CN219802583U - 一种mems麦克风芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种MEMS麦克风芯片，包括有基座、振膜和背极板；基座与背极板之间围构形成容置腔，振膜可活动式设置于容置腔内，容置腔内具有若干限位柱，振膜包括有振膜主体和若干泄气阀，泄气阀包括阀瓣和设置于振膜主体上的泄气孔，阀瓣可活动式连接于振膜主体，所述阀瓣延伸至泄气孔内；振膜主体上设置有凸起部，利用限位柱有效阻止振膜在振动过程中的横向摆动，防止振膜因振幅过大而发生扭曲甚至进入拾音孔中或者从拾音孔中掉落下来，利用泄气阀确保振膜振动平衡且与背极板之间电容量变化稳定，使得该MEMS麦克风芯片可以应用在声纹识别上，平稳的电容量变化让声音的波纹稳定性更好，人声识别算法系统更容易快速精准识别人声匹配。

Description

一种MEMS麦克风芯片

技术领域

本实用新型涉及MEMS麦克风芯片领域技术，尤其是指一种MEMS麦克风芯片。

背景技术

微型机电系统麦克风(简称为MEMS麦克风)，通常应用到电子装置中作为声电转换装置。MEMS麦克风以灵敏度高、功耗低、频率响应平坦等诸多优点而备受人们的关注，并成为当今麦克风市场的主流。MEMS芯片是MEMS麦克风中的重要部件，其工作原理是：振膜在声波的作用下产生振动，使振膜与背板之间的距离发生变化，从而改变电容，将声波信号转化为电信号。

MEMS麦克风芯片通常由基底层、振膜层和背极层根据特定设计需要叠加而成，现有的MEMS麦克风芯片结构是：由下至上依次为基底层、振膜层和背极层，基底层上设置有拾音孔，振膜层上覆盖于拾音孔的部位为振膜有效振动区，其他部位为无效振动区，由于振膜本身具有弹性，在受到振动过程中，容易发生左右摆动，这样会导致振动效果差，并且在大振幅下振膜容易发生扭曲，造成麦克风失真。

还有就是这种MEMS麦克风，为了保证MEMS麦克风的低频频响性能，通常会在振膜层上开设小尺寸的通孔结构作为气体流通通道，在外界声压(气压)较大的情况下，作用在振膜层上的气体来不及通过小尺寸的通孔结构完全泄出，导致振膜层发生很大的形变，最终导致MEMS麦克风失效。

因此，需要研究一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种MEMS麦克风芯片，其通过基座、振膜和背极板的设计与配合，利用限位柱有效阻止振膜在振动过程中的横向摆动，防止振膜不垂直振动而造成麦克风线性失真，且通过泄气阀提高振膜和背极板在外界声压较高的情况下的泄气能力，从而达到提高MEMS麦克风的可靠性，改善了振膜形变量大的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种MEMS麦克风芯片，包括有基座、振膜和背极板；所述基座具有拾音孔；所述背极板上具有开孔区，所述开孔区设置有若干贯穿所述背极板的排气孔；

所述基座与背极板之间围构形成容置腔，所述振膜可活动式设置于容置腔内，所述容置腔内具有若干用于防止振膜横向摆动的限位柱，所述限位柱均贯穿振膜；

所述振膜包括有振膜主体和若干泄气阀，所述泄气阀包括阀瓣和设置于振膜主体上的泄气孔，所述阀瓣可活动式连接于振膜主体，所述阀瓣延伸至泄气孔内；所述振膜主体上还设置有若干凸起部，所述若干凸起部与振膜主体一体成型，所述振膜主体上还凹设有凹槽，所述凸起部设置于凹槽内且一端露于凹槽外。

作为一种优选方案，所述泄气阀沿振膜主体的周向间距布置，根据振膜受力大小自动打开相对应泄气阀排出多余的过载气流，提高振膜和背极板在外界声压较高的情况下的泄气能力。

作为一种优选方案，所述泄气阀为舌形泄气阀。

作为一种优选方案，所述振膜主体上设置有用于供限位柱穿过的过孔，以给限位柱形成避让。

作为一种优选方案，所述振膜主体具有感应部和用于与基座连接的下连接部，所述凹槽设置于感应部上。

作为一种优选方案，所述基座与振膜之间还设置有第一绝缘板，所述第一绝缘板固定于下连接部与基座之间。

作为一种优选方案，所述背极板包括绝缘背极层和导体背极层，所述导体背极层位于所述绝缘背极层和所述振膜之间，所述导体背极层与感应部之间设置有第二绝缘板。

作为一种优选方案，所述泄气阀与振膜主体齐平设置。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是通过基座、振膜和背极板的设计与配合，利用限位柱有效阻止振膜在振动过程中的横向摆动，防止振膜不垂直振动，使振膜的振动更准确，麦克风的失真更小，提高了芯片的声音效果同时还提高了使用寿命，并；还有就是利用泄气阀的设计，所述泄气阀包括阀瓣和设置于振膜主体上的泄气孔，所述阀瓣可活动式连接于振膜主体，当振膜突然受到过载大声压气流时，泄气阀会根据振膜受力大小自动打开对应的阀瓣，使得阀瓣发生形变，阀瓣阀与泄气孔之间的间隙变大，加快了气体经泄气孔排出的速度，让振膜不会产生大的整体形变或与背极板相吸，同时不管对应排气孔的哪一个角度气流过大或不稳定，都能通过对应的泄气阀来泄压，确保振膜振动平衡且与背极板之间电容量变化稳定，使得该MEMS麦克风芯片可以应用在声纹识别上，平稳的电容量变化让声音的波纹稳定性更好，人声识别算法系统更容易快速精准识别人声匹配，从而使得MEMS麦克风的泄气量适应于不同外界声压，进而在保障MEMS麦克风的低频响应特性与灵敏度的同时，提高MEMS麦克风的可靠性，改善了振膜形变量大的问题。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型之实施例的立体图；

图2是本实用新型之实施例的截面图(常规声压状态)；

图3是本实用新型之实施例的另一截面图(大压状态)；

图4是图3中A处的局部放大图；

图5是图3中B处的局部放大图。

附图标识说明：

10、基座 11、拾音孔

12、容置腔 13、限位柱

20、振膜 21、振膜主体

22、泄气阀 221、阀瓣

222、泄气孔 211、感应部

212、下连接部 213、凸起部

214、凹槽 215、过孔

23、第一绝缘板 30、背极板

31、开孔区 32、排气孔

33、第二绝缘板。

具体实施方式

请参照图1至图5所示，其显示出了本实用新型之实施例的具体结构。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位和位置关系为基于附图或者正常佩戴使用时所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

一种MEMS麦克风芯片，包括有基座10、振膜20和背极板30。

所述基座10具有拾音孔11；所述基座10为硅基座10。所述基座10与背极板30之间围构形成容置腔12，所述振膜20可活动式设置于容置腔12内，所述容置腔12内具有若干用于防止振膜20横向摆动的限位柱13，所述限位柱13均贯穿振膜20；所述限位柱13由单晶硅、多晶硅、二氧化硅或者氮化硅加工的柱体制成，具体地，限位柱13的材质可以是但不局限于单晶硅、多晶硅、二氧化硅或者氮化硅。上述材质与振膜20以及基座10的材质相类似，即不影响工作，也便于加工。

所述振膜20包括有振膜主体21和若干泄气阀22，所述泄气阀22包括阀瓣221和设置于振膜主体21上的泄气孔222，所述阀瓣221可活动式连接于振膜主体21，所述阀瓣221延伸至泄气孔222内；优选地，所述泄气阀22沿振膜主体21的周向间距布置。所述泄气阀22与振膜主体21齐平设置。优选地，所述泄气阀22为舌形泄气阀22。所述泄气阀22的数量可根据实际所需进行开设，再次不作赘述。当振膜突然受到过载大声压气流时，泄气阀会根据振膜受力大小自动打开对应的泄气阀，使得泄气阀发生形变，泄气阀与泄气孔之间的间隙变大，加快了气体经泄气孔排出的速度，让振膜不会产生大的整体形变或与背极板相吸，同时振膜不管对应排气孔的哪一个角度气流过大或不稳定，都能通过对应的泄气阀来泄压，确保振膜振动平衡且与背极板之间电容量变化稳定，从而使得MEMS麦克风的泄气量适应于不同外界声压，使得该MEMS麦克风芯片可以应用在声纹识别上，平稳的电容量变化让声音的波纹稳定性更好，人声识别算法系统更容易快速精准识别人声匹配。声纹识别，生物识别技术的一种，也称为说话人识别，有两类，即说话人辨认和说话人确认。不同的任务和应用会使用不同的声纹识别技术，如缩小刑侦范围时可能需要辨认技术，而银行交易时则需要确认技术。声纹识别就是把声信号转换成电信号，再用计算机进行识别。

声纹识别的应用有一些特殊的优势:(1)蕴含声纹特征的语音获取方便、自然，声纹提取可在不知不觉中完成，因此使用者的接受程度也高；(2)获取语音的识别成本低廉，使用简单，一个麦克风即可，在使用通讯设备时更无需额外的录音设备；(3)适合远程身份确认，只需要一个麦克风或电话、手机就可以通过网路(通讯网络或互联网络)实现远程登录；

(4)声纹辨认和确认的算法复杂度低；(5)配合一些其他措施，如通过语音识别进行内容鉴别等，可以提高准确率。声纹识别的优势无疑只有平稳的电容量变化让声音的波纹稳定性更好，人声识别算法系统更容易快速精准识别人声匹配。

所述振膜主体21具有感应部211和用于与基座10连接的下连接部212，所述凹槽214设置于感应部211上。所述基座10与振膜20之间还设置有第一绝缘板23，所述第一绝缘板23固定于下连接部212与基座10之间。

所述振膜主体21上还设置有若干凸起部213，所述若干凸起部213与振膜主体21一体成型，所述振膜主体21上还凹设有凹槽214，所述凸起部213设置于凹槽214内且一端露于凹槽214外。所述振膜主体21上设置有用于供限位柱13穿过的过孔215。

在振膜20的感应部211的上表面设置凸起部213，该凸起部213用于在工作的过程中，在振膜20的感应部211发生较大幅度的振动时供背极板30接触抵持，以避免振膜20的感应部211整个上表面与背极板30接触，从而减小减少麦克风芯片的振膜20和背极接触粘接/吸附在一起的情况出现。其次是加强膜片20自身刚性，抑制横向分割振动，提升使用性能更平稳。

以MEMS麦克风芯片工作时为例，在振膜20的感应部211发生较大幅度的振动时，振膜20上的凸起部213先接触到背极板30，从而与背极板30抵持而将背极板30和振膜20的感应部211间隔分开，从面接触变成局部接触甚至点接触，从而有效减小振膜20和背极板30接触面积，使得振膜20更容易与背极板30分离，进而减少振膜20和背极板30接触粘接/吸附在一起的情况出现。

所述背极板30上具有开孔区31，所述开孔区31设置有若干贯穿所述背极板30的排气孔32；所述背极板30包括绝缘背极层和导体背极层，所述导体背极层位于所述绝缘背极层和所述振膜20之间，所述导体背极层与感应部211之间设置有第二绝缘板33。导体背极层能够与振膜20产生电容，并且由于导体背极层位于背极区内，背极区又和振膜20的有效振动区上下对应，因此，导体背极层与振膜20的有效振动区产生电容，该电容为有效电容，而绝缘背极层内部包裹导体背极层，使绝缘背极层与振膜20之间不产生电容，从而降低了寄生电容，提高了工作灵敏度，另外振膜20能沿限位柱13进行上下振动，使限位柱13有效阻止振膜20在振动过程中的横向摆动，防止振膜20因振幅过大而发生扭曲甚至进入拾音孔11中或者从拾音孔11中掉落下来，从而造成麦克风失真,提高了使用寿命，并使振膜20的振动更准确，提高了芯片的声音效果。

本实用新型的设计重点在于，其主要是通过基座、振膜和背极板的设计与配合，利用限位柱有效阻止振膜在振动过程中的横向摆动，防止振膜不垂直振动，使振膜的振动更准确，麦克风的失真更小，提高了芯片的声音效果同时还提高了使用寿命，并；还有就是利用泄气阀的设计，所述泄气阀包括阀瓣和设置于振膜主体上的泄气孔，所述阀瓣可活动式连接于振膜主体，当振膜突然受到过载大声压气流时，泄气阀会根据振膜受力大小自动打开对应的阀瓣，使得阀瓣发生形变，阀瓣阀与泄气孔之间的间隙变大，加快了气体经泄气孔排出的速度，让振膜不会产生大的整体形变或与背极板相吸，同时不管对应排气孔的哪一个角度气流过大或不稳定，都能通过对应的泄气阀来泄压，确保振膜振动平衡且与背极板之间电容量变化稳定，使得该MEMS麦克风芯片可以应用在声纹识别上，平稳的电容量变化让声音的波纹稳定性更好，人声识别算法系统更容易快速精准识别人声匹配，从而使得MEMS麦克风的泄气量适应于不同外界声压，进而在保障MEMS麦克风的低频响应特性与灵敏度的同时，提高MEMS麦克风的可靠性，改善了振膜形变量大的问题。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种MEMS麦克风芯片，包括有基座、振膜和背极板；所述基座具有拾音孔；所述背极板上具有开孔区，所述开孔区设置有若干贯穿所述背极板的排气孔；其特征在于：

所述基座与背极板之间围构形成容置腔，所述振膜可活动式设置于容置腔内，所述容置腔内具有若干用于防止振膜横向摆动的限位柱，所述限位柱均贯穿振膜；

所述振膜包括有振膜主体和若干泄气阀，所述泄气阀包括阀瓣和设置于振膜主体上的泄气孔，所述阀瓣可活动式连接于振膜主体，所述阀瓣延伸至泄气孔内；所述振膜主体上还设置有若干凸起部，所述若干凸起部与振膜主体一体成型，所述振膜主体上还凹设有凹槽，所述凸起部设置于凹槽内且一端露于凹槽外。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述泄气阀沿振膜主体的周向间距布置。

3.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述泄气阀为舌形泄气阀。

4.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述振膜主体上设置有用于供限位柱穿过的过孔。

5.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述振膜主体具有感应部和用于与基座连接的下连接部，所述凹槽设置于感应部上。

6.根据权利要求5所述的一种MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述基座与振膜之间还设置有第一绝缘板，所述第一绝缘板固定于下连接部与基座之间。

7.根据权利要求5所述的一种MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述背极板包括绝缘背极层和导体背极层，所述导体背极层位于所述绝缘背极层和所述振膜之间，所述导体背极层与感应部之间设置有第二绝缘板。

8.根据权利要求2所述的一种MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述泄气阀与振膜主体齐平设置。