[發明專利]一種電容式麥克風及其制備方法

在審

• 申請號: 201310526504.2
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104602172A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 萬蔡辛;楊少軍
• 申請（專利權）人: 北京卓銳微技術有限公司
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04;H04R31/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;張愛蓮

技術領域

本發明涉及麥克風領域，具體而言，涉及一種電容式麥克風及其制備方法。

背景技術

微機電（MEMS，Micro-Electro-Mechanical?System）麥克風或稱硅麥克風，因其體積小、適于表面貼裝等優點而被廣泛用于平板電子裝置的聲音采集，例如：手機、MP3、錄音筆和監聽器材等。相關技術中，電容式麥克風包括基底、背極板和振膜。其中，振膜是電容式麥克風的核心部件，既需要靈敏地敏感聲壓信號并將之轉化為電信號，又需要在外界風壓吹擊、跌落沖擊的應力和內部加工工藝釋放應力作用后保持性能基本不變地正常工作。其背極也根據實現的制作工藝不同，分為剛性背極和柔性背極。振膜上受到約束包括多種連接和支撐形式，是決定振膜敏感振型并抑制其它不需要振型的關鍵技術，直接與電容式麥克風的靈敏度、線性度、信噪比、吸合電壓、敏感電容、動態響應等指標相關。

傳統的硅微麥克風一般限于在振膜與固定的剛性基板和相對基板靜止的剛性背極之間構造多種相對約束，這種約束方式由于基板和剛性背極在敏感運動中相對靜止，設計較為簡便，但靈活性也受限。因此，有必要針對此問題提供一種新型的在振膜與背極之間約束的結構方案，并且為保證新結構方案的可替代性，所提供的新方案需以與已有MEMS制備工藝兼容的方式實現。

為了適應硅微麥克風的靈敏度、線性度、信噪比、吸合電壓、敏感電容、動態響應等指標，現有技術在可動的振膜部分與不可動的背極和基板之間提出了多種設置約束的方式。

例如，中國專利CN201345734給出了一種在振膜中心連向固定的剛性背極的結構方案，雖然這種方案因為振膜周緣未被固定，靈敏度較高，但也同樣因為周緣未固定，在振膜電極引出上卻有額外困難：如果通過振膜與下方固定的剛性背極導電連接，再通過固定的剛性背極分塊劃分導電區域引出，則會引入由此帶來的工藝成本升高和平板電容模型的不理想；如果通過在振膜正中央上方制作電極引出，則要求固定的剛性背極承受引線時的沖擊力而不致于結構損壞，同時由于引線在麥克風結構中心，會引入額外的寄生參數和引線長度等問題。

又如中國專利CN101841758A，通過將振膜劃分為圓形內膜和環形外膜的方式，分別與周緣處的基板固定，從而通過綜合內外振膜對應的第一、第二電極的信號來提高性能。但是，這種技術方案在振膜尺寸較大時針對振膜本身剛度下降的約束手段有限，無法適應振膜尺寸較大時的高性能要求。

中國專利CN1498513A和歐洲專利EP1469701B1，以及早期的美國專利US5146435、美國專利US5452268，提出了從聲腔邊緣開始覆蓋整個聲腔上方的凸微觀結構方案，并通過背極邊緣的多個固支區域集來約束振膜。

上述方案雖然均能取得振膜敏感運動振型優化效果，但對于較大尺寸的振膜而言，由于振膜僅與聲腔邊緣處的固定基板或固定背極存在機械連接，根據圣維南原理，即使將聲腔邊緣處振膜周緣全部固定住，對振膜中心處剛度仍然影響甚微，無法通過設計手段對振型予以有效調整。

美國專利US8477983在固定的剛性背極技術路線下提出共用背極電極，制作多個麥克風單元的技術方案。這在總體振膜尺寸較大時，相當于應用多個小尺寸麥克風來合成一個麥克風的情況。由于各麥克風單元之間存在完全約束而互不相關，這種方案在實際應用中存在各麥克風單元之間的一致性問題，換言之，這種MEMS結構對麥克風性能指標的提高存在效率損失。

美國專利US20130177180通過在正對固定的剛性背極的可動振膜上設置檔塊兼支撐的方式，來通過接觸式約束邊緣固定的振膜。這種約束方式雖然使得麥克風工作方式變得更加靈活，性能指標也可以有所提高，但在實際麥克風工作時有可能遇到振動、潮濕等復雜工況，這種接觸式約束在復雜工況下較為不可靠，會引入麥克風輸出信號不必要的波動。

發明內容

本發明提供一種電容式麥克風及其制備方法，用以在現有工藝水平下改善振膜振型，從而優化靈敏度、線性度、信噪比、吸合電壓、敏感電容、動態響應等指標。

為達到上述目的，本發明提供了一種電容式麥克風，包括：

基板，其上具有一聲腔；

振膜，設置于聲腔上部并與基板固連，被聲壓波激發時實現機械振動；

背極，位于振膜上部，其上具有多個開孔和開槽；

背極與振膜上分別設置有用于引出電極的焊盤，背極與振膜之間設置有固定的氣隙，背極、氣隙與振膜構成一個電容器，其中，在振膜的可動部分和與之相對的背極的可動部分之間，邊緣處設有相對于基板固定的邊緣連接，中部區域設有一個或多個連接振膜和背極的結構作為中部連接。