一种微机电麦克风制造技术

本实用新型专利技术公开了一种微机电麦克风，以U型的容腔作为保护壳，容腔内部从上至下依次设置一级传声入口、二级传声入口、隔离板、上固定极板、下固定极板，其中一级传声入口设置于U型容腔最上端的边缘，隔离板为左右对称结构，且隔离板下方对称的每一侧均设置一组上下对应的上固定极板、下固定极板；振动敏感板设置于容腔的内部，且振动敏感板的形状为工字型，工字型的上横梁位于二级传声入口与隔离板中间，工字型的下横梁位于上固定极板与下固定极板的中间；下固定极板与检测电路中前置放大器模块的输入端相连，并使下固定极板虚地。本实用新型专利技术微机电麦克风具有高灵敏度、低噪声的特点，制造成本低且实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及扬声器
，特别是一种微机电麦克风。
技术介绍
目前，传统麦克风仍存在体积大、灵敏度低、噪声大等难以克服的缺陷。随着微机电制作技术的突破与集成电路的微小化，微机电麦克风因具有体积小、重量轻和易与IC集成等突出优点一度成为研究的主流和热点，并在麦克风领域占据主导地位。现有的电容式麦克风在频率响应的平坦度和噪声等基本性能以及稳定性方面具有一定的优势，但是在灵敏度方面一直难以突破。目前，常见的电容式麦克风灵敏度小于9Mv/Pa。电容式麦克风常采用的典型结构有单芯片和双芯片结构。考虑到成产工艺等，单硅片集成的微机械麦克风的制作工艺要比双硅片键合式微机械麦克风简单，更具有工业化前景。但是制作单芯片麦克风过程中不太容易控制其敏感膜上内应力。针对释放微机械麦克风敏感膜上的内应力这一技术难题，学者们设计了多种结构的敏感膜，比如开了释放内应力孔的结构，或者带有沟槽的圆形敏感膜等。这样一来，微机械麦克风虽然可减小敏感膜上的内应力，但是由于微尺度的敏感膜的结构和制造工艺复杂，不利于工业批量生产。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高灵敏度、高带宽、低成本的微机电麦克风。实现本技术目的的技术解决方案为：一种微机电麦克风，以U型的容腔作为保护壳，容腔内部从上至下依次设置一级传声入口、二级传声入口、隔离板、上固定极板、下固定极板，其中一级传声入口设置于U型容腔最上端的边缘，隔离板为左右对称结构，且隔离板下方对称的每一侧均设置一组上下对应的上固定极板、下固定极板；振动敏感板设置于容腔的内部，且振动敏感板的形状为工字型，工字型的上横梁位于二级传声入口与隔离板中间，工字型的下横梁位于上固定极板与下固定极板的中间；下固定极板与检测电路中前置放大器模块的输入端相连，并使下固定极板虚地；声音通过一级传声入口和二级传声入口过滤后传导至振动敏感板，振动敏感板沿着固定方向发生位移，通过改变工字型的上横梁与下横梁间距来调整振动敏感板与上固定极板、下固定极板的平衡位置，振动敏感板下横梁与上固定极板和下固定极板之间的位移变化转化为差动的电容变化量，通过预加的偏置电压变成电流信号，再由前置放大器放大，最终转为电压信号输出。进一步地，所述一级传声入口和二级传声入口为相同尺寸的正方形通孔，两级传声入口交叉相错分布，且每级中的传声入口等间距均匀分布，一级传声入口层与二级传声入口层之间的距离小于5mm。进一步地，所述振动敏感板为采用二氧化硅薄膜和氮化硅薄膜复合形成的复合薄膜，振动敏感板为对称的工字型结构，工字型的上横梁与下横梁间距为15mm。进一步地，所述振动敏感板的下横梁与上固定极板、下固定极板组成差动的平行板电容。进一步地，所述前置放大器模块由集成运算放大器组成，运算放大器的反相输入端与下固定极板相连、同相输入端接地，反相输入端与放大器输出端之间分别并联电阻和电容。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)麦克风入声口上多级通孔，可有效衰减噪声成分的干扰强度，提高麦克风的信噪比，保持声音的纯真度；(2)复合振动敏感膜结构制造简单，能消除原有的敏感膜内部的残余拉应力，提高麦克风的灵敏度性能；(3)采用对称输入，差动检测的方式，可以放大微弱信号，提高检测量程，进一步提高灵敏度，并可以消除系统固有误差等非线性干扰量。附图说明图1是本技术微机电麦克风的信号转换流程图。图2是本技术微机电麦克风的结构图。图3是本技术微机电麦克风的局部参数放大图。图4是本技术微机电麦克风的前置放大器电路图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细说明。本技术微机电麦克风，主要用在手机或者笔记本电脑等个人电子产品上，用来将声音信号转为电信号供主芯片处理识别，信号转换过程如图1所示，从而提高现有产品的性能指标等。结合图2，本技术微机电麦克风，以U型的容腔1作为保护壳，容腔1内部从上至下依次设置一级传声入口6、二级传声入口7、隔离板3、上固定极板4、下固定极板5，其中一级传声入口6设置于U型容腔1最上端的边缘，隔离板3为左右对称结构，且隔离板3下方对称的每一侧均设置一组上下对应的上固定极板4、下固定极板5；振动敏感板2设置于容腔1的内部，且振动敏感板2的形状为“工”，“工”字型的上横梁位于二级传声入口7与隔离板3中间，“工”字型的下横梁位于上固定极板4与下固定极板5的中间；下固定极板6与检测电路中前置放大器模块的输入端相连，并使下固定极板6虚地；声音通过一级传声入口6和二级传声入口7过滤后传导至振动敏感板2，振动敏感板2沿着固定方向发生位移，通过改变工字型的上横梁与下横梁间距来调整振动敏感板2与上固定极板4、下固定极板5的平衡位置，振动敏感板2下横梁与上固定极板4和下固定极板6之间的位移变化转化为差动的电容变化量，通过预加的偏置电压变成电流信号，再由前置放大器放大，最终转为电压信号输出。这样一来，也就实现差分检测，放大变化量，提高灵敏度的目的。进一步的，容腔1应固定在产品上，具备刚度大，不易发生变形和抖动的特点。进一步地，所述一级传声入口6和二级传声入口7为相同尺寸的正方形通孔，两级传声入口交叉相错分布，且每级中的传声入口等间距均匀分布，通孔的参数选择遵循孔径小而孔数多的原则，有效衰减微弱的噪声强度，起到降低噪声的功能。一级传声入口层与二级传声入口层之间的距离小于5mm。进一步地，所述振动敏感板2为采用二氧化硅薄膜和氮化硅薄膜复合形成的复合薄膜，振动敏感板2为对称的工字型结构，工字型的上横梁与下横梁间距为15mm。利用应力平衡技术将二氧化硅薄膜的压应力和氮化硅薄膜的张应力复合形成复合薄膜，达到更低的热容和热导系数，减小振动敏感板2的残余拉应力等因素影响。振动敏感板2为左右对称放置在容腔1内，处于上固定极板4、下固定极板5的初态平衡位置。隔离板3为限制振动敏感板2的位移距离，其位置决定麦克风声音检测范围。隔离板3与振动敏感板2中轴线的边缘保持紧密配合，无间隙。进一步地，所述振动敏感板2的下横梁与上固定极板4、下固定极板5组成差动的平行板电容。固定极板4和下固定极板5的结构参数完全相同，与振动敏感板2形成差动的平行板电容。当振动敏感板2偏离上固定极板4、下固定极板5平衡位置时，通过检测其差动的电容变化量来获取声音信号特性。通过给平行板电容加载一偏置电压，使电容变化量转化为电流变化量，再通过放大电路将电流信号转成电压信号输出供后续电路调理处理。进一步地，所述前置放大器模块由集成运算放大器组成，运算放大器的反相输入端与下固定极板6相连、同相输入端接地，反相输入端与放大器输出端之间分别并联电阻和电容。除一级传声入口6和二级传声入口7之外，本装置结构应该保证左右对称，即形成两个差动检测电容部分，进一步提高灵敏度。实施例1本技术麦克风检测声音采用为变间距差分检测声音的方法。如图2所示，声音通过一级传声入口6和二级传声入口7的多级过滤后，传至振动敏感板2，振动敏感板2沿着固定方向发生位移，通过改变电容板间距来打破其与上固定极板4、下固定极板5的平衡位置，实现差分输入检测目的，放大变化量。传声入口的各级之间交叉相错分布，各级之内等间距均匀分布，所述的孔最佳选择为正方形通孔，尺寸为2mm×2mm，但也可以选择圆形孔，长方形孔等形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电麦克风，其特征在于：以U型的容腔(1)作为保护壳，容腔(1)内部从上至下依次设置一级传声入口(6)、二级传声入口(7)、隔离板(3)、上固定极板(4)、下固定极板(5)，其中一级传声入口(6)设置于U型容腔(1)最上端的边缘，隔离板(3)为左右对称结构，且隔离板(3)下方对称的每一侧均设置一组上下对应的上固定极板(4)、下固定极板(5)；振动敏感板(2)设置于容腔(1)的内部，且振动敏感板(2)的形状为工字型，工字型的上横梁位于二级传声入口(7)与隔离板(3)中间，工字型的下横梁位于上固定极板(4)与下固定极板(5)的中间；下固定极板(5)与检测电路中前置放大器模块的输入端相连，并使下固定极板(5)虚地；声音通过一级传声入口(6)和二级传声入口(7)过滤后传导至振动敏感板(2)，振动敏感板(2)沿着固定方向发生位移，通过改变工字型的上横梁与下横梁间距来调整振动敏感板(2)与上固定极板(4)、下固定极板(5)的平衡位置，振动敏感板(2)下横梁与上固定极板(4)和下固定极板(5)之间的位移变化转化为差动的电容变化量，通过预加的偏置电压变成电流信号，再由前置放大器放大，最终转为电压信号输出。...

【技术特征摘要】
1.一种微机电麦克风，其特征在于：以U型的容腔(1)作为保护壳，容腔(1)内部从上至下依次设置一级传声入口(6)、二级传声入口(7)、隔离板(3)、上固定极板(4)、下固定极板(5)，其中一级传声入口(6)设置于U型容腔(1)最上端的边缘，隔离板(3)为左右对称结构，且隔离板(3)下方对称的每一侧均设置一组上下对应的上固定极板(4)、下固定极板(5)；振动敏感板(2)设置于容腔(1)的内部，且振动敏感板(2)的形状为工字型，工字型的上横梁位于二级传声入口(7)与隔离板(3)中间，工字型的下横梁位于上固定极板(4)与下固定极板(5)的中间；下固定极板(5)与检测电路中前置放大器模块的输入端相连，并使下固定极板(5)虚地；声音通过一级传声入口(6)和二级传声入口(7)过滤后传导至振动敏感板(2)，振动敏感板(2)沿着固定方向发生位移，通过改变工字型的上横梁与下横梁间距来调整振动敏感板(2)与上固定极板(4)、下固定极板(5)的平衡位置，振动敏感板(2)下横梁与上固定极板(4)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海斌，段尚汝，
申请(专利权)人：吴海斌，段尚汝，
类型：新型
国别省市：江苏;32