压电MEMS麦克风和电子设备制造技术

本申请提供一种压电MEMS麦克风和电子设备，涉及声电技术领域，可以在一定空间内提高悬臂的长度，进而提高压电MEMS麦克风的信噪比。压电MEMS麦克风包括基座和设置于基座上的振膜，振膜包括悬臂和位于悬臂外围的框体。基座中与悬臂相对的部分镂空，框体围成一周固定于基座上方。也可以说，基座围成一周、且中间镂空，框体固定在基座上，振膜与基座的中间镂空部分相对。在振膜与基座的交界面所在的平面，悬臂折弯为连续的多个悬臂段。其中，悬臂包括根部和端部；根部与框体固定连接，悬臂中除根部以外的其他部分均与框体断开。也可以说，悬臂中除根部以外的其他部分与框体之间均具有间隙。间隙。间隙。

【技术实现步骤摘要】
压电MEMS麦克风和电子设备


[0001]本申请涉及声电
，尤其涉及一种压电MEMS麦克风和电子设备。

技术介绍

[0002]麦克风是一种常见的声音捕捉设备，用于将声音信号转换为电信号。按种类来分，麦克风有动圈式麦克风、铝带式麦克风、驻极体式(electret microphone，ECM)麦克风、电容微机电系统(micro
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electromechanical systems，MEMS)麦克风和压电MEMS麦克风等。
[0003]近代麦克风以驻极体式麦克风和电容MEMS麦克风较多。然而，由于工艺的原因，驻极体式麦克风在生产一致性、温度稳定性上远不如电容MEMS麦克风，正逐步被电容MEMS麦克风替代，2015年以后电容MEMS麦克风市场占有率已经超过驻极体式麦克风，2020年的电容MEMS麦克风的发货量已超过60亿颗。
[0004]然而，为了提高电容MEMS麦克风的灵敏度，往往需要增加一个电荷泵(charge pump，CP)来为电容MEMS麦克风充电。该电荷泵属于电源转换装置，一方面，需要占用一定的版图面积；另一方面，该电荷泵自身需要消耗一定的电量，这在微功耗场合的应用往往成了一定的负担。以2021年Infineon刚出的IMA73A135为例，号称业界功耗最低，也需要170uA(2.8V)的正常功耗。
[0005]相对而言，压电MEMS麦克风(piezoelectric MEMS microphone，下简称P
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MIC)虽然出现较晚，但是其可以直接将声音的能量转为电能的特性，决定着其无需额外的电荷泵，只要有声压，就可以利用正压电效应转换为电荷输出，不但可以省去电荷泵所占的版图面积，还可以减小功耗。
[0006]然而，压电MEMS麦克风的性能与传统的驻极体式麦克风的性能存在较大差距，例如，压电MEMS麦克风的信噪比(signal to noise ratio，SNR)远低于驻极体式麦克风的信噪比。因此，如何提高压电MEMS麦克风的信噪比是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本申请提供一种压电MEMS麦克风和电子设备，可以在一定空间内提高悬臂的长度，进而提高压电MEMS麦克风的信噪比。
[0008]第一方面，本申请提供一种压电MEMS麦克风，该压电MEMS麦克风包括基座和设置于基座上的振膜，振膜包括悬臂和位于悬臂外围的框体。基座中与悬臂相对的部分镂空，框体围成一周固定于基座上方。也可以说，基座围成一周、且中间镂空，框体固定在基座上，振膜与基座的中间镂空部分相对。在振膜与基座的交界面所在的平面，悬臂折弯为连续的多个悬臂段。其中，悬臂包括根部和端部；根部与框体固定连接，悬臂中除根部以外的其他部分均与框体断开。也可以说，悬臂中除根部以外的其他部分与框体之间均具有间隙。
[0009]本申请中，可以将悬臂弯折为连续的多个悬臂段，例如，将悬臂弯折为第一个悬臂段和第二个悬臂段，第一个悬臂段的一端与第二个悬臂段的一端在二者的折弯处连接，这样一来，第一个悬臂段与第二个悬臂段的总长即为悬臂的长度。相较于相同空间内悬臂无
弯折的情况，本申请的悬臂的总长度大大增加。又因为悬臂的长度的5次方与压电MEMS麦克风的品质因素正相关，压电MEMS麦克风的品质因素与信噪比正相关，因此，悬臂的长度越长，压电MEMS麦克风的信噪比越大。本申请可以通过将悬臂弯折为连续的多个悬臂段，来增加悬臂的有效长度，进而提高压电MEMS麦克风的信噪比。
[0010]此外，相较于下文压电MEMS麦克风包括第一悬臂和第二悬臂的方案，压电MEMS麦克风包括一个悬臂的方案中，一个悬臂的根部尺寸可以大于第一悬臂的根部尺寸和第二悬臂的根部尺寸，进而该悬臂的根部的耐压性强于第一悬臂的根部和第二悬臂的根部的耐压性。
[0011]在一种可能实现的方式中，悬臂的根部包括第一根部和第二根部，悬臂的端部位于第一根部与第二根部之间。在悬臂所在区域的尺寸相同的情况下，相较于悬臂的根部连为一体的方案，根部断开的情况对应的悬臂的总长度更长，更有利于提高压电MEMS麦克风的信噪比。
[0012]在另一种可能实现的方式中，悬臂的端部包括第一端部和第二端部，悬臂的根部位于第一端部与第二端部之间。在悬臂所在区域的尺寸相同的情况下，相较于悬臂的根部断开的方案，悬臂的根部连为一体的方案中，一整个根部的尺寸更大，根部的耐压性越强。
[0013]在一些可能实现的方式中，悬臂包括相邻的第一悬臂和第二悬臂。在振膜与基座交界的平面，第一悬臂折弯为连续的多个第一悬臂段，第二悬臂折弯为连续的多个第二悬臂段。相邻的第一悬臂段与第二悬臂段之间的侧壁断开；第一悬臂的端部为第三端部，第一悬臂的根部为第三根部；第二悬臂的端部为第四端部，第二悬臂的根部为第四根部。
[0014]本申请中，悬臂的个数也可以是多个，例如悬臂可以包括第一悬臂和第二悬臂，第一悬臂的侧壁与第二悬臂的侧壁断开。第一悬臂可以弯折为连续的多个第一悬臂段，第二悬臂可以弯折为连续的多个第二悬臂段。这样一来，多个第一悬臂段与多个第二悬臂段的总长即为悬臂的长度。相较于相同空间内悬臂无弯折的情况，本申请的悬臂的总长度大大增加。又因为悬臂的长度的5次方与压电MEMS麦克风的品质因素正相关，压电MEMS麦克风的品质因素与信噪比正相关，因此，悬臂的长度越长，压电MEMS麦克风的信噪比越大。本申请可以通过将悬臂弯折为连续的多个悬臂段，来增加悬臂的有效长度，进而提高压电MEMS麦克风的信噪比。
[0015]在一些可能实现的方式中，第三端部和第四端部位于第三根部与第四根部之间。或者，第三根部和第四根部位于第三端部与第四端部之间。
[0016]在一些可能实现的方式中，由于第三端部和第四端部未与框体固定连接，因此，在声压作用下，第三端部和第四端部容易发生扭转，容易对压电MEMS的性能产生非线性影响。因此，在第三端部和第四端部位于第三根部与第四根部之间、且相邻的第一悬臂段与第二悬臂段之间的侧壁断开的情况下，第三端部与第四端部之间还可以固定连接。这样一来，第三端部与第四端部之间可以互相牵引，避免因第三端部或者第四端部处在较大声压作用下扭转。
[0017]在一些可能实现的方式中，压电MEMS麦克风还包括辅助振膜。辅助振膜固定设置于振膜朝向基座一侧，且与基座无接触。通过将辅助振膜与悬臂固定连接，相在声压的作用下，可以增大悬臂的摆幅，从而提高压电MEMS麦克风的电能转换效率。
[0018]在一些可能实现的方式中，压电MEMS麦克风还包括连接部，连接部设置于辅助振
膜与悬臂之间；其中，连接部至少与端部部分重合。其中，由于整个悬臂中，端部的摆幅最大，因此，连接部可以至少与端部重合，以提高端部的摆幅，进而进一步提高电能的转换效率。
[0019]在一些可能实现的方式中，压电MEMS麦克风还包括吸收体；吸收体设置于框体与悬臂之间，吸收体的刚度小于悬臂的弯曲刚度。由于悬臂的长度较长，导致可靠性降低，为了避免悬臂在强声压冲击下发生不可恢复的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电MEMS麦克风，其特征在于，包括基座和设置于所述基座上的振膜；所述振膜包括悬臂和位于所述悬臂外围的框体；所述基座中与所述悬臂相对的部分镂空，所述框体围成一周固定于所述基座上方；在所述振膜与所述基座的交界面所在的平面，所述悬臂折弯为连续的多个悬臂段；其中，所述悬臂包括根部和端部；所述根部与所述框体固定连接，所述悬臂中除所述根部以外的其他部分均与所述框体断开。2.根据权利要求1所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述根部包括第一根部和第二根部，所述端部位于所述第一根部与所述第二根部之间；或者，所述端部包括第一端部和第二端部，所述根部位于所述第一端部与所述第二端部之间。3.根据权利要求1所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述悬臂包括相邻的第一悬臂和第二悬臂；在所述振膜与所述基座交界的平面，所述第一悬臂折弯为连续的多个第一悬臂段，所述第二悬臂折弯为连续的多个第二悬臂段；相邻的所述第一悬臂段与所述第二悬臂段之间的侧壁断开；所述第一悬臂的所述端部为第三端部，所述第一悬臂的根部为第三根部；所述第二悬臂的所述端部为第四端部，所述第二悬臂的根部为第四根部。4.根据权利要求3所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述第三端部和所述第四端部位于所述第三根部与所述第四根部之间。5.根据权利要求4所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述第三端部与所述第四端部固定连接。6.根据权利要求3所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述第三根部和所述第四根部位于所述第三端部与所述第四端部之间。7.根据权利要求1
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6任一项所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述压电MEMS麦克风还包括辅助振膜；所述辅助振膜固定设置于所述振膜朝向所述基座一侧，且与所述基座无接触。8.根据权利要求7所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述压电MEMS麦克风还包括连接部，所述连接部设置于所述辅助振膜与所述悬臂之间；其中，所述连接部至少与所述端部部分重合。9.根据权利要求1
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8任一项所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述压电MEMS麦克风还包括吸收体；所述吸收体设置于所述框体与所述悬臂之间，所述吸收体的刚度小于所述悬臂的弯曲刚度。10.根据权利要求1
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9任一项所述的压电MEMS麦克风，其特征在于，所述压电MEMS麦克风还包括压电基底和设...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢增平，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：