CN216649989U - 梳状电容式麦克风 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种梳状电容式麦克风包括基板，固定电极及振膜。所述振膜包括振动部、与所述振动部连接的连接部和凸设于所述振动部的周缘的若干可动电极。所述若干固定电极呈梳状排列并直接蚀刻于基板上，所述若干可动电极呈梳状排列，所述固定电极在空间上与可动电极分离，且其中一固定电极对应其中一可动电极，所述振动部沿空腔的轴线方向的投影覆盖空腔。具有上述结构的所述梳状电容式麦克风可提供相对较大的位移，降低声学噪声，并具有较高的灵敏度，进而获得性能更高的声换能器。

Description

梳状电容式麦克风
技术领域
本实用新型涉及一种电容式麦克风，尤其涉及一种梳状电容式麦克风。
背景技术
随着无线通信的发展，越来越多的手机在世界各地使用。手机不仅需要有基本的通话功能，还需要有高质量的通话效果。尤其是随着移动多媒体技术的发展，手机的通话质量变得越来越重要。作为手机的语音采集设备，手机麦克风的设计直接影响着通话质量。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种通话质量好的梳状电容式麦克风。
为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了梳状电容式麦克风包括基板，开设有贯穿该基板的空腔，所述空腔的上部设有台阶；若干固定电极，等距地设于所述台阶上；及振膜，收容于所述台阶中，所述振膜包括振动部、与所述振动部连接的连接部和凸设于所述振动部的周缘的若干可动电极，所述连接部远离振动部的一端与基板连接。所述若干固定电极呈梳状排列并直接蚀刻于基板上，所述若干可动电极呈梳状排列，所述固定电极在空间上与可动电极分离，且其中一固定电极对应其中一可动电极，所述振动部沿空腔的轴线方向的投影覆盖空腔。
优选地，每一固定电极均包括远离所述台阶的第一顶面和靠近所述台阶的第一底面，所述固定电极的第一厚度为第一顶面和第一底面之间的距离。每一可动电极均包括远离所述台阶的第二顶面和靠近所述台阶的第二底面，所述可动电极的第二厚度为第二顶面和第二底面之间的距离。
优选地，所述基板设有若干用于为固定电极通电的固定电极引出端子，且所述振膜设有若干用于为可动电极通电的可动电极引出端子。
优选地，所述连接部包括等分所述振膜的若干连接臂，每一连接臂均包括与振膜固定连接的第一端和凸出于振膜的外周缘的第二端。
优选地，所述若干连接臂为四个连接臂。
优选地，每一用于给所述可动电极通电的可动电极引出端子设于一连接臂上。
优选地，每一连接臂均为机械弹簧。
优选地，每一连接臂均为矩形臂、曲臂、或三角形臂。
优选地，所述振动部呈中心对称形状。
优选地，所述中心对称形状为圆形或正方形。
本实用新型中，若干固定电极呈梳状排列并直接刻蚀于基板上，且若干活动电极呈梳状排列。如此设置，可根据需要调整固定电极和活动电极之间的间隙和固定电极和活动电极的高度来相对容易地提高或降低MEMS换能器的灵敏度；由于摒弃了背板，噪音有所降低；由于没有背板，与传统麦克风相比，本实用新型的过载压力点(声学过载点)得到改善。而且，本实用新型的线性度也得到改善。即本实用新型的梳状电容式麦克风的灵敏度、响度、和抗噪音性都得到了提高。因此，与相关技术中的梳状电容式麦克风相比，这种结构的可得到性能更高的声换能器。
附图说明
图1是相关技术中的梳状电容式麦克风的剖视图；
图2是本实用新型的梳状电容式麦克风的部分结构的立体图；
图3是图2所示A部分的放大图；
图4是本实用新型的梳状电容式麦克风沿俯视方向的剖视图；
图5是本实用新型的梳状电容式麦克风的剖视图；
图6是本实用新型的连接部的示意图；
图7是本实用新型的连接部的一种实施方式的结构示意图；
图8是本实用新型的连接部的另一种实施方式的结构示意图；及
图9是本实用新型的连接部的第三种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本实用新型的实施例进行详细地描述，其示例在附图中示出。说明书中，相同或相似的元件和具有相同或相似功能的元件以相似的标号来表示。结合附图来描述的以下实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，不能理解为用于限制本实用新型。
在相关技术中，微机电系统麦克风(Micro-Electro-Mechanical-SystemMicrophone，MEMS麦克风)已被广泛使用。相较于传统的驻极体麦克风，微机电系统麦克风具有较佳的性能。图1是相关技术中的麦克风的剖视图。所述麦克风10包括背板11、与所述背板11相对设置的振膜12、连接所述背板11和所述振膜12的连接部121和形成在所述振膜12和所述背板11之间的音腔13。所述振膜12可相对于背板11上下振动。所述背板11还开设有音孔111。所述音孔111可将声音气流传递至振膜12，使所述振膜12产生振动。所述振膜12和背板11均设有可导电的导电层，但所述导电层的可导电部分相互绝缘。如此，所述隔膜12和背板11形成具有电容的电容器。然而，由于电容值与电容器的两极板的公共面积成正比，与电容器的两极板之间的距离成反比，因此，这种结构的麦克风的振膜12的振动变形极大地受到因电场力的干涉而引起的变形的影响，从而导致所述振膜12与背板11之间的距离呈曲线变化。因此，这种结构的电容式麦克风具有线性度差、灵敏度差、及噪声大的缺点。
请参阅图2至图5，本实用新型一实施例提供一种梳状电容式麦克风。所述梳状电容式麦克风包括基板1、若干固定电极3、振膜2和若干可动电极4。
所述基板1设有贯穿该基板1的空腔11。所述空腔11的上部设有台阶 12。例如，所述空腔11的内轮廓曲面具有圆形结构。
所述若干固定电极3等距地设于所述台阶12上。在一实施例中，所述若干固定电极3以腔体11的轴为中心等距地环设于所述台阶12上，所述若干固定电极3的轴的延长线汇集于空腔11的中心。所述若干固定电极3未与空腔11交叉。所述若干固定电极3可通过制造工艺直接形成于单晶基板1上，所述若干固定电极3可为沉积层，如通过外延工艺沉积形成的晶体硅，或多晶硅。
请参阅图5，所述若干固定电极3垂直地凸设于基板1上，使得若干可动电极4可围绕所述若干固定电极3设置。这样的结构可对抗装置的静摩擦并增加电容。
所述振膜2收容于台阶12中。所述振膜2包括振动部21和与所述振动部21连接的连接部20。所述可动电极4凸出于振动部21的周缘。在本实用新型的一实施例中，所述振动部21为圆形，所述若干可动电极4的轴的延长线汇集于振动部21的中心。所述连接部20远离振动部21的一端与基板1连接。在一实施例中，所述连接部20远离振动部21的一端与基板1弹性连接，使振膜2可随声波振动。
所述若干固定电极3呈梳状排列，直接蚀刻于基板1上，每一固定电极3 均为梳状固定电极3的梳齿。所述若干可动电极4具有梳状结构，每一可动电极4均为梳状可动电极4的梳齿。在其他实施例中，所述若干固定电极3 可通过外延硅生长法蚀刻厚晶硅形成，或所述若干梳状的固定电极3可通过将多晶硅直接沉积在硅衬底的预先蚀刻形成的间隙中形成。所述固定电极3 在空间上与可动电极4分离，且所述固定电极3与可动电极4交叉并面对可动电极4设置。所述固定电极3和可动电极4的尺寸使得所述固定电极3和可动电极4形成有重叠区域。当所述振膜2上下移动时，所述重叠区域发生变化，且传感器的电容也发生变化。如此，可建立电容变化与驱动振膜2的输入压力声波之间的关系。具有上述结构的所述梳状电容式麦克风可提供相对较大的位移，降低声学噪声，并具有较高的灵敏度，进而获得比相关技术中的麦克风的性能更高的声换能器。
在一实施例中，所述振动部21沿空腔11的轴线方向的投影覆盖空腔11，所述若干固定电极3未延伸至空腔11中，但可于基板1上发生感测。所述空腔11完全被振膜2的振动部21覆盖，以降低热机械噪声并降低噪声的影响。如此配置，所述振动部覆盖腔体，可通过调节所述振动部21与基板1之间的间隙或调节所述振动部覆盖腔体的面积，来提供另一种控制梳状电容式麦克风的高通滤波的方式。
在一实施例中，所述固定电极3包括远离台阶12的第一顶面31和靠近台阶12的第一底面32。所述固定电极3的第一厚度为第一顶面31和第一底面32之间的距离。所述可动电极4包括远离台阶12的第二顶面41和靠近台阶12的第二底面42，所述可动电极4的第二厚度为第二顶面41和第二底面 42之间的距离。
所述电容值与电容器的两极板的公共面积成正比，与电容器的两极板之间的距离成反比，即C＝kε0εrS/d，k为常数，ε0为常数，εr为常数。所述电容式麦克风被制造出后，ε0εr的值是固定的。S为电容器的两极板的公共面积，d 为两极板之间的距离。因此，本实用新型提供的电容式麦克风中，所述固定电极3呈梳状排列，所述可动电极4也呈梳状排列，所述固定电极3在空间上与可动电极4分隔开，且所述固定电极3与可动电极4相互交叉并面对可动电极4设置。因此，当所述固定电极3和可动电极4通电后，所述固定电极3和可动电极4之间形成电容，所述固定电极3和可动电极4之间的距离d 保持不变。该面积取决于第一厚度和第二厚度的公共面积。因此，本实施例提供的麦克风具有良好的线性度。同时，所述电容的尺寸不受限于振膜2的尺寸，因此，所述振膜2的尺寸可有效地减小，以便于小型化。加工所需的掩模数量较少，加工工艺简单。由于摒弃了背板，音腔的容积可有效地扩大。该实施例还可消除通常出现在相关技术中的麦克风的背板和振膜之间的横向扰动所带来的噪声干扰。
在本实用新型提供的一实施例中，所述第一厚度等于第二厚度，以进一步提高所述麦克风的性能。在本实用新型提供的另一实施例中，所述第一厚度不同于第二厚度，可调整所述厚度以达到所需的性能(如，提高灵敏度、 AOP、或线性度)。
在一实施例中，所述基板1设置有若干用于为固定电极3通电的固定电极引出端子，且所述连接部20设置有若干用于为可动电极4通电的可动电极引出端子。所述可动部分和静止部分的电气引出线电气隔离良好，以减少寄生电容并增加梳状区域的所需电容的重要性。
在一实施例中，所述连接部20包括等分振膜2的若干连接臂22，所述连接臂22包括固定于振膜2的第一端和凸出于振膜2的外周缘的第二端。当所述振动部21为圆形时，所述连接臂22指向振膜2的中心。在一实施例中，所述连接部20包括等分振膜2的四个连接臂22。每一用于给所述可动电极4 通电的可动电极引出端子设于一连接臂上，但所述连接臂的数量不限于4个，还可以是2个、5个、或6个等。
所述连接臂22可具有多种形状，以增加所述振膜2在受到声波作用时的位移，进而提高所述麦克风的性能。图6至图9示出了所述连接臂的形状。所述连接臂可为，但不局限于，长短不一和大小不一的矩形臂、曲臂、及三角形臂中的至少一种。
在一实施例中，每一连接臂22均为弹簧。在其他实施例中，每一连接臂均具有可作为机械弹簧的结构。所述若干弹簧可由与所述振动部21相同的材料或不同的材料制成，也可由堆叠的材料制成。所述材料可为单晶硅、氮化硅、氧化硅、多晶硅、及聚酰亚胺中的至少一种。
在本实用新型提供的一实施例中，所述振膜2的振动部21的形状不限于圆形，还可为正方形或其他中心对称的形状。
所述振膜2的振动部21可由单一材料制成或由堆叠的材料制成。所述振膜2的振动部21的材质可为单晶硅、氮化硅、氧化硅、多晶硅、及聚酰亚胺中的至少一种。
本实用新型的结构、特征、及效果已在实施例中详细地说明。所述实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例。然而，本实用新型的实施范围不受附图限制。凡是在本实用新型的实用新型构思下所作的改变，或在不超过本实用新型的说明书和附图的精神时于等效实施例中所作的等效改变，均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种梳状电容式麦克风，其特征在于，所述梳状电容式麦克风包括：
基板，开设有贯穿该基板的空腔，所述空腔的上部设有台阶；
若干固定电极，等距地设于所述台阶上；及
振膜，收容于所述台阶中，所述振膜包括振动部、与所述振动部连接的连接部和凸设于所述振动部的周缘的若干可动电极，所述连接部远离振动部的一端与基板连接，
其中，所述若干固定电极呈梳状排列并直接蚀刻于基板上，所述若干可动电极呈梳状排列，所述固定电极在空间上与可动电极分离，且其中一固定电极对应其中一可动电极，所述振动部沿空腔的轴线方向的投影覆盖空腔。
2.如权利要求1所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，每一固定电极均包括远离所述台阶的第一顶面和靠近所述台阶的第一底面，所述固定电极的第一厚度为第一顶面和第一底面之间的距离；
每一可动电极均包括远离所述台阶的第二顶面和靠近所述台阶的第二底面，所述可动电极的第二厚度为第二顶面和第二底面之间的距离。
3.如权利要求2所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，所述基板设有若干用于为固定电极通电的固定电极引出端子，且所述振膜设有若干用于为可动电极通电的可动电极引出端子。
4.如权利要求3所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，所述连接部包括等分所述振膜的若干连接臂，每一连接臂均包括与振膜固定连接的第一端和凸出于振膜的外周缘的第二端。
5.如权利要求4所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，所述若干连接臂为四个连接臂。
6.如权利要求4所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，每一用于给所述可动电极通电的可动电极引出端子设于一连接臂上。
7.如权利要求4所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，每一连接臂均为机械弹簧。
8.如权利要求4所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，每一连接臂均为矩形臂、曲臂、或三角形臂。
9.如权利要求1所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，所述振动部呈中心对称形状。
10.如权利要求9所述的梳状电容式麦克风，其特征在于，所述中心对称形状为圆形或正方形。
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