CN206908856U - 一种mems麦克风中的振膜及mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种MEMS麦克风中的振膜及MEMS麦克风，包括振膜主体，在所述振膜主体上设置有至少两个分布在不同周向方向上的泄压部，所述每个泄压部呈环状，且所述至少两个泄压部中，位于外侧的泄压部的泄压能力小于位于内侧的泄压部。本实用新型的振膜，泄压部根据振膜的受力分布状态排列，使得在受到大气冲击时，通过泄压能力不同的泄压部可以快速均衡振膜整体各位置的压差，也就是说，均衡振膜各位置的受力，从而可以避免因气流扰动而造成振膜的扭曲变形、破裂。

Description

一种MEMS麦克风中的振膜及MEMS麦克风

技术领域

本实用新型涉及一种用于发声的振膜，更准确地说，涉及一种MEMS麦克风中的振膜；本实用新型还涉及一种MEMS麦克风。

背景技术

MEMS(微型机电系统)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，其中的振膜、背极板是MEMS麦克风中的重要部件，振膜、背极板构成了电容器并集成在硅晶片上，实现声电的转换。当MEMS麦克风受到机械冲击、吹气、跌落时，其中的MEMS芯片会受到较大的声压冲击，这往往会使振膜受到过大的压力而导致破裂受损，或者在大气冲击时会因气流扰动而扭曲变形导致振膜破裂，从而导致整个麦克风的失效。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供了一种MEMS麦克风中的振膜。

根据本实用新型的一个方面，提供一种MEMS麦克风中的振膜，包括振膜主体，在所述振膜主体上设置有至少两个分布在不同周向方向上的泄压部，所述每个泄压部呈环状，且所述至少两个泄压部中，位于外侧的泄压部的泄压能力小于位于内侧的泄压部。

可选地，所述泄压部设置有两个，分别记为位于外侧的第一泄压部，以及位于内侧的第二泄压部；所述第一泄压部为多个均匀分布在振膜主体第一圆周方向上的第一泄压装置；所述第二泄压部为多个均匀分布在振膜主体第二圆周方向上的第二泄压装置。

可选地，所述多个第二泄压装置的密度和/或尺寸大于多个第一泄压装置的密度和/或尺寸。

可选地，所述第一泄压装置、第二泄压装置为泄压孔和/或泄压阀。

可选地，所述泄压阀由缝隙限定，所述缝隙包括依次承接在一起的至少两段圆弧状缝隙，其中，相邻两段圆弧状缝隙整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称，所述泄压阀包括由至少两段相邻的圆弧状缝隙形成的至少两个阀瓣，以及连接阀瓣与振膜主体且呈束缚状的颈部。

可选地，所述圆弧状缝隙设置有两段，分别记为第一缝隙、第二缝隙，所述第一缝隙、第二缝隙共同在振膜主体上形成了第一阀瓣、第二阀瓣，以及连接第一阀瓣与振膜主体的第一颈部，连接第二阀瓣与振膜主体的第二颈部。

可选地，所述泄压阀由缝隙限定，所述缝隙包括多个从圆心位置向外辐射的辐射段，以及位于辐射段端头并分别迂回弯向辐射段两侧的圆弧段；所述泄压装置包括由相邻两个辐射段以及该两个辐射段端头相邻两个圆弧段围成的阀瓣，以及位于该两个圆弧段之间的呈束缚状的颈部，所述阀瓣与振膜主体通过颈部连接在一起。

可选地，所述辐射段至少设置有三个，均匀分布在圆周方向上。

可选地，还包括第三泄压装置，所述第三泄压装置设置有一个，设置在振膜主体的圆心位置。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种MEMS麦克风，其包括背极以及上述的振膜。

本实用新型的振膜，泄压部根据振膜的受力分布状态排列，使得在受到大气冲击时，通过泄压能力不同的泄压部可以快速均衡振膜整体各位置的压差，也就是说，均衡振膜各位置的受力，从而可以避免因气流扰动而造成振膜的扭曲变形、破裂。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是本实用新型振膜的结构示意图。

图2是本实用新型泄压阀第一种实施方式的示意图。

图3是本实用新型泄压阀第二种实施方式的示意图。

图4是本实用新型泄压阀第三种实施方式的示意图。

图5是本实用新型泄压阀第四种实施方式的示意图。

图6是图5中其中一个阀瓣的结构示意图。

图7是本实用新型泄压阀第五种实施方式的示意图。

图8是本实用新型泄压阀第六种实施方式的示意图。

图9是本实用新型泄压阀第七种实施方式的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型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实用新型的范围。

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，决不作为对本实用新型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和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术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。

参考图1，本实用新型提供了一种MEMS麦克风中的振膜，包括振膜主体1，在所述振膜主体1上设置有至少两个分布在不同周向方向上的泄压部，所述每个泄压部呈环状，且分布在振膜主体1的周向方向上。例如当振膜主体1为圆形时，每个泄压部分布在振膜主体1的圆周方向上。多个泄压部分布在振膜主体1不同的圆周方向上，且所述至少两个泄压部中，位于外侧的泄压部的泄压能力小于位于内侧的泄压部。

本实用新型的泄压部可以根据实际需要设置有多个，为了便于描述，现以两个泄压部为例，对本实用新型的技术方案进行详尽的说明。两个泄压部分别记为第一泄压部100、第二泄压部200。其中，所述第一泄压部100包括多个均匀分布在振膜主体1第一圆周方向上的第一泄压装置；所述第二泄压部200包括多个均匀分布在振膜主体1第二圆周方向上的第二泄压装置。第一泄压部100位于第二泄压部200的外侧，且第一泄压部100所在的圆周与第二泄压部200所在的圆周为同心圆。

本实用新型的振膜，位于外侧的第一泄压部100的泄压能力小于位于内侧的第二泄压部200的泄压能力，使得在振膜主体1的径向方向上，各泄压部由外至内的泄压能力逐渐增大。当振膜受到大气冲击时，振膜径向内侧所受到的较大的冲击力可以通过泄压能力较强的第二泄压部快速泄压出去；而振膜径向外侧所受到的较小的冲击力可以通过泄压能力较弱的第一泄压部快速泄压出去。

本实用新型的振膜，泄压部根据振膜的受力分布状态排列，使得在受到大气冲击时，通过泄压能力不同的泄压部可以快速均衡振膜整体各位置的压差，也就是说，均衡振膜各位置的受力，从而可以避免因气流扰动而造成振膜的扭曲变形、破裂。

在本实用新型一个优选的实施方式中，还包括第三泄压装置300，所述第三泄压装置300设置有一个，设置在振膜主体1的圆心位置。

泄压部的泄压能力可以根据泄压装置的尺寸、形状和分布密度进行调整。在本实用新型一个具体的实施方式中，多个第二泄压装置的密度和/或尺寸大于多个第一泄压装置的密度和/或尺寸，从而使得第二泄压部200的泄压能力大于第一泄压部100的泄压能力。

本实用新型的所述第一泄压装置、第二泄压装置、第三泄压装置300可以为泄压孔、泄压阀或者泄压孔与泄压阀的组合结构。在本实用新型一个优选的实施方式中，所述第一泄压装置为泄压孔、第二泄压装置为泄压阀。泄压孔的孔径为微米级，使其不会影响到振膜的有效面积，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。因此，孔径较小、泄压能力较弱的泄压孔更适合设置在振膜受力较弱的外侧位置。

当然对于本领域的技术人员而言，两个泄压部也可以全部采用泄压阀结构，例如采用结构相同或者结构不同的泄压阀。也可以采用泄压阀、泄压孔的组合结构，例如泄压孔、泄压阀间隔设置，从而形成各个泄压部。泄压阀的形状也各异，例如V型、S型、雪花型等本领域技术人员所熟知的结构。本实用新型的泄压部可以是多种不同形状的泄压阀的组合，在此不再具体说明。

在本实用新型一个优选的实施方式中，所述泄压阀由缝隙a限制成。参考图1、图2，在振膜主体1上按照预定的形状设置缝隙a，并通过所述缝隙a在振膜主体1上形成了所述的泄压阀。

其中，所述缝隙a包括依次承接在一起的至少两段圆弧状缝隙，这些圆弧状缝隙依次承接在一起，其中相邻的两段圆弧状缝隙整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称。所述泄压阀包括由至少两段相邻的圆弧状缝隙围成的至少两个阀瓣，以及连接阀瓣与振膜主体1且呈束缚状的颈部。所述颈部相对于阀瓣呈束缚状，使得阀瓣可以以该颈部为支点向上或者向下翘起，以便形成空气的通路。

本实用新型的振膜，初始状态时，阀瓣与振膜主体整体是齐平的，也就是说阀瓣处于关闭状态；当受到例如机械冲击、吹气、跌落所带来的较大声压时，结构对称的至少两个阀瓣可以以各自的颈部为支点向上或向下翘起，从而形成了有效的泄压路径，以达到泄压的目的；从一个角度而言，使得振膜可以承受大声压或跌落过程所产生的瞬间气压，避免了芯片的受损。采用对称的至少两个阀瓣，使得阀瓣的尺寸不需要太大即可符合要求，从而可保证振膜本身的性能需求。

本实用新型的圆弧状缝隙可以设置有两个、三个或者更多个，在本实用新型一个具体的实施方式，所述圆弧状缝隙设置有两段，分别记为第一缝隙5、第二缝隙6。参考图2，所述第一缝隙5、第二缝隙6分别呈非封闭的圆弧状，该两个缝隙的尺寸和形状一致，二者连接在一起后整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称。本实用新型的第一缝隙5、第二缝隙6可同时形成，例如可通过对振膜主体1进行刻蚀方式形成本实用新型的第一缝隙5、第二缝隙6。

由于在振膜主体1上设置了第一缝隙5、第二缝隙6，使得所述第一缝隙5、第二缝隙6共同在振膜主体1上形成了第一阀瓣3、第二阀瓣4，以及连接第一阀瓣3与振膜主体1的第一颈部7，连接第二阀瓣4与振膜主体1的第二颈部8，参考图2。具体地，所述第一缝隙5弯曲的形状使得其在振膜主体1上形成了第一阀瓣3，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与第一缝隙5的自由端头9之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部7形成在该第一开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状与第一缝隙5自由端头9的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第一颈部7的两侧边缘沿这第一颈部7的轴线对称。

基于相同的道理，所述第二缝隙6弯曲的形状使得其在振膜主体1上形成了第二阀瓣4，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与第二缝隙6的自由端头10之间形成了束紧的第二开口，所述第二颈部8形成在该第二开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状与第二缝隙6自由端头10的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第二颈部8的两侧边缘沿着第二颈部8的轴线对称。

当振膜主体1受到较大的气压冲击时，所述第一阀瓣3、第二阀瓣4可以分别以第一颈部7、第二颈部8为支点发生向上或者向下翘起的动作，从而打开了气体穿过振膜主体1的泄压通道。所述第一颈部7、第二颈部8采用对称的结构，使得第一阀瓣、第二阀瓣在受到较大压力而开启时，可以避免由于振膜本身应力而产生的翘曲变形问题，从而可以保持振膜主体1的平整度。

在本实用新型另一个实施方式中，为了加大泄压阀的泄压量，所述圆弧状缝隙设置有三段，分别记为依次承接在一起的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a，参考图3。与上述实施例基于类似的原理，所述第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a共同在振膜主体1上形成了第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣，以及连接第一阀瓣与振膜主体的第一颈部，连接第二阀瓣与振膜主体的第二颈部，连接第三阀瓣与振膜主体的第三颈部。

所述第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a分别呈非封闭的圆弧状，该三个缝隙的尺寸和形状一致，使得三个缝隙依次连接在一起后，相邻两个缝隙整体呈S形，且相邻两个缝隙相对于它们连接的位置呈中心对称。本实用新型的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a可同时形成，例如可通过对振膜主体1进行刻蚀方式形成本实用新型的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a。

所述第一缝隙5弯曲的形状使得其在振膜主体1上形成了第一阀瓣，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与第一缝隙5的自由端头之间形成了束紧的第一开口，所述第一颈部形成在该第一开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状与第一缝隙5自由端头的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第一颈部的两侧边缘沿其轴线对称。

所述第二缝隙6弯曲的形状使得其在振膜主体1上形成了第二阀瓣，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接的位置与所述第二缝隙6和第三缝隙5a连接的位置之间形成了束紧的第二开口，所述第二颈部形成在该第二开口位置。优选的是，所述第一缝隙5和第二缝隙6连接位置的形状，与第二缝隙6和第三缝隙5a连接位置的形状沿着二者的轴线对称，使得所述第二颈部的两侧边缘沿第二颈部的轴线对称。

所述第三缝隙5a弯曲的形状使得其在振膜主体1上形成了第三阀瓣，所述第二缝隙6和第三缝隙5a连接的位置与第三缝隙5a的自由端头之间形成了束紧的第三开口，所述第三颈部形成在该第三开口位置。优选的是，所述第二缝隙6和第三缝隙5a连接位置的形状与第三缝隙5a自由端头的形状沿着二者之间的轴线对称分布，使得所述第三颈部的两侧边缘沿其轴线对称。

在本实用新型另一个实施方式中，所述圆弧状缝隙设置有四段，分别记为依次承接在一起的第一缝隙5、第二缝隙6、第三缝隙5a、第四缝隙6a，参考图4。这四段缝隙共同在振膜主体1上形成了第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣、第四阀瓣，以及分别连接第一阀瓣、第二阀瓣、第三阀瓣、第四阀瓣与振膜主体1的第一颈部、第二颈部、第三颈部、第四颈部。该实施例与上述实施例的结构类似，在此不再具体说明。

本实用新型的泄压阀也可以采用如图5所示的雪花状结构，参考图5。所述泄压阀同样由缝隙限制成，所述缝隙包括多个从圆心位置向外辐射的辐射段，以及位于辐射段端头并分别迂回弯向辐射段两侧的圆弧段；所述每个辐射段从圆心位置向外辐射，在每个辐射段的外侧端头均承接有两个圆弧段，该两个圆弧段从辐射段的端头位置朝向辐射段的外侧延伸，并最终分别迂回弯向辐射段的两侧。

所述泄压阀包括由相邻两个辐射段以及该两个辐射段端头相邻两个圆弧段围成的阀瓣2a，以及位于该两个圆弧段之间的呈束缚状的颈部20，所述阀瓣2a与振膜主体1通过颈部20连接在一起。所述颈部20相对于阀瓣2a呈束缚状，使得阀瓣2a可以以该颈部20为支点向上或者向下翘起，以便形成空气的通路。

具体地，参考图5，第一辐射段3b、第二辐射段4b由圆心的位置向外辐射，二者之间的夹角可以根据实际需要而定。在所述第一辐射段3b的外侧端头设置有非封闭的第一圆弧段a 30、第一圆弧段b 31，该两个圆弧段从第一辐射段3b的端头位置朝向第一辐射段3b的外侧延伸，并最终迂回弯向第一辐射段3b的两侧。同样的，在所述第二辐射段4b的外侧端头设置有非封闭的第二圆弧段a 40、第二圆弧段b 41，该两个圆弧段从第二辐射段4b的端头位置朝向第二辐射段4的外侧延伸，并最终迂回弯向第二辐射段4b的两侧。

所述第一辐射段3b、第二辐射段4b以及相邻的第一圆弧段b 31、第二圆弧段a 40围成了阀瓣2b，并在第一圆弧段b 31、第二圆弧段a 40之间的位置形成了呈束缚状的颈部20，使得所述阀瓣2b通过该颈部20与振膜主体1连接在一起，参考图5、图6。该阀瓣2b呈桃心状，优选的是，所述颈部20的两侧沿其轴线对称。而且颈部20形状的选择可以通过调整圆弧段的形状实现。

本实用新型的振膜，初始状态时，阀瓣与振膜主体整体是齐平的，也就是说阀瓣处于关闭状态；当受到例如机械冲击、吹气、跌落所带来的较大声压时，阀瓣可以以其颈部为支点向上或向下翘起，从而形成了有效的泄压路径，以达到泄压的目的；从一个角度而言，使得振膜可以承受大声压或跌落过程所产生的瞬间气压，避免了芯片的受损。

本实用新型的辐射段优选至少设置有三个，均匀分布在圆周方向上。图7示出了设置有八个辐射段的示意图，相邻两个辐射段之间的夹角为45°。图8示出了设置有十二个辐射段的示意图，相邻两个辐射段之间的夹角为30°。图9示出了设置有三个辐射段的示意图，相邻两个辐射段之间的夹角为120°。也就是说，本领域技术人员可以根据需求选择阀瓣的数量及辐射段之间的夹角。在相同的面积下，夹角越小，阀瓣则更容易打开，辐射段之间的夹角优选为30°至120°。

本实用新型的辐射段可以呈直线状，也可以采用曲线状。其中，相邻两个辐射段交接的位置形成了尖端结构，这就使得所述阀瓣更容易被打开，以保证振膜的性能。本实用新型的泄压阀，其结构简单，在保证泄压性能的基础上，可以减少占用的振膜面积，从而保证了振膜的性能。

本实用新型的振膜可以应用MEMS麦克风中，从而提高MEMS麦克风的抗声压能力，为此，本实用新型还提供了一种MEMS麦克风，其包括衬底、背极，以及与背极构成平板式电容结构的上述的振膜。背极与振膜的这种结构方式属于本领域技术人员的公知常识。

虽然已经通过示例对本实用新型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，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风中的振膜，其特征在于：包括振膜主体，在所述振膜主体上设置有至少两个分布在不同周向方向上的泄压部，每个所述泄压部呈环状，且所述至少两个泄压部中，位于外侧的泄压部的泄压能力小于位于内侧的泄压部。

2.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于：所述泄压部设置有两个，分别记为位于外侧的第一泄压部，以及位于内侧的第二泄压部；所述第一泄压部为多个均匀分布在振膜主体第一圆周方向上的第一泄压装置；所述第二泄压部为多个均匀分布在振膜主体第二圆周方向上的第二泄压装置。

3.根据权利要求2所述的振膜，其特征在于：所述多个第二泄压装置的密度和/或尺寸大于多个第一泄压装置的密度和/或尺寸。

4.根据权利要求3所述的振膜，其特征在于：所述第一泄压装置、第二泄压装置为泄压孔和/或泄压阀。

5.根据权利要求4所述的振膜，其特征在于：所述泄压阀由缝隙限定，所述缝隙包括依次承接在一起的至少两段圆弧状缝隙，其中，相邻两段圆弧状缝隙整体呈S形，且相对于其连接的位置呈中心对称，所述泄压阀包括由至少两段相邻的圆弧状缝隙形成的至少两个阀瓣，以及连接阀瓣与振膜主体且呈束缚状的颈部。

6.根据权利要求5所述的振膜，其特征在于：所述圆弧状缝隙设置有两段，分别记为第一缝隙、第二缝隙，所述第一缝隙、第二缝隙共同在振膜主体上形成了第一阀瓣、第二阀瓣，以及连接第一阀瓣与振膜主体的第一颈部，连接第二阀瓣与振膜主体的第二颈部。

7.根据权利要求4所述的振膜，其特征在于：所述泄压阀由缝隙限定，所述缝隙包括多个从圆心位置向外辐射的辐射段，以及位于辐射段端头并分别迂回弯向辐射段两侧的圆弧段；所述泄压装置包括由相邻两个辐射段以及该两个辐射段端头相邻两个圆弧段围成的阀瓣，以及位于该两个圆弧段之间的呈束缚状的颈部，所述阀瓣与振膜主体通过颈部连接在一起。

8.根据权利要求7所述的振膜，其特征在于：所述辐射段至少设置有三个，均匀分布在圆周方向上。

9.根据权利要求2所述的振膜，其特征在于：还包括第三泄压装置，所述第三泄压装置设置有一个，设置在振膜主体的圆心位置。

10.一种MEMS麦克风，其特征在于：包括背极以及根据权利要求1-9任一项所述的振膜。