CN218514507U - 一种微机电结构、麦克风以及终端 - Google Patents

Abstract

公开了一种微机电结构、麦克风以及终端，微机电结构包括：衬底，具有腔体；第一支撑部，位于所述衬底上；振膜，位于所述第一支撑部上；第二支撑部，位于所述振膜上；以及背板，位于所述第二支撑部上，与所述振膜之间具有间隙；其中，还包括至少一个止挡结构，所述止挡结构包括：支撑部，所述支撑部的一端与所述振膜固定连接：以及限位部，在远离振膜的一端与所述支撑部固定连接；其中，所述限位部位于所述振膜和所述背板之间的间隙内和/或所述背板上方。本公开的微机电结构，通过在振膜上设置止挡结构，抵抗所述振膜在大声压下的大幅度变形，以防止所述振膜和所述背板之间发生粘连，并且防止所述所述振膜在大幅度变形撕裂，提高产品可靠性。

Description

一种微机电结构、麦克风以及终端

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，更具体地，涉及微机电结构、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上开设泄气孔，但是泄气孔的孔径过小，抵抗振膜变形的作用有限，孔径过大会影响频响，同时降低振膜的强度。

实用新型内容

鉴于上述问题，本公开的目的在于提供一种微机电结构、麦克风以及终端，通过在振膜上设置止挡结构，抵抗所述振膜在大声压下的大幅度变形。

本公开提供一种微机电结构，包括：

衬底，具有腔体；

第一支撑部，位于所述衬底上；

振膜，位于所述第一支撑部上；

第二支撑部，位于所述振膜上；以及

背板，位于所述第二支撑部上，与所述振膜之间具有间隙；

其中，还包括至少一个止挡结构，所述止挡结构包括：

支撑部，所述支撑部的一端与所述振膜固定连接：以及

限位部，在远离振膜的一端与所述支撑部固定连接；

其中，所述限位部位于所述振膜和所述背板之间的间隙内和/或所述背板上方。

在一些实施例中，所述支撑部和所述限位部一体成形。

在一些实施例中，所述止挡结构采用绝缘材料。

在一些实施例中，所述背板上具有多个声孔；

所述背板上方设置有限位部时，所述支撑部穿过多个声孔中的一个从所述振膜与所述背板相对的表面延伸至所述背板上方。

在一些实施例中，所述限位部在所述背板上的投影面积大于其所述穿过的声孔的面积；所述支撑部在所述背板上的投影面积小于其所穿过的声孔的面积。

在一些实施例中，所述限位部的下表面与所述背板的上表面之间的距离为0～3微米。

在一些实施例中，所述背板下方也设置有限位部时，所述背板下方的限位部在所述背板上的投影面积大于其所穿过的声孔的面积。

在一些实施例中，所述背板下方的限位部的上表面与所述背板的下表面之间的距离为0～3微米。

在一些实施例中，所述振膜还包括泄气孔。

在一些实施例中，所述振膜上设置一个泄气孔，一个所述泄气孔位于所述振膜的中心；

所述振膜上设置多个止挡结构，多个所述止挡结构围绕所述泄气孔。

在一些实施例中，所述振膜上设置一个止挡结构，一个止挡结构位于所述振膜的中心；

所述振膜上设置多个泄气孔，多个所述泄气孔围绕所述止挡结构。

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。

本公开提供的微机电结构，通过在振膜上设置止挡结构，抵抗所述振膜在大声压下的大幅度变形，以防止所述振膜和所述背板之间发生粘连，并且防止所述振膜大幅度变形而撕裂，提高产品可靠性。同时，通过设置止挡结构，可以减小振膜泄气结构的孔径，提升频响性能。

在一些实施例中，通过同时将限位部位于振膜和背板之间的间隙以及背板上方，以实现振膜在两个方向上的振动幅度的限制。

在一些实施例中，通过将限位部的投影面积设置为大于背板上的声孔的面积，一方面防止限位部通过所述声孔，另一方面防止尖锐的限位部对背板的撞击造成背板的破坏。

在一些实施例中，通过将止挡结的支撑部以及限位部一体设置，以增加所述止挡结构的牢固性以及支撑强度。

在一些实施例中，通过止挡结设置为绝缘材料，以电性隔离背板与振膜。

在一些实施例中，通过将泄气孔设置于振膜中心，止挡结构围绕泄气结构，在泄气孔的周向限制振膜的振动，以使得气流集中于泄气孔，进而气流顺利地通过泄气孔。

在一些实施例中，通过将止挡结构设置于振膜中心，泄气孔围绕止挡结构，提高微机电结构的灵敏性，同时防止承受气流最大的振膜中心的大幅变形，进而防止振膜的撕裂。

在一些实施例中，通过将限位部的上表面与所述背板的下表面和/或限位部的下表面与所述背板的上表面之间的距离设置为0～3微米；以防止所述限位部与所述背板之间的距离过大时，所述止挡结构的阻挡作用失效，或者距离过小时，减小振膜的振动幅度。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开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示出了本公开第一实施例的微机电结构的立体图；

图2示出了本公开第一实施例的微机电结构的剖视图；

图3示出了本公开第二实施例的微机电结构的立体图；

图4示出了本公开第二实施例的微机电结构的剖视图；

图5示出了本公开第三实施例的微机电结构的立体图；

图6示出了本公开第三实施例的微机电结构的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开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公开，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分而非全部结构。

在本公开的描述中，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公开中的具体含义。

在本公开中，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公开的限制。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示出了本公开实施例的微机电结构的立体图；图2是本公开实施例的微机电结构的剖视图。如图1和图2所示，本公开实施例的微机电结构包括衬底100和依次设置在衬底100上的第一支撑部110、振膜200、第二支撑部120及背板300。其中，衬底100具有贯通其正反面的背腔101，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101加载至振膜200；第一支撑部110支承于振膜200和衬底100之间，用于电性隔绝振膜200和衬底100，并为振膜200提供支撑；第二支撑部120位于背板300和振膜200之间，用于电性隔绝背板300和振膜200，使背板300和振膜200相对且间隔设置，以使背板300和振膜200之间形成有供振膜200振动的振荡声腔400。

声振动通过腔体510进入到振荡声腔400时，振膜200与声振动进行共振而膜振动。振膜200振动而振膜200与背板300之间的间隙距离变化时，振膜200与背板300之间的静电电容发生变化；振膜200感应的声振动(声压的变化)转化为振膜200与背板300之间的静电电容的变化，作为电信号而输出。

衬底100采用单晶硅衬底，但也可以为多晶硅衬底。第二支撑部120和第一支撑部110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300包括层叠设置的绝缘层310和导电层320。优选地，绝缘层310由氮化硅沉积形成，其四周固结在第二支撑部120上间，氮化硅硬度大、熔点高，能够保证背板300的刚性。导电层320位于绝缘层310远离第二支撑部120的一侧；导电层320例如采用多晶硅沉积形成，具有良好的导电性。然而本公开实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对背板300的结构与材料进行其他设置。

本实施例中，所述导电层320的面积小于所述绝缘层310的面积，通过减小贡献电容的导电层320的面积，提高由背板300和振膜200形成的平板电容的敏感性，进一步提高麦克风芯片的信噪比。

所述背板300上具有多个声孔330，每个声孔330贯穿所述背板300的厚度方向。每个所述声孔330的形状和孔径相同或者不同。

所述振膜200采用导电材料，例如为多晶硅等。

所述振膜200还包括位于所述振膜200上的泄气孔201，所述泄气孔201连通所述背腔101以及所述振荡声腔400，以减小振膜200振动过程中受到的气压冲击，使振膜200振动过程中，在振荡声腔400中产生的高压气流部分通过泄气孔201排放到振荡声腔400外，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200两侧压力差导致的振动不均匀而损坏的问题。

所述微机电结构还包括至少一个止挡结构202，所述止挡结构202支撑于所述振膜200与所述所述背板300之间，用于抵抗所述振膜200在大声压下的大幅度变形，以防止所述振膜200和所述背板300之间发生粘连，并且防止所述所述振膜200在大幅度变形撕裂，提高产品可靠性。同时，通过设置止挡结构202，可以减小振膜200泄气结构的孔径，提升频响性能。

进一步地，所述止挡结构202包括支撑部2021以及限位部2022。所述支撑部2021的一端与所述振膜200和所述背板300相对的一面固定连接，另一端与所述限位部2022固定连接；所述限位部2022位于所述振荡声腔400内部，且与所述背板300分离。

所述止挡结构202的支撑部2021以及限位部2022均为绝缘材料，例如为氧化硅、氮化硅等。所述止挡结构202采用绝缘材料以电性隔离所述背板300与所述振膜200。本实施例中，所述支撑部2021和所述限位部2022一体成形，以增加所述止挡结构202的牢固性。

不难理解，在其他实施例中，为了方便加工，所述支撑部2021和所述限位部2022还可以分体设置，分体设置的支撑部2021和限位部2022例如通过绝缘胶固定连接。

所述止挡结构202的支撑部2021与所述振膜200例如通过绝缘胶固定连接。

所述限位部2022在所述背板300上的投影面积大于其所穿过的声孔的面积。声压经由所述背腔101作用在所述振膜200上时，所述振膜200在声压的作用下向着靠近所述背板300的方向振动，与所述振膜200固定连接的止挡结构202一起向着靠近所述背板300的方向移动，所述限位部2022靠近所述背板300，并且和所述背板300与所述振膜200相对的表面接触，通过所述背板300以及所述止挡结构202阻挡所述振膜200的振动。将所述限位部2022在所述背板300上的投影面积大于其所穿过的声孔的面积，以使得所述限位部2022不能经由其所穿过的声孔移动至所述背板300的上方，防止所述止挡结构202的阻挡作用失效。

所述限位部2022在所述背板300上的投影的面积大于所述支撑部2021在所述背板300上的投影的面积。通过设置较大的限位部2022的面积，使得所述振膜200振动，所述限位部2022与所述背板300接触的过程中，所述限位部2022与所述背板2022之间具有较大的接触面积，防止尖锐地限位部2022撞击所述背板300的过程中，对所述背板300造成破坏。

在一个具体的实施例中，所述限位部2022的上表面与所述背板300的下表面之间的距离为0～3微米，以防止所述限位部2022与所述背板300之间的距离过大时，所述止挡结构202的阻挡作用失效，或者距离过小时，减小振膜的振动幅度。

本实施例中，所述振膜200上具有一个泄气孔201，位于所述振膜200的中心。所述振膜200中心位置承受的声压最大，本实施例将所述泄气孔201设置于所述振膜200的中心，以使得所述泄气孔201的泄气效果更好。多个止挡结构202围绕在所述泄气孔201的周向在所述泄气孔201的周向限制所述振膜200的振动，以使得气流集中于所述泄气孔201，进而气流顺利地通过所述泄气孔201。

由于振膜200的中心为所述微机电结构的有效振荡区域，所述泄气孔201位于所述振膜200的中心，在声压过小时，气流直接通过所述泄气孔201，而不会引起所述振膜200的振动，会影响所述微机电结构的灵敏度，故而，在其他实施例中，还可以设置多个泄气孔201，多个所述泄气孔201位于所述振膜的周向，所述止挡结构202位于所述振膜200的中心，既能提高微机电结构的灵敏性，又能防止承受气流最大的振膜200中心的大幅变形，进而防止振膜200的撕裂。

本实施例中，所述泄气孔201为圆形，在其他实施例中，所述泄气孔201还可以为其他形状，例如多边形或者不规则形状。本领域技术人员可以根据需要对所述所述泄气孔201形状进行选择，本实施例在此不做限制。

本实施例中，所述限位部2022和所述支撑部2021在所述背板300上的投影均为圆形，在其他实施例中，所述限位部2022和所述支撑部2021在所述背板300上的投影还可以为多边形、椭圆形、不规则图形等，本实施例对此不做限制。

图3示出了本公开第二实施例的微机电结构的结构示意图；图3示出了本公开第二实施例的微机电结构的剖视图；如图3和图4所示，与第一实施例不同的是，本实施例中，所述限位部2022位于所述背板300的上方。

具体地，本实施例的止挡结构202包括支撑部2021以及限位部2022，所述支撑部2021的一端与所述振膜200和所述背板300相对的一面固定连接，另一端经由所述背板300上的其中一个声孔330延伸至所述背板300的上方，在所述背板300的上方与所述限位部2022固定连接；所述限位部2022与所述背板300分离。

所述限位部2022在所述背板300上的投影面积大于其所穿过的声孔的面积。所述振荡声腔400内的气流经由所述泄气孔排出的过程，气流作用在所述振膜200上，所述振膜200在声压的作用下向着远离所述背板300的方向振动，与所述振膜200固定连接的止挡结构202一起向着远离所述背板300的方向移动，位于所述背板300上方的所述限位部2022靠近所述背板300的上表面，并且和所述背板300的上表面接触，通过所述背板300以及所述止挡结构202阻挡所述振膜200的振动。将所述限位部2022在所述背板300上的投影面积大于其所穿过的声孔的面积，以使得所述限位部2022不能经由其所穿过的声孔移动至所述振荡声腔400内，防止所述止挡结构202的阻挡作用失效。

所述支撑部2021在所述背板200上的投影的面积小于其所穿过的声孔的面积，以保证所述支撑部2021能够经由该声孔330延伸至所述背板300上方。

在一个具体的实施例中，所述限位部2022的下表面与所述背板300的上表面之间的距离为0～3微米，以防止所述限位部2022与所述背板300之间的距离过大时，所述止挡结构202的阻挡作用失效，或者距离过小时，减小振膜的振动幅度。

图5示出了本公开第三实施例的微机电结构的结构示意图；图5示出了本公开第三实施例的微机电结构的剖视图；如图5和图6所示，与第一实施例不同的是，本实施例中，所述止挡结构202包括支撑部2021、第一限位部2022以及第二限位部2023，其中，所述第一限位部2022位于所述振荡声腔400内部，所述第二限位部2023所述背板300的上方。通过同时将限位部位于振膜和背板之间的间隙以及背板上方，以实现振膜在两个方向上的振动幅度的限制。

本实施例中，所述背板300下方的第一限位部2022以及位于所述背板300上方的第二限位部2033在所述背板300上的投影面积均大于其所穿过的声孔的面积。

在一个具体的实施例中，所述第一限位部2022的上表面与所述背板300的下表面之间的距离为0～3微米；所述第二限位部2023的下表面与所述背板300的上表面之间的距离为0～3微米，以防止所述限位部2022与所述背板300之间的距离过大时，所述止挡结构202的阻挡作用失效，或者距离过小时，减小振膜的振动幅度。

本公开实施例通过在振膜上设置止挡结构，抵抗所述振膜在大声压下的大幅度变形，以防止所述振膜和所述背板之间发生粘连，并且防止所述所述振膜在大幅度变形撕裂，提高产品可靠性。同时，通过设置止挡结构，可以减小振膜泄气结构的孔径，提升频响性能。

在一些实施例中，通过同时将限位部位于振膜和背板之间的间隙以及背板上方，以实现振膜在两个方向上的振动幅度的限制。

在一些实施例中，通过将限位部的投影面积设置为大于背板上的声孔的面积，一方面防止限位部通过所述声孔，另一方面防止尖锐的限位部对背板的撞击造成背板的破坏。

在一些实施例中，通过将止挡结的支撑部以及限位部一体设置，以增加所述止挡结构的牢固性以及支撑强度。

在一些实施例中，通过止挡结设置为绝缘材料，以电性隔离背板与振膜。

在一些实施例中，通过将泄气孔设置于振膜中心，止挡结构围绕泄气结构，在泄气孔的周向限制振膜的振动，以使得气流集中于泄气孔，进而气流顺利地通过泄气孔。

在一些实施例中，通过将止挡结构设置于振膜中心，泄气孔围绕止挡结构，提高微机电结构的灵敏性，同时防止承受气流最大的振膜中心的大幅变形，进而防止振膜的撕裂。

在一些实施例中，通过将限位部的上表面与所述背板的下表面和/或限位部的下表面与所述背板的上表面之间的距离设置为0～3微米；以防止所述限位部与所述背板之间的距离过大时，所述止挡结构的阻挡作用失效，或者距离过小时，减小振膜的振动幅度。

依照本公开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，也不限制该公开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公开的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本公开以及在本公开基础上的修改使用。本公开仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种微机电结构，其特征在于，包括：

衬底，具有腔体；

第一支撑部，位于所述衬底上；

振膜，位于所述第一支撑部上；

第二支撑部，位于所述振膜上；以及

背板，位于所述第二支撑部上，与所述振膜之间具有间隙；

其中，还包括至少一个止挡结构，所述止挡结构包括：

支撑部，所述支撑部的一端与所述振膜固定连接：以及

限位部，在远离振膜的一端与所述支撑部固定连接；

其中，所述限位部位于所述振膜和所述背板之间的间隙内和/或所述背板上方。

2.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述支撑部和所述限位部一体成形。

3.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述止挡结构采用绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述背板上具有多个声孔；

所述背板上方设置有限位部时，所述支撑部穿过多个声孔中的一个从所述振膜与所述背板相对的表面延伸至所述背板上方。

5.根据权利要求4所述的微机电结构，其特征在于，所述限位部在所述背板上的投影面积大于其所穿过的声孔的面积；所述支撑部在所述背板上的投影面积小于其所穿过的声孔的面积。

6.根据权利要求4所述的微机电结构，其特征在于，所述限位部的下表面与所述背板的上表面之间的距离为0～3微米。

7.根据权利要求1或4所述的微机电结构，其特征在于，当所述背板下方设置有限位部时，所述背板下方的限位部在所述背板上的投影面积大于其所穿过的声孔的面积。

8.根据权利要求7所述的微机电结构，其特征在于，所述背板下方的限位部的上表面与所述背板的下表面之间的距离为0～3微米。

9.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述振膜还包括泄气孔。

10.根据权利要求9所述的微机电结构，其特征在于，

所述振膜上设置一个泄气孔，一个所述泄气孔位于所述振膜的中心；

所述振膜上设置多个止挡结构，多个所述止挡结构围绕所述泄气孔。

11.根据权利要求9所述的微机电结构，其特征在于，

所述振膜上设置一个止挡结构，一个止挡结构位于所述振膜的中心；

所述振膜上设置多个泄气孔，多个所述泄气孔围绕所述止挡结构。

12.一种麦克风，其特征在于，包括权利要求1至11任意一项所述的微机电结构。

13.一种终端，其特征在于，包括权利要求12所述的麦克风。

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