压电式MEMS麦克风制造技术

本发明专利技术提供一种压电式MEMS麦克风，包括具有腔体的基底、安装在基底上的压电振膜、以及连接基底和压电振膜的约束件，基底包括围设成腔体的环形底座、设于腔体内并与环形底座间隔设置的支撑柱，压电振膜包括多个膜片，每一膜片包括与支撑柱连接的固定端以及悬置于腔体上方的自由端，约束件的一端与自由端固定连接、另一端与基底上未连接固定端的部分连接。本发明专利技术的压电式MEMS麦克风，在声压的作用下，自由端发生振动，靠近固定端的压电振膜能产生电压信号，在基底和压电振膜之间设有约束件，该约束件可以对膜片的形变进行约束，进而改善压电振膜的谐振频率，降低整个压电式MEMS麦克风的噪音。

Piezoelectric MEMS microphone

【技术实现步骤摘要】
压电式MEMS麦克风
本专利技术涉及声电转换装置
,具体涉及一种压电式MEMS麦克风。
技术介绍
MEMS麦克风是一种用微机械加工技术制作出来的电声换能器，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着电子设备朝向小巧化、薄型化发展，MEMS麦克风被越来越广泛地运用到这些设备上。目前，MEMS麦克风主要分为电容式MEMS麦克风和压电式MEMS麦克风。压电式MEMS麦克风相比于传统的电容式MEMS麦克风具有很多优势，包括防尘性、防水性以及较高的最大输出声压(AOP)等。不同于电容式麦克风的压电振膜结构，压电式MEMS麦克风的压电振膜由多个膜片组成，每个膜片一端与基底相连，另一端采用了悬臂梁结构。但是，由于压电式MEMS麦克风在工艺中存在残余应力，膜片会发生不同程度的边缘翘曲、内卷等形变，造成整个膜片在低频衰减存在差异，从而使得其谐振频率显著降低(<10kHz),整个压电MEMS的噪声增大，不能满足用户需求。因此，为了提升压电式MEMS麦克风的谐振频率，有必要提供一种新的压电式MEMS麦克风，对整体的结构进行改进，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有高谐振频率的压电式MEMS麦克风。本专利技术的技术方案如下：为实现上述目的，本专利技术提供了一种压电式MEMS麦克风，包括具有腔体的基底、安装在所述基底上的压电振膜、以及连接所述基底和所述压电振膜的约束件，所述基底包括围设成所述腔体的环形底座、设于所述腔体内并与所述环形底座间隔设置的支撑柱，所述压电振膜包括多个膜片，每一所述膜片包括与所述支撑柱连接的固定端以及悬置于所述腔体上方的自由端，所述约束件的一端与所述自由端固定连接、另一端与所述基底上未连接所述固定端的部分连接。作为一种改进方式，所述约束件的一端与所述自由端固定连接，另一端与所述环形底座连接。作为一种改进方式，所述基底还包括若干个支撑梁，所述支撑梁的一端与所述支撑柱连接、另一端与所述环形底座连接从而将所述腔体分隔成若干个子腔体。作为一种改进方式，所述约束件的一端与所述自由端固定连接、另一端与所述支撑梁连接。作为一种改进方式，所述约束件为刚性约束件。作为一种改进方式，所述约束件为弹性约束件，所述约束件包括弹性臂、与所述膜片相连接的凸出部以及与所述基底相连接的固定柱，所述弹性臂的一端与所述凸出部连接、另一端与所述固定柱连接。作为一种改进方式，所述弹性臂包括弧形连接臂、与所述凸出部连接的第一支臂以及与所述固定柱连接的第二支臂，所述弧形连接臂的一端与所述第一支臂连接、另一端与所述第二支臂连接。作为一种改进方式，每一所述膜片连接两所述约束件，所述膜片朝向所述环形底座一侧的两端各设置一个所述约束件。作为一种改进方式，所述自由端在垂直于所述膜片方向上的投影轮廓位于所述子腔体在垂直于所述膜片方向上的投影轮廓以内。作为一种改进方式，所述自由端在垂直于所述膜片方向上的投影轮廓与对应的所述子腔体在垂直于所述膜片方向上的投影轮廓形状相同。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的压电式MEMS麦克风，在声压的作用下，自由端发生振动，靠近固定端的压电振膜能产生电压信号，在基底和压电振膜之间设有约束件，该约束件可以对膜片的形变进行约束，进而改善压电振膜的谐振频率，降低整个压电式MEMS麦克风的噪音。【附图说明】图1为本专利技术实施例提供的压电式MEMS麦克风的立体图；图2为图1中A处的局部放大示意图；图3为本专利技术实施例提供的压电式MEMS麦克风的爆炸图；图4为本专利技术实施例提供的约束件设于膜片上的立体图；图5为图4中B处的局部放大示意图；图6为本专利技术实施例提供的压电式MEMS麦克风的俯视图；图7为图6中C-C处的剖视图；图8为本专利技术实施例提供的基底的立体图。图中：10、基底；11、腔体；12、环形底座；13、支撑柱；14、支撑梁；15、子腔体；20、压电振膜；21、膜片；211、固定端；212、自由端；30、约束件；31、凸出部；32、固定柱；33、弹性臂；331、第一支臂；332、第二支臂；333、弧形连接臂。【具体实施方式】下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。需要说明的是，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。请参阅图1至图8，本专利技术的实施例提供了一种压电式MEMS麦克风，压电式MEMS麦克风包括具有腔体11的基底10和安装在基底10上的压电振膜20，压电振膜20位于腔体11上方，外部的声音信号从声孔中传入，声压引起压电振膜20形变，产生电压变化，从而感知声学信号。请参阅图1至图3，基底10包括围设成腔体11的环形底座12、设于腔体11内并与环形底座12间隔设置的支撑柱13、以及若干个沿支撑柱13的周向间隔设置的支撑梁14，支撑梁14的一端与支撑柱13连接，支撑梁14的另一端与环形底座12连接从而将腔体11分隔成若干个子腔体15，本实施例中的环形底座12可以是一个360度封闭的环形，也可以不是一个完整的环形。请进一步参阅图4至图7，压电式MEMS麦克风还包括连接基底10和压电振膜20的约束件30，压电振膜20包括多个间隔设置的膜片21，约束件30与膜片21相连接并架设于环形底座12的上方，每一膜片21包括与支撑柱13连接的固定端211以及与固定端211连接并悬置于子腔体15上方的自由端212，约束件30的一端与自由端212固定连接，约束件30的另一端与基底10上未连接固定端211的部分连接，即约束件30的另一端可以与环形底座12连接，或者约束件30的另一端与支撑梁14连接。该约束件30可避免膜片21内残余应力对膜片21所造成的不同程度的边缘翘曲、内卷等形变，防止膜片21在低频衰减时存在差异。作为优选地实施方式，每一膜片21都与两所述约束件30相连接，膜片21朝向环形底座12一侧的两端各设置有一个约束件30，以便于膜片21振动时更平稳。膜片21以宽度尺寸(即膜片21沿支撑柱13的周向尺寸)逐渐增大的形式从固定端211朝向自由端212延伸设置，这样，在声压的作用下，自由端212带动膜片21发生振动，靠近固定端211的膜片21部分在力的作用下发生更大的形变进而产生较多的电荷，因此，其灵敏度可以进一步提高。在具体实验中，对于同样面积的MEMS芯片和膜层结构不发生改变的情况下，这一结构设计能够将灵敏度数值提升到-35dB以上，相对于传统结构的-43dB的灵敏度有着显著提升。同时，在自由端212之远离固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电式MEMS麦克风，其特征在于，包括具有腔体的基底、安装在所述基底上的压电振膜、以及连接所述基底和所述压电振膜的约束件，所述基底包括围设成所述腔体的环形底座、设于所述腔体内并与所述环形底座间隔设置的支撑柱，所述压电振膜包括多个膜片，每一所述膜片包括与所述支撑柱连接的固定端以及悬置于所述腔体上方的自由端，所述约束件的一端与所述自由端固定连接、另一端与所述基底上未连接所述固定端的部分连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电式MEMS麦克风，其特征在于，包括具有腔体的基底、安装在所述基底上的压电振膜、以及连接所述基底和所述压电振膜的约束件，所述基底包括围设成所述腔体的环形底座、设于所述腔体内并与所述环形底座间隔设置的支撑柱，所述压电振膜包括多个膜片，每一所述膜片包括与所述支撑柱连接的固定端以及悬置于所述腔体上方的自由端，所述约束件的一端与所述自由端固定连接、另一端与所述基底上未连接所述固定端的部分连接。


2.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述约束件的一端与所述自由端固定连接，另一端与所述环形底座连接。


3.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述基底还包括若干个支撑梁，所述支撑梁的一端与所述支撑柱连接、另一端与所述环形底座连接从而将所述腔体分隔成若干个子腔体。


4.根据权利要求3所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述约束件的一端与所述自由端固定连接、另一端与所述支撑梁连接。


5.根据权利要求1-4任一项所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述约束件为刚性约束件。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：段炼，张睿，陈志远，
申请(专利权)人：瑞声声学科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44