具有可調(diào)節(jié)通風開口的mems結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有可調(diào)節(jié)通風開口的MEMS結(jié)構(gòu)，該MEMS結(jié)構(gòu)包括后板、膜和可調(diào)節(jié)通風開口，該可調(diào)節(jié)通風開口被配置為減少接觸膜的第一空間與接觸膜的相對側(cè)的第二空間之間的壓力差。該可調(diào)節(jié)通風開口根據(jù)第一空間與第二空間之間的壓力差而被被動地致動。
【專利說明】具有可調(diào)節(jié)通風開口的MEMS結(jié)構(gòu)
[0001]本申請要求于2012年2月29日提交的美國專利申請第13/408，971號和于2012年6月22日提交的的美國專利申請第13/531,373號的優(yōu)先權(quán)，將它們的全部內(nèi)容通過引
用結(jié)合于此。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明總體上涉及MEMS結(jié)構(gòu)中的可調(diào)節(jié)通風開口以及用于操作MEMS結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術】
[0003]一般地，麥克風低成本大量制造。由于這些需求，麥克風往往以硅技術制造。對于不同應用領域，麥克風制造為不同結(jié)構(gòu)。在一個實例中，麥克風通過測量膜相對于相對電極的變形或者偏轉(zhuǎn)來測量電容變化。麥克風通常通過將偏置電壓設置為適當值來操作。
[0004]麥克風可具有操作參數(shù)和其他參數(shù)，諸如信噪比(SNR)、膜或者相對電極的剛度或者往往通過制造工藝設置的膜直徑。此外，基于制造工藝中使用的不同材料，麥克風可具有不同特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明實施方式，一種MEMS結(jié)構(gòu)包括后板、膜和可調(diào)節(jié)通風開口，該可調(diào)節(jié)通風開口被配置為減少接觸膜的第一空間與接觸膜的相對側(cè)的第二空間之間的壓力差。該可調(diào)節(jié)通風開口根據(jù)第一空間與第二空間之間壓力差而被被動地致動。
[0006]根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式，一種裝置包括MEMS結(jié)構(gòu)，該MEMS結(jié)構(gòu)包括后板和膜。外殼封閉MEMS結(jié)構(gòu)。聲音端口聲學耦合到膜。外殼中的可調(diào)節(jié)通風開口被配置為減少接觸膜的第一空間與第二空間之間的壓力差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在將結(jié)合附圖參考以下描述，其中:
[0008]圖1a示出MEMS結(jié)構(gòu)的頂視圖；
[0009]圖1b示出MEMS結(jié)構(gòu)的連接區(qū)的詳細透視圖；
[0010]圖1c示出MEMS結(jié)構(gòu)的連接區(qū)的截面圖；
[0011]圖2a至圖2c示出可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式的截面圖；
[0012]圖2d示出可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式的頂視圖；
[0013]圖2e示出用于拐角或者閾值頻率的示圖；
[0014]圖3a至圖3d示出可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式和結(jié)構(gòu)；
[0015]圖4a示出MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖，其中膜被拉向后板；
[0016]圖4b示出MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖，其中膜被拉向基板；
[0017]圖5a示出MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖；[0018]圖5b示出圖5a中的MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的頂視圖；
[0019]圖6a示出非被致動MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖；
[0020]圖6b示出被致動MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖；
[0021]圖7a示出非被致動MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖；
[0022]圖7b示出被致動MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖；
[0023]圖7c示出圖7a中的MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的頂視圖；
[0024]圖8a示出MEMS結(jié)構(gòu)的操作流程圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口最初關閉；
[0025]圖8b示出MEMS結(jié)構(gòu)的操作流程圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口最初打開；
[0026]圖Sc示出MEMS結(jié)構(gòu)的操作流程圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口打開以從第一應用設置切換到第二應用設置；
[0027]圖8d示出MEMS結(jié)構(gòu)的操作流程圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口關閉以從第一應用設置切換到第二應用設置；
[0028]圖9a示出具有被動式可調(diào)節(jié)通風開口的MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖；
[0029]圖9b示出具有被動式可調(diào)節(jié)通風開口的MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的頂視圖；
[0030]圖1Oa示出拐角頻率隨被動式可調(diào)節(jié)通風開口的末端偏轉(zhuǎn)的偏移的曲線圖；
[0031]圖1Ob示出包括位于膜上的懸臂的可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式的截面圖；
[0032]圖1la至圖1lf各自示出可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式的頂視圖；
[0033]圖12示出包括裝置外殼的本發(fā)明實施方式的前視圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口位于膜上；
[0034]圖13a示出包括裝置外殼的本發(fā)明實施方式的前視圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口位于支撐結(jié)構(gòu)上；
[0035]圖13b示出包括裝置外殼的本發(fā)明實施方式的前視圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口位于蓋上;
[0036]圖13c示出MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式的截面圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口位于后板上；
[0037]圖13d示出包括外殼的本發(fā)明實施方式，其中可調(diào)節(jié)通風開口位于外殼中；以及
[0038]圖14a和圖14b示出本發(fā)明另一實施方式。
【具體實施方式】
[0039]下文詳細討論本發(fā)明優(yōu)選實施方式的實現(xiàn)和使用。然而，應當理解，本發(fā)明提供了可在各種各樣特定背景中實現(xiàn)的許多適用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的特定實施方式僅僅說明了實現(xiàn)和使用本發(fā)明的特定方式，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0040]將關于特定背景下的實施方式而描述本發(fā)明，S卩，傳感器或者麥克風。然而，本發(fā)明也可適用于其他MEMS結(jié)構(gòu)，諸如壓力傳感器、RF MEMS、加速度計和致動器。此外，特定實施方式將主要預先假定空氣作為壓力波傳播的介質(zhì)。然而，本發(fā)明決不限于空氣，并且將具有在許多介質(zhì)中的應用。
[0041]麥克風實現(xiàn)為芯片上的平行板電容器。芯片封裝成包圍給定后體積(back-volume)。由于壓力差，諸如由聲信號引起的壓力差，可移動膜振動。使用電容感測，膜位移轉(zhuǎn)換為電信號。
[0042]圖1a示出MEMS裝置100的頂視圖。后板或相對電極120和可移動電極或膜130經(jīng)由連接區(qū)115連接到基板110。圖1b和圖1c示出MEMS裝置100的一個連接區(qū)115的詳細透視圖。圖1b示出圖1a中截止區(qū)(cutout) 155的頂視圖，圖1c示出同一區(qū)的截面圖。后板或相對電極120布置于膜或可移動電極130上。后板120穿孔以避免或者減輕阻尼。膜130包括用于低頻壓力均衡的通風孔140。鑒于本文中討論的可調(diào)節(jié)通風孔，通風孔140為可選的，本文中討論的各種實施方式可包括或者不包括通風孔140。
[0043]在圖1a至圖1c的實施方式中，膜130機械地連接到連接區(qū)115中的基板110。在這些區(qū)115中，膜130無法移動。后板120也機械地連接到連接區(qū)115中的基板110?；?10形成邊122以為后體積提供空間。膜130和后板120連接到在邊122處或者接近邊122的基板。在本實施方式中，邊122和膜130形成圓?？蛇x地，邊122和膜130可包括正方形，或者可包括任何其他合適的幾何形狀。
[0044]一般地，設計和制造傳感器需要高信噪比(SNR)。除此以外，當待測量電容變化盡可能大時并且當寄生電容盡可能小時，這可得以實現(xiàn)。電容的寄生部分相對于總電容越大，SNR越小。
[0045]后體積的順應性(compliance)以及通過通風孔的通風路徑的阻抗定義傳感器的機械RC常數(shù)。如果通風孔大，或者如果使用多個孔，那么拐角頻率為較高的頻率，如果通風孔小，那么拐角頻率為較低的頻率。后體積以及通風孔的直徑和數(shù)目都通過構(gòu)造給出，因而拐角頻率通過構(gòu)造給出。因此，如果只設置固定通風孔，那么拐角頻率在操作期間無法改變。
[0046]固定大小通風孔的問題在于，即使應用電氣濾波器，頻率高于通風孔拐角頻率的高能信號也使傳感器變形或者過載(過度驅(qū)動)。此外，如果傳感器用于多于一個應用，那么兩個傳感器必須集成到一個傳感器系統(tǒng)中，這使系統(tǒng)成本翻倍。
[0047]本發(fā)明實施方式提供MEMS結(jié)構(gòu)中的可調(diào)諧通風開口。可調(diào)諧通風開口可在打開位置與關閉位置之間切換。可調(diào)諧通風孔也可設置在中間位置。本發(fā)明另一個實施方式提供可變通風開口截面。本發(fā)明實施方式提供在接近基板邊的感測區(qū)中的可調(diào)諧通風開口。又一實施方式提供在膜的感測區(qū)之外的調(diào)諧區(qū)中的可調(diào)諧通風開口。本發(fā)明另一個實施方式提供位于膜、后板、基板、支撐結(jié)構(gòu)、裝置外殼或者蓋中的被動地被致動的可調(diào)節(jié)通風開口。這些不同實施方式可單獨或者以任何組合實現(xiàn)。
[0048]圖2a至圖2c示出后板或相對電極250和膜或可移動電極230的截面圖，后板或相對電極250與膜或可移動電極230之間具有空氣間隙240。后板250穿孔252，并且膜230包括可調(diào)節(jié)通風開口 238。圖2d示出這個裝置的頂視圖，其中圓指示穿孔后板250、252，并且暗平面為底層膜230。在本實施方式中，可調(diào)節(jié)通風孔238的可移動部237形成為U形槽239。可調(diào)節(jié)通風開口 238可包括長方形、正方形或者半圓形?？蛇x地，可調(diào)節(jié)通風開口238可包括任何幾何形狀，只要形狀能夠提供通風路徑?？烧{(diào)節(jié)通風開口 238的可移動部237可為懸臂、橋或者彈簧支撐的結(jié)構(gòu)。
[0049]圖2a示出致動電壓(偏置電壓)Vbias=O的結(jié)構(gòu)?？烧{(diào)節(jié)通風開口 238關閉，在膜230中形成小槽239。無致動電壓提供了最小通風路徑，因而提供低閾值頻率。可調(diào)節(jié)通風開口 238在關閉或者OFF (非激活)位置。這樣的低閾值頻率的實例可看作圖2e中的頻率“A”。
[0050]圖2b示出致動電壓Vbias增加的結(jié)構(gòu)，即，與OV不同，但低于吸合電壓Vpull_in?？烧{(diào)節(jié)通風開口 238打開并且提供比在圖2a結(jié)構(gòu)中更大的通風路徑。閾值頻率可看作圖2e中的頻率“B”。應注意，當可移動部237的位移大于膜230的厚度時，可調(diào)節(jié)通風開口 238可提供相當大的通風路徑。
[0051]圖2c示出致動電壓Vbias大于吸合電壓Vpull_in的結(jié)構(gòu)。可調(diào)節(jié)通風開口 238完全打開，并且創(chuàng)建大通風路徑。閾值頻率可看作圖2e中的頻率“C”。通過調(diào)整致動電壓，RC常數(shù)可減少或者增加，并且可根據(jù)所需值設置閾值頻率。應注意，對于低于吸合電壓的致動電壓，可調(diào)節(jié)通風開口可能已經(jīng)完全打開。
[0052]現(xiàn)在參考圖2e，在一個實施方式中，閾值頻率“A”可約為10Hz-50Hz，并且可移動到作為閾值頻率“C”的約200Hz-500Hz?？蛇x地，“A”中的閾值頻率約為10Hz_20Hz，并且移動到“C”中約200Hz-300Hz。在另一個實施方式中，閾值頻率“A”將為ΙΟΗζ-ΙΟΟΗζ，并且改變?yōu)?“C” 中的 500Hz-2000Hz。
[0053]位置“A”中閾值頻率也可取決于可調(diào)節(jié)通風開口數(shù)目，以及槽在膜中形成的間隙距離。位置“A”中的閾值頻率對于具有較多可調(diào)節(jié)通風開口(例如，32個可調(diào)節(jié)通風開口)的MEMS結(jié)構(gòu)比對于具有較少可調(diào)節(jié)通風開口(例如，2個、4個或者8個可調(diào)節(jié)通風開口)的MEMS結(jié)構(gòu)更高。閾值頻域?qū)τ诰哂休^大槽間隙(較大槽寬度和/或較大槽長度)的MEMS結(jié)構(gòu)比對于具有較小槽間隙的MEMS結(jié)構(gòu)也更高，其中槽間隙限定可調(diào)節(jié)通風開口。
[0054]圖3a的實施方式示出致動電壓與感測偏壓相同的致動電壓(調(diào)諧或者切換電壓)的配置。MEMS結(jié)構(gòu)包括后板350上的單一電極、空氣間隙340和膜330。后板350的電極設置為致動電位，并且膜330設置為接地?？烧{(diào)節(jié)通風開口 338通過低致動電壓(OFF位置)關閉，并且通過高致動電壓(0N位置)打開。低致動電壓導致低拐角或閾值頻率以及MEMS結(jié)構(gòu)的低靈敏度，高致動電壓導致高拐角或閾值頻率以及高靈敏度。
[0055]圖3b的實施方式示出致動電壓(調(diào)諧或者切換電壓)與感測偏壓無關的配置。MEMS結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)化后板350 (例如，具有至少兩個電極的后板)、空氣間隙340和膜330。后板350的第二電極352設置為致動電位，第一電極351設置為感測電位。膜330設置為接地。兩個電極相互隔離。例如，后板350可包括結(jié)構(gòu)化電極和隔離支撐件355。隔離支撐件355可面向膜330，或者可背向膜330。調(diào)諧或者切換電壓不會影響MEMS結(jié)構(gòu)的靈敏度。
[0056]可調(diào)節(jié)通風開口 338通過低致動電壓(OFF位置)關閉，并且通過高致動電壓(0N位置)打開。低致動電壓導致低拐角或閾值頻率，高致動電壓導致高拐角或閾值頻率。感測偏壓與致動電壓無關，并且可保持恒定或者獨立地減小或者增大。
[0057]圖3c實施方式示出致動電壓與感測偏壓相同的致動電壓(調(diào)諧或者切換電壓)的配置。MEMS結(jié)構(gòu)包括后板350上的單一電極、空氣間隙340和膜330。可調(diào)節(jié)通風開口 338通過高致動電壓(0N位置)關閉，并且通過低致動電壓(OFF位置)打開。當激活時，可調(diào)節(jié)通風開口 338的可移動部337接觸后板350，當未激活時，可調(diào)節(jié)通風開口 338的可移動部337與膜的其余部分在同一平面。低致動電壓導致高拐角或閾值頻率以及MEMS結(jié)構(gòu)的低靈敏度，高致動電壓導致低拐角或閾值頻率以及MEMS結(jié)構(gòu)的高靈敏度。后板350包括通風開口 357，并且可調(diào)節(jié)通風開口 338的可移動部337包括通風開口 336。在可調(diào)節(jié)通風開口338的可移動部337中的通風開口 336在ON (或者激活)位置關閉。當可調(diào)節(jié)通風開口在ON (或者激活)位置時，存在通過可調(diào)節(jié)通風開口 338的較小通風路徑。
[0058]圖3d實施方式示出致動電壓與感測偏壓無關的致動電壓(調(diào)諧或者切換電壓)。該MEMS結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)化后板350(例如,后板可包括第一電極351和第二電極352)、空氣間隙340和膜330?？蛇x地,結(jié)構(gòu)化后板350可包括兩個以上電極。后板350的第二電極352設置為致動電位，并且第一電極351設置為感測電位。膜330設置為接地。第一電極351和第二電極352相互隔離。例如，后板350可包括結(jié)構(gòu)化電極和隔離支撐件355。隔離支撐件355可面向膜330，或者可背向膜330。調(diào)諧或者切換電壓不會影響MEMS結(jié)構(gòu)的靈敏度。
[0059]可調(diào)節(jié)通風開口通過高致動電壓(ON位置)關閉，并且通過低致動電壓(OFF位置)打開。低致動電壓(OFF位置)導致高拐角或者閾值頻率，并且高致動電壓(0N位置)導致低拐角或者閾值頻率。感測偏壓與致動電壓無關，并且可保持恒定或者獨立地減小或者增大。
[0060]后板350包括通風開口 357，并且可調(diào)節(jié)通風開口 338的可移動部337也包括通風開口 336。在可調(diào)節(jié)通風開口 338中的通風開口 336在ON位置關閉。當可調(diào)節(jié)通風開口338打開時，存在通過后板350的通風開口 357和可調(diào)節(jié)通風開口 338的通風開口 336的較小通風路徑。當可調(diào)節(jié)通風開口 338關閉或者在OFF位置時，存在通過后板350的通風開口 357和可調(diào)節(jié)通風開口 338的通風開口 336的通風路徑。
[0061]圖4a實施方式示出MEMS結(jié)構(gòu)400的截面圖。MEMS結(jié)構(gòu)包括基板410?；?10包括娃或者其他半導體材料。可選地，基板410包括化合物半導體,諸如,例如GaAs、InP>Si/Ge或者SiC。基板410可包括單晶硅、非晶硅或者多晶體硅(多晶硅)?；?10可包括有源組件，諸如晶體管、二極管、電容器、放大器、濾波器或者其他電氣裝置或者集成電路。MEMS結(jié)構(gòu)400可為獨立裝置，或者可與IC 一起集成到單個芯片中。
[0062]MEMS結(jié)構(gòu)400還包括設置于基板410上的第一絕緣層或間隔件420。絕緣層420可包括諸如二氧化娃、氮化娃或者它們組合的絕緣材料。
[0063]MEMS結(jié)構(gòu)400還包括膜430。膜430可為圓形膜或者正方形膜。可選地，膜430可包括其他幾何形狀。膜430可包括諸如多晶娃、摻雜多晶娃或者金屬的導電材料。膜430設置于絕緣層420上。膜430物理連接到基板410的接近基板410的邊的區(qū)域中。
[0064]此外，MEMS結(jié)構(gòu)400包括設置于膜430 —部分上的第二絕緣層或者間隔件440。第二絕緣層440可包括諸如二氧化硅、氮化硅或者它們組合的絕緣材料。
[0065]后板450布置于第二絕緣層或者間隔件440上。后板450可包括諸如多晶硅、摻雜多晶硅或者金屬(例如鋁)的導電材料。此外，后板450可包括絕緣支撐件或者絕緣層區(qū)。絕緣支撐件可布置為朝向膜430或者背向膜430。絕緣層材料可為氧化硅、氮化硅或者它們組合。后板450可被穿孔。
[0066]如上所述，膜430可包括至少一個可調(diào)節(jié)通風開口 460。可調(diào)節(jié)通風開口 460可包括可移動部465。在一個實施方式中，可調(diào)節(jié)通風開口 460位于接近基板410的邊的區(qū)域中。例如，可調(diào)節(jié)通風開口 460可位于膜430的半徑的外20%或者從中心點到正方形或者長方形的膜430邊緣的距離的外20%中。特別是，可調(diào)節(jié)通風開口 460可能不位于膜430的中心區(qū)域中。例如，可調(diào)節(jié)通風開口 460可不位于該半徑或者該距離的內(nèi)80%中?？烧{(diào)節(jié)通風開口 460可位于沿著膜430周邊相互等距的距離中。
[0067]圖4a的實施方式被配置為使得可調(diào)節(jié)通風開口 460朝向后板450打開。膜430和后板450可具有如圖2a至圖2d和圖3a至圖3d所述的構(gòu)造中任何一個。后板450設置為感測電壓和致動電壓Vp (如上所述，感測電壓和致動電壓可為相同或者不同)，膜430設置為接地，反之亦然。[0068]圖4b的實施方式的MEMS結(jié)構(gòu)400示出與圖4a的實施方式的MEMS結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)。然而，構(gòu)造不同，例如，可調(diào)節(jié)通風開口 460的可移動部465拉向基板410。后板設置為感測電壓Vsense,基板設置為致動電壓Vp，并且膜設置為接地。在MEMS結(jié)構(gòu)400的這個結(jié)構(gòu)中，致動電壓(調(diào)諧或者切換電壓)與感測電壓無關。
[0069]圖5a的實施方式示出MEMS結(jié)構(gòu)500的截面圖，圖5b示出MEMS結(jié)構(gòu)500的頂視圖，MEMS結(jié)構(gòu)500具有膜530，該膜530在基板510 —部分上延伸并且在感測區(qū)533外。MEMS結(jié)構(gòu)500包括基板510、連接區(qū)520、膜530和后板540，這些基板510、連接區(qū)520、膜530和后板540包括與關于圖4a的實施方式描述的相似的材料。膜530包括感測區(qū)533和調(diào)諧區(qū)536。感測區(qū)533位于基板510的相對邊之間或者相對的連接區(qū)520之間。調(diào)諧區(qū)536在基板510 —部分上延伸并且位于感測區(qū)533外。感測區(qū)533可位于連接區(qū)520的第一側(cè)上，并且調(diào)諧區(qū)536可位于連接區(qū)520的第二側(cè)上。凹部515 (在蝕刻下)形成于膜530與調(diào)諧區(qū)536中的基板510之間。后板540只上覆膜530的感測區(qū)533，而不是調(diào)諧區(qū)536。后板540可被穿孔。后板540設置為偏置電壓Vsense，基板510設置為調(diào)諧電壓Vp，并且膜設置為接地。在MEMS結(jié)構(gòu)500的這個配置中，調(diào)諧電壓與感測電壓無關。
[0070]膜530的調(diào)諧區(qū)536包括至少一個可調(diào)節(jié)通風開口 538，該至少一個可調(diào)節(jié)通風開口 538在非被致動位置(OFF位置)提供通風路徑并且在被致動位置(0N位置)不提供通風路徑。非被致動或者打開位置(OFF位置)為可調(diào)節(jié)通風開口 538與在膜530的其余位置中的感測區(qū)533中的膜530在同一平面上的位置。被致動或者關閉位置(0N位置)為可調(diào)節(jié)通風開口 538抵著基板510按壓且通風路徑阻斷的位置。通過將可調(diào)節(jié)通風開口 538拉向基板510，但是可調(diào)節(jié)通風開口 538不抵著基板510按壓，可設置中間位置。應注意，感測區(qū)533可包括或者不包括可調(diào)節(jié)通風開口 538。
[0071]圖6a和圖6b的實施方式示出MEMS結(jié)構(gòu)600的截面圖，MEMS結(jié)構(gòu)600具有膜630，該膜630在感測區(qū)633外的基板610 —部分上延伸。MEMS結(jié)構(gòu)600包括基板610、連接區(qū)620、膜630和后板640，這些基板610、連接區(qū)620、膜630和后板640包括與關于圖4a的實施方式描述的相似的材料。膜630包括感測區(qū)633和調(diào)諧區(qū)636。感測區(qū)633位于基板610的相對邊之間或者相對的連接區(qū)620之間。調(diào)諧區(qū)636在基板610 —部分上延伸并且位于感測區(qū)633外。感測區(qū)633可位于連接區(qū)620的第一側(cè)上，調(diào)諧區(qū)636可位于連接區(qū)620的第二側(cè)上。凹部615形成于膜630與調(diào)諧區(qū)636中的基板610之間。
[0072]后板640上覆膜630的感測區(qū)633和調(diào)諧區(qū)636。后板640可在感測區(qū)633和調(diào)諧區(qū)中芽孔?？蛇x地，后板640可在感測區(qū)633而不是在調(diào)諧區(qū)636中芽孔。后板640包括第一電極641和第二電極642?？蛇x地,后板640包括多于兩個電極。第一電極641與第二電極642隔離。第一電極641設置于感測區(qū)633中，第二電極642設置于調(diào)諧區(qū)636中。第一電極641設置為偏置電壓Vsense，第二電極642設置為調(diào)諧電壓Vp。膜630設置為接地。在MEMS結(jié)構(gòu)600的這個構(gòu)造中，調(diào)諧電壓與感測電壓無關。
[0073]膜630的調(diào)諧區(qū)636包括一個以上可調(diào)節(jié)通風開口 638，該一個以上可調(diào)節(jié)通風開口 638在圖6a的非被致動位置(OFF位置)提供通風路徑并且在圖6b的被致動位置(ON位置)不提供通風路徑。打開位置或者非被致動位置(OFF位置)為可調(diào)節(jié)通風開口 638與在膜630的其余位置的感測區(qū)633中的膜630在同一平面上的位置。關閉位置或者被致動位置(0N位置)為可調(diào)節(jié)通風開口 638抵著后板640按壓且通風路徑阻斷的位置。當其不在被致動位置(OFF位置)時，MEMS結(jié)構(gòu)600提供通風路徑和高拐角頻率。當其在被致動位置(ON位置)時，MEMS結(jié)構(gòu)600提供關閉通風路徑和低拐角頻率。通過將可調(diào)節(jié)通風開口638拉向后板640，但是可調(diào)節(jié)通風開口 638不抵著后板640按壓，可設置中間位置。應注意，感測區(qū)633可包括或者不包括可調(diào)節(jié)通風開口 638。
[0074]后板640包括通風開口 639，并且膜630包括在調(diào)諧區(qū)636中的可調(diào)節(jié)通風開口638。在一個實施方式中，通風開口 639和可調(diào)節(jié)通風開口 638相對于彼此反向?qū)省?br> [0075]圖7a和圖7b的實施方式示出MEMS結(jié)構(gòu)700的截面圖，圖7c示出MEMS結(jié)構(gòu)700的頂視圖，MEMS結(jié)構(gòu)700具有膜730，該膜730在基板710 —部分上延伸并且在感測區(qū)733夕卜。MEMS結(jié)構(gòu)700包括基板710、連接區(qū)720、膜730和后板740，這些基板710、連接區(qū)720、膜730和后板740包括與關于圖4a的實施方式描述的相似的材料。后板740可包括感測后板(例如，圓形或者長方形)741和后板橋742。
[0076]膜730包括感測區(qū)733和調(diào)諧區(qū)736。感測區(qū)733位于基板710的相對邊之間或者相對的連接區(qū)720之間。調(diào)諧區(qū)736在基板710 —部分上延伸并且位于感測區(qū)733外。感測區(qū)733可位于連接區(qū)720的第一側(cè)上，調(diào)諧區(qū)736可位于連接區(qū)720的第二側(cè)上。凹部715 (在蝕刻下)形成于膜730與調(diào)諧區(qū)736中的基板710之間。膜730包括由槽735形成的可調(diào)節(jié)通風開口 738。槽735形成可調(diào)節(jié)通風開口 738的如圖2a至圖2c所述的可移動部。
[0077]后板740上覆膜730的感測區(qū)733和調(diào)諧區(qū)736。例如，感測后板741(第一電極)上覆感測區(qū)733，后板橋742 (第二電極)上覆調(diào)諧區(qū)736?？蛇x地，后板740包括多于兩個電極。第一電極741與第二電極742隔離。第一電極741設置為偏置電壓Vsense,第二電極742設置為調(diào)諧電壓\。膜730設置為接地。在MEMS結(jié)構(gòu)700的這個構(gòu)造中，調(diào)諧電壓與感測電壓無關。后板740可在感測區(qū)733和調(diào)諧區(qū)736中芽孔?？蛇x地，后板740可在感測區(qū)733而不是在調(diào)諧區(qū)736中穿孔。后板橋742包括通風開口 749。
[0078]膜730的調(diào)諧區(qū)736包括一個以上可調(diào)節(jié)通風開口 738，該一個以上可調(diào)節(jié)通風開口 738在圖7b的被致動位置(ON位置)提供通風路徑并且在圖7a的非被致動位置(OFF位置)提供較小通風路徑。關閉或者非被致動位置(OFF位置)為可調(diào)節(jié)通風開口 738與在膜730的其余位置的感測區(qū)733中的膜730在同一平面上的位置。打開或者被致動位置(0N位置)為可調(diào)節(jié)通風開口 738抵著后板740按壓且通風路徑打開的位置。當其在被致動位置(0N位置)時，MEMS結(jié)構(gòu)700提供通風路徑和高拐角頻率。當其在非被致動位置(OFF位置)時，MEMS結(jié)構(gòu)700提供關閉通風路徑和低拐角頻率。通過將可調(diào)節(jié)通風開口 738拉向后板740，但是可調(diào)節(jié)通風開口 738不抵著后板740按壓，可設置中間位置。應注意，感測區(qū)733可包括或者不包括可調(diào)節(jié)通風開口 738。
[0079]圖8a示出操作MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式。在第一步驟810中，通過相對于后板移動膜來感測聲信號。可調(diào)節(jié)通風開口在關閉位置。在下一個步驟812中，檢測高能信號。可調(diào)節(jié)通風開口從關閉位置移動到打開位置，814。打開位置可為完全打開位置或者部分打開位置。
[0080]圖8b示出操作MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式。在第一步驟820中，通過相對于后板移動膜來感測聲信號?？烧{(diào)節(jié)通風開口在被致動(ON)關閉位置。在下一個步驟822中，檢測高能信號?？烧{(diào)節(jié)通風開口從被致動(ON)關閉位置移動到非被致動(OFF)打開位置，824。打開位置可為完全打開位置或者部分打開位置。
[0081]圖8c示出操作MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式。在第一步驟830中，MEMS結(jié)構(gòu)在第一應用設置中通過相對于后板移動膜來感測聲信號?？烧{(diào)節(jié)通風開口在關閉位置。在第二步驟832中，MEMS結(jié)構(gòu)在第二應用設置中通過相對于后板移動膜來感測聲信號?？烧{(diào)節(jié)通風開口從關閉位置移動到打開位置。打開位置可為完全打開位置或者部分打開位置。
[0082]圖8d示出操作MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式。在第一步驟840中，MEMS結(jié)構(gòu)在第一應用設置中，通過相對于后板移動膜來感測聲信號?？烧{(diào)節(jié)通風開口在打開位置。在第二步驟842中，MEMS結(jié)構(gòu)在第二應用設置中，通過相對于后板移動膜來感測聲信號?？烧{(diào)節(jié)通風開口從打開位置移動到關閉位置。打開位置可為完全打開位置或者部分打開位置。
[0083]又一實施方式涉及被動地被致動的可調(diào)節(jié)通風開口。因為它不接收任何控制輸入，所以可調(diào)節(jié)通風開口為被動式?？烧{(diào)節(jié)通風開口可通過作用于它上的壓力差來被機械地致動。
[0084]圖9a和圖9b示出MEMS結(jié)構(gòu)900的實施方式，MEMS結(jié)構(gòu)900具有在膜上的被動地被致動的可調(diào)節(jié)通風開口。圖9a示出MEMS結(jié)構(gòu)900的截面圖，MEMS結(jié)構(gòu)900包括膜901、后板902和通風開口 903。后板902穿孔有后板穿孔912。后板902和膜901通過間隙距離904分開。間隙距離的范圍可從0.5μπι到5μπι。在一個實施方式中，間隙距離約為2 μ m。
[0085]在本實施方式中，通風開口 903位于膜901中。正如下文將要討論，其他位置也可行。開口 903由柔性結(jié)構(gòu)913形成，柔性結(jié)構(gòu)913被配置為當通過力或者壓力差作用時偏轉(zhuǎn)。作為典型MEMS麥克風，膜901將由壓力A表征的第一空間905與由壓力B表征的第二空間906分開。
[0086]在典型MEMS麥克風的操作中，壓力A與B之間的差引起膜偏轉(zhuǎn)。從跨膜901和后板902的變化電壓來感測偏轉(zhuǎn)，膜901和后板902用作電容器平板。在本發(fā)明實施方式中，空間905和906中的壓力A與B之間的差引起柔性結(jié)構(gòu)913機械地致動。無需來自控制機構(gòu)的輸入。柔性結(jié)構(gòu)913可由機械剛度表征，機械剛度判定什么壓力差會引起不同的致動電平。
[0087]柔性結(jié)構(gòu)913的實施方式可具有不同機械幾何形狀、長度、寬度、厚度或者材料，它們均被調(diào)整以選擇機械剛度值。此外，通風開口 903的幾何形狀，包括柔性結(jié)構(gòu)913的長度和寬度，強烈地影響流過開口的流體量。流過開口的流體量影響空間905與906之間壓力差可多么迅速地減小。
[0088]圖9b示出MEMS結(jié)構(gòu)900的實施方式的頂視圖，其中可調(diào)節(jié)通風開口 903位于后板窗口 922下(或者上)。后板窗口 922位于后板902的外邊緣附近,類似于圖1a和圖1b所示實施方式。
[0089]關于具有被動地被致動的可調(diào)節(jié)通風開口的MEMS結(jié)構(gòu)的實施方式，可解決至少兩個特定類別的問題。這些為與低頻噪聲有關的問題和與損害高壓事件有關的問題。雖然固定通風開口可防止損害膜，但是由于限制帶寬，降低了麥克風的靈敏度。被動式可調(diào)節(jié)通風開口提供更高帶寬，以及防止損害高壓事件的保護。相對于這兩類問題的被動式可調(diào)節(jié)通風開口的行為可在三種情況下描述。
[0090]情況I涉及中壓或者低壓低頻信號(例如，至約120dB SPL)。如上所述，具有等效時間常數(shù)的通風槽用作具有拐角頻率的高通濾波器。對于情況1，非可調(diào)節(jié)通風槽提供高于低頻信號的拐角頻率。對于被動式可調(diào)節(jié)通風開口，情況I中信號的相對低壓不會引起通風開口打開。再次參考圖9a實施方式，幾乎沒有空間905與空間906之間的壓力的減少。低頻信號可利用全帶寬來感測。
[0091]情況2涉及低頻噪聲。通常，在典型情況下可遇到低頻處的較高壓信號(例如，約120dB與140dB之間具有低于約IOOHz的頻率的噪聲)。當走過立體聲系統(tǒng)時，當在可變換或者低頻音樂中駕駛時，這種類型噪聲實例可為風噪。然而，在這些情況下，通過MEMS麥克風的更高頻率信號(例如，常規(guī)講話)的同時檢測是所需的。在這種情況下，被動式可調(diào)節(jié)通風開口將通過低頻高壓噪聲來自我調(diào)節(jié)?？臻g905與906之間的高壓力差將引起通風開口打開并且減少壓力差。較高頻率較低壓力信號仍將激勵膜，并且允許通過具有降低信噪比的MEMS麥克風來感測信號。
[0092]情況3涉及極端過壓損害信號。這是當麥克風丟棄或者到膜的路徑受到機械撞擊引起大壓力通量接近和影響膜時(例如，當人在麥克風輸入上彈擊手指時)的情況。由于引起膜破裂或者斷裂，所以這些極端信號可引起麥克風出現(xiàn)故障。固定通風孔可用于保護麥克風不受極端過壓影響。然而，孔越大(因而免受較大沖擊的保護越好)，由通風孔引起的高通濾波器的拐角頻率越高。以此方式，以減少帶寬為代價進行更好保護。
[0093]對于被動式可調(diào)節(jié)通風開口，情況3的極端過壓事件引起通風開口根據(jù)壓力差本身自我致動，并且打開以減少空間905與空間906之間的壓力。情況I中可以看出，對于常規(guī)壓力信號，開口不致動。因此，麥克風受到保護不受極端過壓事件損害的影響，但保持感測低頻信號所需的大帶寬。必須強調(diào)，在無需任何控制機構(gòu)的情況下，被動式可調(diào)節(jié)通風開口可解決情況I至情況3中所示的問題。
[0094]被動式通風開口(或者多個開口)可為僅設置于膜中的開口?？蛇x地，也可包括固定開口(例如，小孔)。在另一個替代性實施方式中，可包括被致動開口以及被動式開口。例如，被致動開口可用于調(diào)諧拐角頻率，而被動式開口旨在防止損害(例如，情況3)。也應當理解，三個類型都可用于同一裝置中。
[0095]圖1Oa和圖1Ob示出本發(fā)明實施方式的機械響應。圖1Oa示出當跨通風開口的壓力差增加時拐角頻率隨被動式通風開口的末端偏轉(zhuǎn)1002的偏移1001。前面在圖2e中描述了拐角頻率偏移。
[0096]圖1Ob示出由懸臂1011組成的被動式可調(diào)節(jié)通風開口 1010的實施方式。懸臂1011示出在由具有壓力A的空間1012與具有壓力B的空間1013之間的壓力差引起的偏轉(zhuǎn)中。在圖1Ob的特定實施方式中，懸臂1011的長度可為70 μ m，懸臂1011的寬度可為20 μ m。在其他實施方式中，懸臂1011的長度范圍可從ΙΟμπι到500 μ m，懸臂1011的寬度范圍可從5 μ m到100 μ m。在另一個實施方式中，每個通風開口的懸臂數(shù)范圍也可從I到許多。
[0097]圖1la至圖1lf示出可調(diào)節(jié)通風開口的各種實施方式。圖1la示出包括正方形柔性結(jié)構(gòu)1101的可調(diào)節(jié)通風開口 1110的實施方式。柔性結(jié)構(gòu)1101包括長度1102、寬度1103和開口間隙1104。在各種實施方式中，長寬比范圍可從約1:1到約10:1。開口間隙1104通常在約0.5 μ m與5 μ m之間。
[0098]圖1lb示出在開口間隙1104端部處具有小開口 1125的可調(diào)節(jié)通風開口 1120的實施方式。在柔性結(jié)構(gòu)1101角部處的這些小開口 1125可用作固定通風孔，或者可被配置為影響柔性結(jié)構(gòu)1101的機械剛度。在實施方式中，小開口 1125也旨在減小開槽應力。
[0099]圖1lc示出具有圓角柔性結(jié)構(gòu)1101和開口間隙1104的可調(diào)節(jié)通風開口 1130的實施方式，開口間隙1104將片狀物1101與膜其余部分分開。柔性結(jié)構(gòu)1101的形狀影響通過開口的氣流動力學。該形狀會改變在柔性結(jié)構(gòu)(小位移)1101的最初開口中和在柔性結(jié)構(gòu)(大位移)1101的更大開口中的流速。因此，該形狀直接影響多么迅速地進行壓力差減小。除圓形或者正方形形狀外，可使用任何其他合理結(jié)構(gòu)(例如，三角形、鋸齒形或者其他多邊形)。
[0100]圖1ld示出在開口間隙1104端部處具有弧形開口 1145的可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式。弧形開口可用于從懸臂基座釋放開槽應力的目的。
[0101]圖lie示出具有相互纏結(jié)柔性結(jié)構(gòu)1101的可調(diào)節(jié)通風開口 1150的實施方式，該柔性結(jié)構(gòu)1101包括蛇形開口間隙1104。這個結(jié)構(gòu)可提供增大的氣流，同時維持柔性結(jié)構(gòu)1101的較高機械剛度。
[0102]圖1lf示出具有分開開口間隙1104的兩個柔性結(jié)構(gòu)1101彼此相鄰放置的可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式。另外槽1105包括以增加通風和增加對結(jié)構(gòu)的柔性。槽1105減少可調(diào)節(jié)通風開口 1160的剛度，并且使得整個結(jié)構(gòu)進一步移位。結(jié)構(gòu)1101可具有不同大小或者相同大小的開口間隙1104。結(jié)構(gòu)1101可具有相同或者不同的寬度1103或者長度1102。可調(diào)節(jié)通風開口 1160可包括整個膜，或者該開口可包括更大膜的一小部分。將選擇參數(shù)以改善可調(diào)節(jié)通風開口和麥克風的功能。
[0103]圖1la至圖1lf中的實施方式旨在示出可調(diào)節(jié)通風開口可在包括各種幾何形狀和尺寸的許多實施方式中實現(xiàn)。這些不同實施方式中一個以上可一起使用。此外，應當注意，可使用這些結(jié)構(gòu)中的任何材料。在各種實施方式中，可調(diào)節(jié)通風開口包括波紋狀表面和/或防粘機構(gòu)，諸如凸塊和/或涂層。
[0104]在其他實施方式中，可調(diào)節(jié)通風開口包括比可調(diào)節(jié)通風開口為其一部分的結(jié)構(gòu)更薄或者更厚的材料。為了增加(通過更厚機械結(jié)構(gòu))或者減少(通過更薄機械結(jié)構(gòu))可調(diào)節(jié)通風開口的機械剛度，柔性結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)厚度可改變。在包括膜上的可調(diào)節(jié)通風開口的實施方式中，使用在MEMS或者微電子裝置制造中常用的技術，可對結(jié)構(gòu)進行微加工。在制造工藝期間，柔性結(jié)構(gòu)可被選擇性蝕刻(例如，通過使用光致抗蝕劑以保護其他區(qū)域)以制造更薄機械結(jié)構(gòu)。可選地，柔性結(jié)構(gòu)可具有沉積于它上的另外的材料，或者膜的周圍結(jié)構(gòu)材料可比柔性結(jié)構(gòu)本身蝕刻更多。在這些實施方式的任何一個中，柔性結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層厚度有效改變以產(chǎn)生不同機械剛度值和提高的可調(diào)節(jié)通風開口性能。
[0105]實施方式可包括多個可調(diào)節(jié)通風開口。包括多于一個可調(diào)節(jié)通風開口是有意義的，因為高通濾波器的拐角頻率隨可調(diào)節(jié)通風開口數(shù)目而線性變化。此外，包括多個通風孔降低發(fā)生故障風險(例如，由于污垢阻礙單個通風孔引起)。
[0106]圖12和圖13a至圖13d示出具有不同被動式可調(diào)節(jié)通風開口構(gòu)造的本發(fā)明各種實施方式。再次，這些不同實施方式的特征可組合。
[0107]圖12示出在裝置外殼中具有封裝MEMS麥克風1200的實施方式。裝置外殼包括支撐結(jié)構(gòu)1202和蓋結(jié)構(gòu)1203。例如，支撐結(jié)構(gòu)1202可由層疊體形成，諸如印刷電路板。支撐結(jié)構(gòu)1202可包括在內(nèi)表面上的電接觸件以連接到外殼內(nèi)組件，例如，MEMS1201和ASIC(專用集成電路)1204。這些接觸可通過支撐結(jié)構(gòu)1202鋪線以外部接入。[0108]蓋1203可用于封閉裝置1200的組件。在所示實施方式中，蓋1203在后板1221上留有空氣空間。由于后板1221中的孔，在與膜1211正上方的空間相同的壓力下的這個空氣空隙提供判定壓力差的壓力之一。蓋1203可由金屬、塑料或者層疊材料以及適合蓋結(jié)構(gòu)的任何其他材料制成。
[0109]MEMS結(jié)構(gòu)1201連接到支撐結(jié)構(gòu)1202。如上所述，MEMS結(jié)構(gòu)包括膜1211和后板1221。聲音端口 1207提供通過支撐結(jié)構(gòu)1202到膜1211的壓力波(例如，聲音信號)路徑。
[0110]感測電子塊1204也連接到支撐結(jié)構(gòu)1202。感測電子塊1204連接到MEMS結(jié)構(gòu)1201。感測電子塊1204被配置為感測跨膜1211和后板1221的變化電壓。入射于膜上的聲音信號引起膜偏轉(zhuǎn)。將所得的膜1211與后板1221分開的間隙距離的變化通過跨這兩個元件的變化電壓來反映。感測電子塊1204處理這個變化電壓信號以提供輸出信號，該輸出信號包括入射聲波的音頻信息。
[0111]在圖12的特定實施方式中，膜1211包括可調(diào)節(jié)通風開口 1208。膜1211將具有壓力A的空間1205與具有壓力B的空間1206分開。在一個實施方式中，可調(diào)節(jié)通風開口1208包括懸臂。由于A與B的大壓力差，可調(diào)節(jié)通風開口 1208機械地被致動以在空間1205與1206之間偏轉(zhuǎn)，反之亦然。對于在MEMS結(jié)構(gòu)1201的感測范圍中的壓力信號，可調(diào)節(jié)通風開口 1208將偏轉(zhuǎn)很少或者沒有。
[0112]在各種實施方式中，MEMS結(jié)構(gòu)1201可包括基板。在各種實施方式中，基板可為支撐結(jié)構(gòu)1202或者單獨基板。在其他實施方式中，支撐結(jié)構(gòu)可為印刷電路板(PCB)或者作為裝置外殼一部分的塑料或者層疊結(jié)構(gòu)。
[0113]在其他實施方式中，聲音端口 1207可提供在與后板1221相對的側(cè)上接入空間1205中的膜1211，或者聲音端口 1207可提供在與后板1221相同的側(cè)(例如，通過蓋結(jié)構(gòu)1203)上接入空間1206中的膜1211。在所述特定實施方式中，空間1205將封閉，并且支撐結(jié)構(gòu)1202中的聲音端口 1207將不存在。
[0114]迄今為止討論的實施方式包括在膜中的可調(diào)節(jié)通風開口。這只是一個可行位置。關于圖13a至圖13d所描述的，通風開口可位于裝置的其他部分中。
[0115]圖13a示出可調(diào)節(jié)通風開口 1208并入到支撐結(jié)構(gòu)1202中的本發(fā)明實施方式。在這種情況下，可調(diào)節(jié)通風開口 1208將通過空間1205與空間1206之間壓力差來致動。雖然MEMS結(jié)構(gòu)1201中的膜1211可能不提供任何通風開口，但是支撐結(jié)構(gòu)1202中的可調(diào)節(jié)通風開口 1208將提供減少解決上述三個情況問題所需的壓力。如果需要，那么作為支撐結(jié)構(gòu)1202 一部分，可將可調(diào)節(jié)通風開口 1208實現(xiàn)為比在其作為膜1211 —部分的情況下更大。孔大小范圍可從0.1mm到1mm，并且截面形狀可變化(例如，圓形、長方形、正方形)。
[0116]圖13b示出具有裝置外殼1200的本發(fā)明實施方式，其中可調(diào)節(jié)通風開口 1208并入到蓋結(jié)構(gòu)1203中。與圖13a相似，可調(diào)節(jié)通風開口 1208提供減少空間1205與空間1206之間的壓力。位于蓋結(jié)構(gòu)1203中的可調(diào)節(jié)通風開口 1208可有許多尺寸和結(jié)構(gòu)。使開口1208位于蓋結(jié)構(gòu)1203中有利于在裝置外殼1200頂部處方便接入。
[0117]圖13c示出通過MEMS結(jié)構(gòu)1201的截面的本發(fā)明實施方式。MEMS結(jié)構(gòu)1201包括后板1221、膜1211、間隔層1209和支撐結(jié)構(gòu)1202。在實施方式中，可調(diào)節(jié)通風開口 1208并入于后板1221上。后板1221也包括后板穿孔1210。膜1211將具有壓力A的空間1205與具有壓力B的空間1206分開。可調(diào)節(jié)通風開口 1208可提供從空間1205中A到空間1206中B的壓力差路線(route)，以在壓力差大的情況下減少壓力差。通過上述三個情況來描述被動式可調(diào)節(jié)通風開口 1208的行為。在典型感測中，被動式可調(diào)節(jié)通風開口 1208將保持關閉。間隔層1209可包括任何材料。在一些實施方式中，間隔層1209可為硅、氧化物、聚合物或者某合成物。在實施方式中，支撐結(jié)構(gòu)1202包括基板。在另一個實施方式中，支撐結(jié)構(gòu)1202包括印刷電路板(PCB)。在又一實施方式中，支撐結(jié)構(gòu)1202包括塑料或者層疊材料。
[0118]圖13d示出包括外殼1230的本發(fā)明實施方式。外殼1230包括裝置外殼1200、聲音端口 1207、壓力旁路端口 1237和可調(diào)節(jié)通風開口 1238。裝置外殼包括MEMS結(jié)構(gòu)1201、支撐結(jié)構(gòu)1202、蓋結(jié)構(gòu)1203和感測電子塊1204。MEMS結(jié)構(gòu)1201包括后板1221和膜1211。膜將具有壓力A的空間1205與具有壓力B的空間1206分開?？烧{(diào)節(jié)通風開口 1238將空間1205與具有壓力C的空間1236分開。壓力旁路端口 1237和可調(diào)節(jié)通風開口 1238的組合為輸入空間1205中聲音端口 1207的信號的路線提供空間1205中A與空間1206中B或者空間1236中C之間的大壓力差，以減小到空間1236。本實施方式證實，可調(diào)節(jié)通風開口無需并入到裝置或者MEMS結(jié)構(gòu)中，而在各種應用中可有效用作外殼的一部分。
[0119]圖14a和圖14b示出包括MEMS結(jié)構(gòu)1400的可選實施方式。圖14a示出結(jié)構(gòu)1400的頂視圖，該結(jié)構(gòu)1400包括由圍繞圓周的彈簧支撐的膜1401。彈簧包括膜1401，其中槽1402從選擇部分移除。如圖所示，懸臂由彈簧狀間隙包圍，使得間隙的至少兩個部分與懸臂的區(qū)域(在這種情況下，各側(cè))相鄰。雖然槽示出為通過正方形角部連接，但是這些角部或可為圓角。
[0120]圖14b示出當通風孔在打開位置時從圖14a中的截面14b截取的截面圖。膜1401將具有壓力A的空間1406與具有壓力B的空間1407分開。槽1402的寬度由開口間隙1404給定。膜1401連接到基板1405。在圖14b中，膜示出在空間1406中的壓力A比空間1407中的壓力B大得多的大位移中。在這種高壓力差的情況下，膜1401偏轉(zhuǎn)比膜厚度更多，極大地增加通風。
[0121]圖12、圖13a至圖13d和圖14a至圖14b意圖明確地在一些實施方式中證實本發(fā)明，可調(diào)節(jié)通風開口可并入到MEMS結(jié)構(gòu)、裝置外殼、封裝體、基板或者整個系統(tǒng)任何部分的任一部分中。在這些實例中，可調(diào)節(jié)通風開口將與膜接觸的第一空間與通常與膜的相對側(cè)接觸的第二空間分開。然而，第二空間無需與膜的相對側(cè)接觸。
[0122]本領域技術人員應當理解，為了上述三個情況中的更好性能，可調(diào)節(jié)通風開口通常將包括多個可調(diào)節(jié)通風開口。因此，本發(fā)明的特定實施方式將包括多個可調(diào)節(jié)通風開口，這多個可調(diào)節(jié)通風開口包括在上述結(jié)構(gòu)的任何一個中或者在上述結(jié)構(gòu)的任何組合中(例如，膜、后板、基板、支撐結(jié)構(gòu)、蓋結(jié)構(gòu)、外殼、封裝體等)。
[0123]雖然已經(jīng)詳細描述本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應當理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，在本文中可作出各種修改、替換和變形。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS結(jié)構(gòu)，包括: 后板； 與所述后板間隔間隙距離的膜；以及 可調(diào)節(jié)通風開口，被配置為減少接觸所述膜的第一側(cè)的第一空間與接觸所述膜的相對的第二側(cè)的第二空間之間的壓力差，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口根據(jù)所述第一空間與所述第二空間之間的壓力差而被被動地致動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口位于所述膜上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口位于所述膜上在邊緣附近且與后板窗口相鄰的區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口比所述膜的其他部分更薄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口位于所述后板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述后板機械地連接到基板，并且所述可調(diào)節(jié)通風開口位于所述基板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述后板機械地連接到基板，并且所述基板機械地連接到支撐結(jié)構(gòu)，所述可調(diào)節(jié)通風開口位于所述支撐結(jié)構(gòu)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述第一空間封閉在裝置外殼內(nèi)，并且所述可調(diào)節(jié)通風開口位于所述裝置外殼上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的`MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口包括懸臂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口為多個可調(diào)節(jié)通風開口中一個。
11.一種MEMS結(jié)構(gòu)，包括: 后板； 與所述后板間隔間隙距離的膜；以及 可調(diào)節(jié)通風開口，包括在所述膜上的懸臂，所述可調(diào)節(jié)通風開口被配置為減少接觸所述膜的第一空間與接觸所述膜的相對側(cè)的第二空間之間的壓力差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口根據(jù)所述第一空間與所述第二空間之間的壓力差而被被動地致動。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述懸臂包括末端，所述末端從所述膜的平面偏離了大于所述間隙距離的四倍的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述間隙距離小于3μπι。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述懸臂具有10μ m與150 μ m之間的長度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述懸臂的長度與所述間隙距離之比大于3。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述懸臂位于所述膜上在邊緣附近且與后板窗口相鄰的區(qū)域中。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述懸臂比所述膜的其他部分更薄。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述懸臂通過U形間隙與所述膜的剩余部分分開。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口包括正方形柔性結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述U形間隙包括延伸遠離所述間隙的頂部的開口部。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口包括在所述間隙的頂部上的弧形開口。
23.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口包括通過蛇形開口間隙分開的相互纏結(jié)的柔性結(jié)構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口包括兩個柔性結(jié)構(gòu)，每個柔性結(jié)構(gòu)通過U形間隙與所述膜的剩余部分分開，其中，所述兩個柔性結(jié)構(gòu)沿相反方向延伸。
25.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS結(jié)構(gòu)，其中，所述懸臂被彈簧狀間隙包圍，使得所述間隙的至少兩個部分與所述懸臂的區(qū)域相鄰。
26.—種MEMS裝置，包括: MEMS結(jié)構(gòu)，包括后板以及與所述后板間隔間隙距離的膜； 外殼，封閉所述MEMS結(jié)構(gòu)； 聲音端口，聲學耦合到所述膜；以及 在所述外殼中的可調(diào)節(jié)通風開口，所述可調(diào)節(jié)通風開口被配置為減少接觸所述膜的第一空間與第二空間之間的壓力差。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口根據(jù)所述第一空間與所述第二空間之間的壓力差而被被動地致動。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述可調(diào)節(jié)通風開口包括懸臂。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述外殼包括蓋，并且所述可調(diào)節(jié)通風開口在所述蓋中。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述外殼包括基板，并且所述可調(diào)節(jié)通風開口在所述基板中。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述外殼包括印刷電路板，并且所述可調(diào)節(jié)通風開口在所述印刷電路板中。
【文檔編號】H04R1/08GK103517169SQ201310251221
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】阿爾方斯·德赫, 沃爾夫?qū)じダ镌? 斯特凡·巴澤恩, 馬蒂亞斯·弗里德里克·赫爾曼, 沃爾夫?qū)た巳R因, 烏爾里?！た唆斈坟愐? 馬丁·烏策 申請人:英飛凌科技股份有限公司