CN204836578U - Mems麦克风的振膜结构及mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
公开了一种MEMS麦克风的振膜结构及MEMS麦克风。一种MEMS麦克风的振膜结构，其特征在于，包括：振膜主体、锚区以及多个连接所述振膜主体和锚区的折叠梁，其中，所述折叠梁包括多个连续延伸的段，以及向着相邻段横向延伸的多个第一突起，用于限制该段以及相邻段的相对范围，使得折叠梁不易损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及麦克风技术领域，具体涉及一种MEMS麦克风的振膜结构及MEMS麦克风。
背景技术
MEMS麦克风是采用微机电系统(MicroelectromechanicalSystems,MEMS)，与传统驻极体电容式麦克风(ECM)相比，具有更好的声学性能、更高的信噪比、更好的一致性的敏感度以及更低的功耗。MEMS麦克风已经广泛应用在智能手机、笔记本电脑等领域以提供更高的语音质量。
如图1所示，现有技术的MEMS麦克风例如包括电容式的MEMS传感器10、滤波器20和和专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)芯片30。MEMS传感器10包括制作在同一衬底上的由振膜11和背板12组成的电容。背板12固定，振膜11在声信号的作用下振动，产生电容的变化，ASIC芯片30将该电容信号转变为电信号。
现有技术的一种振膜结构如图2所示，振膜主体100通过四个折叠梁连接锚区200，振膜主体和折叠梁为一体结构，通过MEMS工艺形成。现有技术的一种折叠梁如图3所示，折叠梁的一端连接振膜主体100，另一端连接锚区200。折叠梁包括3个的沿第一方向的段111。折叠梁上还包括多个突起113。
现有技术的振膜结构并不能限制折叠梁在平面的振动，存在振动幅度较大导致折叠梁断裂的风险。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种振膜结构，通过在折叠梁上设置突起，限制折叠梁的在振膜平面内的运动范围，提高了折叠梁的结构稳定性。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种MEMS麦克风的振膜结构，该振膜结构包括：振膜主体、锚区以及多个连接所述振膜主体和锚区的折叠梁，其中，所述折叠梁包括多个连续延伸的段，以及向着相邻段横向延伸的多个第一突起，用于限制该段以及相邻段的相对范围。
优选地，所述第一突起的长度大于相邻段之间的间隙的一半。
优选地，相邻段之间的间隙为2微米至20微米，第一突起和相邻的段之间的间隙为0.5微米至2微米。
优选地，至少一个所述段包括沿振膜的振动方向的第二突起。
优选地，至少一个所述第二突起设置于所述第一突起上。
优选地，所述振膜结构还包括设置于背板上的第三突起。
优选地，所述第三突起和第二突起在振膜平面的投影位置靠近。
优选地，相邻第一突起之间的过渡曲线在数学上连续并且曲率变化均匀。
优选地，所述振膜结构还包括设置在锚区上的第四突起，用于限制所述折叠梁的运动范围。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括如上所述的振膜结构。
本实用新型的振膜结构通过在折叠梁上设置突起，限制折叠梁的在振膜平面内的运动范围，提高了折叠梁的结构稳定性。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是现有技术的MEMS麦克风的示意性结构框图；
图2是现有技术的MEMS麦克风的振膜结构的示意性结构图；
图3是图2中的折叠梁的示意性结构图；
图4是根据本实用新型实施例的折叠梁的示意性结构图；
图5是根据本实用新型实施例的振膜结构的的第二突起和第三突起的示意性结构图；以及
图6是图5中第二突起和第三突起的截面图。
具体实施方式
以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图4、图5以及图6，其中，图5中示出了AA线，表示图6的截面位置。本实用新型提供了一种MEMS麦克风的振膜结构，该振膜结构包括振膜主体100、锚区200以及设置在振膜主体和锚区之间的若干折叠梁110。
振膜主体100、锚区200以及折叠梁110共同形成在一个衬底上。振膜主体100和折叠梁110可以是单层多晶硅结构，也可以是多晶硅、氮化硅、多晶硅的复合膜结构。例如可以用低压化学气相沉积的方法依次沉积多晶硅层、氮化硅、多晶硅层，共同构成了振膜层，经过甩胶、光刻、显影、刻蚀等工艺，刻出振膜的形状，之后对上层的多晶硅层进行磷或者硼掺杂，形成n型或p型半导体，作为电容的其中一个电极。
折叠梁110包括彼此平行的段111、段121、以及段131。在下文中，定义振膜振动的方向为z方向，段111、段121、以及段131的延伸方向为x方向，y方向垂直于x方向和z方向，xy平面即振膜及折叠梁所在的平面。
在段111和段112上分别设有至少一个第一突起114。第一突起114位于xy平面内，沿着y方向突出于段111或段112。第一突起与折叠梁一体形成，例如通过对应的光刻版图一同形成。第一突起减小了相邻段之间的距离。优选地，第一突起的长度大于相邻段之间的间隙的一半。
例如，段111和段112之间的间隙是5微米，第一突起114的长度为4微米，第一突起114和段112之间的间隙为1微米。折叠梁在xy平面内的运动时，两个相邻段的y向运动可以被限制在1微米，折叠梁的结构不容易损坏。
第一突起114还使得相邻段以较小的接触面积的方式接触，降低了粘附力，提高了折叠梁的可靠性。
在本实施例中，第一突起设置在段111和段112上，替代地，第一突起也可以设置在段111和段113上或者设置在段111、段112和段113上，都能够实现限制各个段在y向的运动，避免因运动幅度过大导致折叠梁断裂。
本实用新型的振膜结构还包括设置在折叠梁上的第二突起113以及设置在背板上的第三突起115。第二突起113沿着z方向指向背板，第三突起115沿着z方向指向折叠梁。优选地，至少一个第二突起113设置在第一突起114上。振膜在振动时与背板发生面接触后存在吸合的风险，通过第二突起以及第三突起的点接触的方式减小粘附力，让折叠梁被自身弹性力拉回来。
如图5和图6所示，部分的第二突起和第三突起成对设置，第二突起和第三突起在xy平面的投影距离较近或者接触，使得相邻段在z方向的相对位移较大的时候，仍然能够通过第二突起和第三突起的侧边来保护折叠梁在x方向和y方向的运动范围不超过设定值。
例如，折叠梁同时存在z向和y向的运动，z向的相对运动范围为3微米，梁厚度为2微米，仅凭第一突起114难以将段的运动范围限制在1微米。通过成对设置的第二突起和第三突起使得两段相邻结构在z方向相对位移较大的时候，仍然能够通过第二突起和第三突起的侧边的点接触来保护结构的y向运动范围不超过设定值。
应当理解，本实用新型的折叠梁的折数不限制为3可以为大于1的整数。
由于第一至第三突起的设置使得折叠梁的形状变得复杂，采用样条曲线作为第一突起之间的连接线。避免由于局部形貌复杂带来的应力集中，使得结构强度增加。样条曲线是经过一系列给定点的光滑曲线，样条曲线不仅通过各有序型值点，并且在各型值点处的一阶和二阶导数连续，也即该曲线具有连续的、曲率变化均匀的特点。
本实用新型的振膜结构还包括设置在锚区200上的第四突起211，用于限制折叠梁的运动范围，防止运动幅度过大导致折叠梁断裂。
本实用新型的振膜结构通过设置于折叠梁上的第一突起限制了折叠梁的各段在y方向的运动范围；通过成对的第二突起和第三突起实现折叠梁同时存在z方向和y方向运动的情况下，各段在x方向和y方向的运动范围仍然不超过预定值，使得折叠梁结构不易损坏，提高了可靠性。
进一步，本实用新型还提供了一种MEMS麦克风，该MEMS麦克风包括上述实施例的振膜结构。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种MEMS麦克风的振膜结构，其特征在于，包括：振膜主体、锚区以及多个连接所述振膜主体和锚区的折叠梁，
其中，所述折叠梁包括多个连续延伸的段，以及向着相邻段横向延伸的多个第一突起，用于限制该段以及相邻段的相对范围。
2.根据权利要求1所述的振膜结构，其特征在于，所述第一突起的长度大于相邻段之间的间隙的一半。
3.根据权利要求2所述的振膜结构，其特征在于，相邻段之间的间隙为2微米至20微米，第一突起和相邻的段之间的间隙为0.5微米至2微米。
4.根据权利要求1所述的振膜结构，其特征在于，至少一个所述段包括沿振膜的振动方向的第二突起。
5.根据权利要求4所述的振膜结构，其特征在于，至少一个所述第二突起设置于所述第一突起上。
6.根据权利要求1所述的振膜结构，其特征在于，所述振膜结构还包括设置于背板上的第三突起。
7.根据权利要求6所述的振膜结构，其特征在于，所述第三突起和第二突起在振膜平面的投影位置靠近。
8.根据权利要求1所述的振膜结构，其特征在于，相邻第一突起之间的过渡曲线在数学上连续并且曲率变化均匀。
9.根据权利要求1所述的振膜结构，其特征在于，所述振膜结构还包括设置在锚区上的第四突起，用于限制所述折叠梁的运动范围。
10.一种MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风包括如权利要求1至9任一项所述的振膜结构。
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