CN211792034U - 一种mems芯片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种MEMS芯片，所述MEMS芯片包括：具有背腔的衬底，以及设置在衬底上的平板电容器组；所述平板电容器组至少包括第一平板电容器结构和位于所述第一平板电容器结构下方位置且与第一平板电容器结构呈平行布置的第二平板电容器结构；所述第一平板电容器结构包括有第一振膜和第一背极；所述第二平板电容器结构包括有第二振膜和第二背极。本实用新型提供的MEMS芯片的第一平板电容器和第二平板电容器可形成差分电容以改善线性失真，提高抑制线性失真的能力，增强MEMS芯片的性能。

Description

一种MEMS芯片
技术领域
本实用新型涉及电声产品技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种MEMS芯片。
背景技术
传统的MEMS芯片包括衬底以及固定在衬底上的振膜和背极，振膜和背极之间具有一定的间隙，振膜、背极构成了电容器并集成在硅晶片上，通过振膜的振动，改变振膜与背极之间的距离，从而将声音信号转换为电信号。
随着时代的发展，科学技术的进步，各种消费电子类产品更新换代的步伐加快，对于MEMS芯片来讲，芯片的应用环境也越来越复杂，以此便需要MEMS芯片具有更小的线性失真。目前现有技术中的单背极结构的MEMS芯片的线性度较低，谐波失真较大；而且感性振膜在振动的时候，或者在进行跌落测试的时候，经常会发生振膜与背极黏连的问题，进而影响MEMS芯片的性能。
因此，为了克服现有技术存在的缺陷，需要提供一种新型的MEMS芯片。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种MEMS芯片，可有效改善线性失真，提高抑制线性失真的能力，增强MEMS芯片的性能。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种MEMS芯片，所述MEMS芯片包括：具有背腔的衬底，以及设置在衬底上的平板电容器组；所述平板电容器组至少包括第一平板电容器结构和位于所述第一平板电容器结构下方位置且与第一平板电容器结构呈平行布置的第二平板电容器结构；所述第一平板电容器结构包括有第一振膜和第一背极；所述第二平板电容器结构包括有第二振膜和第二背极。
此外，优选的方案为，所述第一振膜和/或第二振膜包括有泄气结构。
此外，优选的方案为，所述第一振膜和第二振膜之间形成有密闭空间。
此外，优选的方案为，所述第一背极和第一振膜之间设置有用于限制所述第一振膜朝向第一背极方向变形的第一限位部；所述第二背极和第二振膜之间设置有用于限制所述第二振膜朝向第二背极方向变形的第二限位部。
此外，优选的方案为，所述第一背极位于所述第一振膜的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二振膜位于第二背极的远离所述第一平板电容器结构的一侧。
此外，优选的方案为，所述第一振膜与所述第二背极之间的间距分别大于所述第一振膜与所述第一背极之间的间距、所述第二振膜与所述第二背极之间的间距。
此外，优选的方案为，所述第一振膜位于所述第一背极的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二振膜位于所述第二背极的远离所述第一平板电容器结构的一侧。
此外，优选的方案为，所述第一背极和第二背极之间的间距分别大于所述第一振膜与第一背极之间的间距、所述第二振膜与第二背极之间的间距。
此外，优选的方案为，所述第一背极位于所述第一振膜的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二背极位于所述第二振膜的远离所述第一平板电容器结构的一侧。
此外，优选的方案为，所述第一振膜和第二振膜之间的间距分别大于所述第一振膜与所述第一背极之间的间距、所述第二振膜与第二背极之间的间距。
本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型提供的MEMS芯片通过设置第一平板电容器和第二平板电容器，第一平板电容器和第二平板电容器可形成差分电容以改善线性失真，提高抑制线性失真的能力，增强MEMS芯片的性能。另外，该MEMS芯片可实现衬底与相邻的振膜之间形成等电位连接，避免衬底与相邻的振膜之间由于存在电势差而相互干扰，同时还可避免衬底与相邻的振膜之间堆积粉尘，提高MEMS芯片的性能和可靠性。
2、本实用新型提供的MEMS芯片通过位于第一背极与第一振膜之间的第一限位部，可防止第一振膜与第一背极之间发生黏连或者短路的问题；通过位于第二背极与第二振膜之间的第二限位部，可防止第二振膜与第二背极之间发生黏连或者短路的问题。
3、本实用新型提供的MEMS芯片的第一振膜和/或第二振膜上设置有泄气结构，可很好地缓冲第一振膜和/或第二振膜所受到的高压气流，同时降低第一振膜和/或第二振膜的声阻抗，提高MEMS芯片的灵敏度和SNR等声学性能。另外，设置有泄气结构的MEMS芯片可应用在更多的传感器上，扩大本实用新型提供的MEMS芯片的应用范围。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本实用新型提供的一种MEMS芯片的结构示意图。
图2示出本实用新型提供的一种MEMS芯片的结构示意图。
图3示出本实用新型提供的一种MEMS芯片的结构示意图。
图4示出本实用新型提供的一种MEMS芯片的结构示意图。
图5示出本实用新型提供的一种MEMS芯片的结构示意图。
图6示出本实用新型提供的一种MEMS芯片的结构示意图。
具体实施方式
在下述的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
目前现有技术中的单背极结构的MEMS芯片的线性度较低，谐波失真较大；而且感性振膜在振动的时候，或者在进行跌落测试的时候，经常会发生振膜与背极黏连的问题，进而影响MEMS芯片的性能。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种MEMS芯片，如图1-6所示，所述MEMS芯片包括：具有背腔的衬底10，以及设置在衬底10上的平板电容器组；所述平板电容器组至少包括第一平板电容器结构和位于所述第一平板电容器结构下方位置且与第一平板电容器结构呈平行布置的第二平板电容器结构；可理解的是，所述平板电容器组还可以包括有三个、四个或更多的平板电容器结构。以下以包括有两个平板电容器结构的MEMS芯片结合附图进行详细阐述。所述第一平板电容器结构包括有第一振膜20和第一背极30；所述第二平板电容器结构包括有第二振膜40和第二背极50。如图1-6所示，所述第一背极30上还设置有若干个通孔60，以便外界的气流可以从该通孔60进入并作用在第一振膜20或第二振膜40上。当然，在所述第二背极上也可以设置多个通孔，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。可理解的是，如图1所示的该优选方式可应用于后进声式或前进声式的MEMS麦克风中或压力传感器的芯片中。
本实用新型提供的MEMS芯片通过设置第一平板电容器和第二平板电容器，所述第一平板电容器和第二平板电容器可形成差分电容，以改善线性失真，提高抑制线性失真的能力，增强MEMS芯片的性能。另外，相比于现有技术的单背极结构或者单背极双振膜、单振膜双背极的结构，现有技术的结构中的衬底和相邻的振膜之间的空间容易堆积粉尘，而且现有技术通常是背极接高电位电压，而振膜接低电位电压及信号输出，当衬底与相邻的振膜之间堆积粉尘时，衬底(接高电位电压)与相邻的振膜之间存在有电势差，从而导致衬底和相邻的振膜之间相互干扰。本实用新型提供的MEMS芯片可实现相邻的振膜与衬底之间等电位连接，避免相邻的振膜与衬底之间由于存在电势差而相互干扰，避免衬底与相邻的振膜之间堆积粉尘，提高MEMS芯片的性能和可靠性。
在一种优选的实施方式中，所述第一振膜20和/或第二振膜40包括有泄气结构70。即仅第一振膜20上设置有泄气结构70，或仅第二振膜40上设置有泄气结构70，或者第一振,20和第二振膜40上均设置有泄气结构70，具体地，所述泄气结构可以为泄压孔、泄压阀等结构，泄压阀可由缝隙限制形成，所述泄压孔、泄压阀结构可以在沉积形成第一振膜和/或第二振膜时，通过刻蚀的方式形成，这种沉积、刻蚀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；本实用新型的泄压结构可以采用本领域技术人员所熟知的结构，例如可以采用U形、S形、矩形、梯形、圆形、半圆形或半椭圆形等。泄压结构可以设置有一个，其位于第一振膜和/或第二振膜的中心区域。所述泄压结构也可以设置有多个，均匀分布在第一振膜和/或第二振膜的圆周方向上。另外，当第一振膜和第二振膜上均未设置有泄气结构时，所述第一振膜和第二振膜之间形成有密闭空间，该结构可防止第一振膜和第二振膜之间堆积粉尘，影响MEMS芯片的整体性能。
通过在第一振膜和/或第二振膜上设置的泄气结构，可很好地缓冲第一振膜和/或第二振膜所受到的高压气流，同时降低第一振膜和/或第二振膜的声阻抗，提高MEMS芯片的灵敏度和SNR等声学性能。另外，设置有泄气结构的MEMS芯片可应用在不同的传感器上，如压差传感器，可扩大本实用新型提供的MEMS芯片的应用范围。
在本实用新型的一个具体的实施方式中，如图1-6所示，所述第一背极30包括有第一导电层31和第一非导电层32、第二背极50包括第二导电层51以及第二非导电层52，该第一非导电层、第二非导电层例如可以采用本领域技术人员所熟知的非导电背极材料。所述第一导电层31设置在第一非导电层32的内部，所述第二导电层51设置在第二非导电层52的内部。可理解的是，所述导电层也可设置在非导电层的下方、上方。优选的是，根据导电层与非导电层之间的关系以及导电层的材质，所述导电层可以选择通过沉积、印刷、喷涂、光刻胶、电镀或者化学镀的方式与非导电层结合在一起。
在本实用新型的一种具体的实施方式中，如图1-6所示，所述第一背极30和第一振膜20之间设置有用于限制所述第一振膜20朝向第一背极30方向变形的第一限位部80，通过该第一限位部80可以限制第一振膜20朝向第一背极30方向发生变形的程度，从而可以防止第一振膜20与第一背极30黏连或短路；同样地，所述第二背极50和第二振膜40之间设置有用于限制所述第二振膜40朝向第二背极50方向变形的第二限位部90，通过该第二限位部90可以限制第二振膜40朝向第二背极50方向发生变形的程度，从而可以防止第二振膜40与第二背极50黏连或者短路。
在本实用新型的另一具体的实施方式中，如图1-2所示，所述第一限位部80设置在第一振膜20上临近第一背极30的一侧，该第一限位部80可与所述第一振膜20是一体成型的。当第一振膜20发生朝向第一背极30方向的较大变形时，所述第一限位部80与第一背极30的第一非导电层32接触在一起，从而可以防止第一振膜与第一背极的第一导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第一振膜的正常工作。如图3-6所示，所述第一限位部80还可设置在第一背极30的第一非导电层32靠近所述第一振膜20的一侧，该第一限位部80可与所述第一背极30的第一非导电层32可以是一体成型的。当第一振膜20发生朝向第一背极30方向的较大变形时，该第一限位部80会与第一振膜20接触在一起，从而防止振膜与第一背极的第一导电层接触，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证振膜的正常工作。
基于上述相似的原理，如图5-6所示，所述第二限位部90也可以形成在第二振膜40上临近所述第二背极50的一侧，或者如图1-4所示，所述第二限位部90形成在所述第二背极50的第二非导电层52靠近所述第二振膜40的一侧，同样可避免第二振膜与第二背极的第二导电层接触在一起，避免了短路、黏连等不良情况的发生，保证第二振膜的正常工作。
为实现本实用新型的目的，本实用新型还提供了另一种优选的实施方式，如图1-2所示，所述第一振膜20位于所述第一背极30的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二振膜40位于所述第二背极50的远离所述第一平板电容器结构的一侧。进一步优选地，所述第一背极30和第二背极40之间的间距分别大于所述第一振膜20与第一背极30之间的间距、所述第二振膜40与第二背极50之间的间距。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，所述第一振膜20和/或第二振膜40可包括有泄气结构70。即仅第一振膜上设置有泄气结构，或仅第二振膜上设置有泄气结构，或者第一振膜20和第二振膜40上均设置有泄气结构70，通过在第一振膜和/或第二振膜上设置的泄气结构，可很好地缓冲第一振膜和/或第二振膜所受到的高压气流，同时降低第一振膜和/或第二振膜的声阻抗，提高MEMS芯片的灵敏度和SNR等声学性能。另外，如图2所示的设置有泄气结构的MEMS芯片可应用在压差传感器上，而如图1所示的未设置泄气结构的MEMS芯片可应用在后进声式或前进声式的MEMS麦克风中或压力传感器的芯片中，从而扩大MEMS芯片的应用范围。另外，当第一振膜20和第二振膜40上均未设置有泄气结构70时，如图1所示，这种结构的MEMS芯片可使得所述第一振膜和第二振膜之间形成有密闭空间，从而防止微尘粒子因吹气进入到MEMS芯片内而造成MEMS芯片性能受损，提高MEMS芯片的可靠性。
在一种优选的实施方式中，如图1-2所示，在第一振膜20上临近第一背极30的一侧设置有第一限位部80，该第一限位部80可与所述第一振膜20是一体成型的。当第一振膜20发生朝向第一背极30方向的较大变形时，所述第一限位部80与第一背极30的第一非导电层32接触在一起，从而可以防止第一振膜与第一背极的第一导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第一振膜的正常工作；另外，所述第二背极50的第二非导电层52靠近所述第二振膜40的一侧设置有第二限位部90，当所述第二振膜40发生朝向第二背极50方向的较大变形时，所述第二限位部90与所述第二振膜40接触，从而防止第二振膜与第二背极的第二导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第二振膜的正常工作。
在另一种优选的实施方式中，如图3-4所示，所述第一背极30位于所述第一振膜20的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二振膜40位于第二背极50的远离所述第一平板电容器结构的一侧。进一步地，所述第一振膜20与所述第二背极50之间的间距分别大于所述第一背极30与所述第一振膜20之间的间距、所述第二振膜40与所述第二背极50之间的间距。
在一种进一步的实施方式中，如图4所示，所述第一振膜20和/或第二振膜40可包括有泄气结构70。即仅第一振膜上设置有泄气结构，或仅第二振膜上设置有泄气结构，或者第一振膜20和第二振膜40上均设置有泄气结构70，通过在第一振膜和/或第二振膜上设置的泄气结构，可很好地缓冲第一振膜和/或第二振膜所受到的高压气流，同时降低第一振膜和/或第二振膜的声阻抗，提高MEMS芯片的灵敏度和SNR等声学性能。另外，如图3所示的未设置泄气结构的MEMS芯片可应用在后进声式或前进声式的MEMS麦克风中或压力传感器的芯片中，而如图4所示的设置有泄气结构的MEMS芯片可应用在压差传感器上，可扩大MEMS芯片的应用范围。另外，当第一振膜20和第二振膜40上均未设置有泄气结构70时，如图3所示，这种结构的MEMS芯片可使得所述第一振膜和第二振膜之间形成有密闭空间，当所述MEMS芯片应用于后进声式麦克风，可防止微尘粒子因吹气进入到MEMS芯片内而造成MEMS芯片性能受损，提高MEMS芯片的可靠性。
在一种优选的实施方式中，如图3-4所示，在第一背极30的第一非导电层32临近第一振膜20的一侧设置有第一限位部80，该第一限位部80可与所述第一背极30的第一非导电层32是一体成型的。当第一振膜20发生朝向第一背极30方向的较大变形时，所述第一限位部80与第一振膜20接触在一起，从而可以防止第一振膜与第一背极的第一导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第一振膜的正常工作；另外，如图3-4所示，所述第二背极50的第二非导电层52靠近所述第二振膜40的一侧设置有第二限位部90，当所述第二振膜40发生朝向第二背极50方向的较大变形时，所述第二限位部90与所述第二振膜40接触，从而防止第二振膜与第二背极的第一导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第二振膜的正常工作。进一步地，如图3-4所示，所述第一振膜20临近所述第二背极50的一侧设置有第三限位部100，所述第三限位部100与所述第一振膜20可为一体的，当第一振膜100发生朝向第二背极50方向的较大变形时，所述第三限位部100与第二背极50的第二非导电层52接触在一起，从而可以防止第一振膜与第二背极的第二导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第一振膜的正常工作；
在一种具体的实施方式中，如图5-6所示，所述第一背极30位于所述第一振膜20的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二背极50位于所述第二振膜40的远离所述第一平板电容器结构的一侧。进一步优选地，所述第一振膜20和第二振膜40之间的间距分别大于所述第一振膜20与所述第一背极30之间的间距、所述第二振膜40与第二背极50之间的间距。
在一种具体的实施方式中，如图6所示，所述第一振膜20和/或第二振膜40可包括有泄气结构70。即仅第一振膜上设置有泄气结构，或仅第二振膜上设置有泄气结构，或者第一振膜20和第二振膜40上均设置有泄气结构70，通过在第一振膜和/或第二振膜上设置的泄气结构，可很好地缓冲第一振膜和/或第二振膜所受到的高压气流，同时降低第一振膜和/或第二振膜的声阻抗，提高MEMS芯片的灵敏度和SNR等声学性能。另外，如图5所示的未设置泄气结构的MEMS芯片可应用在后进声式或前进声式的MEMS麦克风中或压力传感器的芯片中，而如图6所示的设置有泄气结构的MEMS芯片可应用在压差传感器上，可扩大MEMS芯片的应用范围。另外，当第一振膜20和第二振膜40上均未设置有泄气结构70时，如图5所示，这种结构的MEMS芯片可使得所述第一振膜和第二振膜之间形成有密闭空间，可防止微尘粒子因吹气进入到第一振膜和第二振膜内而造成MEMS芯片性能受损，提高MEMS芯片的可靠性。
在一种优选的实施方式中，如图5-6所示，在第一背极30的第一非导电层32临近第一振膜20的一侧设置有第一限位部80，该第一限位部80可与所述第一背极30的第一非导电层32是一体成型的。当第一振膜20发生朝向第一背极30方向的较大变形时，所述第一限位部80与第一振膜20接触在一起，从而可以防止第一振膜与第一背极的第一导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第一振膜的正常工作；另外，如图5-6所示，所述第二振膜40靠近所述第二背极50的一侧设置有第二限位部90，当所述第二振膜40发生朝向第二背极50方向的较大变形时，所述第二限位部90与所述第二背极50的第二非导电层52接触，从而防止第二振膜与第二背极的第二导电层接触在一起，避免短路、黏连等不良情况的发生，保证第二振膜的正常工作。进一步地，如图5-6所示，所述第一振膜20靠近所述第二振膜40的一侧设置有第三限位部100，所述第三限位部100与所述第一振膜20可为一体的，当第一振膜20发生朝向第二振膜40方向的较大变形时，所述第三限位部100与第二振膜40接触在一起，从而可以防止第一振膜与第二振膜黏连在一起，保证第一振膜、第二振膜的正常工作；
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种MEMS芯片，其特征在于，所述MEMS芯片包括：
具有背腔的衬底，以及设置在衬底上的平板电容器组；
所述平板电容器组至少包括第一平板电容器结构和位于所述第一平板电容器结构下方位置且与第一平板电容器结构呈平行布置的第二平板电容器结构；
所述第一平板电容器结构包括有第一振膜和第一背极；
所述第二平板电容器结构包括有第二振膜和第二背极。
2.根据权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一振膜和/或第二振膜包括有泄气结构。
3.根据权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一振膜和第二振膜之间形成有密闭空间。
4.根据权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一背极和第一振膜之间设置有用于限制所述第一振膜朝向所述第一背极方向变形的第一限位部；
所述第二背极和第二振膜之间设置有用于限制所述第二振膜朝向所述第二背极方向变形的第二限位部。
5.根据权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一背极位于所述第一振膜的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二振膜位于所述第二背极的远离所述第一平板电容器结构的一侧。
6.根据权利要求5所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一振膜与所述第二背极之间的间距分别大于所述第一振膜与所述第一背极之间的间距、所述第二振膜与所述第二背极之间的间距。
7.根据权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一振膜位于所述第一背极的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二振膜位于所述第二背极的远离所述第一平板电容器结构的一侧。
8.根据权利要求7所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一背极和第二背极之间的间距分别大于所述第一振膜与第一背极之间的间距、所述第二振膜与第二背极之间的间距。
9.根据权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一背极位于所述第一振膜的远离所述第二平板电容器结构的一侧，所述第二背极位于所述第二振膜的远离所述第一平板电容器结构的一侧。
10.根据权利要求9所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一振膜和第二振膜之间的间距分别大于所述第一振膜与所述第一背极之间的间距、所述第二振膜与第二背极之间的间距。
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