CN207124764U - 一种mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种MEMS麦克风，包括具有背腔的衬底，在所述衬底上设置有由振膜和背极、支撑部构成的平板电容器结构；在所述振膜上设置有通孔，在所述背极上设置有泄压阀，在所述振膜与背极之间形成了保压通道，所述振膜上的通孔构成了该保压通道的入口，所述背极上的泄压阀构成了该保压通道的出口。本实用新型的麦克风，通过进入至保压通道内的气压与振膜外界受到的瞬间冲击力进行对抗，来获得二者之间的动态平衡，可以很好地缓冲振膜所受到的冲击力；采用这种结构的泄压方式，使得不用在振膜上进行过多的泄压设计，保证了振膜的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种MEMS麦克风，更准确地说，涉及一种具有泄压功能的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。传统的振膜的制作工艺是在硅基底上做一层氧化层，然后在氧化层上利用沉积的方式制作一层振膜，经过掺杂、回火后，蚀刻出所所需的图形，振膜通过其边缘的铆钉点固定在基底上。当然，还需要从振膜上引出电极，通过振膜的振动，改变振膜与背极板之间的距离，从而将声音信号转换为电信号。
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，从而导致整个麦克风的失效。为了解决此问题，通常会在振膜上设置泄压装置，通过该泄压装置可以缓冲振膜所受到的冲击。这种结构存在的弊端是：泄压通道的数量必须满足吹气压力释放的下限才能达到预期效果，但是在薄膜上开过多的孔洞，势必会降低薄膜的整体刚性；而且在跌落过程中，过多的孔洞与开槽设计易使振膜产生破裂，可靠性极差。
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。
根据本实用新型的一个方面，提供一种MEMS麦克风，包括具有背腔的衬底，在所述衬底上设置有由振膜和背极、支撑部构成的平板电容器结构；在所述振膜上设置有通孔，在所述背极上设置有泄压阀，在所述振膜与背极之间形成了保压通道，所述振膜上的通孔构成了该保压通道的入口，所述背极上的泄压阀构成了该保压通道的出口。
可选地，所述背极上还设置有多个辅助泄压孔。
可选地，所述泄压阀设置有多个，多个泄压阀环绕设置在背极上。
可选地，所述通孔与泄压阀的正投影重叠，且所述通孔的尺寸小于泄压阀的尺寸。
可选地，所述泄压阀的开口方向朝向背极的中心区域。
可选地，所述泄压阀的开口方向远离背极的中心区域。
可选地，所述泄压阀呈矩形、扇形、椭圆形、梯形或者S型。
可选地，所述泄压阀分布在背极的中心区域或者边缘区域。
可选地，在所述衬底上形成的是背极在上、振膜在下的平板电容器结构。
可选地，在所述衬底上形成的是振膜在上、背极在下的平板电容器结构。
本实用新型的麦克风，通过进入至保压通道内的气压与振膜外界受到的瞬间冲击力进行对抗，来获得二者之间的动态平衡，可以很好地缓冲振膜所受到的冲击力；采用这种结构的泄压方式，使得不用在振膜上进行过多的泄压设计，保证了振膜的可靠性。
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是本实用新型麦克风的结构示意图。
图2是图1中麦克风在受到较大冲击时，泄压阀打开时的示意图。
图3是本实用新型麦克风另一种实施方式的结构示意图。
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，本实用新型公开了一种MEMS麦克风，包括具有背腔的衬底1，在所述衬底1上设置有振膜3以及背极5。本实用新型的振膜3、背极5可通过依次沉积的方式形成在衬底1上，所述衬底1可以采用单晶硅材料，所述振膜3、背极5可以采用单晶硅或者多晶硅材料，这种材料的选择以及沉积的工艺属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
所述背极5与振膜3构成了平板电容器结构，该平板电容器结构例如可以是背极5在上、振膜3在下的方式，也可以是背极5在下、振膜3在上的方式。为了便于描述，现以背极5在上、振膜3在下的平板电容器结构为例来描述本实用新型的技术方案。
为了实现振膜3与衬底1之间的绝缘，在所述振膜3与衬底1之间连接的位置设置有绝缘层2，该绝缘层2可以采用本领域技术人员所熟知的二氧化硅材料。为了保证背极5与振膜3之间可以构成具有一定间隙的平板电容器结构，在所述背极5与振膜3之间还设置有用于支撑的支撑部4，所述支撑部4在起到支撑背极5的同时，还可以保证背极5与振膜3之间的绝缘。这种电容器的MEMS麦克风结构属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
本实用新型的MEMS麦克风，在所述振膜3上设置有通孔30，通过该通孔30可以使过载的压力快速通过该振膜3，避免振膜3破裂。在不影响振膜3基本性能的前提下，通孔30的尺寸越大，其泄压的能力则越大。
在所述背极5上设置有泄压阀51，当受到例如机械冲击、吹气、跌落所带来的较大声压时，该泄压阀51在较大的压力下会被打开，形成泄压路径，以达到泄压的目的。所述泄压阀51可以设置有多个，例如可环绕设置在背极5的中心区域或者边缘区域上。所述泄压阀51可以呈矩形、扇形、椭圆形、梯形或者S型等本领域技术人员所熟知的泄压阀门结构。
参考图1，在所述振膜3与背极5之间形成了保压通道31，所述振膜3上的通孔30构成了该保压通道31的入口，所述背极5上的泄压阀51构成了该保压通道31的出口。
当麦克风受到例如机械冲击、吹气、跌落所带来的较大声压时，该较大的气流会从振膜3的通孔30进入保压通道31内，过载的压力则会使泄压阀51打开，并从该泄压阀51泄露出去，参考图2。同时所述保压通道31内形成了一定的压力，该压力作用在振膜3的内侧，由此可以与振膜3外侧受到的冲击力达到动态平衡，以减小振膜3外侧所承受的瞬间冲击力。
本实用新型的麦克风，通过进入至保压通道31内的气压与振膜外界受到的瞬间冲击力进行对抗，来获得二者之间的动态平衡，可以很好地缓冲振膜所受到的冲击力；采用这种结构的泄压方式，使得不用在振膜上进行过多的泄压设计，保证了振膜的可靠性。
在本实用新型一个优选的实施方式中，所述背极5上还设置有多个辅助泄压孔50，该辅助泄压孔50的泄压能力低于泄压阀51的泄压能力。在正常声压情况下，通过该辅助泄压孔50可以均衡振膜3与背极5之间的气压，从而降低振膜3振动时受到的空气阻尼。当麦克风受到较大冲击的声压时，辅助泄压孔50的泄压能力不足，此时才会打开泄压能力强的泄压阀51。
可以通过选择泄压阀51的开口方向，来控制保压通道31内气流的流动路径。例如在本实用新型一个具体的实施方式中，所述泄压阀51的开口方向远离背极5的中心区域，参考图1、图2的视图方向。也就是说，泄压阀51的开口朝向麦克风的边缘方向。
在本实用新型另一具体的实施方式中，所述泄压阀51的开口方向朝向背极5的中心区域，参考图3。这就使得多数的气流经过通孔30后会朝向麦克风的中心区域流动，以保证振膜3中心区域的保压能力。
本实用新型的麦克风，由于在振膜3上设置了通孔30，为了避免麦克风低频的跌落，或者为了降低麦克风低频跌落的程度，选择通孔30在振膜3上的位置，以及泄压阀51在背极5上的位置，使得所述通孔30与泄压阀51的正投影重叠在一起，且所述通孔30的尺寸小于泄压阀51的尺寸。由此，在正常工作状态下，该泄压阀51可以阻挡一部分气流从通孔30流出，从而可以降低麦克风的低频跌落现象。
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，其特征在于：包括具有背腔的衬底(1)，在所述衬底(1)上设置有由振膜(3)和背极(5)、支撑部(4)构成的平板电容器结构；在所述振膜(3)上设置有通孔(30)，在所述背极(5)上设置有泄压阀(51)，在所述振膜(3)与背极(5)之间形成了保压通道(31)，所述振膜(3)上的通孔(30)构成了该保压通道(31)的入口，所述背极(5)上的泄压阀(51)构成了该保压通道(31)的出口。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述背极(5)上还设置有多个辅助泄压孔(50)。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述泄压阀(51)设置有多个，多个泄压阀(51)环绕设置在背极(5)上。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述通孔(30)与泄压阀(51)的正投影重叠，且所述通孔(30)的尺寸小于泄压阀(51)的尺寸。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述泄压阀(51)的开口方向朝向背极(5)的中心区域。
6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述泄压阀(51)的开口方向远离背极(5)的中心区域。
7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述泄压阀(51)呈矩形、扇形、椭圆形、梯形或者S型。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述泄压阀(51)分布在背极(5)的中心区域或者边缘区域。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：在所述衬底(1)上形成的是背极(5)在上、振膜(3)在下的平板电容器结构。
10.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：在所述衬底(1)上形成的是振膜(3)在上、背极(5)在下的平板电容器结构。
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