[發明專利]單支點差分結構抗振動干擾芯片及具有該芯片的麥克風

在審

• 申請號: 202210064159.4
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114501266A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 宋金龍;鄭欣怡;周銘;周六輝
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00;H04R19/04
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;徐律

本發明公開了單支點差分結構抗振動干擾芯片及具有該芯片的麥克風，芯片由上而下依次包括上蓋板、聲學敏感結構層、腔體結構層和襯底；聲學敏感結構層包括兩個對稱分布在支撐元件兩側的聲學敏感元件，兩個聲學敏感元件均開設有阻尼孔；腔體結構層包括兩個間隔分布的下電極，兩個下電極與兩個聲學敏感元件一一對應且相對設置以組成兩個電容器，兩個聲學敏感元件同時分別作為兩個電容器的上電極；上蓋板對應其中一個聲學敏感元件的位置鏤空以形成透聲孔且對應另一個聲學敏感元件的位置實施為聲障部。在振動干擾的作用下兩個聲學敏感元件的變形完全一樣，因此，兩個電容器的電容變化量相同，經過差分輸出之后，輸出信號為零，實現了抗振動干擾的目的。

技術領域

本發明涉及微機電技術領域，具體地涉及單支點差分結構抗振動干擾芯片及具有該芯片的麥克風。

背景技術

聲學傳播理論表明，聲波的頻率越低，大氣中的衰減越小，傳播距離越遠。因此，為了探測遠處的目標，聲學麥克風探測器檢測目標聲波的頻率一般在kHz以下。

當前商用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System的縮寫，微機電系統）麥克風主要針對人類語音信號設計，工作頻段為20Hz~20000Hz，使用現有的商用麥克風作為探測器件存在高頻頻段資源的浪費，而低頻資源不足的問題。另一方面，由于傳感器的工作帶寬與靈敏度是相互制約的兩個性能，過大的工作帶寬導致麥克風的靈敏度低，現有商用MEMS麥克風無法滿足遠距離聲探測的需要。此外，探測時麥克風常搭載在車輛、無人機等平臺在室外使用，面臨的環境復雜多變，不可避免地會受低頻振動干擾，現有商用麥克風不具備抗振動干擾的能力，將會嚴重地影響麥克風的聲學性能。對于大氣探測來說，遠處目標的聲信號很微弱，探測器周圍環境的低頻振動干擾信號產生的電信號可能大于聲波產生的電信號，導致難以探測到遠處目標的聲信號，特別當低頻振動干擾的頻率與探測目標聲信號的頻率接近或相等時，難以將振動干擾產生的信號與目標聲波產生的信號分離。

中國公開申請專利《一種膜片、MEMS麥克風芯片及其制作方法》，申請號202110893662.6，公開了MEMS麥克風芯片振膜上設置有至少兩個均勻分布的泄氣閥，泄氣閥包括活動部和孔隙，孔隙具有階梯狀截面，且階梯狀截面的“階梯數”為一個或多個。

中國公開申請專利《一種具有防塵結構的MEMS麥克風芯片及其制作方法》，申請號202110867544.8，公開了MEMS麥克風芯片包括襯底和沿上下向貫穿的背腔，電容器由襯底同一側的振膜、背板以及振膜和背板之間的振動間隙構成，振膜上設有泄氣閥，泄氣閥周邊設有防塵結構。

中國公開申請專利《麥克風及其制造方法》，申請號202110767002.3，公開了麥克風包括空腔的基底、基底上方的振膜、與振膜間隔設置的背板、背板電極以及引出電極。振膜上設有多層氧化硅層，引出電極在振膜上的投影至少部分與多層氧化硅層重疊。

中國公開申請專利《麥克風及其制作方法》，申請號202110728000.3，公開了一種MEMS麥克風，包括由外殼和基板形成的封裝結構，在封裝結構內部有MEMS芯片，MEMS芯片包括基底、設置在基底上的振膜、背極，基底包括連接柱和位于連接柱內部的中央柱，連接柱與中央柱在基底上形成背洞，在位于中央柱上方位置的振膜上設置有通孔；在背極上設置有用于限位振膜向上運動的限位件，中央柱用于限位振膜向上運動的范圍，限位件與中央柱其同限位振膜在外部聲壓的作用下的位移量。

綜上，現有的麥克風一般都是單振膜結構四周固支在腔體上，振膜在慣性力的作用下也會發生形變輸出電壓信號，振動干擾會影響麥克風的聲學性能。這種結構的麥克風工作頻率可達20000Hz，不能滿足大氣探測低頻聲波信號的應用需求。

發明內容

針對上述存在的技術問題，本發明目的是提供單支點差分結構抗振動干擾芯片及具有該芯片的麥克風，實現抗振動干擾的目的。

本發明的技術方案是：