横向模式电容式麦克风制造技术

本发明专利技术提供了一种包括MEMS麦克风的电容式麦克风。在所述麦克风中，可移动或可偏转的薄膜/隔膜相对于固定背板以横向方式移动，而不是朝向固定背板/从固定背板移动。基本上避免了挤压膜阻尼，并且显著改善了麦克风的性能。

Transverse mode capacitive microphone

The invention provides a capacitive microphone comprising a MEMS microphone. In the microphone, the removable or deflable membrane / diaphragm moves laterally relative to the fixed backboard rather than moving toward the fixed back / from the fixed backboard. Basically, the squeeze film damping is avoided, and the performance of the microphone is remarkably improved.

【技术实现步骤摘要】
横向模式电容式麦克风
本专利技术总地涉及一种横向模式电容式麦克风。本专利技术的麦克风可以应用在智能手机、电话、助听器、用于音乐厅和公共事件的公共广播系统、电影制作、直播和录制的音频工程、双向无线电、扩音器、无线电和电视广播，以及应用在用于录制声音、语音识别、VoIP以及用于非声学目的例如超声波传感器或爆震传感器等等的计算机中。
技术介绍
麦克风是将声音转换为电信号的换能器。在麦克风的不同设计中，常规地采用所谓的“平行板”电容式设计来构造电容式麦克风或电容器(condenser)麦克风。与需要声波做更多工作的其他麦克风类型不同，在电容式麦克风中只有非常小的块(mass)需要由入射声波移动。电容式麦克风通常产生高质量的音频信号，并且从电话发送器到便宜的卡拉OK麦克风再到高保真录制麦克风，现在是在消费电子产品、实验室和录制室应用中的热门选择。图1是现有技术中的平行电容式麦克风的示意图。几乎平行地紧密放置两个薄层101和102。它们中的一个是固定背板101，并且另一个是可移动/可偏转的薄膜/隔膜102，其可以由声压移动或驱动。隔膜102充当电容器的一个板，并且其振动产生在两个层101和102之间的距离的变化，以及在它们之间的互电容的变化。“挤压膜”和“被挤压膜”是指用于对移动组件相对于固定组件的振动运动进行阻尼的一类液压或气动阻尼器。当移动组件垂直移动并紧密靠近固定组件的表面(例如，在大约2和50微米之间)时，被挤压膜阻尼出现。被挤压膜效果产生于压缩和膨胀被困在移动板和固体表面之间的空间中的流体(例如，气体或液体)。流体具有高阻力，并且随着流体流过移动板和固体表面之间的空间，阻尼移动组件的运动。在如图1所示的电容式麦克风中，当两个层101和102彼此紧密靠近且其间布置有空气时，挤压膜阻尼出现。层101和102被安置得如此紧密在一起(例如，在5μm以内)，使得空气可以被“挤压”和“拉伸”以减缓薄膜/隔膜101的移动。随着层101和102之间的间隙收缩，空气必须流出该区域。因此，空气的流动粘度引起了抵抗移动薄膜/隔膜101的运动的力。当薄膜/隔膜101具有大的表面积与间隙长度比时，挤压膜阻尼是显著的。两个层101和102之间的这种挤压膜阻尼变成机械噪声源，这是整个麦克风结构中的所有噪声源中的主导因素。有利的是，本专利技术提供了一种麦克风设计，其中由于可移动薄膜/隔膜没有移动进入固定背板，因此基本上避免了挤压膜阻尼。
技术实现思路
本专利技术提供一种电容式麦克风，其包括第一电导体和第二电导体。这两个导体被配置为在它们之间具有相对空间关系，使得它们之间能够生成互电容。可以通过声压沿着3D空间中的影响方向的范围对第一电导体和/或第二电导体进行影响，改变所述相对空间关系以及互电容两者。在给定声压的同一力度/强度时，可以通过声压沿着上述影响方向的范围中的一个方向对第一电导体和/或第二电导体进行影响来最多地改变(或最大地改变)互电容。这样的方向被定义为主方向。第一电导体在垂直于主方向的概念平面(conceptualplane)上具有沿着主方向的第一凸起。第二电导体在概念平面上具有沿着主方向的第二凸起。第一凸起和第二凸起之间具有最短的距离Dmin，并且不管第一电导体和/或第二电导体是否沿着主方向受声压影响，Dmin保持大于零。在结合附图时，根据以下对实施本专利技术的最佳模式的详细描述，本专利技术的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。附图说明在附图的图中通过示例的方式而非通过限制的方式说明了本专利技术，并且其中相同的附图标记指代相似的元件。所有图是示意性的，并且通常仅示出了为了阐明本专利技术所必需的部分。为了说明的简单和清楚，图中所示的和下面所讨论的元件不一定按比例绘制。以简化形式示出了众所周知的结构和设备，从而避免不必要地模糊本专利技术。可以省略或者仅仅建议其他部分。图1示出了现有技术中的常规电容式麦克风。图2A示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施例的横向模式电容式麦克风。图2B图示了根据本专利技术的示例性实施例的横向模式电容式麦克风。图3图示了声压沿着方向的范围影响麦克风。图4图示了根据本专利技术的示例性实施例的关于如何为麦克风中的内部组件确定主方向的方法。图5示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施例的MEMS电容式麦克风。图6图示了根据本专利技术的示例性实施例的具有梳齿配置的第一/第二电导体。图7描绘了根据本专利技术的示例性实施例的图6的两个梳齿之间的空间关系。图8示出了根据本专利技术的示例性实施例的以2×2阵列配置布置四个可移动薄膜。图9展示了根据本专利技术的示例性实施例的一个或更多个例如两个空气流动限制器的设计。图10示出了由于空气泄漏麦克风灵敏度在低频处下降。图11示出了根据本专利技术的示例性实施例的在减少/防止空气泄漏的情况下的频率响应。图12展示了根据本专利技术的示例性实施例的横向模式麦克风(麦克风)设计的频率响应。图13示出了用于比较的常规麦克风设计的频率响应。具体实施方式在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节从而提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或在等效布置的情况下来实践本专利技术。在本文中公开了数字范围的情况下，除非另外指明，否则这样的范围是连续的，包括范围的最小值和最大值以及在这样的最小值和最大值之间的每个值。另外，在该范围指代整数的情况下，只包含从该范围的最小值到最大值并且包含该最大值的整数。另外，在提供多个范围来描述特征或特性的情况下，可以组合这些范围。图2A图示了根据本专利技术的各种实施例的例如MEMS麦克风的电容式麦克风200。第一电导体201和第二电导体202被配置为在它们之间具有相对空间关系，使得它们之间可以生成互电容。第一电导体201和第二电导体202彼此独立地由多晶硅、金、银、镍、铝、铜、铬、钛、钨和铂制成。可以通过声压对第一电导体201和/或第二电导体202进行影响来改变相对空间关系以及互电容两者。如图3所示，声压可以沿着由虚线所示的3D空间中的影响方向的范围影响201和/或202。在给定声压的同一力度/强度时，可以通过声压沿着上述如图3所示的影响方向的范围中的某个方向对第一电导体201和/或第二电导体202进行影响来最多地改变(或最大地改变)互电容。在图4中概念性地画出了由具有同一强度的来自3D空间的声压的各种影响方向(IDAPWSI)造成的互电容的改变(ΔMC)。主方向被定义为生成ΔMC的峰值的影响方向，并且在图2A中被标记为方向210。应该认识到，在给定声压的同一力度/强度时，可以通过声压沿着如图3所示的影响方向的范围中的某个方向X对第一电导体201和/或第二电导体202进行影响来最多地改变(或最大地改变)相对空间关系。方向X可以与上面所定义的主方向210相同或不同。在本专利技术的某些实施例中，主方向可以被可替换地定义为方向X。返回参考图2A，第一电导体201在垂直于主方向210的概念平面220上具有沿着主方向210的第一凸起201P。第二电导体202在概念平面220e上具有沿着主方向210的第二凸起202P。第一凸起201P和第二凸起202P之间具有最短的距离Dmin。在本专利技术中，Dmin可以是恒定的或可改变的，不管第一电导体201和/或第二电导体202是否沿着主方向210本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式麦克风，包括被配置为在其间具有相对空间关系的第一电导体和第二电导体，其中在所述第一电导体和所述第二电导体之间能够生成互电容；其中可以通过声压沿着3D空间中的影响方向的范围对所述第一电导体和/或所述第二电导体进行影响，改变所述相对空间关系和所述互电容两者；其中通过声压沿着所述影响方向的范围中的一个方向对所述第一电导体和/或所述第二电导体进行影响来最多地改变所述互电容，所述一个方向被定义为主方向；其中所述第一电导体在垂直于所述主方向的概念平面上具有沿着所述主方向的第一凸起；其中所述第二电导体在所述概念平面上具有沿着所述主方向的第二凸起；以及其中所述第一凸起和所述第二凸起之间具有最短的距离Dmin，并且不管所述第一电导体和/或所述第二电导体是否沿着所述主方向受声压影响，Dmin保持大于零。

【技术特征摘要】
2016.12.29 US 15/393,8311.一种电容式麦克风，包括被配置为在其间具有相对空间关系的第一电导体和第二电导体，其中在所述第一电导体和所述第二电导体之间能够生成互电容；其中可以通过声压沿着3D空间中的影响方向的范围对所述第一电导体和/或所述第二电导体进行影响，改变所述相对空间关系和所述互电容两者；其中通过声压沿着所述影响方向的范围中的一个方向对所述第一电导体和/或所述第二电导体进行影响来最多地改变所述互电容，所述一个方向被定义为主方向；其中所述第一电导体在垂直于所述主方向的概念平面上具有沿着所述主方向的第一凸起；其中所述第二电导体在所述概念平面上具有沿着所述主方向的第二凸起；以及其中所述第一凸起和所述第二凸起之间具有最短的距离Dmin，并且不管所述第一电导体和/或所述第二电导体是否沿着所述主方向受声压影响，Dmin保持大于零。2.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中所述第一电导体和所述第二电导体彼此独立地由多晶硅、金、银、镍、铝、铜、铬、钛、钨或铂制成。3.根据权利要求2所述的电容式麦克风，所述电容式麦克风是MEMS麦克风。4.根据权利要求3所述的电容式麦克风，还包括基板，其中所述基板能够被视为所述概念平面，并且其中所述第一电导体和所述第二电导体被并排地构造在所述基板上方。5.根据权利要求4所述的电容式麦克风，其中所述第一电导体相对于所述基板是固定的，其中所述第二电导体包括相对于所述基板是可移动的薄膜，并且其中所述主方向垂直于所述薄膜平面。6.根据权利要求5所述的电容式麦克风，其中所述可移动的薄膜经由三个或更多个悬架诸如四个悬架被附接到所述基板。7.根据权利要求6所述的电容式麦克风，其中所述悬架包括折叠和对称的悬臂。8.根据权利要求5所述的电容式...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广华，蓝星烁，
申请(专利权)人：通用微科技国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US