CN208300024U - Mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种MEMS麦克风，包括具有中空腔的第一衬底以及位于第一衬底上且悬置在中空腔上方的振膜、至少一个悬臂，所述悬臂与振膜之间通过间隔部隔开，且所述振膜与间隔部围成了开放式的容腔；在所述振膜与悬臂上设置有检测结构，所述检测结构用于输出表征振膜变形的电信号。本实用新型的MEMS麦克风，振膜与间隔部围成了开放式的容腔，使得振膜在振动时，气流可以顺利地流通，不会存在由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力，进而可以大幅度提高麦克风的信噪比。

Description

MEMS麦克风

技术领域

本实用新型涉及声电转换领域，更具体地，涉及一种MEMS麦克风的机构，尤其是一种具有高SNR的麦克风结构。

背景技术

现在主流的MEMS麦克风均采用电容式的感测结构，包括衬底以及形成在衬底上的背极板、振膜，背极板与振膜之间具有间隙，使得背极板、振膜构成了平板式的电容器感测结构，且背极板与振膜之间围成了近似密封的容腔。为了均压，背极板和振膜上通常会设计密集的通孔，由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力成为MEMS麦克风噪声的主导因素，从而限制了麦克风的高信噪比性能。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种MEMS麦克风的新技术方案。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种MEMS麦克风，包括具有中空腔的第一衬底以及位于第一衬底上且悬置在中空腔上方的振膜、至少一个悬臂，所述悬臂与振膜之间通过间隔部隔开，且所述振膜与间隔部围成了开放式的容腔；在所述振膜与悬臂上设置有检测结构，所述检测结构用于输出表征振膜变形的电信号。

可选地，所述悬臂位于振膜的下方，所述悬臂的端头固定在第一衬底上，振膜通过间隔部支撑在悬臂的上方。

可选地，所述悬臂位于振膜的上方，所述振膜的边缘固定在第一衬底上，悬臂的端头通过间隔部支撑在振膜的上方。

可选地，所述悬臂的一端直接或间接连接在第一衬底上，另一端向振膜的中心方向延伸并悬空。

可选地，所述悬臂设置有多个，多个悬臂沿着第一衬底的周向均匀分布。

可选地，所述悬臂的两端直接或间接连接在第一衬底上。

可选地，所述悬臂设置有至少两个，至少两个悬臂交叉设置。

可选地，所述第一衬底的中空腔中形成用于支撑悬臂的支撑部，所述支撑部的形状、尺寸与悬臂相匹配。

可选地，所述检测结构为磁性薄膜以及与磁性薄膜配合的磁阻传感器；

磁性薄膜设置在振膜、悬臂的其中一个上，磁阻传感器设置在振膜、悬臂中的另一个上，所述磁阻传感器被配置为在振膜的振动过程中感应磁性薄膜的磁场变化而输出变化的电信号。

可选地，所述磁阻传感器为巨磁阻传感器或者隧道磁阻传感器。

本实用新型的MEMS麦克风，振膜与间隔部围成了开放式的容腔，使得振膜在振动时，气流可以顺利地流通，不会存在由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力，进而可以大幅度提高麦克风的信噪比。

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第一实施方式的剖面图。

图2是本实用新型麦克风第二实施方式的剖面图。

图3是本实用新型麦克风第三实施方式的剖面图。

图4是本实用新型麦克风第四实施方式的剖面图。

图5是本实用新型麦克风第五实施方式的俯视图。

图6是本实用新型麦克风第六实施方式的俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案、取得的技术效果易于理解，下面结合具体的附图，对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

参考图1，本实用新型提供了一种MEMS麦克风，其包括具有中空腔的第一衬底1，以及位于第一衬底1上的振膜2、至少一个悬臂4。振膜2的边缘以及悬臂4的端头直接或间接连接在第一衬底1上，使得振膜2、悬臂4的主体部分悬置在第一衬底1中空腔的上方。

悬臂4与振膜2之间通过间隔部3隔开，间隔部3的高度即为振膜2与悬臂4之间的初始间隙。由于本实用新型的麦克风摒弃了背极板的结构，而是采用了悬臂4的结构设计，使得振膜2与间隔部3围成了开放式的容腔，悬臂4不会对该容腔造成密封，这与传统振膜2与背极板之间围成近似密封的容腔是完全不同的。

由于采用了这种开放式的设计，使得振膜2在振动时，气流可以顺利地流通，不会存在由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力，进而可以大幅度提高麦克风的信噪比。在振膜2与悬臂4上设置有检测结构，该检测结构例如可以是电容、磁传感器、浮栅型场效应管，这种检测结构的工作原理均属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。当振膜2振动的时候，该检测结构可以输出表征振膜2变形的电信号，从而将声音信号转换为电信号。

本实用新型的麦克风，可以是振膜在上、悬臂在下的布置方式，也可以是振膜在下、振膜在上的布置方式。

在本实用新型一个具体的实施方式中，悬臂4位于振膜2的下方。参考图1、图2，悬臂4的一端可连接在第一衬底1上，另一端可朝向中空腔的轴线方向延伸并悬空在中空腔上方。振膜2的边缘则通过间隔部3支撑在悬臂4的上方。

在本实用新型另一个具体的实施方式中，悬臂4位于振膜2的上方，参考图3、图4。振膜2的边缘固定在第一衬底1上，使得振膜2封闭中空腔的一端。悬臂4的一端通过间隔部3支撑在振膜2的上方，另一端朝向振膜2的中心方向延伸并悬空。

可选地，悬臂4可以设置有一条，其一端直接或间接连接在第一衬底上1，另一端向振膜2的中心方向延伸并悬空。悬臂4也可以设置有多条，该多个悬臂4沿着第一衬底1的周向均匀分布。

可选地，悬臂4跨越中空腔，且其两端均直接或间接连接在第一衬底1上。此时，悬臂4可以设置有一条，也可以设置有两条或者更多条，这些悬臂可以交叉设置。

图6给出了两条跨越中空腔的悬臂4，该两条悬臂4呈十字交叉的方式布置。

可选地，为了保证悬臂4的稳固性，第一衬底1的中空腔中形成用于支撑悬臂4的支撑部9，该支撑部9的形状、尺寸与悬臂4相匹配，使得支撑部9不会对第一衬底1的中空腔造成过多的阻挡。支撑部9与第一衬底1可以是一体的，通过刻蚀或者本领域技术人员所熟知的方式在第一衬底1上形成中空腔时，同时形成支撑部9的构造。

本实用新型的麦克风，为了提高MEMS麦克风的灵敏度，MEMS麦克风可以采用高灵敏度的检测构件。在本实用新型一个具体的实施方式中，高灵敏度的检测构件可以采用根据磁场变化而输出电信号的磁阻传感器6，例如巨磁阻传感器(GMR)或者隧道磁阻传感器(TMR)。通过采用高灵敏度的磁阻传感器来获得检测的电信号，可以补偿由于振膜刚性带来的对麦克风整体灵敏度的影响，保证了轻薄化麦克风的声学性能。

参考图1、图4，在悬臂4的端头位置上邻近振膜2的一侧设置有磁性薄膜5，磁性薄膜5可以直接采用磁性材质，也可以是形成薄膜后对该薄膜进行充磁。在本实用新型一个具体的实施方式中，磁性薄膜5可以采用CoCrPt或者CoPt材质。

该磁性薄膜5可以通过沉积或者本领域技术人员所熟知的其它手段形成在悬臂4上。具体在制作的时候，可以首先在第一衬底1上沉积一层基层，该基层例如可以选择为氮化硅、单晶硅或者二氧化硅等等。通过对基层进行图案化形成悬臂4,然后通过沉积、图案化处理在悬臂4上形成磁性薄膜5；最后对第一衬底1进行刻蚀，以形成中空腔。

参考图1、图4的实施例，磁阻传感器6设置在振膜2上邻近悬臂4的一侧，磁阻传感器6与位于悬臂4上的磁性薄膜5对应设置。

图1中，为了将磁阻传感器6的电信号引到第一衬底1上，可以在振膜2上设置引线部7，该引线部7一端与磁阻传感器6连接，另一端在振膜2上延伸至间隔部3的位置，并通过间隔部3中设置的导电结构连接到第一衬底1的焊盘或者电路布图中。

图4中，由于振膜2直接设置在第一衬底1上，因此磁阻传感器6可通过引线部7直接连接到第一衬底1的焊盘或者电路布图中。

当振膜2受到外界的声压时，振膜2会朝或者远离悬臂4的方向发生形变，此时振膜2上的磁阻传感器6靠近或者远离磁性薄膜5，从而使得磁阻传感器6可以感应磁场的变化，从而输出变化的电信号，实现了声电的转换。

可选地，磁阻传感器6也设置在振膜2上远离悬臂4的一侧，磁阻传感器6与磁性薄膜5之间虽然有振膜2阻隔，但是磁性薄膜5的磁场依然可以穿过振膜2并被磁阻传感器6感应到，因此不会影响到MEMS麦克风的性能。

也可以将磁性薄膜5设置在振膜2上，将磁阻传感器6设置在悬臂4上。参考图2、图3示出的实施例，磁阻传感器6设置在悬臂4上邻近振膜2一侧的位置，磁性薄膜5设置在振膜2上邻近悬臂4一侧的位置，磁阻传感器6的位置与磁性薄膜5的位置相对应，使得磁阻传感器6可以处于较高灵敏的磁场变化位置。

在本实用新型一个可选的实施方式中，振膜2可以采用复合结构，磁阻传感器6或者磁性薄膜5可以设置在振膜2的复合结构中，在此不再具体说明。

需要注意的是，本实用新型各实施例的高灵敏度的检测构件中，磁阻传感器6、磁性薄膜5可以设置有一个；也可以设置有多个，呈阵列排布，以提高检测构件的性能。例如当悬臂4设置有多个时，每个悬臂4上均可设置一个磁阻传感器6或磁性薄膜5，在此不再具体说明。

本实用新型的MEMS麦克风，除了采用表面微加工或者体硅微加工的工艺制造，还可以采用键合的工艺。参考图1至图4，在振膜2或悬臂4上远离第一衬底1的一侧还设置有第二衬底8，该第二衬底8的中心区域镂空，以将振膜2或者悬臂4露出的空腔。

在制造时，可以将位于第一衬底1上的部件与位于第二衬底8上的部件键合在一起，之后再对第二衬底8进行处理，在此不再具体说明。

本实用新型的MEMS麦克风可以采用传统封装的结构，例如设置由电路板以及壳体围成的封装结构，MEMS麦克风安装在封装结构内，形成传统的顶部封装结构或者顶部封装结构，最终以麦克风模组的形式再安装到外部的终端上。

本实用新型已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加都落在了本实用新型权利要求所保护的范围中。

相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。

本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本实用新型进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本实用新型所属领域的一般技术人员的理解相同。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风，其特征在于：包括具有中空腔的第一衬底以及位于第一衬底上且悬置在中空腔上方的振膜、至少一个悬臂，所述悬臂与振膜之间通过间隔部隔开，且所述振膜与间隔部围成了开放式的容腔；在所述振膜与悬臂上设置有检测结构，所述检测结构用于输出表征振膜变形的电信号。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述悬臂位于振膜的下方，所述悬臂的端头固定在第一衬底上，振膜通过间隔部支撑在悬臂的上方。

3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述悬臂位于振膜的上方，所述振膜的边缘固定在第一衬底上，悬臂的端头通过间隔部支撑在振膜的上方。

4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述悬臂的一端直接或间接连接在第一衬底上，另一端向振膜的中心方向延伸并悬空。

5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述悬臂设置有多个，多个悬臂沿着第一衬底的周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述悬臂的两端直接或间接连接在第一衬底上。

7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述悬臂设置有至少两个，至少两个悬臂交叉设置。

8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述第一衬底的中空腔中形成用于支撑悬臂的支撑部，所述支撑部的形状、尺寸与悬臂相匹配。

9.根据权利要求1至8任一项所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述检测结构为磁性薄膜以及与磁性薄膜配合的磁阻传感器；

磁性薄膜设置在振膜、悬臂的其中一个上，磁阻传感器设置在振膜、悬臂中的另一个上，所述磁阻传感器被配置为在振膜的振动过程中感应磁性薄膜的磁场变化而输出变化的电信号。

10.根据权利要求9所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述磁阻传感器为巨磁阻传感器或者隧道磁阻传感器。