CN207531080U - Mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种MEMS麦克风，包括外部封装结构以及设置于外部封装结构内的麦克风芯片，麦克风芯片对应外部封装结构的进声孔设置；麦克风芯片中的第一背极板设置在振膜靠近进声孔一侧，第二背极板设置在振膜远离进声孔一侧；在第一背极板上开设有第一通气孔；在第二背极板上开设有第二通气孔；第一通气孔的截面尺寸小于第二通气孔的截面尺寸。因为第一背极板上的第一通气孔孔径小于第二通气孔的尺寸，并且第一通气孔的尺寸小于影响振膜振动特性的灰尘颗粒直径，所以日常生产中的灰尘颗粒无法进入到第一间隙内，如此可以取消设置在第一背极板前侧的网孔层，也就避免了网孔层对频响特性的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及电声学技术领域，更为具体地，涉及一种MEMS麦克风。
背景技术
为了减小大颗粒灰尘进入到MEMS麦克风第一间隙的可能性，设置第一背极板的MEMS麦克风会同时设置阻隔大颗粒灰尘进入到振膜和第一背极板之间间隙的结构。例如，在一现有技术中，在第一背极板的前侧设置网孔层，网孔层开设孔径较小的防尘孔。
但是，为了形成网孔层，网孔层和第一背极板之间需要相应的支撑层，使得MEMS生产工艺需要增加相应的沉积和蚀刻工序，提高了生产成本。另外，从结构分析来看，网孔层和第一背极板之间的孔隙实际也是麦克风前室的一部分(也就是前室的体积增大)；但是前室的体积增大会影响到振膜的频响特性，使麦克风较难调校到较佳的响应状态。
实用新型内容
本实用新型提供的MEMS麦克风取消了专门用于防止特定颗粒灰尘的网孔层，继而避免设置网孔层影响振膜的频响特性的问题，并减小了MEMS麦克风的制造成本。
本实用新型提供一种MEMS麦克风，包括外部封装结构和设置在所述外部封装结构内的麦克风芯片；
在所述外部封装结构上设置有进声孔；所述麦克风芯片对应所述进声孔设置；
所述麦克风芯片包括振膜、第一背极板和第二背极板；
所述第一背极板设置在所述振膜靠近所述进声孔一侧，所述第二背极板设置在所述振膜远离所述进声孔一侧；
在所述第一背极板与所述振膜之间设置有第一间隙，在所述第二背极板与所述振膜之间设置有第二间隙；
在所述第一背极板上开设有第一通气孔；在所述第二背极板上开设有第二通气孔；
所述第一通气孔的截面尺寸小于所述第二通气孔的截面尺寸。
可选的，所述第一通气孔的外接圆半径小于2.50um。
可选的，所述第一通气孔为圆形孔；
所述第一通气孔的半径在1.50um-2.50um之间。
可选的，所述第一背极板与所述振膜相对的面积等于所述第二背极板与所述振膜相对的面积；
所述第一通气孔在所述第一背极板上的面积比等于所述第二通气孔在所述第二背极板上的面积比。
可选的，所述第二通气孔的半径在3.00-4.00um之间。
可选的，所述第一通气孔的数量大于所述第二通气孔的数量。
可选的，所述外部封装结构包括基板和外壳；
所述基板与所述外壳围成收容腔体，所述麦克风芯片设置在所述基板上。
可选的，所述进声孔设置在所述基板上；
所述第一背极板设置在所述振膜靠近所述基板一侧。
可选的，所述进声孔设置在所述外壳上；
所述第一背极板设置在所述振膜远离所述基板一侧。
本实施例提供的MEMS麦克风中，第一背极板上的第一通气孔孔径小于第二通气孔的尺寸，并且第一通气孔的尺寸小于影响振膜振动特性的灰尘颗粒直径，使得日常生产中的灰尘颗粒无法进入到第一间隙内，因此可以取消设置在第一背极板前侧的网孔层，也就避免了网孔层对振膜频响特性的影响。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。
图1是实施例一提供的MEMS麦克风的截面示意图；
图2是图1中A区域放大图；
图3是实施例二提供的MEMS麦克风的截面示意图；
其中：11-外部封装结构，111-进声孔，112-基板，113-外壳，12-麦克风芯片，121-振膜，122-第一背极板，123-第二背极板，124-第一间隙，125-第二间隙，126-第一通气孔，127-第二通气孔，13-ASIC。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。
实施例一
图1是实施例一提供的MEMS麦克风的截面示意图。如图1所示，本实施例提供的MEMS麦克风包括外部封装结构11、麦克风芯片12和ASIC13(Application SpecificIntegrated Circuit，特定功能集成电路)。其中，外部封装结构11内部具有收容腔体；麦克风芯片12和ASIC13均设置在收容腔体内，分别实现声波信号的采集和电信号处理。
本实施例中，外部封装结构11包括密封连接的基板112和外壳113。为了使声波进入到收容腔体内并作用于麦克风芯片12，在基板112上开设有进声孔111。麦克风芯片12固定安装基板112上，对应进声孔111设置，并将收容腔体分成两个隔离的空腔(两个空腔分别为麦克风的前室和后室)。
图2是图1中A区域放大图。如图2所示，麦克风芯片12包括振膜121、第一背极板122和第二背极板123；第一背极板122设置在振膜121靠近进声孔111的一侧，第二背极板123设置在振膜121远离进声孔111的一侧。
在振膜121和第一背极板122之间设置有第一间隙124，在振膜121和第二背极板123之间设置有第二间隙125，第一间隙124和第二间隙125用于防止第一背极板122和第二背极板123影响振膜121的正常振动。
为实现声音采集，在第一背极板122上开设有第一通气孔126，声波经过进声孔111和第一通气孔126进入到第一间隙124内、驱动振膜121振动。另外，在第二背极板123上开设有第二通气孔127；第二通气孔127用于使第二间隙125与麦克风芯片12和外壳113形成的空腔连通。
麦克风工作时，第一背极板122和第二背极板123均与振膜121形成电容，分别将振膜121的振动特性转换为电声信号。因为第一背极板122和第二背极板123感应振膜121形成两个独立的电声信号并发送给ASIC13，所以麦克风中的ASIC13可以通过对两个独立电声信号比对确定白噪声，继而更为准确的确定需采集声音的频率特性。
另外，本实施例中，第一通气孔126的横截面尺寸小于第二通气孔127的尺寸，第一通气孔126的横截面尺寸小于日常生活中灰尘颗粒的尺寸，因此第一通气孔126可以起到防止灰尘颗粒进入到第一间隙124的作用，避免灰尘进入到第一间隙124而影响振膜121的正常振动特性。
本实施例中的第一通气孔126为圆形孔，考虑到日常生活中的灰尘颗粒度一般大于5.00um，所以圆形孔的半径设置为2.00um。在其他实施例中，第一通气孔126的半径也可以是小于2.50um的圆形孔；考虑到孔径过小对蚀刻设备精度、蚀刻工艺以及产品的合格率有较大的影响，第一通气孔126的尺寸也不可做得过小；作为较为优选选择，第一通气孔126半径可以在1.50um-2.50um之间。
当然，第一通气孔126并不仅限为圆形孔；在其他实施例中，第一通气孔126也可以为方形孔或者矩形孔；但是，为起到前述防灰尘颗粒的作用，第一通气孔126的外接圆半径应当小于2.50um。实际应用中，第一通气孔126为方形孔或者矩形孔可能会对声波传播造成较大影响，因此实际应用中第一通气孔126优选设置成圆形孔。
如前所述，第二通气孔127的横截面尺寸大于第一通气孔126的截面尺寸；本实施例中，第二通气孔127也为圆形孔，其半径可以在3.00um-4.00um之间，优选为3.60um。
作为一种较优的选择，本实施例中，第一背极板122和振膜121相对的面积可以与第二背极板123和振膜121相对的面积相同，第一通气孔126在第一背极板122上的面积比等于通气孔在第二背极板123上的面积比；如此，第一背极板122和第二背极板123与振膜121配合产生的电容变化特性可以尽可能地相同，继而使得二者产生的电声信号具有相同的白噪声频谱。
当然，在其他实施例中，第一背极板122和振膜121相对的面积可以不等于第二背极板123和振膜121相对的面积，第一通气孔126在第一背极板122上的面积比可以与通气孔在第二背极板123上的面积比不同，而通过ASIC13对电声信号进行归一化处理后再进行比对识别白噪声。在此情况下，作为一种优选方案，第一通气孔126的数量可以大于第二通气孔127的数量。
对按照前述结构生产的一种MEMS麦克风进行测试，结果显示麦克风的灵敏度为-38dB，本底噪声为-103dB，信噪比为65。
应当注意，在振膜121和第一背极板122之间、在振膜121和第二背极板123之间还设置有避免电连通的绝缘层，在第一背极板122和第二背极板123上还设置将其电信号导出的电极，对此本实施例不再展开描述，相应的技术内容可以参见已公开文献。
实施例二
图3是实施例二提供的MEMS麦克风的截面示意图。如图3所示，本实施例提供的MEMS麦克风中，麦克风芯片12和ASIC13的结构和安装位置与实施例一中结构和安装位置大体相同，具体可参见实施例一。
不同的是，本实施例提供的MEMS麦克风中，进声孔111设置在外部封装结构11的外壳113上，而不是设置在基板112上；与之对应的，本实施例中的第一背极板122设置在振膜121远离基板112的一侧，第二背极板123设置在振膜121和基板112之间。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种MEMS麦克风，包括外部封装结构(11)和设置在所述外部封装结构(11)内的麦克风芯片(12)；
在所述外部封装结构(11)上设置有进声孔(111)；所述麦克风芯片(12)对应所述进声孔(111)设置；
所述麦克风芯片(12)包括振膜(121)、第一背极板(122)和第二背极板(123)；
所述第一背极板(122)设置在所述振膜(121)靠近所述进声孔(111)一侧，所述第二背极板(123)设置在所述振膜(121)远离所述进声孔(111)一侧；
在所述第一背极板(122)与所述振膜(121)之间设置有第一间隙(124)，在所述第二背极板(123)与所述振膜(121)之间设置有第二间隙(125)；
在所述第一背极板(122)上开设有第一通气孔(126)；在所述第二背极板(123)上开设有第二通气孔(127)；
其特征在于：所述第一通气孔(126)的截面尺寸小于所述第二通气孔(127)的截面尺寸。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述第一通气孔(126)的外接圆半径小于2.50um。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述第一通气孔(126)为圆形孔；
所述第一通气孔(126)的半径在1.50um-2.50um之间。
4.根据权利要求1-3任一项所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述第一背极板(122)与所述振膜(121)相对的面积等于所述第二背极板(123)与所述振膜(121)相对的面积；
所述第一通气孔(126)在所述第一背极板(122)上的面积比等于所述第二通气孔(127)在所述第二背极板(123)上的面积比。
5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述第二通气孔(127)的半径在3.00-4.00um之间。
6.根据权利要求1-3任一项所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述第一通气孔(126)的数量大于所述第二通气孔(127)的数量。
7.根据权利要求1-3任一项所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述外部封装结构(11)包括基板(112)和外壳(113)；
所述基板(112)与所述外壳(113)围成收容腔体，所述麦克风芯片(12)设置在所述基板(112)上。
8.根据权利要求7所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述进声孔(111)设置在所述基板(112)上；
所述第一背极板(122)设置在所述振膜(121)靠近所述基板(112)一侧。
9.根据权利要求7所述的MEMS麦克风，其特征在于：
所述进声孔(111)设置在所述外壳(113)上；
所述第一背极板(122)设置在所述振膜(121)远离所述基板(112)一侧。
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