CN212259332U - 一种振膜以及微机电***麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种振膜以及微机电***麦克风，该振膜包括：振膜包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；振膜上设置有泄气结构，泄气结构包括多个相同的泄气孔，泄气孔的纵截面图形在第一表面的边长与泄气孔的纵截面图形在第二表面的边长不相等。本实用新型实施例提供的技术方案，泄气孔的纵截面图形在第一表面的边长与泄气孔的纵截面图形在第二表面的边长中短边增加泄气孔对空气的阻尼，以改善MEMS麦克风芯片的频率响应。

Description

一种振膜以及微机电***麦克风

技术领域

本实用新型实施例涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种振膜以及微机电***麦克风。

背景技术

随着无线通讯的发展，全球移动电话用户越来越多。人们对通话质量的要求越来越高。目前应用较多的是微机电***麦克风(micro electro mechanical systemmicrophone，MEMS)。MEMS麦克风采用电容式的原理，由衬底、第一牺牲层结构、振膜、第二牺牲层结构和背极板构成MEMS麦克风芯片，其中一个振膜和麦克风中的背板之间形成电容结构。当振膜感受到外部的音频声压信号后，振膜与背板之间的距离改变，改变电容容量以及电压，再通过集成电路芯片将电容变化转化为电压信号的变化并进行输出。

MEMS麦克风芯片的振膜设计时，通常会在膜上开设泄气结构。泄气结构的主要目的在于，急剧变化的声压或者气流下，快速释放压力，保证芯片振动膜不会破裂。目前的MEMS麦克风芯片中，泄气结构对平衡气压起到了很好的效果，但是当背极板和振膜之间的空气通过泄气结构排出时，泄气结构对空气的阻尼过小，使得MEMS麦克风芯片的低频响应下跌，甚至极端情况下，导致 MEMS麦克风芯片的灵敏度变低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种振膜以及微机电***麦克风，改善MEMS麦克风的频率响应。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种振膜，包括：

所述振膜包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面；

所述振膜上设置有泄气结构，所述泄气结构包括多个相同的泄气孔，所述泄气孔的纵截面图形在所述第一表面的边长与所述泄气孔的纵截面图形在所述第二表面的边长不相等。

可选地，所述泄气孔的纵截面图形包括T型、Y型或者梯形中一种或多种。

可选地，所述泄气孔的纵截面图形为正T型或者倒T型；和/或，

所述泄气孔的纵截面图形为正Y型或者倒Y型；和/或，

所述泄气孔的纵截面图形为正梯形或者倒梯形。

可选地，多个所述泄气孔距离所述振膜中心的距离为预设距离，所述预设距离在预设阈值内均匀分布。

可选地，多个所述泄气孔关于所述振膜的中心位置中心对称。

可选地，所述泄气孔的横截面图形为镜面对称图形。

可选地，所述泄气孔的横截面图形包括圆形、正多边形、X型或者U型中的一种或多种。

可选地，一个所述泄气孔的开孔面积大于或等于直径为4微米的圆形面积，且小于或等于直径为48微米的圆形面积；相应的，所述泄气孔的数量大于或等于4，且小于或等于48。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种微机电***麦克风，包括：

微机电***麦克风芯片、专用集成电路芯片、基座和壳体；

所述微机电***麦克风芯片和所述专用集成电路芯片固定在所述基座上，所述微机电***麦克风芯片和所述专用集成电路芯片之间电连接；

所述微机电***麦克风芯片包括第一方面任意所述的振膜。

可选地，所述微机电***麦克风芯片包括衬底、振膜和背极板；

所述衬底包括腔体和包围所述腔体的支撑部；

所述背极板上设置有多个声孔，所述振膜中每一个泄气孔在所述衬底上的正投影位于一所述声孔在所述衬底上的正投影内。

本实施例提供的技术方案，将泄气孔的纵截面图形在第一表面的边长与泄气孔的纵截面图形在第二表面的边长不相等，当空气通过泄气结构排出时，泄气孔的纵截面图形在第一表面的边长与泄气孔的纵截面图形在第二表面的边长中的短边可以增加泄气孔对空气的阻尼，增强MEMS麦克风芯片的低频响应，进而改善MEMS麦克风芯片的响应频率响应，进一步改善MEMS麦克风芯片的灵敏度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的一种振膜的俯视图；

图2为本实用新型实施例提供的一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种振膜的俯视图；

图9为本实用新型实施例提供的又一种振膜的俯视图；

图10为本实用新型实施例提供的又一种振膜的俯视图；

图11为本实用新型实施例提供的一种微机电***麦克风的结构示意图；

图12为本实用新型实施例提供的另一种微机电***麦克风的结构示意图；

图13为本实用新型实施例提供的另一种微机电***麦克风芯片的结构示意图。

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。

正如上述背景技术中所述，目前的MEMS麦克风芯片的低频频率响应较弱。究其原因，现有的振膜中的泄气孔的纵截面图形为矩形，当空气通过泄气结构排出时，泄气结构对空气的阻尼过小，使得MEMS麦克风芯片的低频频率响应变得下跌，导致MEMS麦克风芯片的灵敏度变低。

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了如下技术方案：

图1为本实用新型实施例提供的一种振膜的俯视图。图2为本实用新型实施例提供的一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图。图3为本实用新型实施例提供的另一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图。参见图1、图2和图3，该振膜1包括：第一表面100以及与第一表面100相对设置的第二表面101；振膜1上设置有泄气结构，泄气结构多个相同的泄气孔11，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1与泄气孔11的纵截面图形10在第二表面101 的边长d2不相等。

示例性的，参见图1，振膜1上设置有6个相同的泄气孔11。参见图2，泄气孔的泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1小于泄气孔1的纵截面图形10在第二表面101的边长d2。参见图3，泄气孔的泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1大于泄气孔1的纵截面图形10在第二表面 101的边长d2。

可知的，MEMS麦克风芯片的振膜设计时，通常会在振膜上开设泄气结构。泄气结构的主要目的在于，在MEMS麦克风芯片封装过程和使用过程中，如果环境发生变化，例如发生跌落时，MEMS麦克风芯片面临急剧变化的声压或者气流，泄气结构可以快速排出空气以释放压力，调节振膜和背极板之间的气压，保证MEMS麦克风芯片的振膜不会破裂。但是，泄气结构的开孔面积过大，会导致空气可以顺畅通过泄气孔11排出的过程中，会因泄气孔11对空气的阻尼过小，使得MEMS麦克风芯片的频率响应变差。

现有的振膜中的泄气孔的纵截面图形为矩形，当空气通过泄气结构排出时，泄气结构对空气的阻尼过小，使得MEMS麦克风芯片的低频频响下跌，导致 MEMS麦克风芯片的灵敏度变低。本实施例提供的技术方案，将泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面 101的边长d2不相等，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1 与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面101的边长d2中存在一个短边，减小了泄气孔11的开孔面积，当空气通过泄气结构排出时，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面101的边长d2中的短边可以增加泄气孔11对空气的阻尼，增强MEMS麦克风芯片的低频响应，进而改善MEMS麦克风芯片的响应频率响应，进一步改善MEMS 麦克风芯片的灵敏度。

在上述技术方案中，振膜1上设置有多个相同的泄气孔11，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面 101的边长d2不相等，减小了泄气孔11的开孔面积，其中短边可以增加泄气孔 11对空气的阻尼，增强MEMS麦克风芯片的低频响应，进而改善MEMS麦克风芯片的响应频率响应，进一步改善MEMS麦克风芯片的灵敏度。下面介绍几种具体的泄气孔的纵截面图形。

图4为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图。图5为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图。图6为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图。图7为本实用新型实施例提供的又一种图1中A-A’方向的剖面结构示意图。

示例性的，参见图2和图3，泄气孔10的纵截面图形11为梯形。图4和图 5示出的泄气孔10的纵截面图形11为T型。图6和图7示出的泄气孔10的纵截面图形11为Y型。本实施例不具体限定泄气孔10的纵截面图形11，其可以是T型、Y型或者梯形中一种或多种。

具体的，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1与泄气孔11 的纵截面图形10在第二表面101的边长d2中的短边可以增加泄气孔11对空气的阻尼，增强MEMS麦克风芯片的低频响应，进而改善MEMS麦克风芯片的响应频率响应，进一步改善MEMS麦克风芯片的灵敏度。

可选地，参见图2泄气孔11的纵截面图形10为正梯形。参见图3泄气孔 11的纵截面图形10为倒梯形。参见图4泄气孔11的纵截面图形10为正T型。参见图5泄气孔11的纵截面图形10为倒T型。参见图6泄气孔11的纵截面图形10为倒梯形。参见图7泄气孔11的纵截面图形10为正Y型。参见图5泄气孔11的纵截面图形10为倒Y型。

具体的，图2-图7中的泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长 d1与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面101的边长d2不相等，短边可以是泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1，也可以是泄气孔1的纵截面图形10在第二表面101的边长d2，短边都可以增加泄气孔11对空气的阻尼，增强MEMS麦克风芯片的低频响应，进而改善MEMS麦克风芯片的响应频率响应，进一步改善MEMS麦克风芯片的灵敏度。需要说明的是，参见图2 和图3中的泄气孔11的纵截面图形10为梯形，在形成的过程中工艺相对更简单一些。

可知的，MEMS麦克风芯片的振膜设计时，通常会在振膜上开设泄气结构。泄气结构的主要目的在于，在MEMS麦克风芯片封装过程和使用过程中，如果环境发生变化，例如发生跌落时，MEMS麦克风芯片面临急剧变化的声压或者气流，泄气结构可以快速释放压力，调节振膜和背极板之间的气压，保证MEMS 麦克风芯片的振膜不会破裂。其中，多个泄气孔11在振膜1的位置也会影响泄气结构对于背极板和振膜1之间的气压。

可选地，参见图1，多个泄气孔11距离振膜中心O的距离d3为预设距离，预设距离在预设阈值内均匀分布。

可知的，背极板上设置有声孔，背极板上的声孔距离背极板中心的距离在一预设阈值内均匀分布。而空气从背极板上的声孔进入振膜1和背极板之间，因此将多个泄气孔11距离振膜1中心O的距离d3为预设距离，预设距离在预设阈值内均匀分布，使得泄气孔11分布在振膜1上的分布规律和背极板上的分布规律相同，可以使得空气快速从背极板上的声孔和振膜1上泄气孔11快速排出，尤其是当环境发生变化，例如发生跌落时，MEMS麦克风芯片面临急剧变化的声压或者气流，泄气结构可以快速释放压力，调节振膜和背极板之间的气压，保证MEMS麦克风芯片的振膜不会破裂。

为了更加均匀的调节背极板和振膜之间的气压，本实施例提供了如下技术方案：可选地，多个泄气孔11关于振膜1的中心位置O中心对称。

具体的，当环境发生变化，例如发生跌落时，MEMS麦克风芯片面临急剧变化的声压或者气流，多个泄气孔11关于振膜1的中心位置O中心对称，泄气结构可以快速且均匀调节气压，释放压力，使得振膜1所受的应力是均匀分布的，保证MEMS麦克风芯片的振膜不会破裂。

可知的，泄气孔11的横截面图形10也会影响泄气孔11处对应的背极板和振膜1之间的气压。

可选地，泄气孔11的横截面图形为镜面对称图形。

可选地，参见图1，泄气孔11的横截面图形包括U型。参见图8，泄气孔 11的横截面图形包括X型。参见图9，泄气孔的横截面图形包括圆形，其可以是椭圆也可以是正圆。参见图10，泄气孔的横截面图形包括正多边形。示例性的，图10示出的为正四边形，本实施例对于其正多边形的边数不作限定。

具体的，泄气孔的横截面图形是圆形、正多边形、X型或者U型中的一种或多种，这些横截面图形都是镜面对称图形。当环境发生变化，例如发生跌落时，MEMS麦克风芯片面临急剧变化的声压或者气流，泄气结构可以快速且均匀调节泄气孔11处对应的气压以释放压力，使得振膜1所受的应力是均匀分布的，保证MEMS麦克风芯片的振膜不会破裂。

为了保证振膜振动过程中，泄气结构对空气的阻尼不至于小到影响MEMS 麦克风芯片的灵敏度，需要保证泄气结构的开孔面积在预设阈值内。具体的，可以通过设置每一个泄气孔11的开孔面积和泄气孔11的数量来实现。

可选地，一个泄气孔11的开孔面积大于或等于直径为4微米的圆形面积，且小于或等于直径为48微米的圆形面积。

一个泄气孔11的开孔面积小于直径为4微米的圆形面积时，一方面会导致泄气孔11对空气的阻尼过大，另一方面会使得泄气孔11的形成难度增大。一个泄气孔11的开孔面积直径为48微米的圆形面积，会导致泄气孔11对空气的阻尼过小，使得MEMS麦克风芯片的灵敏度下降。因此，一个泄气孔11的开孔面积大于或等于直径为4微米的圆形面积，且小于或等于直径为48微米的圆形面积，保证泄气孔11对空气的阻尼在一个合适的范围，使得MEMS麦克风芯片的灵敏度适中，又可以降低泄气孔11的形成难度。

可选地，泄气孔11的数量大于或等于4，且小于或等于48。

泄气孔11的数量小于4，不能快速释放压力，调节振膜和背极板之间的气压。泄气孔11的数量大于48，导致泄气结构的开孔面积过大，会导致空气可以顺畅通过泄气孔11排出的过程中，会因泄气孔11对空气的阻尼过小，使得 MEMS麦克风芯片的灵敏度下降。泄气孔11的数量大于或等于4，且小于或等于48，既可以快速排出空气以释放压力，调节振膜和背极板之间的气压，保证 MEMS麦克风芯片的振膜不会破裂，又可以保证泄气孔11对空气的阻尼在一个合适的范围，使得MEMS麦克风芯片的灵敏度适中，

可选地，参见图1、图8、图9和图10，振膜1包括振动部12和包围振动部12的固定部13，泄气结构位于振动部12的边缘。

在MEMS麦克风芯片封装过程和使用过程中，如果环境发生变化，例如发生跌落时，MEMS麦克风芯片面临急剧变化的声压或者气流，泄气结构可以快速排出空气以释放压力，调节振膜和背极板之间的气压，保证MEMS麦克风芯片的振膜不会破裂。

而振膜1的主要作用是在受到声波作用发生形变，使得振膜1与背极板之间的距离改变，改变电容容量以及电压，再通过集成电路芯片将电容变化转化为电压信号的变化并进行输出。因此，泄气结构位于振动部12的边缘以避免影响振动部12发生形变时，产生振动的振幅。

本实用新型实施例还提供了一种微机电***麦克风。

图11为本实用新型实施例提供的一种微机电***麦克风的结构示意图。图 12为本实用新型实施例提供的另一种微机电***麦克风的结构示意图。参见图 11和图12，该微机电***麦克风包括：微机电***麦克风芯片3、专用集成电路芯片4、基座5和壳体6；微机电***麦克风芯片3和专用集成电路芯片4固定在基座上，微机电***麦克风芯片3和专用集成电路芯片4之间电连接；微机电***麦克风芯片3包括上述技术方案中任意所述的振膜1。需要说明的是，图11示出的麦克风为背进音麦克风，进音口D在麦克风基座上。图12示出的麦克风为前进音麦克风，进音口E在壳体6上。这两种结构的麦克风都可以采用上述技术方案中提到的振膜1。本实用新型提供的微机电***麦克风包括上述技术方案中提到的振膜1，因此，本实用新型实施例提供的微机电***麦克风也具备上述技术方案中所描述的有益效果，此处不再赘述。

其中，微机电***麦克风芯片包括衬底、振膜和背极板；衬底包括腔体和包围所述腔体的支撑部；背极板上设置有多个声孔，振膜中每一个泄气孔在衬底上的正投影位于一声孔在所述衬底上的正投影内。

需要说明的是，本发明实施例对于振膜和背极板之间的位置关系不作限定。图13为本实用新型实施例提供的一种微机电***麦克风芯片的结构示意图。图 13示例性的示出了一种背极板位于振膜之上的微机电***麦克风芯片。

可选地，参见图13，该微机电***麦克风芯片3包括：衬底30，其中，衬底30包括腔体300和包围腔体300的支撑部301；第一牺牲层结构31，位于支撑部上301；振膜1，位于第一牺牲层结构31远离衬底30一侧的表面；第二牺牲层结构32，位于在振膜1的远离第一牺牲层结构31一侧的表面，第二牺牲层结构32在支撑部301上的正投影位于第一牺牲层结构31在支撑部301的正投影内；背极板2，位于第二牺牲层结构32远离振膜1一侧的表面，背极板2上设置有多个声孔20，振膜1中每一个泄气孔11在衬底30上的正投影位于一声孔20在衬底30上的正投影内。

具体的，以图2示出的振膜和图13示出的微机电***麦克风芯片进行说明，背极板2上设置有多个声孔20，振膜1中每一个泄气孔11在衬底30上的正投影位于一声孔20在衬底30上的正投影内，背极板2中声孔20与振膜1上的泄气孔11配合，可以使得空气快速从背极板上的声孔和振膜1上泄气孔11快速排出，尤其是当环境发生变化，例如发生跌落时，MEMS麦克风芯片面临急剧变化的声压或者气流，泄气结构可以快速释放压力，调节振膜和背极板之间的气压，保证MEMS麦克风芯片的振膜不会破裂。与此同时，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面 101的边长d2不相等，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1 与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面101的边长d2中存在一个短边，减小了泄气孔11的开孔面积，当空气通过泄气结构排出时，泄气孔11的纵截面图形10在第一表面100的边长d1与泄气孔1的纵截面图形10在第二表面101的边长d2中的短边可以增加泄气孔11对空气的阻尼，增强MEMS麦克风芯片的低频响应，进而改善MEMS麦克风芯片的响应频率响应，进一步改善MEMS 麦克风芯片的灵敏度。

可选地，参见图13，背极板2邻近振膜的表面上设置有防粘连结构21。可以有效的防止振膜1在振动过程中，振膜1和背极板2之间的范德华力大于振膜1振动部分的回复力，而导致振膜1不能回到平衡位置。

可选地，微机电***麦克风芯片3还包括通孔14和金属焊盘15，通孔14 贯穿背极板2和振膜1，金属焊盘15位于通孔14底部，与振膜1电连接，用于将振膜1的电信号导出。需要说明的是，背极板2上也设置有引出背极板2 电信号的金属焊盘，图中未画出。背极板2上声孔20的设计是为了将声波通过声孔20传递到振膜1上，振膜1在受到声波作用发生形变，使得振膜1与背极板2之间的距离改变，改变电容容量以及电压，专用集成电路芯片4与背极板 2和振膜1引出电信号的金属焊盘电连接，将电容变化转化为电压信号的变化并进行输出。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种振膜，其特征在于，包括：

所述振膜包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面；

所述振膜上设置有泄气结构，所述泄气结构包括多个相同的泄气孔，所述泄气孔的纵截面图形在所述第一表面的边长与所述泄气孔的纵截面图形在所述第二表面的边长不相等。

2.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔的纵截面图形包括T型、Y型或者梯形中一种或多种。

3.根据权利要求2所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔的纵截面图形为正T型或者倒T型；和/或，

所述泄气孔的纵截面图形为正Y型或者倒Y型；和/或，

所述泄气孔的纵截面图形为正梯形或者倒梯形。

4.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，多个所述泄气孔距离所述振膜中心的距离为预设距离，所述预设距离在预设阈值内均匀分布。

5.根据权利要求4所述的振膜，其特征在于，多个所述泄气孔关于所述振膜的中心位置中心对称。

6.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔的横截面图形为镜面对称图形。

7.根据权利要求6所述的振膜，其特征在于，所述泄气孔的横截面图形包括圆形、正多边形、X型或者U型中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，一个所述泄气孔的开孔面积大于或等于直径为4微米的圆形面积，且小于或等于直径为48微米的圆形面积；相应的，所述泄气孔的数量大于或等于4，且小于或等于48。

9.一种微机电***麦克风，其特征在于，包括：

微机电***麦克风芯片、专用集成电路芯片、基座和壳体；

所述微机电***麦克风芯片和所述专用集成电路芯片固定在所述基座上，所述微机电***麦克风芯片和所述专用集成电路芯片之间电连接；

所述微机电***麦克风芯片包括上述权利要求1-8中要求任一所述的振膜。

10.根据权利要求9所述的微机电***麦克风，其特征在于，所述微机电***麦克风芯片包括衬底、振膜和背极板；

所述衬底包括腔体和包围所述腔体的支撑部；

所述背极板上设置有多个声孔，所述振膜中每一个泄气孔在所述衬底上的正投影位于一所述声孔在所述衬底上的正投影内。

Images