一种MEMS麦克风芯片

技术领域

本发明涉及微机电系统传感器，具体涉及一种MEMS麦克风芯片。

背景技术

随着电子产品的智能化，音频接口器件的需求急剧增加，目前电子产品中使用的麦克风主要分为两类，一种是ECM(Electret Condenser microphone)驻极体麦克风，一种是MEMS(Micro Electro Mechanical System，微电子机械系统)麦克风。

其中，MEMS麦克风由于采用微电子技术。因此具有体积小、成本低、灵敏度一致性好等优势，被大量的应用于各种电子产品，如今，高性能的MEMS麦克风正在被广泛的研究和使用。

如图1所示，MEMS麦克风由MEMS芯片100、ASIC芯片200、封装结构300三部分组成，其中，MEMS麦克风性能主要由MEMS芯片100决定，如图2所示，通常MEMS芯片通常包含振膜10、背板20和衬底30三个部分，其中，振膜10和背板20构成平板电容，振膜10或背板20上施加偏置电压，当声压作用于振膜10时，使振膜10与背板20间距离发生变化，从而导致电容发生变化，进而产生电压信号的输出，麦克风最重要的性能指标为SNR(信噪比)，提高信噪比主要通过提高MEMS灵敏度和降低MEMS噪声实现，MEMS芯片的结构设计直接决定麦克风信噪比的大小，因此MEMS麦克风的优化主要是MEMS芯片结构的优化。

如图2所示，现有技术中，MEMS芯片的振膜10为圆形结构，振膜10外周边缘固定在衬底30上，在工作状态中，当声压作用于振膜10时，由于MEMS振膜四周固定，振膜各位置振动不均匀，其中，振膜10中心位置位移最大，四周位移为零，其振型如图3所示，根据振膜有效面积

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种MEMS麦克风芯片，以解决现有技术中由于MEMS芯片结构设计不合理导致麦克风具有较低的灵敏度，SNR较低的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种MEMS麦克风芯片，其包括：

衬底，所述衬底上具有贯穿其两端的声道孔；

振膜，其包括膜主体和至少三个膜连接部，所述膜连接部沿周向连接于所述膜主体的外周，所述膜连接部远离所述膜主体的一端设置于所述衬底上方，所述膜主体对应所述声道孔设置；

背板，所述背板设置于所述振膜远离所述衬底的一侧，所述背板和所述膜主体相对设置且间隔有空腔。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本申请提供的MEMS麦克风芯片，在膜主体外周连接膜连接部，通过部分固定的形式，降低振膜外周的刚度，使振膜各位置刚度更均匀，从而使振膜在声压作用下的位移更均匀，在相同振膜顺性下具有更大的偏置电压，从而具有更大的灵敏度，提高麦克风信噪比。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，还包括支撑件，所述膜主体呈圆形且靠近中心的部分具有弹性区，所述弹性区具有预定形状的孔或槽，所述支撑件的一端连接于所述背板，另一端与所述膜主体的弹性区接触。

进一步的，所述孔或槽的形状以所述膜主体的中心呈中心对称分布。

进一步的，至少一个所述膜连接部的两端之间具有应力释放结构，用于释放所述振膜振动的残余应力。

进一步的，所述应力释放结构包括形成于所述膜连接部上的褶皱。

进一步的，所述背板包括板体和外框，所述外框连接于所述板体的外周，所述外框远离所述板体的一端设置于所述衬底的上方，所述板体和膜主体相对设置。

进一步的，所述外框与所述膜连接部的部分向外侧突出。

进一步的，所述板体上形成有若干预定形状的通孔，所述通孔为圆形或者多边形，且均匀分布于所述板体。

进一步的，所述膜连接部远离所述膜主体的一端粘接于所述衬底或者通过一底座连接于所述衬底。

进一步的，所述背板靠近所述振膜的一侧具有绝缘凸起。

附图说明

图1为现有技术中MEMS麦克风的内部结构示意图；

图2为现有技术中MEMS芯片的结构示意图；

图3为图2中振膜的振型示意图；

图4为本发明实施例提供的一种MEMS麦克风芯片的内部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种MEMS麦克风芯片的外部结构示意图；

图6为本发明实施例中振膜的结构示意图；

图7为图6中振膜的振型示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90°或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图4和5所示，本申请提供了一种MEMS麦克风芯片，其包括振膜10、背板20、衬底30和支撑件40。

其中，衬底30上具有贯穿其两端的声道孔30a，以用于声音的传输。

振膜10整体设置在衬底30的上端，其包括膜主体11和多个膜连接部12，膜连接部12沿周向连接于膜主体11的外周，优选呈均匀间隔设置，膜连接部12远离膜主体11的一端设置于衬底30上方，膜主体11对应声道孔30a设置。

在本实施例中，膜连接部12的数目为八个，可以理解的是，根据三点确定一个平面，膜连接部12的数目只要大于或等于三个均能满足振膜10的固定，其中，在一些实施例中，膜连接部12的端部可以是直接粘连在衬底30上，在另一些实施例中，膜连接部12通过设置在衬底上的底座与衬底30连接。

背板20设置于振膜10远离衬底30的一侧，即背板20位于振膜10的上侧，背板20和膜主体11相对设置且间隔有空腔。

背板20又可称为背板电极，其与振膜10之间间隔形成平板电容，在背板20或者膜主体11上施加有偏置电压，当声音从声道孔30a传输至振膜10时，声压使膜主体11发生形变，振膜10与背板20间距离发生变化，从而导致电容发生变化，产生电压信号的输出，此即为该MEMS麦克风芯片的使用原理，其中，由于本申请实施例在膜主体11外周连接膜连接部12，通过部分固定的形式，降低振膜10外周的刚度，使振膜10各位置刚度更均匀，从而使振膜10在声压作用下的位移更均匀，在相同振膜顺性下具有更大的偏置电压。

根据振膜灵敏度公式，

其中，V

优选的，为了释放振膜10振动时的残余应力，进一步提高振膜10顺性，至少有一个膜连接部12的两端之间具有应力释放结构，更优选的，应力释放结构包括形成于膜连接部12上的褶皱121。

采用上述结构的振膜10由于采用边缘部分固定的方式，虽然边缘具有更好的刚度，当时中部形变会变得不太明显，因而，在本实施例中，如图6所示，膜主体11靠近中心的部分具有弹性区111，如在本实施例中，膜主体11为圆形膜，在其他实施例中，也可以为多边形结构，弹性区111具有预定形状的孔或槽，支撑件40的上端连接于背板20，下端与膜主体11的弹性区111接触。

由于弹性区111具有预定形状的孔或槽，进行使得弹性区附近的膜主体11具有更好的形变特性，与支撑件20配合形成弹性支承结构，进而使膜主体11的中部区域和外周区域具有更均匀的刚度，振膜10振型如图6所示，实现振膜10灵敏度的提升，进一步提高麦克风信噪比。

优选的，弹性区111的孔或槽的形状以膜主体11的中心呈中心对称分布。

其中，背板20包括板体21和外框22，外框21连接于板体21的外周，外框21远离板体21的一端设置于衬底30的上方，板体21和膜主体11相对设置，即电容由板体21和膜主体11构成。

为了保证振膜10和背板20结构的一致性，外框21与膜连接部12的部分向外侧突出。

为了降低振膜10和背板20间的压膜阻尼，背板20上若干预定形状的通孔20a，如在本申请中，通孔20a为圆柱形，且均匀分布在板体21上。

在本申请的一些实施例中，背板20靠近振膜10的一侧具有绝缘凸起(图中未示出)，在本实施例中，优选的，板体21与膜主体11相对的一侧具有若干绝缘凸起，其可以有效防止振膜10与背板20接触造成短路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。