CN216649988U - 一种mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底、设置于基底的一侧的基座和设置在基座上的电容系统，电容系统包括背板组件以及与背板组件相对且分别间隔设置在背板组件两侧的第一振膜和第二振膜，MEMS麦克风还包括具有装配空间且一侧固定连接于基座的内侧的悬臂结构，悬臂结构的未固定侧与基座的内侧形成间隔，背板组件包括子背板组件，第一振膜包括第一子振膜，第二振膜包括第二子振膜，子背板组件、第一子振膜和第二子振膜均固定连接于悬臂结构且位于悬臂结构的装配空间内的。第一子振膜和第二子振膜在基座上形成悬臂梁结构，实现增大第一振膜和第二振膜的顺性和降低张力，从而实现提升麦克风的灵敏度。

Description

一种MEMS麦克风

【技术领域】

本实用新型属于麦克风技术领域，尤其涉及一种MEMS麦克风。

【背景技术】

由于MEMS(Micro－Electro－Mechanical System，微机电系统)技术具有小型化、易集成、高性能、低成本等特点，使其获得业界青睐，MEMS麦克风在当前的移动电话中应用较为广泛。

常见的MEMS麦克风为电容式，即包括振膜和背板，二者构成MEMS声传感电容，且MEMS声传感电容进一步通过连接盘连接到处理芯片以将声传感信号输出给处理芯片进行信号处理。为了进一步提高MEMS麦克风的性能，现有技术提出了双振膜MEMS麦克风结构，即利用两层振膜分别与背板构成电容结构；然而由于振膜存在张力过大、顺性不足的缺点，导致麦克风的灵敏度降低。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种MEMS麦克风，能够解决相关技术中由于振膜存在张力过大、顺性不足的缺点，导致麦克风的灵敏度降低。

本实用新型的技术方案如下：一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底、设置于所述基底的一侧的基座和设置在所述基座上的电容系统，所述电容系统包括背板组件以及与所述背板组件相对且分别间隔设置在所述背板组件两侧的第一振膜和第二振膜，所述MEMS麦克风还包括具有装配空间且一侧固定连接于所述基座的内侧的悬臂结构，所述悬臂结构的未固定侧与所述基座的内侧形成间隔，所述背板组件包括固定连接于所述悬臂结构且位于所述悬臂结构的装配空间内的子背板组件，所述第一振膜包括固定连接于所述悬臂结构且位于所述悬臂结构的装配空间内的第一子振膜，所述第二振膜包括固定连接于所述悬臂结构且位于所述悬臂结构的装配空间内的第二子振膜。

优选地，所述悬臂结构包括两端均固定连接于所述基座的内侧的横梁组件，所述横梁组件和所述基座的内侧围合形成所述装配空间，所述横梁组件的背离所述装配空间侧和所述基座的内侧具有间隔。

优选地，所述MEMS麦克风包括一所述悬臂结构，所述横梁组件包括至少两依次相连的横梁，所述依次相连的横梁的首尾两端固定连接于所述基座的内侧，各所述横梁沿着所述基座的内轮廓延伸且和所述基座的内侧形成间隔。

优选地，所述MEMS麦克风包括至少两所述悬臂结构，每一所述悬臂结构设有一所述子背板组件、一所述第一子振膜和一所述第二子振膜，各所述横梁组件环绕所述基座的中心等角度间隔设置，相邻的所述横梁组件之间形成狭缝。

优选地，所述横梁组件包括至少两依次相连的横梁，所述依次相连的横梁的首尾两端固定连接于所述基座的内侧，所述横梁组件对应的所述电容系统的一侧固定于所述基座的内侧，所述横梁组件的横梁围设于对应的所述电容系统的未与所述基座相连侧，相邻悬臂结构的横梁之间形成所述狭缝。

优选地，所述悬臂结构还包括固定于所述横梁的背离所述装配空间侧的加强筋，所述加强筋与所述横梁相匹配。

优选地，所述第一子振膜和所述第二子振膜均与所述基座的内侧固定连接，所述第一子振膜、所述第二子振膜、所述基座和对应的所述悬臂结构围合形成密闭空间。

优选地，所述MEMS麦克风还包括与所述悬臂结构相匹配且两端分别固定连接于所述第一子振膜和所述第二子振膜的至少一支撑绝缘件，所述支撑绝缘件贯穿通过所述背板组件。

优选地，所述支撑绝缘件设置有多个，各所述支撑绝缘件环绕所述基座的中心间隔排列。

优选地，所述子背板组件包括固定连接于所述悬臂结构和所述基座的内侧的背板、第一电极层和第二电极层，所述第一电极层叠设于所述背板靠近所述第一子振膜的板面，所述第二电极层叠设于所述背板靠近所述第二子振膜的板面，所述第一电极层与所述第一子振膜之间具有间隔，所述第二电极层与所述第二子振膜之间具有间隔。

本实用新型的有益效果在于：将悬臂结构的一侧固定于基座的内侧，且悬臂结构的未固定侧与基座的内侧形成间隔，使得悬臂结构能够在基座上形成悬臂梁结构并震动；又由于第一子振膜和第二子振膜固定于悬臂结构的装配空间内，使得第一子振膜和第二子振膜可以跟随悬臂结构震动，即第一子振膜和第二子振膜也在基座上形成悬臂梁结构，实现增大第一振膜和第二振膜的顺性，降低第一振膜和第二振膜的张力，从而实现提升麦克风的灵敏度。

【附图说明】

图1为本实用新型一种MEMS麦克风的整体结构示意图；

图2为本实用新型一种MEMS麦克风中电容系统的立体分解结构示意图；

图3为本实用新型一种MEMS麦克风中部分组件的立体分解结构示意图；

图4为本实用新型一种MEMS麦克风的俯视图；

图5为图4中的A－A向剖视图。

【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。

请参阅图1、图2和图3，一种MEMS麦克风，包括具有背腔11的基底1、设置于基底1的一侧的基座2和设置在基座2上的电容系统3，电容系统3包括背板组件31以及与背板组件31相对且分别间隔设置在背板组件31两侧的第一振膜32和第二振膜33，MEMS麦克风还包括具有装配空间且一侧固定连接于基座2的内侧的悬臂结构4，悬臂结构4的未固定侧与基座2的内侧形成间隔，背板组件31包括固定连接于悬臂结构4且位于悬臂结构4的装配空间内的子背板组件311，第一振膜32包括固定连接于悬臂结构4且位于悬臂结构4的装配空间内的第一子振膜321，第二振膜33包括固定连接于悬臂结构4且位于悬臂结构4的装配空间内的第二子振膜331。可以理解的，将悬臂结构4的一侧固定于基座2的内侧，且悬臂结构4的未固定侧与基座2的内侧形成间隔，使得悬臂结构4能够在基座2上形成悬臂梁结构并震动；又由于第一子振膜321和第二子振膜331固定于悬臂结构4的装配空间内，使得第一子振膜321和第二子振膜331可以跟随悬臂结构4震动，即第一子振膜321和第二子振膜331也在基座2上形成悬臂梁结构，实现增大第一振膜32和第二振膜33的顺性，降低第一振膜32和第二振膜33的张力，从而实现提升麦克风的灵敏度。

请参阅图3、图4和图5，在本实施例中，悬臂结构4包括两端均固定连接于基座2的内侧的横梁组件41，横梁组件41和基座2的内侧围合形成装配空间，横梁组件41的背离装配空间侧和基座2的内侧具有间隔。具体的，基底1可以为矩形块，背腔11可以为圆柱孔，且背腔11的中心线与基底1的中心线相重合；基座2可以为圆环或矩形环，基座2的内孔直径大于背腔11的直径，使得基座2可以围合于背腔11外；基底1和基座2的材质可以为半导体材料，例如硅，背腔11可以通过体硅工艺或干法腐蚀形成。横梁组件41和基座2的内侧围合形成的装配空间可以为矩形和扇形等，横梁组件41的两端均固定连接于基座2的内侧，且横梁组件41的背离装配空间侧和基座2的内侧具有间隔，使得横梁组件41在基座2上形成悬臂梁结构，从而使得横梁组件41可以在基座2上顺畅的震动，保证横梁组件41可以带动电容系统3在基座2上顺畅的震动，从而提升电容系统3的顺性，降低电容系统3的张力，以实现麦克风的灵敏度的提升。

在本实施例中，MEMS麦克风可以包括任意数量的悬臂结构4，例如一个、两个、四个、六个或八个等。

请参阅图3、图4和图5，在本实施例的一实施方式中，MEMS麦克风包括一悬臂结构4，横梁组件41包括至少两依次相连的横梁411，依次相连的横梁411的首尾两端固定连接于基座2的内侧，各横梁411沿着基座2的内轮廓延伸且和基座2的内侧形成间隔。优选地，基座2为矩形环，横梁组件41包括三个横梁411，三个横梁411依次连接成具有开口的矩形腔体，且三个横梁411的首尾两端固定连接于基座2的内侧，使得三个横梁411与基座2围合形成装配空间。三个横梁411与对应的基座2的内侧之间具设有间隔，且三个横梁411的首尾两端固定连接于基座2的内侧，使得横梁组件41在基座2上形成悬臂梁结构。可以理解的，由于MEMS麦克风仅设有一悬臂结构4，即MEMS麦克风仅设有一震动区域，有利于保证电容系统3内各组件的震动一致性，从而增大第一振膜32和第二振膜33的顺性，提升麦克风的灵敏度。此外，横梁组件41的数量也可以根据实际需要设置，如设置为两个、四个和五个等。

请参阅图3、图4和图5，在本本实施例的另一实施方式中，MEMS麦克风包括至少两悬臂结构4，每一个悬臂结构4设有一个子背板组件311、一个第一子振膜321和一个第二子振膜331，各横梁组件41环绕基座2的中心等角度间隔设置，相邻的横梁组件41之间形成狭缝。优选地，MEMS麦克风可以包括四个悬臂结构4，此时与四个悬臂结构4相对应的四个横梁组件41环绕基座2的中心等角度间隔设置，四个横梁组件41所形成的狭缝呈十字形。在本实施方式中，横梁组件41包括至少两依次相连的横梁411，依次相连的横梁411的首尾两端固定连接于基座2的内侧，横梁组件41对应的电容系统3的一侧固定于基座2的内侧，横梁组件41的横梁411围设于对应的电容系统3的未与基座2相连侧，相邻悬臂结构4的横梁411之间形成狭缝。优选地，横梁组件41包括两横梁411，两横梁411依次连接成V型，基座2为圆环，此时横梁组件41与基座2形成的装配空间呈扇形。可以理解的，由于每一悬臂结构4在基座2上形成悬臂梁结构，可以增大第一子振膜321和第二子振膜331的顺性；相比于一个悬臂结构4的MEMS麦克风，四个悬臂结构4的MEMS麦克风可以将一个震动区域划分成四个震动区域，在保证震动区域的面积不变的情况下，可以减小震动区域内的振膜的面积，从而减小第一振膜32和第二振膜33的张力；而且悬臂结构4也更加容易震动，可以增大第一振膜32和第二振膜33的顺性，从而提升麦克风的灵敏度。

请参阅图3、图4和图5，在本实施例中，悬臂结构4还包括固定于横梁411的背离装配空间侧的加强筋42，加强筋42与横梁411相匹配。具体的，加强筋42可以为矩形长条，加强筋42的材质为绝缘材料，加强筋42设置于横梁组件41各横梁411的中部区域，提升横梁组件41的刚性，进而使得横梁组件41可以给电容系统3提供足够的支撑力。优选的，横梁组件41的材质和加强筋42的材质均可以为不掺杂的多晶硅、氮化硅以及其他一层或多层的绝缘层。

请参阅图3、图4和图5，在本实施例中，第一子振膜321和第二子振膜331均与基座2的内侧固定连接，第一子振膜321、第二子振膜331、基座2和对应的悬臂结构4围合形成密闭空间。具体的，子背板组件311设置在悬臂结构4的中部区域，第一子振膜321与基座2远离基底1侧相平齐，第二子振膜331位于子背板组件311靠近基底1的一侧，第一子振膜321与子背板组件311之间的间隔设为第一间隙，第二子振膜331与子背板组件311之间的间隔设为第二间隙，第一间隙与第二间隙相等。第一子振膜321、第二子振膜331和子背板组件311均与悬臂结构4的装配空间相适配，即第一子振膜321、第二子振膜331和子背板组件311均与横梁组件41的横梁411和基座2的内侧固定连接，可以使得第一子振膜321的浮动部分、第二子振膜331的浮动部分以及子背板组件311的浮动部分不会接触；也可以使第一子振膜321和第二子振膜331之间具有密闭空间，且该密闭空间内为低真空区域，可以降低振膜和子背板组件311之间的噪声，从而提升麦克风的灵敏度。在麦克风通电工作后，第一子振膜321与子背板组件311、第二子振膜331与子背板组件311会带上极性相反的电荷，从而形成电容；可以理解的，当第一子振膜321和第二子振膜331在声波的作用下产生振动，子背板组件311与第一子振膜321之间的第一间隙、子背板组件311与第二子振膜331之间的第二间隙会发生变化，从而导致电容系统3的电容发生改变，进而将声波信号转化为了电信号，实现麦克风的相应功能。

请参阅图3、图4和图5，在本实施例中，MEMS麦克风还包括与悬臂结构4相匹配且两端分别固定连接于第一子振膜321和第二子振膜331的至少一支撑绝缘件5，支撑绝缘件5贯穿通过背板组件31。具体的，第一子振膜321和第二子振膜331之间设有大量的支撑绝缘件5，在麦克风通电后，支撑绝缘件5将第一子振膜321和第二子振膜331分为多个振动单元。为了便于描述，以第一子振膜321和第二子振膜331之间设有一支撑绝缘件5为例，此时支撑绝缘件5将第一子振膜321分为两个振动单元、第二子振膜331分为两个振动单元，此时任意一个振动单元均与背板组件31形成电容，即两个振膜与一个背板组件31共同形成四个电容，因此整个麦克风灵敏度和信噪比被提高了。而且，由于支撑绝缘件5贯穿通过背板组件31，使得支撑绝缘件5不会脱离背板组件31，支撑绝缘件5可以给第一子振膜321和第二子振膜331提供支撑力，在第一子振膜321和第二子振膜331承受高声压时，支撑绝缘件5可以限制第一子振膜321和第二子振膜331的震动幅度，避免第一子振膜321和第二子振膜331破坏。

请参阅图3、图4和图5，在本实施例中，支撑绝缘件5设置有多个，各支撑绝缘件5环绕基座2的中心间隔排列。具体的，各支撑绝缘件5以基座2的中心为圆心呈圆环排列，且更靠近圆心的圆环所具有的支撑绝缘件5数量少于更远离圆心的圆环所具有的支撑绝缘件5数量。为了便于理解，以MEMS麦克风包括四悬臂结构4为例：每一个悬臂结构4设有十个支撑绝缘件5，十个支撑绝缘件5一基座2的中心为圆心呈圆环排列，其中共设有三个圆环，三个圆环之间的间距大小相等；最靠近圆心的圆环设有两个支撑绝缘件5，中间的圆环设有三个支撑绝缘件5，最远离圆心的圆环设有五个支撑绝缘件5；此时悬臂结构4的活动端设置的支撑绝缘件5最少，有利于位于该处区域的第一子振膜321和第二子振膜331发生震动，悬臂结构4的固定端设置的支撑绝缘件5最多，有利于位于该处区域的第一子振膜321和第二子振膜331之间保持不动，使得第一子振膜321和第二子振膜331在基座2形成的悬臂梁结构更加稳定。

请参阅图2、图3和图5，在本实施例中，背板组件31包括固定连接于悬臂结构4和基座2的内侧的背板3111、第一电极层3112和第二电极层3113，第一电极层3112叠设于背板3111靠近第一子振膜321的板面，第二电极层3113叠设于背板3111靠近第二子振膜331的板面，第一电极层3112与第一子振膜321之间具有间隔，第二电极层3113与第二子振膜331之间具有间隔。背板3111的材质为绝缘材料，可以保证第一电极层3112与第二电极层3113是彼此绝缘的，在麦克风通电工作后，第一子振膜321与第一电极层3112、第二子振膜331与第二电极层3113会带上极性相反的电荷，从而形成电容。

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麦克风，包括具有背腔的基底、设置于所述基底的一侧的基座和设置在所述基座上的电容系统，所述电容系统包括背板组件以及与所述背板组件相对且分别间隔设置在所述背板组件两侧的第一振膜和第二振膜，其特征在于，所述MEMS麦克风还包括具有装配空间且一侧固定连接于所述基座的内侧的悬臂结构，所述悬臂结构的未固定侧与所述基座的内侧形成间隔，所述背板组件包括固定连接于所述悬臂结构且位于所述悬臂结构的装配空间内的子背板组件，所述第一振膜包括固定连接于所述悬臂结构且位于所述悬臂结构的装配空间内的第一子振膜，所述第二振膜包括固定连接于所述悬臂结构且位于所述悬臂结构的装配空间内的第二子振膜。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述悬臂结构包括两端均固定连接于所述基座的内侧的横梁组件，所述横梁组件和所述基座的内侧围合形成所述装配空间，所述横梁组件的背离所述装配空间侧和所述基座的内侧具有间隔。

3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风包括一所述悬臂结构，所述横梁组件包括至少两依次相连的横梁，所述依次相连的横梁的首尾两端固定连接于所述基座的内侧，各所述横梁沿着所述基座的内轮廓延伸且和所述基座的内侧形成间隔。

4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风包括至少两所述悬臂结构，每一所述悬臂结构设有一所述子背板组件、一所述第一子振膜和一所述第二子振膜，各所述横梁组件环绕所述基座的中心等角度间隔设置，相邻的所述横梁组件之间形成狭缝。

5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述横梁组件包括至少两依次相连的横梁，所述依次相连的横梁的首尾两端固定连接于所述基座的内侧，所述横梁组件对应的所述电容系统的一侧固定于所述基座的内侧，所述横梁组件的横梁围设于对应的所述电容系统的未与所述基座相连侧，相邻悬臂结构的横梁之间形成所述狭缝。

6.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述悬臂结构还包括固定于所述横梁背离所述装配空间侧的加强筋，所述加强筋与所述横梁相匹配。

7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一子振膜和所述第二子振膜均与所述基座的内侧固定连接，所述第一子振膜、所述第二子振膜、所述基座和对应的所述悬臂结构围合形成密闭空间。

8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风还包括与所述悬臂结构相匹配且两端分别固定连接于所述第一子振膜和所述第二子振膜的至少一支撑绝缘件，所述支撑绝缘件贯穿通过所述背板组件。

9.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑绝缘件设置有多个，各所述支撑绝缘件环绕所述基座的中心间隔排列。

10.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述子背板组件包括固定连接于所述悬臂结构和所述基座的内侧的背板、第一电极层和第二电极层，所述第一电极层叠设于所述背板靠近所述第一子振膜的板面，所述第二电极层叠设于所述背板靠近所述第二子振膜的板面，所述第一电极层与所述第一子振膜之间具有间隔，所述第二电极层与所述第二子振膜之间具有间隔。

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