CN115065920A - Mems装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种MEMS装置和电子设备。所述MEMS装置包括基底和设置于所述基底上的振动组件；所述振动组件包括背极板和第一振膜，所述第一振膜位于所述背极板的第一侧；所述背极板的中心位置处设置有第一通孔，所述第一振膜具有工作区和非工作区；其中，所述工作区被配置为能够通过振动实现所述第一振膜的声学性能；所述非工作区位于与所述第一通孔相对的位置处，且所述非工作区设置有多个微孔。本申请提供的MEMS装置能够很大程度上阻挡空气中的水汽或杂质通过，实现了很好的防水、防尘效果，并且，将微孔设置于非工作区，对振动组件的声学性能影响较小。

Description

MEMS装置和电子设备
技术领域
本申请涉及电子设备技术领域，更具体地，涉及一种MEMS装置和电子设备。
背景技术
微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的独立智能系统。微机电系统由于其内部结构一般在微米甚至纳米量级，被普遍应用于电子设备中。
微机电系统在使用时通常需要设计较高的防水等级，以避免被外部空气中的水汽或杂质侵入，导致其功能受损。现有技术中，对于微机电系统具有较多的防水方案，但其防水效果均不理想。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种MEMS装置和电子设备的新技术方案。
根据本申请的第一方面，提供了一种MEMS装置，包括：
基底和设置于所述基底上的振动组件；
所述振动组件包括背极板和第一振膜，所述第一振膜位于所述背极板的第一侧；
所述背极板的中心位置处设置有第一通孔，所述第一振膜具有工作区和非工作区；
其中，所述工作区被配置为能够通过振动实现所述第一振膜的声学性能；所述非工作区位于与所述第一通孔相对的位置处，且所述非工作区设置有多个微孔。
可选地，在所述第一振膜的至少位于所述非工作区的位置处设置有疏水涂层，所述疏水涂层采用疏水材料涂覆而成。
可选地，所述基底上具有与所述第一振膜形成的腔体结构，所述疏水涂层位于所述第一振膜上远离于所述背极板的一侧，并延伸至所述腔体结构的内表面。
可选地，在靠近于所述第一振膜边缘的位置处设置有绝缘隔离带，所述工作区和所述非工作区均位于所述绝缘隔离带的内侧，且所述工作区能够与外部电路连接。
可选地，所述非工作区在所述背极板上的投影与所述第一通孔重合。
可选地，所述振动组件还包括第二振膜，所述第二振膜位于所述背极板的第二侧；
所述第二振膜上设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔相对设置。
可选地，所述振动组件还包括连接结构，所述连接结构用于连接所述第一振膜和所述第二振膜，使所述第一振膜与第二振膜的振动状态一致。
可选地，所述连接结构包括筒状的连接件，筒状的所述连接件穿过所述第一通孔，将所述背极板封装在所述第一振膜和所述第二振膜之间。
可选地，所述连接结构包括多个连接柱，所述背极板还具有多个透气孔；
每个所述连接柱穿过其中一个所述透气孔连接于所述第一振膜和所述第二振膜之间。
根据本申请的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面所述的MEMS装置。
本申请的一个技术效果为：
本申请通过在背极板的中心位置处设置第一通孔，并在位于第一振膜上的与第一通孔相对的非工作区设置微孔，一方面实现了使振动组件两侧的空气能够对流的作用；另一方面，由于微孔的尺寸较小，能够很大程度上阻挡空气中的水汽或杂质通过，实现了很好的防水、防尘效果。另外，将微孔设置于非工作区，在实际使用中，不会改变振膜组件的低频性能，对振动组件的声学性能影响较小。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1是本发明提供的第一种MEMS装置的结构示意图。
图2是本发明提供的第二种MEMS装置的结构示意图。
图3是本发明提供的第三种MEMS装置的结构示意图。
图4是本发明提供的一种第一振膜的俯视结构示意图。
附图标记说明：
1、基底；11、腔体结构；2、第一振膜；21、微孔；22、工作区；23、非工作区；24、绝缘隔离带；25、疏水涂层；3、背极板；31、第一通孔；32、透气孔；4、导线；5、第二振膜；51、第二通孔；6、连接结构；61、连接件；62、连接柱。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
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，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
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。
如图1至图4所示，根据本申请的第一方面，提供了一种MEMS装置，包括：基底1和设置于所述基底1上的振动组件；所述振动组件包括背极板3和第一振膜2，所述第一振膜2位于所述背极板3的第一侧；所述背极板3的中心位置处设置有第一通孔31，所述第一振膜2具有工作区22和非工作区23；其中，所述工作区22被配置为能够通过振动实现所述第一振膜2的声学性能；所述非工作区23位于与所述第一通孔31相对的位置处，且所述非工作区23设置有多个微孔21。
具体地，本申请提供的MEMS装置的振动组件可以实现特定的声学功能。例如，将其应用于麦克风或扬声器设备中。本申请对此不做限制。如图1至图3所示，振动组件设置于基底1上，基底1对其起到一定的支撑和固定的作用，基底1一般采用绝缘材料或半导体材料制成。振动组件包括背极板3和第一振膜2，在实际应用中，可将第一振膜2和背极板3均通过导线4等导电结构连接至电路中，实现特定的声学性能。
背极板3上设置有第一通孔31，可用于平衡背极板3两侧的气压，实现其两侧的空气流通。在现有技术中，一般会在第一振膜2上设置一个孔洞结构，可与第一通孔31连通，实现振动组件两侧气压的平衡，但这种方式由于第一通孔31和孔洞结构的尺寸较大，会导致振动组件一侧的外界空气中的水汽或杂质通过第一振膜2上的通孔和第一通孔31进入到振动组件的另一侧的空间内，导致振动组件的另一侧的零部件或连接导线4等结构被水汽侵蚀，损坏内部结构。
本实施例在第一振膜2上设置与第一通孔31相对设置的非工作区23，并在非工作区23设置多个微孔21。一方面，多个微孔21能够与第一通孔31连通，使得振动组件两侧的空气能够通过微孔21和第一通孔31实现对流，实现平衡振动组件两侧气压的效果。其中，“连通”指的是气流连通，并不指代其在结构上连通。另一方面，在微孔21指的是孔径小于2纳米的孔，其尺寸相对于第一通孔31的尺寸会小很多，具有一定的疏水作用，降低了外界空气中的水汽或杂质通过第一通孔31和微孔21进入MEMS装置的内部空间的风险，提高了MEMS装置的防水、防尘效果。
其中，第一通孔31位于背极板3的中心位置处，在第一振膜2工作时，其中心区域两侧的气压变化最大，将非工作区23设置于与第一通孔31相对的位置处，可以有效平衡振动组件两侧的气压，非工作区23的面积也可以设计的更小。
在实际使用中，第一振膜2能够在声音信号的作用下发生振动，并实现第一振膜2的声学性能的区域为工作区22，而第一振膜2上位于与第一通孔31相对位置处的区域，由于其不参与与背极板3的相互作用，在此区域内(即非工作区23)设置多个微孔21，可以实现减小对于整个振动组件声学性能的影响，使得采用本申请提供的MEMS装置制备而成的电子设备同时具有较好的防水效果和优良的声学性能。
可选地，参考图3，在所述第一振膜2的至少位于所述非工作区23的位置处设置有疏水涂层25，所述疏水涂层25采用疏水材料涂覆而成。
具体地，在实际使用中，第一振膜2也具有一定的疏水作用，水汽或杂质难以穿过第一振膜2，而非工作区23的微孔21尺寸较小，也能够阻挡大部分水汽和杂尘。在至少位于非工作区23的位置设置疏水涂层25，可以使位于非工作区23的水汽等被疏离，避免水汽或较小的杂尘通过微孔21进入，进一步提高振动组件的防水性能。在另一个实施例中，疏水涂层25可延伸至整个第一振膜2，提高其疏水性能。其中，疏水涂层25采用疏水性材料涂覆而成，涂层的厚度较薄，一方面能够避免其堵塞微孔21，另一方面，也不会增加第一振膜2的厚度和重量，避免影响第一振膜2振动幅度，保证了其声学性能。
另外，在本实施例中，由于疏水涂层25提高了非工作区23的疏水性能，因此微孔21的尺寸可以设计为较大尺寸，较大尺寸的微孔21对于空气的流通具有更好的效果，因此其数量也可相对地减少，从而使得非工作区23域的面积减少，工作区22的面积相对增加，提高了第一振膜2的实际工作面积，提高了其声学性能。
在上述实施例中，疏水材料可以选择例如有机氟化合物或丙烯酸酯等材料，其在现有工艺中应用于涂层工艺已非常成熟，制造成本较低，适用于批量生产，而疏水涂层25的喷涂可采用气相沉积等工艺制备
可选地，参考图3，所述基底1上具有与所述第一振膜2形成的腔体结构11，所述疏水涂层25位于所述第一振膜2上远离于所述背极板3的一侧，并延伸至所述腔体结构11的内表面。
具体地，在生产过程中，疏水涂层25通常可在最后进行喷涂，将其设置在第一振膜2上远离于所述背极板3的一侧，即朝向振动组件的外侧，有利于喷涂工艺的实现。另外，疏水涂层25可延伸至基底1上与第一振膜2形成的空腔结构的内表面，避免水汽等杂质通过两者的结合处进入产品内部，进一步提高了MEMS装置的防水性能。
可选地，参考图4，在靠近于所述第一振膜2边缘的位置处设置有绝缘隔离带24，所述工作区22和所述非工作区23均位于所述绝缘隔离带24的内侧，且所述工作区22能够与外部电路连接。
具体地，位于第一振膜2边缘处的区域在第一振膜2实际工作过程中，其振动幅度较小，并且容易受到与其连接或固定的基底1或其它结构的影响，导致振动组件的声学效果不佳。在本实施例中，通过在靠近于第一振膜2边缘的位置处设置绝缘隔离带24，并将位于绝缘隔离带24内侧的区域与外部电路连接，使第一振膜2上位于绝缘隔离带24外侧的区域的振动不参与第一振膜2的工作，实现了屏蔽噪音的效果，使得仅有工作区22的振动参与到第一振膜2的工作中，即在一种实施例中，仅有工作区22的振动会通过外部电路转化为电流信号，提高了第一振膜2的声学效果。
在实际应用中，非工作区23与第一通孔31相对设置，其与背极板3没有相对的区域，即使其与外部电路连通，也不会参与第一振膜2的工作，将其布设在绝缘隔离带24的内侧，一方面非工作区23位于第一振膜2振幅较大的区域，使第一振膜2能够通过微孔21实现良好的透气作用，另一方面又不会影响其声学性能。
可选地，参考图2至图3，所述非工作区23在所述背极板3上的投影与所述第一通孔31重合。
具体地，在本实施例中，非工作区23在背极板3上的投影与第一通孔31重合，即非工作区23的尺寸与第一通孔31的尺寸相同，提高了微孔21的利用率。
可选地，参考图2至图3，所述振动组件还包括第二振膜5，所述第二振膜5位于所述背极板3的第二侧；所述第二振膜5上设置有第二通孔51，所述第二通孔51与所述第一通孔31相对设置。
具体地，双振膜结构的振动组件，其灵敏度更好，降噪能力也更好。在本实施例中，第二振膜5设置于背极板3的第二侧，在实际应用中，可设置于MEMS装置的内侧，在第二振膜5上设置与第一通孔31相对的第二通孔51，使振动组件两侧的气流可依次通过微孔21、第一通孔31和第二通孔51进行对流，实现平衡振动组件内外两侧气压的作用。其中，在第二振膜5的边缘处也可设置绝缘隔离带24。
可选地，参考图2至图3，所述振动组件还包括连接结构6，所述连接结构6用于连接所述第一振膜2和所述第二振膜5，使所述第一振膜2与第二振膜5的振动状态一致。
具体地，在本实施例中，第一振膜2与第二振膜5通过连接结构6连接为一体，在振动组件工作过程中，第一振膜2和第二振膜5的振动状态一致，即第一振膜2和第二振膜5的振幅以及振动方向均相同，使得振动组件的声学性能更加一致。另外，连接结构6对于第一振膜2和第二振膜5还具有一定的支撑作用，能够限制第一振膜2或第二振膜5发生超出设计范围的振动幅度，防止其破损，提高了振动组件的使用寿命。
可选地，参考图2至图3，所述连接结构6包括筒状的连接件61，筒状的所述连接件61穿过所述第一通孔31，将所述背极板3封装在所述第一振膜2和所述第二振膜5之间。
具体地，连接结构6包括筒状的连接件61，筒状的连接件61可以穿设于第一通孔31中，一端连接于第二振膜5上的位于第二通孔51的位置处，另一端连接于第一振膜2上的位于非工作区23边缘的位置处，使得筒状结构的立面对背极板3实现封装，避免水汽或杂尘进入到背极板3的两侧，提高了振动组件的可靠性。
另外，筒状结构的连接件61与第一振膜2和第二振膜5形成的密封空间，即背极板3所在的密封空间内可设置成低气压状态或真空状态，在上述状态下，密封空间内的空气粘滞系数较低，可以使得第一振膜2和第二振膜5振动时，有效降低空气在第一通孔31或透气孔32中的穿梭摩擦，消除了部分噪音，提高了MEMS装置的声学性能。
可选地，参考图2至图3，所述连接结构6包括多个连接柱62，所述背极板3还具有多个透气孔32；每个所述连接柱62穿过其中一个所述透气孔32连接于所述第一振膜2和所述第二振膜5之间。
具体地，在本实施例中，背极板3上设置有多个透气孔32，用于平衡背极板3两侧的气压，提高振动组件的声学性能。另外，透气孔32中设置连接柱62，可进一步对第一振膜2和第二振膜5提供支撑作用，提高两者各个位置之间振动的一致性。
根据本申请的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面所述的MEMS装置。
具体地，在本实施例中，电子设备可以是设置有MEMS装置的麦克风或扬声器，也可以是具有上述麦克风或扬声器的手机、耳机等电子设备，本申请对此不做限制。采用本申请提供的MEMS装置制造的电子设备，其防水效果得到了大幅度的改善，并且能够保证其声学性能。
例如，在一种实施例中，将本申请提供的MEMS装置设置于麦克风中，麦克风包括电路板以及设置于电路板一侧的壳体，壳体与电路板形成一定的腔体结构11，且电路板上设置有用于收集声音信号的孔洞结构，将MEMS装置封设于孔洞结构处，并且使第一振膜2朝向远离于腔体结构11的一侧。在腔体结构11的内侧可以设置与MEMS装置连接的ASIC(专用集成电路Application Specific Integrated Circuit)芯片，以实现麦克风的声学性能。
上述麦克风在实际应用中，如果防水效果不佳，位于麦克风外部的水汽会有进入腔体内部，并导致ASIC和MEMS短路或漏电的风险发生。而采用了本申请提供的MEMS装置，当水汽等杂质通过电路板上的孔洞结构以后，会被第一振膜2阻挡在外部，并且，第一振膜2上的非工作区23设置的微孔21能够实现麦克风内外两侧的空气的对流，既提高了麦克风的防水性能，也保证了其声学性能。
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种MEMS装置，其特征在于，包括：
基底和设置于所述基底上的振动组件；
所述振动组件包括背极板和第一振膜，所述第一振膜位于所述背极板的第一侧；
所述背极板的中心位置处设置有第一通孔，所述第一振膜具有工作区和非工作区；
其中，所述工作区被配置为能够通过振动实现所述第一振膜的声学性能；所述非工作区位于与所述第一通孔相对的位置处，且所述非工作区设置有多个微孔。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS装置，其特征在于，在所述第一振膜的至少位于所述非工作区的位置处设置有疏水涂层，所述疏水涂层采用疏水材料涂覆而成。
3.根据权利要求2所述的一种MEMS装置，其特征在于，所述基底上具有与所述第一振膜形成的腔体结构，所述疏水涂层位于所述第一振膜上远离于所述背极板的一侧，并延伸至所述腔体结构的内表面。
4.根据权利要求1所述的一种MEMS装置，其特征在于，在靠近于所述第一振膜边缘的位置处设置有绝缘隔离带，所述工作区和所述非工作区均位于所述绝缘隔离带的内侧，且所述工作区能够与外部电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种MEMS装置，其特征在于，所述非工作区在所述背极板上的投影与所述第一通孔重合。
6.根据权利要求1所述的一种MEMS装置，其特征在于，所述振动组件还包括第二振膜，所述第二振膜位于所述背极板的第二侧；
所述第二振膜上设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔相对设置。
7.根据权利要求6所述的一种MEMS装置，其特征在于，所述振动组件还包括连接结构，所述连接结构用于连接所述第一振膜和所述第二振膜，使所述第一振膜与第二振膜的振动状态一致。
8.根据权利要求7所述的一种MEMS装置，其特征在于，所述连接结构包括筒状的连接件，筒状的所述连接件穿过所述第一通孔，将所述背极板封装在所述第一振膜和所述第二振膜之间。
9.根据权利要求8所述的一种MEMS装置，其特征在于，所述连接结构包括多个连接柱，所述背极板还具有多个透气孔；
每个所述连接柱穿过其中一个所述透气孔连接于所述第一振膜和所述第二振膜之间。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的MEMS装置。
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