CN111294715B - 压电mems麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压电MEMS麦克风，包括：具有背腔的基底；正对所述背腔设置的压电振膜，所述压电振膜包括设置于所述背腔上方的支撑部；所述支撑部将所述压电振膜分隔成至少两个振动区域；所述压电振膜还包括设于每个所述振动区域的至少一个膜片，所述膜片包括与所述基底或所述支撑部连接的固定端、与所述固定端平行且相对设置的自由端以及连接固定端与所述自由端的主体部，所述自由端与主体部均悬置于所述背腔上方；所述主体部的宽度自所述固定端朝所述自由端的方向逐渐减小。与相关技术相比，上述压电MEMS麦克风的谐振频率高、声压的利用面积大，进而提高麦克风的灵敏度。

Description

压电MEMS麦克风
【技术领域】
本发明涉及声电技术领域，尤其涉及一种压电MEMS麦克风。
【背景技术】
MEMS麦克风是指基于MEMS(Microelectromechanical Systems)技术制造的麦克风，即在一个硅微基片上利用MEMS加工工艺制作的微型麦克风，因此也称为硅微麦克风。
与传统麦克风不同，MEMS麦克风具有尺寸小质量轻、安装简单、易形成阵列、成本低以及批量制造等特点，广泛应用于消费电子领域的手机、笔记本电脑等、汽车领域的免提电话、医学领域的助听器等等。
相关技术的所述压电MEMS麦克风包括多个渐缩膜片，所述膜片具有依次固定端、主体部和自由端，各个所述膜片的所述主体部自所述固定端伸出并朝向同一点汇聚，使所述自由端汇聚在一起。但是上述膜片长度将不可避免的过长，以使得麦克风谐振频率过低，从而降低了麦克风灵敏度。
因此，必须提供一种新的压电MEMS麦克风以解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种灵敏度高的压电MEMS麦克风。
为了达到上述目的，本发明提供了一种压电MEMS麦克风，包括：
具有背腔的基底；正对所述背腔设置的压电振膜，所述压电振膜包括设置于所述背腔上方的支撑部；所述支撑部将所述压电振膜分隔成至少两个振动区域；所述压电振膜还包括设于每个所述振动区域的至少一个膜片，所述膜片包括与所述基底或所述支撑部连接的固定端、与所述固定端平行且相对设置的自由端以及连接固定端与所述自由端的主体部，所述自由端与主体部均悬置于所述背腔上方；所述主体部的宽度自所述固定端朝所述自由端的方向逐渐减小。
优选地，所述支撑部将所述压电振膜分隔成两个振动区域，且两个振动区域关于所述支撑部对称设置。
优选地，每个所述振动区域设有至少两个所述膜片，且相邻两个膜片的自由端相对设置。
优选地，每个所述振动区域呈梯形，每个所述振动区域包括四个膜片，所述四个膜片的自由端均朝向所述振动区域的中心延伸。
优选地，所述压电振膜还包括环绕所述振动区域的周边部，所述周边部叠设且固定于所述基底的上方。
优选地，所述主体部呈梯形，其包括与所述固定端连接的第一侧边、设置于所述自由端的第二侧边以及连接在第一侧边与第二侧边之间的两条斜边，所述第一侧边的长度大于所述第二侧边的长度，所述第二侧边以及两条斜边均悬置于所述背腔的上方。
优选地，部分所述第一侧边与所述周边部和/或所述支撑部之间形成缝隙。
优选地，所述四个膜片中相邻的两条所述第二侧边之间形成所述缝隙、相邻的两条所述斜边之间形成所述缝隙以及相邻的所述第二侧边与所述斜边之间均形成所述缝隙。
优选地，所述膜片包括依次堆叠设置的第一电极层、压电层、第二电极层。
优选地，所述膜片包括依次堆叠设置的第一电极层、压电层、第二电极层、压电层和第一电极层。
与相关技术相比，本发明提供的上述压电MEMS麦克风通过在基底上设置支撑部，麦克风还设有与所述背腔正对设置的压电振膜，所述支撑部将所述压电振膜分隔成至少两个振动区域，以使得在给定压电振膜的面积下对声压的利用面积达到更大；每个振动区域设置至少一个膜片，且膜片的长度较短，从而使麦克风具有更高的谐振频率，进而提高麦克风的灵敏度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明较佳实施例提供的压电MEMS麦克风立体结构示意图；
图2为图1所示的所述压电MEMS麦克风的正投影结构示意图；
图3为图2所示的所述压电MEMS麦克风沿A-A线的剖视图；
图4为图2所示的所述压电MEMS麦克风在B处的放大结构示意图；
图5为图2所示的所述压电MEMS麦克风在C处的放大结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请同时参阅图1-5，根据本发明提供的压电MEMS麦克风100包括：具有背腔20的基底2和正对背腔20设置的压电振膜1。
压电振膜1包括设置于背腔20上方的支撑部12。支撑部12将压电振膜1分隔成至少两个振动区域10。在本实施例中，支撑部12将压电振膜1分隔成两个振动区域10，从而使得在给定压电振膜1的面积下对声压的利用面积达到更大；可以理解的是，在其他实施例中，支撑部12可以将压电振膜1划分成更多或更少的振动区域10。在本实施例中，振动区域10的正投影视图大致呈梯形。两个振动区域10关于该支撑部12对称设置。
该压电振膜1还包括环绕振动区域10设置的周边部15。该周边部15与支撑部12采用相同材料制成。周边部15叠设且固定于基底2上，在制作压电MEMS麦克风的过程中，通过蚀刻形成支撑部12和周边部15。
该压电振膜1还包括设于每个振动区域10中的至少一个膜片14。每个膜片14至少由三层材料堆叠而成。可选地，所述膜片14包括依次堆叠设置的第一电极层101、压电层102、第二电极层103；或者，所述膜片14包括依次堆叠设置的第一电极层101、压电层102、第二电极层103、压电层102和第一电极层101。周边部15、支撑部12以及膜片14为采用相同的材料一体成型，通过刻蚀形成各个部分。
具体地，所述膜片14包括与所述基底2和/或支撑部12连接的固定端142、与固定端142平行且相对设置的自由端143以及连接固定端142与自由端143之间的主体部141。主体部141的宽度自固定端142朝自由端141的方向逐渐减小。自由端143和主体部141均悬置于背腔20的上方。在本实施例中，固定端142大致呈长条状，自由端143也大致呈长条状并与所述固定端142平行设置。在本实施例中，固定端142通过周边部15与基底2连接，从而加强固定端142与基底2之间的连接强度。
在本实施例中，主体部141大致呈梯形，包括与固定端142连接的第一侧边1411、与自由端142重叠的第二侧边1412以及连接在第一侧边1411和第二侧边1412且间隔设置的两斜边1413。第一侧边1411和第二侧边1412平行设置且第一侧边1411的长度大于第二侧边1412的长度。第二侧边1412以及两斜边1413均悬置于背腔20的上方。固定端142与周边部15连接时，第一侧边1411与周边部15之间间隔设置并形成间隙145。固定端142与支撑部12连接时，第一侧边1411与支撑部12之间间隔设置并形成间隙145。通过该缝隙结构的设置，以调整麦克风100灵敏度，电极层(101、102、103)的覆盖区域也会根据缝隙结构进行优化以得到最优信噪比。振动区域10中设置多个膜片14时，两膜片14之间相邻的第二侧边1412之间形成间隙145，相邻的斜边1413之间也形成间隙145，相邻的第二侧边1412与斜边1413之间也形成间隙145。
振动区域10中可以设置至少两个膜片14，且相邻的两个膜片14的自由端相对设置。在本实施例中，振动区域10呈梯形，设有4个膜片14。分别为第一膜片1401、第二膜片1402、第三膜片1403和第四膜片1404。第一膜片1401、第二膜片1402、第三膜片1403和第四膜片1404的自由端142均朝向振动区域10的中心延伸。其中，第一膜片1401和第二膜片1402对称设置，第三膜片1403和第四膜片1404分别位于第一膜片1401和第二膜片1402的相对两侧。第一膜片1401通过固定端141与周边部15连接，且其第一侧边1411与基底2之间形成间隙145。第二膜片1402通过固定端142与支撑部12连接，且第二膜片1402的第一侧边1411与支撑部12之间形成间隙145。第一膜片1401的第二侧边1412与第二膜片1402的第二侧边1412相互之间形成间隙145。第三膜片1403通过固定端141与基底2的一侧连接，且其第一侧边1411与该周边部15的一侧形成间隙145；第三膜片1403的第二侧边1412与第二膜片1402的一斜边1413之间形成间隙，且第三膜片1403的一斜边1413与支撑部12之间形成间隙145，另一斜边1413与第一膜片1401的其中一斜边1413之间形成间隙145。第四膜片1404通过固定端141与周边部15的另一侧连接，且其第一侧边1411与该周边部15的另一侧形成间隙145；第四膜片1404的第二侧边1412与第二膜片1402的另一斜边1413形成间隙145；第四膜片1404的其中一斜边1413与第一膜片1401的另一斜边1413形成间隙145，另一斜边1413与支撑部12之间形成间隙145。
与相关技术相比，本发明提供的上述压电MEMS麦克风通过在基底上设置支撑部，麦克风还设有与所述背腔正对设置的压电振膜，所述支撑部将所述压电振膜分隔成至少两个振动区域，以使得在给定压电振膜的面积下对声压的利用面积达到更大；每个振动区域设置至少一个膜片，且膜片的长度较短，从而使麦克风具有更高的谐振频率，进而提高麦克风的灵敏度。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压电MEMS麦克风，其特征在于，包括：
具有背腔的基底；
正对所述背腔设置的压电振膜，所述压电振膜包括设置于所述背腔上方的支撑部；所述支撑部将所述压电振膜分隔成两个振动区域；
所述压电振膜还包括设于每个所述振动区域的至少一个膜片，所述膜片包括与所述基底或所述支撑部连接的固定端、与所述固定端平行且相对设置的自由端以及连接固定端与所述自由端的主体部，所述自由端与主体部均悬置于所述背腔上方；所述主体部的宽度自所述固定端朝所述自由端的方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑部将所述压电振膜分隔成两个振动区域，且两个振动区域关于所述支撑部对称设置。
3.根据权利要求2所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，每个所述振动区域设有至少两个所述膜片，且相邻两个膜片的自由端相对设置。
4.根据权利要求3所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，每个所述振动区域呈梯形，每个所述振动区域包括四个膜片，所述四个膜片的自由端均朝向所述振动区域的中心延伸。
5.根据权利要求4所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述压电振膜还包括环绕所述振动区域的周边部，所述周边部叠设且固定于所述基底的上方。
6.根据权利要求5所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述主体部呈梯形，其包括与所述固定端连接的第一侧边、设置于所述自由端的第二侧边以及连接在第一侧边与第二侧边之间的两条斜边，所述第一侧边的长度大于所述第二侧边的长度，所述第二侧边以及两条斜边均悬置于所述背腔的上方。
7.根据权利要求6所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，部分所述第一侧边与所述周边部和/或所述支撑部之间形成缝隙。
8.根据权利要求7所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述四个膜片中相邻的两条所述第二侧边之间形成所述缝隙、相邻的两条所述斜边之间形成所述缝隙以及相邻的所述第二侧边与所述斜边之间均形成所述缝隙。
9.根据权利要求1所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述膜片包括依次堆叠设置的第一电极层、压电层、第二电极层。
10.根据权利要求1所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述膜片包括依次堆叠设置的第一电极层、压电层、第二电极层、压电层和第一电极层。
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