一种MEMS麦克风及阵列结构制造技术

本发明专利技术公开了一种MEMS麦克风及阵列结构，该MEMS麦克风包括具有背腔的基底及固定于基底上的压电振膜，压电振膜包括固定于基底的振膜层及固定于振膜层上的压电层，振膜层包括与基底固定连接的边框部、间隔设置于边框部内侧并与背腔相对应的主体部以及连接主体部和边框部的弹性单元，压电层设于主体部上，弹性单元呈梳齿状设置。本发明专利技术由于采用了弹性单元的方式连接，使得该形变量远大于现有刚性连接的振膜结构的形变量，实现麦克风具有更高灵敏度，同时，能够有效地释放振膜的应力，降低了由于振膜应力增大而导致位移量变小的影响，可提升器件的灵敏度，在保证噪声不变的前提下，进一步提高了信噪比。

A MEMS microphone and array structure

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS麦克风及阵列结构
本专利技术涉及声电
，具有涉及一种MEMS麦克风及阵列结构。
技术介绍
MEMS麦克风是指基于MEMS(MicroelectromechanicalSystems)技术制造的麦克风，即在一个硅微基片上利用MEMS加工工艺制作的微型麦克风，因此也称为硅微麦克风。与传统麦克风不同，MEMS麦克风具有尺寸小质量轻、安装简单、易形成阵列、成本低以及批量制造等特点，广泛应用于消费电子领域的手机、笔记本电脑等、汽车领域的免提电话、医学领域的助听器等等。随着MEMS工艺的发展以及消费类电子产品不断微型化、集成化的需求，对MEMS麦克风的灵敏度(或信噪比)和性能稳定性等要求也在不断提升。目前，MEMS麦克风的种类有电容式麦克风、压阻式麦克风以及压电式麦克风，其中压阻式麦克风对高频声音信号的响应能力比较低，噪声较大，但仍然处于实验室改进阶段，也没有大规模应用与市场。MEMS电容式麦克风是当前商用化程度最高的，它的主要原理是外部声压导致振膜与背板之间的电容发生改变，然后通过ASIC放大处理后完成“声-电”转换；该麦克风在频率响应的平坦度和灵敏度等基本性能以及性能稳定性方面具有明显的优势。然而，电容式MEMS麦克风似乎达到了性能瓶颈，而且在最近几年也没有可观的改进，其中一种改进方法是从一个背板增加到两个，但是这使得麦克风有3层而非2层，还会增加成本和影响可靠性；另一种改进方法是增加软件，制造可以进行某些信号处理的智能麦克风。压电MEMS麦克风由于原理简单，广受人们喜爱，其采用一个悬壁梁来感受声音，直接产生一个较大的电压信号，其设计不受灰尘、水、焊剂蒸气或任何污染物影响，性能更加可靠、稳定。传统技术中，压电MEMS麦克风主要采用的是振膜弯曲和悬臂梁弯曲的方式在锚点的位置产生较大的应力，从而使覆盖其上的压电薄膜受压产生电荷输出。对于悬臂梁结构，由于其膜层结构应力的存在会导致悬臂梁的变形较大(微米级)，并且如果其结构中有多个对称悬臂梁，难免会造成悬臂梁的弯曲程度不同，这就对后续的封装技术提出了更高要求。对于振膜型结构，由于其在锚点位置覆盖压电薄膜后其刚度会有一定增加，因此相同的压力条件下所受的应力与未覆盖压电层相比会有一定的减小，从而导致输出电压减少；当薄膜中存在一定的应力作用时，结构的刚度会进一步增加，因此相同的声压条件下其变形量会减小，从而导致灵敏度严重下降。如图1所示，该振膜型压电MEMS麦克风包括基底及设置在基底上的压电振膜，该麦克风的缺陷在于：压电振膜的四个边角是采用刚性连接，在振膜具有一定的应力条件下，由于刚度变大，导致其灵敏度显著下降，膜层结构的应力无法释放。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MEMS麦克风，其克服了传统技术的缺陷，其基底与压电振膜之间采用弹性连接，可以减小振膜应力的影响，提高器件的灵敏度。为了达到上述的目的，本专利技术的技术方案如下：一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底及固定于所述基底上的压电振膜，所述压电振膜包括固定于所述基底的振膜层及固定于所述振膜层上的压电层，所述振膜层包括与所述基底固定连接的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的弹性单元，所述压电层设于所述主体部上，所述弹性单元呈梳齿状设置。作为本专利技术的进一步改进，所述弹性单元包括与所述边框部连接的连接端以及连接所述连接端与所述主体部的支撑梁，所述连接端呈梳齿状设置。作为本专利技术的进一步改进，所述连接端包括自所述支撑梁的远离所述主体部的端部分别向相对两侧延伸的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端均呈梳齿状设置。作为本专利技术的进一步改进，所述第一连接端包括自所述支撑梁的远离所述主体部的端部向远离所述主体部方向延伸的第一臂、自所述第一臂弯折延伸的第二臂、自所述第二臂向靠近所述主体部弯折延伸的第三臂、自所述第三臂弯折延伸的第四臂、自所述第四臂向远离所述主体部弯折延伸的第五臂以及自所述第五臂弯折延伸的第六臂，所述第二臂、第四臂以及第六臂的延伸方向相同，所述第六臂与所述边框部连接。作为本专利技术的进一步改进，所述第一连接端和所述第二连接端对称设置。作为本专利技术的进一步改进，所述主体部呈矩形设置，所述弹性单元与所述主体部的四个角部连接。作为本专利技术的进一步改进，所述压电层设于所述振膜层远离所述背腔的一侧，并且所述压电层与所述主体部的外边缘齐平。作为本专利技术的进一步改进，所述压电层包括L形设置的第一压电部及第二压电部，所述第一压电部与所述第二压电部之间具有间隙，且所述第一压电部与所述第二压电部呈中心对称设置。本专利技术还提供一种MEMS麦克风阵列结构，包括多个如权利要求1所述的MEMS麦克风单元，多个MEMS麦克风单元呈阵列排布。作为本专利技术的进一步改进，所述麦克风阵列结构为MEMS麦克风单元组成2x2，3x3或者4x4阵列式结构。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过设置与所述基底固定相连的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的弹性单元，使得压电区的中心区域相比现有振膜型结构有更大的形变量，由于采用了弹性单元的方式连接，使得该形变量远大于现有刚性连接的振膜结构的形变量，实现麦克风具有更高灵敏度，同时，能够有效地释放振膜的应力，降低了由于振膜应力增大而导致位移量变小的影响，可提升器件的灵敏度，在保证噪声不变的前提下，进一步提高了信噪比。进一步的，该阵列结构可以根据单元结构的具体形式做成2x2、3x3或者4x4等多种阵列式结构，以保证具有更大的电荷输出，进一步提高了灵敏度。【附图说明】图1为现有技术的MEMS麦克风的结构示意图；图2为本专利技术实施例一的MEMS麦克风单元结构的平面示意图；图3为图2所示的A处的放大图，图中对弹性单元作了图形填充；图4为图2所示的MEMS麦克风单元结构的结构示意图，图中压电层未示；图5为图2所示的MEMS麦克风单元结构的立体示意图；图6为图2所示的MEMS麦克风的对角线截面剖视图；图7为图6所示的B处的放大图；图8为本专利技术实施例二的MEMS麦克风阵列结构的平面示意图。其中，10、基底；20、压电振膜；30、振膜层；31、边框部；32、主体部；33、弹性单元；330、连接端；331、支撑梁；332、第一连接端；333、第二连接端；334、第一臂；335、第二臂；336、第三臂；337、第四臂；338、第五臂；339、第六臂；34、镂空区域；40、压电层；41、第一压电部；42、第二压电部；43、间隙；49、压紧部；50、氧化隔离单元；60、主振膜；70、第一电极单元；80、压电单元；90、第二电极单元；100、MEMS麦克风单元结构；200、MEMS麦克风阵列结构。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的以下实施例进行详细描述。实施例一如图2至图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底及固定于所述基底上的压电振膜，所述压电振膜包括固定于所述基底的振膜层及固定于所述振膜层上的压电层，其特征在于：所述振膜层包括与所述基底固定连接的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的弹性单元，所述压电层设于所述主体部上，所述弹性单元呈梳齿状设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底及固定于所述基底上的压电振膜，所述压电振膜包括固定于所述基底的振膜层及固定于所述振膜层上的压电层，其特征在于：所述振膜层包括与所述基底固定连接的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的弹性单元，所述压电层设于所述主体部上，所述弹性单元呈梳齿状设置。


2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述弹性单元包括与所述边框部连接的连接端以及连接所述连接端与所述主体部的支撑梁，所述连接端呈梳齿状设置。


3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述连接端包括自所述支撑梁的远离所述主体部的端部分别向相对两侧延伸的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端均呈梳齿状设置。


4.根据权利要求3所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述第一连接端包括自所述支撑梁的远离所述主体部的端部向远离所述主体部方向延伸的第一臂、自所述第一臂弯折延伸的第二臂、自所述第二臂向靠近所述主体部弯折延伸的第三臂、自所述第三臂弯折延伸的第四臂、自所述第四臂向远离所述主体部弯折延伸的第五臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：童贝，石正雨，沈宇，李杨，
申请(专利权)人：瑞声科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32