TW201543906A - 使用在音頻裝置中之經最佳化的背板 - Google Patents

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Abstract

用於微機電系統(MEMS)麥克風之背板的電極設備係配置成相隔而鄰近於隔膜。電極設備包括支持層和被安排成鄰近於支持層的導電層。導電層的形狀、維度或尺寸當中至少一者係匹配於隔膜的敏感度、隔膜的操作或隔膜的移動當中一或更多者。

Description

使用在音頻裝置中之經最佳化的背板
本案關於音頻裝置，更特定而言關於這些裝置之背板的組態。
本申請案主張2014年04月10日申請的美國臨時申請案第61/977910號「使用在音頻裝置中之經最佳化的背板」的優先權，其整體內容被納入於此作為參考。
各式各樣的音頻裝置已經使用多年。音頻裝置的一個範例是麥克風。一般而言，麥克風將聲波轉換成電訊號。麥克風有時包括多個構件，其包括微機電系統(micro-electro-mechanical system，MEMS)和積體電路(譬如特定應用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC))。MEMS晶粒典型而言具有配置在其上的隔膜和背板。聲音能量的改變則移動隔膜，其改變涉及背板的電容，藉此產生電訊號。MEMS晶粒典型而言連同ASIC配置在基底或基板上，二者然後以蓋子或罩子所包封。
於具有背板和隔膜的MEMS馬達，背板具有覆蓋某一區域的電極。就是在這電極區域中而以這電極區域來拾取或感測來自隔膜的訊號。於先前的麥克風，非經最佳化的圓形設計典型而言用於電極以便感測訊號。然而，這非最佳化的設計導致浪費空間(譬如它包括不曾感測到訊號 的區域)或者具有存在訊號但無電極存在以感測訊號的區域。
先前背板電極的非最佳化設計已經限制了利用這些電極之音頻裝置(例如麥克風)的效能。這已經讓使用者對於這些先前做法產生一些不滿。
本發明係揭示一種用於微機電系統麥克風之背板的電極設備，該電極設備係配置成相隔且鄰近於隔膜，該電極設備包括：支持層；導電層，其係安排成鄰近於該支持層；其中該導電層的形狀、維度或尺寸中至少一者係匹配於該隔膜的敏感度、該隔膜的操作或該隔膜的移動中一或更多者。
100‧‧‧微機電系統麥克風
102‧‧‧基板
103‧‧‧埠口
104‧‧‧MEMS晶粒
106‧‧‧隔膜
108‧‧‧背板
109‧‧‧特定應用積體電路
110‧‧‧電線
111‧‧‧蓋子或罩子
112‧‧‧電線
202‧‧‧隔膜
204‧‧‧背板
205‧‧‧音頻孔
206‧‧‧氮化矽層
208‧‧‧多晶矽層
210‧‧‧杆柱
212‧‧‧接觸表面或區域
214‧‧‧移動方向
300‧‧‧背板
302‧‧‧杆柱
304‧‧‧音頻孔
306‧‧‧多晶矽層
400‧‧‧背板
402‧‧‧杆柱
404‧‧‧音頻孔
406‧‧‧多晶矽外環
408‧‧‧多晶矽內碟
410‧‧‧導線
502‧‧‧較強訊號區域
504‧‧‧較弱訊號區域
為了更完整了解本揭示，應參考以下實施方式和伴隨的圖式，其中：圖1A包括根據本發明多樣的具體態樣之部分麥克風的立體圖；圖1B包括根據本發明多樣的具體態樣之圖1A麥克風的截面圖；圖2包括根據本發明多樣的具體態樣之背板和隔膜的立體截面圖；圖3包括根據本發明多樣的具體態樣之背板的俯視圖；圖4包括根據本發明多樣的具體態樣之背板的俯視圖；圖5包括根據本發明多樣的具體態樣之隔膜敏感程度的圖解。
熟練人士將體會圖中的元件是為了簡單和清楚而示範。將進一步體會可以採取特殊的發生次序來描述或顯示特定的動作和/或步驟，而熟於此技藝者將了解不是真的需要此種關於順序的特定性。也將了解在 此所用的辭彙和表達具有根據此種辭彙和表達就其對應之查詢和研讀的個別領域之一般意義，除非在此已經另外列出了特定的意義。
描述的做法考慮了隔膜上所存在的非均勻訊號強度。尤其，這些做法提供經最佳化的背板電極輪廓，其利用具有客製化形狀的電極來感測來自隔膜的較強訊號。可以使用多樣類型的輪廓。舉例而言，第一背板電極輪廓可以用於漂浮環設計。於另一範例，使用的是星形輪廓。也有可能是其他的形狀。
於這些具體態樣當中的多者，用於微機電系統(MEMS)麥克風之背板的電極設備係配置成相隔而鄰近於隔膜。電極設備包括支持層和被安排成鄰近於支持層的導電層，其中導電層的形狀、維度或尺寸當中至少一者匹配於隔膜的敏感度、隔膜的操作或隔膜的移動當中一或更多者。
於某些方面，支持層包括氮化矽。於其他方面，導電層包括多晶矽。
於某些範例，形狀包括星形輪廓，其包括複數個銳角區域和被配置在銳角區域之間的複數個凹下部分。於其他範例，形狀包括：第一電極部分，其界定穿過此的開口；以及第二電極部分，其係配置在開口裡；第一電極部分係藉由至少一連接部分而耦合於第二電極部分。
於某些方面，電極設備包括至少一孔洞，其係配置成穿過支持層和導電層。於其他方面，至少一孔洞係有效於提供聲音傳輸、壓力緩解和壓力平衡當中至少一者。
現在參見圖1A和圖1B，微機電系統(MEMS)麥克風100包 括基板102。基板102可以是任何類型的基底，例如印刷電路板。也可能有基板的其他範例。
配置在基板102上的是MEMS晶粒104。MEMS晶粒104包括隔膜106和背板108。如下面將進一步詳細討論，背板108的電極(或導電區域)使用最佳化的形狀或組態來建造，其匹配於隔膜的移動或效能。聲音經由延伸穿過基板102的埠口103而進入麥克風100。替代而言，埠口103可以延伸穿過蓋子或罩子111，其覆蓋基板102和配置在基板102上的元件。隔膜106是導電板。
背板108包括經最佳化和客製化的電極輪廓和形狀，其考慮和符合來自隔膜之特定部分的較強訊號(同時也考慮了隔膜之不移動或在較低大小移動的區域)，並且根據這些隔膜訊號樣式來將背板的這些導電區域(電極)加以塑形。可以使用多樣類型的輪廓。舉例而言，第一背板電極輪廓可以用於漂浮環設計。如在此所用的漂浮環設計併入了小的主要感測元件以拾取來自隔膜中央的較強訊號。雖然可以使用的典型材料是經摻雜的矽，但是也可以使用其他的範例。聚焦於來自隔膜中央的較強訊號則導致改善了敏感度以及改善了訊雜比(signal-to-noise ratio，SNR)。於一方面，目前的做法也涵蓋圍繞著感測元件的環。環的角色可以是改善射頻(RF)抗擾性、維持背板應力程度以及減少破裂的可能性等等。於另一範例，使用的是星形輪廓。舉例而言，隔膜的特定區域具有較多的移動(具有較高的訊號)。本做法確保這些區域被感測到。
特定應用積體電路(ASIC)109也係配置在基板102上。舉其用途的一個範例來說，ASIC 109可以進行多樣的訊號處理功能。MEMS晶 粒104係藉由電線110而耦合於ASIC 109。ASIC 109係藉由電線112而耦合於基板。
於麥克風100之操作的一個範例，聲音進入埠口103並且移動隔膜106。隔膜106的移動改變涉及背板108的電容，藉此產生電訊號。電訊號可以經由電線110而傳輸到ASIC 109。在ASIC 109做訊號處理之後，經處理的訊號在電線112上發送，其耦合到在基板102之底部上的襯墊。顧客可以將其他電子裝置耦合到這些襯墊。舉例而言，麥克風可以係配置於行動電話或個人電腦，並且來自這些裝置的適當電路可以係耦合於襯墊。
現在參見圖2，隔膜202緊鄰於背板204。背板204包括氮化矽層206。氮化矽層206提供電隔離和機械支持給背板204。背板204也包括多晶矽層208。多晶矽層208是導電電極。氮化矽層206和多晶矽層208一起形成背板204。背板204被音頻孔205所刺穿。音頻孔205的目的是要提供聲音傳輸、壓力緩解和/或壓力平衡。
背板也包括杆柱210。杆柱210提供支持給背板204。杆柱210也提供接觸表面或區域212。隨著隔膜202在標號為214的箭號方向上移動，隔膜202在接觸表面212接觸背板204。
隔膜的特定區域移動得比其他區域還多。本做法確保電極(導電區域)係塑形成感測這些訊號。背板的形狀可以藉由感測隔膜的移動(在測試期間)並且記錄所得的移動而決定。背板之導電部分的形狀可以做成順從於此隔膜移動。於某些方面，經塑形的背板之導電區域(電極)的特定區域可以係建構成在比其他區域更好的程度下來感測。舉例而言，外面的部分可以比徑向往內的區域具有較少的感測能力。
現在參見圖3，描述的是背板300(和導電電極區域)的一個範例。背板300包括八根杆柱302和多樣的音頻孔304。於此圖，沒有顯示氮化矽層。然而，顯示了多晶矽層306。多晶矽層306所形成的形狀為星形。這星形改善了訊號拾取敏感度。這轉而導致經改善的(較高的)訊雜比(SNR)效能和敏感度。
現在參見圖4，描述的是背板400的另一範例。背板400包括杆柱402和多樣的音頻孔404。多晶矽外環406沒有扮演效能上的角色。多晶矽內碟408可以在尺寸和形狀上做更改以調變敏感度。導線410係耦合於多晶矽內碟408。導線410的目的是要從感測電極傳輸訊號到外部調變器(例如特定應用積體電路(ASIC))。
「敏感度」(sensitivity)(和如在此所用的)意謂回應於音頻激發的能力。於某些方面，在此所述之做法的敏感度調變也是由於隔膜訊號和強度分布而為之。
圖4的做法是漂浮環設計。偏好漂浮環設計是因為感測元件是內部的圓形多晶矽。於一方面，外環沒有扮演效能上的角色。
現在參見圖5，顯示的是隔膜敏感程度的一個範例。陰影愈淡，則訊號愈強或隔膜移動愈大。舉例而言，區域502的隔膜訊號要比區域504強。於在此所述的做法，背板上之電極的多晶矽圖案則設計成匹配於隔膜上的這圖案。這效能圖形或圖解可以藉由適當的測試而獲得，如熟於此技藝者所知的。
如在此所述，背板包括導電層和支持(或絕緣)層。導電層係配置在支持層之下並且徑向上是在支持層的周邊裡。選擇導電層的形狀， 如此以使訊號敏感度最佳化並且處理與音頻裝置中的背板發揮功能之隔膜的非均勻移動。換言之，背板之導電部分的形狀係匹配於隔膜的操作、移動和/或敏感度。背板電極形狀與隔膜真實效能特徵的這匹配則導致麥克風有較好的效能，例如更高的敏感度或較好的SNR。
在此描述了本發明的較佳具體態樣，包括發明人所知用於執行本發明的最佳模式。應了解示範的具體態樣只是範例性的，並且不應視為限制本發明的範圍。
202‧‧‧隔膜
204‧‧‧背板
205‧‧‧音頻孔
206‧‧‧氮化矽層
208‧‧‧多晶矽層
210‧‧‧杆柱
212‧‧‧接觸表面或區域
214‧‧‧移動方向

Claims (7)

  1. 一種用於微機電系統(MEMS)麥克風之背板的電極設備，該電極設備係配置成相隔而鄰近於隔膜，該電極設備包括：支持層；導電層，其係安排成鄰近於該支持層；其中該導電層的形狀、維度或尺寸中至少一者係匹配於該隔膜的敏感度、該隔膜的操作或該隔膜的移動中一或更多者。
  2. 如申請專利範圍第1項的電極設備，其中該支持層包括氮化矽。
  3. 如申請專利範圍第1項的電極設備，其中該導電層包括多晶矽。
  4. 如申請專利範圍第1項的電極設備，其中該形狀包括星形輪廓，其包括複數個銳角區域和被配置在該等銳角區域之間的複數個凹下部分。
  5. 如申請專利範圍第1項的電極設備，其中該形狀包括：第一電極部分，其界定穿過此的開口；以及第二電極部分，其係配置在該開口裡，該第一電極部分係藉由至少一連接部分而耦合於該第二電極部分。
  6. 如申請專利範圍第1項的電極設備，其進一步包括至少一孔洞，其係配置成穿過該支持層和該導電層。
  7. 如申請專利範圍第6項的電極設備，其中該至少一孔洞係有效於提供聲音傳輸、壓力緩解和壓力平衡中至少一者。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9743191B2 (en) 2014-10-13 2017-08-22 Knowles Electronics, Llc Acoustic apparatus with diaphragm supported at a discrete number of locations
US9872116B2 (en) 2014-11-24 2018-01-16 Knowles Electronics, Llc Apparatus and method for detecting earphone removal and insertion
US10150664B2 (en) * 2014-12-15 2018-12-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Microelectromechanical systems (MEMS) stopper structure for stiction improvement
US9401158B1 (en) 2015-09-14 2016-07-26 Knowles Electronics, Llc Microphone signal fusion
US9830930B2 (en) 2015-12-30 2017-11-28 Knowles Electronics, Llc Voice-enhanced awareness mode
US9779716B2 (en) 2015-12-30 2017-10-03 Knowles Electronics, Llc Occlusion reduction and active noise reduction based on seal quality
US9812149B2 (en) 2016-01-28 2017-11-07 Knowles Electronics, Llc Methods and systems for providing consistency in noise reduction during speech and non-speech periods
US10349184B2 (en) 2016-02-04 2019-07-09 Knowles Electronics, Llc Microphone and pressure sensor
GB2567017A (en) * 2017-09-29 2019-04-03 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd MEMS devices and processes
CN111630873B (zh) 2018-01-04 2022-06-14 美商楼氏电子有限公司 传感器装置和麦克风组件
US10343898B1 (en) 2018-01-08 2019-07-09 Fortemedia, Inc. MEMS microphone with tunable sensitivity
GB2583729B (en) * 2019-05-06 2021-05-12 Waves Audio Ltd Micro electrostatic speaker

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7804969B2 (en) * 2006-08-07 2010-09-28 Shandong Gettop Acoustic Co., Ltd. Silicon microphone with impact proof structure
US8644528B2 (en) * 2007-02-20 2014-02-04 Case Western Reserve University Microfabricated microphone
US8103027B2 (en) * 2007-06-06 2012-01-24 Analog Devices, Inc. Microphone with reduced parasitic capacitance
JP5338825B2 (ja) * 2011-02-23 2013-11-13 オムロン株式会社 音響センサ及びマイクロフォン
US8351625B2 (en) * 2011-02-23 2013-01-08 Omron Corporation Acoustic sensor and microphone
US9409763B2 (en) * 2012-04-04 2016-08-09 Infineon Technologies Ag MEMS device and method of making a MEMS device
US8921956B2 (en) * 2013-01-25 2014-12-30 Infineon Technologies Ag MEMS device having a back plate with elongated protrusions

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