声感测设备及麦克风制造技术

声感测设备及麦克风。一种声感测设备包括：振膜；振膜周围的支撑结构，在振膜和支撑结构之间设置间隙，振膜和支撑结构使前部体积和后部体积分开；位于间隙中且在振膜与支撑结构之间的一个或更多个悬臂，悬臂中的每个的第一端联接到支撑结构并且不移动，并且悬臂中的每个的第二端自由移动；密封材料，其至少覆盖振膜与支撑结构之间的间隙，密封材料在前部体积与后部体积之间产生声密封；以及传感器，其将振膜移动转换成电信号。悬臂中的每个的第二端联接到密封材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声感测设备及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年12月18日提交的第14/974,499号美国专利申请的权益和优先权，此处以引用的方式并入其全部内容。
本申请涉及麦克风。
技术介绍
这些年来已经使用了不同类型的声装置。一种类型的声感测装置是麦克风。麦克风具有将声能转变成电信号的传感器。麦克风被部署在诸如个人计算机或蜂窝电话的各种类型的装置中。电容式微机电系统(MEMS)麦克风目前已经在消费电子产品中很流行。然而，除电容式之外，存在可以用于麦克风的大量不同换能机构，包括压阻式、压电式和光学。这些方法的共同点在于使用响应于声压而移位的振膜。换能方法然后将位移转变成与声压对应的电信号。一个目标是优化非常小的麦克风中的灵敏度，这通过最大化振膜在声压下的位移而进行。这可以通过使用简支振膜(simplysupporteddiaphragm)实现，该简支振膜在其边缘自由旋转或移位。为了在边缘处旋转或移位，简支振膜在其大部分周长周围必须具有间隙。然而，该间隙导致声泄漏，其结合后部体积来限定麦克风的低频响应。为了产生具有简支振膜的小麦克风，人们必须控制间隙在振膜边缘处的总面积。可以使间隙宽度非常小，例如，通常使间隙具有1微米宽度。然而，间隙宽度的变化直接影响声泄漏电阻，由此在低频衰减的可变性中直接认为是不期望的结果。如果用于形成振膜的薄膜具有十分常见的残留应力梯度，则振膜将在平面外成弓形，并且间隙将因此增大，这有助于响应可变性。作为示例，Loeppert的US6535460描述了一种电容式麦克风，其具有自由围绕其外周的简支振膜。在周长周围形成的间隙在很大程度上确定低频性能。作为第二示例，Bernstein的US5452268公开了一种电容式麦克风，其具有简支振膜，简支振膜具有布置在周长周围以建立和维持振膜兼容性的弹簧。大部分周长周围的间隙在很大程度上确定低频响应。Loeppert‘460或Bernstain’268的振膜中的残留应力梯度添加到间隙可变性。作为第三示例，Grosh的US9055372描述了一种使用悬臂振膜的压电麦克风，其在大部分周长周围需要间隙。压电膜中的残留应力梯度导致振膜成弓形，并且大于沿着边缘设计的间隙。还存在麦克风中使用的各种类型的传感器。在电容式微机电系统(MEMS)传感器或装置中，硅基板支撑振膜和背板。MEMS传感器设置在基座上并且由壳体(例如，具有壁的杯状物或盖)围住。麦克风本身包括端口，该端口可以延伸穿过基座(用于底部端口装置)或穿过壳体的顶部(用于顶部端口装置)。在任意情况下，声能经过端口，使振膜移动并且产生背板的变动电位，这产生电信号。MEMS装置具有各种限制，所以压电感测装置已经在一些情况下被使用。在一些装置中，声能使这些装置中的压电材料弯曲，这反过来产生电荷，因此产生电信号。然而，这些装置中还存在各种问题。例如，当这些装置被部署为传感器时，压电材料中的残留应力梯度使其弯曲，并且大间隙通常在感测装置中的后部体积与前部体积之间产生。该大间隙(相对于整个装置的尺寸)负面影响装置性能。虽然可以使整个装置更大以缓和所产生的间隙，但是标示尺寸固有地使装置的尺寸更大，从而使装置在需要或要求小装置的情况(例如，在空间非常珍贵的诸如蜂窝电话和平板电脑的小装置中)下使用是不切实际的。之前方法的问题导致一些用户对这些之前方法的不满。附图说明为了更完整地理解本公开，应当参考以下详细描述和附图，附图中：图1包括根据本专利技术的各种实施方式的包括感测装置的麦克风的侧剖面视图的图；图2包括根据本专利技术的各种实施方式的感测设备的立体图；图3包括根据本专利技术的各种实施方式的图2的感测装置的顶视图；图4包括根据本专利技术的各种实施方式的示出缺少感测元件与振膜之间的直接连接的图3的顶视图的一部分的特写图；图5包括根据本专利技术的各种实施方式的包括将感测元件连接到振膜的连接元件的一个示例的图3的顶视图的一部分的特写图；图6包括根据本专利技术的各种实施方式的示出连接元件的另一个示例的沿图3的线A-A截取的剖面图；图7包括示出了根据本专利技术的各种实施方式的感测元件的弯曲的图；图8包括根据本专利技术的各种实施方式的感测装置的顶视图；图9包括根据本专利技术的各种实施方式的图8的感测装置的顶视图的特写；图10包括根据本专利技术的各种实施方式的图8和图9的示例的侧剖面图；图11包括根据本专利技术的各种实施方式的感测装置的立体图；图12包括根据本专利技术的各种实施方式的图11的感测装置的顶视图；图13包括根据本专利技术的各种实施方式的图11和图12的示例的顶视图的特写；图14包括根据本专利技术的各种实施方式的用于制造感测装置的处理的流程图；图15至图23包括示出了根据本专利技术的各种实施方式的图14的流程图的步骤的实现的图；图24包括根据本专利技术的各种实施方式的电容式感测装置的立体图；图25包括根据本专利技术的各种实施方式的图24的感测装置的侧剖面视图；图26包括根据本专利技术的各种实施方式的光感测装置的立体图；图27包括根据本专利技术的各种实施方式的图26的感测装置的侧剖面视图。技术人员将理解，附图中的元件被示出以用于简化和清楚。还将理解的是，特定动作和/或步骤可以以特定发生顺序来描述或描绘，同时本领域技术人员将理解实际上不需要关于顺序的这种特殊性。还将理解的是，除了这里以其它方式阐述特定含义之外，这里使用的术语和表达具有关于它们对应的各自探究和研究领域给予这种术语和表达的普通含义。具体实施方式这里描述的方法的目的是提供针对麦克风中的振膜与支撑结构之间的间隙的声密封。声密封是足够柔性的，以不明显地限制振膜的位移并消除穿过振膜的声泄漏。然后，受控泄漏可以用光刻法和蚀刻借助密封材料、振膜或支撑结构之一形成，以设置精确低频响应。如这里使用的术语声密封意味着阻挡预期声频率范围内的气流。通风孔允许低于预期声频率范围的频率处的气流。例如，通风孔通常在低于30Hz有效。本方法提供很小、呈现优秀性能(例如，高灵敏度)特性、产生低噪声并提供受控低频衰减的感测装置。在一些方面中，压电设备设置有悬臂压电元件，其中，一些示例中的悬臂压电元件在声压下大致经历单个方向的曲率，并且前部体积和后部体积彼此声密封。更具体且有利地，本方法提供在感测区域之上的最大运动和后部体积与前部体积之间的密封。在这里描述的方法中，设置分开和离散的悬臂(感测元件)，与比较坚硬的中间振膜/叶板(paddle)相比，它们相对软且是柔性的。如此构造，通过小后部体积提供最佳声性能。连接或链接布置将悬臂连接到振膜，并且该连接元件最优化信号传导。这可以是直接连接，或者可以使用单独铰链式元件。在任何情况下，叶板与悬臂之间的链接布置被用于向悬臂传递移动振膜的综合机械力。连接布置的多个示例是可能的。例如，悬臂可以直接连接到振膜，并且悬臂在声压下呈现(assume)S形曲线。S形曲线可以是非对称的或对称的。如果是对称的，则悬臂的一半朝上弯曲，而其另一半朝下弯曲。在另一个示例中，连接元件可以是软铰链。更具体地，减少的连接物诸如通过使用径向或正切细丝形成在悬臂与振膜之间。与悬臂-振膜连接相比，该类型的连接更软以弯曲，这是因为细丝的截面面积小于整个悬臂的截面面积。由于悬臂在声压下弯曲，该方法仍然导致悬臂的“S”形曲线，但是这样形成的曲线的形状现在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声感测设备，所述声感测设备包括：振膜；在所述振膜周围的支撑结构，其中，间隙位于所述支撑结构与所述振膜之间，并且其中，所述振膜和所述支撑结构使前部体积和后部体积分开；位于所述间隙中的一个或更多个感测元件，其中，所述一个或更多个感测元件中的每个的第一端联接到所述支撑结构并且相对于所述支撑结构不移动，并且其中，所述一个或更多个感测元件中的每个的第二端相对于所述支撑结构自由移动；密封材料，所述密封材料在所述振膜与所述支撑结构之间延伸，其中，所述密封材料在所述前部体积与所述后部体积之间产生声密封；以及传感器，所述传感器将振膜移动转换成电信号，其中，所述一个或更多个感测元件中的每个的所述第二端联接到所述密封材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 US 14/974,4991.一种声感测设备，所述声感测设备包括：振膜；在所述振膜周围的支撑结构，其中，间隙位于所述支撑结构与所述振膜之间，并且其中，所述振膜和所述支撑结构使前部体积和后部体积分开；位于所述间隙中的一个或更多个感测元件，其中，所述一个或更多个感测元件中的每个的第一端联接到所述支撑结构并且相对于所述支撑结构不移动，并且其中，所述一个或更多个感测元件中的每个的第二端相对于所述支撑结构自由移动；密封材料，所述密封材料在所述振膜与所述支撑结构之间延伸，其中，所述密封材料在所述前部体积与所述后部体积之间产生声密封；以及传感器，所述传感器将振膜移动转换成电信号，其中，所述一个或更多个感测元件中的每个的所述第二端联接到所述密封材料。2.根据权利要求1所述的声感测设备，其中，所述一个或更多个感测元件包括至少一个压电层。3.根据权利要求1所述的声感测设备，其中，所述一个或更多个感测元件包括至少一个压阻层。4.根据权利要求1所述的声感测设备，所述声感测设备还包括与所述振膜平行并分开的固定电极，其中，所述传感器是电容式传感器。5.根据权利要求1所述的声感测设备，所述声感测设备还包括光检测器，所述光检测器被布置为检测所述振膜的位移，其中，所述传感器是光电转换器。6.根据权利要求1所述的声感测设备，其中，所述一个或更多个感测元件在声压下弯曲成大致C形而不是对称S形。7.根据权利要求1所述的声感测设备，其中，所述一个或更多个感测元件在所施加的声压下大致由单个方向的曲率限定。8.根据权利要求1所述的声感测设备，其中，所述密封材料是聚二甲基硅氧烷PDMS。9.根据权利要求1所述的声感测设备，其中，所述振膜、所述间隙中的所述密封材料和所述支撑结构中的至少一个包括通风孔。10.一种麦克风，所述麦克风包括：基座；声传感器，所述声传感器固定到所述基座，所述声传感器包括：振膜；在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·洛佩特，M·佩德森，
申请(专利权)人：美商楼氏电子有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US