CN214177565U - Mems麦克风芯片 - Google Patents

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柏杨
王琳琳
王凯杰
张睿
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Abstract

本实用新型提供了一种MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片包括具有背腔的基底，设置于所述基底上的振膜，以及相对所述振膜远离所述基底一侧设置的背板；所述振膜包括位于中部的感应区域及环绕所述感应区域并与所述感应区域相间隙设置形成振膜狭缝的非感应区域，所述振膜狭缝沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底上。本实用新型其振膜狭缝沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底上，即所述振膜狭缝相较于所述背腔的更靠近芯片的外侧。当声压作用于振膜时，所述感应区域向靠近所述基底方向振动将振动到所述基底的上部，从而避免振膜卡在背腔的边界处造成卡膜。

Description

MEMS麦克风芯片
【技术领域】
本实用新型涉及声电技术领域，尤其涉及一种MEMS麦克风芯片。
【背景技术】
现有电容式MEMS麦克风芯片由电容部分和基底部分组成。如图1所示，芯片结构100’包括具有背腔的基底10’、以及位于基底10’上部的振膜20’和固定背板30’，振膜20’与固定背板30’构成电容系统。当声压作用于振膜时，振膜正对背板与背对背板的两面存在压强差，使得振膜向靠近背板或远离背板的方向运动，从而引起振膜与背板之间电容的变化，实现声音信号向电信号的转换，以上即为MEMS麦克风芯片的工作原理。现有芯片结构中，振膜20’根据功能分为感应振膜区21’和非感应振膜区22’，二者通过振膜狭缝23’进行分割，其中，感应振膜区作为振动电极参与信号输出，非感应振膜区不参与信号输出。
频率响应低频方面：实际终端产品应用中，由于与MEMS麦克风芯片适配的开发板的模组算法不同，因此针对不同终端需要应用不同的麦克风低频衰减性能。尤其是对于TWS耳机等具有主动降噪功能的智能终端，由于大部分的环境噪声集中在50～1KHz的低频声波，其波形相对更长、且变化也相对缓慢，适合用于主动降噪，因此对MEMS麦克风芯片的低频衰减(低衰)提出了更严格的要求。具有振膜狭缝结构的MEMS麦克风芯片，其振膜狭缝贯穿整个有效振膜区(感应振膜区)的周长，而过长的振膜狭缝将降低振膜的声阻抗R，使得froll-off＝1/2πRC(其中，C为声速)值增大，低衰变得更严重。因此，振膜狭缝结构在很大程度上限制了对MEMS麦克风芯片低衰的减缓，从而影响主动降噪的效果。
频率响应高频方面：当麦克风接收频率范围达到超声频段(＞20kHz，甚至40～60kHz)时，其可以接收到物体的位置及动作，由于超声麦克风工作区域宽、且不受光线变化影响，因此广泛用于智能手机的手势识别、智能音箱的距离感应等场景中。
而对于底部进声的MEMS麦克风，封装基板的进声孔与MEMS芯片背腔相连构成的结构在受到声波激励时将产生声学谐振。其高频频响由麦克风芯片背腔和声孔产生的Helmholtz谐振决定的。现有芯片结构中，为了避免有效振膜区在上下振动过程中卡在MEMS芯片背腔边界处造成卡膜现象，在芯片结构设计时，会将背腔边界相对于振膜狭缝更靠芯片的外侧，从而芯片背腔的体积VC很大，降低了Helmholtz谐振的中心频率fH，限制了MEMS麦克风高频响应和超声性能。
上述中心频率
Figure BDA0002782264400000021
其中，AH为封装基板声孔的直径，LH为封装基板声孔的长度。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供了一种防止卡膜现象发生的MEMS麦克风芯片。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片包括具有背腔的基底，设置于所述基底上的振膜，以及相对所述振膜远离所述基底一侧设置的背板；所述振膜包括位于中部的感应区域及环绕所述感应区域并与所述感应区域相间隙设置形成振膜狭缝的非感应区域，所述振膜狭缝沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底上。
优选的，所述振膜向靠近所述基底的方向延伸形成与所述基底间隔的防粘结构。
优选的，所述防粘结构沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底靠近所述背腔一侧的边缘处。
优选的，所述防粘结构设置为一排或多排。
优选的，所述防粘结构为柱状防粘结构或墙体防粘结构中的一种或两种的组合。
优选的，所述柱状防粘结构的横截面为圆形、扇形或多边形中的一种或多种的组合。
本实用新型的有益效果在于：提供了一种MEMS麦克风芯片，其振膜狭缝沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底上，即所述振膜狭缝相较于所述背腔的更靠近芯片的外侧。当声压作用于振膜时，所述感应区域向靠近所述基底方向振动将振动到所述基底的上部，从而避免振膜卡在背腔的边界处造成卡膜现象的发生。
【附图说明】
图1为现有技术中提供的一种MEMS麦克风芯片的结构示意图；
图2为本实用新型提供的MEMS麦克风芯片的结构示意图；
图3为本实用新型提供的MEMS麦克风芯片的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)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。
参见图2，本实用新型提供一种MEMS麦克风芯片100，该芯片100包括基底10以及设于基底10上的电容系统。
所述基底10包括形成于基底10中部的背腔12及环绕所述背腔12的固定部11。所述电容系统包括振膜20以及与所述振膜20相对的背板30，所述振膜20与所述背板30间隔设置并形成空腔，所述振膜20在空腔和背腔12之间振动。
所述背板30与所述空腔相对应的中部形成有贯通所述背板30的多个通孔31，多个通孔31间隔设置；多个通孔31连通空腔与外界环境，使得声波气流可以进入或流出空腔。
当压力(声波)通过多个通孔31作用在所述振膜20上时。所述振膜20向靠近和远离所述背板30方向振动以使得所述振膜20与所述背板30之间电容的电容量产生变化。因此，可以生成与压力(声波)的变化相对应的电信号，该电信号通过与所述电容系统连接的外部电路输出，最终实现麦克风的功能。
所述振膜20包括感应区域21和环绕所述感应区域21间隔设置的非感应区域22，所述感应区域21包括锚部(图中未示出)，所述锚部延伸至所述基底10的固定部11，且所述感应区域21的锚部与基底10的固定部11相固定。所述非感应区域22环绕所述感应区域21，且所述感应区域21与所述非感应区域22相间隙设置形成连通的振膜狭缝23，所述非感应区域22与基底10的固定部11相固定。
其中，所述振膜狭缝23沿所述振膜20的振动方向的正投影位于所述基底10的固定部11上，即所述振膜狭缝23相较于所述背腔12的边缘12a(边界)更靠近芯片100的外侧。当声压作用于振膜20时，所述感应区域21向靠近所述基底10方向振动将振动到所述固定部11的上部，从而避免振膜20卡在背腔12的边界处造成卡膜现象的发生。
进一步的，本申请实施例的芯片100，在低频方面，由于振膜狭缝23正对基底10的固定部11，当麦克风工作时，来自背腔12的气流需通过感应区域21与基底10构成的通道到达振膜狭缝23才能释放，增加了振膜狭缝23的声阻抗R，使froll-off值减小，低衰变得更平缓，50-1KHz的低频灵敏度更高，提升了主动降噪的效果。
在高频方面，背腔12的边界相较于振膜狭缝23更靠近芯片100的内侧，大大降低了背腔12的体积VC，提升了Helmholtz谐振的中心频率fH，从而改善了MEMS麦克风高频响应和超声性能。
优选地，所述背板30的周缘呈台阶状，并与所述基底10连接；所述振膜20设于所述基底10之上，并与基底10间隔设置。
所述背板30在靠近振膜20一端的空腔内形成有防粘连柱32，所述防粘连柱32由背板30在多个所述通孔31之间向靠近所述振膜20的一端延伸形成，避免振膜20振动过程中与背板30相粘黏。
参见图3，在一优选实施例中，所述振膜20的感应区域21向靠近所述基底10的方向延伸形成防粘结构40，所述防粘结构40与所述基底10相间隔。当声压作用于振膜20时，所述振膜20向靠近和远离所述背板30方向振动，当感应区域21向下振动与基底10接触时，防粘结构40可以大大降低振膜20的感应区域21与基底10之间的接触面积，降低粘附力，从而避免振膜20的感应区域21吸合在基底10上导致MEMS麦克风芯片的失效。
所述防粘结构40沿所述振膜20的振动方向的正投影位于所述基底10靠近所述背腔12一侧的边缘12a处。优选地，所述防粘结构40为柱状防粘结构或墙体防粘结构中的一种或两种的组合。本实施例中的防粘结构40为两排设置。
所述柱状防粘结构的横截面为圆形、扇形或多边形中的一种或多种的组合。本实施例中的柱状防粘结构沿平行于基底10的固定部11顶面方向的横截面为圆形，使得所述基底10与所述柱状防粘结构之间的接触面积减小，从而进一步降低了所述基底10与所述柱状防粘结构的粘黏力，有效避免了所述振膜20与所述基底10产生粘黏现象，进而提高了所述MEMS麦克风的可靠性。
本实用新型实施例提供的MEMS麦克风芯片同样适用于具有振膜、基底和背腔结构的MEMS麦克风芯片，如压电式和光学式MEMS麦克风芯片。
以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片包括具有背腔的基底，设置于所述基底上的振膜，以及相对所述振膜远离所述基底一侧设置的背板；其特征在于，所述振膜包括位于中部的感应区域及环绕所述感应区域并与所述感应区域相间隙设置形成振膜狭缝的非感应区域，所述振膜狭缝沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底上。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述振膜向靠近所述基底的方向延伸形成与所述基底间隔的防粘结构。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述防粘结构沿所述振膜的振动方向的正投影位于所述基底靠近所述背腔一侧的边缘处。
4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述防粘结构设置为一排或多排。
5.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述防粘结构为柱状防粘结构或墙体防粘结构中的一种或两种的组合。
6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述柱状防粘结构的横截面为圆形、扇形或多边形中的一种或多种的组合。
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