CN113163312A - 一种压电式mems传感器以及相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压电式MEMS传感器以及相关设备，该传感器可应用于终端、智能音响、无线蓝牙耳机、主动降噪耳麦及笔记本、汽车工业等场景中，该压电式MEMS传感器包括具有进声通道的基座，基座的端面固定有支撑层，支撑层覆盖进声通道的通道口，压电式MEMS传感器还包括压电单元，压电单元位于支撑层背离基座的表面，压电单元用于在来自于进声通道的声音信号的作用下获取对应的电压，压电单元包括多个感应件，多个感应件中任意相邻的两个感应件之间形成有间隙。

Description

一种压电式MEMS传感器以及相关设备

技术领域

本申请涉及声电技术领域，尤其涉及一种压电式MEMS传感器以及相关设备。

背景技术

压电式微机电系统(micro electro mechanical systems，MEMS)传感器因其具有比较好的防尘和防水等优势，从而使得压电式MEMS传感器的应用越来越广泛。

为提高压电式MEMS传感器的灵敏度，如图1和图2所示，现有技术所示的压电式MEMS传感器由多个如图1所示悬臂梁结构101组合而成，各悬臂梁结构101的一端与基底102相连，另一端悬空于进声通道103。如图2所示，该悬臂梁结构101受到经由进声通道103传输的声音信号压迫后，会向上弯曲以在悬臂梁结构101的上表面和下表面之间所形成的应力差,进而产生电压。

但是，因悬臂梁结构101悬空于进声通道103的端部201能够自由的移动，则在压电式MEMS传感器整体受到外力作用，例如，该压电式MEMS传感器由高处跌落，该悬臂梁结构101在冲击力的作用下会产生较大的位移量，从而使得悬臂梁结构101出现破损，甚至断裂的情况，进而极容易导致该压电式MEMS传感器失效。

发明内容

本申请提供了一种压电式MEMS传感器以及相关设备，可以解决现有压电式MEMS传感器存在的因悬臂梁结构破损或断裂，而导致的压电式MEMS传感器失效的问题。

本申请第一方面提供了一种压电式MEMS传感器，包括具有进声通道的基座，该基座的端面固定有支撑层，该支撑层覆盖该进声通道的通道口；该压电式MEMS传感器还包括压电单元，该压电单元位于该支撑层背离该基座的表面，与该通道口位置相对应，其中，该压电单元用于在来自于该进声通道的声音信号的作用下获取对应的电压；该压电单元包括多个感应件，该多个感应件中任意相邻的两个该感应件之间存在间隙。

本方面所示的压电式MEMS传感器中，任意相邻的两个该感应件之间形成有间隙，各感应件的应力可通过该间隙进行释放，从而增加了应力的释放空间，有效地保证了谐振频率的一致性。在该基座和该压电单元之间设置有该支撑层，支撑层覆盖该进声通道的通道口，结构稳固的支撑层会在压电式MEMS传感器整体受到外力作用的情况下，该支撑层能够起到沿进声通道的轴向方向，对该压电单元的支撑作用，从而对作用在压电单元上的冲击力进行抵消，进而有效地避免压电单元的破损、断裂等情况，有效地避免了该压电式MEMS传感器失效。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该支撑层包括连接的中间区域和边缘区域，该边缘区域环绕该中间区域，且该中间区域为沿该进声通道的轴向方向与该进声通道位置相对的区域，该边缘区域为沿该进声通道的轴向方向与该基座位置相对的区域，该中间区域用于支撑该压电单元，该边缘区域用于固定连接该基座，该支撑层用于在该声音信号的作用下带动该压电单元发生形变。

本方面所示的压电式MEMS传感器通过固定连接的边缘区域和该基座，有效地提升了支撑层和基座之间结构的稳固，进而提升了压电式MEMS传感器在跌落等场景下的结构的稳固。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该感应件包括感应件本体，该感应件本体包括沿该进声通道径向位置相对的第一端部和第二端部，该第一端部为该感应件本体靠近该基座的端部，该第二端部为该感应件本体靠近该通道口中心区域的端部，该感应件本体的面积沿靠近该第二端部的方向逐渐递减，该感应件本体包括至少一层由压电材料制成的薄膜。

本方面所示的压电式MEMS传感器能够有效地提高压电单元所包括的感应件的数量，在感应件的数量越多的情况下，可有效地提高压电单元的灵敏度。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，沿该进声通道的轴向方向，各该感应件本体靠近该进声通道轴心线的端部与该通道口的中心区域位置相对。

本方面所示的压电式MEMS传感器，有效地保证了该压电式MEMS传感器谐振频率的一致性。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该支撑层包括至少一个第一穿孔，该感应件包括与该第一穿孔同轴设置的第二穿孔，且该第一穿孔与该第二穿孔均与该通道口位置相对应。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该第一穿孔与该第二穿孔的孔径相等。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该第二穿孔的孔径大于或等于2微米且小于或等于20微米。

依次经由通道口、第一穿孔和第二穿孔传输的声音信号不会在压电单元的表面和支撑层朝向进声通道的表面之间，形成过大的压力差，进而有效地避免了支撑层和压电单元的破损或断裂。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该感应件还包括第一电极和第二电极，沿该进声通道的轴向方向，该感应件本体包括位置相对的第一表面和第二表面，该第一电极位于该第一表面上，该第二电极位于该第二表面上；该第一电极和该第二电极用于获取该电压。

本方面所示的压电式MEMS传感器，通过位于第一表面的第一电极和位于第二表面的第二电极获取压电单元在声音信号的作用下所产生的电压。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该第一电极的面积和该第二电极的面积不相等。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该第一电极的面积的最小值为该第二电极的面积的40％，而该第一电极的面积的最大值可为该第二电极的面积的80％。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该第二电极的面积的最小值可为该第一电极的面积的40％，而该第二电极的面积的最大值可为该第二电极的面积的80％。

本方面所示的压电式MEMS传感器，能够有效地保证电荷的收集效率，进而有效地保证对电压的收集，提高了各感应件的灵敏度，不会产生电荷收集不足的问题。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该多个感应件所包括的两个该感应件之间为串联的电连接关系。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该多个感应件包括第一感应件和第二感应件，该第一感应件的该第一电极与该第二感应件的该第二电极电连接。

本方面所示的压电式MEMS传感器，能够有效地提高压电单元所输出的电压的大小，从而有效地提高了压电式MEMS传感器的灵敏度。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该多个感应件所包括的两个该感应件之间为并联的电连接关系。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该多个感应件包括第三感应件和第四感应件，该第三感应件的该第一电极与该第四感应件的该第一电极电连接，且该第三感应件的该第二电极与该第四感应件的该第二电极电连接。

本方面所示的压电式MEMS传感器，能够有效地保持压电单元的电容值维持不变。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该压电单元包括第一感应件单元和第二感应件单元，所述感应件单元所包括的所述感应件之间为并联的电连接关系，两个所述感应件单元之间为串联的电连接关系。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该第一感应件单元包括第五感应件和第六感应件，该第二感应件单元包括第七感应件和第八感应件；该第五感应件的该第一电极与该第六感应件的该第一电极电连接，且该第五感应件的该第二电极与该第六感应件的该第二电极电连接，该第七感应件的该第一电极与该第八感应件的该第一电极电连接，且该第七感应件的该第二电极与该第八感应件的该第二电极电连接；该第五感应件的该第二电极与该第七感应件的该第一电极电连接，该第六感应件的该第二电极与该第八感应件的该第一电极电连接。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该压电单元包括偶数个该感应件。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该压电单元包括八个该感应件。

本方面所示的压电式MEMS传感器具有相对较低的谐振频率偏移相对量以及较高的灵敏度，其中，该谐振频率偏移相对量越小，则表示压电单元的谐振频率的漂移量越小，越能够保证压电单元的谐振频率的一致性。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该压电单元呈圆形结构，且该感应件呈扇形结构。

采用本方面所示的压电式MEMS传感器，在单位面积下，能够有效地提高压电单元所包括的感应件的的数量，在感应件的数量越多的情况下，可有效地提高压电单元的灵敏度。

基于本申请第一方面，一种可选地实现方式中，该支撑层的材质为如下所示的一项或多项：氮化硅、多晶硅、单晶硅、二氧化硅、碳化硅或有机聚合物。

本申请第二方面提供了一种压电式MEMS麦克风，包括压电式MEMS传感器和放大电路，该压电式MEMS传感器和该放大电路电连接，该压电式MEMS传感器用于在声音信号的作用下获取电压，该放大电路用于获取该电压并进行放大处理，该压电式MEMS传感器如上述第一方面所示，不做赘述。

本申请第三方面提供了一种压电式MEMS麦克风阵列，该压电式MEMS麦克风阵列包括多个第二方面所示的压电式MEMS麦克风。

基于申请第三方面，一种可选地实现方式中，多个该压电式MEMS麦克风以串联的方式与音频电路进行连接，音频电路用于获取来自压电式MEMS麦克风的电压并进行处理，有效地降低了音频电路对来自压电式MEMS麦克风的电压并进行处理的难度。

基于本申请第三方面，一种可选地实现方式中，多个该压电式MEMS麦克风以并联的方式与音频电路进行连接，有效地提高了压电式MEMS麦克风输出的电容的大小。

本申请第四方面提供了一种终端设备，包括音频系统，该音频系统包括一个或多个压电式MEMS麦克风，以及与该压电式MEMS麦克风电连接的音频电路，该压电式MEMS麦克风如上述第二方面所示。

基于本申请第四方面，本申请第四方面的一种可选地实现方式中，该音频电路电连接有扬声器或处理器。

附图说明

图1为已有的压电式MEMS传感器的整体结构示例图；

图2为已有的压电式MEMS传感器的侧视结构示例图；

图3为本申请所提供的音频系统的一种实施例结构示例图；

图4为本申请所提供的压电式MEMS麦克风的一种实施例俯视结构示例图；

图5为本申请所提供的压电式MEMS麦克风的一种实施例侧视剖面结构示例图；

图6为本申请所提供的压电式MEMS传感器的一种实施例侧视剖面结构示例图；

图7为本申请所提供的压电式MEMS传感器的一种实施例整体结构示例图；

图8为本申请所提供的感应件的一种结构示例图；

图9为本申请所提供的一种晶圆结构示例图；

图10为本申请所提供的一种仿真示意图；

图11为本申请所提供的压电式MEMS传感器的另一种实施例整体结构示例图；

图12为本申请所提供的压电式MEMS传感器的另一种实施例整体结构示例图；

图13为本申请所提供的压电式MEMS传感器的一种电连接示例图；

图14为本申请所提供的压电式MEMS传感器的另一种电连接示例图；

图15为本申请所提供的压电式MEMS传感器的另一种电连接示例图；

图16为本申请所提供的终端设备的一种实施例结构框图。

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。

以下首先结合图3所示对本实施例所提供的音频系统的结构进行示例说明：

本实施例所示的音频系统300可应用至终端设备，终端设备可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(session initiation protocol，SIP)电话、个人数字处理(personaldigital assistant，PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备、车载设备、可穿戴设备、有线或无线耳机、智能家居中的终端设备、麦克风阵列、第五代移动通信技术(5thgeneration mobile networks或5th generation wireless systems，5G)网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(public land mobile network,PLMN)中的终端设备等，本申请对此并不限定。

如图3所示，本实施例所示的音频系统300包括依次电连接的压电式MEMS麦克风301以及音频电路303。

所述压电式MEMS麦克风301用于感知声音信号302，所述压电式MEMS麦克风301用来还原人声或者环境声音，使音频系统300完成对声音的采集。其中，微机电系统(MEMS)是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。MEMS技术的问世让麦克风变得越来越小，性能越来越高。MEMS麦克风具有诸多优势，例如，高信噪比，低功耗，高灵敏度，所用的微型封装可以兼容贴装工艺，回流焊对MEMS麦克风的性能无任何影响，而且温度特性非常出色。

具体地，所述压电式MEMS麦克风301的压电单元用于根据声音信号302获取到电压。所述压电式MEMS麦克风301将所获取到的电压发送给音频电路303，所述音频电路303即可对已接收到的电压进行处理。其中，所述音频电路303对已接收到的电压进行处理的方式可为如下所示：

例如，本实施例所示的音频电路303还连接有扬声器304，所述音频电路303可将已接收到的电压转换为电信号，并将该电信号传输到所述扬声器304，由所述扬声器304将电信号转换为声音信号进行输出。又如，所述音频电路303还连接有处理器305。所述音频电路303可将已接收到的电压转换为音频数据，再将音频数据传输到处理器305，由处理器305对音频数据进行相应的处理。

以下结合图4和图5所示对压电式MEMS麦克风的具体结构进行示例性说明，其中，图4为压电式MEMS麦克风的一种实施例俯视结构示例图，图5为压电式MEMS麦克风的一种实施例侧视剖面结构示例图。

结合图4和图5所示可知，本实施例所示的压电式MEMS麦克风400包括基座401和壳体402。所述基座401位于固定板510上，例如，该固定板510可为印刷电路板(printedcircuit board，PCB)，又如，该固定板510还可为陶瓷板。相互扣合的所述固定板510和壳体402之间形成有声音腔室403，所述声音腔室403内包括有放大电路404和压电式MEMS传感器405。本实施例对该基座401的具体材质不做限定，例如，该基座401的材质可为硅、低温煅烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic，LTCC)等绝缘性陶瓷、还可为钽酸锂晶体(LiTaO3)或者水晶这样的压电单结晶、还可为半导体或者玻璃等。

所述基座401具有进声通道406，可选地，所述进声通道406的正投影形状可以为圆形、椭圆形、方形或多边形等，本实施例以所述进声通道406的正投影的形状为圆形为例进行示例性说明。声音信号可通过所述进声通道406进行传输以作用在所述压电式MEMS传感器405上。其中，为保证声音信号能够作用于所述压电式MEMS传感器405，则进声通道406还贯穿该固定板510，从而使得声音信号能够依次经由固定板510和该基座401的进声通道406作用于压电式MEMS传感器405。在所述压电式MEMS传感器405根据所述声音信号对应生成电压的情况下，由于压电式MEMS传感器405所生成的电压比较微弱，无法被音频电路直接使用，所以压电式MEMS麦克风400内还包括用于对来自所述压电式MEMS传感器405的电压进行放大的放大电路404。

所述压电式MEMS传感器405与所述放大电路404可通过导线408进行电连接，所述放大电路404用于将来自所述压电式MEMS传感器405的电压进行放大处理。可选地，所述放大电路404可为专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)。所述放大电路404将放大处理后的电压发送给音频电路，所述音频电路即可对已接收到的放大处理后的电压进行处理。

基于上述所示的对压电式MEMS麦克风的结构的说明，以下对本申请所提供的压电式MEMS传感器的具体结构进行示例性说明：

首先结合图5至图7所示，其中，图6为本申请所提供的压电式MEMS传感器的侧视结构示例图，图7为本申请所提供的压电式MEMS传感器的第一种实施例整体结构示例图。

本实施例所示的该压电式MEMS传感器包括有支撑层501和压电单元502。该压电单元502位于所述支撑层501背离所述基座401的表面，所述压电单元502位于所述壳体402和所述支撑层501之间。沿所述进声通道406的轴向方向(如图5所示的箭头420所示的方向)，所述支撑层501用于将所述压电单元502支撑在与进声通道406的通道口4061位置相对的区域，该通道口4061为该进声通道406朝向该壳体402的端口，以便于经由该进声通道406传输的声音信号能够作用于该压电单元502，该声音信号会使能所述压电单元502出现振动，进而使得所述压电单元502出现形变，出现形变的所述压电单元502会产生电势差，即电压。

以下对该支撑层501的位置进行示例性说明，如图5和6所示，该基座401朝向壳体402的端面固定有支撑层501，沿所述进声通道406的轴向方向420，所述支撑层501位于该通道口4061的上方，即支撑层501位于通道口4061和壳体402之间。

本实施例对该支撑层501的具体形状不做限定，只要所述支撑层501能够覆盖通道口4061，且将所述压电单元502支撑于与所述进声通道406对应的区域即可，例如，该支撑层501还可为方形、椭圆形、多边形或不规则形状等。

具体地，所述支撑层501的边缘区域5012环绕中间区域5011，所述中间区域5011为沿所述进声通道406的轴向420与所述进声通道406位置相对的区域，即，所述中间区域5011悬空设置于所述进声通道406的上方。所述边缘区域5012为沿所述进声通道406的轴向420与所述基座401位置相对的区域。

其中，所述中间区域5011用于支撑所述压电单元502，所述边缘区域5012用于固定连接所述基座401。本实施例通过固定连接的边缘区域5012和所述基座401，有效地提升了本实施例所示的压电式MEMS传感器在跌落等场景下的结构的稳固。本实施例对该边缘区域5012和所述基座401之间的连接方式不做限定，例如可通过黏合的方式、焊接的方式或通过连接结构。其中，本示例对连接结构的具体结构不做限定，只要通过该连接结构能够使能边缘区域5012固定于该基座401上即可，例如，该连接结构可为，基座401朝向壳体402的端面内凹设置有安装槽，该边缘区域5012插设于该安装槽内，且安装槽于与边缘区域5012之间过盈配合。

沿所述进声通道406的径向方向(如图5所示的箭头430所示的方向)，该支撑层501的所述中间区域5011的面积大于或等于通道口4061的面积。可见，该支撑层501覆盖通道口4061的全部区域，因所述支撑层501的周缘(即边缘区域5012)均固定在所述基座401上，有效地提高了压电式MEMS传感器结构的牢固程度，避免了压电式MEMS传感器的失效的情况。

具体地，若在压电式MEMS传感器整体受到外力作用，例如，该压电式MEMS传感器由高处跌落，该压电单元502会瞬间会受到很大的冲击力，若不对该冲击力进行控制，则受到该冲击力作用的压电单元502会出现破损，甚至断裂的情况，从而导致该压电式MEMS传感器失效。

而本实施例所示在所述基座401和所述压电单元502之间设置有该支撑层501，结构稳固的支撑层501会在压电式MEMS传感器整体受到外力作用的情况下，该支撑层501能够起到沿进声通道406的轴向方向420，对所述压电单元502的支撑作用，从而对作用在压电单元502上的冲击力进行抵消，进而有效地避免压电单元502的破损、断裂等情况，有效地避免了该压电式MEMS传感器失效。

本实施例对该支撑层501的具体材质不做限定，只要该支撑层501能够稳固的支撑该压电单元502，以避免在外力的冲击下，该压电单元502出现破裂的情况即可，例如，支撑层的材质可为氮化硅、多晶硅、单晶硅、二氧化硅、碳化硅或有机聚合物中的一项或多项。

以下结合图6所示，对压电单元502的整体结构进行说明：

为保证压电单元502能够成功的收集到电荷以产生电压，本实施例所示的压电单元502在所述支撑层501的支撑作用下，至少覆盖该通道口4061的至少部分区域。可见，沿所述进声通道406的轴向方向420，所述压电单元502、所述支撑层501以及所述进声通道406的位置相对，从而有效地保证了经由该进声通道406传输的声音信号能够作用于所述压电单元502上。

如图7所示，本实施例所示的压电单元502包括有多个感应件701，且任意相邻的两个所述感应件701之间存在有间隙702，该间隙702可容纳空气，以便于任意相邻的两个感应件701之间通过间隙702内所容纳的空气实现柔性的空气连接，各感应件701的应力可通过该间隙702进行释放，从而增加了应力的释放空间。

参见图7和图8所示对各感应件701的具体结构进行说明：

具体地，该感应件701包括沿所述进声通道406的径向方向430，位置相对的第一端部7031和第二端部7032，所述感应件还包括形成于所述第一端部7031和所述第二端部7032之间的感应件本体703。其中，所述第一端部7031为所述感应件本体703靠近所述基座401的端部，所述第二端部7032为所述感应件本体靠近所述通道口4061中心区域的端部，可见，本实施例所示的压电单元502所包括的各感应件701的第二端部7032均位于通道口4061的中心区域，所述感应件本体703以所述第二端部7032为起点，向朝向所述第一端部7031的方向的面积逐渐递增，也即所述感应件本体703以所述第一端部7031为起点，向朝向所述第二端部7032的方向的面积逐渐递减。

本实施例以该感应件本体703的结构呈扇形为例进行示例性说明。该扇形的顶角为所述第二端部7032，该扇形的弧形边为所述第一端部7032。采用本实施例所示的呈扇形结构的该感应件本体703，在单位面积下，能够有效地提高压电单元502所包括的感应件本体703的数量，在感应件本体703的数量越多的情况下，可有效地提高压电单元502的灵敏度。本实施例对该感应件本体703的形状的说明为可选地示例，不做限定，例如，该感应件703还可为三角形结构、不规则结构等。

其中，该感应件本体703包括一层或多层由压电材料制成的薄膜，其中，所述压电材料包括但不限于氮化铝(AlN)、氮化钪铝(AlScN)、锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)或氧化锌(ZnO)等。

本实施例对制成该感应件本体703的具体过程不做限定，例如，可在晶圆沉积整体结构呈圆形的压电薄膜，随后对该呈圆形的压电薄膜进行切分，以形成多个该感应件本体703，本实施例中，需保证任意相邻的两个所述感应件本体703之间形成有所述间隙702。

需明确的是，本实施例所示以各感应件701的第二端部7032位于通道口4061的中心区域为例进行示例性说明，采用此种方式，有效地提高在晶圆上对压电薄膜进行切分以形成各感应件的效率和精确性，而且有效地保证了该压电式MEMS传感器谐振频率的一致性。在其他示例中，该第二端部7032也可偏离通道口4061的中心区域，具体在本实施例中不做限定。

本实施例所示的压电单元502包括多个感应件701，需明确的是，本实施例对所述压电单元502包括的感应件701的具体数量不做限定，只要对所述压电式MEMS传感器的表面而言，所述感应件701的占比尽可能的大即可。可见，采用本实施例所示的压电式MEMS传感器，能够有效地提高压电单元502在所述通道口4061处的覆盖面积，进而有效地提高了所述压电式MEMS传感器的芯片的利用效率。

本实施例任意相邻的两个所述感应件701之间形成有间隙702，在声音信号的作用下，感应件701能够在支撑层501的带动下进行形变，而且形变的过程中，该感应件701的两侧不会受到其他感应件的干涉，有利于提高感应件的应力分布的均匀，从而有效地提高了信噪比和灵敏度。

以下结合图9所示对本实施例所示的压电式MEMS传感器具有的有效地保证谐振频率的一致性的效果进行说明，图9所示为晶圆900的结构示例图，该晶圆900指用于制造压电式MEMS传感器的衬底。该晶圆上不同的位置应力分布是不均匀的，则导致所生产的位于不同位置处的压电式MEMS传感器所具有的应力不同，例如，在应力区域911所生产的压电式MEMS传感器912、应力区域921所生产的压电式MEMS传感器922以及应力区域931所生产的压电式MEMS传感器932的应力互不相同。为保证不同的压电式MEMS传感器(如图9所示的压电式MEMS传感器912、压电式MEMS传感器922以及压电式MEMS传感器932)的谐振频率一致性，则需要各压电式MEMS传感器能够充分的释放残余应力。

本实施例所示的感应件能够在声音信号的作用下形变，各感应件自身积累的应力能够通过上述所示的间隙702进行充分的释放，避免因应力积累造成压电单元的谐振频率的变化。对于批量生产的压电式MEMS传感器而言，因感应件能够充分的释放应力，则有效地保证的批量的压电式MEMS传感器释放应力后的残余应力保持一致，从而有效地保证了批量的压电式MEMS传感器的谐振频率的一致性，进而有效地保证了批量生产的压电式MEMS传感器的工作带宽范围的一致性，提高了压电式MEMS传感器的产品良率。结合图9所示，即便压电式MEMS传感器912、压电式MEMS传感器922以及压电式MEMS传感器932所具有的应力互不相同，但各压电式MEMS传感器可通过间隙702进行应力的释放，进而有效地保证了压电式MEMS传感器912、压电式MEMS传感器922以及压电式MEMS传感器932释放应力后的残余应力保持一致，以有效地保证了压电式MEMS传感器912、压电式MEMS传感器922以及压电式MEMS传感器932谐振频率的一致性。

以下对压电单元502所包括的感应件701的数量进行说明：

参见图10所示，图10所示的纵坐标表示谐振频率偏移相对量，其中，该谐振频率偏移相对量越大，则表示压电单元502的谐振频率的漂移量越大，越无法保证压电单元502的谐振频率的一致性，同理，该谐振频率偏移相对量越小，则表示压电单元502的漂移量越小，越能够保证压电单元502的谐振频率的一致性。图10所示的横坐标表示一个压电式MEMS传感器中相邻的两个感应件701之间的间隙702的间距大小，单位为微米(um)，其中，本示例以一个压电式MEMS传感器中任意相邻的两个感应件701之间的间隙702的间距均相等为例进行示例性说明，不做限定，例如，在其他的示例中，一个压电式MEMS传感器中，不同位置处的间隙702的间距也可不等。

图10所示的压电式MEMS传感器1002表示该压电式MEMS传感器1002具有四个感应件，对该感应件的说明，请详见上述所示，不做赘述。该压电式MEMS传感器1002中相邻的两个感应件之间的间隙的间距越大，则该压电式MEMS传感器1002的谐振频率偏移相对量越小。图10所示的压电式MEMS传感器1003表示该压电式MEMS传感器1003的具有八个感应件，该压电式MEMS传感器1002中相邻的两个感应件之间的间隙的间距越大，则该压电式MEMS传感器1002的谐振频率偏移相对量越小。

而具有呈完整的圆形结构的压电单元的谐振频率偏移相对量始终为1，可见，具有圆形结构的压电单元的压电式MEMS传感器的谐振频率偏移相对量始终大于具有多个感应件的压电式MEMS传感器的谐振频率偏移相对量。

在相邻的两个感应件之间的间隙的间距相等的情况下，一个压电式MEMS传感器所具有的感应件越多，则谐振频率偏移相对量越低，而一个压电式MEMS传感器所具有的感应件越少，则谐振频率偏移相对量越高，可知，采用本实施例所示的所述压电式MEMS传感器所具有的感应件的数量越多，则该压电式MEMS传感器具有越小的谐振频率偏移相对量，进而该压电式MEMS传感器的谐振频率一致性越好。但是，若该压电式MEMS传感器所包括的感应件的数量过多，则会降低压电式MEMS传感器的灵敏度，为此，若压电式MEMS传感器包括有八个感应件，则会使得该压电式MEMS传感器具有相对较低的谐振频率偏移相对量以及较高的灵敏度。

由上述所示可知，经由进声通道406传输的声音信号作用在支撑层501和压电单元502上，若经由进声通道406传输的声音信号的压强足够大，则会在压电单元502朝向壳体402的表面和支撑层501朝向进声通道406的表面之间，形成过大的压力差，该压力差会导致支撑层501和压电单元502出现破损或断裂的情况，以下结合图11所示对压电式MEMS传感器的另一种可选地结构进行说明，图11所示的压电式MEMS传感器能够有效地避免支撑层501和压电单元502的破损或断裂。

具体地，本实施例所示的所述支撑层501包括一个或多个第一穿孔，所述感应件包括一个或多个第二穿孔1102。本示例中，第一穿孔与第二穿孔1102的数量相等且一一对应。相互对应的第一穿孔与第二穿孔1102同轴设置，且第一穿孔和第二穿孔1102分别与通道口4061位置相对应。

在声音信号的压强过大的情况下，声音信号能够依次经由该进声通道406、该第一穿孔和第二穿孔1102传输至声音腔室中，不会在压电单元502朝向壳体402的表面和支撑层501朝向进声通道406的表面之间，形成过大的压力差，进而有效地避免了支撑层501和压电单元502的破损或断裂。

本实施例对该第二穿孔1102的具体位置和数量不做限定，只要该第二穿孔1102与该第一穿孔同轴设置即可，例如，该第二穿孔1102位于各感应件701靠近所述第一端部7031的区域，又如，各感应件701的第二端部7032之间存在该第二穿孔1102。

本实施例对第一穿孔与第二穿孔1102的孔径大小不做限定，只要能够有效地保证经由进声通道406传输的声音信号依次经由该第一穿孔和该第二穿孔1102传输至声音腔室中即可，本实施例以第一穿孔与第二穿孔1102的孔径相等为例，例如，第二穿孔1102的孔径的最小值为2微米，且该第二穿孔1102的孔径的最大值为20微米，在其他示例中，该第一穿孔与该第二穿孔1102的孔径也可不等，具体在本实施例中不做限定。

以下对本实施例所示的压电单元502根据声音信号获取电压的过程进行说明：

参见图8所示，各感应件701还包括第一电极704和第二电极705，沿所述进声通道406的轴向方向420，所述感应件本体703包括位置相对的第一表面7033和第二表面7034，所述第一电极704位于所述第一表面7033上，所述第二电极705位于所述第二表面7034上。其中，所述第一电极704和所述第二电极705用于获取所述电压。可选地，该第一电极704可覆盖所述第一表面7033的全部区域或部分区域，该第二电极705可覆盖所述第二表面7034的全部区域或部分区域。

可选地，所述第一电极704和第二电极705可由导电材料制成，本实施例对导电材料不做限定，例如所述导电材料可为钛。为提高所述第一电极704和第二电极705的使用寿命，则可在所述第一电极704和第二电极705的表面设置抗氧化层，通过抗氧化层实现对所述第一电极704和第二电极705的保护。

本实施例对所述第一电极704和和第二电极705之间的面积大小关系不做限定，只要在所述第一电极704和和第二电极705能够根据出现形变的感应件本体703，生成电压即可。

例如，如图6所示，该第一电极704和和第二电极705中，该第一电极704和该第二电极705的面积相等。

又如，以图12所示为例，该第一电极704和和第二电极705中，该第一电极704的面积小于该第二电极705的面积，在此种示例下，该第一电极704的面积的最小值可为所述第二电极705的面积的40％，而该第一电极704的面积的最大值可为所述第二电极705的面积的80％。

又如，该第一电极704和和第二电极705中，该第一电极704的面积也可大于该第二电极705的面积，在此种示例下，该第二电极705的面积的最小值可为所述第一电极704的面积的40％，而该第二电极705的面积的最大值可为所述第二电极705的面积的80％。

本实施例以图12所示为例，即以该第一电极704的面积小于该第二电极705的面积为例进行示例性说明：在该第二电极705的面积大于该第一电极704的面积的情况下，能够有效地保证电荷的收集效率，进而有效地保证对电压的收集，提高了各感应件的灵敏度，不会产生电荷收集不足的问题。

本实施例以各感应件701包括一组第一电极704和第二电极705为例进行示例性说明，在其他示例中，各感应件701也可包括多组第一电极704和第二电极705。

以下对不同的感应件之间的几种可选地电连接关系进行说明：

电连接方式1

本电连接方式中，该压电单元所包括的第一感应件与第二感应件之间为串联的电连接关系，具体地，所述第一感应件的所述第一电极与所述第二感应件的所述第二电极电连接，其中，该第一感应件和所述第二感应件为该压电单元所包括的任意两个具有直接电连接关系的感应件。

具体如图13所示，其中图13以压电单元包括四个感应件为例进行示例性说明，对于该四个感应件(即感应件1301、感应件1302、感应件1303以及感应件1304)中，相邻的两个感应件之间的为串联的电连接关系，可见，若第一感应件为感应件1301，则该第二感应件为感应件1302，又如，若第一感应件为感应件1302，则第二感应件为感应件1303，若所述第一感应件为感应件1303，则所述第二感应件为感应件1304，以下具体对该四个感应件的电连接方式进行说明：

具体地，感应件1301的第一电极、感应件1302的第二电极、感应件1303的第一电极和感应件1304的第二电极依次电连接，且感应件1301的第二电极引出电压的正极，感应件1304的第一电极引出电压的负极，该正极和该负极均电连接至如图4所示的放大电路404。

需明确的是，上述对具体的串联关系的说明为可选地示例，不做限定，只要压电单元所包括的两个感应件之间为串联的电连接关系即可，例如，在其他示例中，可在非相邻的感应件之间进行串联。

因压电单元所包括的多个感应件之间为串联的电连接关系，则压电单元输出给放大电路404的电压的大小为各感应件的电压之和，继续以图13所示为例，压电单元输出的电压V＝V1+V2+V3+V4。其中，V1为感应件1301所检测到的电压、V2为感应件1302所检测到的电压、V3为感应件1303所检测到的电压、V4为感应件1304所检测到的电压。

可见，采用本实施例所示的电连接方式，能够有效地提高压电单元向放大电路404所输出的电压的大小，从而有效地提高了压电式MEMS传感器的灵敏度。

电连接方式2

本电连接方式中，该压电单元所包括的第三感应件和第四感应件之间为并联的电连接关系，且所述第三感应件的所述第一电极与所述第四感应件的所述第一电极电连接，所述第三感应件的所述第二电极与所述第四感应件的所述第二电极电连接。其中，该第三感应件和所述第四感应件为该压电单元所包括的任意两个具有直接电连接关系的感应件。

具体如图14所示，其中图14以压电单元包括四个感应件为例进行示例性说明，对于该四个感应件(即感应件1401、感应件1402、感应件1403以及感应件1404)中，相邻的两个感应件之间为并联的电连接关系，可见，若第三感应件为感应件1401，则第四感应件为感应件1402，又如，若第三感应件为1402，则第四感应件为感应件1403，若第三感应件为感应件1403，则第四感应件为感应件1404，以下具体对该四个感应件的电连接方式进行说明：

具体地，感应件1401的第一电极、感应件1402的第一电极、感应件1403的第一电极和感应件1404的第一电极依次电连接，且感应件1401的第二电极、感应件1402的第二电极、感应件1403的第二电极和感应件1404的第二电极依次电连接，感应件1401的第二电极引出电压的正极，感应件1404的第一电极引出电压的负极，该正极和该负极均电连接至如图4所示的放大电路404。

需明确的是，上述对具体的并联关系的说明为可选地示例不做限定，只要压电单元所包括的两个感应件之间为并联的电连接关系即可，例如，在其他示例中，可在非相邻的感应件之间进行并联。

本实施例以呈圆形结构的压电薄膜进行切分以形成如图14所示的四个感应件为例进行示例性说明，因切分后的四个感应件之间为并联的电连接关系，则切分后的各感应件保持了与切分前的压电薄膜的电容值。

电连接方式3

本电连接方式中，该压电单元包括多个感应件单元，本实施例以各感应件单元包括两个感应件为例进行示例性说明，在其他示例中，各感应件单元也可包括两个以上的感应件，具体不做限定。多个感应件单元中包括第一感应件单元和第二感应件单元，其中，第一感应件单元和第二感应件单元为多个感应件中具有直接电连接关系的两个感应件单元。具体地，该第一感应件单元所包括的两个所述感应件之间为并联的电连接关系，而所述第一感应件单元和所述第二感应件单元之间为串联的电连接关系。

具体如图15所示，其中图15以压电单元包括四个感应件单元，即感应件单元1511、感应件单元1512、感应件单元1513以及感应件单元1514为例，可见，若感应件单元1511为第一感应件单元，则感应件单元1512为第二感应件单元，又如，若感应件单元1512为第一感应件单元，则感应件单元1513为第二感应件单元，又如，若感应件单元1513为第一感应件单元，则感应件单元1514为第二感应件单元。

在上述电连接方式1和电连接方式2中，多个感应件之间，采用单一的电连接关系，即采用串联(电连接方式1)或并联(电连接方式2)中的一种，而本电连接方式的示例中，多个感应件之间，采用串联与并联结合的方式，实现多个感应件之间的电连接关系。以感应件单元1511和感应件1512为例进行说明：即该感应件单元1511所包括的第五感应件1501和第六感应件1505之间为并联的电连接关系，而感应件单元1511的第五感应件1501和感应件单元1512的第七感应件1502之间为串联的电连接关系，感应件单元1511的第六感应件1505和感应件单元1512的第八感应件1506之间为串联的电连接关系。

为更好的理解，以下以图15所示为例，对包括有八个感应件的压电单元是如何进行电连接的进行说明：

对于该八个感应件(即感应件1501至感应件1508)中，感应件1501、感应件1502、感应件1503与感应件1504串联连接，感应件1505、感应件1506、管硬件1507与感应件1508串联连接，具体电连接方式的说明，请详见上述电连接方式1所示，不做赘述，感应件1501与感应件1505之间、感应件1502与感应件1506之间、感应件1503与感应件1507之间、感应件1504与感应件1508之间，均为并联的电连接关系，具体电连接方式的说明，请详见上述电连接方式2所示。感应件1504和感应件1505共同引出正极，感应件1504和感应件1508共同引出负极，该正极和该负极均电连接至如图4所示的放大电路404。

需明确的是，图15所示仅为一种电连接关系的示例，不做限定，只要压电单元所包括的多个感应件之间，通过串联和并联结合的方式进行电连接即可。

可选地，上述实施例以沿所述进声通道406的轴向方向420，所述压电式MEMS传感器包括有一层感应件为例进行示例性说明，多个感应件通过串联和/或并联的方式与放大电路电连接。可选地，所述压电式MEMS传感器也可包括有多层感应件，即沿所述进声通道406的轴向方向420，有两个或两个以上的感应件呈堆叠式设置，多个堆叠设置的感应件通过串联和/或并联的方式与放大电路电连接，有效地提高了压电式MEMS传感器输出的电压的大小。

本申请实施例提供一种终端设备，包括本申请上述实施例提供的压电式MEMS麦克风，图16示出了本申请一个示例性实施例提供的终端设备的结构框图，该终端设备可以是：智能手机、平板电脑、智能机器人、笔记本电脑等集成了音频功能的设备，也可以是具有语音识别功能的汽车等交通工具，该终端设备还可能被称为用户设备、便携式终端、膝上型终端、台式终端、车载终端等其他名称。

通常，终端设备还包括：处理器1601和存储器1602。

处理器1601可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器1601可以采用数字信号处理(digital signal processing，DSP)、现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，FPGA)、可编程逻辑阵列(programmable logicarray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器1601也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器(centralprocessing unit，CPU)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器1601可以集成有图像处理器(graphics processing unit，GPU)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器1601还可以包括人工智能(artificial intelligence，AI)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器1602可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器1602还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器1602中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令。

在一些实施例中，终端设备还可选包括有：外围设备接口1603和至少一个外围设备。处理器1601、存储器1602和外围设备接口1603之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口1603相连。具体地，外围设备包括：摄像头组件1604、射频电路1605、显示屏1606、音频系统1607、定位组件1608和电源1609中的至少一种。

外围设备接口1603可被用于将输入/输出(Input/Output，I/O)相关的至少一个外围设备连接到处理器1601和存储器1602。在一些实施例中，处理器1601、存储器1602和外围设备接口1603被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器1601、存储器1602和外围设备接口1603中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。

摄像头组件1604用于采集图像或视频，将采集的图像或视频信息发送给处理器1601，进行图像预览处理或者保存。在一些实施例中，摄像头组件1604还可以包括闪光灯。

射频电路1605用于接收和发射射频(radio frequency，RF)信号，也称电磁信号。射频电路1605通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路1605将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。

显示屏1606用于显示用户界面(user interface，UI)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。

音频系统1607可以包括本申请实施例提供的压电式MEMS麦克风(如图4或5所示)和音频电路，其中，压电式MEMS麦克风用于采集用户及环境的声音信号，并将声音信号转换为电压，将电压值发送给音频电路；音频电路用于将电压值转换为电信号，可以将电信号输入至处理器1601进行处理；或者输入至射频电路1605以实现语音通信。出于立体声采集或降噪的目的，该麦克风的数量可以为多个，分别设置在终端的不同部位。在一些实施例中，音频系统1607还可以包括耳机插孔和扬声器。

定位组件1608用于定位终端设备的当前地理位置，以实现导航或基于位置的服务(location based service，LBS)。

电源1609用于为终端设备中的各个组件进行供电。

本领域技术人员可以理解，图16中示出的结构并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。

需要说明的是，为使本申请实施例的说明清晰，参考附图可能未显示不相关的部件，并且为了清晰，层和区域的厚度可能被夸大。虽然本申请实施例提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种压电式MEMS传感器，其特征在于，包括具有进声通道的基座，所述基座的端面固定有支撑层，所述支撑层覆盖所述进声通道的通道口；

所述压电式MEMS传感器还包括压电单元，所述压电单元位于所述支撑层背离所述基座的表面，与所述通道口位置相对应，其中，所述压电单元用于在来自于所述进声通道的声音信号的作用下获取对应的电压；

所述压电单元包括多个感应件，所述多个感应件中任意相邻的两个所述感应件之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述感应件包括感应件本体，所述感应件本体包括沿所述进声通道径向位置相对的第一端部和第二端部，所述第一端部靠近所述基座，所述第二端部靠近所述通道口中心区域，所述感应件本体的面积沿靠近所述第二端部的方向逐渐递减，所述感应件本体包括至少一层由压电材料制成的薄膜。

3.根据权利要求2所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，沿所述进声通道的轴向方向，各所述感应件本体靠近所述进声通道轴心线的端部与所述通道口的中心区域位置相对。

4.根据权利要求1至3任一项所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述支撑层包括至少一个第一穿孔，所述感应件包括与所述第一穿孔同轴设置的第二穿孔，且所述第一穿孔与所述第二穿孔均与所述通道口位置相对应。

5.根据权利要求2或3所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述感应件还包括第一电极和第二电极，沿所述进声通道的轴向方向，所述感应件本体包括位置相对的第一表面和第二表面，所述第一电极位于所述第一表面上，所述第二电极位于所述第二表面上；所述第一电极和所述第二电极用于获取所述电压。

6.根据权利要求5所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述第一电极的面积和所述第二电极的面积不相等。

7.根据权利要求5或6所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述多个感应件所包括的两个所述感应件之间为串联的电连接关系。

8.根据权利要求7所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述多个感应件包括第一感应件和第二感应件，所述第一感应件的所述第一电极与所述第二感应件的所述第二电极电连接。

9.根据权利要求5或6所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述多个感应件所包括的两个所述感应件之间为并联的电连接关系。

10.根据权利要求9所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述多个感应件包括第三感应件和第四感应件，所述第三感应件的所述第一电极与所述第四感应件的所述第一电极电连接，且所述第三感应件的所述第二电极与所述第四感应件的所述第二电极电连接。

11.根据权利要求5或6所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述压电单元包括第一感应件单元和第二感应件单元，所述感应件单元所包括的所述感应件之间为并联的电连接关系，两个所述感应件单元之间为串联的电连接关系。

12.根据权利要求11所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述第一感应件单元包括第五感应件和第六感应件，所述第二感应件单元包括第七感应件和第八感应件；

所述第五感应件的所述第一电极与所述第六感应件的所述第一电极电连接，且所述第五感应件的所述第二电极与所述第六感应件的所述第二电极电连接，所述第七感应件的所述第一电极与所述第八感应件的所述第一电极电连接，且所述第七感应件的所述第二电极与所述第八感应件的所述第二电极电连接；所述第五感应件的所述第二电极与所述第七感应件的所述第一电极电连接，所述第六感应件的所述第二电极与所述第八感应件的所述第一电极电连接。

13.根据权利要求1至12任一项所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述压电单元呈圆形结构，且所述感应件呈扇形结构。

14.根据权利要求1至13任一项所述的压电式MEMS传感器，其特征在于，所述支撑层的材质为如下所示的一项或多项：

氮化硅、多晶硅、单晶硅、二氧化硅、碳化硅或有机聚合物。

15.一种压电式MEMS麦克风，其特征在于，包括压电式MEMS传感器和放大电路，所述压电式MEMS传感器和所述放大电路电连接，所述压电式MEMS传感器用于在声音信号的作用下获取电压，所述放大电路用于获取所述电压并进行放大处理，所述压电式MEMS传感器如权利要求1至14任一项所示。

16.一种终端设备，其特征在于，包括音频系统，所述音频系统包括一个或多个压电式MEMS麦克风，以及与所述压电式MEMS麦克风电连接的音频电路，所述压电式MEMS麦克风如权利要求15所示。

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