CN212910045U - 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，麦克风芯片包括振膜和背板，振膜上设置有贯通振膜的第一泄气孔和第二泄气孔，背板上设置有贯通背板的第一声孔和第二声孔，每个第一泄气孔在背板上的投影均落入一第一声孔的范围内，每个第二泄气孔在背板上的投影均落入一第二声孔的范围内，第一泄气孔为封闭性孔，第二泄气孔为狭长装的非封闭性孔，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。麦克风包括上述的麦克风芯片。本实用新型公开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，为了保证低频频响性能，振膜上的泄气结构通常全部为圆孔结构或者槽结构，该种设置方式，造成振膜的泄压能力有限，使在外界大气声压作用下，存在振膜来不及完全泄气的情况，从而容易导致振膜变形较大，从而导致产品失效。

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，在保证麦克风芯片的低频频响特性的同时，提高振膜的泄气能力，保证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，包括振膜和背板，所述振膜上设置有贯通所述振膜的第一泄气孔和第二泄气孔，所述背板上设置有贯通所述背板的第一声孔和第二声孔，每个所述第一泄气孔在所述背板上的投影均落入一所述第一声孔的范围内，每个所述第二泄气孔在所述背板上的投影均落入一所述第二声孔的范围内，所述第一泄气孔为封闭性孔，所述第二泄气孔为狭长状的非封闭性孔，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。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第二泄气孔的孔宽大于0且小于等于5um，所述第二泄气孔的孔长为10～100um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第二泄气孔呈U型、圆弧形或非封闭多边形。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第一泄气孔在所述背板上的投影为第一圆形或者第一封闭多边形，所述第一圆形的半径为0-50um，所述第一封闭多边形的边长为0-50um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第一泄气孔的中心与所述第一声孔的中心正对。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第一泄气孔和所述第二泄气孔均环绕所述振膜的中心间隔设置有多个。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，且所述第一泄气孔所在圆周与所述第二泄气孔所在圆周同心且间隔设置。

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二圆形或第二封闭多边形，所述第二圆形的半径为8～50um，所述第二封闭多边形的边长为8～50um。

作为一种麦克风芯片的优选技术方案，所述第二声孔为第三圆形或第三封闭多边形，所述第三圆形的半径为10～100um，所述第三封闭多边形的边长为10～100um。

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，通过设置形状不同的第一泄气孔和第二泄气孔，同时在背板上设置与两种泄气孔对应的两种声孔，在外部气压较小时，第二泄气孔处于平整状态，泄气量较小，第一泄气孔承当主要泄气作用，保证麦克风芯片的低频相应特性；在外部气压较大时，第二泄气孔呈张开状态，加大振膜的泄气量，减小振膜的形变量，提高麦克风芯片的机械可靠性。

本实用新型提供的麦克风，通过采用上述的麦克风芯片，能够提高麦克风的使用性能和使用可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的麦克风芯片的剖分示意图；

图2是本实用新型实施例提供的麦克风芯片的剖截面图；

图3为本实用新型实施例提供的振膜的俯视图。

图中标记如下：

1、振膜；11、泄气孔；111、第一泄气孔；112、第二泄气孔；2、第一牺牲层；21、第一释放边界；3、背板；31、绝缘层；32、导电层；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剖分示意图，图2是本实用新型实施例提供的麦克风芯片的剖截面图，图3为本实用新型实施例提供的振膜的俯视图，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上设有贯通背板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33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，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在振膜1上的投影面积小于绝缘层31在振膜1上的投影面积，以在保证麦克风芯片的整体结构强度的基础上，减小背板3用于作为电容平板的表面积，提高麦克风芯片的灵敏性。进一步地，导电层32包括相连的主体部和焊盘部，主体部在振膜1上的投影位于第一释放边界21的内侧，焊盘部在振膜1上的投影位于第一释放边界21的外侧，以方便焊盘在焊盘部上的设置。进一步地，主体部为与第一释放边界21同轴设置的圆盘结构。

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包括第一泄气孔111和第二泄气孔112，第一泄气孔111为封闭性孔，第二泄气孔112为非封闭性孔。其中，封闭性孔是指其在振膜1上的投影形状呈闭环结构的孔，不具备端点，如圆孔、封闭多边形孔、椭圆孔等；非封闭性孔是指其在振膜1上的投影形状具有两个或多个端点的孔，如“一”字形孔、U型孔、弧形孔、S型孔、V型孔、X型孔、非封闭多边形孔等，且在本实施例中，非封闭性孔指长度相对宽度较大的狭长孔状结构。

本实施例提供的第一泄气孔111，由于其呈封闭性孔状结构，无论流经振膜1的气流量多大，其泄气量基本保持稳定；第二泄气孔112由于采用狭长的非封闭性孔状结构，当外部气压较小时，第二泄气孔112由于宽度较小，能够用于泄气的气体通道横截面较小，从而泄气量较小，能够保证低频响应特性；当外部气压较大时，第二泄气孔112的气流的吹击作用下张开，导致泄气通道增宽，泄气量增大，能够有效减小振膜1的变形。

背板3上的声孔33包括第一声孔331和第二声孔332，每个第一泄气孔111在背板3上的投影均落入一个第一声孔331的范围内，每个第二泄气孔112在背板3上的投影均落入一个第二声孔332的范围内，且第一声孔331在振膜1上的投影面积小于第二声孔332在振膜1上的投影面积。

上述第一泄气孔111、第二泄气孔112、第一声孔331和第二声孔332的设置方式，能够在保证低频频响特性的情况下，加大振膜1的泄气量，减小振膜1的形变量，提高麦克风芯片的机械可靠性。

优选地，第一泄气孔111在背板3上的投影为第一圆形或第一封闭多边形，第一圆形的半径为0-50um，第一封闭多边形的边长为0-50um，避免在麦克风芯片工作过程中，因第一泄气孔111尺寸较大而导致振膜1对声波的阻力过小而使得灵敏度降低。

进一步优选地，第二泄气孔112在背板3上的投影为U型、圆弧形或者非封闭的多边形，以更好地实现均匀泄压作用。进一步地，第二泄气孔112的孔宽大于0且小于等于5um，且第二泄气孔112的总孔长为10～100um，避免第二泄气孔112尺寸过大造成对声波阻力的降低。

第一声孔331振膜1上的投影为第二圆形或第二封闭多边形，第二圆形的半径为8-50um，第二封闭多边形的边长为8-50um。第二声孔332在振膜1上的投影为第三圆形或者第三封闭多边形，且第三圆形的半径为10～100um，第三封闭多边形的边长为10～100um。

更为优选地，第一泄气孔111的中心与第一声孔331的中心正对，能够提高泄气通畅性，提高泄气效率和泄气效果。

为进一步地提高泄气效果和提高低频频响特性，第一泄气孔111和第二泄气孔112均环绕振膜1的中心间隔设置有多个，且第一泄气孔111所在圆周与第二泄气孔112所在圆周间隔设置，以更好地平衡振膜1各处的气压。在他实施例中，也可以是第一泄气孔111在振膜1的中心设置有一个，第二泄气孔112环绕振膜1的中心间隔设置有多个。

在本实施例中，第一泄气孔111的数量为八个，第二泄气孔112的数量为四个，但本实用新型并不限于此，第一泄气孔111的数量及第二泄气孔112的数量均可以根据实际需求进行选择。

在本实施例中，第一泄气孔111所在圆周位于第二泄气孔112所在圆周的外侧，但本实用新型并不限于此，在其他实施例中，也可以是第二泄气孔112所在圆周位于第一泄气孔111所在圆周的外侧。

在本实施例中，第二泄气孔112在背板3上的投影呈U型，且U型的开口背离振膜1的中心，但本实用新型并不限于此，在其他实施例中，U型的开口可以朝向振膜1的中心设置。

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上形成第一泄气孔和第二泄气孔；

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上形成第一声孔和第二声孔；

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，能够提高麦克风性能，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，包括振膜(1)和背板(3)，其特征在于，所述振膜(1)上设置有贯通所述振膜(1)的第一泄气孔(111)和第二泄气孔(112)，所述背板(3)上设置有贯通所述背板(3)的第一声孔(331)和第二声孔(332)，每个所述第一泄气孔(111)在所述背板(3)上的投影均落入一所述第一声孔(331)的范围内，每个所述第二泄气孔(112)在所述背板(3)上的投影均落入一所述第二声孔(332)的范围内，所述第一泄气孔(111)为封闭性孔，所述第二泄气孔(112)为狭长状的非封闭性孔，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。

2.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第二泄气孔(112)的孔宽大于0且小于等于5um，所述第二泄气孔(112)的孔长为10～100um。

3.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第二泄气孔(112)呈U型、圆弧形或非封闭多边形。

4.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第一泄气孔(111)在所述背板(3)上的投影为第一圆形或者第一封闭多边形，所述第一圆形的半径为0-50um，所述第一封闭多边形的边长为0-50um。

5.根据权利要求4所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第一泄气孔(111)的中心与所述第一声孔(331)的中心正对。

6.根据权利要求1-5任一项所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第一泄气孔(111)和所述第二泄气孔(112)均环绕所述振膜(1)的中心间隔设置有多个。

7.根据权利要求6所述的麦克风芯片，其特征在于，且所述第一泄气孔(111)所在圆周与所述第二泄气孔(112)所在圆周同心且间隔设置。

8.根据权利要求1-5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)上的投影为第二圆形或第二封闭多边形，所述第二圆形的半径为8～50um，所述第二封闭多边形的边长为8～50um。

9.根据权利要求1-5任一项所述的麦克风芯片，其特征在于，所述第二声孔(332)为第三圆形或第三封闭多边形，所述第三圆形的半径为10～100um，所述第三封闭多边形的边长为10～100um。

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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