CN212851000U

CN212851000U - 压电式麦克风芯片、麦克风及电子设备

Info

Publication number: CN212851000U
Application number: CN202022164712.0U
Authority: CN
Inventors: 王友
Original assignee: Weifang Goertek Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Weifang Goertek Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2020-09-27
Filing date: 2020-09-27
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2030-09-27

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至少两压电振膜层，所述基底形成有贯通的通孔；所述压电振膜层依次叠加设于所述基底的一表面，所述压电振膜层对应所述通孔的部分开设有贯通的狭缝；和/或，所述压电振膜层靠近所述通孔的开口内边缘的部分弯折形成有褶皱结构。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层振幅，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和至少两压电振膜层，所述基底形成有贯通的通孔；所述压电振膜层依次叠加设于所述基底的一表面；

所述压电振膜层对应所述通孔的部分开设有贯通的狭缝；和/或，

所述压电振膜层靠近所述通孔的开口内边缘的部分弯折形成有褶皱结构。

可选地，所述压电振膜层设有两层，两所述压电振膜层在叠加方向由下至上依次为第一电极、沉积于所述第一电极的第一振膜本体、沉积于所述第一振膜本体的第二电极、沉积于所述第二电极的第二振膜本体，以及沉积于所述第二振膜本体的第三电极。

可选地，所述第一电极形成有裸露于所述第一振膜本体的第一连接位，所述第二电极形成有裸露于所述第二振膜本体的第二连接位。

可选地，所述压电振膜层对应所述通孔的部分开设有多个贯通的所述狭缝，多个所述狭缝间隔分布于所述压电振膜层，且所述狭缝靠近所述通孔的开口周缘设置。

可选地，多个所述狭缝在所述压电振膜层上均匀分布；和/或，

所述狭缝围合形成的形状与所述通孔的开口形状相同。

可选地，所述褶皱结构包括凹槽和/或凸起，所述凹槽和/或凸起呈环状设置。

可选地，所述凹槽设有多个，多个所述凹槽围成的环状中心与所述通孔的中心重合；和/或，

所述凸起设有多个，多个所述凸起围成的环状中心与所述通孔的中心重合。

可选地，所述压电式麦克风芯片还包括绝缘层，所述绝缘层夹设于所述基底与所述压电振膜层之间，并开设有与所述通孔尺寸相同的连接孔。

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至少两压电振膜层，基底设有贯通的通孔，以便声音的穿入，压电振膜层设于基底的一表面，以使得穿入的声音作用在压电振膜层对应通孔的部分，产生对应的电信号，此处设置至少两层压电振膜层，可以使得在相同的声压下输出的电信号叠加，进而提高了麦克风的灵敏度。同时，通过在压电振膜层与通孔对应的部分开设有狭缝，该狭缝可以阻断整张压电振膜的部分张力，也就是残余应力，使得压电振膜的周向仅在未开设狭缝的位置存在张力，有效减少压电振膜因加工存在的残余应力，从而能够增大压电振膜随声音作用后的振幅，也即微小的声音也能够通过压电振膜微小振幅检测到，使得麦克风的灵敏度大大提高。和/或，在压电振膜层靠近通孔的开口内边缘的部分弯折形成有褶皱结构，褶皱结构能够增加压电振膜层在其表面上的变形面积，使得该压电振膜层由紧绷的状态转变为较为松弛的状态，从而有效减小压电振膜层的残余应力与张力，增大振动振幅，进一步提高麦克风的灵敏度。此外，该结构的压电式麦克风芯片整体结构简单，不需要设置悬臂梁，也不会发生翘曲不一的情况，有效提高麦克风的性能可靠性。

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剖视图。

附图标号说明：

100	压电式麦克风芯片	351	第一连接位
				10	基底	36	第二振膜本体
11	通孔	37	第二电极
				30	压电振膜	371	第二连接位
31	狭缝	38	第三电极
				33	第一振膜本体	50	绝缘层
35	第一电极

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，在本实用新型实施例中，压电式麦克风芯片100包括基底10和至少两压电振膜层30，所述基底10形成有贯通的通孔11；所述压电振膜层30依次叠加后设于所述基底10的一表面，

所述压电振膜层30对应所述通孔11的部分开设有贯通的狭缝31；和/或，

所述压电振膜层30靠近所述通孔11的开口内边缘的部分弯折形成有褶皱结构(未图示)。

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层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还包括对压电振膜层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。

具体地，压电振膜层30一般包括有振膜本体和设于振膜本体两表面的两电极，振膜本体的材料为压电材料，该振膜本体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，并通过两表面的两电极传输至控制器进行操作，该压电振膜层30的具体工作过程和现有的工作过程相似，在此不作详述。此处，当压电振膜层30上设有狭缝31时，设于压电振膜层30的狭缝31贯穿振膜本体和两电极，并且与通孔11对应设置。所述狭缝31的开口形状为圆弧形、波浪形和长方形中的一种。当然，狭缝31的开口形状还可以是椭圆形、折线形等等，在此不作限定。此处，狭缝31即为细长型的槽孔，而不是圆形孔、方形孔等具有较大之间开口宽度的形状。当压电振膜层30对应通孔11的开口内边沿的位置设有褶皱结构时，该褶皱结构需要振膜本体和两表面的两电极共同弯折形成。

灵敏度反映的是麦克风的声电转换效率，计算公式为Sen.＝20lgV_out/V_ref，其中，V_out为输出电压，V_ref为基准参考电压，当压电振膜层设有两层或多层时，例如设有两层，将两路信号叠加后，可以得到的灵敏度为Sen.＝20lg(2*V_out/V_ref)＝20lg2+20lgV_out/V_ref＝6+20lgV_out/V_ref，即灵敏度提升了6dB。当设有多层压电振膜层30时，多路信号叠加计算同上。

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和至少两压电振膜层30，基底10设有贯通的通孔11，以便声音的穿入，压电振膜层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层30对应通孔11的部分，此处设置至少两层压电振膜层30，可以使得在相同的声压下输出的电信号叠加，进而提高了麦克风的灵敏度。同时，通过在压电振膜层30与通孔11对应的部分开设有狭缝31，该狭缝31可以阻断整张压电振膜层30的部分张力，也就是残余应力，使得压电振膜层30的周向仅在未开设狭缝31的位置存在张力，有效减少压电振膜层30因加工存在的残余应力，从而能够增大压电振膜层30随声音作用后的振幅，也即微小的声音也能够通过压电振膜层30微小振幅检测到，与多层压电振膜层30结合，使得麦克风的灵敏度更高。和/或，在压电振膜层30靠近通孔11的开口内边缘的部分弯折形成有褶皱结构，褶皱结构能够增加压电振膜层30在其表面上的变形面积，从而有效减小压电振膜层30的残余应力与张力，增大振动振幅，进一步提高麦克风的灵敏度。

可选的实施例中，所述压电振膜层30设有两层，两所述压电振膜层30在叠加方向由下至上依次为第一电极35、沉积于所述第一电极35的第一振膜本体33、沉积于所述第一振膜本体33的第二电极37、沉积于所述第二电极37的第二振膜本体36，以及沉积于所述第二振膜本体36的第三电极38。

可以理解的，当压电振膜层30设有至少两层时，相邻两压电振膜层30之间可以共用一个电极进行信号的传输。故而本实施例中，当压电振膜层30设有两层时，两层压电振膜层30在叠加方向上依次为第一电极35、沉积于第一电极35的第一振膜本体33、沉积于第一振膜本体33的第二电极37、沉积于第二电极37的第二振膜本体36以及沉积于第二振膜本体36的第三电极38，单独时，第一电极35、第一振膜本体33及第二电极37为一个压电振膜层30，第二电极37、第二振膜本体36以及第三电极38也为一个压电振膜层30，当压电振膜层30设有狭缝31时，狭缝31依次贯穿该两层压电振膜层30，当压电振膜层30设有褶皱时，由该两层压电振膜层30同时弯折形成。

此处，因压电振膜层30叠加后，会降低对声音的响应性能，影响振幅，故而压电振膜层30不能叠加较多层数，在本实施例中，压电振膜层30设有两层，能够保证在经过电信后叠加后的灵敏度增加量大于因叠加层数导致振幅的减小量，从而保证麦克风的整体灵敏度提升。再加上狭缝31和/或褶皱结构的设置，能够进一步提升麦克风的整体灵敏度。

可选的实施例中，所述第一电极35形成有裸露于所述第一振膜本体33的第一连接位351，所述第二电极37形成有裸露于所述第二振膜本体36的第二连接位371。

本实施例中，为了方便该压电式麦克风芯片100进行电连接，设置第一电极35形成有裸露于第一振膜本体33的第一连接位351，第二电极37形成有裸露于第二振膜本体36的第二连接位371，即第一电极35、第二电极37及第三电极38在该两层压电振膜层30的一侧边形成有台阶结构，通过第一连接位351和第二连接位371的设置，无需再对压电振膜层30进行开孔或使用遮挡治具进行遮挡沉积等等，简单快捷，有效提高加工效率，降低加工成本。

可选地，所述压电振膜层30对应所述通孔11的部分开设有多个贯通的所述狭缝31，多个所述狭缝31间隔分布于所述压电振膜层30，且所述狭缝31靠近所述通孔11的开口周缘设置。

本实施例中，压电振膜层30设置多个间隔分布的狭缝31，可以进一步阻隔压电振膜层30的整体张力，即减少压电振膜层30的残余应力，在同样的声音作用下，使得压电振膜层30的自由度提高，有效增大压电振膜层30的振动幅度，进一步提高麦克风的灵敏度。此处，多个狭缝31的形状可以相同，也可以不相同，且多个狭缝31的尺寸可以均相同，也可以不相同，在此不作限定。

同时，狭缝31靠近通孔11的开口周缘设置，能够使得压电振膜层30与通孔11的中部对应的部分较大，当声音从通孔11进入时，压电振膜层30由声音作用能够用于变形的部分的质量有效增加，进一步增大压电振膜层30的振动振幅，更进一步提高麦克风的灵敏度。此处，狭缝31的宽度越小越好，且位于边缘的狭缝31尽可能不影响对声音的削减，提高声音的输入效率。

可选地，多个所述狭缝31在所述压电振膜层30上均匀分布；和/或，所述狭缝31围合形成的形状与所述通孔11的开口形状相同。

本实施例中，多个狭缝31在所述压电振膜层30上均匀分布，从而使得切缝对压电振膜层30的周向方向上的张力和应力阻隔的较为均匀，进而使得压电振膜层30的振动部分受到的张力和应力较为均匀，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。

在上述结构的基础上，多个狭缝31共同配合是某一图形的一部分，则多个狭缝31共同配合形成该图形，例如四条直线型狭缝31，可以围合形成的图形形状为正方形或长方形。狭缝31围合形成的形状与通孔11的开口形状相同，从而可以在相同尺寸的通孔11情况下，能够使得相同形状的狭缝31具有较大的周长，进而最大程度的减小压电振膜层30的残余应力，保证压电振膜层30的振动振幅进一步增大，有效提高灵敏度。

当然，于其他实施例中，上述特征也可以在狭缝31的数量为一个时结合，即狭缝自身是某一图形的一部分，例如，当通孔11的开口形状为圆形时，狭缝31为圆弧形时，其围合的形状为圆形，此时圆弧形的长度至少大于圆形周长的一半。

具体地，以狭缝31的形状为圆弧形为例，且狭缝31设有四个，四个狭缝31沿通孔11的开口边缘均匀分布，则四个狭缝31围合形成的形状为圆形，此时，通孔11的开口形状为圆形，设置四个狭缝31的长度至少占狭缝31围合形成的图形的周长一半，即四个狭缝31的长度加和占所围成的圆形的周长的至少一半，从而能够减小压电振膜层30在该圆形的周向方向的应力的一半及以上，该压电振膜层30用于变形的部分所受到的周向应力小于自由边缘的部分，更加趋向于产生变形，即会增大压电振膜层30的振动振幅，提高麦克风的灵敏度。

于其他实施例中，压电振膜层30设有褶皱结构，所述褶皱结构包括凹槽和/或凸起，所述凹槽和/或凸起呈环状设置。

本实施例中，有三种结构，一是褶皱结构包括有凹槽，且凹槽呈环状设置，此时，压电振膜层30的各个组成均依次弯折形成凹槽；另一是褶皱结构包括凸起，凸起呈环状设置；第三种是褶皱结构包括凹槽和凸起，凹槽和/或凸起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层30时，使压电振膜层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，并能够使得压电振膜层30与通孔11的中部对应的部分较大，压电振膜层30由声音作用能够用于变形的部分的质量有效增加，能够增大压电振膜层30的振动振幅。凸起和/或凹槽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。

可选地，所述凹槽设有多个，多个所述凹槽围成的环状中心与所述通孔11的中心重合；和/或，

所述凸起设有多个，多个所述凸起围成的环状中心与所述通孔11的中心重合。

本实施例中，当单独设有多个凹槽和/或凸起时，多个凹槽和/或凸起均两两间隔设置，多个凹槽和/或凸起形成的环状中心与通孔11的中心重合，从而使得同一凹槽或同一凸起的周缘与通孔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层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层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。

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

可选地，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与所述压电振膜层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，为避免对压电振膜层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和压电振膜层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层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，该罩盖的开口形状与基板相匹配。罩盖可以为一体成型结构，其材质可以是绝缘材质或金属材质，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。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100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

1.一种压电式麦克风芯片，其特征在于，包括基底和至少两压电振膜层，所述基底形成有贯通的通孔；所述压电振膜层依次叠加设于所述基底的一表面；

2.如权利要求1所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述压电振膜层设有两层，两所述压电振膜层在叠加方向由下至上依次为第一电极、沉积于所述第一电极的第一振膜本体、沉积于所述第一振膜本体的第二电极、沉积于所述第二电极的第二振膜本体，以及沉积于所述第二振膜本体的第三电极。

3.如权利要求2所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述第一电极形成有裸露于所述第一振膜本体的第一连接位，所述第二电极形成有裸露于所述第二振膜本体的第二连接位。

4.如权利要求1至3中任一项所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述压电振膜层对应所述通孔的部分开设有多个贯通的所述狭缝，多个所述狭缝间隔分布于所述压电振膜层，且所述狭缝靠近所述通孔的开口周缘设置。

5.如权利要求4所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，多个所述狭缝在所述压电振膜层上均匀分布；和/或，

所述狭缝围合形成的形状与所述通孔的开口形状相同。

6.如权利要求1至3中任一项所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述褶皱结构包括凹槽和/或凸起，所述凹槽和/或凸起呈环状设置。

7.如权利要求6所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述凹槽设有多个，多个所述凹槽围成的环状中心与所述通孔的中心重合；和/或，

8.如权利要求1所述的压电式麦克风芯片，其特征在于，所述压电式麦克风芯片还包括绝缘层，所述绝缘层夹设于所述基底与所述压电振膜层之间，并开设有与所述通孔尺寸相同的连接孔。

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。