電容mems麥克風振膜的製作方法

2023-04-27 00:11:51 2

專利名稱：電容mems麥克風振膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及微型麥克風領域，具體指一種應用於電子設備上，具有更加靈敏度電 容 MEMS (micro-electro-mechanical system)麥克風振膜。
背景技術：
隨著無線通訊的發展，全球行動電話用戶越來越多，用戶對行動電話的要求已不 僅滿足於通話，而且要能夠提供高質量的通話效果，尤其是目前移動多媒體技術的發展，移 動電話的通話質量更顯重要，行動電話的麥克風作為行動電話的語音拾取裝置，其設計好 壞直接影響通話質量。而目前應用較多且性能較好的麥克風是矽半導體麥克風，矽半導體麥克風將背極 板與振膜築於矽晶上，並以適當的電路連接，利用化學刻蝕技術將振膜平整並單純的置於 基底上，使其可隨聲音做完全的自由振動，振動的振膜與背極板之間形成的電場變化即產 生電路上的電信號。通常MEMS麥克風包括背板、與背板相對並通過支撐部相連接的振膜， 背板上設有聲學孔，該聲學孔可將聲音氣流傳遞到振膜上，聲壓驅動振膜相對背板振動，所 述振膜與背板之間形成一個聲腔；振膜與背板上分別設有導電層並可加電，但加電的部分 相互絕緣，這樣振膜與背板之間的聲腔就組成具有電容的電容器，電容的值與電容兩個板 之間的正對面積成正比，與電容兩個板之間的距離成反比。此種結構的麥克風聲學孔位置 正對振膜的中間區域，而振膜的中間區域機械靈敏度高，邊緣基本都束縛在基底上，由於邊 緣位置水平低，則造成振膜中心位置的浪費，降低了麥克風靈敏度；而且振膜在振動發聲過 程中高頻振顫，易造成振膜的中心部的片面扭動，這勢必影響MEMS麥克風的性能，將限制 了產品的應用領域。

發明內容本發明的目的在於解決振膜靈敏度較低和振顫發生扭動的不足，而提出一種電容 MEMS麥克風振膜。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種電容MEMS麥克風振膜，包括與背板構成電容系統的振膜單元，所述振膜單元 包括位於中央位置懸置的內膜和外圍膜片，其中所述的外圍膜片由內膜邊緣向外衍生延伸 出至少四對均勻分布的環形折梁構成。所述每對環形折梁包括相互分立的第一環行折梁和第二環行折梁，所述第一環形 折梁和第二環形折梁的衍生延伸方向相對。所述第一環形折梁和第二環形折梁分別包括從內膜衍生延伸的連接部、從連接部 衍生延伸的呈字母「U」形的曲臂及與曲臂衍生的支撐部。所述曲臂延伸方向與內膜同心。所述第一環形折梁與第二環形折梁沿振膜單元中心線相互對稱。所述每對環形折梁沿振膜單元的中心線相互對稱。
所述第一環形折梁和第二環形折梁與所述內膜之間設有第一間隙。所述每對環形折梁相互之間設有第二間隙。本發明電容MEMS麥克風振膜，包括與背板構成電容系統的振膜單元，所述振膜單 元包括位於中央位置懸置的內膜和外圍膜片，其中所述的外圍膜片由內膜邊緣向外衍生延 伸出至少四對均勻分布的環形折梁構成，以減小絕緣層對振膜單元周側邊緣部的約束，可 以有效提高靈敏度；同時本發明的振膜單元，能夠防止振膜單元振顫時的平面扭動，有效釋 放應力，從而進一步改善麥克風性能的穩定性。

圖1為本發明的振膜單元平面結構示意圖。
具體實施方式下面結合附圖，對本發明電容MEMS麥克風作詳細說明。本發明電容MEMS麥克風主要用於手機上，接受聲音並將聲音轉化為電信號，本發 明是通過改變振膜結構達到提高電容式麥克風靈敏度的效果。本發明的電容MEMS麥克風振膜，應用於電容MEMS麥克風的MEMS晶片上，所述 MEMS晶片包括基底、與基底相連的絕緣層和位於該支撐層內的振膜單元10 ；通常情況下， 矽材料的基底開設有平衡聲壓的一貫穿孔，貫穿孔上部是背板，背板上開設有傳導聲音及 平衡聲壓的聲學孔，背板上部相對的是振膜單元10，為了與振膜單元10形成電容結構，背 板要求具有良好的導電性，用矽腐蝕工藝形成；振膜單元10與背板各自相對形成很小的間 隙構成電場。在工作狀態時，振膜單元10在聲壓的作用下發生形變，振膜單元10與背板之 間電場的電容值發生變化，電容變化值反映出聲壓的大小，由於背板不會發生形變，所以振 膜單元10形變的大小直接影響電容值。電容值是這樣計算的電容值與振膜單元10與背 板之間的正對面積成正比，與振膜單元10與背板之間的距離成反比，即C = k ε ^ ε rS/d, k 為常數，ε C1為常數，ε ^為常數。當電容式麥克風製作出來後，ε C1 ε ^的值也就固定了，S是 電容兩個電板之間正對的面積，d為兩個電板之間的距離，所以振膜單元10的靈敏度至關 重要。參圖1所示，本發明所述振膜單元10包括位於中央位置懸置的內膜11和圍繞內 膜11的外圍膜片110，所述外圍膜片110由內膜11的邊緣部向外衍生延伸出四對均勻分 布連接在絕緣層上的環形折梁12構成，以減小絕緣層對振膜單元10周側邊緣部的約束，可 以有效提高靈敏度；同時本發明振膜單元10的環形折梁12沿振膜單元10的中心線相互對 稱，上述每對環形折梁12之間設有第二間隙14，便於減小振膜單元10的束縛力，有效釋放 應力。當然，本發明所述環形折梁12的數量不限於四個，可根據實際需要進行調整。當環 形折梁12的數量為偶數時，所述環形折梁12沿振膜單元10的中心線相互對稱。在本實施例中所述環形折梁12是不連續的、間斷的弧形折梁，它包括相互分立的 弧形第一環形折梁12A和弧形第二環形折梁12B，所述第一環形折梁12A和第二環形折梁 12B的衍生延伸方向相對，且整體形狀對稱相同，那麼所述第一環形折梁12A與第二環形折 梁12B沿振膜單元10中心線相互對稱。所述第一環形折梁12A和第二環形折梁12B分別 包括從內膜11衍生延伸出的連接部121A、121B，所述連接部121A、121B衍生延伸出呈字母「U」形的曲臂122A、122B及從曲臂122A、122B延伸的支撐部123A、123B，所述呈字母「U」形 的曲臂122A、123B的兩條單臂(未標示)沿內膜11的邊緣部呈弧形，即所述曲臂122A、122B 延伸方向與內膜11具有同一個圓心。另由於第一環形折梁12A和第二環形折梁12B是分 立的，所以第一環形折梁12A和第二環形折梁12B與所述內膜之間設有共有的第一間隙13， 以便於有效提高靈敏度；同時本發明外圍膜片110的環行折梁12的第一環形折梁12A和第 二環形折梁12B分別相對設置結構能防止內膜11高頻振顫時發生平面扭動現象，有效釋放 應力，從而進一步改善麥克風性能的穩定性。 以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護範圍並不以上述實施方式為 限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權 利要求書中記載的保護範圍內。
權利要求
一種電容MEMS麥克風振膜，包括與背板構成電容系統的振膜單元，所述振膜單元包括位於中央位置懸置的內膜和外圍膜片，其特徵在於所述的外圍膜片由內膜邊緣向外衍生延伸出至少四對均勻分布的環形折梁構成。
2.根據權利要求1所述的電容MEMS麥克風振膜，其特徵在於所述每對環形折梁包括 相互分立的第一環行折梁和第二環行折梁，所述第一環形折梁和第二環形折梁的衍生延伸 方向相對。
3.根據權利要求2所述的電容MEMS麥克風振膜，其特徵在於所述第一環形折梁與第 二環形折梁沿振膜單元中心線相互對稱。
4.根據權利要求2或3所述的電容MEMS麥克風振膜，其特徵在於所述第一環形折梁 和第二環形折梁分別包括從內膜衍生延伸的連接部、從連接部衍生延伸的呈字母「U」形的 曲臂及與曲臂衍生的支撐部。
5.根據權利要求4所述的電容MEMS麥克風振膜，其特徵在於所述曲臂延伸方向與內 膜同心。
6.根據權利要求1所述的電容MEMS麥克風振膜，其特徵在於所述每對環形折梁沿振 膜單元的中心線相互對稱。
7.根據權利要求4所述的電容MEMS麥克風振膜，其特徵在於所述第一環形折梁和第 二環形折梁與所述內膜之間設有第一間隙。
8.根據權利要求1所述的電容MEMS麥克風振膜，其特徵在於所述每對環形折梁相互 之間設有第二間隙。
全文摘要
本發明涉及微型麥克風領域，具體指一種應用於電子設備上，具有更加靈敏度的電容MEMS(micro-electro-mechanical system)麥克風振膜，它包括與背板構成電容系統的振膜單元，所述振膜單元包括位於中央位置懸置的內膜和外圍膜片，其中所述的外圍膜片由內膜邊緣向外衍生延伸出至少四對均勻分布的環形折梁構成，以減小絕緣層對振膜單元周側邊緣部的約束，可以有效提高靈敏度；同時本發明的振膜單元，能夠防止振膜單元振顫時的平面扭動，有效釋放應力，從而進一步改善麥克風性能的穩定性。
文檔編號H04R7/00GK101883307SQ201010167950
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月4日 優先權日2010年5月4日
發明者楊斌 申請人:瑞聲聲學科技(深圳)有限公司