微机电系统管芯技术方案

本实用新型专利技术涉及微机电系统管芯。微机电系统MEMS管芯包括基板、背板以及振膜。背板联接至基板并且包括介电层和电极。电极联接至介电层并且限定了开口，该开口暴露介电层的中心部分。振膜平行于背板取向并且与背板间隔开。在一个实现方式中，开口的直径大于或等于振膜的直径的1/10。直径的1/10。直径的1/10。

【技术实现步骤摘要】
微机电系统管芯


[0001]本技术涉及具有成形电极的电容式麦克风，更具体地，涉及微机电系统管芯。

技术介绍

[0002]麦克风部署在各种类型的设备(例如，个人计算机、蜂窝电话、移动设备、头戴式耳机、耳机和助听器设备)中。然而，随着这些设备变得越来越小，麦克风的最大允许空间也变得越来越小。与较大的麦克风相比，较小的麦克风会经历因设备内的气流和热损失而导致的较高的声噪声并且通常具有较低的信噪比。

技术实现思路

[0003]本技术的一方面涉及一种微机电系统管芯，所述微机电系统管芯包括：基板；背板，所述背板联接至所述基板，所述背板包括：介电层；以及电极，所述电极联接至所述介电层，所述电极限定了开口，所述开口暴露所述介电层的中心部分；以及振膜，所述振膜平行于所述背板取向并且与所述背板间隔开。
[0004]本技术的另一方面涉及一种微机电系统管芯，所述微机电系统管芯包括：基板；背板，所述背板联接至所述基板；以及振膜，所述振膜平行于所述背板取向并且与所述背板间隔开，所述振膜包括：介电层；以及电极，所述电极联接至所述介电层，所述电极限定了开口，所述开口暴露所述介电层的中心部分。
[0005]本技术的另一方面涉及一种微机电系统管芯，所述微机电系统管芯包括：基板；背板，所述背板联接至所述基板；所述背板包括：介电层；以及电极，所述电极联接至所述介电层，所述电极限定了开口，所述开口暴露所述介电层的环形部分，其中，所述电极的外周界在径向方向上与所述基板间隔开；以及振膜，所述振膜平行于所述背板取向并且与所述背板间隔开。
[0006]本技术的又一方面涉及一种微机电系统管芯，所述微机电系统管芯包括：基板；背板，所述背板联接至所述基板；以及振膜，所述振膜平行于所述背板取向并且与所述背板间隔开，所述振膜包括：介电层；以及电极，所述电极联接至所述介电层，所述电极限定了开口，所述开口暴露所述介电层的环形部分，其中，所述电极的外周界在径向方向上与所述基板间隔开。
附图说明
[0007]结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本公开的前述特征和其它特征将变得更加完全显而易见。这些附图仅描绘了根据本公开的多个实施方式，因此不应视为对本公开的范围的限制。下面结合附图更详细地描述各种实施方式。
[0008]图1是示例微机电系统(MEMS)管芯的局部分解视图。
[0009]图2是示例经修改的MEMS管芯的局部分解视图。
[0010]图3是图2的经修改的MEMS管芯的侧截面视图。
[0011]图4是示出了针对各种示例MEMS管芯的振膜偏转量作为距振膜中心线的距离的函数的曲线图。
[0012]图5是比较图4的示例MEMS管芯之间的性能差异的表。
[0013]图6是另一示例经修改的MEMS管芯的截面视图。
[0014]图7是图6的经修改的MEMS管芯的一部分的再现。
[0015]图8是示出了针对各种示例MEMS管芯的振膜偏转量作为距振膜中心线的距离的函数的曲线图。
[0016]图9是示例麦克风组件的截面视图。
[0017]在以下详细描述中，参照附图描述了各种实施方式。技术人员将理解，为了清楚起见，附图是示意性的并且被简化，因此附图仅示出了对于理解本公开而言必不可少的细节，而省略了其它细节。贯穿全文，相似的附图标记指代相似的元件或部件。因此，不必关于各个附图详细描述相似的元件或部件。
具体实施方式
[0018]电容式麦克风组件包括固定背板和可移动振膜，该可移动振膜响应于声能(例如，压力波动)而相对于背板移动。背板和振膜各自包括电极，该电极用于将声能转换成可以由麦克风组件解释的电信号。麦克风组件的性能部分地基于电极的大小以及电极与振膜和/或背板之间的对准来确定。Voorthuyzen等人(以下称为“Voorthuyzen”)的“Optimization of Capacitive Microphone and Pressure Sensor Performance by Capacitor
‑
electrode Shaping,”Sensors and Actuators A,331
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336,1991(其通过引用并入本文)提供了有关背板和/或振膜电极设计的参考。具体地，Voorthuyzen描述了电极的大小和定位如何影响麦克风性能。Voorthuyzen指出：“为获得最大灵敏度，电极应位于振膜的中心，该电极的半径取决于放大器输入电容的值。”概括地说，Voorthuyzen教导了如下期望：(i)将电极的直径减小到小于振膜的直径的值；以及(ii)将电极定位在振膜的中心区域上，振膜的经历最大偏转量的区域中，以优化麦克风组件的灵敏度和SNR。
[0019]总体上，本文公开了用于进一步改进电容式麦克风组件的信噪比(SNR)的系统和方法。具体地，本文公开了通过选择性地将电极仅定位在背板和/或振膜的某些部分上来改进SNR的系统和方法。与诸如在Voorthuyzen中的传统观点(该传统观点教导将电极定位在振膜经历最大偏转量的位置(例如，振膜的中心、距支撑振膜的位置最远的位置等)附近)相反，本文公开的系统和方法涉及将电极远离最大振膜偏转区域定位。这种定位电极的新方法减少了振膜所经历的最大偏转量，而不会显著影响麦克风组件的灵敏度。将参照图1至图8更全面地解释上面提供的总体描述的细节。
[0020]如图1至图2所示，一个实现方式涉及用于麦克风组件的MEMS管芯。在一个实施方式中，MEMS管芯是电容性声换能器，其被构造成响应于入射在换能器上的声扰动而生成电信号。具体地，图1至图2示出了本公开的MEMS管芯100(图2)的几何形状如何与其它MEMS管芯结构(例如，如图1所示的具有电极10的MEMS管芯5)不同。如图2所示，本公开的MEMS管芯100包括基板102、背板104和可移动振膜106。基板102包括具有第一端(例如，如图2所示的上端)以及与第一端相反的第二端(例如，下端)的支撑壁108。支撑壁108限定了穿过该支撑壁108居中设置的圆柱孔114，该圆柱孔相对于支撑壁108的中心轴线116在第一端与第二端
之间以大致平行的取向延伸。孔114被配置成将声能携带(例如，传输等)至MEMS管芯100的其它部分(诸如振膜106)。
[0021]基板102联接至并支撑背板104和振膜106。在图2的实施方式中，振膜106在支撑壁108的外围(例如，外周界等)处直接沉积在支撑壁108的第一端上。背板104通过支撑层126联接至振膜106的上侧124并且通过支撑层126与振膜106间隔开。在另一实施方式中，背板104在支撑壁108的外周界处直接联接至支撑壁108，或者以其它方式悬挂在振膜106附近。
[0022]如图2所示，背板104限定了多个穿孔118(例如，小的圆形开口)，该多个穿孔在垂直于背板104的方向上(例如，在大致平行于支撑壁108的中心轴线116的方向上)延伸穿过背板104。穿孔11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统管芯，其特征在于，所述微机电系统管芯包括：基板；背板，所述背板联接至所述基板，所述背板包括：介电层；以及电极，所述电极联接至所述介电层，所述电极限定了开口，所述开口暴露所述介电层的中心部分；以及振膜，所述振膜平行于所述背板取向并且与所述背板间隔开。2.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述振膜包括导电部分，并且其中，所述导电部分与所述开口轴向对准。3.根据权利要求1或2所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述开口的直径大于或等于所述电极的直径的1/10。4.根据权利要求3所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述开口的直径大于或等于所述电极的直径的1/6。5.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，在所述背板与所述振膜之间存在施加的偏置电压的情况下，在所述振膜的中心部分与所述背板之间不存在静电吸引。6.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述开口是穿过所述电极的圆形洞。7.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述电极设置在所述振膜与所述背板之间。8.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述电极设置在所述背板的与所述振膜相反的一侧上。9.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述基板限定了孔，并且其中，所述振膜覆盖所述孔。10.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述电极是环形的。11.根据权利要求1所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述微机电系统管芯形成麦克风组件的一部分，所述麦克风组件包括：壳体，所述壳体包括：基座；盖，所述盖联接至所述基座；以及声端口，所述声端口设置在所述基座和所述盖中的一者内，其中，所述壳体限定了封闭容积，并且其中，所述微机电系统管芯联接至所述基座并且设置在所述封闭容积内。12.根据权利要求11所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述麦克风组件还包括集成电路，所述集成电路联接至所述基座并且设置在所述封闭容积内，并且其中，所述集成电路电连接至所述微机电系统管芯。13.一种微机电系统管芯，其特征在于，所述微机电系统管芯包括：基板；背板，所述背板联接至所述基板；以及振膜，所述振膜平行于所述背板取向并且与所述背板间隔开，所述振膜包括：介电层；以及
电极，所述电极联接至所述介电层，所述电极限定了开口，所述开口暴露所述介电层的中心部分。14.根据权利要求13所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述背板的导电部分与所述开口轴向对准。15.根据权利要求13或14所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述开口的直径大于或等于所述电极的直径的1/10。16.根据权利要求15所述的微机电系统管芯，其特征在于，所述开口的直径大于或等于所述电极的直径的1/6。17.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：美商楼氏电子有限公司，
类型：新型
国别省市：