CN212910044U - 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。麦克风芯片包括振膜、第一牺牲层及背板，背板包括绝缘层和导电层，导电层包括由隔离槽隔断设置的第一导电部和第二导电部，隔离槽在第一牺牲层上的投影至少部分位于第一释放边界内；第一导电部和第二导电部均贯通设置有第一声孔和第二声孔，第一声孔在振膜上的投影面积小于第二声孔在振膜上的投影面积，隔离槽的内外两侧均沿隔离槽的周向间隔设置有多个第一声孔。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，能够在保证麦克风芯片的结构强度的基础上，提高麦克风芯片和麦克风的信噪比，提高麦克风芯片和麦克风的使用性能。

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，贡献麦克风信噪比的电容是由两个电极板的面积大小决定的，而振膜的大小则是由背腔释放后的释放边界决定的。当麦克风芯片的尺寸固定时，振膜的大小和电极板的面积基本被确定，导致麦克风的性能难以得到有效提升。

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，提高麦克风芯片的信噪比，提高麦克风芯片的性能

本实用新型的另一个目的在于提供一种麦克风，提高麦克风的信噪比，提高麦克风的性能。

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，包括相对设置的振膜和背板，所述振膜和所述背板之间设置有第一牺牲层，所述第一牺牲层具有环形的第一释放边界，所述背板包括层叠设置的绝缘层和导电层，所述导电层位于所述绝缘层远离所述振膜的一侧，所述导电层包括由隔离槽隔断设置的第一导电部和第二导电部，所述第二导电部围设在所述第一导电部的外侧，且所述隔离槽在所述第一牺牲层上的投影至少部分位于所述第一释放边界内；

所述第一导电部和所述第二导电部均贯通设置有第一声孔和第二声孔，所述第一声孔在所述振膜上的投影面积小于所述第二声孔在所述振膜上的投影面积，所述隔离槽的内外两侧均沿所述隔离槽的周向间隔设置有多个所述第一声孔。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述隔离槽的槽宽大于0且小于100um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述隔离槽包括环绕所述背板中心设置的第一槽部及设置在所述第一槽部外侧的第二槽部，所述第一槽部在所述第一牺牲层上的投影位于所述第一释放边界内，所述第二槽部在所述第一牺牲层上的投影位于所述第一释放边界外，所述第一槽部和所述第二槽部为开口相对的开口环形结构，所述第一槽部的两端与所述第二槽部的两端均通过连接槽部对应连通，所述第一槽部的内外两侧均设置有一圈所述第一声孔。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第一槽部和所述第二槽部均为开口圆环形结构，两个所述连接槽部之间的距离小于所述第二槽部的内径。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第一导电部上的所述第一声孔环绕所述第一槽部的内侧槽壁设置至少有一圈，所述第一导电部上的所述第二声孔均位于靠近所述第一槽部的一圈所述第一声孔的内侧。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第一槽部在所述第一牺牲层上的投影与所述第一释放边界的距离大于50um，所述第二导电部上的所述第一声孔环绕所述第一槽部间隔设置有两圈，位于内侧的一圈所述第一声孔距离所述第一槽部为0～20um，位于外侧的一圈所述第一声孔与所述第一释放边界之间的距离为0～20um，所述第二导电部上的所述第二声孔位于两圈所述第一声孔之间。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，同一导电部上，相邻两个所述第一声孔之间的距离为0-20um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第一声孔在所述振膜上的投影为第一圆形或者第一多边形，且所述第一圆形的半径为1-20um，所述第一多边形的边长为1-20um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第二声孔在所述振膜上的投影为第二圆形或者第二多边形，所述第二圆形的直径为8-50um，所述第二多边形的边长为8-50um。

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，通过将导电层设置成电性隔断的第一导电部和第二导电部，能够在保证麦克风芯片大小尺寸不变的前提下及在保证导电层的整体面积与绝缘层的面积相适配的基础上，减小贡献电容的导电层的面积，提高由背板和振膜形成的平板电容的敏感性，即在保证麦克风芯片的结构强度的基础上，提高麦克风芯片的信噪比，从而有效提升麦克风芯片的性能；通过在隔离槽的内外两侧设置小尺寸的第一声孔，可以提高背板在隔离槽处的结构强度，提高麦克风芯片的可靠性；通过设置大尺寸的第二声孔，能够进一步提高麦克风芯片的信噪比；且该种改善麦克风芯片的方式成本低、效果好，可适用于大量生产。

本实用新型提供的麦克风，通过采用上述的麦克风芯片，能够提高麦克风的信噪比，提高麦克风的使用性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例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提供的麦克风芯片的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的麦克风芯片的俯视图。

图中标记如下：

1、振膜；11、泄气孔；2、第一牺牲层；21、第一释放边界；3、背板；31、绝缘层；32、导电层；321、第一导电部；3211、主体部；3212、焊盘部；3213、连接部；322、第二导电部；323、隔离槽；3231、第一槽部；3232、第二槽部；3233、连接槽部；33、声孔；331、第一声孔；332、第二声孔；34、防粘凸起；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。

图1是本实用新型实施例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提供的麦克风芯片的剖视图，图3为本实用新型实施例提供的麦克风芯片的俯视图，如图1-3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。

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、振膜1、第一牺牲层2及背板3。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，并为振膜1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贯通背板3上下两面的声孔33，振膜1上开设有连通振荡声腔6和背腔61的泄压孔11。

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，腐蚀液从背板3的声孔31处流入，首先对第一牺牲层2进行腐蚀，而后，腐蚀液经振膜1上的泄压孔11流至第二牺牲层4，与从背腔61流入的腐蚀液共同对第二牺牲层4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上间，氮化硅硬度大、熔点高，能够保证背板3的刚性。导电层32位于绝缘层31远离第一牺牲层2的一侧，且导电层32和绝缘层31的横截面积基本相同。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。

在本实施例中，导电层32包括隔断设置的第一导电部321和第二导电部322，第一导电部321正对振荡声腔6的中心区域设置，且第二导电部322围设在第一导电部321的外侧，至少第一导电部321上开设有声孔33。通过将导电层32设置成电性隔断的第一导电部321和第二导电部322，能够在保证麦克风芯片大小尺寸不变的前提下及在保证导电层32的整体面积与绝缘层31的面积相适配的基础上，减小贡献电容的导电层32的面积，提高由背板3和振膜1形成的平板电容的敏感性，提高麦克风芯片的信噪比，从而有效提升麦克风芯片的性能；且该种改善麦克风芯片的方式成本低、效果好，可适用于大量生产。

导电层32由隔离槽323分隔形成第一导电部321和第二导电部322，隔离槽323贯通导电层32的相对两面且绝缘层31形成隔离槽323的槽底。为保证第一导电部321和第二导电部322电性隔断的同时，保证背板3的结构强度，优选地，隔离槽323的槽宽大于0且小于100um。

为保证第一导电部321与振膜1能够电性连通，焊盘设置在第一导电部321处。为方便焊盘的设置，第一导电部321包括电性相连的主体部3211和焊盘部3212，主体部3211位于背板3的中心区域，且主体部3211在第一牺牲层2上的投影位于第一释放边界21内部，焊盘部3212位于主体部3211的外侧，且焊盘部3212在第一牺牲层2上的投影位于第一释放边界21外部，焊盘设置在焊盘部3212处。该种设置方式，在能够减小主体部3211的面积的同时，方便在第一牺牲层2处光刻和蚀刻出引线图形，电性连接第一导电部321和振膜1。

隔离槽323包括环绕主体部3211设置的第一槽部3231和环绕焊盘部3212设置的第二槽部3232，第一槽部3231为环绕背板3中设置的开口环形结构，第二槽部3232位位于第一槽部3231的外侧且呈开口朝向第一槽部3231的开口环形结构，且第二槽部3232的开口与第二槽部3232的开口正对，第二槽部3232的两端与第一槽部3231的两端通过连接槽部3233对应连通。该种设置方式，能够在减小第一导电部321的尺寸的同时，保证焊盘设置便利性。

优选地，在本实施例中，主体部3211为与第一释放边界21同轴设置的圆形，第一槽部3231为开口圆环形结构。通过将主体部3211设置成中心对称的圆形结构，有助于残余应力分布更加均匀，提高产品一致性。可以理解的是，主体部3211还可以其他形状，如矩形、多边形等规则形状或其他不规则形状等，本实用新型对此不做具体限制。

进一步地，焊盘部3212为圆形结构，第二槽部3232为开口圆形型结构。焊盘部3212与主体部3211通过连接部3213连接，连接部3213为沿主体部3211的径向延伸的“一”字形结构，两个连接槽部3233分别与连接部3213的相对两侧，且两个连接槽部3233平行设置，两个连接槽部3233之间的距离小于焊盘部3212的直径。该种设置方式，能够保证焊盘部3212的面积的同时和主体部3211面积一定时，减小第一导电部321的整体面积。

在本实施例中，主体部3211位于第一释放边界21的内侧，第一导电部321和第二导电部322均设置有声孔33，该种设置方式，有利于通过设置在第二导电部322上的声孔33对第一牺牲层2进行释放腐蚀，保证第一释放边界21的形成可靠性。在其他实施例中，当第一槽部3231在第一牺牲层2上的投影位于第一牺牲层2的外侧或者靠近第一牺牲层2设置时，也可以不在第二导电部322上设置声孔33，而仅在第一导电部321处设置声孔33。

优选地，声孔33包括第一声孔331和第二声孔332，第二声孔332在振膜1上的投影面积大于第一声孔331在振膜1上的投影面积。第一导电部321上的第一声孔331至少沿第一槽部3231的内侧周缘间隔设置多个，第二导电部322上的第一声孔331至少环绕第一槽部3231的外侧边缘间隔设置多个。通过在第一槽部3231的内外两侧均设置小尺寸的第一声孔331进行过渡，能够加强背板3的整体强度，保证麦克风芯片的可靠性。

优选地，第一声孔331为第一圆形或者第一多边形，且第一圆形的半径为1-20um，第一多边形的边长为1-20um，位于第一槽部3231同一侧的相邻两个第一声孔331之间的最小距离为1-20um。

在本实施例中，第一槽部3231在第一牺牲层2上的投影与第一释放边界21的距离大于50um，第二导电部322上同心设置有两圈第一声孔331，位于内侧的一圈第一声孔331靠近第一槽部3231设置且距离第一槽部3231为0～20um；位于外侧的一圈第一声孔331靠近第一释放边界21设置且距离第一释放边界21的距离为0～20um，且两圈第一声孔331在第一牺牲层2上的投影均位于第一释放边界21的内侧。通过在靠近第一释放边界21的位置设置一圈第一声孔331，能够通过小尺寸的第一声孔331精确腐蚀液对第一释放边界21的释放成型，保证第一释放边界21的形状和位置精度。在其他实施例中，当第一槽部3231的位置靠近第一释放边界21时，第二导电部322上也可以仅设置有一圈第一声孔331。

在本实施例中，位于第一导电部321上的第二声孔332位于第一声孔331的内侧，位于第一导电部321处的第二声孔332位于两圈第一声孔331之间。由于第二声孔332在振膜1上的投影面积大于第一声孔331在振膜1上的投影面积，使流经第二声孔332的气流阻力较流经第一声孔331的气流阻力小，噪音小，从而能够有效提升麦克风芯片的性能。

优选地，第二声孔332在振膜1上的投影为第二圆形或第二多边形，第二圆形的半径为8-50um，第二多边形的边长为8-50um。

振膜1采用多晶硅材料通过沉淀工艺形成，振膜1上设置有泄气孔11，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，在振荡声腔中产生的高压气流部分通过泄气孔11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11环绕振膜1的中心均匀间隔设置有多个，且泄气孔11呈开口背离振膜1中心的U型结构。但本实用新型并不限于此，在其他一个实施例中，泄气孔11还可以半圆环形孔等开口环形结构，或者圆环形孔等封闭环形孔状结构。在其他另一个实施例中，泄气孔11就可以仅在振膜1的中心设置有一个，本实用新型对泄气孔11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33的一侧凸设有防粘凸起34。

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S101、准备具有正面和方面的衬底5；

步骤S102、在衬底5上沉淀出第二牺牲层4；

步骤S103、第二牺牲层4的上方沉淀出振膜1；

步骤S104、通过光刻和蚀刻的方式在振膜1上形成泄气孔11；

步骤S105、在振膜1的表面沉积出第一牺牲层2；

步骤S106、通过光刻和蚀刻的方式在第一牺牲层2的表面形成防粘凸起34成型用凹槽；

步骤S107、在第一牺牲层2的上表面沉积出带防粘凸起34的绝缘层31，在绝缘层31的表面沉积导电层32，形成背板3；

步骤S108、通过光刻和蚀刻的方式在导电层32上形成隔离槽323；

步骤S109、通过光刻和蚀刻的方式在背板3上形成声孔33；

步骤S110、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S111、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11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。

本实施例提供还提供了一种MEMS麦克风，其包括上述的麦克风芯片。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，包括相对设置的振膜(1)和背板(3)，所述振膜(1)和所述背板(3)之间设置有第一牺牲层(2)，所述第一牺牲层(2)具有环形的第一释放边界(21)，所述背板(3)包括层叠设置的绝缘层(31)和导电层(32)，所述导电层(32)位于所述绝缘层(31)远离所述振膜(1)的一侧，其特征在于，所述导电层(32)包括由隔离槽(323)隔断设置的第一导电部(321)和第二导电部(322)，所述第二导电部(322)围设在所述第一导电部(321)的外侧，且所述隔离槽(323)在所述第一牺牲层(2)上的投影至少部分位于所述第一释放边界(21)内；

所述第一导电部(321)和所述第二导电部(322)均贯通设置有第一声孔(331)和第二声孔(332)，所述第一声孔(331)在所述振膜(1)上的投影面积小于所述第二声孔(332)在所述振膜(1)上的投影面积，所述隔离槽(323)的内外两侧均沿所述隔离槽(323)的周向间隔设置有多个所述第一声孔(331)。

2.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述隔离槽(323)的槽宽大于0且小于100um。

3.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述隔离槽(323)包括环绕所述背板(3)中心设置的第一槽部(3231)及设置在所述第一槽部(3231)外侧的第二槽部(3232)，所述第一槽部(3231)在所述第一牺牲层(2)上的投影位于所述第一释放边界(21)内，所述第二槽部(3232)在所述第一牺牲层(2)上的投影位于所述第一释放边界(21)外，所述第一槽部(3231)和所述第二槽部(3232)为开口相对的开口环形结构，所述第一槽部(3231)的两端与所述第二槽部(3232)的两端均通过连接槽部(3233)对应连通，所述第一槽部(3231)的内外两侧均设置有一圈所述第一声孔(331)。

4.根据权利要求3所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第一槽部(3231)和所述第二槽部(3232)均为开口圆环形结构，两个所述连接槽部(3233)之间的距离小于所述第二槽部(3232)的内径。

5.根据权利要求3所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第一导电部(321)上的所述第一声孔(331)环绕所述第一槽部(3231)的内侧槽壁设置至少有一圈，所述第一导电部(321)上的所述第二声孔(332)均位于靠近所述第一槽部(3231)的一圈所述第一声孔(331)的内侧。

6.根据权利要求3所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第一槽部(3231)在所述第一牺牲层(2)上的投影与所述第一释放边界(21)的距离大于50um，所述第二导电部(322)上的所述第一声孔(331)环绕所述第一槽部(3231)间隔设置有两圈，位于内侧的一圈所述第一声孔(331)距离所述第一槽部(3231)为0～20um，位于外侧的一圈所述第一声孔(331)与所述第一释放边界(21)之间的距离为0～20um，所述第二导电部(322)上的所述第二声孔(332)位于两圈所述第一声孔(331)之间。

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，同一导电部上，相邻两个所述第一声孔(331)之间的距离为0-20um。

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，所述第一声孔(331)在所述振膜(1)上的投影为第一圆形或者第一多边形，且所述第一圆形的半径为1-20um，所述第一多边形的边长为1-20um。

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，所述第二声孔(332)在所述振膜(1)上的投影为第二圆形或者第二多边形，所述第二圆形的直径为8-50um，所述第二多边形的边长为8-50um。

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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