CN210431879U - Mems麦克风及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种MEMS麦克风及电子装置；其中，MEMS麦克风，包括：振动膜；背板，被绝缘支撑于振动膜表面，背板与振动膜构成可变电容；背板开设有若干穿透背板的第一声孔和第二声孔；各第一声孔相互间隔设置、且呈蜂窝状排布；各第二声孔围绕排布各第一声孔的区域外侧设置；第二声孔的尺寸小于第一声孔；振动膜上开设有贯穿振动膜的泄气结构。本申请能够减弱气流集中作用在振动膜的可能，并使得背板获得更强的抗压能力。

Description

MEMS麦克风及电子装置

技术领域

本申请涉及MEMS器件技术领域，特别是涉及一种MEMS麦克风及电子装置。

背景技术

常规MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微型机电系统)麦克风设计有声孔。MEMS麦克风主要由振膜在气流的作用下振动，因此一般都会设计泄气孔防止振膜受压力过大而崩坏。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术中的声孔设计易降低背板的强度。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高背板的强度的MEMS麦克风及电子装置。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种MEMS麦克风，包括：

振动膜；

背板，被绝缘支撑于振动膜表面，背板与振动膜构成可变电容；

背板开设有若干穿透背板的第一声孔和第二声孔；各第一声孔相互间隔设置、且呈蜂窝状排布；各第二声孔围绕排布各第一声孔的区域外侧设置；第二声孔的尺寸小于第一声孔；

振动膜上开设有贯穿振动膜的泄气结构。

在其中一个实施例中，泄气结构包括设于振动膜的中心区域内的中心孔，和围绕中心孔设置、位于振动膜的边缘区域内的环绕孔。

在其中一个实施例中，环绕孔的数量为至少两个；各环绕孔在水平面上的投影位于设置各第二声孔的区域外侧。

在其中一个实施例中，中心区域为直径范围为4um～100um的圆形区域；中心孔的直径范围为1um～8um。

在其中一个实施例中，中心孔的形状包括太极鱼形、电风扇形、百叶窗形和同心圆形。

在其中一个实施例中，环绕孔的数量为4个；环绕孔为槽口指向中心孔的单道圆弧槽。

在其中一个实施例中，单道圆弧槽的端部为圆形孔或正六边形孔。

在其中一个实施例中，第一声孔为正六边形；第二声孔为圆形；

各第一声孔呈蜂窝状设置、直至排满背板；其中，各第一声孔中任意平行且相对的两边之间的距离为0.5um～4um；

各第二声孔分布于设置各第一声孔的区域外侧的边缘空白区；其中，任两个第二声孔的间距为3um～10um。

在其中一个实施例中，第一声孔的直径范围为3um～8um；第二声孔的直径范围为1～3um。

另一方面，本实用新型实施例提供了一种电子装置，电子装置包括前述任一项的MEMS麦克风。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请提出大声孔(即各第一声孔)与边缘小声孔(即各第二声孔)的设计，增大了声孔面积，同时提高了背板强度；具体的，本申请中若干大声孔、形似蜂窝排列，进而得到面积最大声孔排布方式，同时在各大声孔的最外围及空隙处分布小声孔，增加极板抵御气压的强度；本申请能够减弱气流集中作用在下极板(即振动膜)的可能，并使得上极板(即背板)获得更强的抗压能力。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为传统技术中MEMS麦克风的结构图；

图2为一个实施例中MEMS麦克风结构的第一示意图；

图3为一个实施例中MEMS麦克风结构的第一剖视图；

图4为一个实施例中MEMS麦克风结构的第二示意图；

图5为一个实施例中MEMS麦克风结构的第二剖视图；

图6为一个实施例中MEMS麦克风中心孔的形状示意图；

图7为一个实施例中MEMS麦克风结构的第三示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。本文所使用的术语“端部”、“沉积”、“投影”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统技术中的声孔设计易降低背板的强度；同时，传统技术在泄气孔附近增加声孔，然而设计出的声孔，其形状往往需要复杂工艺进行调试方能得到。

具体地，传统技术中，声孔面积小会增加振膜接收到的气体压强，面积过大会降低背板的强度。如图1所示，有时为了增加声孔面积，传统技术在泄气孔附近增加声孔设计，这样就使得靠近泄气孔的声孔可能不是规则的多边形。然而，不规则多边形的设计需要经过黄光工艺特别调试。此外，泄气孔会占用麦克风工作的面积。

而本申请提出，大声孔采用蜂窝型排布，进而获得更大的声孔面积；此外，外围分布一圈小声孔，这种排布设计既可以使背板能够抵御较强的气流，又可以填充边缘空白区使得声孔面积更大。进一步的，采用本申请提出的泄气结构设计，设于振动膜中心位置的中心孔以及外围的环绕孔，一方面获得更大的泄气区域，另一方面减少占用声孔的面积。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种MEMS麦克风，包括：

振动膜201；

背板203，被绝缘支撑于振动膜201表面，背板203与振动膜201构成可变电容；

背板203开设有若干穿透背板203的第一声孔301和第二声孔302；各第一声孔301相互间隔设置、且呈蜂窝状排布；各第二声孔302围绕排布各第一声孔301的区域外侧设置；第二声孔302的尺寸小于第一声孔301；

振动膜201上开设有贯穿振动膜201的泄气结构400。

具体而言，本申请中MEMS麦克风通过声压引起振动模201的振动，进而改变电容；而振动膜上方的背板203上开设有声孔，用于传递振动；进一步的，如图3所示，背板203开设有若干穿透背板203的第一声孔301和第二声孔302；各第一声孔301相互间隔设置、且呈蜂窝状排布；各第二声孔302围绕排布各第一声孔301的区域外侧设置；在一个具体的示例中，第二声孔302的尺寸小于第一声孔301。

各第一声孔301呈蜂窝状排布，进而获得更大的声孔面积；同时，外围分布一圈尺寸小于第一声孔301的第二声孔302，这种排布设计既可以使背板能够抵御较强的气流，又可以填充边缘空白区使得声孔面积更大。即基于本申请提出的声孔设计，减弱了气流集中作用在下极板(即振动膜)的可能，既增大了声孔面积，又提高了背板强度。

需要说明的是，本申请中第一声孔301的数量可以根据实际需求排布，无特定要求；第一声孔301的形状可以依据需求设置，例如八边形，或其他形状，在一个示例中，本申请提出第一声孔301采用六边形，进而使得结构更为牢固。此外，第二声孔302的尺寸小于第一声孔301，其形状也可以依据需求设置，例如，采用圆形，进而节省空间。

如图3所示，在一个具体的实施例中，第一声孔301为正六边形；第二声孔302为圆形；

各第一声孔301呈蜂窝状设置、直至排满背板；其中，各第一声孔301中任意平行且相对的两边之间的距离为0.5um～4um；

各第二声孔302分布于设置各第一声孔301的区域外侧的边缘空白区；其中，任两个第二声孔302的间距为3um～10um。

具体地，本申请提出第一声孔301全部由六边形排布，以获得更大的声孔面积；进而采用尺寸较小的第二声孔302填充背板边缘空白区，既可以使背板能够抵御较强的气流，又可以使得声孔面积更大。进一步的，本申请提出各第一声孔301的间距为0.5um～4um；任两个第二声孔302的间距为3um～10um；从而使得获得最大声孔面积的同时保证背板203的强度。

在一个具体的示例中，第一声孔的直径范围为3um～8um；第二声孔的直径范围为1～3um。

具体地，本申请提出六边形声孔直径尺寸为3～8um，边缘小声孔直径尺寸1～3um；本申请采用蜂巢概念，结合六边形声孔+边缘小声孔的设计，使得上极板(即背板203)获得更强的抗压能力。其中，六边形声孔形似蜂窝排列，得到面积最大声孔排布方式，在声孔最外围、及空隙处分布小声孔，增加极板抵御气压的强度。

以上，本申请提出大声孔(即各第一声孔301)与边缘小声孔(即各第二声孔302)的设计，增大了声孔面积，同时提高了背板强度；具体的，本申请中若干大声孔、形似蜂窝排列，进而得到面积最大声孔排布方式，同时在各大声孔的最外围及空隙处分布小声孔，增加极板抵御气压的强度；本申请能够减弱气流集中作用在下极板(即振动膜)的可能，并使得上极板(即背板)获得更强的抗压能力。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种MEMS麦克风，包括：

振动膜201；

背板203，被绝缘支撑于振动膜201表面，背板203与振动膜201构成可变电容；

背板203开设有若干穿透背板203的第一声孔301和第二声孔302；各第一声孔301相互间隔设置、且呈蜂窝状排布；各第二声孔302围绕排布各第一声孔301的区域外侧设置；第二声孔302的尺寸小于第一声孔301；

振动膜201上开设有贯穿振动膜201的泄气结构；

其中，泄气结构包括设于振动膜201的中心区域内的中心孔401，和围绕中心孔401设置、位于振动膜201的边缘区域内的环绕孔402。

具体而言，图4中，本申请MEMS麦克风包括衬底100、绝缘层200、振动膜201、牺牲层202以及背板203；其中，衬底100具有背腔，衬底100可以为半导体衬底或玻璃衬底；进一步的，衬底100可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

振动膜201可以选用多晶硅、SiGe等材料，并不局限于某一种；振动膜201被绝缘支撑于衬底100表面；振动膜201的边缘通过绝缘层200支撑于衬底100表面，使得振动膜201悬空于背腔上方，绝缘层200可以为在形成MEMS麦克风的过程中释放牺牲层之后的牺牲层的残留部分。振动膜201可以为导电材料，作为可变电容的下电极(即下极板)。进一步的，绝缘层200可通过使用诸如氧化硅层、氮化硅层、或氮氧化硅层的无机绝缘层，诸如包含聚乙烯苯酚、聚酰亚胺、或硅氧烷等的层的绝缘层等来形成。

在一个具体的示例中，如图4所示，振动膜201上开设有贯穿振动膜201的泄气结构；其中，泄气结构包括设于振动膜的中心区域内的中心孔401，和围绕中心孔401设置、位于振动膜201的边缘区域内的环绕孔402。

泄气结构用于平衡麦克风腔体内的气压，避免在麦克风封装过程中、环境发生变化时麦克风腔体内的气压过大或过小而影响麦克风的工作性能。在一个具体的实施例中，中心孔401设于振动膜的中心区域内，环绕孔402围绕中心孔401设置、位于振动膜201的边缘区域内，能够获得更大的泄气区域；需要说明的是，本申请中环绕孔402可以均匀对称分布于振动膜201的四周边缘位置处，进而均匀调节腔体内的气压。

如图4和图5所示，在一个具体的示例中，环绕孔402的数量为至少两个；各环绕孔402在水平面上的投影位于设置各第二声孔302的区域外侧。

本申请排除了传统上多个泄气大孔设计，并提出在振动膜201的中心及四周设计泄气结构，从设计上减弱了气流集中作用在下极板(即振动膜201)的可能；一方面获得更大的泄气区域，另一方面减少占用声孔的面积，即降低泄气结构占用声孔区域。

在一个具体的实施例中，中心区域为直径范围为4um～100um的圆形区域；中心孔401的直径范围为1um～8um；

中心孔401的形状包括太极鱼形、电风扇形、百叶窗形和同心圆形。

具体而言，泄气结构在振动膜201中心的圆形区域内(即中心孔401)，可根据泄气的需求设计多种图形：如图6所示，将中心孔401设计成太极鱼、电风扇、百叶窗、同心圆等(即图6由左至右方向依次所示图形)。其中，中心孔401尺寸可以为1～8um，中心孔401的图形条纹直径0.2～4um，而振动膜201中心的圆形区域的直径可以是4～100um，使得本申请从设计上减弱了气流集中作用在下极板(即振动膜201)的可能。

本申请提出了多种泄气结构组合的可能，为麦克风获得多种音频工作提供了新的设计思路，并显著减少了泄气结构占用声孔的面积。本申请提出的中心孔401与环绕孔402的泄气结构设计，一方面获得更大的泄气区域，另一方面减少占用声孔的面积。

如图7所示，在一个具体的实施例中，环绕孔402的数量为4个；环绕孔402为槽口指向中心孔的单道圆弧槽；单道圆弧槽的端部为圆形孔或正六边形孔。

具体而言，泄气结构在外围的样式，本申请提出设计成单道圆弧槽，进而能够节约使用空间；本申请可根据泄气需求减少弧长或圆弧个数。在一个示例中，本申请使了4条弧槽(即单道圆弧槽)，可以增加或减少弧槽。弧槽两端的圆形孔设计可以去掉或设计成六边形等其他图形。进一步的，边缘单道圆弧槽泄气孔的直径可以为1～3um；本申请中单道圆弧槽的尺寸并不局限于某一数值范围，可以根据需要进行设定。

背板203的边缘通过牺牲层202支撑于振动膜201的表面，使得背板203悬空于振动膜201上方，背板203与振动膜201构成可变电容。牺牲层202可以为在形成MEMS麦克风的过程中释放牺牲层之后的牺牲层的残留部分。

如图7所示，背板203开设有若干穿透背板203的第一声孔301和第二声孔302；即本申请提出，第一声孔301部由六边形排布，获得更大的声孔面积；此外，外围分布一圈小声孔(即第二声孔302)，这种排布设计既可以使背极板能够抵御较强的气流，又可以填充边缘空白区使得声孔面积更大。同时，本申请中泄气结构的设计为在振动膜201的中心位置设置一个中心孔401，以及水平面上的投影位于第二声孔302外围的环绕孔402，一方面获得更大的泄气区域，另一方面减少占用声孔的面积。

以上，本申请增大了声孔面积，提高了背极板强度，同时减少了泄气孔占用声孔的面积。

在一个实施例中，为了进一步说明本申请MEMS麦克风的结构，下面结合图7介绍本申请MEMS麦克风的制备工艺，可以包括以下步骤：

沉积牺牲层1～3um；

沉积下极板即振动膜0.2～3um；

蚀刻下极板形成振动膜和泄气孔；

沉积牺牲层1～3um；

沉积上极板(即背板)1～6um；

蚀刻上极板形成声孔和接线柱孔；

沉积金属形成极板接线柱；

背腔蚀刻；

去除牺牲层；

具体地，本申请中可以采用沉积方法形成振动膜；振动膜的沉积方法可以为化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。此外，背板可以选用多晶硅、SiGe等材料，并不局限于某一种。本申请可以通过背板中的声孔蚀刻去除牺牲层，以在振动膜和背板之间形成空腔。上述步骤均可以通过目前工艺中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

其中，第一声孔的形状可以为八边形的，也可以为其他形状的，例如六边形；六边形声孔(即第一声孔)直径尺寸可以为3～8um，边缘小声孔(即第二声孔)直径尺寸可以为1～3um；中心泄气孔(即中心孔)的尺寸可以为1～8um，边缘单道泄气孔(即环绕孔)直径可以为1～3um；

六边形声孔的排布数量根据需求排布，无特定要求，一般都是尽可能在背板上排满；六边形声孔间距一般在0.5～4um；边缘小声孔(即第二声孔)因尺寸较小，一般为圆形较为节省空间；边缘小声孔(即第二声孔)的间距一般为3～10um。

以上，本申请提出声孔改为六边形，形似蜂窝排列，得到面积最大声孔排布方式，在声孔最外围，及空隙处分布小声孔，增加极板抵御气压的强度。以及在中心及四周设计泄气孔，降低泄气孔占用声孔区域。具体地，本申请排除了传统上多个泄气大孔设计，中心孔结合环绕孔的泄气结构减弱了气流集中作用在下极板的可能；另一方面，结合六边形声孔+边缘小声孔的设计，使得上极板获得更强的抗压能力。除此之外，本申请提出了多种泄气孔组合的可能，为麦克风获得多种音频工作提供了另一种设计思路。

在一个实施例中，提供了一种电子装置，该电子装置包括前述任一项的MEMS麦克风。

该电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可以是具有上述MEMS麦克风的中间产品，例如：具有该集成电路的手机主板等。

以上，本申请提出声孔改为六边形，形似蜂窝排列，得到面积最大声孔排布方式，在声孔最外围，及空隙处分布小声孔，增加极板抵御气压的强度。以及在中心及四周设计泄气孔，降低泄气孔占用声孔区域。具体地，本申请排除了传统上多个泄气大孔设计，中心孔结合环绕孔的泄气结构减弱了气流集中作用在下极板的可能；另一方面，结合六边形声孔+边缘小声孔的设计，使得上极板获得更强的抗压能力。除此之外，本申请提出了多种泄气孔组合的可能，为麦克风获得多种音频工作提供了另一种设计思路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：

振动膜；

背板，被绝缘支撑于所述振动膜表面，所述背板与所述振动膜构成可变电容；

所述背板开设有若干穿透所述背板的第一声孔和第二声孔；各所述第一声孔相互间隔设置、且呈蜂窝状排布；各所述第二声孔围绕排布各所述第一声孔的区域外侧设置；所述第二声孔的尺寸小于所述第一声孔；

所述振动膜上开设有贯穿所述振动膜的泄气结构。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，

所述泄气结构包括设于所述振动膜的中心区域内的中心孔，和围绕所述中心孔设置、位于所述振动膜的边缘区域内的环绕孔。

3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述环绕孔的数量为至少两个；各所述环绕孔在水平面上的投影位于设置各所述第二声孔的区域外侧。

4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，

所述中心区域为直径范围为4um～100um的圆形区域；所述中心孔的直径范围为1um～8um。

5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述中心孔的形状包括太极鱼形、电风扇形、百叶窗形和同心圆形。

6.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述环绕孔的数量为4个；所述环绕孔为槽口指向所述中心孔的单道圆弧槽。

7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述单道圆弧槽的端部为圆形孔或正六边形孔。

8.根据权利要求1至7任一项所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一声孔为正六边形；所述第二声孔为圆形；

各所述第一声孔呈蜂窝状设置、直至排满所述背板；其中，各所述第一声孔中任意平行且相对的两边之间的距离为0.5um～4um；

各所述第二声孔分布于设置各所述第一声孔的区域外侧的边缘空白区；其中，任两个所述第二声孔的间距为3um～10um。

9.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一声孔的直径范围为3um～8um；所述第二声孔的直径范围为1～3um。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求1至9任一项所述的MEMS麦克风。

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