振膜120之间的第一支撑部141、以及设于所述振膜120与所述背极板130之间的第二支撑部142，所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影与所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影呈错开设置。

本发明提供的技术方案中，振膜120通过第一支撑部141支撑在基板110上，实现振膜120周缘与基板110之间的相对固定；背极板130通过第二支撑部142支撑在振膜120上，使得背极板130与振膜120间隔开而形成振动间隙160，便于振膜120的振动。由于第一支撑部141与第二支撑部142设置在振膜120的相对两端，通过将第一支撑部141在振膜120上的投影与第二支撑部142在振膜120上的投影错开设置，能够减小振膜120锚点处的应力，有助于提升振膜120的顺应性，从而有助于提高MEMS芯片100的机械灵敏度。

需要说明，所述基板110、振膜120及背极板130的具体叠设方向不作限制，可以根据实际需要设置为例如沿上下向依次叠设、或者沿水平方向依次叠设等，但为了便于理解，在以下实施例中，均以所述基板110、振膜120及背极板130自下至上依次层叠布设为例进行说明。

可以理解，所述基板110作为所述MEMS芯片100的安装衬底，对MEMS芯片100的至少部分组成构件进行支撑，确保振膜120的震动稳定性。基板110的中部沿上下向贯设形成有背腔150，背腔150能够在振膜120振动时，预留足够空间实现让位，从而避免对振膜120的振动产生干涉。

背极板130设置在基板110的上端，且与基板110相对间隔设置，以在所述背极板130与所述基板110之间限定出一容纳空间，该容纳空间与所述背腔150连通。背极板130沿上下向贯设有背极孔131，背极孔131连通上述容纳空间，背极孔131在背极板130的板面上分散布设有多个。

振膜120活动安装在该容纳空间内，且振膜120的周缘通过第一支撑部141支撑在所述基板110上，背极板130的周缘通过第二支撑部142支撑在所述振膜120上，且与振膜120之间相对间隔设置，以在二者的间隔处形成振动间隙160。可以理解，振膜120具有中心区域，基板110的背腔150以及背极板130的背极孔131均大致对应振膜120的中心区域布设。

在MEMS芯片100通电而工作时，振膜120和背极板130二者带有极性相反的电荷，共同构成电容结构。当外部输入的声波，经由背腔150进入上述容纳空间内，带动振膜120相对基板110沿上下向振动时，振膜120和背极板130之间相互作用而产生电容变化，形成电信号输出。

本设计对所述基板110、振膜120及背极板130的具体设置形状、设置尺寸、设置数量以及制成材质等均不作限制，可根据不同的应用需求进行具体调整。但为了便于理解，在以下实施例中，所述基板110、振膜120及背极板130的横截面形状大致呈圆形为例进行说明，此时，上述的容纳空间、背腔150以及振动间隙160也大致呈圆柱形。

此外，本设计对第一支撑部141及第二支撑臂的具体设置形状、设置尺寸、设置数量以及制成材质等同样不作限制：

例如，根据不同应用需求，第一支撑部141及第二支撑部142可以设置为大致呈柱状、呈球状等，且进一步地，第一支撑部141及第二支撑部142的横截面形状不作限制，可以大致呈圆形、椭圆形、多边形或者异形等。为了便于理解，在以下实施例中，均以第一支撑柱及第二支撑部142大致呈柱状、且二者的横截面形状大致呈矩形为例进行说明。

再例如，在一具体实施例中，所述第一支撑部141与所述第二支撑部142的制成材质均为绝缘材质，使得在第一支撑部141将振膜120支撑在基板110上、第二支撑部142将背极板130支撑在振膜120上的同时，不影响容纳空间内的电场分布，从而不影响由声波转换获得的电信号的准确输出。

基于上述，第一支撑部141与第二支撑部142的延伸方向同样不作限制，以第一支撑部141为例，在振膜120的尺寸小于背腔150的内径时，振膜120相当于至少部分容设于背腔150的上段，此时，第一支撑部141大致呈水平方向延伸设置；在振膜120的尺寸大于背腔150的内径时，振膜120相当于盖设在背腔150的上端口，此时，第一支撑部141大致沿上下向延伸设置。

第一支撑部141分别振膜120、基板110之间的连接方式，以及第二支撑部142分别与振膜120、背极板130之间的连接方式在本设计中不作限制，具体例如，上述连接处中的至少部分可以通过粘接固定来实现。

请参阅图1至3，在一实施例中，所述第一支撑部141和/或所述第二支撑部142设于所述中心区域的外周，且沿所述中心区域的环周方向间隔布设有多个。其中，所述第一支撑部141和/或所述第二支撑部142设于所述中心区域的外周，使得振膜120的周缘相对基板110或者相对背极板130固定，但不影响振膜120中心区域的振动。

具体而言，可以设置为仅多个第一支撑部141沿振膜120的中心区域的外周间隔布设，多个第二支撑部142的具体布设方式不作限制；或者，可以设置为为仅多个第二支撑部142沿振膜120的中心区域的外周间隔布设，多个第一支撑部141的具体布设方式不作限制；当然，也可以设置为多个第一支撑部141及多个第二支撑部142均沿振膜120的中心区域的外周间隔布设。

第一支撑部141、第二支撑部142的具体设置数量可以根据实际需要进行调整。但可以理解，第一支撑部141、第二支撑部142的设置数量不宜太多，若太多，则使得第一支撑部141、第二支撑部142与振膜120之间的连接面积较多，增加振膜120周缘的连接负担，使得振膜120周缘产生的应力增大，不利于振膜120的顺应性的提升；反之，第一支撑部141、第二支撑部142的设置数量也不宜太少，若太少，则使得第一支撑部141、第二支撑部142与振膜120之间的连接面积减少，使得振膜120周缘的较多部位无支撑，不利于振膜120的安装活动，继而不利于振膜120的振动平稳，影响电信号输出的准确性。

进一步地，在一实施例中，多个所述第一支撑部141沿所述中心区域的环周方向呈等距间隔布设；和/或，多个所述第二支撑部142沿所述中心区域的环周方向呈等距间隔布设。如此设置，使得振膜120上侧和/或下侧受到的支撑作用力或者支撑反作用力沿其周向分布均匀，有助于振膜120沿其周向的安装均衡平稳，有助于振膜120的振动平稳，从而有利于电信号的准确输出。

请参阅图6至图8，在一实施例中，多个所述第一支撑部141与多个所述第二支撑部142沿所述中心区域的环周方向依次交替布设。如此设置，使得多个第一支撑部141与多个第二支撑部142大致分布在振膜120的同一环周线上，从而在确保振膜120的安装均衡平稳的同时，能够尽可能多地减小第一支撑部141、第二支撑部142对振膜120的中心区域的空间占用，使得振膜120的中心区域尽可能地增大，确保振动更为平滑。

若定义至少一所述第一支撑部141与至少一所述第二支撑部142构成一支撑组140，多个所述支撑组140沿所述中心区域的环周方向间隔布设。并且，每一支撑组140内的任一第一支撑部141及任一第二支撑部142统称为支撑部。可以理解，每一支撑组140中相邻的每两个支撑部之间的具体距离值、相邻的每两个支撑组140之间的具体距离值均不做限制，可以根据实际需要进行设定；并且，每一支撑组140中相邻的每两个支撑部之间的距离、相邻的每两个支撑组140之间的距离可作相同设置，也可设置为至少部分相异设置。多个支撑组140的设置，能够在一定程度上增大支撑部与振膜120之间的连接面积、以及减少支撑部数量上的设置这二者上达到平衡，实现MEMS芯片100更好的使用品质。

以每一支撑组140中相邻的每两个支撑部之间的距离、相邻的每两个支撑组140之间的距离均作相同设置为例，在一实施例中，同一所述支撑组140内相邻的每两个支撑部之间的距离小于相邻的每两个所述支撑组140之间的距离，所述支撑部为所述第一支撑部141和/或所述第二支撑部142。

具体而言，请参阅图1至图3，当同一所述支撑组140包括一所述第一支撑部141及一所述第二支撑部142时，则该支撑组140内，该第一支撑部141与该第二支撑部142之间的距离小于相邻的每两个支撑组140之间的距离，确保每一支撑组140内的支撑效果紧凑集中，且多个支撑组140之间的支撑效果均衡一致；请参阅图4至图5，当同一所述支撑组140包括两个所述第一支撑部141及一所述第二支撑部142时，则该支撑组140内，第二支撑部142和与之相邻的任一所述第二支撑部142之间的距离均小于相邻的每两个支撑组140之间的距离。

接着，请参阅图1至图3，在一实施例中，若定义由所述振膜120的边缘至所述边缘的中心为由外至内；同一所述支撑组140内，所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影与所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影沿内外向呈错开设置。也即，第一支撑部141与第二支撑部142分别位于振膜120的不同直径的圆周线上，有助于进一步确保振膜120、背极板130的平稳安装。

具体而言，当第一支撑部141与第二支撑部142分别位于振膜120的不同直径的圆周线上时，同一所述支撑组140内，所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影与所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影沿所述振膜120的同一内外向呈错开设置。其中，若定义振膜120具有多条等效半径线，则每一等效半径线表征一个内外向，所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影与所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影沿所述振膜120的同一内外向呈错开设置，也即相邻的每两个第一支撑部141和第二支撑部142位于同一等效半径线上。当然，在其他实施例中，相邻的每两个第一支撑部141和第二支撑部142也可分设于两个不同的等效钣金线上。

进一步地，请参阅图1至图3，在一实施例中，同一所述支撑组140内，所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影位于所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影的内侧。如此设置，使得第二支撑部142相较于第一支撑部141更靠近振膜120的中心区域设置，也即有助于减小振膜120相对背极板130的形变量，避免振膜120沿上下向振动过程中，朝靠近背极板130的方向形变至与背极板130相吸附，影响MEMS芯片100的使用品质。当然，上述设置还有助于提升MEMS芯片100的抗吹气性能，减小振膜120与背极板130之间的吸膜概率。

此外，请参阅图9至图11，在一实施例中，同一所述支撑组140内，所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影与所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影沿所述中心区域的周向呈错开设置。也即，多个支撑组140在振膜120的同一圆周线上间隔布设；每一支撑组140内的至少两个支撑部沿振膜120的同一圆周方向间隔布设。

具体地，在一实施例中，同一所述支撑组140内，所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影与所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影沿所在位置处的所述中心区域的切线方向呈错开设置。需要说明，同一支撑组140内的多个支撑部，可沿任一支撑部所在位置处的中心区域的切线方向呈错开设置。具体例如图9所示，当每一支撑组140内包括一个第一支撑部141、以及分设在第一支撑部141相对两侧的两个第二支撑部142时，该第一支撑部141、两个第二支撑部142可沿三者中的任意一个支撑部处的切线方向并排布设。但为了确保同一振膜120上各组支撑组140的排布均匀，进一步可选每一支撑组140中的多个支撑部，沿位于中间一个支撑部处的切线方向呈错开设置。

进一步地，请参阅图4、图5及图9，基于上述实施例，同一所述支撑组140内，所述第二支撑部142设有两个，两个所述第二支撑部142在所述振膜120上的投影分别位于所述第一支撑部141在所述振膜120上的投影的两侧。以附图4所示的结构为例，如上所述，当第二支撑部142相较于第一支撑部141更靠近振膜120的中心区域设置时，有助于提升MEMS芯片100的抗吹气性能，基于此，进一步在该第一支撑部141背对该第二支撑部142(为便于理解，以下简称内侧第二支撑部142)的一侧增设一第二支撑部142(为便于理解，以下简称外侧第二支撑部142)，可以理解，当内侧第二支撑部142靠近振膜120的中心区域设置，使得振膜120上端的外侧缘的部位区域裸露而无支撑，此时，外侧第二支撑部142能够对该部位区域进行支撑，提升振膜120的结构稳定。

此外，本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的MEMS芯片100。所述电子设备具体可以包括MEMS麦克风。

需要说明的是，电子设备内的MEMS芯片100的详细结构可参照上述MEMS芯片100的实施例，此处不再赘述；由于在本发明的电子设备中使用了上述MEMS芯片100，因此，本发明的电子设备的实施例包括上述MEMS芯片100全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

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 (14)

1.一种MEMS芯片，其特征在于，所述MEMS芯片包括依次层叠布设的基板、振膜及背极板；

其中，所述MEMS芯片还包括设于所述基板与所述振膜之间的第一支撑部、以及设于所述振膜与所述背极板之间的第二支撑部，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影呈错开设置。

2.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述振膜具有中心区域；

所述第一支撑部和/或所述第二支撑部设于所述中心区域的外周，且沿所述中心区域的环周方向间隔布设有多个。

3.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，多个所述第一支撑部沿所述中心区域的环周方向呈等距间隔布设；和/或，

多个所述第二支撑部沿所述中心区域的环周方向呈等距间隔布设。

4.如权利要求2或3任意一项所述的MEMS芯片，其特征在于，多个所述第一支撑部与多个所述第二支撑部沿所述中心区域的环周方向依次交替布设。

5.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，至少一所述第一支撑部与至少一所述第二支撑部构成一支撑组，多个所述支撑组沿所述中心区域的环周方向间隔布设；

其中，同一所述支撑组内相邻的每两个支撑部之间的距离小于相邻的每两个所述支撑组之间的距离，所述支撑部为所述第一支撑部和/或所述第二支撑部。

6.如权利要求5所述的MEMS芯片，其特征在于，由所述振膜的边缘至所述边缘的中心为由外至内；

同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿内外向呈错开设置。

7.如权利要求6所述的MEMS芯片，其特征在于，同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿所述振膜的同一内外向呈错开设置。

8.如权利要求7所述的MEMS芯片，其特征在于，同一所述支撑组内，所述第二支撑部在所述振膜上的投影位于所述第一支撑部在所述振膜上的投影的内侧。

9.如权利要求5所述的MEMS芯片，其特征在于，同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿所述中心区域的周向呈错开设置。

10.如权利要求5所述的MEMS芯片，其特征在于，同一所述支撑组内，所述第一支撑部在所述振膜上的投影与所述第二支撑部在所述振膜上的投影沿所在位置处的所述中心区域的切线方向呈错开设置。

11.如权利要求7、9或者10所述的MEMS芯片，其特征在于，同一所述支撑组内，所述第二支撑部设有两个，两个所述第二支撑部在所述振膜上的投影分别位于所述第一支撑部在所述振膜上的投影的两侧。

12.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一支撑部与所述第二支撑部的制成材质均为绝缘材质。

13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至12任意一项所述的MEMS芯片。

14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为MEMS麦克风。

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