微机电电容式麦克风制造技术

本发明专利技术提出一种微机电电容式麦克风，其振膜为一刚性振膜，并设置于一弹性元件上，使得刚性振膜得以借弹性元件的弹性作用平行于一背极板的法向量方向位移，从而获致刚性振膜与背极板间的电容变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微机电电容式麦克风，尤其涉及一种具有刚性振膜的微机电电容式麦克风。
技术介绍
电子产品的发展趋势一向朝体积轻薄、效率提升的方向前进，麦克风的演进亦不例外。麦克风用以接收声音并将其转换为电气信号，在日常生活中应用广泛，例如装置于电话、手机、录音笔等。以电容式麦克风为例，声音的变化会以音波形式迫使薄膜结构产生相对应的变形，薄膜结构的变形会导致电容发生变化，因此，可借感测电容变化而读出压差值而获知声音的变化。相较于传统驻极电容式麦克风(electret condenser microphone，ECM)，微机电 (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)式麦克风可利用集成电路的工艺技术，将机械元件与电子元件整合于一半导体材料上，借此制作出微型的麦克风，于是渐成微型麦克风的主流。微机电式麦克风除重量轻、体积小、省电外，还具备的优点包括其可利用表面黏着(surface mount)方式生产、能够忍受较高的回焊温度(reflow temperature)、易于与互补式金属氧化物半导体(CM0Q工艺以及其它音讯电子装置整合，以及具有较佳的抗射频 (RF)禾口电磁干扰(electromagnetic interference, EMI)的特性。图1示出了一现有微机电电容式麦克风1的构造示意图，其包括一背极板 (kick-plate) 2、一振膜(membrane or diaphragm) 3以及一间隔件4。其中，该间隔件4设置于背极板2与振膜3之间，使振膜3与背极板2相互绝缘隔离并平行设置，彼此分别形成一平行电容板结构的上电极与下电极；背极板2对应振膜3处开设有多个音孔(air hole) 5, 这些音孔5贯通背极板2，并连通开设于一硅基板6的一背腔(back chamber) 7。分别对该背极板2与振膜3施加电压，可使其电性相异并带有电荷，形成一电容结构。根据平行电极板的电容公式C= εΑ/cK其中，ε为介电系数(dielectric constat), A为两电极板重合面积、d为两电容板的间距(gap))，可知两电容板间的间距变化将改变电容值。借此，当一音波作用于振膜3而造成该振膜3振动、形变时，振膜3与背极板2之间的间距将会改变，使得电容随之变化而可转换成电气信号输出。位于振膜3与背极板2之间受扰动、压缩的空气，则可自该些音孔5释放至该背腔7，避免气压变动过大而损坏可挠的振膜3和背极板2的结构。请配合参阅图2，其示出了一微机电电容式麦克风1的封装示意图。该微机电电容式麦克风1设置于一基板8，并封装于一金属盖体9形成的容置空间内。其中，微机电电容式麦克风1的振膜3与背极板2分别电性连接至一转换芯片10，使背极板2与振膜3之间的电容变化可通过该转换芯片10转换成电气信号而输出。习用于微机电电容式麦克风的振膜均为可挠式振膜，其利用音压造成振膜形变的特性来获致与背极板间的间距改变，借以改变电容值。然而，以薄膜沉积可挠式振膜的工艺温度极高，且因材料彼此间的热膨胀系数互有差异，如此将使得振膜在制造的过程中累积程度不一的张应力或压应力。残存于振膜的应力会导致振膜翘曲，形成皱折而不平整， 导致其影响感测的精准度；更进一步地，麦克风的灵敏度(sensitivity)与振膜的残留应力呈现反比关系，因此过高的应力残留将导致灵敏度降低。为此，美国专利第US5490220 #白勺“Solid state condenser and microphone devices，，禾中$1 : %白勺； 振膜，利用一悬臂梁来支撑振膜，使振膜悬浮借以释放温度效应造成的应力；美国专利第 US5870482 号的 “Miniaturesilicon condenser microphone” 则延伸应用设计出大型平板振膜仅固定一边的结构。由于可挠式振膜于形变时无法随时与背极板保持平行，因此振膜与背极板之间的间距变化估算不易，精确度较为不足。再者，由于麦克风的灵敏度正比于驱动电压，因此，欲提升灵敏度而提高驱动电压时，现有的可挠式振膜容易发生崩溃(collapse)效应，贴附于背极板而导致麦克风失效。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于解决上述问题，进而提出一种精确度、灵敏度高且制造容易的微机电电容式麦克风。为了实现前述目的，本专利技术通过一刚性振膜与一弹性元件的搭配，使得刚性振膜可平行于背极板位移。所提出的微机电电容式麦克风包括一基座、一背极板、一弹性元件以及一刚性振膜；其中，该基座开设一背腔；该背极板与该弹性元件设置于该基座，该背极板还开设有多个音孔，且该些音孔连通该背腔；该刚性振膜设置于该弹性元件，并平行且对应该背极板设置。借此，当一音波作用于该刚性振膜时，该刚性振膜可借弹性元件的弹性作用而平行于该背极板的法向量方向位移。本专利技术的刚性振膜借弹性元件的弹性作用或形变而位移，并于位移时保持与背极板间的平行关系。借此，刚性振膜与背极板间的电容变化仅与两者间的间距相关，如此可提升麦克风于感测、接收音量时的灵敏度与准确度。有关本专利技术的详细
技术实现思路
及优选实施例，配合附图说明如后。附图说明本专利技术的实施方式结合附图予以描述图1为现有微机电电容式麦克风芯片的构造示意图；图2为现有微机电电容式麦克风的封装示意图；图3-1为本专利技术的微机电电容式麦克风一实施例的立体示意图；图3-2为本专利技术的微机电电容式麦克风一实施例的立体剖视图；图4为本专利技术的微机电电容式麦克风一实施例的动作示意图；图5-1至图5-9为本专利技术的微机电电容式麦克风一实施例的流程示意图；及图6为上述实施例于不同频率下的输出结果图。具体实施例方式本专利技术提出了一种微机电电容式麦克风，其利用刚性振膜搭配弹性元件，使刚性振膜可平行并相对一背极板位移。有关本专利技术的详细说明及
技术实现思路
，现配合附图说明如下请参阅图3-1与图3-2所示，在本专利技术的一实施例中，所提出的微机电电容式麦克风20包括一基座21、一刚性振膜22、一弹性元件23以及一背极板对。其中，该背极板M 设置于基座21上，背极板M设有贯通背极板M的多个音孔25 ；该基座21对应于背极板 24的位置包括一背腔沈，使得该些音孔得以连通该背腔26。该刚性振膜22固定于该弹性元件23而平行设置于背极板M —侧。因此，该背极板M可相对于刚性振膜22形成一固定端，该刚性振膜22则可因弹性元件23的弹性作用而位移，借以相对该背极板M形成一活动端。因此，当一音波作用于刚性振膜22而使刚性振膜22相对背极板M位移时，该刚性振膜22可始终与背极板M保持平行而平行于背极板M法向量方向(即Z轴方向)位移。因此，根据前述平行电极板电容公式，刚性振膜22与背极板M之间的电容变化便可改写为AC= ε A/ (d- Λ χ)。其中，Δχ为刚性振膜22受音压(acoustic pressure)作用后的位移量，d为刚性振膜22受音压作用前与背极板M的原始间距。故，相较于现有的可挠式振膜上各点与背极板对间的间距改变量不同，本专利技术的电容变化与Δχ有关，如此可提供更大的电容变化量输出，有效提升麦克风的灵敏度。请配合参阅图3-2，在上述的实施例中，该基座21例如为一硅基板，其上开设圆形的背腔26 ；该弹性元件23是呈十字平板交叉形态，四端固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种微机电电容式麦克风，其特征在于，所述微机电电容式麦克风（２０）包括：一基座（２１），所述基座（２１）开设一背腔（２６）；一背极板（２４），所述背极板（２４）设置于所述基座（２４）上，并开设有多个音孔（２５），且这些音孔（２５）连通所述背腔（２６）；一弹性元件（２３），所述弹性元件（２３）设置于所述基座（２１）上；以及一刚性振膜（２２），所述刚性振膜（２２）设置于所述弹性元件（２３）上，并平行于且对应于所述背极板（２４）而设置；因此，当一音波作用于所述刚性振膜（２２）时，所述刚性振膜（２２）能够借助弹性元件（２３）的弹性作用而平行于所述背极板（２４）的法向量方向位移。

【技术特征摘要】
1.一种微机电电容式麦克风，其特征在于，所述微机电电容式麦克风00)包括一基座(21)，所述基座开设一背腔06)；一背极板(M)，所述背极板04)设置于所述基座04)上，并开设有多个音孔(25)，且这些音孔0 连通所述背腔06)；一弹性元件(23)，所述弹性元件设置于所述基座上；以及一刚性振膜(22)，所述刚性振膜02)设置于所述弹性元件03)上，并平行于且对应于所述背极板04)而设置；因此，当一音波作用于所述刚性振膜02)时，所述刚性振膜02)能够借助弹性元件 (23)的弹性作用而平行于所述背极板04)的法向量方向位移。2.根据权利要求1所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述微机电电容式麦克风00)还包括一支撑件(27)，所述支撑件(XT)设置于所述弹性元件与所述刚性振膜 (22)之间，借以将所述刚性振膜0 承固于所述弹性元件上。3.根据权利要求2所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述刚性振膜02)为圆形，且所述支撑件(XT)承固于所述刚性振膜0 的圆心处。4.根据权利要求1所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述刚性振膜02)还包含设置于所述刚性振膜02)的一侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：方维伦，詹竣凯，
申请(专利权)人：国立清华大学，
类型：发明
国别省市：71