CN212850998U - 压电式麦克风芯片、麦克风及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种压电式麦克风芯片、麦克风及电子设备，其中，所述压电式麦克风芯片包括基底和压电振膜，所述基底形成有贯通的通孔；所述压电振膜设于所述基底的一表面并覆盖所述通孔，所述压电振膜对应所述通孔的部分弯折形成有凹槽和/或凸起，所述凹槽和/或所述凸起贴近所述通孔开口的内边缘设置。本实用新型技术方案的压电式麦克风芯片可有效增大压电振膜振幅，提高灵敏度。

Description

压电式麦克风芯片、麦克风及电子设备

技术领域

本实用新型涉及麦克风技术领域，特别涉及一种压电式麦克风芯片、麦克风及电子设备。

背景技术

因压电式麦克风制作工艺简单，单层膜的设计架构不受空气阻尼的限制在防尘和防水方面有着较好的表现，故有更加广泛的应用领域。目前，压电麦克风的振动膜因受制程工艺的影响，会存在残余应力，导致灵敏度比较低，制约其发展。为了提升灵敏度，现有的产品大部分采用悬臂梁结构，来降低工艺残余应力的影响，但该种结构振膜的各悬臂梁膜瓣仍然会受工艺残余应力的影响，导致各膜瓣翘曲不一，影响麦克风的性能一致性及应用可靠性。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种压电式麦克风芯片，旨在解决压电式麦克风的灵敏度低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的压电式麦克风芯片包括：

基底，所述基底形成有贯通的通孔；和

压电振膜，所述压电振膜设于所述基底的一表面并覆盖所述通孔，所述压电振膜对应所述通孔的部分弯折形成有凹槽和/或凸起，所述凹槽和/或所述凸起贴近所述通孔开口的内边缘设置。

可选地，所述凹槽和/或所述凸起呈环状。

可选地，所述压电振膜具有多个所述凹槽，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，所述凹槽间隔设置。

可选地，多个所述凹槽的深度相同；和/或，

所述凹槽的槽底部为平面，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，多个所述凹槽的宽度尺寸相同，且每相邻两凹槽之间的距离与所述凹槽的宽度相同。

可选地，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，所述压电振膜具有多个间隔设置的所述凸起。

可选地，多个所述凸起的高度相同；和/或，

所述凸起的顶部为平面，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，多个所述凸起的宽度尺寸相同，且每相邻两凸起之间的距离与所述凸起的宽度相同。

可选地，环状的所述凹槽或所述凸起的圈数大于等于3圈。

可选地，环状的所述凹槽和/或所述凸起所围成的形状与所述通孔的开口形状相匹配。

本实用新型还提出一种麦克风，所述麦克风包括基板、设于所述基板的压电式麦克风芯片，以及罩设于所述基板的盖体，所述压电式麦克风芯片为如上所述的压电式麦克风芯片。

本实用新型还提出一种电子设备，包括壳体和设于所述壳体内的麦克风，所述麦克风为如上所述的麦克风。

本实用新型技术方案中的压电式麦克风芯片包括基底和压电振膜，基底设有贯通的通孔，以便声音的穿入，压电振膜设于基底的一表面，以使得穿入的声音作用在压电振膜对应通孔的部分，通过在压电振膜与通孔对应的部分弯折形成有凹槽和/或凸起，且凹槽和/或凸起的位置贴近通孔开口的内边缘，则在相同尺寸的通孔情况下可以增加该压电振膜振动的整体尺寸，使得该压电振膜由紧绷的状态转变为较为松弛的状态，有效减少了因加工而存在的残余应力所导致的张力，从而在相同的声压下能够增大压电振膜的自身变形量，也即增大了其振动振幅，再微小的声音也能够通过压电振膜相对应的振幅检测到，使得麦克风的灵敏度大大提高。与此同时，该结构的压电振膜不存在悬臂梁结构，能够避免出现翘曲不一的情况，有效保证麦克风性能的一致性和稳定性。

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为本实用新型压电式麦克风芯片一实施例的仰视图；

图2为图1所示压电式麦克风芯片的剖视图；

图3为本实用新型压电式麦克风芯片另一实施例中压电振膜的部分结构图。

附图标号说明：

100	压电式麦克风芯片	33	振膜本体
				10	基底	35	第一电极
11	通孔	37	第二电极
				30	压电振膜	39	凸起
31	凹槽	50	绝缘层

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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“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压电式麦克风芯片100。

请结合参照图1至图3，在本实用新型实施例中，压电式麦克风芯片100包括：

基底10，所述基底10形成有贯通的通孔11；和

压电振膜30，所述压电振膜30设于所述基底10的一表面并覆盖所述通孔11，所述压电振膜30对应所述通孔11的部分弯折形成有凹槽31和/或凸起39，所述凹槽31和/或所述凸起39贴近所述通孔11开口的内边缘设置。

本实施例中，压电式麦克风可以是压电式MEMS麦克风(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)，也可以是其他类型，是一种将声音转换为电信号的电声器件。压电式麦克风芯片100因包括有与声音直接作用的压电振膜30，故而对麦克风的音质和音效影响较大。压电式麦克风芯片100还包括对压电振膜30起到支撑的基底10，基底10的材质一般为单晶硅、多晶硅或是氮化硅等材料，基底10的外部形状大致呈方体，其一表面的中部开设有贯通的通孔11，该通孔11通常与麦克风的声孔相对应，两者配合形成麦克风的声腔腔体，可保证声音传入的顺畅性，并可使声音沿声孔和通孔11的周壁呈连续地曲线传入，提高声音的音质。通孔11的开口形状可以是圆形也可以是方形，或是其他多边形形状。当然，基底10的形状也可以是中空的圆筒状等，在此不作限定。

具体地，压电振膜30一般包括有振膜本体33和设于振膜本体33两表面的第一电极35和第二电极37，振膜本体33的材料为压电材料，该振膜本体33通过声音作用自身发生变形，压电材质在检测到物理特性改变时产生电信号，并通过第一电极35和第二电极37传输至控制器进行操作，该压电振膜30的具体工作过程和现有的工作过程相似，在此不作详述。压电振膜30设于基底10的一表面并覆盖通孔11，压电振膜30上在靠近通孔11的开口内边缘设置有凹槽31和/或凸起39，即，该凹槽31和/或凸起39均不通过且不靠近压电振膜30的中心设置，能够使得进入通孔11的声音作用在压电振膜30时，增加压电振膜30的变形量，并能够使得压电振膜30与通孔11的中部对应的部分较大，压电振膜30由声音作用能够用于变形的部分的质量有效增加，能够增大压电振膜30的振动振幅。此处，凹槽31和/或凸起39为振膜本体33、第一电极35和第二电极37三者共同弯折形成的。所述凸起39和/或凹槽31的纵切面的形状可以是针尖形状、方形、半圆形或弧线形等等，在此不作限定。且凹槽31和/或凸起39的数量以及延伸形状也不作限定。

本实用新型技术方案中的压电式麦克风芯片100包括基底10和压电振膜30，基底10设有贯通的通孔11，以便声音的穿入，压电振膜30设于基底10的一表面，以使得穿入的声音作用在压电振膜30对应通孔11的部分，通过在压电振膜30与通孔11对应的部分弯折形成有凹槽31和/或凸起39，且凹槽31和/或凸起39的位置贴近通孔11开口的内边缘，则在相同尺寸的通孔11情况下可以增加该压电振膜30振动的整体尺寸，使得该压电振膜30由紧绷的状态转变为较为松弛的状态，有效减少了因加工而存在的残余应力所导致的张力，从而在相同的声压下能够增大压电振膜30的自身变形量，也即增大了其振动振幅，再微小的声音也能够通过压电振膜30相对应的振幅检测到，使得麦克风的灵敏度大大提高。与此同时，该结构的压电振膜30不存在悬臂梁结构，能够避免出现翘曲不一的情况，有效保证麦克风性能的一致性和稳定性。

请继续参照图1，在上述结构基础上，可选的实施例中，所述凹槽31和/或所述凸起39呈环状。

本实施例中，设置凹槽31/或凸起39呈环状设置，意思是当压电振膜30单独弯折设有凹槽31或凸起39时，该凹槽31或凸起39的延伸形状呈环状，且该环状的凹槽31或凸起39贴近通孔11的开口内边缘，该结构的设置可以使压电振膜30在以其中心为发散中心的360°周向方向上均能够减小其因残余应力而存在的较大张力，增加其在振动方向上的变形量，即增大了振动振幅，有效提高灵敏度。此处，环状的凹槽31或凸起39的中心与通孔11的中心重合，从而使得凹槽31或凸起39的周缘与通孔11的开口边缘的最短距离均相等，该结构的设置可以使得压电振膜30在振动时，可以在垂直于其表面的方向上正常振动，而避免发生偏移或摇摆使得压电振膜30的变形量不均等，保证产生的电信号的稳定输出，提高麦克风的性能稳定性。此外，在其他实施例中，还可以在压电振膜30上同时设置环状的凸起39和凹槽31结构，从而可以进一步减小张力和残余应力，增大压电振膜30的自身变形量，增大振动振幅。

当然，于其他实施例中，凹槽31和/或凸起39的延伸形状还可以是圆弧形、折线形、或是波浪形等等。

请继续参照图2，进一步地，所述压电振膜30具有多个所述凹槽31，在所述压电振膜30的中心至边缘的方向上，所述凹槽31间隔设置。

本实施例中，多个凹槽31的形状可以相同，也可以不相同，且多个凹槽31的延伸的尺寸可以均相同，也可以不相同，在此不作限定。多个凹槽31在压电振膜30的中心至边缘的方向上间隔设置，可以在进一步增大压电振膜30可用于振动的表面面积，从而减小了其表面的张力和残余应力，将单个凹槽31增大的振动振幅多倍叠加，更进一步提高了压电振膜30的灵敏度。

可选的实施例中，多个所述凹槽31的深度D相同；和/或，

所述凹槽31的槽底部为平面，在所述压电振膜30的中心至边缘的方向上，多个所述凹槽31的宽度B1尺寸相同，且每相邻两凹槽31之间的距离S1与所述凹槽31的宽度B1相同。

本实施例中，多个凹槽31呈环状间隔设置，且多个凹槽31围成的环状的中心与通孔11的中心重合，设置多个凹槽31的深度D相同，一方面可以方便对压电振膜30的加工，另一方面，可以在压电振膜30的中心至边缘的方向上，能够使得凹槽31对压电振膜30的周向方向上的张力和应力的缓解程度较为均匀，振幅较为稳定均匀，从而有效提高压电式麦克风芯片100的电信号传输的稳定性，有利于麦克风的性能稳定性。

同时，在上述结构的基础上，凹槽31的槽底部为平面，即凹槽31的纵切面呈长方形，该形状的弯折结构较为方便加工，提高加工效率，且可以进一步增大压电振膜30的径向上的长度，从而有效减少张力和残余应力，进一步增大振动振幅。且每个凹槽31在压电振膜30的中心至边缘方向上的宽度B1尺寸相同，且每相邻两凹槽31之间的距离S1与凹槽31的宽度B1相同，一方面可以在压电振膜30发生振动时，方便两个凹槽31变形拉伸，不会产生干涉，有助于振幅的增加；另一方面也可以方便加工，使用同样的遮掩模具即可。

当然，于其他实施例中，凹槽31的纵切面形状为梯形、倒梯形或者其他类型的形状。

请结合图3，可选地，在所述压电振膜30的中心至边缘的方向上，所述压电振膜30具有多个间隔设置的所述凸起39。

本实施例中，凸起39的结构与凹槽31的结构类似，多个凸起39的结构可以进一步增加压电振膜30在中心至边缘方向上的长度，进而减小张力和应力，能够增加压电振膜30的自由度从而增大其振动振幅，提高麦克风的灵敏度。故而凸起39的结构设置可与凹槽31的结构设置相同，能够实现上述相同的技术效果，在此不做赘述。

可选地，多个所述凸起39的高度H相同；和/或，

所述凸起39的顶部为平面，在所述压电振膜30的中心至边缘的方向上，多个所述凸起39的宽度B2尺寸相同，且每相邻两凸起39之间的距离S2与所述凸起39的宽度B2相同。

本实施例中，多个凸起39呈环状间隔设置，且多个凸起39围成的环状的中心与通孔11的中心重合，设置多个凸起39的高度H相同，一方面可以方便对压电振膜30的加工，另一方面，可以在压电振膜30的中心至边缘的方向上，能够使得凸起39对压电振膜30的周向方向上的张力和应力的缓解程度较为均匀，振幅较为稳定均匀，从而有效提高压电式麦克风芯片100的电信号传输的稳定性，有利于麦克风的性能稳定性。同时，在上述结构的基础上，凸起39的顶部为平面，即凸起39的纵切面呈长方形，该形状的弯折结构较为方便加工，提高加工效率，且可以进一步增大压电振膜30的径向上的长度，从而有效减少张力和残余应力，进一步增大振动振幅。凸起39的纵切面的形状也可以为矩形，多个凸起39宽度B2相同，两凸起39之间的距离S2与凸起39的宽度B2相同，其所具有的效果请参照上述凹槽31的效果，在此不做赘述。当然，于其他实施例中，凸起39的纵切面也可以呈梯形或倒梯形等形状。

可选的实施例中，环状的所述凹槽31或所述凸起39的圈数大于等于3圈。

本实施例中，环状的凹槽31或凸起39的圈数不宜过少，过少的话对于振幅的提升效果不够显著，设置凹槽31或凸起39的圈数大于等于3圈，能够保证压电振幅的变形量有明显的增大的情况下，不影响声音与压电振膜30的作用关系，能够减少噪音的产生，提高麦克风的使用性能。当然，实际的压电振膜30设置凹槽31或凸起39的圈数时还需要结合其本身的表面面积以及想要得到的目标性能参数来决定。

可选地，环状的凹槽31和/或凸起39所围成的形状与所述通孔11的开口形状相匹配。

该实施例中，压电振膜30可单独形成有凹槽31，也可以单独设有凸起39，或者同事设置有凹槽31和凸起39，设置凹槽31和/或凸起39围成的形状与通孔11的开口形状相匹配，例如，通孔11的开口形状为圆形，则环状的凹槽31围成的形状为圆环形，环状的凸起39围成的形状为圆环形；当通孔11的开口形状为方形时，环状的凹槽31和/凸起39围成的形状为方形。该结构的设置可以在相同尺寸的通孔11情况下，能够使得相同形状的凹槽31和/或凸起39具有较大的周长，进而最大程度的减小压电振膜30的残余应力，保证压电振膜30的振动振幅进一步增大，有效提高灵敏度。

此外，所述压电式麦克风芯片100还包括绝缘层50，所述绝缘层50夹设于所述基底10与所述压电振膜30之间，并开设有与所述通孔11尺寸相同的连接孔。

本实施例中，当基底10材质为可导电的多晶硅和单晶硅制成时，基底10材质会有电流通过，为避免对压电振膜30的电信号传输有影响，故而压电式麦克风芯片100还包括绝缘层50，夹设于基底10和压电振膜30之间，从而有效阻隔两者之间的电导通，保证声电转换的稳定性，提高麦克风的使用性能。当然，为了不影响声音对压电振膜30的作用，绝缘层50开设有与通孔11尺寸相同的连接孔。

本实用新型还提出一种麦克风(未图示)，所述麦克风包括基板、设于所述基板的压电式麦克风芯片100，以及罩设于所述基板的盖体，所述压电式麦克风芯片100为如上所述的压电式麦克风芯片100。

本实施例中，麦克风包括基板和罩设于基板的盖体，从而形成一个腔体，将压电式麦克风芯片100设于其中，可起到保护压电式麦克风芯片100的作用。其中，基板为PCB板，该PCB板和现有的结构相同，在此不做详述。基板上还可以包括各种电路和接口，用于连接各种芯片和其他电气部件，以实现电传输。基板的形状为正方体或圆形，该罩盖的形状与基板相匹配。罩盖可以为一体成型结构，其材质可以是绝缘材质、金属材质或是涂覆有金属材质的非金属外壳，在此不做限定。可以理解地，罩盖和基板可通过导电胶或锡膏连接，可以实现罩盖与基板的电连接，从而形成一个导通的屏蔽空腔，可以防止外界电磁波干扰，增强对内部结构的保护作用，保证压电式麦克风芯片100的转换性能。当然，罩盖与基板之间还可以通过其他材料连接。

当然，为实现麦克风的收声功能，基板上开设有声孔，方便声音信号的流入，压电式麦克风芯片100用于感知和检测从声孔流入的声音信号，可将声音信号转换为电信号进行传输。此外，麦克风还包括ASIC芯片(Application Specific Integrated Circuit，集成电路)，ASIC芯片设于所述容置腔内，并分别与所述基板和压电式麦克风芯片100电连接。ASIC芯片用于为压电式麦克风芯片100100提供电压，并对压电式麦克风芯片100输出的信号进行处理放大，从而使得麦克风为电子设备提供收声功能。

本实用新型还提出一种电子设备(未图示)，该电子设备包括壳体和设于所述壳体内的麦克风，该麦克风的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备的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。

本实施例中，电子设备可以是移动终端，例如，手机或笔记本电脑等，也可以是智能音箱，或是其他具有声控功能的设备等等，在此不作限定。

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发明构思下，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)

1.一种压电式麦克风芯片，其特征在于，包括：

基底，所述基底形成有贯通的通孔；和

压电振膜，所述压电振膜设于所述基底的一表面并覆盖所述通孔，所述压电振膜对应所述通孔的部分弯折形成有凹槽和/或凸起，所述凹槽和/或所述凸起贴近所述通孔开口的内边缘设置。

2.如权利要求1所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述凹槽和/或所述凸起呈环状。

3.如权利要求2所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述压电振膜具有多个所述凹槽，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，所述凹槽间隔设置。

4.如权利要求3所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，多个所述凹槽的深度相同；和/或，

所述凹槽的槽底部为平面，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，多个所述凹槽的宽度尺寸相同，且每相邻两凹槽之间的距离与所述凹槽的宽度相同。

5.如权利要求2所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，所述压电振膜具有多个间隔设置的所述凸起。

6.如权利要求3所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，多个所述凸起的高度相同；和/或，

所述凸起的顶部为平面，在所述压电振膜的中心至边缘的方向上，多个所述凸起的宽度尺寸相同，且每相邻两凸起之间的距离与所述凸起的宽度相同。

7.如权利要求2所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，环状的所述凹槽或所述凸起的圈数大于等于3圈。

8.如权利要求2所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，环状的所述凹槽和/或所述凸起所围成的形状与所述通孔的开口形状相匹配。

9.一种麦克风，其特征在于，所述麦克风包括基板、设于所述基板的压电式麦克风芯片，以及罩设于所述基板的盖体，所述压电式麦克风芯片为如权利要求1至8中任一所述的压电式麦克风芯片。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体和设于所述壳体内的麦克风，所述麦克风为权利要求9所述的麦克风。

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