CN212588505U - 柔性膜及硅麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种柔性膜及硅麦克风。柔性膜包括柔性膜本体和位于柔性膜本体上的泄气结构，泄气结构包括依次连接的第一泄气缝、第二泄气缝和第三泄气缝，第二泄气缝为弧状且向内部凹陷，第一泄气缝和第三泄气缝为耳廓状，且第一泄气缝和第三泄气缝以第二泄气缝的中线为轴对称；第一泄气缝和第三泄气缝未与第二泄气缝相连接的一端均向第二泄气缝的中线方向弯折且该弯折方向朝向泄气结构的内部。本实用新型的柔性膜在承受高气压冲击时，空气可以通过泄气结构快速释放出去，从而降低柔性膜所需承受的压力，在气压通过后可以迅速恢复至原貌。基于本实用新型的柔性膜制备的硅麦克风，其性能和可靠性可以有效提高。

Description

柔性膜及硅麦克风

技术领域

本实用新型涉及一种用于声电转换的电子器件，特别是涉及一种柔性膜以及基于该柔性膜制备的硅麦克风。

背景技术

MEMS(微型机电系统)麦克风也叫硅麦克风，是基于MEMS技术制造的麦克风，其是将一个电容器集成在硅晶圆上以实现声电信号的转换。由于MEMS麦克风具有体积小、功耗低、性能优异、一致性好、便于装配等优点，因而在智能手机和智能音箱设备上得到越来越广泛的引用。硅麦克风的核心部件是一层可以往复振动的柔性膜，柔性膜在声波的作用下产生振动，导致柔性膜和背板之间的距离发生变化，进而使电容系统的电容发生改变，从而将声波信号转化为电信号。在制造这种麦克风的过程中以及麦克风在长期工作中，柔性膜可能因受到高气压的冲击而损坏。如何在承受高气压冲击时不损坏，成为了设计麦克风的一个难点。在授权专利CN205847597U和授权专利CN207706427U中分别提出了一种由多个圆形孔构成的圆形泄气孔的柔性膜，使得柔性膜在承受高气压冲击时，空气可以通过泄气缝泄露过去，从而降低柔性膜所需承受的压力。然而这种柔性膜在正常工作时，由于泄气缝的泄气作用过强，会造成麦克风的低频响应较差。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种柔性膜及硅麦克风，用于解决现有技术中柔性膜在受到高气压的冲击时容易损坏，而采用具有多个圆形孔构成泄气通道会因泄气作用过强而造成麦克风的音频低频响应性能劣化等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种柔性膜，所述柔性膜包括柔性膜本体和位于所述柔性膜本体上的泄气结构，所述泄气结构包括依次连接的第一泄气缝、第二泄气缝和第三泄气缝，所述第二泄气缝为弧状且向所述泄气结构的内部凹陷，所述第一泄气缝和第三泄气缝为耳廓状，且所述第一泄气缝和第三泄气缝以所述第二泄气缝的中线为轴对称；所述第一泄气缝和所述第三泄气缝未与所述第二泄气缝相连接的一端均向所述第二泄气缝的中线方向弯折且该弯折方向朝向所述泄气结构的内部。

可选地，所述第一泄气缝未与所述第二泄气缝相连接的端部为圆弧状，所述第三泄气缝未与所述第二泄气缝相连接的端部为圆弧状。

可选地，所述第一泄气缝、第二泄气缝及第三泄气缝的宽度小于等于5微米。

可选地，所述柔性膜本体的材料包括多晶硅。

可选地，所述第三泄气缝包括依次相连接的第一弧形段、第二弧形段及第三弧形段，所述第一弧形段未与所述第二弧形段相连接的一端与所述第二泄气缝相连接，其中，所述第一弧形段所对应的圆心角为73±5°，所述第二弧形段所对应的圆心角为27±5°，所述第三弧形段所对应的圆心角为145±5°，所述第二泄气缝所对应的圆心角为45±5°。

可选地，所述泄气结构为多个，所述多个泄气结构沿所述柔性膜本体的周向均匀间隔分布。

本实用新型还提供一种硅麦克风，所述硅麦克风包括背膜及如上述任一方案中所述的柔性膜，所述背膜与所述柔性膜本体上下对应设置，所述背膜上设置有泄气孔，所述背膜上的泄气孔与所述柔性膜本体上的泄气结构上下对应。

可选地，所述泄气孔包括圆形孔，所述圆形孔至少暴露出所述泄气结构。

如上所述，本实用新型的柔性膜及硅麦克风具有以下有益效果：本实用新型通过在柔性膜本体上设置由多段泄气缝构成的类牙齿齿面状的泄气结构，使得柔性膜在承受高气压冲击时，气流可以通过泄气结构快速释放出去，从而降低柔性膜所需承受的压力，在气压通过后可以迅速恢复至原貌。基于本实用新型的柔性膜制备的硅麦克风，其性能和可靠性可以有效提高。

附图说明

图1及图2显示为本实用新型实施例一的柔性膜的例示性结构示意图。

图3显示为图1及图2中的泄气结构的放大示意图。

图4显示为依图1的柔性膜的硅麦克风的结构示意图。

图5显示为依图2的柔性膜的硅麦克风的结构示意图。

元件标号说明

11 柔性膜本体

12 泄气结构

121 第一泄气缝

122 第二泄气缝

123 第三泄气缝

123a 第一弧形段

123b 第二弧形段

123c 第三弧形段

13 背膜

14 泄气孔

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一

如图1至图3所示，本实用新型提供一种柔性膜，所述柔性膜包括柔性膜本体11和位于所述柔性膜本体11上的泄气结构12，所述泄气结构12包括依次连接的第一泄气缝121、第二泄气缝122和第三泄气缝123，即所述第一泄气缝121和第三泄气缝123连接在所述第二泄气缝122的两端(具体可参照图3)；所述第二泄气缝122为弧状且向所述泄气结构12的内部凹陷；所述第一泄气缝121和第三泄气缝123为耳廓状，且所述第一泄气缝121和第三泄气缝123以所述第二泄气缝122的中线为轴对称，即所述第一泄气缝121和第三泄气缝123的结构尺寸完全相同；所述第一泄气缝121和所述第三泄气缝123未与所述第二泄气缝122相连接的一端均向所述第二泄气缝122的中线方向弯折且该弯折方向朝向所述泄气结构12的内部(即相向于所述第二泄气缝的凹陷方向)，因而所述第一泄气缝121、第二泄气缝122和第三泄气缝123构成的泄气结构12呈类牙齿齿面状。本实用新型通过在柔性膜本体上设置由多段泄气缝构成的类牙齿齿面状的泄气结构(即总体上呈一端宽而另一端相对较窄的结构)，在气压较小时，空气很难通过泄气结构，从而可以确保麦克风的低频响应；而当柔性膜受到高气压冲击时，泄气结构会被气压打开，气流可以通过泄气结构快速释放出去，从而降低柔性膜所需承受的压力，且由两段耳廓状的泄气缝和一段向内凹陷的弧形缝构成的结构有助于应力的均匀分散，轴对称的设计有助于提高整个柔性膜的受力均匀性，耳廓状泄气缝的自由端向内弯折不仅可以将气压的影响限制在泄气结构的空间内(即避免高气压冲击柔性膜除泄气结构之外的其他地方)，而且有助于整个泄气结构在泄气过程中的稳定性。本实用新型经改善的结构设计，可以使泄气结构乃至整个柔性膜在气压通过后可以迅速恢复至原貌。将本实用新型的柔性膜应用于各类电子器件时，可以有效提高器件的可靠性。比如基于本实用新型的柔性膜制备的硅麦克风，其性能和可靠性可以得到有效提高。

需要特别说明的是，本实施例中只是出于描述的方便而将所述泄气结构12分成多段描述，实质上所述第一泄气缝121、第二泄气缝122及第三泄气缝123可以是一体成型，彼此是连通的，各泄气缝间连接过度平滑，没有凸起，因而在受到高气压冲击时，通过多段泄气缝的共同作用实现泄气效果。

顾名思义，所述第一泄气缝121和第三泄气缝123为耳廓状是指其像人耳的轮廓一样，具体如图3所示(图3以所述第三泄气缝123为例做详细说明，第一泄气缝121的结构与之相同)，所述第三泄气缝123包括依次相连接的第一弧形段123a、第二弧形段123b以及第三弧形段123c，所述第一弧形段123a未与所述第二弧形段123b相连接的一端与所述第二泄气缝122相连接。实用新型人经多次试验发现，当两个第三弧形段的自由端的中点距离所述第二泄气缝122的最小距离，该最小距离也即第一泄气缝121和第三泄气缝123的自由端的中点与第二泄气缝122的弧形凸起的顶点位置的距离L3为10～50μm(包括端点值)时泄气结构的泄气效果以及气流通过后泄气结构的自恢复能力尤佳。在进一步的示例中，所述第一弧形段123a所对应的圆心角θ1为73±5°，第二弧形段123b所对应的圆心角θ2为27±5°，第三弧形段123c所对应的圆心角θ3为145±5°，且相应地所述第二泄气缝122所对应的圆心角θ4优选为45±5°，此时整个泄气结构的泄气效果和自恢复效果尤佳。且优选地，所述第一弧形段123a的半径为所述第三弧形段123c半径的1.2～2倍，所述第二弧形段123b的半径为所述第一弧形段123a的半径的3～5倍，这样的角度设置既可以在有限的空间内增大泄气面积，同时在气流通过后可以使所述泄气结构12尽快恢复原貌，尽量减少高气压冲击造成所述柔性膜本体11的损伤。

作为示例，所述第一泄气缝121未与所述第二泄气缝122相连接的端部(图3的虚线框所标记的位置)为圆弧状，所述第三泄气缝123未与所述第二泄气缝122相连接的端部为圆弧状。圆弧状的结构设置有助于在所述泄气结构12受到高气压冲击时，将局部应力均匀分布在圆弧上，避免应力集中，有助于提高柔性膜的机械强度。

作为示例，所述第一泄气缝121、第二泄气缝122及第三泄气缝123的宽度小于等于5微米，且实用新型人在多次试验中发现，当宽度在3～4微米之间时的效果尤佳，既可以避免缝隙过窄造成排气不畅，同时又可以避免缝隙过宽造成柔性膜本体11机械强度下降等问题，此外在工艺上也容易实现。当然，在其他示例中，所述泄气结构12的宽度可以沿气压流向逐渐缩小，即所述泄气结构12的横截面呈倒梯形或类似漏斗状结构，也即所述泄气结构12的横截面呈现为斜面，有助于气压的释放，同时有助于泄气结构12以及所述柔性膜本体11的稳定。

在一示例中，所述第一泄气缝121未与所述第二泄气缝122相连接的端部及所述第三泄气缝123未与所述第二泄气缝122相连接的端部之间的距离L1与所述第二泄气缝122的两端的间距L2相同或接近相同，有助于提高所述泄气结构的稳定性。

作为示例，所述柔性膜本体11的材料包括但不限于多晶硅，即所述柔性膜本体11可以为多晶硅薄膜，而所述泄气结构12可以通过光刻刻蚀工艺一体成型于多晶硅薄膜上。为确保所述柔性膜本体11的柔性，所述多晶硅薄膜可以是基于对流辅助化学气相沉积方法(Convection-assisted CVD，简称CoCVD)制备并经快速热退火(Rapid ThermalProcessing，简称RTP)处理而成。所述泄气结构12优选完全贯穿所述柔性膜本体11，即所述第一泄气缝121、第二泄气缝122及第三泄气缝123均完全穿透所述柔性膜本体11以形成泄气通道。所述柔性膜本体11的形状及尺寸可以根据需要设置，通常与硅麦克风的其他结构，比如与后续提及的背膜的形状及尺寸相匹配。

根据所述柔性膜本体11的形状、尺寸及其他器件参数的不同，所述泄气结构12可以为单个，也可以为多个，比如为3个或3个以上。本实施例中，作为示例，所述泄气结构12为多个且所述多个泄气结构12沿所述柔性膜本体11的周向均匀间隔分布。具体地，所述泄气结构12在所述柔性膜本体11上的排布可以如图1所示，即第一泄气缝121和第三泄气缝123自由端(未与第二泄气缝122相连接的一端)朝内(朝中心方向定义为内，反之则定义为朝外)，也可以如图2所述，第一泄气缝121和第三泄气缝123的自由端朝外，或者还可以部分朝内部分朝外，本实施例中不做严格限制。当然，所述泄气结构12的设置还可以有其他结构，比如所述泄气结构12可以沿所述柔性膜本体11的周向分布两圈，具体设置还与所述柔性膜本体11的大小相关，本实施例中并不严格限制。当然，所述泄气结构12通常设置于所述柔性膜本体11的外围的周向上，以避免对所述柔性膜本体11的正常工作造成不良影响。

本实用新型的柔性膜可以用于各类声电转换器件中，在受到高气压冲击时，空气可以通过泄气结构快速释放出去，且在泄气功能完成后可以迅速恢复原貌，在确保声电转换器件的低频响应特性的同时，可以有效提高器件可靠性。

实施例二

如图4及图5所示，本实用新型还提供一种硅麦克风，所述硅麦克风包括背膜13及如实施例一中任一方案中所述的柔性膜，所述背膜13与所述柔性膜本体11上下对应设置(如果将背膜13和柔性膜都定义为位于基底上，则背膜13位于所述柔性膜的上方，而图4及图5是自所述背膜13向所述柔性膜的方向的俯视图)，所述背膜13上设置有泄气孔14，所述背膜13上的泄气孔14与所述柔性膜本体11上的泄气结构12上下对应。具体地，图4是基于图1结构的柔性膜的硅麦克风而图5是基于图2结构的柔性膜的硅麦克风。所述背膜13为绝缘材质，包括但不限于二氧化硅、氮化硅等，且所述背膜13与所述柔性膜本体11的形状大小相匹配，比如均为圆形。通过使背膜13上的泄气孔14和柔性膜本体11上的泄气结构12对应设置，在受到高气压冲击时，空气先通过柔性膜本体11的泄气缝排放到所述背膜13后，能够从背膜13上的泄气孔14导出，由此可以进一步提高泄气效果，降低不同膜层之间的气压强度，有助于进一步提升器件可靠性。

作为示例，所述泄气孔14包括但不限于圆形孔，所述圆形孔至少暴露出所述泄气结构12，或者说所述圆形孔在所述泄气结构12表面的正投影至少覆盖所述泄气结构12，以确保自泄气结构12排出的空气能通过所述圆形孔迅速排出。

当然，所述硅麦克风还进一步包括基底和背板等结构，由于硅麦克风的结构为本领域技术人员所熟知，出于简洁的目的不赘述。基于本实用新型的柔性膜制备的硅麦克风在确保其低频响应性能的同时可靠性可以得到有效提升。

综上所述，本实用新型提供一种柔性膜及基于该柔性膜的硅麦克风。所述柔性膜包括柔性膜本体和位于所述柔性膜本体上的泄气结构，所述泄气结构包括依次连接的第一泄气缝、第二泄气缝和第三泄气缝，所述第二泄气缝为弧状且向所述泄气结构的内部凹陷，所述第一泄气缝和第三泄气缝为耳廓状，且所述第一泄气缝和第三泄气缝以所述第二泄气缝的中线为轴对称；所述第一泄气缝和所述第三泄气缝未与所述第二泄气缝相连接的一端均向所述第二泄气缝的中线方向弯折且该弯折方向朝向所述泄气结构的内部。本实用新型通过在柔性膜本体上设置由多段泄气缝构成的类牙齿齿面状的泄气结构，使得柔性膜在承受高气压冲击时，空气可以通过泄气结构快速释放出去，从而降低柔性膜所需承受的压力，在气压通过后可以迅速恢复至原貌。基于本实用新型的柔性膜制备的硅麦克风，其性能和可靠性可以有效提高。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种柔性膜，所述柔性膜包括柔性膜本体和位于所述柔性膜本体上的泄气结构，其特征在于，所述泄气结构包括依次连接的第一泄气缝、第二泄气缝和第三泄气缝，所述第二泄气缝为弧状且向所述泄气结构的内部凹陷，所述第一泄气缝和第三泄气缝为耳廓状，且所述第一泄气缝和第三泄气缝以所述第二泄气缝的中线为轴对称；所述第一泄气缝和所述第三泄气缝未与所述第二泄气缝相连接的一端均向所述第二泄气缝的中线方向弯折且该弯折方向朝向所述泄气结构的内部。

2.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于：所述第一泄气缝未与所述第二泄气缝相连接的端部为圆弧状，所述第三泄气缝未与所述第二泄气缝相连接的端部为圆弧状。

3.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于：所述第一泄气缝、第二泄气缝及第三泄气缝的宽度小于等于5微米。

4.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于：所述柔性膜本体的材料包括多晶硅。

5.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于：所述第三泄气缝包括依次相连接的第一弧形段、第二弧形段及第三弧形段，所述第一弧形段未与所述第二弧形段相连接的一端与所述第二泄气缝相连接，其中，所述第一弧形段所对应的圆心角为73±5°，所述第二弧形段所对应的圆心角为27±5°，所述第三弧形段所对应的圆心角为145±5°，所述第二泄气缝所对应的圆心角为45±5°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的柔性膜，其特征在于：所述泄气结构为多个，所述多个泄气结构沿所述柔性膜本体的周向均匀间隔分布。

7.一种硅麦克风，其特征在于，所述硅麦克风包括背膜及如权利要求1-6任一项所述的柔性膜，所述背膜与所述柔性膜本体上下对应设置，所述背膜上设置有泄气孔，所述背膜上的泄气孔与所述柔性膜本体上的泄气结构上下对应。

8.根据权利要求7所述的硅麦克风，其特征在于：所述泄气孔包括圆形孔，所述圆形孔至少暴露出所述泄气结构。

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