[發明專利]具有微機械傳聲器結構的構件

在審

• 申請號: 201310478347.2
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103546845A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: J·策爾林;R·艾倫普福特;J·格拉夫;C·謝林;F·安特;M·庫爾契奇
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H04R7/02
• 分類號: H04R7/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

技術領域

本發明涉及具有微機械傳聲器結構的構件，該傳聲器結構以層結構的方式實現在半導體襯底上。該傳聲器結構包括一聲學上起作用的膜片，該膜片至少部分地跨越襯底背側中的一聲孔。該膜片設有傳聲器電容器組件的至少一個可運動的電極。此外，該傳聲器結構包括一固定的、可透聲的、具有貫通孔的對應元件，該對應元件以層結構方式布置在所述膜片的上方并且作為用于所述傳聲器電容器組件的至少一個不可運動的電極的載體起作用。

該膜片的聲加載通過襯底中的聲孔和／或通過對應元件中的貫通孔進行。由此產生的膜片偏移作為電容波動借助于傳聲器電容器組件被感測。

背景技術

在US6，535，460B2中描述了一種開頭提到的類型的傳聲器構件。這種傳聲器構件的構成包括一具有聲孔的襯底，該聲孔被一膜片所跨越。在膜片的上方并且與其隔開間距地布置有一穿孔的對應元件，該對應元件在聲孔的邊緣區域中與襯底連接。膜片和對應元件共同構成一傳聲器電容器，其中，膜片作為可運動的電極起作用，而處于固定的對應元件構型有一剛性的對應電極。

已知的傳聲器構件的圓形膜片通過彈簧元件納入到該構件的層結構中。在聲壓加載時，這些彈簧元件首先變形，從而膜片基本上平整平行地偏移。在此，彈簧元件的區域中的空氣泄流路徑改變。該流動路徑隨著膜片偏移的增大而變大，這尤其在聲級高的情況下導致測量信號變差。

在已知的傳聲器構件中，膜片和彈簧元件由一薄的、導電的多晶層結構化出來。這種膜片結構由于其小的厚度和多晶層的表面粗糙性而對于突然出現的機械負載特別敏感，尤其對于加速、例如在碰撞或者掉落時發生的加速特別敏感。

發明內容

通過本發明提出用于改進開頭提到的類型的傳聲器構件的傳聲器靈敏性和傳聲器信號的線性行為的措施，此外，所述措施有助于提高構件的牢固性。

根據本發明，所述膜片在一中心區域中連接到所述半導體襯底上。此外，所述膜片至少區域式地設置有瓦楞板形的褶皺，以便能夠實現顯著的、由聲壓引起的膜片變形。

因此，與已知的傳聲器構件不同，根據本發明的傳聲器構件的膜片懸掛裝置是剛性的。此外，該膜片懸掛裝置從膜片的邊緣區域被移位到膜片的中心區域中。與之相應地，在根據本發明的傳聲器構件中，由聲壓引起的膜片偏移不是基于膜片懸掛裝置的變形而是基于膜片自身的變形或者拱起。通過瓦楞板形的褶皺的布局，一方面限定可變形的膜片面積。另一方面，褶皺的設定在給定的聲級下確定由變形引起的膜片偏移的程度。由于膜片的中心區域中的、剛性的膜片懸掛裝置，傳聲器膜片的兩側之間的空氣泄流路徑的大小在很大程度上與聲級無關，這有助于傳聲器信號的線性行為。與此相應地，在這里，傳聲器靈敏性也基本上與聲級無關。盡管如此，通過合適地布局膜片和褶皺，能夠在膜片中實現相對大的膜片偏移進而也能夠實現相對大的測量信號。

此外，根據本發明的構件的傳聲器結構由于膜片中心區域中的剛性的膜片懸掛裝置而對于加速相對牢固。

為了實現根據本發明的傳聲器構件通常有多種可能性，這尤其涉及膜片和膜片懸掛裝置的布局。

這樣，膜片可以設計成圓形或者也可以設計成多邊形。膜片可以按照槳葉的類型僅在一側通過一剛性的懸掛條與半導體襯底連接，該懸掛條從聲孔的邊緣區域延伸直到膜片區域中。但是，膜片也可以通過多個懸掛條連接到半導體襯底上，其中，這些懸掛條可以對稱地或者也可以不對稱地在膜片邊緣上分布地布置。

在本發明的一種特別有利的變型方案中，該膜片懸掛裝置包括至少兩個懸掛條，所述懸掛條分別從聲孔的一邊緣區段向該聲孔的對置的邊緣區段延伸并且在所述膜片的中心區域中相交叉。在這種情況下，懸掛條的交叉區域構成用于膜片的、在中心的懸掛裝置，該懸掛裝置可以對中地或者在中心之外布置。這里，懸掛條把膜片劃分成段，在所述段中分別有意義地構造有一徑向向外延伸的、瓦楞板形的褶皺。這種類型的褶皺特別好地支持各個膜片段的可變形性。

有利的是，膜片邊緣在其他部位不被納入到傳聲器結構的層結構中，從而膜片的盡可能大的區域能夠由于聲壓而拱起進而偏移。

為提高牢固性，根據本發明的構件的傳聲器結構以有利的方式構想有用于膜片的雙側過載保護。在膜片的與聲孔相對置的側上，可以簡單地將對應元件用作過載保護。為此，該對應元件以有利的方式設置有一電絕緣層，以避免在過載情況下傳聲器電容器組件短路。如果膜片邊緣不納入到傳聲器結構的層結構中，則可特別簡單地實現襯底側的過載保護。在這種情況下，能夠簡單地將聲孔的邊緣區域用作用于膜片的襯底側止擋，如果膜片這樣設計：它至少區域式地延伸直到超過聲孔的邊緣區域。