CN216752032U - 一种振膜、微机电结构、麦克风以及终端 - Google Patents

Abstract

公开了一种振膜、微机电结构、麦克风以及终端，振膜包括：中心区，在声压作用下振动；边缘区，用于固定所述振膜；以及缓冲区，所述缓冲区连接所述中心区以及边缘区；其中，所述缓冲区包括沿着所述振膜的圆周方向交替排列、且彼此隔开的多个第一组圆弧形沟槽和多个第二组圆弧形沟槽，所述多个第一组圆弧形沟槽的圆弧开口朝向所述振膜的中心区，所述多个第二组圆弧形沟槽的圆弧开口背离所述振膜的中心区；所述中心区无泄气孔分布。本实用新型提供的振膜在大声压作用下，圆弧形沟槽能很好的释放应力，两组圆弧形沟槽的相反开口可以提高振膜的机械强度，相邻圆弧形沟槽彼此隔开可以进一步提高振膜的机械强度，因而可以在大声压作用下抵抗变形。

Description

一种振膜、微机电结构、麦克风以及终端

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，更具体地，涉及振膜、微机电结构、麦克风以及终端。

背景技术

基于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)制造的麦克风被称为MEMS麦克风，通常包括微机电结构以及与之电连接的功能集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)芯片。

在传统MEMS麦克风中，麦克风芯片包括衬底和依次设置在衬底上的振膜及背板，振动膜与背板构成可变电容；通过声振动使振动膜振动，输出此时的背板与振动膜之间的静电电容的变化。

所述振膜是承受声压并在声压的作用下振动的部件，振膜在声压，特别是大声压的作用下，通常会发生形变甚至破碎。传统的振膜通常在振膜的边缘区域设置连续或者连通的缓冲结构，虽然该方法可以有效缓冲振膜所受应力，但是由于缓冲结构相通，一旦一个缓冲结构出现问题，就会干扰其他缓冲结构工作，影响到振膜的机械可靠性。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种振膜、微机电结构、麦克风以及终端，以提高振膜的机械强度，因而可以在大声压作用下抵抗变形。

本实用新型提供一种振膜，包括：

中心区，在声压作用下振动；

边缘区，用于固定所述振膜；以及

缓冲区，所述缓冲区连接所述中心区以及边缘区；

其中，所述缓冲区包括沿着所述振膜的圆周方向交替排列、且彼此隔开的多个第一组圆弧形沟槽和多个第二组圆弧形沟槽，

所述多个第一组圆弧形沟槽的圆弧开口朝向所述振膜的中心区，所述多个第二组圆弧形沟槽的圆弧开口背离所述振膜的中心区；

所述振膜还包括泄气孔，所述中心区无泄气孔分布。

优选地，相邻的第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽之间具有空白部。

优选地，所述第一组圆弧形沟槽的组数以及所述第二组圆弧形沟槽的组数分别大于等于2。

优选地，所述第一组圆弧形沟槽包括多个同心设置的沟槽；所述第二组圆弧形沟槽包括多个同心设置的沟槽。

优选地，所述第一组圆弧形沟槽的沟槽数量以及所述第二组圆弧形沟槽的沟槽数量均大于等于4。

优选地，所述第一组圆弧形沟槽的多个沟槽与所述振膜同心。

优选地，所述泄气孔位于所述边缘区和所述多个第二组圆弧形沟槽的最外侧圆弧形沟槽之间。

优选地，所述泄气孔的数量为2～4个。

优选地，所述泄气孔的孔径为2～8μm。

优选地，所述泄气孔的形状为圆形、多边形以及不规则形状中的一种或几种。

优选地，所述中心区为圆形，所述缓冲区为围绕于所述中心区外侧的环形，所述边缘区为围绕于所述缓冲区外侧的环形。

优选地，所述中心区的直径为整个振膜的直径的45％～55％。

优选地，所述缓冲区的外径为整个振膜的直径的85％～95％。

优选地，第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽的沟槽为相对于为相对所述振膜表面内凹的凹槽，所述凹槽槽底的厚度小于振膜的厚度。

优选地，第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽的沟槽为纹膜凹槽，凹槽的侧壁以及槽底与振膜厚度相同。

一种微机电结构，包括：衬底、第一支撑部、权利要求1至13任意一项所述的振膜、第二支撑部以及背板；

所述衬底具有腔体；

所述振膜和所述背板之间具有间隙。

优选地，所述第一支撑部位于所述衬底上；

所述振膜位于所述第一支撑部上；

所述第二支撑部位于所述振膜上；

所述背板位于所述第二支撑部上。

一种麦克风，包括上述的微机电结构。

一种终端，包括上述的麦克风。

本实用新型提供的振膜在大声压作用下，圆弧形沟槽能很好的释放应力，两组圆弧形沟槽的相反开口可以提高振膜的机械强度，相邻圆弧形沟槽彼此隔开可以进一步提高振膜的机械强度，因而可以在大声压作用下抵抗变形。

振膜设置多个第一组圆弧形沟槽以及第二组圆弧形沟槽，能够更加均匀地释放所述中心区的应力。

通过设置振膜的中心区无泄气孔分布，提升频响的一致性；防止位于中心区的泄气孔在大声压作用下发生形变，甚至撕裂，提高振膜的可靠性。

在优选地实施例中，相邻的第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽之间具有空白部，所述空白部使得第一组圆弧形沟槽和所述第二组圆弧形沟槽之间不构成连通的沟槽结构，以防止相邻的第一组圆弧形沟槽和所述第二组圆弧形沟槽之间的应力的传递，不利于将应力释放至边缘区；同时增加了振膜整体的机械强度。

在优选地实施例中，所述振膜上设置泄气孔，以减小振膜振动过程中受到的气压冲击；将泄气孔靠近边缘区，一方面是由于边缘区以及与所述边缘区邻接的缓冲区硬度以及刚性大，有利于频响的一致性；另一方面，由于边缘区的强度最大，所述泄气孔还有利于将应力释放至边缘区。

在优选地实施例中，所述振膜在保证所述泄气孔的平衡气压的作用的前提下，尽可能少地设置所述泄气孔的数量，以尽可能大地保证所述振膜整体的强度。

在优选地实施例中，所述振膜在保证所述泄气孔的平衡气压的作用的前提下，尽可能小地设置所述泄气孔的孔径，以尽可能大地保证所述振膜的频响。

在优选地实施例中，通过将多个圆弧形沟槽设置为纹膜凹槽，凹槽的侧壁以及槽底部分具有与振膜不设置凹槽的其他部分的厚度相同，没有损失所述振膜的整体厚度以及机械强度，同时增加了所述振膜的整体弹性，进一步地增加了所述振膜的整体的柔韧性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本实用新型第一实施例的微机电结构的立体图；

图2示出了本实用新型第一实施例的微机电结构的剖视图；

图3示出了本实用新型第一实施例的振膜的立体图；

图4示出了本实用新型第一实施例的振膜的俯视图；

图5示出了本实用新型第二实施例的振膜的剖视图。

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示出了本实用新型第一实施例的微机电结构的立体图；图2是本实用新型第一实施例的微机电结构的剖视图。如图1和图2所示，本实用新型实施例的微机电结构包括衬底500和依次设置在衬底500上的第二支撑部400、振膜300、第一支撑部200及背板100。其中，衬底500具有贯通其正反面的背腔510，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510加载至振膜300；第二支撑部400支承于振膜300和衬底500之间，用于电性隔绝振膜300和衬底500，并为振膜300提供支撑；第一支撑部200位于背板100和振膜300之间，用于电性隔绝背板100和振膜300，使背板100和振膜300相对且间隔设置，以使背板100和振膜300之间形成有供振膜300振动的振荡声腔600。

衬底500采用单晶硅衬底，但也可以为多晶硅衬底。第一支撑部200和第二支撑部400通常采用易腐蚀的绝缘材料沉积后经过蚀刻形成，绝缘材料优选为氧化硅，但也可以采用聚氧化乙烯等。

所述背板100包括层叠设置的绝缘层110和导电层120。优选地，绝缘层110由氮化硅沉积形成，其四周固结在第一支撑部200上间，氮化硅硬度大、熔点高，能够保证背板100的刚性。导电层120位于绝缘层110远离第一支撑部200的一侧；导电层120例如采用多晶硅沉积形成，具有良好的导电性。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对背板100的结构与材料进行其他设置。

背板100上具有多个声孔130，每个声孔130贯穿绝缘层110和导电层120。

声振动通过腔体510进入到振荡声腔600时，振膜300与声振动进行共振而膜振动。振膜300振动而振膜300与导电层120之间的间隙距离变化时，振膜300与导电层120之间的静电电容发生变化；振膜300感应的声振动(声压的变化)转化为振膜300与导电层120之间的静电电容的变化，作为电信号而输出。

图3示出了本实用新型第一实施例的振膜的立体图，图4示出了本实用新型第一实施例的振膜的俯视图；如图3和图4所示，所述振膜300包括中心区310、边缘区330以及连接所述中心区310和所述边缘区330的缓冲区320；所述中心区310在声压作用下振动；边缘区330用于固定所述振膜；缓冲区320用于释放应力，以抵抗形变。

本实施例中，所述中心区310为圆形，所述缓冲区320为围绕于所述中心区320外侧的环形，所述边缘区330为围绕于所述缓冲区320外侧的环形，所述中心区310、缓冲区320以及边缘区330同心设置。不难理解，在其他实施例中，本领域技术人员可以根据需要具体设置所述中心区310、缓冲区320以及边缘区330的形状，所述缓冲区320以及所述边缘区330的外边缘也可以与所述中心区310的形状不对应，例如，所述中心区310的形状为圆形，所述缓冲区320以及所述边缘区330的外边缘为多边形，本实施例对所述中心区310、缓冲区320以及边缘区330的形状不做限制。

进一步地，所述中心区310的直径为整个振膜的直径(即所述边缘区330的外径)的45％～55％，以保证所述振膜300的有效工作区域。所述缓冲区320的外径为整个振膜的直径(即所述边缘区330的外径)的85％～95％，在保证所述边缘区330有效地固定面积同时，尽可能增大所述缓冲区320的面积。在一个具体的实施例中，所述振膜的直径为362.3μm，所述中心区310的直径为179.6μm，所述缓冲区320的外径为330.2μm。

进一步地，所述缓冲区320包括沿着所述振膜的圆周方向交替排列、且彼此隔开的多个第一组圆弧形沟槽321和多个第二组圆弧形沟槽322，所述多个第一组圆弧形沟槽321的圆弧开口朝向所述振膜的中心，所述多个第二组圆弧形沟槽322的圆弧开口背离所述振膜的中心。

在振膜300振动的过程中，所述中心区310承受的声压最大，本实施例在与中心区310邻接的缓冲区320设置两组圆弧形沟槽，在大声压作用下，圆弧形沟槽能很好的释放应力，两组圆弧形沟槽的相反开口可以提高振膜的机械强度，相邻圆弧形沟槽彼此隔开可以进一步提高振膜的机械强度，因而可以在大声压作用下抵抗变形。

本实施例中，所述第一组圆弧形沟槽321的组数以及所述第二组圆弧形沟槽322的组数分别为4。不难理解，本领域技术人员可以根据需要将所述第一组圆弧形沟槽321的组数以及所述第二组圆弧形沟槽322的组数设置成其他数量，只需要满足所述第一组圆弧形沟槽321的组数以及所述第二组圆弧形沟槽322的组数大于等于2即可。设置多个所述第一组圆弧形沟槽321以及所述第二组圆弧形沟槽322，以更加均匀地释放所述中心区310的应力。

进一步地，所述第一组圆弧形沟槽321包括多个圆弧形沟槽3211，多个所述圆弧形沟槽3211同心设置，且多个圆弧形沟槽3211与所述振膜同心；所述第二组圆弧形沟槽322包括多个圆弧形沟槽3221，且所述圆弧形沟槽3221同心设置；以使得圆弧形沟槽3211和圆弧形沟槽3221规律且均匀地分布于所述中心区310的周围。所述圆弧形沟槽3211和圆弧形沟槽3221的数量均大于等于4，以更加密集地布置所述圆弧形沟槽3211和圆弧形沟槽3221。

本实施例中，相邻的所述第一组圆弧形沟槽321和所述第二组圆弧形沟槽322之间具有空白部323，所述空白部323使得第一组圆弧形沟槽321和所述第二组圆弧形沟槽322之间不构成连通的沟槽结构，以防止相邻的第一组圆弧形沟槽321和所述第二组圆弧形沟槽322之间的应力的传递，不利于将应力释放至边缘区；同时增加了振膜整体的机械强度。不难理解，在其他实施例中，相邻的所述第一组圆弧形沟槽321和所述第二组圆弧形沟槽322之间也可以相互连通，本实用新型实施例对此不做限制。

本实施例中，所述第一组圆弧形沟槽321中的多个圆弧形沟槽3211和所述第二组圆弧形沟槽322中的多个圆弧形沟槽3221为相对所述振膜表面内凹的凹槽。

本实施例中，所述振膜300还包括泄气孔340，以减小振膜300振动过程中受到的气压冲击，使振膜300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340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340两侧压力差导致的振动不均匀而损坏的问题。

所述泄气孔340位于所述边缘区330和所述多个第二组圆弧形沟槽322的最外侧圆弧形沟槽之间。在振膜300振动的过程中，所述中心区310承受的声压最大，最容易发生形变，所述边缘区330的形变最小，如果将所述泄气孔340设置于中心区310，所述泄气孔340在中心区310的振动下容易发生形变，频响不稳定。本实施例将泄气孔340靠近边缘区330，一方面是由于边缘区330以及与所述边缘区330邻接的缓冲区320硬度以及刚性大，有利于频响的一致性；另一方面，由于边缘区330的强度最大，所述泄气孔340还有利于将应力释放至边缘区330。

进一步地，所述泄气孔340的数量为2～4个，所述泄气孔340的数量过多，会导致振膜整体的机械强度降低，本实施例在保证所述泄气孔340的平衡气压的作用的前提下，尽可能大地保证所述振膜整体的强度。

本实施例中，所述泄气孔340的数量与所述第二组圆弧形沟槽322的组数相同，不难理解，在其他实施例中，所述泄气孔340的数量与所述第二组圆弧形沟槽322的组数可以设置为不同，当所述第二组圆弧形沟槽322的组数大于4时，本领域技术人员可以根据需要选择所述泄气孔340的位置，本实施例不做限制。

进一步地，所述泄气孔340的孔径为2～8μm。孔径大的泄气孔340的频响一致性较差，本实施例所述泄气孔340的孔径为2～8μm以在保证所述泄气孔340的平衡气压的作用的前提下，尽可能改善所述振膜的频响。

本实施例中，所述泄气孔340的形状为圆形、多边形以及不规则形状中的一种或几种。本领域技术人员可以根据需要对泄气孔340的形状做出选择，本实施例对所述泄气孔340的形状不做限制。

图5示出了本实用新型第二实施例的振膜的剖视图，如图5所示，与第一实施例不同的是，本实施例的所述振膜300’中，所述第一组圆弧形沟槽321’(图中未示出)中的多个圆弧形沟槽3211’(图中未示出)和所述第二组圆弧形沟槽322’中的多个圆弧形沟槽3221’为纹膜凹槽。

第一实施例中的多个圆弧形沟槽3211和多个圆弧形沟槽3221为相对所述振膜300表面内凹的凹槽，凹槽的槽底的厚度小于所述振膜的整体的厚度，其损失了所述振膜的厚度，即削弱了所述振膜的整体强度。

本实施例中，通过将多个圆弧形沟槽3211’和多个圆弧形沟槽3221’设置为纹膜凹槽，凹槽的侧壁以及槽底部分与振膜300’不设置凹槽的其他部分的厚度相同，没有损失所述振膜300’的整体厚度以及机械强度，同时增加了所述振膜300’的整体弹性，进一步地增加了所述振膜300’的整体的柔韧性。

本实用新型提供的振膜在大声压作用下，圆弧形沟槽能很好的释放应力，两组圆弧形沟槽的相反开口可以提高振膜的机械强度，相邻圆弧形沟槽彼此隔开可以进一步提高振膜的机械强度，因而可以在大声压作用下抵抗变形。

振膜设置多个第一组圆弧形沟槽以及第二组圆弧形沟槽，能够更加均匀地释放所述中心区的应力。

通过设置振膜的中心区无泄气孔分布，提升频响的一致性；防止位于中心区的泄气孔在大声压作用下发生形变，甚至撕裂，提高振膜的可靠性。

在优选地实施例中，相邻的第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽之间具有空白部，所述空白部使得第一组圆弧形沟槽和所述第二组圆弧形沟槽之间不构成连通的沟槽结构，以防止相邻的第一组圆弧形沟槽和所述第二组圆弧形沟槽之间的应力的传递，不利于将应力释放至边缘区；同时增加了振膜整体的机械强度。

在优选地实施例中，所述振膜上设置泄气孔，以减小振膜振动过程中受到的气压冲击；将泄气孔靠近边缘区，一方面是由于边缘区以及与所述边缘区邻接的缓冲区硬度以及刚性大，有利于频响的一致性；另一方面，由于边缘区的强度最大，所述泄气孔还有利于将应力释放至边缘区。

在优选地实施例中，所述振膜在保证所述泄气孔的平衡气压的作用的前提下，尽可能少地设置所述泄气孔的数量，以尽可能大地保证所述振膜整体的强度。

在优选地实施例中，所述振膜在保证所述泄气孔的平衡气压的作用的前提下，尽可能小地设置所述泄气孔的孔径，以尽可能大地保证所述振膜的频响。

在优选地实施例中，通过将多个圆弧形沟槽设置为纹膜凹槽，凹槽的侧壁以及槽底部分具有与振膜不设置凹槽的其他部分的厚度相同，没有损失所述振膜的整体厚度以及机械强度，同时增加了所述振膜的整体弹性，进一步地增加了所述振膜的整体的柔韧性。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (19)

1.一种振膜，其特征在于，包括：

中心区，在声压作用下振动；

边缘区，用于固定所述振膜；以及

缓冲区，所述缓冲区连接所述中心区以及边缘区；

其中，所述缓冲区包括沿着所述振膜的圆周方向交替排列、且彼此隔开的多个第一组圆弧形沟槽和多个第二组圆弧形沟槽，

所述多个第一组圆弧形沟槽的圆弧开口朝向所述振膜的中心区，所述多个第二组圆弧形沟槽的圆弧开口背离所述振膜的中心区；

所述中心区无泄气孔分布。

2.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，相邻的第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽之间具有空白部。

3.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述第一组圆弧形沟槽的组数以及所述第二组圆弧形沟槽的组数分别大于等于2。

4.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述第一组圆弧形沟槽包括多个同心设置的沟槽；所述第二组圆弧形沟槽包括多个同心设置的沟槽。

5.根据权利要求1或4所述的振膜，其特征在于，所述第一组圆弧形沟槽的沟槽数量以及所述第二组圆弧形沟槽的沟槽数量均大于等于4。

6.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述第一组圆弧形沟槽的多个沟槽与所述振膜同心。

7.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔位于所述边缘区和所述多个第二组圆弧形沟槽的最外侧圆弧形沟槽之间。

8.根据权利要求7所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔的数量为2～4个。

9.根据权利要求7所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔的孔径为2～8μm。

10.根据权利要求7所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔的形状为圆形、多边形以及不规则形状中的一种或几种。

11.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述中心区为圆形，所述缓冲区为围绕于所述中心区外侧的环形，所述边缘区为围绕于所述缓冲区外侧的环形。

12.根据权利要求11所述的振膜，其特征在于，所述中心区的直径为整个振膜的直径的45％～55％。

13.根据权利要求11所述的振膜，其特征在于，所述缓冲区的外径为整个振膜的直径的85％～95％。

14.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽的沟槽为相对于为相对所述振膜表面内凹的凹槽，所述凹槽槽底的厚度小于振膜的厚度。

15.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，第一组圆弧形沟槽和第二组圆弧形沟槽的沟槽为纹膜凹槽，凹槽的侧壁以及槽底与振膜厚度相同。

16.一种微机电结构，其特征在于，包括：衬底、第一支撑部、权利要求1至15任意一项所述的振膜、第二支撑部以及背板；

所述衬底具有腔体；

所述振膜和所述背板之间具有间隙。

17.根据权利要求16所述的微机电结构，其特征在于，

所述第一支撑部位于所述衬底上；

所述振膜位于所述第一支撑部上；

所述第二支撑部位于所述振膜上；

所述背板位于所述第二支撑部上。

18.一种麦克风，其特征在于，包括权利要求16或17所述的微机电结构。

19.一种终端，其特征在于，包括权利要求18所述的麦克风。

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