压电式MEMS麦克风论文和设计-段炼

全文摘要

本实用新型提供了一种压电式MEMS麦克风，其包括具有背腔的基底和设置在所述基底上的压电振膜，所述压电振膜被分割成多个相互独立的膜片，每一所述膜片包括与所述基底连接的固定端和与所述固定端连接并悬置于所述背腔上方的自由端，所述自由端包括沿分割线形成的两侧边，同一所述膜片的两侧边相交，相邻两个所述膜片的侧边相接触或间隔设置，所述压电式EMES麦克风还包括用于连接相邻两个所述膜片的侧边的卡扣结构，且至少两个所述膜片的侧边通过一个或多个所述卡扣结构相连。与相关技术相比，本实用新型提供的压电式MEMS麦克风通过设置卡扣结构将膜片的自由端限制在同一平面内，提升了产品性能的均匀性，抗跌落性能更好。

主设计要求

1.一种压电式MEMS麦克风，包括具有背腔的基底和设置在所述基底上的压电振膜，所述压电振膜被分割成多个相互独立的膜片，每一所述膜片包括与所述基底连接的固定端和与所述固定端连接并悬置于所述背腔上方的自由端，所述自由端包括沿分割线形成的两侧边，同一所述膜片的两侧边相交，相邻两个所述膜片的侧边相接触或间隔设置，其特征在于，所述压电式EMES麦克风还包括用于连接相邻两个所述膜片的侧边的卡扣结构，且至少两个所述膜片的侧边通过一个或多个所述卡扣结构相连。

设计方案

2.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述卡扣结构包括卡接件和与所述卡接件配合的卡接孔，所述卡接件和所述卡接孔交替设置于所述膜片的侧边，连接时，所述膜片的卡接件嵌设于与其相邻所述膜片的卡接孔内。

3.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述卡扣结构包括卡接件和与所述卡接件配合的卡接孔，每一所述膜片的其中一侧边设置有所述卡接件，另一侧边设置有所述卡接孔，连接时，所述膜片的卡接件嵌设于与其相邻所述膜片的卡接孔内。

4.根据权利要求2或3所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述卡接件为平直板状，其形状与所述卡接孔的形状相同。

5.根据权利要求4所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述卡接件包括与所述侧边相连的第一端和自所述第一端向远离所述侧边方向延伸的第二端，所述第一端的尺寸小于所述第二端最宽处的尺寸；相应地，自所述侧边向内凹陷形成一端开口、另一端封闭的所述卡接孔，所述卡接孔开口处的尺寸小于所述卡接孔最宽处的尺寸。

6.根据权利要求5所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述卡接件和所述卡接孔呈梯形、圆形或T字型。

7.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，相邻两个膜片的侧边均通过一个或多个所述卡扣结构相连。

8.根据权利要求2或3所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，每一所述膜片的侧边设置有多个所述卡接件和\/或所述卡接孔，多个所述卡接件和\/或多个所述卡接孔均匀排布。

9.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述压电振膜呈圆形，所述压电振膜沿其对称轴分割成大小和形状均相同的多个所述膜片。

10.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述压电振膜呈正多边形，所述压电振膜沿其对角线分割成大小和形状均相同的多个所述膜片。

设计说明书

【技术领域】

本实用新型涉及声电技术领域，尤其涉及一种压电式MEMS麦克风。

【背景技术】

近年来，越来越多的移动设备开始使用微电机系统麦克风(Micro ElectroMechanical System，MEMS)代替原来的驻极体麦克风。由于移动设备的使用环境多变，这对MEMS麦克风的可靠性提出了更高的要求。

目前，MEMS麦克风主要分为电容式MEMS麦克风和压电式MEMS麦克风。压电式MEMS麦克风能够克服一些传统的电容式MEMS麦克风的缺点，在防尘和防水等方面有着较好的表现，有着更加广泛的应用领域。不同于电容式麦克风的振膜结构，如图1所示，压电式MEMS麦克风的振膜通常被分割为多个膜片21，每个膜片21一端与基底1相连，另一端采用了悬臂梁结构来避免工艺中的残余应力对声学性能的影响。但是，在残余应力的作用下，膜片21的自由端会发生形变，而且由于整个振膜2在加工工艺过程中的应力分布不均，造成不同压力传感器芯片的膜片21形变各有不一，这一悬臂梁结构上的差异进一步影响了麦克风的性能表现，导致麦克风的灵敏度、抗跌落性能等差异较大，不能满足实际的要求。

如图2所示，不同的膜片21由于残余应力不同，所出现的形变也略有不同，膜片21之间的间隙也会发生变化，这一差异会进一步造成不同压力传感芯片的声阻不同，进而影响不同的压电式MEMS麦克风的性能差异。

因此，有必要对振膜的悬臂梁结构进行改进，减小加工造成的形变带来的性能差异。

【实用新型内容】

针对相关技术中压电式MEMS麦克风振膜的自由端由于加工工艺过程中的应力分布不均导致形变不一，进而影响麦克风灵敏度和抗跌落性能的技术问题，本实用新型提供了一种新型结构的压电式MEMS麦克风。

一种压电式MEMS麦克风，包括具有背腔的基底和设置在所述基底上的压电振膜，所述压电振膜被分割成多个相互独立的膜片，每一所述膜片包括与所述基底连接的固定端和与所述固定端连接并悬置于所述背腔上方的自由端，所述自由端包括沿分割线形成的两侧边，同一所述膜片的两侧边相交，相邻两个所述膜片的侧边相接触或间隔设置，所述压电式EMES麦克风还包括用于连接相邻两个所述膜片的侧边的卡扣结构，且至少两个所述膜片的侧边通过一个或多个所述卡扣结构相连。

优选的，所述卡扣结构包括卡接件和与所述卡接件配合的卡接孔，所述卡接件和所述卡接孔交替设置于所述膜片的侧边，连接时，所述膜片的卡接件嵌设于与其相邻所述膜片的卡接孔内。

优选的，所述卡扣结构包括卡接件和与所述卡接件配合的卡接孔，每一所述膜片的其中一侧边设置有所述卡接件，另一侧边设置有所述卡接孔，连接时，所述膜片的卡接件嵌设于与其相邻所述膜片的卡接孔内。

优选的，所述卡接件为平直板状，其形状与所述卡接孔的形状相同。

优选的，所述卡接件包括与所述侧边相连的第一端和自所述第一端向远离所述侧边方向延伸的第二端，所述第一端的尺寸小于所述第二端最宽处的尺寸；相应地，自所述侧边向内凹陷形成一端开口、另一端封闭的所述卡接孔，所述卡接孔开口处的尺寸小于所述卡接孔最宽处的尺寸。

优选的，所述卡接件和所述卡接孔呈梯形、圆形或T字型。

优选的，相邻两个膜片的侧边均通过一个或多个所述卡扣结构相连。

优选的，每一所述膜片的侧边设置有多个所述卡接件和\/或所述卡接孔，多个所述卡接件和\/或多个所述卡接孔均匀排布。

优选的，所述压电振膜呈圆形，所述压电振膜沿其对称轴分割成大小和形状均相同的多个所述膜片。

优选的，所述压电振膜呈正多边形，所述压电振膜沿其对角线分割成大小和形状均相同的多个所述膜片。

与相关技术相比，本实用新型的压电式MEMS麦克风通过设置卡扣结构3将相邻两个膜片的侧边相连，使所述膜片的自由端限制在同一平面内，当所述膜片从所述基底被释放时，所述卡扣结构可以限制所述膜片在残余应力的作用下发生的翘曲、卷曲等形变程度，使得相邻两个所述膜片之间的间隙相对均匀，从而整体的压电振膜声阻也较为均一，减小了不同压力传感器芯片因为形变而造成的结构差异，进而提升了产品性能的均匀性；同时所述卡扣结构还有利于提高麦克风的抗跌落性能。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为相关技术中压电式MEMS麦克风的平面示意图；

图2为图1所示压电式MEMS麦克风的剖视图；

图3为本发明压电式MEMS麦克风的平面示意图；

图4为本发明压电式MEMS麦克风的剖视图；

图5为本发明压电式MEMS麦克风的立体结构示意图；

图6为本发明压电式MEMS麦克风中卡扣结构一较佳实施例的结构示意图；

图7为本发明压电式MEMS麦克风中卡扣结构另一较佳实施例的结构示意图；

图8为本发明压电式MEMS麦克风中卡扣结构又一较佳实施例的结构示意图；

图9为本发明压电式MEMS麦克风中两个相邻膜片在发生形变时的状态示意图；

图10为本发明压电式MEMS麦克风另一较佳实施例的立体结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

请结合参阅图3-图5，本实用新型提供了一种压电式MEMS麦克风100，其包括具有背腔10的基底1和设置在所述基底1上的压电振膜2。所述基底1由半导体材料制成，例如硅，所述背腔10纵向贯穿所述基底1，其中所述背腔10可以通过体硅工艺或干法腐蚀形成，所述背腔10的横截面积小于所述压电振膜2的横截面积。

所述压电振膜2整体呈圆形，其四周与所述基底1固定，其他部分悬置于所述基底1的背腔10上方。所述压电振膜2沿其对称轴分割成多个相互独立的膜片21。其中每一所述膜片21包括与所述基底1连接的固定端211和与所述固定端211连接并悬置于所述背腔10上方的自由端212。所述膜片21的自由端212在外界声压作用下会发生形变，感知声压信号。所述自由端212包括沿分割线形成的两侧边2121，其中同一所述膜片21的两侧边2121相交，相邻两个所述膜片21的侧边2121相接触或间隔设置，需要特别注意的是，相邻两个所述膜片21的侧边2121间隔设置形成的间隙极其微小。

所述压电式EMES麦克风100还包括用于连接相邻两个所述膜片21的侧边2121的卡扣结构3，且至少两个所述膜片21的侧边2121通过一个或多个所述卡扣结构3相连。在本实施例中，相邻两个所述膜片21的侧边2121均通过多个所述卡扣结构3相连。多个所述卡扣结构3沿所述侧边2121均匀排布，当然，多个所述卡扣结构3并非一定要均匀排布，可以越靠近所述固定端211，排布越稀疏。

请参阅图6，所述卡扣结构3包括卡接件31和与所述卡接件31配合的卡接孔32。所述卡接件31和所述卡接孔32交替设置于所述膜片21的侧边2121，连接时，所述膜片21的卡接件31嵌设于与其相邻所述膜片21的卡接孔32内，通过所述卡接件31与所述卡接孔32的相互嵌设并在二者的接触处形成至少一个约束点、直线或者面，而作用于约束位置上的力可以防止所述膜片21进一步形变。当然，所述卡接件31和所述卡接孔32并不局限于交替设置在同一膜片21的侧边2121，还可以在所述膜片21的其中一侧边2121设置所述卡接件31，另一侧边2121设置所述卡接孔32，只要是将相邻两侧边2121通过卡接件31和卡接孔32相互嵌设相连的设计思路都在本发明的保护范围内。

所述卡接件31为平直板状，其形状与所述卡接孔32的形状相同，大小也相一致。具体地，所述卡接件31包括与所述侧边2121相连的第一端311和自所述第一端311向远离所述侧边2121方向延伸的第二端312，所述第一端311的尺寸a小于所述第二端312最宽处的尺寸b；相应地，自所述侧边2121向内凹陷形成一端开口、另一端封闭的所述卡接孔32，所述卡接孔32开口处的尺寸小于所述卡接孔32最宽处的尺寸。

在本实施例中，所述卡接件31和所述卡接孔32呈T字型，当然，所述卡接件31和所述卡接孔32还可以是其他形状，如图7所示，所述卡接件31和所述卡接孔32还可以呈圆形，如图8所示，所述卡接件31和所述卡接孔32呈梯形。

多个所述膜片21的大小和形状相同，也可以不同，即所述压电振膜2可以是对称结构，也可以是非对称结构。当多个所述膜片21的大小和形状相同时，则每个所述膜片21的谐振频率相同，即整个所述压电振膜2的谐振频率只有一个，这种压电振膜的带宽较窄；当多个所述膜片21的大小和形状不相同时，则每个所述膜片21的谐振频率也不相同，即整个所述压电振膜2具有不同的谐振频率，这种压电振膜的带宽较宽，因此，可以根据实际需要设置多个所述膜片21的大小和形状。在本实施中，多个所述膜片21的大小和形状均相同，所述压电振膜2为对称结构。

请参阅图9，为本发明压电式MEMS麦克风中两个相邻膜片在发生形变时的状态示意图，所述卡扣结构3可以将多个所述膜片21限制在同一平面内，当所述膜片21从所述基底1被释放时，由于所述自由端212被所述卡扣结构3连接约束，限制了所述膜片21在残余应力的作用下发生的翘曲、卷曲等形变程度，使得相邻两个所述膜片21之间的间隙相对均匀，从而整体的压电振膜2声阻也较为均一，减小了不同压力传感器芯片因为形变而造成的结构差异，进而提升了产品性能的均匀性。

可选的，所述压电振膜2与所述基底1之间还设置有绝缘层(图未示)，既可以起到支撑所述压电振膜2的作用，又可以保证所述压电振膜2与所述基底1之间的绝缘。

实施例二

本实施例提供的压电式MEMS麦克风200与实施例一的压电式MEMS麦克风100大致相同，其主要区别点在于：所述压电振膜2为正方形，沿其对角线分割成多个相互独立的膜片21，其他结构大致相同，不再赘述。

与相关技术相比，本实用新型的压电式MEMS麦克风通过设置卡扣结构3将相邻两个膜片21的侧边2121相连，使所述膜片21的自由端212限制在同一平面内，当所述膜片21从所述基底1被释放时，所述卡扣结构3可以限制所述膜片21在残余应力的作用下发生的翘曲、卷曲等形变程度，使得相邻两个所述膜片21之间的间隙相对均匀，从而整体的压电振膜2声阻也较为均一，减小了不同压力传感器芯片因为形变而造成的结构差异，进而提升了产品性能的均匀性；同时所述卡扣结构3还有利于提高麦克风的抗跌落性能。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

设计图

压电式MEMS麦克风论文和设计

压电式MEMS麦克风论文和设计-段炼

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢