CN212486784U - Mems芯片和mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种MEMS芯片和MEMS麦克风。其中，MEMS芯片包括：振膜、背极以及压电驱动组件，所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；所述压电驱动组件设于所述振膜，所述压电驱动组件用于驱动所述振膜运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大。本实用新型技术方案旨在避免麦克风产品因振膜在振动过程中与背板粘接/吸附而导致产品失效。

Description

MEMS芯片和MEMS麦克风

技术领域

本实用新型涉及电声器件技术领域，特别涉及一种MEMS芯片和MEMS麦克风。

背景技术

(Micro Electro Mechanic System，微型机电系统)MEMS芯片是一种用微机械加工技术制作出来的电能换声器件，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着MEMS麦克风的小巧化、薄型化发展，MEMS芯片被越来越广泛地运用到这些设备上。

相关技术中的MEMS芯片包括硅基板以及由振膜和背板组成的平板电容，振膜与背板相对并相隔一定距离。在制造或工作时由于一些原因，比如牺牲层腐蚀液残留，高声压冲击等，会导致发生吸膜现象。尽管在振膜或背极板上制作凸起结构可以降低吸膜发生的概率，但是仍然无法完全避免。吸膜一旦发生，通常难以恢复到正常状态。以及，振膜在声波的作用下产生振动，导致振膜和背板之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号。但是这种MEMS芯片的灵敏度和信噪比会随着其振膜和背板面积的扩大而降低，由于对背极和振膜上电后，振膜会朝向背极运动，此时振膜在振动过程中容易与背板粘接，吸膜现象的存在会降低MEMS芯片的良率和可靠性，而示例性技术中不能在保证振膜在振动过程中不与背板粘接的基础上，使得振膜良好地振动，降低了MEMS芯片的灵敏度和信噪比。

以上仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认为现有技术。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种MEMS芯片，旨在保证振膜在振动过程中不与背板粘接/贴附的基础上，使得振膜良好地振动，降提高MEMS芯片的灵敏度和信噪比。

为实现上述目的，本实用新型提供的MEMS芯片，包括：

振膜；

背极，所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；以及

压电驱动组件，所述压电驱动组件设于所述振膜，所述压电驱动组件用于驱动所述振膜运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大。

在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件的数量为至少一个，一所述压电驱动组件设于所述振膜背离所述背极的一侧；

且/或，所述压电驱动组件的数量为至少一个，一所述压电驱动组件设于所述振膜朝向所述背极的一侧。

在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件的数量为多个，至少一个所述压电驱动组件设于振膜，至少一个所述压电驱动组件设于所述背极的表面。

在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件包括压电层和至少两电极层，两所述电极层贴合设置于所述压电层相对的两侧，其中一所述电极层设置于所述振膜的一表面，两所述电极层均用于连通外部电路。

在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件呈环形设置，所述压电驱动组件环绕所述振膜的边缘设置。

在本实用新型的一些实施例中，定义所述振膜具有振动中心，所述压电驱动组件的数量为至少两个，两所述压电驱动组件沿所述振动中心的周向间隔设置，并自所述振动中心向所述振膜的边缘延伸设置。

在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件的数量为至少四个，四个所述压电驱动组件沿所述振动中心的周向均匀排布；

且/或，所述压电驱动组件呈长条形设置，所述压电驱动组件自所述振动中心向所述振膜的边缘延伸设置。

在本实用新型的一些实施例中，所述振膜的数量为至少两个，两所述振膜设置于所述背极相对的两侧，两所述振膜均设有所述压电驱动组件。

在本实用新型的一些实施例中，所述背极的数量为至少两个，两所述背极设置于所述振膜相对的两侧，两所述背极均设有所述压电驱动组件。

本实用新型还提出一种MEMS麦克风，该MEMS麦克风包括MEMS芯片，所述MEMS芯片包括：振膜；和

背极，所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；以及

压电驱动组件，所述压电驱动组件设于所述振膜，所述压电驱动组件用于驱动所述振膜运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大。

本实用新型的技术方案通过设置振膜和背极，并将背极和振膜相对设置。可以理解的是，相对设置的背极和振膜之间形成间隙，使得背极和振膜在上电后可以形成电容器结构，以及设置位于振膜上的压电驱动组件，在MEMS芯片受到声波信号影响时，振膜产生振动，振膜和背板单元之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号。在振膜朝向背极运动并与背极的距离很近时，控制压电驱动组件的通电状态，根据逆压电效应，当在压电驱动组件的电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失，从而使得压电驱动组件驱动所述振膜运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大，使得振膜与背极始终具有一定的距离，防止了振动过程中振膜与背极的粘结/贴附。如此，本实用新型的技术方案可以保证麦克风不因振膜在振动过程中因与背板粘接/吸附而导致失效，既有利于直接避免振膜与背板的粘接/贴附，另一方面，当二者粘接/吸附时，也可以通过压电驱动的作用力使其恢复，从而使得振膜良好地振动，降提高MEMS芯片的灵敏度和信噪比。

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MEMS芯片一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型MEMS芯片的振膜振动状态下一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型MEMS芯片又一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型MEMS芯片又一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型MEMS芯片的振膜设置压电驱动组件一实施例的结构示意图；

图6为本实用新型MEMS芯片的振膜设置压电驱动组件又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	MEMS芯片	61	压电层
10	振膜	62	电极层
				20	背极	70	振动间隙
60	压电驱动组件	a	振动中心

本实用新型目的实现、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。

本实用新型提出一种MEMS芯片100。

参照图1至图6，本实用新型技术方案提出的MEMS芯片100包括：

振膜10；

背极20，所述背极20与所述振膜10相对设置，并与所述振膜10形成电容器结构；以及

压电驱动组件60，所述压电驱动组件60设于所述振膜10，所述压电驱动组件60用于驱动所述振膜10运动，以使所述振膜10和所述背极20之间的间距增大。

在本实施例中，在MEMS芯片100通电工作时，振膜10与背极20将会带上极性相反的电荷，形成电容器结构，因此振膜10在静电力的作用下会朝着背极20移动，从而改变振膜10与背极20的电容，形成电信号。

可以理解的是，该MEMS芯片100还包括基板，所述基板设有背腔，所述振膜10和所述背极20设于所述基板的同一侧，所述振膜10与所述基板连接(当采用双背极20结构时，其中一个背极20设置在振膜10与基板之间)，至少部分所述振膜10可振动地设于所述背腔；和支撑层，所述支撑层设于所述振膜10与所述背极20之间，以使所述振膜10和所述背极20之间形成振动间隙70。通过设置基板，对MEMS芯片100整体进行支撑，保证振膜10的振动稳定性。以及，通过设置背腔使得振膜10振动时基板可以对振膜10进行一定的避让，从而便于振膜10的振动。

本实用新型的技术方案通过设置振膜10和背极20，并将背极20和振膜10相对设置，可以理解的是，相对设置的背极20和振膜10之间形成间隙，使得背极20和振膜10在上电后可以形成电容器结构，以及设置位于振膜10上的压电驱动组件60，在MEMS芯片100受到声波信号影响时，振膜10产生振动，振膜10和背板单元之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号，在振膜10朝向背极20运动并与背极20的距离很近时，控制压电驱动组件60的通电状态，根据逆压电效应，当在压电驱动组件60的电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失，从而使得压电驱动组件60驱动所述振膜10运动，以使所述振膜10和所述背极20之间的间距增大，使得振膜10与背极20始终具有一定的距离。如此，本实用新型的技术方案可以避免因振膜10在振动过程中与背板发生粘接/贴附而导致产品失效，具体表现为可以通过压电驱动的作用力使得二者保持较大的距离，从而直接预防二者粘接/吸附，另一方面，退一步说，如果二者在已经发生粘接/吸附的情况下，也可以通过压电驱动的作用力使得二者恢复较大的距离，从而使得振膜10良好地振动，降提高MEMS芯片100的灵敏度和信噪比。

在一实施例中，该振膜10和背极20的制作材料包括多晶硅，多晶硅作为优良的半导体材料，可以作为导体用于上电。该背极20还可以采用氮化硅层包裹多晶硅，从而为多晶硅层提供保护，并使得振膜10与背极20之间具有一定的绝缘性。

参照图1、图4，在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件60的数量为至少一个，一所述压电驱动组件60设于所述振膜10背离所述背极20的一侧；

且/或，所述压电驱动组件60的数量为至少一个，一所述压电驱动组件60设于所述振膜10朝向所述背极20的一侧。

本实施例中，可以将压电驱动组件60设置在振膜10朝向背极20的表面，或者将压电驱动组件60设置在振膜10背离背极20的表面，可以理解的是，设置在振膜10不同表面的压电驱动组件60驱动振膜10的形式相反，例如，设置在振膜10朝向背极20的表面的压电驱动组件60，在驱动振膜10远离背极20运动时，压电驱动组件60推动振膜10运动；设置在振膜10背离背极20的表面的压电驱动组件60，在驱动振膜10远离背极20运动时，压电驱动组件60拉动振膜10运动。以及，还可以在振膜10的两个表面都分别设置一个压电驱动组件60，通过两个压电驱动组件60驱动振膜10，提高振膜10远离背极20的效率。

参照图3，在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件60的数量为多个，至少一个所述压电驱动组件60设于振膜10，至少一个所述压电驱动组件60设于所述背极20的表面。本实施例中，同时在振膜10和背极20上设置压电驱动组件60，从而可以在振膜10朝向背极20运动时，同时通过位于振膜10上的压电驱动组件60驱动振膜10远离背极20运动，以及通过位于背极20上的压电驱动组件60驱动背极20远离振膜10，增加振膜10与背极20之间的距离，有效防止了振动过程中振膜10与背极20的粘结/贴附。

参照图1至图4，在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件60包括压电层61和至少两电极层62，两所述电极层62贴合设置于所述压电层61相对的两侧，其中一所述电极层62设置于所述振膜10的一表面，两所述电极层62均用于连通外部电路。本实施例中，两电极层62的材料可以采用金属材料，只要便于导电即可。该压电层61的材质包括锆钛酸铅压电陶瓷或者压电晶体，或者具有压电效应和逆压电效应的材料。通过设置贴附压电层61的电极层62，通过从电极层62对压电层61施加不同的电场，即可实现压电层61沿不同方向的弯折，从而可以带动背极20/振膜10的运动，防止吸膜导致产品失效。

参照图5，在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件60呈环形设置，所述压电驱动组件60环绕所述振膜10的边缘设置。通过设置环形的压电驱动组件60使得振膜10的靠近边缘的部分得到压电驱动组件60驱动，从而带动振膜10中部朝向远离背极20的方向运动。环绕设置的压电驱动组件60与振膜10具有较大的接触面积，可以有效驱动振膜10的较大面积，并且由于是从边缘驱动振膜10，可以在最大程度比较影响振膜10的振幅而防止吸膜而导致产品失效。

参照图6，在本实用新型的一些实施例中，定义所述振膜10具有振动中心a，所述压电驱动组件60的数量为至少两个，两所述压电驱动组件60沿所述振动中心a的周向间隔设置，并自所述振动中心a向所述振膜10的边缘延伸设置。需要说明的是，振动中心a可以理解为振膜10振幅最大的位置，或者可以理解为最可能先与背极20接触的位置，也可以理解为振膜10的几何中心，例如，当振膜10呈圆形设置时，该振动中心a可以理解为圆心。通过设置自振动中心a向振膜10边缘延伸的压电驱动组件60，使得压电驱动组件60可以从边缘向中心均匀对振膜10的振幅进行控制，防止吸膜，进一步设置至少两个相对的压电驱动组件60，保证从边缘向中心对振膜10驱动的均匀性，保证振膜10的振动形态。可以理解的是，该压电驱动组件60还可以设置为3个、4个、5个等，从而将多个压电驱动组件60沿振动中心a的周向均匀排布，如此设置，可以提高压电驱动组件60与振膜10的接触面积，提高压电驱动组件60的驱动效率，并且提高压电驱动组件60对振膜10的振幅进行控制的均匀性，有效防止吸膜。

在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件60呈长条形设置，并且自所述振动中心a向所述振膜10的边缘延伸设置。如此设置可以使得压电驱动组件60自身的强度不至于太高，并且便于驱动振膜10，降低振动中心a的振动幅度。

在本实用新型的一些实施例中，所述压电驱动组件60呈自所述振动中心a向所述振膜10的边缘延伸的弯折结构，如此设置，也可以使得压电驱动组件60自身的强度不至于太高，并且便于驱动振膜10，降低振动中心a的振动幅度。

在本实用新型的一些实施例中，所述振膜10的数量为至少两个，两所述振膜10设置于所述背极20相对的两侧，两所述振膜10均设有所述压电驱动组件60。本实施例中，MEMS芯片100为双振膜10MEMS芯片100，此时可以在两个振膜10上均设置压电驱动组件60，使得压电驱动组件60控制两个振膜10相对背极20的距离，防止吸膜。可以理解的是，可以在每个振膜10分别设置一个压电驱动组件60，或者在其中一个振膜10设置一个压电驱动组件60，在另一个振膜10设置两个压电驱动组件60，或者在两个振膜10均设置两个压电驱动组件60，均可有效改变背极20与振膜10的距离。需要说明的是，当采用双振膜10的方案时，可以不在背极20设置压电驱动组件60，便于简化控制，并且也能实现良好的防吸膜导致的产品失效的效果。

参照图4，在本实用新型的一些实施例中，所述背极20的数量为至少两个，两所述背极20设置于所述振膜10相对的两侧，两所述背极20均设有所述压电驱动组件60。本实施例中，MEMS芯片100为双背极20MEMS芯片100，此时可以在两个背极20上均设置压电驱动组件60，使得压电驱动组件60控制两个振膜10相对背极20的距离，防止吸膜。可以理解的是，可以在每个振膜10分别设置一个压电驱动组件60，或者在其中一个振膜10设置一个压电驱动组件60，在另一个振膜10设置两个压电驱动组件60，或者在两个振膜10均设置两个压电驱动组件60，均可有效改变背极20与振膜10的距离。需要说明的是，本实施例中，进一步可以在振膜10设置压电驱动组件60，从而有效控制振膜10本身与背极20的距离，防止吸膜而导致产品失效。

本实用新型还提出一种MEMS麦克风(未图示)，该MEMS麦克风包括MEMS芯片100，该MEMS芯片100包括：振膜10；背极20，所述背极20与所述振膜10相对设置，并与所述振膜10形成电容器结构；以及压电驱动组件60，所述压电驱动组件60设于所述振膜10，所述压电驱动组件60用于驱动所述振膜10运动，以使所述振膜10和所述背极20之间的间距增大。由于本MEMS麦克风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实用新型构思下，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MEMS芯片，其特征在于，包括：

振膜；和

背极，所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；以及

压电驱动组件，所述压电驱动组件设于所述振膜，所述压电驱动组件用于驱动所述振膜运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大。

2.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述压电驱动组件的数量为至少一个，一所述压电驱动组件设于所述振膜背离所述背极的一侧；

或，所述压电驱动组件的数量为至少一个，一所述压电驱动组件设于所述振膜朝向所述背极的一侧。

3.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，所述压电驱动组件的数量为多个，至少一个所述压电驱动组件设于振膜，至少一个所述压电驱动组件设于所述背极的表面。

4.如权利要求2所述的MEMS芯片，其特征在于，所述压电驱动组件包括压电层和至少两电极层，两所述电极层贴合设置于所述压电层相对的两侧，其中一所述电极层设置于所述振膜的一表面，两所述电极层均用于连通外部电路。

5.如权利要求1至4中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，所述压电驱动组件呈环形设置，所述压电驱动组件环绕所述振膜的边缘设置。

6.如权利要求1至4中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，定义所述振膜具有振动中心，所述压电驱动组件的数量为至少两个，两所述压电驱动组件沿所述振动中心的周向间隔设置，并自所述振动中心向所述振膜的边缘延伸设置。

7.如权利要求6所述的MEMS芯片，其特征在于，所述压电驱动组件的数量为至少四个，四个所述压电驱动组件沿所述振动中心的周向均匀排布；

且/或，所述压电驱动组件呈长条形设置，所述压电驱动组件自所述振动中心向所述振膜的边缘延伸设置。

8.如权利要求1至4中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，所述振膜的数量为至少两个，两所述振膜设置于所述背极相对的两侧，两所述振膜均设有所述压电驱动组件。

9.如权利要求1至4中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，所述背极的数量为至少两个，两所述背极设置于所述振膜相对的两侧，两所述背极均设有所述压电驱动组件。

10.一种MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风包括如权利要求1至9中任一项所述的MEMS芯片。

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