CN212876114U - 一种麦克风芯片及麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于麦克风技术领域，具体公开了一种麦克风芯片及麦克风。其中，麦克风芯片包括相对且间隔设置的背板和振膜以及支承于所述背板和所述振膜之间的第一牺牲层，所述第一牺牲层具有第一释放边界，所述第一释放边界、所述背板和所述振膜围设形成有振荡声腔，所述背板呈平板状结构，所述背板上设置连通所述振荡声腔的声孔，所述振膜上设置有若干个离散的凹陷部或凸起部，所述凹陷部或所述凸起部正对所述振荡声腔设置。麦克风包括上述的麦克风芯片。本实用新型提供的麦克风和麦克风芯片，能够提高麦克风芯片和麦克风的生产良率，提高麦克风芯片和麦克风的使用可靠性。

Description

一种麦克风芯片及麦克风

技术领域

本实用新型涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种麦克风芯片及麦克风。

背景技术

微机电(Micro-electro-mechanical system，MEMS)麦克风又称硅麦克风，其因体积小、可靠性高、适于表面贴装等优点而被广泛应用于具有声音采集功能的电子装置中，如手机、MP3、录音笔、监控设备和助听器等。

MEMS麦克风通常包括衬底、背板和振膜，背板和振膜平行且间隔设置，两者构成平板电容的两个电极板。其中，振膜具有一定柔韧性，背板具有一定的刚性，当外部有声波传递至麦克风时，振膜在声波的作用下振动，导致背板和振膜之间的相对距离发生变化，从而使得平板电容的电容值发生变化，电容值的变化经外围电路转化成电信号。

在传统的麦克风结构中，振膜整体呈平整状结构，而在麦克风加工或成品使用过程中，振膜上不可避免地会引入应力或者存在外部作用力作用在振膜上，导致振膜形变，平整状的振膜结构会在振膜形变过程中产生应力集中，严重的将导致振膜破裂而失效，影响麦克风的正常使用，降低麦克风的使用可靠性。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种麦克风芯片，降低麦克风芯片中振膜上的应力集中，提高麦克风芯片的使用可靠性。

本实用新型的另一个目的在于提供一种麦克风，提高麦克风的使用可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种麦克风芯片，包括相对且间隔设置的背板和振膜以及支承于所述背板和所述振膜之间的第一牺牲层，所述第一牺牲层具有第一释放边界，所述第一释放边界、所述背板和所述振膜围设形成有振荡声腔，所述背板呈平板状结构，所述背板上设置连通所述振荡声腔的声孔，所述振膜上设置有若干个离散的凹陷部或凸起部，所述凹陷部或所述凸起部正对所述振荡声腔设置。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述凹陷部或所述凸起部在所述背板上的投影呈圆形或多边形。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述圆形的半径为2-100um，所述多边形的边长为2-100um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述凹陷部的凹陷深度为0-10um，或，所述凸起部的凸出高度为0-10um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，相邻两个所述凹陷部的最短距离为2-10um，或相邻两个所述凸起部的最短距离为2-10um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述凹陷部或所述凸起部环绕所述振膜的中心均匀间隔设置有多个。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述振膜朝向所述背板的一侧凸设有防粘凸起，所述防粘凸起与所述凹陷部或所述凸起部错位设置。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述振膜上设置有贯通的泄气孔。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述声孔的位置和/或大小与所述凹陷部或所述凸起部一一对应。

一种麦克风，包括如上所述的麦克风芯片。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的麦克风芯片，通过在振膜上正对振荡声腔的区域设置若干个凹陷部或凸起部，可以在振膜加工过程和/或使用过程中释放应力，降低振膜形变时的应力集中风险，提高振膜的可靠性和一致性，从而提高振膜及麦克风芯片的良率；且由于仅在振膜上设置凹陷部或凸起部，加工方便，加工成本较低，适用于大量生产。

本实用新型提供的麦克风，通过采用上述的麦克风芯片，能够提高麦克风的加工生产良率，提高麦克风的使用可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片的部分结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片的剖视图；

图3是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片的制备步骤S101对应的剖视图；

图4是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片制备步骤S102对应剖视图；

图5是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片制备步骤S103对应剖视图；

图6是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片制备步骤S104对应剖视图；

图7是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片制备步骤S105对应剖视图；

图8是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片制备步骤S106对应剖视图；

图9是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片的制备步骤S107对应的剖视图；

图10是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片制备步骤S108对应剖视图；

图11是本实用新型实施例一提供的麦克风芯片制备步骤S109对应剖视图；

图12是本实用新型实施例二提供的麦克风芯片的剖视图；

图13是本实用新型实施例三提供的麦克风芯片的剖视图；

图14是本实用新型实施例四提供的麦克风芯片的剖视图。

图中标记如下：

1-振膜；11-凹陷部；12-凸起部；13-泄气孔；2-第一牺牲层；21-第一释放边界；22-第一凹陷结构；3-背板；31-绝缘层；32-导电层；33-声孔；4-第二牺牲层；41-第二释放边界；5-衬底；51-背腔；6-振荡声腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

图1为本实用新型实施例提供的麦克风芯片的部分结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供了一种麦克风芯片，其作为MEMS麦克风的核心部件，能够应用于具有声音采集功能电子装置中，如平板电脑、录音笔、助听器、车载设备等，本实用新型对该麦克风芯片及麦克风的具体应用场景不做限制。

图2为图1中结构的剖视图，如图1和2所示，麦克风芯片包括衬底5和依次设置在衬底5上的第二牺牲层4、背板3、第一牺牲层2及振膜1。其中，衬底5具有贯通其正反面的背腔51，正常工作时的声压负载和非正常工作时受到的吹击负载均通过背腔51加载至振膜1；第二牺牲层4支承于背板3和衬底5之间，用于电性隔绝背板3和衬底5，并为背板3提供支撑；第一牺牲层2位于背板3和振膜1之间，用于电性隔绝背板3和振膜1，使背板3和振膜1相对且间隔设置，以使背板3和振膜1之间形成有供振膜1振动的振荡声腔6；背板3上开设有连通振荡声腔6和背腔51的声孔33。

衬底5采用单晶硅衬底，但也可以为多晶硅衬底。第一牺牲层2和第二牺牲层4通常采用易腐蚀的绝缘材料沉积后经过释放法蚀刻形成，绝缘材料优选为氧化硅，但也可以采用二氧化硅、聚氧化乙烯等。在对第一牺牲层2和第二牺牲层4进行腐蚀时，腐蚀液从衬底5处流入，首先对第二牺牲层4进行腐蚀，而后，腐蚀液经背板3上的声孔33流至第一牺牲层2，对第一牺牲层2进行释放腐蚀。第一牺牲层2经释放腐蚀后形成有环形的第一释放边界21，第二牺牲层4经释放腐蚀后形成有环形的第二释放边界41，第一释放边界21和第二释放边界41的半径均大于背腔51的半径，且第一释放边界21和背板3及振膜1围设形成上述的振荡声腔6。

在本实施例中，背板3包括层叠设置的绝缘层31和导电层32，绝缘层31位于导电层32朝向衬底5的一侧。优选地，绝缘层31由氮化硅沉积形成，其四周固结在第一牺牲层2和第二牺牲层4之间，氮化硅硬度大、熔点高，能够保证背板3的刚性。导电层32位于第一牺牲层2的第一释放边界21内，由于导电层32的横截面积小于背板3的总横截面积，能够提高由背板3和振膜1形成的平板电容的敏感性。进一步地，导电层32采用多晶硅沉积形成，具有良好的导电性。

在其他一个实施例中，背板3也可以仅具有导电层32，导电层32的四周固结在第一牺牲层2和第二牺牲层4之间。在其他另一个实施例中，绝缘层31也可以采用其他具有高硬度的绝缘材料沉积形成，导电层32采用其他半导体材料形成。

振膜1采用多晶硅材料通过沉淀工艺形成，在本实施例中，振膜1上设置有凹陷部11，振膜1上正对振荡声腔6的区域设置有若干个凹陷部11，通过设置凹陷部11，可以在振膜1加工过程和/或使用过程中释放应力，降低振膜1形变时的应力集中风险，提高振膜1的可靠性和一致性，从而提高振膜1及麦克风芯片的良率；且由于仅在振膜1上设置凹陷部11，加工成本较低，适用于大量生产。

在本实施例中，凹陷部11的底部呈圆形结构，即凹陷部11在背板3上的投影呈圆形，该圆形的半径为2-100um，以避免凹陷部11尺寸过大降低振膜1的结构可靠性，同时防止凹陷部11的尺寸过小而降低对应力的释放作用。但本实用新型对凹陷部11的底部形状并不限于圆形，凹陷部11在背板3上的投影还可以为多边形结构，且多边形结构的边长优选为2-100um。

凹陷部11的侧壁与底部可以垂直，也可以倾斜呈钝角。优选地，凹陷部11的底部与侧壁之间的夹角大于等于90°小于120°。进一步地，凹陷部11的凹陷深度为0-10um。

为了保证应力释放效果，凹陷部11离散设置有若干个，相邻两个凹陷部11之间的最短距离为2-10um。优选地，凹陷部11沿与第一释放边界21同心的圆周周向均匀间隔设置有多个，由于第一释放边界21的中心线穿过振膜1的中心，该种设置方式，能够保证振膜1在加工或使用过程中周向应力一致。更进一步地，该圆周内部同样设置有多个凹陷部11，以提高位于振荡声腔6范围内的振膜1的应力一致性。优选地，凹陷部11相对振膜1的宽度方向和/或宽度方向对称设置。

进一步地，振膜1上设置有泄气孔13，以减小振膜1振动过程中受到的气压冲击，使振膜1振动过程中，在振荡声腔6中产生的高压气流部分通过泄气孔13排放到外部空间，有效平衡气压，提高声学效果，且能防止振动过程中，由于振膜1两侧压力差导致的振动不均匀而损坏的问题。在本实施例中，泄气孔13在振膜1的中心设置有一个，但本实用新型并不限于此，泄气孔13可以为两个或多个，且泄气孔13的位置可以设置在振膜1的非凹陷处或凹陷部11处，本实用新型对泄气孔13的个数、大小和位置并不做限制。

进一步地，为了避免振膜1振动过程中与背板3贴合，振膜1朝向背板3的一侧凸设有防粘凸起(未示出)，防粘凸起与背板3的最小距离小于凹陷部11与背板3的最小距离。防粘凸起在振膜1上的投影位于振膜1的非凹陷处，以更好地保证振膜1的结构强度，减小振膜1加工过程中形成的应力。

为了方便在振膜1沉积过程中形成凹陷部11，优选地，背板3上设置有贯通的声孔33，声孔33与凹陷部11的位置和/或大小一一对应。通过在背板3上设置与凹陷部11一一对应的声孔33，使声孔33起到平衡两侧气压的作用的同时，能更加方便地通过沉积的方式获得带凹陷部11的振膜1，方便振膜1的加工成型。

图3-图11为本实用新型实施例提供的麦克风芯片的制备方法的流程图，如图2-11所示，在本实施例中，麦克风芯片的加工成型步骤如下：

步骤S101、如图3所示，提供具有正面和反面的衬底5；

步骤S102、如图4所示，在衬底5的正面沉淀出第二牺牲层4；

步骤S103、如图5所示，在第二牺牲层4上表面沉淀出绝缘层31，在绝缘层31的上表面沉淀出导电层32，形成背板3；

步骤S104、如图6所示，通过光刻和蚀刻在背板3上成型出多个贯通背板3的声孔33；

步骤S105、如图7所示，在背板3上沉积带有第一凹陷结构22的第一牺牲层2；

步骤S106、如图8所示，在第一牺牲层2上沉淀出带有凹陷部11的振膜1；

步骤S107、如图9所示，通过光刻和蚀刻在振膜1上形成泄气孔13；

步骤S108、如图10所示，从衬底5的反面，通过光刻和腐蚀衬底5的中部直至第二牺牲层4，形成背腔51；

步骤S109、如图11所示，湿法同时刻蚀第一牺牲层2和第二牺牲层4，获得第一牺牲层2的第一释放边界21及第二牺牲层4的第二释放边界41。

在本实施例中，通过在背板3上设置与凹陷部11一一对应的声孔33，然后沉积出具有第一凹陷结构22的第一牺牲层2的方式沉积出凹陷部11。在其他实施例中，也可以通过在沉积形成第一牺牲层2之后，在第一牺牲层2处蚀刻出与凹陷部11对应的第一凹陷结构22后，在第一牺牲层2上沉积出带凹陷部11的振膜1，该种设置下，背板3的声孔33位置和个数可以不与凹陷部11一一对应设置。

实施例二

图12为本实用新型实施例提供的麦克风芯片的结构示意图，如图12所示，本实施例提供了一种麦克风芯片，其与实施例一提供的麦克风芯片的基本结构相同，仅振膜1的结构和背板3的设置存在差异，本实施例不再对与实施例一相同的结构进行赘述。

在本实施例中，振膜1上设置有若干个离散的凸起部12，凸起部12与背板3之间的距离大于振膜1未凸起部分与背板3之间的距离。

在本实施例中，凸起部12在背板3上的投影可以为圆形或多边形，圆形的半径为2-100um，多边形的边长优选为2-100um。进一步地，凸起部12凸出的高度为0-10um。

在本实施例中，凸起部12的设置位置、个数、形状及大小可以参考实施例一中凹陷部11的设置方式，本实施例不再赘述。

在本实施例中，在沉淀第一牺牲层2的过程中，沉淀出与凸起部12一一对应设置的凸起结构，从而在第一牺牲层2的上方沉淀出带凸起部12的振膜1，因此，在本实施例中，背板3上的声孔33的个数和位置可以不与凸起部12的个数和位置相对应，声孔33的设置参数可以基于声学性能和对第一牺牲层2及第二牺牲层4的释放效果进行具体设定。

实施例三

图13为本实用新型实施例提供的麦克风芯片的剖视图，如图13所示，本实施例提供了一种麦克风芯片，其包括衬底5和依次设置在衬底5上的第二牺牲层4、振膜1、第一牺牲层2和背板3。衬底5上设置有贯通的背腔51，振膜1的四周固设在第一牺牲层2和第二牺牲层4之间；第二牺牲层4腐蚀形成有第二释放边界41，第一牺牲层2经腐蚀形成有第一释放边界21；振膜1和背板3平行且间隔设置，第一释放边界21、振膜1和背板3围设形成有用振膜1振动和声音传播的振荡声腔6；背板3上设置有连通振荡声腔6和背腔51的声孔33。

与实施例一相比，本实施例中的背板3和振膜1的设置位置存在差异，振膜1设置在第一牺牲层2和第二牺牲层4之间，而背板3设置在第一牺牲层2远离衬底5的一侧。在本实施例中，衬底5、第一牺牲层2、第二牺牲层4、背板3的具体结构可参考实施例一进行设置，振膜1的结构可参考实施例一中的结构进行设置，本实施例不再进行赘述。

在本实施例中，可以采用以下步骤对麦克风芯片进行加工：

步骤S301、准备具有正面和方面的衬底5；

步骤S302、在衬底5上通过光刻和蚀刻的方式形成与凹陷部11一一对应的第二凹陷结构；

步骤S303、在衬底5上沉淀出第二牺牲层4，第二牺牲层4具有与第二凹陷结构对应的第三凹陷结构；

步骤S304、第二牺牲层4的上方沉淀出带凹陷部11的振膜1，凹陷部11与第三凹陷结构一一对应；

步骤S305、通过光刻和蚀刻的方式在振膜1上形成泄气孔13；

步骤S306、在振膜1的表面沉积出第一牺牲层2；

步骤S307、在第一牺牲层2的上表面沉积绝缘层31，在绝缘层31的表面沉积导电层32，形成背板3；

步骤S308、通过光刻和蚀刻的方式在背板3上形成声孔33；

步骤S309、在从衬底5的反面，通过光刻和腐蚀衬底5的中部直至第二牺牲层4，形成背腔51；

步骤S310、采用湿法刻蚀，从背板3的表面通过声孔33注入腐蚀液，腐蚀液对第二牺牲层4进行腐蚀后，从泄气孔13流至第一牺牲层2对第一牺牲层2进行腐蚀形成第一释放边界21。

在其他实施例中，也可以不在衬底5上加工形成第二凹陷结构，而在沉积处第二牺牲层4后，在第二牺牲层4的表面通过光刻和蚀刻的方式成型出第三凹陷结构。

实施例四

图14为本实用新型实施例提供的麦克风芯片的剖视图，如图14所示，本实用新型提供了一种麦克风芯片，且本实施例提供的麦克风芯片的基本结构与实施例三提供的麦克风芯片的结构基本相同，仅振膜1的结构存在差异，本实施例不再对与实施例三相同的结构进行赘述。

如图14所示，在本实施例中，振膜1的结构与实施例二中的振膜1结构相同，振膜1上设置有凸起部12，凸起部12与背板3之间的距离小于振膜1未凸起部12分与背板3之间的距离。其中，振膜1的具体结构可参考实施例二中的振膜1的结构进行设置，本实施例不再进行赘述。

实施例五

本实施例提供了一种MEMS麦克风，其包括实施例一至实施例四中任一实施例中的麦克风芯片。通过采用上述实施例中的麦克风芯片，能够提高麦克风的生产一致性和生产良率，提高麦克风的使用可靠性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种麦克风芯片，包括相对且间隔设置的背板(3)和振膜(1)以及支承于所述背板(3)和所述振膜(1)之间的第一牺牲层(2)，所述第一牺牲层(2)具有第一释放边界(21)，所述第一释放边界(21)、所述背板(3)和所述振膜(1)围设形成有振荡声腔(6)，其特征在于，所述背板(3)呈平板状结构，所述背板(3)上设置连通所述振荡声腔(6)的声孔(33)，所述振膜(1)上设置有若干个离散的凹陷部(11)或凸起部(12)，所述凹陷部(11)或所述凸起部(12)正对所述振荡声腔(6)设置。

2.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述凹陷部(11)或所述凸起部(12)在所述背板(3)上的投影呈圆形或多边形。

3.根据权利要求2所述的麦克风芯片，其特征在于，所述圆形的半径为2-100um，所述多边形的边长为2-100um。

4.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述凹陷部(11)的凹陷深度为0-10um，或，所述凸起部(12)的凸出高度为0-10um。

5.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，相邻两个所述凹陷部(11)的最短距离为2-10um，或相邻两个所述凸起部(12)的最短距离为2-10um。

6.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述凹陷部(11)或所述凸起部(12)环绕所述振膜(1)的中心均匀间隔设置有多个。

7.根据权利要求1-6任一项所述的麦克风芯片，其特征在于，所述振膜(1)朝向所述背板(3)的一侧凸设有防粘凸起，所述防粘凸起与所述凹陷部(11)或所述凸起部(12)错位设置。

8.根据权利要求1-6任一项所述的麦克风芯片，其特征在于，所述振膜(1)上设置有贯通的泄气孔(13)。

9.根据权利要求1-6任一项所述的麦克风芯片，其特征在于，所述声孔(33)的位置和/或大小与所述凹陷部(11)或所述凸起部(12)一一对应。

10.一种麦克风，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的麦克风芯片。

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