[發(fā)明專利]微機電系統(tǒng)麥克風(fēng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811055004.4
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN110022519B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳建銘;郭乃豪;林文山;李新立
• 申請（專利權(quán)）人: 美商富迪科技股份有限公司
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發(fā)明公開一種微機電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)，包括一基板、一背板、一振膜、一第一絕緣突起以及多個第二絕緣突起。背板設(shè)置在基板的一側(cè)。振膜設(shè)置在基板與背板之間并可相對于背板移動。第一絕緣突起和第二絕緣突起形成在背板面向振膜的一側(cè)上。其中，第一絕緣突起永久性地連接并固定到振膜，且在振膜與每一第二絕緣突起之間形成有一氣隙。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聲能傳感器(acoustic transducer)；特別是涉及一種微機電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system(MEMS))麥克風(fēng)。

背景技術(shù)

目前的趨勢是制造纖薄、小巧、輕便和高性能的電子裝置，包括麥克風(fēng)。麥克風(fēng)可以用于接收聲波并將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號。麥克風(fēng)被廣泛應(yīng)用于日常生活以及安裝在例如電話、手機和錄音筆等電子產(chǎn)品中。在一電容式麥克風(fēng)(capacitive microphone)中，聲壓(acoustic pressure)的變化(即，由聲波導(dǎo)致的環(huán)境大氣壓力的局部壓力偏差)迫使振膜(diaphragm)相應(yīng)地變形，并且振膜的變形引起了電容變化。因此，可以通過檢測由電容變化引起的電壓差來得到聲波的聲壓的變化。

與傳統(tǒng)駐極體電容式麥克風(fēng)(electret condenser microphones(ECM))的不同在于，微機電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)的機械和電子元件可以利用集成電路(IC)技術(shù)整合在一半導(dǎo)體材料上來制造微型麥克風(fēng)。MEMS麥克風(fēng)具有例如小尺寸、輕巧和低功耗等優(yōu)點，因此已成為微型麥克風(fēng)的主流。

雖然現(xiàn)有的MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)足以應(yīng)付其需求，然而仍未全面滿足。舉例來說，在MEMS麥克風(fēng)中可檢測到的聲波的兼容(compatible)聲壓范圍(即，動態(tài)范圍)仍然需要改進(jìn)。動態(tài)范圍與最大兼容聲壓(即，聲學(xué)過載點(acoustic overload point)，下文中簡稱作“AOP”)有關(guān)，其由MEMS麥克風(fēng)的諧波失真率(即，總諧波失真(total harmonicdistortion)，下文中簡稱作“THD”)決定。另一方面，如果振膜的彈性系數(shù)較小(即，剛性(stiffness)較低)，它可以用來感測較小的聲壓(即，具有較高的靈敏度)，但振膜的THD將相應(yīng)地被犧牲(即，AOP將降低)。因此，無法同時實現(xiàn)MEMS麥克風(fēng)的高AOP和高靈敏度(即，無法實現(xiàn)更寬的動態(tài)范圍)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于前述現(xiàn)有問題點，本發(fā)明的一目的在于提供一種微機電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)，其可以同時實現(xiàn)高AOP和高靈敏度(sensitivity)。

本發(fā)明一些實施例提供一種MEMS麥克風(fēng)。MEMS麥克風(fēng)包括一基板、一背板、一振膜、一第一絕緣突起以及多個第二絕緣突起。背板設(shè)置在基板的一側(cè)。振膜設(shè)置在基板與背板之間并可相對于背板移動。第一絕緣突起和第二絕緣突起形成在背板面向振膜的一側(cè)上，其中，第一絕緣突起永久性地(permanently)連接并固定到振膜，且在振膜與每一第二絕緣突起之間形成有一氣隙(air gap)。

在一些實施例中，第一絕緣突起位于振膜的中央?yún)^(qū)域，且第二絕緣突起位于振膜的圍繞中央?yún)^(qū)域的環(huán)形區(qū)域。

在一些實施例中，第二絕緣突起以同心圓排列的多個環(huán)形突起(annularprotrusions)。

在一些實施例中，第二絕緣突起的突起高度從第二絕緣突起靠近振膜的中央?yún)^(qū)域的位置到第二絕緣突起靠近振膜的環(huán)形區(qū)域的外邊緣的位置逐漸減小。

在一些實施例中，第二絕緣突起以同心圓排列的多個個別的島狀突起(individual island-shaped protrusions)。

在一些實施例中，振膜包括多個以同心圓排列的長孔(long apertures)，其中相鄰圓中的長孔交替排列，用以調(diào)整振膜的剛性。

在一些實施例中，MEMS麥克風(fēng)還包括一介電層，設(shè)置在基板與振膜之間以及在振膜與背板之間，用以夾持振膜的周邊部分。所述振膜的長孔位于介電層附近。