Mems麥克風的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種MEMS麥克風，包括具有背腔的基底以及設于基底上的電容系統(tǒng)，電容系統(tǒng)包括背板以及與背板相對且分別設置在背板兩側的第一振膜和第二振膜,所述第一振膜和第二振膜與背板分隔一定距離并分別形成第一絕緣間隙和第二絕緣間隙。該MEMS麥克風還包括分別位于第一絕緣間隙和第二絕緣間隙內的至少一個第一絕緣支撐件和第二絕緣支撐件，MEMS麥克風通電工作時，第一絕緣支撐件或第二絕緣支撐件分別將第一振膜和第二振膜分成了至少兩個振動單元，這些振動單元均與背板形成電容，進而提高了MEMS麥克風的整體靈敏度和信噪比，同時這種結構的MEMS麥克風還兼具高聲壓保護功能，制作工藝不僅簡單，而且生產成本低廉。
【專利說明】MEMS麥克風
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種麥克風，尤其涉及一種MEMS麥克風。
【【背景技術】】
[0002]MEMS麥克風是一種用微機械加工技術制作出來的電能換聲器，其具有體積小、頻響特性好、噪聲低等特點。隨著電子設備的小巧化、薄型化發(fā)展，MEMS麥克風被越來越廣泛地運用到這些設備上。
[0003]相關技術中的MEMS麥克風包括硅基底以及由振膜和背板組成的平板電容，振膜與背板相對并相隔一定距離。振膜在聲波的作用下產生振動，導致振膜和背板之間的距離發(fā)生變化，導致平板電容的電容發(fā)生改變，從而將聲波信號轉化為了電信號。但是這種MEMS麥克風的靈敏度和信噪比會隨著其振膜和背板面積的擴大而降低，而且當振膜在高聲壓環(huán)境下工作時，也比較容易損壞。此外，制作工藝也比較復雜，生產成本也比較高。
[0004]因此，有必要提供一種新型的MEMS麥克風。
【
【發(fā)明內容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有高靈敏度和信噪比、同時具有高聲壓保護的MEMS麥克風。
[0006]本發(fā)明的技術方 案如下:一種MEMS麥克風，包括具有背腔的基底以及設于所述基底上的電容系統(tǒng)，所述電容系統(tǒng)包括背板以及與所述背板相對且分別設置在所述背板兩側的第一振膜和第二振膜，所述第一振膜和第二振膜與背板分隔一定距離并分別形成第一絕緣間隙和第二絕緣間隙，該MEMS麥克風還包括分別位于所述第一絕緣間隙和第二絕緣間隙內的至少一個第一絕緣支撐件和第二絕緣支撐件，所述第一絕緣支撐件與所述第一振膜或背板相連，所述第二絕緣支撐件與所述第二振膜或背板相連；
[0007]在該MEMS麥克風未通電工作時,所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜相隔一定距離，所述第二絕緣支撐件與所述背板或第二振膜相隔一定距離；
[0008]在該MEMS麥克風通電工作時，所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜抵接，從而將所述第一振膜分為至少兩個振動單元，任一所述振動單元均與所述背板形成電容，而所述第二絕緣支撐件與所述第二振膜或背板相隔一定距離；或
[0009]所述第二絕緣支撐件與所述第二振膜或背板抵接，從而將所述第二振膜分為至少兩個振動單元，任一所述振動單元均與所述背板形成電容，而所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜相隔一定距離。
[0010]優(yōu)選的，在所述MEMS麥克風通電工作時，所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜抵接，所述第二絕緣支撐件橫截面的長度為所述背板與所述第二振膜之間間隙寬度的
三分之二。
[0011]優(yōu)選的，在所述MEMS麥克風通電工作時，所述第二絕緣支撐件與所述背板或第二振膜抵接，所述第一絕緣支撐件橫截面的長度為所述背板與所述第一振膜之間間隙寬度的三分之二。
[0012]優(yōu)選的，所述背板朝向所述第一絕緣間隙和第二絕緣間隙的表面均設有若干個防止所述振動單元與所述背板粘接的絕緣凸起。
[0013]優(yōu)選的，所述基底具有上表面和與所述上表面相對的下表面，所述上表面上設有絕緣層，所述背腔貫通所述上表面、所述絕緣層以及所述下表面；所述電容系統(tǒng)通過該絕緣層與所述基底絕緣相連。
[0014]優(yōu)選的，所述背板或第一振膜朝向第一絕緣間隙的表面、和/或所述背板或第二振膜朝向所述第二絕緣間隙的表面還設有限位擋板和由限位擋板圍成的限位槽，所述限位槽與所述第一絕緣支撐件或第二絕緣支撐件的位置對應。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:MEMS麥克風通電工作時，第一絕緣支撐件或第二絕緣支撐件分別將第一振膜和第二振膜分成了至少兩個振動單元，這些振動單元均與背板形成電容，進而提高了 MEMS麥克風的整體靈敏度和信噪比，同時這種結構的MEMS麥克風還兼具高聲壓保護功能，制作工藝不僅簡單，而且生產成本低廉。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0016]圖1為本發(fā)明一種MEMS麥克風的主視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明圖1中A-A方向的剖視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一種MEMS麥克風中基底的結構示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明一種MEMS麥克風中當?shù)谝唤^緣支撐件與第一振膜抵接時的工作狀態(tài)圖；`
[0020]圖5為本發(fā)明一種MEMS麥克風中當?shù)诙^緣支撐件與第二振膜抵接時的工作狀態(tài)圖。
【【具體實施方式】】
[0021]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]如圖1和圖2所示，一種MEMS麥克風100包括基底101以及設置在基底101上并與基底101絕緣相連的電容系統(tǒng)103。基底101由半導體材料制成，例如硅，其具有背腔102、上表面IOlA以及與上表面IOlA相對的下表面101B，基底101的上表面IOlA上設有絕緣層114，背腔102貫通絕緣層114、上表面IOlA以及下表面101B。其中背腔102可以通過體硅工藝或干法腐蝕形成。
[0023]電容系統(tǒng)103包括背板104以及與背板104相對且分別設置在背板104兩側的第一振膜105和第二振膜106,第一振膜105和背板104之間、第二振膜106和背板104之間均設有絕緣件107，絕緣件107將第一振膜105和背板104分隔一定距離并形成第一絕緣間隙108，將第二振膜106和背板104分隔一定距離并形成第二絕緣間隙109。第二振膜106通過絕緣層114與基底101相連。背板104具有若干個通孔115。在MEMS麥克風通電工作時，第一振膜105與背板104、第二振膜106與背板104會帶上極性相反的電荷，從而形成電容，當?shù)谝徽衲?05和第二振膜106在聲波的作用下產生振動,背板104與第一振膜105和第二振膜106之間的距離會發(fā)生變化，從而導致電容系統(tǒng)的電容發(fā)生改變，進而將聲波信號轉化為了電信號，實現(xiàn)麥克風的相應功能。在本實施例中，第一振膜105和第二振膜106是矩形的，在第一振膜105朝向第一絕緣間隙108的表面且過振膜104的幾何中心設有第一絕緣支撐件110，并且可以理解的，第一振膜105也可以是其他的形狀，例如圓形、橢圓形等，而且第一絕緣支撐件可以不過第一振膜的幾何中心。背板104朝向第二絕緣間隙109的表面且過背板104的幾何中心設有第二絕緣支撐件111。
[0024]在MEMS麥克風未通電工作時,第一絕緣支撐件110與背板104相隔一定距離,第二絕緣支撐件111與第二振膜106相隔一定距離。
[0025]如圖4所示，在MEMS麥克風通電工作時，第一絕緣支撐件110與背板104抵接，從而將第一振膜105分為兩個振動單元，并且在MEMS麥克風的整個工作過程中，第一絕緣支撐件110都不會與背板104分開。任意一個振動單元均與背板104形成電容，而此時，第二絕緣支撐件111與第二振膜106分隔一定距離。背板104朝向第一絕緣間隙108和第二絕緣間隙109的表面上與標號為Al和A2對應的區(qū)域均設有電極，電極和電極之間是彼此絕緣的，第一振膜105和第二振膜106上可以只設置一個電極,也可以在第一振膜和第二振膜上與標號Al和A2對應的區(qū)域分別設置電極，不論如何設置，在只有一個第一絕緣支撐件的情況下，兩個振膜與一個背板共同形成4個電容，因此整個MEMS麥克風的靈敏度和信噪比被提高了。第二絕緣支撐件111在MEMS麥克風通電工作的狀態(tài)下并不會與第二振膜106抵接，其在圖2中橫截面的長度約為背板104與第二振膜106之間間隙寬度的三分之二，這樣第二絕緣支撐件111能夠起到最優(yōu)的高聲壓保護效果，也就是說，當?shù)诙衲ぴ诔惺芨呗晧簳r，第二絕緣支撐件能夠起到限制第二振膜振動幅度的作用，避免第二振膜在這種情況下的損壞。
[0026]圖5表示的是，在MEMS麥克風通電工作的狀態(tài)下，當?shù)诙^緣支撐件111與第二振膜106抵接時的工作狀態(tài)。此時，第二振膜106被分為了兩個振動單元，任意一個振動單元均與背板104形成電容，此時，第一絕緣支撐件110與背板104分隔一定距離。同理，背板104朝向第一絕緣間隙108和第二絕緣間隙109的表面上與標號為Al和A2對應的區(qū)域均設有電極，電極和電極之間是彼此絕緣的，第一振膜105和第二振膜106上可以只設置一個電極，也可以在第一振膜和第二振膜上與標號Al和A2對應的區(qū)域分別設置電極，不論如何設置，在只有一個第一絕緣支撐件的情況下，兩個振膜與一個背板共同形成4個電容。第一絕緣支撐件110在MEMS麥克風通電工作的狀態(tài)下并不會與背板104抵接，其在圖2中橫截面的長度約為背板104與第一振膜105之間間隙寬度的三分之二，這樣第一絕緣支撐件110能夠起到最優(yōu)的高聲壓保護效果，也就是說，當?shù)谝徽衲ぴ诔惺芨呗晧簳r，第一絕緣支撐件能夠起到限制第一振膜振動幅度的作用，避免第一振膜在這種情況下的損壞。
[0027]同時，第一絕緣支撐件110與背板104抵接力的大小，或者是第二絕緣支撐件111與第二振膜106抵接力的大小取決于加在第一振膜105與背板104或者第二振膜106與背板104之間的電壓大小。
[0028]此外，為了防止各振動單元在振動過程中與背板104吸附，還在背板104分別靠近第一絕緣間隙108和第二絕緣間隙109的表面上設置了若干個絕緣凸起112，絕緣凸起112在MEMS麥克風通電工作時并不會帶電，因此它起到的作用僅僅是防止各振動單元在振動過程中與背板粘接而已。
[0029]在該實施例中，背板104朝向第一絕緣間隙108的表面、以及第二振膜106朝向第二絕緣間隙109的表面還設有限位擋板113，限位擋板113圍成了一個限位槽，這兩個限位槽分別與第一絕緣支撐件110和第二絕緣支撐件111的位置相對應。當?shù)谝唤^緣支撐件110與背板104抵接時，剛好落入到限位槽內，這樣使得第一絕緣支撐件與背板的抵接更加可靠。或者，當?shù)诙^緣支撐件111與第二振膜106抵接時，剛好落入到第二振膜106上的限位槽內。限位槽可以由兩平行間隔設置的限位擋板形成，也可以由跑道型的限位擋板形成。
[0030]值得注意的是，第一絕緣支撐件110和第二絕緣支撐件111的設置方式并不局限于本實施例給出的方式，除此之外，還有其他三種設置方式，分別是:
[0031]I)第一絕緣支撐件110設置在背板104朝向第一絕緣間隙的表面上，第二絕緣支撐件111設置在背板104朝向第二絕緣間隙的表面上；
[0032]2)第一絕緣支撐件110設置在第一振膜105上，第二絕緣支撐件111設置在第二振膜上；
[0033]3)第一絕緣支撐件110設置在背板104朝向第一絕緣間隙108的表面上，第二絕緣支撐件111設置在第二振膜106上。
[0034]MEMS麥克風通電工作時，第一絕緣支撐件或第二絕緣支撐件分別將第一振膜和第二振膜分成了至少兩個振動單元，這些振動單元均與背板形成電容，進而提高了 MEMS麥克風的整體靈敏度和信噪比，同時這種結構的MEMS麥克風還兼具高聲壓保護功能，制作工藝不僅簡單，而且生產成本低廉。
[0035]以上所述的僅是本發(fā)明的實施方式，在此應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種MEM麥克風,包括具有背腔的基底以及設于所述基底上的電容系統(tǒng),所述電容系統(tǒng)包括背板以及與所述背板相對且分別設置在所述背板兩側的第一振膜和第二振膜，所述第一振膜和第二振膜與背板分隔一定距離并分別形成第一絕緣間隙和第二絕緣間隙，其特征在于:該MEMS麥克風還包括分別位于所述第一絕緣間隙和第二絕緣間隙內的至少一個第一絕緣支撐件和第二絕緣支撐件，所述第一絕緣支撐件與所述第一振膜或背板相連，所述第二絕緣支撐件與所述第二振膜或背板相連； 在該MEMS麥克風未通電工作時,所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜相隔一定距離，所述第二絕緣支撐件與所述背板或第二振膜相隔一定距離； 在該MEMS麥克風通電工作時，所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜抵接，從而將所述第一振膜分為至少兩個振動單元，任一所述振動單元均與所述背板形成電容，而所述第二絕緣支撐件與所述第二振膜或背板相隔一定距離；或 所述第二絕緣支撐件與所述第二振膜或背板抵接，從而將所述第二振膜分為至少兩個振動單元，任一所述振動單元均與所述背板形成電容，而所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜相隔一定距離。
2.根據權利要求1所述的MEMS麥克風，其特征在于，在所述MEMS麥克風通電工作時，所述第一絕緣支撐件與所述背板或第一振膜抵接，所述第二絕緣支撐件橫截面的長度為所述背板與所述第二振膜之間間隙寬度的三分之二。
3.根據權利要求1所述的MEMS麥克風，其特征在于，在所述MEMS麥克風通電工作時，所述第二絕緣支撐件與所述背板或第二振膜抵接，所述第一絕緣支撐件橫截面的長度為所述背板與所述第一振膜之間間隙寬度的三分之二。
4.根據權利要求1所述的MEMS麥克風，其特征在于，所述背板朝向所述第一絕緣間隙和第二絕緣間隙的表面均設有若干個防止所述振動單元與所述背板粘接的絕緣凸起。
5.根據權利要求1所述的MEMS麥克風，其特征在于，所述基底具有上表面和與所述上表面相對的下表面，所述上表面上設有絕緣層，所述背腔貫通所述上表面、所述絕緣層以及所述下表面；所述電容系統(tǒng)通過該絕緣層與所述基底絕緣相連。
6.根據權利要求1所述的MEMS麥克風,其特征在于,所述背板或第一振膜朝向第一絕緣間隙的表面、和/或所述背板或第二振膜朝向所述第二絕緣間隙的表面還設有限位擋板和由限位擋板圍成的限位槽，所述限位槽與所述第一絕緣支撐件或第二絕緣支撐件的位置對應。
【文檔編號】H04R19/04GK103702268SQ201310754117
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】孟珍奎, 潘政民 申請人:瑞聲聲學科技(深圳)有限公司