麦克风芯片和MEMS麦克风

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，具体涉及一种麦克风芯片和MEMS麦克风。

背景技术

对于麦克风，通过MEMS工艺制得芯片后，在运输、封装和正常使用中，空气中漂浮的灰尘等污染颗粒，会飘落在麦克风的背极板上，通过背极板上的声孔进入背极板和振膜之间，导致振膜无法正常振动，使得麦克风芯片失效，这是目前占比最高的失效模式。相关技术中是在麦克风进行封装过程中，通过在麦克风的进音孔处粘贴网状的膜来过滤空气中灰尘等污染颗粒。但是，此结构没有办法防止麦克风芯片在封装前和运输中的颗粒污染，并且在使用中，网状膜容易脱落，导致麦克风失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种麦克风芯片，所述麦克风芯片能够防止污染颗粒进入振膜和背极板之间，降低颗粒污染，减小失效率。

为解决上述技术问题，本发明中提供了一种麦克风芯片。

根据本发明实施例的麦克风芯片包括：芯片结构，所述芯片结构包括半导体衬底和设在所述半导体衬底上相对设置的背极板和振膜；防尘结构，所述防尘结构设在所述背极板上方且至少部分遮挡所述背极板的开孔区域。

由此，根据本发明实施例的麦克风芯片，通过设置防尘结构，在运输、封装和正常使用中，能够防止环境中的污染颗粒飘落在背极板和振膜间，避免影响振膜的正常振动，从而能够降低麦克风芯片的失效率，提高麦克风芯片的使用寿命，降低成本，也能够提高麦克风芯片的灵敏度。

根据本发明的一些实施例，所述防尘结构包括遮挡板和支撑部，所述遮挡板与所述背极板在上下方向上间隔开设置且暴露所述芯片结构的电极连接部，所述支撑部连接支撑在所述背极板和所述遮挡板之间。

可选地，所述遮挡板遮挡所述背极板的开孔区域。

可选地，所述遮挡板与所述背极板的开孔区域形状相对应以覆盖所述背极板的开孔区域。

进一步地，所述遮挡板形成为圆形。

可选地，所述遮挡板形成有暴露所述电极连接部的缺口。

可选地，所述遮挡板形成有与所述电极连接部对应的通孔以暴露所述电极连接部。

可选地，所述支撑部包括多个沿所述遮挡板的周向间隔开设置的支撑件，多个所述支撑件环绕所述背极板的开孔区域。

进一步地，所述支撑件形成为柱状。

可选地，所述支撑件形成为环绕所述背极板的开孔区域的板状以在所述开孔区域的侧部遮挡所述开孔区域。

可选地，所述支撑件形成为向外凸出的弧形板。

可选地，所述支撑件设在所述背极板的拐角处且沿所述背极板的拐角形状延伸以环绕所述开孔区域。

可选地，所述防尘结构还包括阻挡部，所述阻挡部设在所述支撑件上且设在相邻所述支撑件之间。

可选地，任意相邻所述支撑件之间均形成有阻挡部。

可选地，所述阻挡件形成为阻挡板。

可选地，所述阻挡部包括第一阻挡件和第二阻挡件，所述第一阻挡件和所述第二阻挡件分别设在相邻所述支撑件上，所述第一阻挡件和所述第二阻挡件间隔开设置且在环绕所述开孔区域的方向上至少部分重叠。

进一步地，所述第一阻挡件和所述第二阻挡件分别形成为板状，所述第一阻挡件倾斜朝向所述开孔区域延伸，所述第二阻挡件设在所述第一阻挡件的外侧且倾斜朝向远离所述开孔区域的方向延伸。

可选地，所述支撑部和所述遮挡板一体成型。

本发明还提出了一种MEMS麦克风。

根据本发明实施例的MEMS麦克风，包括上述实施例的所述麦克风芯片。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的麦克风芯片的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的麦克风芯片的支撑部的截面示意图；

图3是根据本发明另一实施例的麦克风芯片的结构示意图；

图4是根据本发明另一实施例的麦克风芯片的支撑部的截面示意图；

图5是根据本发明又一实施例的麦克风芯片的支撑部的截面示意图；

图6是根据本发明又一实施例的麦克风芯片的支撑部的截面示意图；

图7是根据本发明又一实施例的麦克风芯片的结构示意图；

图8是根据本发明又一实施例的麦克风芯片的支撑部的截面示意图；

图9是根据本发明又一实施例的麦克风芯片的支撑部的截面示意图；

图10是图9中A部的放大图；

图11是根据本发明又一实施例的麦克风芯片的支撑部的截面示意图；

图12是图11中B部的放大图。

附图标记：

100：麦克风芯片；

1：半导体衬底，11：硅衬底，12：第一牺牲层，13：第二牺牲层，14：振膜；

2：芯片结构，21：背极板，22：开孔区域；

3：防尘结构，31：遮挡板，311：缺口，312：通孔，32：支撑部，

33：支撑件，34：阻挡部，35：第一阻挡件，36：第二阻挡件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种麦克风芯片作进一步详细说明。

下面参考附图描述根据本发明实施例的麦克风芯片100。

结合图1、图3以及图7所示，根据本发明实施例的麦克风芯片100包括芯片结构2和防尘结构3，芯片结构2包括半导体衬底1和形成在半导体衬底1上且相对设置的背极板21和振膜14，具体地，振膜14形成在半导体衬底1内，振膜14在半导体衬底1，背极板21与振膜14之间形成有空腔，背极板21上形成有与空腔的连通的开孔区域22，这样，声音产生的空气振动通过开孔区域22传递至振动空腔，并传递至振膜14，使得振膜14和背极板21之间的距离发生变化，进而背极板21和振膜14构成的电容发生改变，从而实现将声音信号转换为电信号。

防尘结构3设在所述背极板21上方且至少部分遮挡背极板21的开孔区域22，即防尘结构3形成在背极板21的开孔区域22的上方，通过防尘结构3能够遮挡背极板21的开孔区域22的至少一部分，优选地，防尘结构3能够完全遮挡背极板21的开孔区域22，这样，通过防尘结构3遮挡开孔区域22，能够防止空气中的灰尘颗粒等落在背极板21和振膜14上，避免由于污染颗粒进入到背极板21和振膜14之间导致背极板21和振膜14无法正常工作，进而能够避免由此导致的麦克风芯片100的失效。

由此，根据本发明实施例的麦克风芯片100，通过设置防尘结构3，在运输、封装和正常使用中，能够防止环境中的污染颗粒飘落在背极板21和振膜14上，影响振膜的正常运动，从而能够降低麦克风芯片100的失效率，提高麦克风芯片100的使用寿命，降低成本，也能够提高麦克风芯片100的灵敏度。

如图1、图3以及图7所示，半导体衬底1可以包括层叠设置的硅基底11、第一牺牲层12和第二牺牲层13，振膜14形成在第一牺牲层12和第二牺牲层13之间，背极板21形成在第二牺牲层13上表面，背极板21上形成有与振膜14对应的开孔区域22，防尘结构3形成在背极板21的上方。

结合图1-图8所示，防尘结构3可以包括遮挡板31和支撑部32，遮挡板31设在背极板21的上方与背极板21在上下方向上间隔开设置，且暴露芯片结构2的电极连接部，这样通过遮挡板31能够防止污染颗粒进入对背极板21和振膜14之间，且遮挡板31不遮挡芯片结构2的电极连接部，即芯片结构2的电极连接部露出遮挡板31，从而便于芯片结构2的电极连接部的电性连接。

支撑部32连接支撑在芯片结构2和遮挡板31之间，这样不仅能够实现遮挡板31和芯片结构2之间的支撑固定，而且通过支撑部32能够支撑遮挡板31，将遮挡板31与芯片结构2上的背极板21间隔开，也便于声音通过空气传递至振膜14，进一步地，通过支撑部32也能够防止污染颗粒从侧部进入到背极板21和振膜14之间，以进一步地提高颗粒污染的效果，提高麦克风芯片100的灵敏度。

可选地，如图1所示，支撑部32可连接在背极板21和遮挡板31之间，即支撑部32的下端与背极板21相连，以便于能够环绕背极板21的开孔区域22，不仅能够遮挡开孔区域22，而且使得麦克风芯片100的结构体积相对较小。如图3所示，支撑部32可连接支撑在芯片结构2的上表面且不与背极板21相连，例如支撑部32可支撑连接在芯片结构2的表面其它结构上，只要能够支撑遮挡背极板21的遮挡板31即可。

可选地，支撑部32和遮挡板31一体成型，由此支撑部32和遮挡板31为一体结构，不仅能够增强防尘结构3的结构强度，而且也能够简化遮挡板32和支撑部32的成型工艺。

在本发明的一些实施例中，遮挡板31遮挡背极板21的开孔区域22，如图1、图3以及图7所示，遮挡板31设在背极板21的上方且与背极板21平行设置，通过遮挡板31能够完全遮挡背极板21的开孔区域22，这样能够进一步地防止污染颗粒从开口区域22落入背极板21和振膜14之间，以提高遮挡板31的防止颗粒污染导致振膜14无法工作的效果。

在本发明的一些具体示例中，遮挡板31与背极板21的开口区域的形状相对应以覆盖背极板21的开孔区域22，也就是说，遮挡板31的形状与背极板21的形状相匹配，通过遮挡板31能够完全遮挡背极板21的开孔区域22，且遮挡板31不遮挡芯片结构2的电极连接部。例如如图1所示，背极板21的开孔区域22形成为圆形，遮挡板31形成为圆形且设在背极板21的开孔区域22的上方以完全覆盖背极板21的开孔区域22。

在本发明的另一些示例中，遮挡板31也可以形成为其它形状，例如遮挡板31可以形成为多边形或者正方形、长方形等，再或者遮挡板31可以形成为不规则图形，对此本发明可不作特殊限定，只要能够遮挡背极板21的开孔区域22即可。

可选地，遮挡板31的形状可与背极板21的形状相对应，即遮挡板31的与背极板21形状大体相同，例如，背极板21形成为方形，遮挡板31也可形成为为方形且遮挡背极板21的上表面，由此遮挡板31结构简单且便于遮挡背极板21的开孔区域22，其中遮挡板31上可形成有与芯片结构2的电极连接部对应的缺口311，这样，通过缺口311可将电极连接部暴露出来以便于与其它部件的电性连接。

可选地，如图3所示，遮挡板31形状与背极板21形状相适配且完全遮挡背极板21的上表面，遮挡板31上形成有与电极连接部对应的通孔312以暴露电极连接部，通过通孔312从而便于电极连接部与其它部件的电性连接，也能够进一步地扩大遮挡板31的遮挡面积，减少污染颗粒的落入。

对于支撑部32，支撑部32可垂直连接在遮挡板31和背极板21之间以支撑遮挡板31。结合图1-图9以及图11所示，支撑部32可以包括多个沿遮挡板31的周向间隔开设置的支撑件33，多个支撑件33环绕背极板21的开孔区域22设置。可选地，多个支撑件33可沿遮挡板31的周向均匀间隔开设置，这样能够使得麦克风芯片100的结构更加稳定。如图5、图7和图8所示，多个支撑件33可形成为柱状，即每个支撑件33可形成为支撑柱，多个支撑柱的排布和数量以及高度可根据实际情况进行调整和选择。

在本发明的另一些示例中，如图1-图4以及图6所示，支撑件33可以形成为板状以在开孔区域22的侧部遮挡开孔区域22，换言之，支撑件33可以形成为支撑板，通过支撑板能够从侧部遮挡背极板21，以对背极板21进行侧部遮挡，不仅能够提高防止颗粒污染造成的振膜14无法正常工作的效果，而且能够增强支撑部32和背极板21以及遮挡板31的支撑效果。

如图1和图2所示，支撑件33可形成为向外突出的弧形板，多个支撑件33环绕背极板21的开孔区域22间隔开设设置。如图6所示，支撑件33形成为平板，所述平板的宽度方向与所述背极板21的边缘的宽度方向一致。如图3和图4所示，支撑件33可设在背极板21的拐角处，每个支撑件33形成为板状结构，且每个支撑件33的板状结构与背极板21的拐角形状适配，例如支撑件33的横截面形成为与拐角形状相同的半包围式的结构。

在如图1和图2所示的示例中，遮挡板31形成为圆形，支撑件33形成为柱状，支撑件33可以为四个，四个支撑件33沿遮挡板31的周向均匀间隔开分布。在如图3和图4所示的示例中，遮挡板31可形成为方形形状且与背极板21的形状相对应，多个支撑件33设在遮挡板31和背极板21的边缘处，沿遮挡板31和背极板21的四个边的延伸方向排布，例如，支撑件33可以为四个，四个支撑件33可分别设在遮挡板31的四个拐角处。在如7和图8所示的示例中，遮挡板31设有与电极连接部对应的缺口311，支撑件33可以为六个，六个支撑件33沿遮挡板31的边缘形状间隔开设置。

在本发明的一些实施例中，如图9-图12所示，防尘结构3还可以包括阻挡部35，阻挡部35设在支撑件33上且设在相邻支撑件33之间，相邻支撑件33间隔开设置且具有一定的间隔空隙，阻挡部35形成在支撑件33朝向间隔空隙的一侧，这样，通过阻挡部35能够阻挡部35从支撑件33之间的间隔空隙进入，并飘落至背极板21。

优选地，任意相邻支撑件33之间均形成有阻挡部35，也就是说，任意相邻两个支撑件33之间的间隔空隙均设有阻挡部35，从而能够进一步地提高放置颗粒污染的效果。可选地，阻挡部35可形成为阻挡板，进而能够进一步地增加阻挡面积，提高防颗粒污染的效果。

在本发明的一些实施例中，如图10和图12所示，阻挡部35可以包括第一阻挡件35和第二阻挡件36，第一阻挡件35和第二阻挡件36分别设在相邻支撑件33上且间隔开设置。换言之，第一阻挡件35和第二阻挡件36共同构成阻挡部35，第一阻挡件35设在相邻两个支撑件33中一个上，第二阻挡件36设在相邻两个支撑件33中的另一个上，第一阻挡件35和第二阻挡件36均设在相邻两个支撑件33之间且彼此间隔开设置，这样，通过设置第一阻挡件35和第二阻挡件36，不仅能够提高防颗粒污染的效果，而且第一阻挡件35和第二阻挡件36间隔开设置也能够形成一定的间隔空间以允许声音通过空气振动传递至振膜14，另一方面在麦克风芯片100的制备过程中，也能够允许腐蚀溶液流入半导体衬底1以形成芯片结构2。

如图10和图9所示，第一阻挡件35和第二阻挡件36分别形成在支撑件33朝向相邻另一支撑件33的一侧，其中第一阻挡件35和第二阻挡件36相对设置，第一阻挡件35和第二阻挡件36在相邻支撑件33的间隔空隙的宽度方向上间隔开设置，此时第一阻挡件35和第二阻挡件36覆盖相邻支撑件33的间隔空隙的宽度方向的一部分，这样通过第一阻挡件35和第二阻挡件36能够进一步地实现从侧部防止颗粒污染。

如图11和图12所示，第一阻挡件35和第二阻挡件36可形成为板状，可选地，第一阻挡件35和第二阻挡件36在环绕开孔区域22的方向上至少部分重叠，即第一阻挡件35和第二阻挡件36覆盖相邻支撑件33的间隔空隙的宽度，通过第一阻挡件35和第二阻挡件36在相邻支撑件33的间隔空隙的宽度方向上能够完全遮挡间隔空隙，从而能够提高侧部防止颗粒污染的效果，其中第一阻挡件35和第二阻挡件36在邻支撑件33的间隔空隙的长度方向行间隔设置。

在如图11和图12所示的示例中，第二阻挡件36设在第一阻挡件35的外侧，第一阻挡件35形成为倾斜朝向开孔区域22所在方向延伸的斜板，第二阻挡件36形成为倾斜朝向远离开孔区域22方向延伸的斜板，第一阻挡件35和第二阻挡件36平行设置且部分重叠。

本发明还提出了一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括上述实施例的麦克风芯片100。

由此根据本发明实施例的MEMS麦克风，通过设置上述实施例的麦克风芯片100，从而能够避免由于污染颗粒进入背极板21和振膜14之间造成的振膜14无法正常工作，进而能够提高MEMS麦克风的灵敏度，而且上述实施例麦克风芯片100失效率小，也能够提高MEMS麦克风的使用寿命，降低成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。