CN212115672U - 一种电容式传感器及麦克风设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电容式传感器及麦克风设备。所述电容式传感器包括背极板、振膜和泄气件。本实用新型技术方案通过在振膜上开设至少一个泄气孔，并在振膜与背极板之间设置泄气件，自泄气孔向背极板延伸并与背极板连接，且在振膜所在平面内，泄气件的截面自泄气孔向背极板逐渐减小，高气压自泄气孔向背极板方向施加时，振膜受力朝向背极板方向发生形变，此时，泄气孔的孔壁与泄气件的表面之间的间隙逐渐变大，使得通过泄气孔的气流量增加，施加于振膜上的冲力力也逐步减少，有效避免振膜在同一高压下发生破裂。

Description

一种电容式传感器及麦克风设备

技术领域

本实用新型涉及声电转换领域，特别涉及一种电容式传感器及麦克风设备。

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。

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，或者在大气冲击时会因气流扰动而扭曲变形导致振膜破裂，从而导致整个麦克风的失效。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种电容式传感器及麦克风设备，旨在解决振膜受到过大的压力而导致破裂受损的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种电容式传感器，所述电容式传感器包括：

背极板；

振膜，所述振膜与所述背极板层叠设置并留有间隙，所述振膜上开设有泄气孔；

泄气件，所述泄气件自所述泄气孔向所述背极板延伸并与所述背极板连接，且在平行于所述振膜所在平面内，所述泄气件的截面面积自所述泄气孔向所述背极板逐渐减小；

其中，当所述振膜朝向所述背极板所在位置发生形变时，所述泄气孔的孔壁与所述泄气件的表面之间的间隙逐渐变大。

优选的，所述振膜泄气件包括：

第一连接部，所述第一连接部设置于所述泄气孔内；

第二连接部，所述第二连接部连接所述第一连接部与所述背极板，在所述振膜所在平面内，所述第一连接部的截面大于所述第二连接部的截面。

优选地，所述第一连接部为圆柱体结构，所述第二连接部位为圆台结构。

优选地，所述第一连接部以及所述第二连接部位均为圆柱体结构。

优选地，所述振膜由多晶硅制作而成，所述第一连接部以及所述第二连接部由氧化硅、氮化硅中的任一种制作而成。

优选地，所述背极板上设置有出音孔，所述第二连接部的周壁与所述泄气孔的孔壁之间留有泄气间隙。

优选地，所述泄气间隙的距离小于10um。

优选地，所述背极板和第二连接部均设置有两个，其中一个所述第二连接部的两端分别与所述第一连接部、其中一个所述背极板连接，另一个所述第二连接部的两端分别与所述第一连接部、另一个所述背极板连接。

优选地，所述电容式传感器还包括：

环形底座，所述环形底座设置于所述背极板远离所述振膜的一端上，所述环形底座、所述背极板之间形成背腔。

本实用新型还提出一种麦克风设备，包括上述任一项所述的电容式传感器，所述麦克风设备还包括：

壳体，所述背极板、所述振膜以及所述泄气件均设置于所述壳体的内部。

本实用新型技术方案通过在振膜上开设至少一个泄气孔，并在振膜与背极板之间设置泄气件，自泄气孔向背极板延伸并与背极板连接，且在振膜所在平面内，泄气件的截面自泄气孔向背极板逐渐减小，高气压自泄气孔向背极板方向施加时，振膜受力朝向背极板方向发生形变，此时，泄气孔的孔壁与泄气件的表面之间的间隙逐渐变大，使得通过泄气孔的气流量增加，施加于振膜上的冲力力也逐步减少，有效避免振膜在同一高压下发生破裂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电容式传感器一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型电容式传感器另一实施例的结构示意图；

图3为图1的俯视图；

图4为本实用新型电容式传感器又一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型电容式传感器再一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	电容式传感器	10	背极板
20	振膜	30	泄气件
				31	第一连接部	32	第二连接部
40	环形底座	A	出音孔
				B	泄气间隙	C	背腔

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出了一种电容式传感器100。

如图1至图3所示，所述电容式传感器100包括：背极板10；振膜20，所述振膜20与所述背极板10层叠设置并留有间隙，所述振膜20上开设有泄气孔；泄气件30，所述泄气件30自所述泄气孔向所述背极板10延伸并与所述背极板10连接，且在平行于所述振膜20所在平面内，所述泄气件30的截面面积自所述泄气孔向所述背极板10逐渐减小；其中，当所述振膜20朝向所述背极板10所在位置发生形变时，所述泄气孔的孔壁与所述泄气件30的表面之间的间隙逐渐变大。

目前的麦克风，通常在振膜20上制作泄气孔或泄气阀来提高振膜20的抗气流冲击能力。泄气孔或泄气阀的尺寸越大，数目越多，振膜20的抗气流冲击能力越好。然而这会导致FR曲线(频率响应曲线)的低频下跌严重，难以满足应用要求。

鉴于此，本实施例中，背极板10和振膜20层叠设置，且背极板10与振膜20之间形成有间隙，使背极板10和振膜20形成平板电容结构。可以理解的是，背极板10与振膜20之间可以通过固定支架相对间隔设置。本实施例中，可在振膜20上开设至少一个泄气孔，并在振膜20与背极板10之间设置泄气件30，自泄气孔向背极板10延伸并与背极板10连接，且在平行于振膜20的所在平面内，泄气件30的截面面积自泄气孔向背极板10逐渐减小，高气压自泄气孔向背极板10方向施加时，振膜20受力朝向背极板10方向发生形变，此时，泄气孔的孔壁与泄气件30的表面之间的间隙逐渐变大，使得通过泄气孔的气流量增加，施加于振膜20上的冲力力的得到有效缓冲，有效避免振膜20在同一高压下发生破裂。

可以理解的是，泄气孔的孔壁与泄气件30的表面之间的间隙逐渐变大的过程中，振膜20发出的高频端声音不受影响，而FR曲线(频率响应曲线)相对平滑，对低频段的声音影响较少，可忽略不计。

可以理解的是，泄气件30自泄气孔向背极板10的方向上，截面的形状可以是三角形结构、梯形结构、阶梯结构等，在此不作限定。

具体的，所述振膜20泄气件30包括：第一连接部31，所述第一连接部31设置于所述泄气孔内；第二连接部32，所述第二连接部32连接所述第一连接部31与所述背极板10，在所述振膜20所在平面内，所述第一连接部31的截面大于所述第二连接部32的截面。本实施例中，泄气件30由第一连接部31和第二连接部32组成，其中，第一连接部31设置在泄气孔内，而第二连接部32的两端分别连接第一连接部31和背极板10，而在振膜20所在平面内，第一连接部31的截面大于第二连接部32的截面，高气压自泄气孔向背极板10方向施加时，振膜20受力朝向背极板10方向发生形变，此时，泄气孔的孔壁与泄气件30的表面之间的间隙逐渐变大，使得通过泄气孔的气流量增加，施加于振膜20上的冲力力也逐步减少，有效避免振膜20在同一高压下发生破裂。

可以理解的是，当本实用新型电容式传感器100外部套设壳体时，可使第一连接部31远离振膜20的一端相对固定于壳体上，以便利用泄气件30支撑背极板10。

第一连接部31和第二连接部32可以一体成型，也可以分体设置，在此不作限定。

具体的，所述第一连接部31为圆柱体结构，所述第二连接部32位为圆台结构。本实施例中，第一连接部31可以设置成圆柱体结构，第二连接部32可以设置成圆台结构，第二连接部32朝向振膜20的端面设置在第一连接部31上，且上述端面的面积小于第一连接部31在振膜20所在平面内的截面，为保证泄气孔的孔壁与第二连接部32的表面之间的间隙逐渐变大，第二连接部32自泄气孔向背极板10的方向上，其截面依次递减。

具体的，所述第一连接部31以及所述第二连接部32位均为圆柱体结构。作为另一个可选实施例，第一连接部31可以设置成圆柱体结构，第二连接部32可以设置成圆柱体结构，在振膜20所在平面内，第一连接部31的截面大于第二连接部32的截面。

具体的，所述振膜20由多晶硅制作而成，所述第一连接部31以及所述第二连接部32由氧化硅、氮化硅中的任一种制作而成。本实施例中，背极板20由导电材料制作而成，例如多晶硅。而第一连接部31以及所述第二连接部32由绝缘材料制作而成，例如氧化硅、氮化硅中的任一种。

具体的，所述背极板10上设置有出音孔，所述第二连接部32的周壁与所述泄气孔的孔壁之间留有泄气间隙B。本实施例中，为了便于使高气压气流疏导流畅，可在背极板10上开设出音孔，并使第二连接部32的周壁与泄气孔的孔壁之间留有泄气间隙B。当高气压自泄气孔向背极板10方向施加时，振膜20受力朝向背极板10方向发生形变，此时，气流通过泄气间隙B流出，并通过出音孔排出。

具体的，所述泄气间隙B的距离小于10um。本实施例中，泄气间隙B的距离小于10um。泄气间隙B的大小可根据具体工艺参数要求进行调整，工艺参数如光刻分辨率等。

如图4至图5所示，具体的，所述背极板10和第二连接部32均设置有两个，其中一个所述第二连接部32的两端分别与所述第一连接部31、其中一个所述背极板10连接，另一个所述第二连接部32的两端分别与所述第一连接部31、另一个所述背极板10连接。本实施例中，背极板10和第二连接部32均可设置两组，且其中一个第二连接部32的两端分别与第一连接部31、其中一个背极板10连接，另一个第二连接部32的两端分别与第一连接部31、另一个背极板10连接，即，两个背极板10关于振膜20对称设置，两个第二连接部32关于第一连接部31对称设置，两个背极板10与振膜20之间形成两组平板电容，使得本实用新型电容式传感器100具有两种声音采集口，提高本实用新型电容式传感器100的兼容性。

具体的，所述电容式传感器100还包括：环形底座40，所述环形底座40设置于所述背极板10远离所述振膜20的一端上，所述环形底座40、所述背极板10之间形成背腔C。本实施例中，可设置一环形底座40，底座设置在背极板10上，底座内环与背极板10之间形成背腔C，使振膜20振动过程中，气流在背腔C内部顺畅流动，提高声音的传递效果。

可以理解的是，当背极板10和第二连接部32均设置两组后，底座可以设置在任一个背极板10上，当背腔C所在区域的背极板10作为声音采集口时，则高气压通过背腔C所在区域的背极板10的出音孔进入背腔C所在区域的背极板10与振膜20之间，使振膜20朝向另一个背极板10发生形变，气流通过泄气间隙B，并通过另一个背极板10的出音孔排出。

本实用新型还提出一种麦克风设备，包括上述所述的电容式传感器100，所述麦克风设备还包括：壳体，所述背极板10、所述振膜20以及所述泄气件30均设置于所述壳体的内部。该电容式传感器100的具体结构参照上述实施例，由于本麦克风设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电容式传感器，其特征在于，所述电容式传感器包括：

背极板；

振膜，所述振膜与所述背极板层叠设置并留有间隙，所述振膜上开设有泄气孔；

泄气件，所述泄气件自所述泄气孔向所述背极板延伸并与所述背极板连接，且在平行于所述振膜所在平面内，所述泄气件的截面面积自所述泄气孔向所述背极板逐渐减小；

其中，当所述振膜朝向所述背极板所在位置发生形变时，所述泄气孔的孔壁与所述泄气件的表面之间的间隙逐渐变大。

2.如权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述振膜泄气件包括：

第一连接部，所述第一连接部设置于所述泄气孔内；

第二连接部，所述第二连接部连接所述第一连接部与所述背极板，在所述振膜所在平面内，所述第一连接部的截面大于所述第二连接部的截面。

3.如权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一连接部为圆柱体结构，所述第二连接部位为圆台结构。

4.如权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一连接部以及所述第二连接部位均为圆柱体结构。

5.如权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，所述振膜由多晶硅制作而成，所述第一连接部以及所述第二连接部由多晶硅、氧化硅、氮化硅中的任一种制作而成。

6.如权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，所述背极板上设置有出音孔，所述第二连接部的周壁与所述泄气孔的孔壁之间留有泄气间隙。

7.如权利要求6所述的电容式传感器，其特征在于，所述泄气间隙的距离小于10um。

8.如权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述背极板和第二连接部均设置有两个，其中一个所述第二连接部的两端分别与所述第一连接部、其中一个所述背极板连接，另一个所述第二连接部的两端分别与所述第一连接部、另一个所述背极板连接。

9.如权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述电容式传感器还包括：

环形底座，所述环形底座设置于所述背极板远离所述振膜的一端上，所述环形底座、所述背极板之间形成背腔。

10.一种麦克风设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电容式传感器，所述麦克风设备还包括：

壳体，所述背极板、所述振膜以及所述泄气件均设置于所述壳体的内部。

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