CN215453269U - Mems声传感器 - Google Patents

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刘雨微
张睿
孟珍奎
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    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS声传感器，其包括具有背腔的基底以及固定于所述基底的电容系统，所述电容系统包括振膜及与所述振膜间隔设置以形成电容的背极板，所述电容包括第一电容和第二电容，所述背极板正对所述背腔的区域上贯穿设有多个通孔，所述振膜包括与所述背极板相对且间隔设置以形成所述第一电容的主体部及多个自所述主体部凹陷形成的梳齿部,所述梳齿部插入所述通孔并与所述通孔的内壁间隔设置以形成所述第二电容。与相关技术相比，本实用新型的MEMS声传感器在兼顾较大电容值的同时还解决了电容变化量小及信号弱的问题，从而可以实现高性能MEMS声传感器。

Description

MEMS声传感器
【技术领域】
本实用新型涉及声电领域，尤其涉及一种MEMS声传感器。
【背景技术】
随着无线通讯的发展，全球移动电话用户越来越多，用户对移动电话的要求己不仅满足于通话，而且要能够提供高质量的通话效果，尤其是目前移动多媒体技术的发展，移动电话的通话质量更显重要，移动电话的麦克风作为移动电话的语音拾取装置，其设计好坏直接影响通话质量，而作为麦克风的重要组成部件的MEMS声传感器显得尤为重要。
相关技术中采用梳齿驱动的电容式MEMS声传感器可取得高达74dB信噪比的高性能。然而，这采用梳齿驱动的电容式MEMS声传感器还是存在电容值低及电容变化量小的问题。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种MEMS声传感器，该MEMS声传感器在兼顾较大电容值的同时还解决了电容变化量小及信号弱的问题，从而可以实现高性能MEMS声传感器。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种MEMS声传感器，其包括具有背腔的基底以及固定于所述基底的电容系统，所述电容系统包括沿振动方向往复振动的振膜及与所述振膜间隔设置以形成电容的背极板，所述电容包括第一电容和第二电容，所述背极板正对所述背腔的区域上设有多个通孔，所述振膜包括与所述背极板相对且间隔设置以形成所述第一电容的主体部及多个自所述主体部凹陷形成的梳齿部,所述梳齿部沿振动方向的投影完全落入所述通孔内，所述梳齿部与所述通孔的内壁间隔设置以形成所述第二电容。
优选地，所述梳齿部包括与所述主体部间隔设置的第一部分及连接所述主体部和所述第一部分的第二部分，其中，所述主体部在其凹陷处弯折延伸形成所述第二部分。
优选地，所述第二部分与所述主体部垂直，所述第一部分与所述第二部分垂直。
优选地，所述背极板包括N个第一梁和M个第二梁，N个所述第一梁和M个所述第二梁交错设置并围合形成多个所述通孔，其中，所述第一梁与M个所述第二梁交错形成M个节点，所述第二梁与N个所述第一梁交错形成N个节点，且相邻两所述节点之间间隔设置，N和M均为不小于2的正整数。
优选地，所述背极板还包括中心部，所述中心部在同一平面上向外辐射形成N个所述第一梁，N个所述第二梁均为以所述中心部为中心的环形结构。
优选地，所述中心部上贯穿设有所述通孔。
优选地，N个所述第一梁等夹角间隔设置，或/和，M个所述第二梁之间等间距间隔设置。
优选地，所述第二梁呈正多边形，且所述第二梁相邻两边的连接处位于所述节点上；或，所述第二梁呈圆形。
优选地，所述第一梁远离所述中心部的一端固定于所述基底。
优选地，所述振膜与所述背极板之间以及所述背极板和所述基底之间均通过隔离层固定。
与相关技术相比，本实用新型的MEMS声传感器通过将背极板设置成其正对背腔的区域上设有多个通孔，并将振膜设置成包括与背极板相对且间隔设置以形成第一电容的主体部及多个自主体部凹陷形成的梳齿部,且梳齿部插入通孔并与通孔的内壁间隔设置以形成第二电容。这样的MEMS声传感器不仅可以提高电容系统的电荷分布面积以提高电容值，而且这种振膜还可以提高其弹性以使其振动时的振幅较大，从而可以提高第一电容的电容变化量以提高生成的电信号的强度；此外，由于振膜振动时会改变梳齿部插入通孔的深度，也可以提高电容变化量以提高生成的电信号的强度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其它的附图，其中：
图1为本实用新型的MEMS声传感器一较佳实施例的结构示意图；
图2为图1所示的MEMS声传感器中背板实施例一的结构示意图；
图3为图1所示的MEMS声传感器中背板实施例二的结构示意图。
【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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
请结合参阅图1和图2，MEMS声传感器包括具有背腔1A的基底1以及固定于所述基底1的电容系统3。
所述电容系统3包括沿振动方向往复振动的振膜5及与所述振膜5间隔设置以形成电容8的背极板7，所述电容8包括第一电容81和第二电容83，所述背极板7正对所述背腔1A的区域上设有多个通孔7A，所述振膜5包括与所述背极板7相对且间隔设置以形成所述第一电容81的主体部51及多个自所述主体部51凹陷形成的梳齿部53,工作时，所述梳齿部53可插入所述通孔7A。所述梳齿部53与所述通孔7A的内壁间隔设置形成所述第二电容83。当压力(声波)作用在所述振膜5上时，所述振膜5沿振动方向靠近和远离所述背极板7往复振动以使得所述振膜5与所述背极板7之间电容8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3连接的外部电路输出；同时，由于自所述主体部51凹陷形成的所述梳齿部53插入所述通孔7A并与所述通孔7A的内壁间隔设置形成了所述第二电容83，不仅可以提高所述电容系统3的电荷分布面积以提高电容值，而且这种振膜5还可以提高其弹性以使其振动时的振幅较大，从而可以提高第一电容81的电容变化量以提高生成的电信号的强度；此外，由于所述振膜5振动时会改变所述梳齿部53插入所述通孔7A的深度(即所述梳齿部53与所述通孔7A的内壁形成所述第二电容83的有效面积会发生变化)，也可以提高电容变化量以提高生成的电信号的强度。
如图1所示，所述振膜5与所述背极板7之间以及所述背极板7和所述基底1之间均通过隔离层9固定。其中，所述隔离层9由具有绝缘性能的材料制成，具有绝缘性能的材料可以为氧化物或氮化物。
所述梳齿部53包括与所述主体部51间隔设置的第一部分531及连接所述主体部51和所述第一部分531的第二部分533，其中，所述主体部51在其凹陷处弯折延伸形成所述第二部分533。这种所述梳齿部53的结构更有利于提高振膜5的弹性。
如图1所示，所述第二部分533与所述主体部51垂直，所述第一部分531与所述第二部分533垂直。
所述背极板7包括N个第一梁71、M个第二梁73及中心部75，所述中心部75在同一平面上向外辐射形成N个所述第一梁71，M个所述第二梁73均为以所述中心部75为中心的环形结构，且N个所述第一梁71和M个所述第二梁73交错设置并围合形成多个所述通孔7A，其中，所述第一梁71与M个所述第二梁73交错形成M个节点77，所述第二梁73与N个所述第一梁71交错形成N个节点77，且相邻两所述节点77之间间隔设置，N和M均为不小于2的正整数。
在本实施例中，所述第一梁71远离所述中心部75的一端固定于所述基底1。具体地，所述第一梁71远离所述中心部75的一端固定于所述隔离层9，并通过所述隔离层9间接固定于所述基底1。此种背极板7通过不同数量的锚点(锚点为：所述第一梁71远离所述中心部75的一端)固定，可以增加所述背极板7的刚度，从而减少了背极板7在频率信号及机械振动下产生的位移量，从而降低了不必要的噪声以提高信噪比。
如图所示，所述中心部75上贯穿设有所述通孔7A；N个所述第一梁71等夹角间隔设置；M个所述第二梁73之间等间距间隔设置。
如图所示，所述第二梁73设置成呈圆形。此种圆形分布的所述背极板7的电极面积大(即形成的所述电容8大)，但在其外圈会在频率信号及机械振动下仍会产生一定的位移量，从而会产生噪声。
实施例二
请参阅图3，实施例二与实施例一的区别仅在于：
所述第二梁73'呈正多边形，且所述第二梁73'相邻两边的连接处位于所述节点77上；其中，正多边形可以为正六边形、正八边形、正十六边形以及其他多边形。相较于圆形分布的所述背极板7(即所述第二梁73设置成呈圆形)，正多边形分布的所述背极板7'可以在保证其减少的电极面积较少(即形成的所述电容8的电容值减少较小)的情况下，使两锚点(锚点为：所述第一梁71远离所述中心部75的一端)之间的距离最短，从而减少了背极板的外圈在频率信号及机械振动下产生的位移量，因此减少了由于背极板振动而产生的机械噪声以提高信噪比。
需要说明的是，背极板的结构及其于基底的连接结构并不局限于实施例一和实施例二中所述的背极板，例如，在其他实施例中，当第二梁呈圆形时，背极板还可以设置成，其第一梁远离中心部的一端和位于最外侧的第二梁均可以固定于基底；背极板还可以设置成仅包括N个第一梁和M个第二梁，其中，N个所述第一梁沿第一方向间隔设置，M个所述第二梁沿第二方向间隔设置，所述第一方向与所述第二方向不平行。换而言之，所述背极板7还可以设置成整体呈平行四边形(包括矩形)的结构，相应地，第一梁的相对两端和第二梁的相对两端固定于基底。
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 (10)

1.一种MEMS声传感器，其包括具有背腔的基底以及固定于所述基底的电容系统，所述电容系统包括沿振动方向往复振动的振膜及与所述振膜间隔设置以形成电容的背极板，其特征在于，所述电容包括第一电容和第二电容，所述背极板正对所述背腔的区域上设有多个通孔，所述振膜包括与所述背极板相对且间隔设置以形成所述第一电容的主体部及多个自所述主体部凹陷形成的梳齿部,所述梳齿部沿振动方向的投影完全落入所述通孔内，所述梳齿部与所述通孔的内壁间隔设置以形成所述第二电容。
2.根据权利要求1所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述梳齿部包括与所述主体部间隔设置的第一部分及连接所述主体部和所述第一部分的第二部分，其中，所述主体部在其凹陷处弯折延伸形成所述第二部分。
3.根据权利要求2所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述第二部分与所述主体部垂直，所述第一部分与所述第二部分垂直。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述背极板包括N个第一梁和M个第二梁，N个所述第一梁和M个所述第二梁交错设置并围合形成多个所述通孔，其中，所述第一梁与M个所述第二梁交错形成M个节点，所述第二梁与N个所述第一梁交错形成N个节点，且相邻两所述节点之间间隔设置，N和M均为不小于2的正整数。
5.根据权利要求4所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述背极板还包括中心部，所述中心部在同一平面上向外辐射形成N个所述第一梁，N个所述第二梁均为以所述中心部为中心的环形结构。
6.根据权利要求5所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述中心部上贯穿设有所述通孔。
7.根据权利要求5所述的MEMS声传感器，其特征在于，N个所述第一梁等夹角间隔设置，或/和，M个所述第二梁之间等间距间隔设置。
8.根据权利要求5或7所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述第二梁呈正多边形，且所述第二梁相邻两边的连接处位于所述节点上；或，所述第二梁呈圆形。
9.根据权利要求5所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述第一梁远离所述中心部的一端固定于所述基底。
10.根据权利要求1所述的MEMS声传感器，其特征在于，所述振膜与所述背极板之间以及所述背极板和所述基底之间均通过隔离层固定。
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