MEMS設備以及方法與流程

本發明涉及微機電系統(mems)設備和方法，具體地，涉及與換能器有關的mems設備和方法，所述換能器例如是電容式麥克風。

多種mems設備正變得越來越受歡迎。mems換能器尤其是mems電容式麥克風越來越多地用在便攜式電子設備(諸如，移動電話、可穿戴設備和便攜式計算設備)中。

使用mems制造方法形成的麥克風設備通常包括一個或多個膜，其中用于讀出/驅動的電極被沉積在所述膜和/或基底上。在mems壓力傳感器和麥克風的情況下，通常通過測量所述電極之間的電容來實現讀出。在輸出換能器的情況下，通過靜電力來移動所述膜，所述靜電力是通過使跨所述電極施加的電位差變化生成的。

圖1a和圖1b分別示出了已知的電容式mems麥克風設備100的示意圖和立體視圖。電容式麥克風設備100包括一個膜層101，該膜層101形成一個柔性膜，該柔性膜響應于由聲波生成的壓力差而自由移動。第一電極103機械地聯接至所述柔性膜，并且它們一起形成電容式麥克風設備的第一電容板。第二電極102機械地聯接至大體剛性的結構層或背板(back-plate)104，它們一起形成電容式麥克風設備的第二電容板。在圖1a示出的實施例中，第二電極102被嵌入在背板結構104中，然而本領域的技術人員應理解，第二電極可以在背板的表面上。

電容式麥克風被形成在基底105上，所述基底105例如是硅晶片，所述硅晶片可以具有在其上形成的上部氧化物層106和下部氧化物層107。基底中和任何覆蓋層中的腔108(在下文中稱作基底腔)被設置在膜下方，且可以使用“背部蝕刻(back-etch)”穿過基底105來形成。基底腔108連接至位于膜正下方的第一腔109。這些腔108和109可以共同提供聲學容積，因此允許膜響應于聲學激勵而移動。置于第一電極103和第二電極102之間的是第二腔110。

多個孔(在下文中稱作排出孔(bleedhole)111)連接第一腔109和第二腔110。

又一些多個孔(在下文中稱作聲學孔112)被布置在背板104中，以便允許空氣分子自由移動穿過該背板，使得第二腔110與該背板的另一側上的空間一起形成聲學容積的一部分。膜101因此被支撐在兩個容積之間，一個容積包括腔109和基底腔108，另一個容積包括腔110和該背板上方的任何空間。這些容積被定尺寸為使得膜可以響應于經由這些容積中的一個進入的聲波而移動。通常，入射聲波到達膜所穿過的容積被稱作“前容積(frontvolume)”，而另一個容積被稱作“后容積(backvolume)”，所述另一個容積可以是大體上密封的。

在一些應用中，背板可以被布置在前容積中，以使得入射聲音經由背板104中的聲學孔112到達膜。在這樣的情況下，基底腔108可以被定尺寸為提供一個合適的后容積的至少相當大一部分。

在其他應用中，麥克風可以被布置成使得，在使用中可以經由基底腔108接收聲音，即該基底腔形成一個到膜的聲學通道的一部分和前容積的一部分。在這樣的應用中，背板104形成通常由某個其他結構(諸如合適的封裝件)封閉的后容積的一部分。

還應注意，雖然圖1示出背板104被支撐在膜的、與基底105相對的側上，但是如下這樣的布置是已知的，其中背板104被形成為距基底最近，其中膜層101被支撐在背板104上方。

在使用時，響應于與入射在麥克風上的壓力波對應的聲波，所述膜從其平衡位置略微變形。下部電極103和上部電極102之間的距離被對應地更改，從而引起這兩個電極之間的電容的改變，所述電容的改變隨后通過電子電路系統(未示出)檢測。排出孔允許第一腔和第二腔中的壓力在相對長的時段(就聲學頻率而言)內平衡，這減小了例如由溫度變化等所引起的低頻壓力變化的影響，但不會在期望的聲學頻率下影響靈敏度。

為了適合在便攜式電子設備中使用，這樣的換能器應能夠耐受對便攜式設備的預期處置和使用，所述便攜式設備的預期處置和使用可以包括該設備遭受嘈雜的噪聲以及意外掉落。

如果設備(諸如移動電話)遭受墜落，這不僅會導致由于撞擊而產生的機械沖擊，而且還會導致入射在mems換能器上的高壓力脈沖。例如，移動電話可能在該設備的一個面上具有用于mems麥克風的聲音端口。如果該設備墜落在那面上，則一些空氣可以被墜落中的設備壓縮，并且被迫進入聲音端口中。此壓縮會導致入射在換能器上的高壓力脈沖。已經發現，在常規mems換能器中，高壓力脈沖可以潛在地導致換能器的損壞。

為了幫助防止可能由這些高壓力脈沖導致的任何損壞，已經提出，mems換能器可以被設置有至少一個可變通氣部(vent)，所述可變通氣部可以在前容積和后容積之間提供一個流動路徑，該流動路徑具有在使用中可以變化的尺寸。在高壓力情形下，所述可變通氣部在所述容積之間提供一個相對大的流動路徑，以便在所述容積之間提供相對迅速的均衡，從而減小膜上的高壓力事件的程度和/或持續時間。然而，在換能器的預期正常操作范圍內的較低的壓力下，該流動路徑的尺寸(如果有的話)是較小的。

因此，可變通氣部結構(ventstructure)用作一種類型的壓力釋放閥，以在相對高的壓力差下減小作用在膜上的壓力差。然而，與膜中可能存在的、具有固定面積從而具有固定尺寸的流動路徑的排出孔不同，可變通氣部具有響應于壓力差而變化的流動路徑尺寸。因此，可變通氣部允許通氣的程度取決于作用在通氣部上的壓力差，所述壓力差顯然取決于第一容積和第二容積中的至少一個的壓力。該可變通氣部因此提供可變的聲學阻抗。

一種提出的可變通氣部結構具有一個可移動部分，該可移動部分可移動，以便打開在膜的任一側上的容積之間延伸的孔。圖2a和圖2b例示了這樣已知的可變通氣部結構。圖2a例示了諸如上文關于圖1a和圖1b描述的換能器的柔性膜101(為了清楚起見，省略了換能器結構的其余部分)。該膜被支撐在包括腔109的第一容積和包括腔110的第二容積之間。如上文描述的，該膜通常將具有多個排出孔111，所述排出孔111被定尺度并且被布置為在換能器上產生調節效應并且減小低頻壓力變化的影響。然而，這樣的排出孔被設計成在感興趣的聲學頻率下對動態壓力變化具有有限的影響，從而提供對突然高壓力事件的非常有限的響應。

因此，圖2a的換能器結構還包括由可移動部分202形成的可變通氣部結構201，如由圖2b例示的，可移動部分202可相對于一個孔移動，所述孔在此情況下是穿過膜101的孔。可移動部分202被布置成在平衡壓力下(即當第一容積和第二容積處于大體上相同的壓力時)占據該孔的區域的至少一些，并且可能占據該孔的區域的大部分。該可移動部分響應于該孔兩側(即在前容積和后容積之間從而膜兩側)的局部壓力差而可移動，以便使該孔的尺寸變化，該孔被打開以提供一個流動路徑，從而使通氣部允許所述容積之間的壓力均衡的程度變化。換句話說，在平衡時，該可移動部分可以有效地閉合該孔的至少一部分，但該可移動部分可移動，以便使該孔被閉合的程度變化。

可移動部分202可以通過穿過膜材料101蝕刻一個或多個通道203來限定，使得該可移動部分通過一個或多個連接點204附接到膜101的其余部分，從而該可移動部分可以從該膜的其余部分偏轉。該通氣部可以被配置為使得可移動部分202在mems換能器的正常預期操作范圍以內的壓力差下基本上不被偏轉，從而保持該孔閉合，但是在可能潛在地導致膜的損壞的較高壓力差下移動以增大流動路徑的尺寸，例如較少地閉合該孔。

圖2a的頂部部分例示了在正常操作中的柔性膜101，在正常操作中，第二容積110中的壓力大于第一容積中的壓力。膜101因此從膜平衡位置向下偏轉。然而，壓力差在該設備的正常預期操作范圍內，即在操作壓力閾值以下，從而可變通氣部201的可移動部分202保持大體上閉合。圖2的下部部分例示可移動部分202已經從膜的其余部分偏轉以暴露該膜中的孔，從而提供穿過該膜的流動路徑。圖2a例示了膜形成可變通氣部結構201的兩個可移動部分，但是應理解，在實踐中可以存在更多這樣的通氣部。

因此，這樣的可變通氣部結構對于提供可以更好地耐受高壓力事件的mems換能器(尤其是麥克風)是非常有用的。然而，需要注意可變通氣部的設計，尤其是當可變通氣部被形成在換能器的膜中時。在已知的可變通氣部的情況下，通常在高壓力釋放和聲學壓力下的性能之間存在折衷方案，因為如果通氣部容易打開，則換能器的聲學性能可能會退化，但是如果通氣部太難打開，則它可能不會在高壓力事件期間提供足夠的額外流動。可以通過增加通氣部的數目來增加流動，但是如果在膜本身中形成太多的通氣部，則這可能使膜的性能退化，或導致膜的區域中的應力集中增加。通氣部可以被形成在替代的流動路徑中，例如穿過側壁結構，但這通常增加換能器結構的尺寸和成本，會增大換能器芯片所期望的面積。

本領域技術人員將理解，mems換能器通常被形成在晶片上，之后被單切(singulated)。正越來越多地提出，至少某個電子電路系統(例如用于換能器的讀出和/或驅動)也被提供作為具有換能器的集成電路的一部分。例如，mems麥克風可以被形成為具有至少某個放大器電路系統和/或某個用于使麥克風偏置的電路系統的集成電路。換能器和任何電路系統所要求的區域的占地面積(footprint)將決定可以在一個給定的晶片上形成多少個設備，從而影響mems設備的成本。因此，通常希望減小在晶片上制造mems設備所要求的占地面積。

根據本發明，提供了一種mems換能器，包括：

一個膜層；以及

至少一個可變通氣部結構，包括：

一個通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述膜層兩側的壓力差；以及

一個可移動通氣蓋，所述可移動通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應于所述通氣蓋兩側的壓力差而從所述平衡位置能移動，從而使穿過所述通氣孔的流動路徑的尺寸變化；并且

其中，所述通氣蓋包括至少第一折翼(flap)區段和第二折翼區段，所述第一折翼區段以鉸鏈方式聯接到所述通氣孔的側邊，并且所述第二折翼區段以鉸鏈方式聯接到所述第一折翼區段，從而相對于所述第一折翼區段能移動。

所述第二折翼區段可以僅經由所述第一折翼區段而聯接到所述通氣孔的側邊。所述第二折翼區段可以被鉸接到所述第一折翼區段。

在一些實施方案中，所述通氣蓋可以被配置為使得，所述第一折翼區段對于給定的壓力差而偏轉遠離平衡位置的程度不同于所述第二折翼區段對于相同的壓力差而偏轉遠離所述第一折翼區段的程度。所述通氣蓋可以被配置為使得，所述第二折翼區段偏轉遠離所述第一折翼區段比所述第一折翼區段偏轉遠離平衡位置更容易。所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時，對于至少一個壓力差，所述第二折翼區段相對于所述第一折翼區段偏轉的量將大于所述第一折翼區段從平衡偏轉的量。

所述第一折翼區段可以經由第一連接部而聯接到所述通氣孔的側邊，并且所述第二折翼區段可以通過第二連接部而聯接到所述第一折翼區段。所述第一連接部和所述第二連接部的尺度和/或幾何形狀可以彼此不同。在一些實施方案中，所述第一連接部和所述第二連接部中的每個都可以包括一個頸部區域，并且所述頸部區域的尺度可以彼此不同。在一些實施方案中，所述第一連接部和所述第二連接部中的至少一個可以包括一個梁結構，和/或所述第一連接部和所述第二連接部中的至少一個可以包括沿著一個鉸鏈軸線被間隔開的多個連接區域。

所述第一折翼區段可以被聯接到所述通氣孔的側邊，用于大體上圍繞第一鉸鏈軸線移動，并且所述第二折翼區段可以被聯接到所述第一折翼區段，用于大體上圍繞第二鉸鏈軸線相對于所述第一折翼區段移動，其中，所述第一鉸鏈軸線和所述第二鉸鏈軸線彼此平行。所述第一折翼區段可以被聯接用于圍繞所述第一鉸鏈軸線在一個旋轉方向上移動，并且所述第二折翼區段可以被聯接用于圍繞所述第二鉸鏈軸線在相同的旋轉方向上移動。替代地，所述第一折翼區段可以被聯接用于圍繞所述第一鉸鏈軸線在一個旋轉方向上移動，并且所述第二折翼區段可以被聯接用于圍繞所述第二鉸鏈軸線在相反的旋轉方向上移動。

所述第一折翼區段可以在所述第一折翼區段的一側上聯接到側壁，并且可以在其相反側上聯接到所述第二折翼區段。

在一些實施方案中，所述第二折翼區段可以在所述第一折翼區段的周界內。

在一些實施方案中，所述第一折翼區段的面積可以是所述通氣蓋的面積的至少20％。附加地或替代地，所述第二折翼區段的面積可以是所述通氣蓋的面積的至少20％。

所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時，在低于第一壓力閾值的壓力差時，至少所述第一折翼區段不從平衡位置顯著偏轉。所述第一壓力閾值可以為所述mems換能器的預期正常操作壓力范圍，或高于所述mems換能器的預期正常操作壓力范圍。

所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時，在高于所述第一區段的第二壓力閾值的壓力差時，所述第一折翼區段從平衡位置顯著偏轉。

所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時，在高于所述第二區段的第二壓力閾值的壓力差時，所述第二折翼區段從平衡位置顯著偏轉。所述第二壓力閾值可以在所述mems換能器的正常操作預期操作壓力范圍內。

在一些實施方案中，所述通氣蓋可以包括至少一個附加折翼區段，其中所述附加折翼區段或每個附加折翼區段以鉸鏈方式聯接到所述第一折翼區段或所述第二折翼區段或一個中間附加折翼區段中的一個。所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時，在所述mems換能器的預期正常操作范圍內的壓力差時，至少一個附加折翼部分從其平衡位置顯著偏轉。

所述通氣蓋可以被配置為提供一個流動路徑尺寸，所述流動路徑尺寸在使用時隨著壓力而變化，以便提供可變靈敏度，所述壓力在所述mems換能器的正常預期操作范圍內。

所述通氣孔可以被形成在第一層材料中，并且所述通氣蓋由與所述第一層相同的材料形成。所述通氣蓋可以由穿過所述第一層的一個或多個通道限定。所述通氣蓋可以被配置為使得，在平衡位置處，所述第一折翼區段和所述第二折翼區段大體上位于所述第一層的平面內。所述第一層可以是所述膜層。在此情況下，對于至少一個通氣部，所述通氣孔可以位于所述膜層中且在一個膜電極的區域外部。附加地或替代地，對于至少一個通氣部，所述通氣孔可以位于所述膜層中、在一個膜電極的周界區域內且在所述膜電極中開口的區域內。

所述換能器可以包括一個電容式傳感器。所述換能器可以包括一個麥克風。所述mems換能器還可以包括讀出電路系統，所述讀出電路系統可以例如被集成在與換能器結構相同的管芯(die)上。

在使用時，所述換能器可以位于一個具有聲音端口的封裝件內。

實施方案還涉及電子設備，包括如在上面的變體中的任何一個中所描述的mems換能器。所述設備可以是以下中的至少一個：便攜式設備；電池供電設備；音頻設備；計算設備；通信設備；個人媒體播放器；移動電話；游戲設備；可穿戴設備；以及，語音控制設備。

在另一方面，提供了一種制造具有柔性膜的mems換能器的方法，所述方法包括：

形成一個具有柔性膜的結構；以及

形成至少一個可變通氣部結構，所述至少一個可變通氣部結構具有一個通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述膜層兩側的壓力差，

所述至少一個可變通氣部結構包括一個可移動通氣蓋，所述可移動通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應于所述通氣蓋兩側的壓力差而從所述平衡位置能移動，從而使穿過所述通氣孔的流動路徑的尺寸變化；并且

其中，所述通氣蓋包括至少第一折翼區段和第二折翼區段，所述第一折翼區段以鉸鏈方式聯接到所述通氣孔的側邊，并且所述第二折翼區段以鉸鏈方式聯接到所述第一折翼區段，從而相對于所述第一折翼區段能移動。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個柔性膜；以及

至少一個可變通氣部結構，其中所述可變通氣部結構提供一個流動路徑，所述流動路徑具有隨著所述膜兩側的壓力差而變化的尺寸；

其中，所述可變通氣部結構包括至少一個可移動部分，所述至少一個可移動部分響應于所述可移動部分兩側的壓力差而能移動，以便使穿過所述通氣部結構的流動路徑的尺寸變化；并且

其中，所述可移動部分包括：

第一折翼區段；

第一鉸鏈連接部，所述第一鉸鏈連接部將所述第一折翼區段聯接到所述可變通氣部結構的一側，使得所述第一區段能夠被偏轉遠離平衡位置；

第二折翼區段；以及

第二鉸鏈連接部，所述第二鉸鏈連接部將所述第二折翼區段聯接到所述第一折翼區段，使得所述第二折翼區段能夠被偏轉遠離所述第一折翼區段。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個柔性膜；以及

至少一個可變通氣部結構，包括：一個通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述柔性膜兩側的壓力差；以及，一個可移動通氣蓋，所述可移動通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應于所述通氣蓋兩側的壓力差而從所述平衡位置能移動，從而使穿過所述通氣孔的流動路徑的尺寸變化；

其中，所述通氣蓋包括：第一折翼區段，被聯接到所述通氣孔的一側；以及，至少一個第二折翼區段，被聯接到所述第一折翼部分，

所述通氣蓋被配置為使得，所述第一折翼區段從所述平衡位置能移動且所述第二折翼區段相對于所述第一折翼區段能移動，從而對于所述通氣蓋兩側的壓力差的至少第一范圍，相比于所述第一折翼區段，所述第二折翼區段從其平衡位置偏轉更大的角度。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個柔性膜；以及

至少一個可變通氣部結構，包括：一個通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述柔性膜兩側的壓力差；以及，一個可移動通氣蓋，所述可移動通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應于所述通氣蓋兩側的壓力差而從所述平衡位置能移動，從而使穿過所述通氣孔的流動路徑的尺寸變化；

其中，所述通氣蓋包括：第一折翼區段，所述第一折翼區段被聯接到所述通氣孔的一側，從而從所述平衡位置能移動；以及，至少一個第二折翼區段，所述至少一個第二折翼區段被聯接到所述第一折翼區段，從而相對于所述第一折翼區段能移動，

其中，所述第二折翼部分相對于所述第一折翼區段的移動的阻力低于所述第一折翼區段從平衡位置的移動的阻力。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個膜層；以及

至少一個可變通氣部結構，包括：

一個通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述膜層兩側的壓力差；以及

一個動態通氣蓋，所述動態通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述動態通氣蓋響應于所述通氣蓋兩側的壓力差而從所述平衡位置能移動，從而使穿過所述通氣孔的流動路徑的尺寸變化；并且

其中，所述通氣蓋包括至少第一折翼區段和第二折翼區段，所述第一折翼區段被鉸接到所述通氣孔的側邊，并且所述第二折翼區段被鉸接到所述第一折翼區段，從而相對于所述第一折翼區段能移動。

在又一方面，提供了一種mems換能器結構，包括：

一個柔性膜；以及

多個可變通氣部，每個可變通氣部提供了一個流動路徑，所述流動路徑具有隨著所述膜兩側的壓力差而變化的尺寸；

其中，所述可變通氣部中的至少一些具有各不相同的聲導對壓力差的分布圖。

所述可變通氣部中的至少一個可以在所述換能器的預期正常操作壓力范圍內的壓力差時至少部分地打開，以提供一個流動路徑。所述可變通氣部中的至少一個可以包括一個可變通氣部，如上文變體中的任何一個中所描述的。因此，所述可變通氣部可以包括一個通氣孔和一個可移動蓋部分，所述可移動蓋部分被配置為在平衡時至少部分地阻塞所述通氣孔。所述可移動蓋部分可以包括至少第一區段和第二區段，如上文變體中的任何一個中所描述。附加地或替代地，通氣部中的至少一些可以包括一個通氣蓋，所述通氣蓋僅包括單個區段，但是打開一個通氣部的蓋部分的相對容易度可以不同于打開另一通氣部的蓋部分的相對容易度。在一些實施方案中，所述換能器可以在使用時被聯接到對來自所述換能器的測量信息進行信號處理的電路系統，其中所述電路系統被配置為對所述測量信號施加補償，以補償可變聲導。補償的程度從而可以隨著檢測到的信號振幅而變化。

上文描述的實施方案中的任何一個可以與其他實施方案中的任何一個組合實施，并且所描述的多個特征可以以任意組合在一個實施方案中實施。

為了更好地理解本發明，并且為了示出如何實施本發明，現在將通過實施例的方式參考附圖，在附圖中：

圖1a和圖1b例示了已知的mems麥克風結構的截面視圖和立體視圖；

圖2a和圖2b例示了已知的可變通氣部的一個實施例；

圖3例示了根據本發明的一個實施方案的可變通氣部；

圖4a至圖4c例示了根據本發明的一個實施方案的通氣部的操作；

圖5a、圖5b和圖5c例示了通氣部的聲導和位移如何隨著壓力而變化；

圖6例示了可變通氣部的又一實施方案；

圖7a至圖7e例示了可變通氣部的附加實施方案；

圖8例示了被調節為具有不同操作形狀的兩個單獨的通氣部；

圖9例示了根據本發明的實施方案的通氣部如何被定位在換能器的柔性膜中；

圖10例示了根據本發明的實施方案的通氣部如何被定位在換能器的柔性膜中的另一個實施例；以及

圖11a-圖11f例示了多種mems換能器封裝件。

具體實施方式

如上文所提及的，已經提出在mems換能器結構中使用可變通氣部(例如，關于圖2a和2b所例示的可變通氣部)，以在高壓力情形下充當一種類型的壓力釋放閥，該通氣部在高壓力差下打開以提供較大的流動路徑，但是在mems換能器的正常操作范圍以內的壓力差下具有較小的(如果有的話)流動路徑。因此，通氣部結構被設計成在第一壓力差范圍以內時大體上閉合，但是在第二、較高的壓力差范圍時打開以允許相對顯著增加的流動，所述第一壓力差范圍對應于換能器的操作壓力差的正常范圍。注意，閉合位置不一定對應于無流動，可以對應于正常操作所期望的限定的流動路徑尺寸，例如，以在第一壓力差范圍內提供至少一些低頻均衡。w02014/045040描述了可以使用的許多不同的可變通氣部設計。

然而，如所提及的，可能難以在通氣部在設備的正常操作范圍內保持足夠閉合以對換能器的操作(例如mems麥克風的聲學靈敏度)具有最小影響與通氣部在高壓力情形下打開到足夠的程度以提供足夠的通氣之間實現適當的平衡。

因此，本發明的一些實施方案提供了具有改進的操作特性和/或可以對給定的壓力差提供更調諧的響應的可變通氣部。

因此，本發明的一些實施方案涉及mems換能器，所述mems換能器包括一個柔性膜并且具有一個可變通氣部結構，所述可變通氣部結構包括至少一個可移動部分，所述可移動部分可移動以提供一個流動路徑，該流動路徑的尺寸隨著所述膜兩側的壓力差而變化。然而，在本發明的實施方案中，所述可移動部分具有至少第一區段或節段和第二區段或節段，并且通氣部的第一區段相對于通氣部的第二區段能移動。換句話說，可移動部分的第一區段和第二區段二者都可以被偏轉遠離平衡位置，但是進一步，可移動部分的第二區段可以被偏轉遠離可移動部分的第一區段。第一區段可以經由由可移動部分的材料形成的活動鉸鏈而被聯接到第二區段，如下文將更詳細描述的。因此，本發明的實施方案的可移動部分可以具有至少兩個折翼區段，而不是被布置為如具有關于圖2b所描述的可變通氣部的基本上單個折翼。

可移動部分可以相對于通氣孔布置，以在平衡位置至少部分地充當通氣蓋并且至少部分地阻塞通氣孔。通氣孔是用于使流體(例如，諸如空氣的氣體(盡管在一些實施方案中它可以是其他氣體或流體))通氣以便減小柔性膜層兩側的壓力差的孔。在一些實施方案中，通氣孔可以被形成在換能器的膜層中。可移動部分充當可移動通氣蓋或動態通氣蓋，并且可以通過蓋兩側的足夠的局部壓力差而被偏轉遠離其平衡位置。可移動蓋的第一區段可以被聯接到通氣孔的一個側壁，例如，周圍的膜材料，使得第一區段可以從平衡位置偏轉，例如從平衡位置旋轉地偏轉。因此，第一區段可以有效地以鉸鏈方式聯接到通氣孔的壁的側邊。第二區段可以被聯接(例如，被鉸接)到第一區段，以使得第二區段可以相對于第一區段旋轉地偏轉。因此，第二區段可以有效地以鉸鏈方式聯接到第一區段。第二區段可以僅經由第一區段連接到通氣孔的側壁，因此其可能的移動能夠通過與第一區段的連接部而被充分限定。因此，第一折翼區段的任何偏轉將導致第二折翼區段的偏轉，但是第二折翼區段將受到作用在其上的壓力差和與第一折翼區段的連接部的特性而自由地采取從第一折翼區段偏轉的一個位置。

提供一個可移動部分作為通氣蓋，其中可移動部分或蓋包括至少兩個區段，其中第二區段能夠相對于第一區段移動并且其中第二區段的移動由它與第一區段的連接部而被完全限定是有利的，因為它允許通氣部的打開被更容易地調節到所期望的特性，并且可以提供在施加的壓力差的情況下更好的聲導分布圖，如下文將更詳細解釋的。

圖3以平面視圖例示了根據本發明的一個實施方案的可變通氣部結構301。在此實施方案中，至少一個可變通氣部結構被形成在膜層101中，從而流動路徑是穿過膜的路徑，然而其他布置是可能的，如稍后將描述的。因此，可變通氣部結構可以包括一個穿過膜101的孔，并且該膜的一部分被形成為可移動部分302，所述可移動部分302充當通氣蓋，并且在受到局部壓力差時，可移動部分302提供對該孔的可變程度的阻塞。

可移動蓋部分302由伸展穿過膜的至少一個通道303限定。通過蝕刻穿過膜所形成的通道303是薄的通道，并且將可移動蓋部分302與膜的其余部分分離(除了經由連接區域304a)。蝕刻至少一個通道303以使可移動蓋部分302以這種方式與膜101的其余部分部分地分離意味著，可移動蓋部分302可以被偏轉遠離該膜的其余部分的表面。

在圖3的實施方案中，通道303被配置為不僅允許蓋部分302相對于膜101能移動，而且還允許蓋的一個區段相對于蓋的另一個區段能移動。

因此，在圖3的實施方案中，可移動部分或通氣蓋302包括第一折翼區段302a和第二折翼區段302b。第一折翼區段302a經由第一連接部而連接到膜101的其余部分，所述第一連接部由虛線區域304a例示的第一折翼區段連接區域304a限定。第二折翼區段302b通過第二連接部而連接到第一折翼區段302a，所述第二連接部由如虛線區域304b例示的第二折翼區段連接區域限定。在此實施方案中，第一折翼區段302a因此是由通道303和連接區域304a和304b限定的并且位于所述連接區域之間的區域。第二折翼區段302b是由通道303和第二折翼區段連接區域304b限定的區域。

此第一折翼區段連接區域304a由通道303限定，從而此第一折翼區段連接區域304a具有的形狀和尺寸允許可移動蓋的第一折翼區段302a響應于作用在膜上的足夠高的壓力差而被偏轉遠離膜。第一折翼區段連接區域304a提供第一折翼區段302a和膜的其余部分之間的有效地鉸鏈連接，所述其余部分限定穿過膜的通氣孔的側壁。應理解，鉸鏈連接部是由與膜和可移動蓋的第一區段302a相同的材料形成的，其中鉸鏈是通過移除連接部的任一側上的材料使得該連接部形成一個頸部部分來提供的。這樣的連接部通常被稱作“活動鉸鏈”。如在本說明書中所使用的，術語“活動鉸鏈”將被認為是指材料的多個部分之間的連接部，其中至少某種材料通過一個連接區域從一個部分連續地延伸到另一個部分，并且其被配置為通過連續材料的變形，允許這樣的多個部分的類似鉸鏈的相對移動。因此，由第一折翼區段連接區域304a所形成的第一連接部實際上是形成在膜材料中的鉸鏈。

在此實施方案中，不需要特殊處理連接區域本身來形成活動鉸鏈，即連接區域不需要被變薄或以其他方式被特別適配，例如被減弱。第一折翼連接區域304a由通道303的位置簡單地限定。因此，應理解，圖3中例示的虛線區域304a可以包括與任一側的材料具有相同厚度的相同材料。因此，該虛線區域僅表示相對高的變形可以響應于足夠的壓力差而發生的區域。

因此，此第一折翼區段連接區域304a允許蓋302的第一區段302a響應于足夠的壓力差而遠離膜的其余部分的鉸鏈(即，旋轉地)移動。因此，應理解，在圖3的實施方案中，可移動蓋的第一區段302a被有效地被鉸接到膜的其余部分。如稍后將描述的，第一折翼連接區域提供彈性連接部，即形成彈性鉸鏈，從而允許第一折翼區段302a在不存在這樣的壓力差時返回到平衡位置。

如所提及的，可移動蓋的第二折翼區段302b通過第二折翼區段連接區域304b連接到第一區段302a。此第二折翼區段連接區域304b也由通道303限定，使得此第二折翼區段連接區域304b具有的形狀和尺寸允許可移動蓋的第二區段302b響應于足夠高的壓力差而被偏轉遠離第一區段302a。第二折翼區段連接區域304b同樣可以提供第一區段302a和第二區段302b之間的活動鉸鏈連接部，同樣，不需要對第二折翼區段連接區域304b進行特殊處理，該第二折翼區段連接區域304b同樣可以形成一個頸部部分。因此，此第二折翼區段連接區域304b也允許第二區段302b遠離第一區段302a的彈性旋轉或樞轉(即，鉸鏈)移動。因此，由第二折翼區段連接區域所形成的第二連接部實際上是形成在膜材料中的另一鉸鏈，從而可移動蓋部分包括多個鉸鏈。因此，應理解，在圖3的實施方案中，可移動蓋的第二區段302b有效地被鉸接到第一區段302a，并且僅經由第一區段302a而連接到膜的其余部分。

可移動蓋部分302的第一區段302a和第二區段302b優選地被布置成使得它們的平衡位置(即，當不存在作用在可變通氣部結構上的大壓力差時它們采取的位置)大體上在該膜的平面內。換句話說，在平衡時，蓋302的第一區段302a不被顯著偏轉遠離膜的其余部分，并且第二區段302b不被顯著偏轉遠離第一區段302a。因此，在平衡位置中，蓋302大體上覆蓋或阻塞穿過膜的流動路徑的至少一部分。在此實施方案中，流動路徑在平衡位置處大體上完全閉合，但是在一些實施方案中，通氣部可以被設計成在平衡時提供某個限定的流動尺寸。

當然應理解，通道303表示空氣流動穿過膜的路徑，然而，通道303可以被形成有非常窄的寬度，從而當可移動蓋302的區段302a和302b二者都在平衡位置中時，不存在或存在非常有限的空氣流動通過該通道。通道303的寬度可能被如下因素限制：最小可蝕刻間隙上的光刻工藝約束；或，可移動區段彎曲和撓曲同時又脫離該結構的其余部分的某個機械間距的需要。此外，窄間隙將傾向于具有較大的分數制造公差，導致在閉合時聲學阻抗的較寬的變化，從而麥克風的例如低頻衰減(roll-off)的較寬變化。相對于范圍為20μm至50μm的典型的通氣部結構，典型的寬度可以是1μm。然而，取決于聲學規格或制造工藝能力，寬度可以例如小十倍或大十倍。

響應于膜兩側的壓力差增大，蓋302的第一區段302a和第二區段302b可以從平衡位置移位。圖4例示了這樣的可變通氣部在mems換能器中可以如何操作。使用類似的附圖標記來標識先前關于圖1和圖2討論的部件類似的部件。因此，圖4例示了換能器的柔性膜101，其中為了清楚起見，省略了換能器結構的其余部分。膜被支撐在第一容積和第二容積之間，所述第一容積包括腔109，所述第二容積包括腔110。

再次，膜可以具有多個排出孔111，所述排出孔111被定尺度并且被布置成產生對換能器的調節效應并且減小低頻壓力變化的影響。膜101還被設置有多個可變通氣部結構301，如上文描述的。在一些應用中，可以使用單個可變通氣部結構，但是如稍后將討論的，提供具有多個可變通氣部結構的膜是有益的。在此實施方案中，可變通氣部結構301與排出孔111分離并且不同于排出孔111。

圖4示出了位于膜中的、膜電極103的區域外部的可變通氣部結構301。這意味著，通氣部可以僅由形成膜101的一個或多個層的材料形成。然而，在一些實施方案中，可以在電極的區域內形成可變通氣部結構，例如在電極的總體區域內未沉積金屬電極的專有區域(exclusionarea)中。替代地，可變通氣部結構可以被形成在電極的區域中，其中膜層和電極層一起形成該可變通氣部結構。在一些應用中，由膜層且至少部分地由金屬電極層形成通氣部的可移動區段可以提供更強的可移動部分。

然而，應注意到，無論可變通氣部結構在何處形成，在那個位置處可以存在聯接至膜的一個或多個附加材料，以便定制可變通氣部的屬性，例如柔性或應力處置能力。

圖4a例示了在操作中的情形，其中第二容積110中的壓力大于第一容積中的壓力，但在預期的安全操作或正常壓力范圍內。因此，膜從膜平衡位置向下偏轉。然而，壓力差在該設備的正常預期操作范圍內，即在操作壓力閾值以下，從而可變通氣部301保持大體上閉合。

圖4b例示了壓力差已經增大到足以導致可移動蓋部分302移位的水平的情形。圖4b示出了第一區段302a可以被部分偏轉(即，旋轉)遠離膜101，并且第二區段302b本身被偏轉遠離第一區段302a。這提供通氣孔的一個打開程度，從而增大流動路徑，允許更迅速的壓力平衡。

圖4c例示了壓力差已經進一步增大到足以導致第一區段302a從膜顯著偏轉的水平的情形。這也導致第二區段302b的進一步偏轉，使得可變通氣部結構301被進一步打開。這顯著增大了流動路徑的尺寸，允許甚至更迅速的壓力平衡。

因為可移動部分包括以鉸鏈方式聯接到第一區段302b并且不以其他方式連接到膜的其余部分的第二區段302b，所以第二區段302b既可以被移位遠離第一區段302a，又可以通過第一區段302a的移位而被移位遠離平衡。此雙重偏轉意味著，第二區段302b可以有利地受益于第一區段302a的任何移位，以提供比在單個折翼部分的情況下的打開程度更大的打開程度。

例如，考慮到響應于膜兩側的給定壓力差，第一區段302a將被偏轉遠離膜的其余部分一個角度α。第一區段302a的近端將在第一連接部304a處(即，在第一鉸鏈處)連接到膜，但是第一區段的遠端將被移位，并且取決于角度α的范圍，可以被移位到膜的平面之外，從而暴露穿過膜的流動路徑的至少一部分。在圖3的實施方案中，蓋302的第二區段302b通過第二連接部304b(即，通過第二鉸鏈)連接在第一區段302a的遠端處或附近，并且被連接以有效地圍繞一個軸線鉸接，所述軸線可以平行于或相對近似平行于連接部304a的鉸鏈軸線。因此，第二區段被偏轉遠離第一區段一個角度β，從而位于與膜的平面成角度α+β處(其中β可以與α相同或不同)。將清楚的是，這將導致，與在第二區段302b不可單獨地相對于第一區段302a移動從而整個蓋僅在角度α處的情況下通氣部打開的程度相比，通氣部打開的程度更大。

此外，第一鉸鏈連接部304a和第二鉸鏈連接部304b的屬性可以被設計成提供所期望的總體響應。換句話說，第一鉸鏈連接部304a和第二鉸鏈連接部304b可以被配置為使得，第一區段302a對于給定的壓力差偏轉遠離膜101的程度不同于第二區段302b對于相同的壓力差偏轉遠離第一區段302a的程度。

圖3例示了第一區段302a可以通過第一折翼區段連接區域304a而連接到膜101，第一折翼區段連接區域304a在此實施方案中是第一頸部。如圖3中例示的，此頸部區域可以被看作具有第一寬度或橫向范圍d1w，即跨越頸部的尺度，其在此情況下大體上平行于該區域變形所圍繞的軸線，例如鉸鏈軸線。在圖3中，頸部的寬度可以看作是頸部在該圖的y軸上的尺度，即如所示出的豎直尺度。第一頸部也有深度d1d，即頸部區域在其所連接的兩個部分之間的縱向范圍的尺度，該深度d1d可以被看作圖3中的x軸(水平)尺度。第二區段302b通過第二連接區域304b(即，第二頸部)連接到第一區段302a。此第二頸部具有寬度d2w和深度d2d。第一連接區域或頸部304a可以具有與第二連接區域或頸部304b不同的尺度。例如，第一區域304a的寬度d1w可以不同于第二連接區域的寬度d2w。連接區域304a和304b的不同寬度可以意味著，相關區段可以從其所連接至的部分偏轉的容易度變化。例如，寬度d2w可以小于寬度d1w，使得相比于第一區段302a偏轉遠離膜101的其余部分，第二區段302b可以更容易地偏轉遠離第一區段302a。附加地或替代地，對于第一連接區域304a和第二連接區域304b，如由通道303所限定的連接區域的深度可以不同。

應注意，在一些實施方案中，所述連接區域可以具有其他幾何形狀，并且可以例如包括扭轉梁結構等，如稍后將更詳細描述的。這樣的結構具有確定偏轉的相對容易度的不同的和/或附加的尺度。此外，在一些實施方案中，連接部可以由沿著一個鉸鏈軸線間隔開的不止一個連接區域形成，并且這樣的區域的數目也可以確定打開的相對容易度。然而，一般而言，應理解，連接部的尺度和/或幾何形狀可以被設計成確保對于給定的壓力差，一個折翼區段(例如，第二折翼區段304b)比另一個折翼區段(例如，第一折翼區段304a)更容易偏轉。

第二區段比第一區段更容易偏轉這樣的布置可以為可變通氣部提供特別有利的響應。

圖5a例示了聲導相對于壓力差的曲線圖。聲導表示空氣在兩個容積之間流動的容易度，從而相對于壓力差，與流動路徑的打開程度(即，穿過膜的孔暴露的程度)有關。

圖5a還例示了可移動通氣蓋302的區段302a和302b在a、b、c和d指示的四個特定壓力差下相對于膜101的相對位置(橫截面)的實施例。

在平衡(條件a)時，即在膜的兩側上沒有顯著壓力差時，第一區段302a和第二區段302b二者大致上都與膜成一直線，從而流動路徑基本上閉合。在圖3的實施方案中，這意味著大體上僅限定折翼部分的通道303提供穿過可變通氣部的任何流動路徑。因此，聲導是低的，或如果限定折翼部分的通道足夠小，則大體上為零。然而，如先前所提及的，在一些實施方案中，可能在平衡時期望具有某一限定的非零尺寸的流動路徑。在膜的兩側上的低壓力差時，不存在可移動蓋302的任一區段的大偏轉。

當壓力差增大時，可移動蓋可以開始被偏轉。在此實施例中，連接區域304a和304b被設計成使得第二區段302b比第一區段302a更容易偏轉。因此，第二區段302b可以開始被偏轉，但是在相對較低的壓力差下，可移動蓋的第一區段302a不從其平衡位置顯著偏轉。當可移動蓋的第二區段302b偏轉時，流動路徑的至少一部分被打開，從而穿過通氣部的聲導可以增大。然而，打開的量相當有限，直到第一區段302a也開始偏轉(在壓力差b時)。因此，在壓力差b以下的聲導仍然是低的。

在較高的壓力差時(在壓力差b以上)，可移動部分的第一區段302a也被偏轉。這不僅開始打開流動路徑的、先前由第一區段302a阻塞的區段，而且第一區段的偏轉還導致第一區段的進一步偏轉，從而導致流動路徑的更大的打開。因此，隨著壓力差(即，在壓力差b和c之間)增大，聲導在此操作區域中而相對迅速地增大。

當可移動蓋的第一區段和第二區段的偏轉量增加時，未阻塞的流動路徑的區域增大，直到在壓力差d時，兩個可移動部分都被進一步移動到流動路徑的區域之外，并且通氣部以限定的最大流動區域完全打開。即使壓力差進一步增大，流動路徑的尺寸也不會再增大。然而，在實踐中，在一些實施方案中，可移動部分可能不可變形到關于壓力差d所示出的完全程度。

具有多個鉸鏈的布置是有利的，其中通氣部在換能器的正常操作所預期的壓力差期間保持大體上閉合(例如，在例如位置a和b之間的某處)，并且僅當壓力差達到異常高的水平或開始接近可能潛在地對換能器造成損壞的水平時開始顯著地打開(即，延伸超出位置b)。應理解，具有穿過膜的流動路徑可以更改換能器的操作特性。如上文關于圖1所討論的，在mems麥克風中可能存在穿過膜的一個或多個排出孔，以減小低頻效應的影響。這些孔的數目和尺度通過設計被選擇以提供所期望的操作特性。因此，這些排出孔已經提供了一個用于使膜的兩側上的兩個容積中的壓力均衡的路徑，但是這些孔被特意設計成使得這樣的均衡在聲學方面需要很長時間。因此，僅僅排出孔并不能防止大的壓力差對換能器造成損壞。可變通氣部被提供，以實現更迅速的均衡。然而，如果打開可變通氣部以在預期的正常操作壓力差下提供顯著的流動路徑，則這樣的附加流動路徑將更改換能器的頻率特性并且會導致失真。

相比于根據先前已知設計的單個折翼通氣部，圖5a中所例示的聲導對所施加的壓力差的分布圖可以更容易調節到所期望的特性。因此，例如，將第一區段302a連接到膜的連接部304a可以被布置成大體上不打開，即，使得第一區段302a基本上不從其平衡位置移位，直到達到在正常操作范圍以上但在可能發生損壞的壓力水平以下的壓力水平。然而，第一區段和第二區段之間的連接部304b可以被配置為使得第二區段更容易偏轉，即，在較低的壓力差時。因此，在圖5a中的a和b之間的操作區域可以包括換能器的正常預期操作范圍中的一些，然而將看到，在此區域中聲導保持很低，從而對換能器的靈敏度的影響是低的。圖5b例示了對于與圖3中所例示的設計類似的示例通氣部結構，可移動蓋的移位相對于壓力(差)的對數曲線。在140dbspl的聲壓水平時的打開程度例如可以是大約0.03μm。因此，通氣部可以被認為在spl高達此極限的時大體上閉合。然而，由于蓋的第一折翼區段和第二折翼區段二者的存在，一旦達到壓力水平b，通氣部便迅速打開。

因此，通氣部的此設計可以在正常操作壓力范圍時提供有限的影響，但是可以在期望通氣以防止信號失真和/或膜損壞的感興趣的壓力時較為迅速地打開。應理解，聲導對壓力差的精確分布圖將取決于多種因素，諸如可移動蓋部分的不同區段的尺寸和這些區段的打開的相對容易度。例如，圖5c例示了可以通過不同的通氣部設計所提供的聲導對壓力差的略微不同的分布圖。通氣部可以被設計以提供所期望的聲導分布圖。可以模擬多種通氣部設計，以核查它們在使用中將提供所期望的分布圖。

可變通氣部的可移動蓋部分可以被配置為使得，在低于蓋的第一壓力閾值的壓力差時，大體上不存在可移動蓋部分(即，任一區段)從平衡位置的移動。具體而言，可移動蓋部分可以被偏轉小于膜的寬度，使得可移動蓋的第二區段302b的尾部表面(即，與偏轉方向相反的側上的表面)不顯著延伸超過膜表面。因此，流動路徑(即，穿過膜的孔)保持大部分被可移動蓋302阻塞。

可移動蓋302的第一折翼區段302a可以被配置為使得，在將被稱為第一區段的第一壓力閾值的第一壓力閾值以下，不存在第一折翼區段遠離膜的顯著偏轉。換句話說，在低于第一區段的第一壓力閾值的壓力差時，通氣孔被處于平衡位置的第一折翼區段所占據的部分保持大體上被第一折翼區段阻塞。第一區段的第一壓力閾值可以處于或高于mems換能器的正常預期操作壓力范圍的上端。同樣地，可移動蓋302的第二折翼區段302b可以被配置為使得，在將被稱為第二區段的第一壓力閾值的壓力閾值以下，不存在第二折翼區段遠離第一區段的顯著偏轉。因此，在低于第二區段的第一壓力閾值的壓力差時，通氣孔被處于平衡位置的第二折翼區段所占據的部分可以保持大體上被第二折翼區段阻塞(假定沒有第一折翼區段的顯著移動)。第一區段的第一壓力閾值可以與第二區段的第一壓力閾值相同或不同。具體而言，第一區段的第一壓力閾值可以大于第二區段的第一壓力閾值。

對于聲學換能器等，第一蓋閾值和/或第一區段或第二區段的第一壓力閾值中的至少一個可以例如大于150pa，并且可以大于200pa或更高，并且在一些應用可以大于1kpa。換句話說，可變通氣部可以在高達約150-200pa或更高的壓力差時保持大體上閉合。因此，對于在0-200pa的范圍內的壓力差，可變通氣部大體上不提供流動路徑尺寸的顯著變化。這意味著，可變通氣部對換能器的操作具有最小的性能影響。

可變通氣部被布置成在接近可能對換能器造成損壞的壓力差的壓力差時打開，以提供流動路徑。例如，可變通氣部可以被布置成在約100kpa的壓力差時充分打開，以提供用于通氣的顯著流動路徑。因此，可移動蓋部分302可以被配置為使得，在高于將被稱為第二蓋壓力閾值的壓力閾值的壓力差時，不存在蓋部分從平衡位置的顯著移動。

可移動蓋302的第一區段302a可以被配置為使得，在將被稱為第一區段的第二壓力閾值的壓力閾值以上時，存在第一區段遠離膜的顯著偏轉。因此，通氣蓋可以被配置為使得，在使用時，在高于第一區段的第二壓力閾值的壓力差時，通氣孔被處于平衡位置的第一折翼區段所占據的部分通過第一折翼區段的偏轉而被基本上解除阻塞。可移動蓋302的第二區段302b可以被配置為使得，在將被稱為第二區段的第二壓力閾值的壓力閾值以上，存在第二區段遠離第一區段的顯著偏轉。第一區段的第二壓力閾值可以與第二區段的第二壓力閾值相同或不同。具體而言，第一區段的第二壓力閾值可以大于第二區段的第二壓力閾值。應理解，第一區段或第二區段的第二壓力閾值將大于對應的第一壓力閾值。

對于聲學換能器等，第二蓋壓力閾值和/或第一區段或第二區段的第二壓力閾值中的至少一個可以等于或大于100kpa。因此，與平衡時的流動路徑尺寸相比，對于至少100kpa的范圍的壓力差，可變通氣部大體上提供流動路徑尺寸的顯著增大。

可移動蓋302的區段302a和302b中的每個將開始顯著偏轉的壓力差將取決于多種因素，諸如形成每個區段(例如，膜)的材料的厚度和成分，以及(對于折翼布置)相應的區段的連接區域的尺度，例如，寬度d1w、dw2和/或深度d1d、d2d。

返回參考圖4，應理解，膜101的材料是相對彈性的。因此，如果第二腔中的壓力停止增大，則在短時間之后，通過可變通氣部301的通氣會將壓力差減小到使可變通氣部返回到圖4a中示出的閉合位置的水平。換句話說，折翼區段304a和304b通過彈性連接部304a和304b連接，使得當壓力差減小時，所述折翼區段移動回它們的平衡位置。

如果第二腔中的壓力之后相對快速地減小，則膜兩側的壓力差在相反方向上會增大，使得該膜向上偏轉。該壓力差可以增大到這樣的程度，使得通氣部現在在向上的方向上打開，以將空氣從第一容積通氣到第二容積中。因此，應理解，可變通氣部可以是雙向的，允許從第一容積通氣到第二容積，并且也允許從第二容積通氣到第一容積。

從圖4b和圖4c將看到，當可變通氣部打開時，可移動蓋部分302，尤其是第二區段302b，將在膜偏轉的相同方向上遠離膜的表面變形。因此，可移動蓋部分可以比膜本身的任何部分延伸更遠。在一些實施方案中，膜可以相對于換能器結構的其余部分(諸如，背板或基底的某一結構)布置，使得膜可以與換能器結構接觸。在一些情形下，這有益于防止膜的過多行進。很明顯，可變通氣部需要能夠打開，以提供上文描述的優點，從而可變通氣部優選地相對于換能器結構布置為使得換能器結構將不會阻止通氣部充分打開。此外，還可以優選的是，當通氣部打開時，貼近通氣部的出口路徑內沒有任何結構。在一些情形下，通氣部可以被布置在膜的一部分上，使得通氣部將不與換能器結構接觸。例如，相對于背板，通氣部可以被布置為使得通氣部的可移動蓋部分打開到一個或多個背板聲學孔的區域中。然而，在其他實施方案中，通氣部可以被布置為使得它們可充分打開，以提供顯著的流動路徑，但是被換能器結構阻止進一步打開。因此，換能器結構可以充當用于通氣部的可移動部分的堅固的止擋件，該止擋件可以減小或限制可移動部分中的應力，并且有助于防止對可移動部分的損壞。

因此，本發明的實施方案的可變通氣部結構提供了具有如wo2014/045040中所描述的可移動部分的可變通氣部結構的所有優點，但有利地在感興趣的壓力差范圍內、在聲導(即，空氣流動)方面提供更好的性能。換句話說，根據本發明的通氣部可以更容易被調節成在第一較低的壓力差范圍下提供所期望的低聲導，但是在更高的壓力差范圍下具有足夠高的聲導。可以以先前在wo2014/045040中描述的任何方式使用可變通氣部結構，wo2014/045040的內容通過引用納入本文。

例如，上文的描述已經聚焦在通氣部上，所述通氣部在膜中并且在換能器的膜的任一側上的容積(例如，前容積和后容積)之間提供流動路徑。然而，應理解，通氣部可以被布置在某個側通道或端口中，例如穿過側壁結構，并且在一些實施方案中，通氣部可以提供從一個容積但并未通向第二容積的通氣，例如，在使用時經由一個通道通向mems封裝件外的大氣。因此，通氣部可以被形成這樣一層材料中，該層材料不形成柔性膜的一部分。

應理解，通氣部的可移動蓋部分和此蓋部分的個體區段可以采取多種形式。例如，通氣部結構可以被更改，以提供不同的壓力差響應，或以避免應力積聚問題。

例如，圖6示出了類似于上文參考圖3所描述的可變通氣部的可變通氣部301，但是其中限定可移動蓋部分的通道303包括通道303a，所述通道303a限定了第一區段302a經由梁結構601連接到膜302a的其余部分。應理解，當受到足以導致可移動蓋部分變形的壓力差時，連接分上將存在顯著的應力。使用梁結構有助于減少在變形期間發生的應力集中。

梁結構601在其端部602a和602b處聯接到膜，并且支撐可移動蓋部分302。在此實施方案中，第一折翼區段302a經由頸部區域603連接到梁601。梁601和頸部區域603共同提供第一折翼連接部。正如先前所描述的實施方案，作用在膜上從而作用在可移動蓋部分302的第一區段302a上的足夠的壓力差可以使可移動蓋部分302的第一區段302a偏轉到膜的平面外。然而，在此實施方案中，至少部分地是由于梁601的扭曲而發生偏轉，而不是僅僅由于頸部部分603的平面外彎曲。因此，梁601充當扭轉梁。可移動部分的第一區段302a的應力和偏轉從而經由扭轉梁601的尺度是至少部分地可控制的。這可以允許與先前討論的實施方案相同程度的偏轉，但具有的優勢是較低應力從而較小的損壞可能性，或替代地對于給定的壓力差允許更大的打開程度。

如在此實施方案中所提及的，第一折翼區段302a和膜的其余部分之間的連接部包括頸部部分603和梁601。在此情形下，頸部部分可以被配置為使得在頸部部分處不存在顯著的彎曲，并且所有偏轉都來自扭轉梁601的扭曲。然而，在其他實施方案中，扭轉梁可以扭曲，并且頸部部分603也可以提供一些彎曲。

將清楚的是，此連接部仍然提供可移動蓋302的第一區段302a和膜之間的鉸鏈連接，因為該第一區段相對于鉸鏈軸線大致上旋轉地移動，該鉸鏈軸線在此情況下沿著梁601的長度。扭轉梁從而形成活動鉸鏈結構的一部分。在此實施方案中，梁的尺度，例如沿著鉸鏈軸線(即，圖6中的y軸)的長度和/或梁的幅度(例如，圖6中的x軸尺度)。應理解，基于可移動部分的已知的可變通氣部結構(即，諸如在w02014/045040中描述的)可以包括這樣的設計，在該設計中，可移動部分通過一個或多個臂結構(諸如扭轉梁)而被連接到膜。然而，在這樣的情況下，所述臂是允許可移動部分移動的連接部的一部分，并且存在單個折翼部分。

在本發明的實施方案中，存在以鉸鏈方式聯接(例如，通過活動鉸鏈)到基底的至少一個第一折翼區段。第一折翼區段是蓋的一個相對重要的部分，即在面積方面，其移動對穿過通氣部的流動路徑具有相對顯著的影響。例如，第一折翼區段的面積可以是可移動蓋的總面積的至少10％，或至少20％，或至少30％。第一折翼區段僅在該區段的一側上聯接到通氣部的側壁，例如周圍的膜。因此，第一折翼區段被聯接成用于大致上圍繞第一軸線的旋轉運動。可移動蓋部分還包括聯接到第一折翼區段的至少一個第二折翼區段。第二折翼區段也是蓋的一個相對重要的部分，其移動對穿過通氣部的流動路徑具有相對顯著的影響。例如，第二折翼區段的面積可以是可移動蓋的總面積的至少10％，或至少20％，或至少30％。第二折翼區段以鉸鏈方式聯接，以相對于第一折翼區段可移動，例如可旋轉地移動。在一些實施方案中，第二折翼區段被聯接到第一折翼區段，使得給定的壓力差將導致第一折翼區段在第一旋轉方向上從膜旋轉移動，以及第二折翼區段在相同的旋轉方向上從第一折翼區段旋轉移動。因此，返回參考圖4，例如，可以看到，圖4c中所例示的壓力差導致第一區段相對于膜在順時針方向上偏轉，并且還導致第二區段在順時針方向上從第一折翼區段偏轉。

當然也應理解，返回參考圖3，連接區域304a和304b以及第一折翼區段302a和第二折翼區段302b全都可以包括相同厚度的相同材料，從而不同的區段由各個區段的運轉方式以及通道303限定。本領域技術人員應理解，第一折翼區段和第二折翼區段中的每個都是可以是大體上連續的區段，并且是被設計成作為單個區段(即，類似于板區段)移動的區段。

當然，因為折翼區段可以由與膜(其在感興趣的壓力下是部分地柔性的)相同的材料形成，所以該折翼區段可以在使用時在受到壓力差時經歷某一彎曲或變形。然而，這樣的彎曲的曲率半徑將是相對大的，或等效地，在該區段兩側上，曲率將是相對低的。

然而，折翼區段之間的連接區域或折翼區段和膜之間的連接區域被設計成響應于感興趣的壓力差來提供相對高的曲率。換句話說，連接部可以是活動鉸鏈，該活動鉸鏈可以是在使用時響應于足夠高的壓力差而存在相對高程度的變形的區域。

圖7a至圖7e示出了另一些不同的潛在可變通氣部結構。

圖7a以平面視圖示出了可變通氣部結構，其中第一折翼區段302a經由梁結構601連接到膜，如上文描述的。然而，在此實施方案中，第二折翼區段302b通過鉸鏈連接部連接到第一區段302a，所述鉸鏈連接部具有單獨的連接區域701a和701b。這有助于加強可移動蓋302的兩個區段之間的連接部，并且可以有助于避免鉸鏈的任何潛在的扭轉。然而，應理解，第二區段302b仍然僅在一側上被連接(即，被鉸接)，并且該連接部是鉸鏈連接部。兩個第二折翼區段連接區域701a和710b沿著鉸鏈軸線彼此間隔開。如上文所提及的，這樣的連接區域的數目以及它們的尺度將影響第二折翼區段遠離第一折翼區段的偏轉的相對容易度。

圖7b示出了可變通氣部結構，其中限定可移動部分和鉸鏈部分的通道的端部被倒圓，以避免應力集中。在此實施方案中，第一折翼區段連接區域304a具有與第一區段302a的其余部分大體上相同的寬度w1w。然而，應理解，這樣的連接區域仍然可以形成活動鉸鏈，并且在使用時在具有足夠的壓力差的情況下將展現出相對高的曲率。

上文討論的實施方案已經被描述為具有可移動蓋的兩個折翼區段，即，僅僅第一區段和第二區段。然而，在一些實施方案中，可以存在不止僅僅兩個區段。因此，在一些實施方案中，可以存在至少一個第三區段，該第三區段以鉸鏈方式聯接到可移動蓋的其余部分。第三區段可以例如大致上在與第一區段的連接部相對的側上，以鉸接方式聯接到第二區段。圖7c以(閉合的通氣部的)平面視圖和部分地打開的通氣部的側視圖例示了這樣的實施方案。可以看到，除了可移動蓋部分的第一區段302a和第二區段302b之外，第三區段302c通過連接部304c聯接到第二區段302b。如上文所提及的，第三區段302c的偏轉的相對容易度可以不同于第一區段302a和/或第二區段302b的偏轉的相對容易度。

然而，在一些實施方案中，第三區段可以以鉸鏈方式聯接到第一區段，即第二區段和第三區段單獨地聯接到第一區段。應理解，可以存在不止三個區段。

圖7d和圖7e以閉合的通氣部的平面視圖和以部分地打開的通氣部的(沿著平面視圖的水平中心線)截面視圖例示了另一些實施方案。在圖7d和圖7e的實施方案中，第二折翼區段302b被形成為一個位于第一折翼區段302a的周界內的折翼區段。在這些實施方案中，通道303限定通過第一折翼連接區域304a而連接到膜的其余部分的第一折翼區段303的外部區域。此外，通道303b被形成為位于第一折翼區段302a的周界內，以形成通過第二折翼區段連接區域304b而連接到第一折翼區段的第二折翼區段304b。以此方式，第二折翼區段302b被嵌套在第一折翼區段302a的周界內。第二折翼連接區域304b可以形成彈性活動鉸鏈，如上文描述的。正如其他實施方案，第二折翼區段302a可以被配置為使得第二區段302b遠離第一區段的偏轉的容易度不同于第一區段302a從膜101的其余部分的偏轉的容易度。應理解，類似于其他實施方案，第二折翼區段302b被鉸接到第一折翼區段，并且僅經由第一折翼區段302a而連接到膜的其余部分。

在圖7d中例示的實施方案中，第二折翼區段302b被連接成用于在與第一折翼區段302a大體上相同的旋轉方向上旋轉。如從截面視圖可以看到的，如果第一折翼區段302a在順時針方向上向下偏轉，則第二折翼區段302b也可以在順時針方向上偏轉遠離第一區段。換句話說，當第一折翼區段302a被連接到膜101的其余部分時，第二折翼區段302b在相同的相對側(即，在該圖中的左手側)上連接到第一折翼區段302a。

在圖7e中例示的實施方案中，第二折翼區段302b被連接成用于在與第一折翼區段302a大體上相反的旋轉方向上旋轉。因此，如從截面視圖可以看到的，如果第一折翼區段302a在順時針方向上向下偏轉，則第二折翼區段302b實際上可以在逆時針方向上偏轉遠離第一區段。在此實施方案中，當第一折翼區段302a被連接到膜的其余部分時，第二折翼區段302在相反的相對側上連接到第一折翼區段302a，即，在該圖中，第一折翼區段302a在其左手側上連接，而第二區段302b在其右手側上連接。應理解，在這樣的實施方案中，第二區段302b遠離其平衡的角度偏轉將不會受益于第一區段302a的任何偏轉，實際上第一區段302a的偏轉可以減小第二區段302a的角度偏轉，然而，這樣的實施方案可以在一些應用中提供所期望的調節響應，并且如從圖7e可以看到的，允許穿過打開的通氣部的兩側通氣，這在一些實施方案中會是有益的。

應理解，上文描述的實施例中的任何一個可以以多種組合的方式使用，例如可以存在不止一個嵌套的折翼區段，例如，可以存在嵌套在第二折翼區段的周界內的第三折翼區段和/或具有嵌套布置的折翼區段可以在一側上聯接到一個不同的折翼區段，該不同的折翼區段自身可以具有或可以不具有嵌套的折翼布置。此外，上文描述的實施方案指示，多種折翼區段圍繞大體上平行的鉸鏈軸線鉸接。然而，可能具有這樣一個折翼區段，該折翼區段圍繞大體上不平行于另一個折翼區段的鉸鏈軸線的軸線鉸接。例如參考圖7e，如果在該圖中第二折翼區段302b未在其右側上連接，而是如平面視圖中示出的在其頂側上連接，則第二區段的鉸鏈軸線將在平衡位置處大體上正交于第一折翼區段302a的鉸鏈軸線。

因此，一般而言，可移動蓋可以被支撐在一個通氣孔的一個側壁。可移動蓋可以具有至少一個端部折翼部分，所述至少一個端部折翼部分僅在一側上以鉸鏈方式聯接到可移動蓋的中間區段，中間區段自身是可移動的。可移動蓋可以包括一個或多個中間區段。每個中間區段可以具有第一鉸鏈連接部和第二鉸鏈連接部，所述鉸鏈連接部可以是中間區段的一個大致上相對的側。第一鉸鏈連接部可以至側壁結構或在前的中間折翼區段。第二鉸鏈連接部可以至端部折翼區段或隨后的中間折翼區段。

如先前所提及的，通氣部結構可以相對于換能器的其他結構(諸如，背板104)布置，以使得通氣部與背板中的間隙對準，以允許通氣部打開到所期望的程度。因此，如所描述的，通氣部可以與背板104中的聲學孔對準。然而，在一些實施方案中，通常設置在背板中的聲學孔的尺寸可以小于通氣部的尺寸。因此，在一些實施方案中，背板104的結構在通氣部結構附近設置有較大的孔或間隙。

背板104通常被設計成是相對聲學透明的，從而在通氣部附近設置附加的孔是可接受的。然而，改變穿過背板的孔的尺寸和/或分布可能對設備的聲學屬性(例如，麥克風的低頻衰減)具有影響。因此，在背板中設置孔以允許通氣部打開可以通過如下方式來補償：將聲學孔112的尺寸和/或間距減小到維持的所期望的屬性；和/或，可以使背板中的孔極為匹配通氣部的形狀。

如上文描述的，具有包括多個折翼區段的可移動部分的可變通氣部的使用可以在聲導相對于壓力差方面提供響應，該響應更多被調節到所期望的特性。上文所討論的實施方案聚焦于在高壓力下調節所期望的分布圖的響應，使得對于在換能器的正常操作范圍內的壓力差，通氣部保持大體上閉合，然后在達到非常高的壓力差時迅速打開。

然而，在一些實施方案中，可移動蓋的至少一些區段可以被設計成對于在換能器的正常預期操作范圍內的壓力差，提供一個打開程度，以調節該換能器的正常響應。

如引言中描述的，對能夠提供高動態范圍(例如，能夠正確地操作，以檢測大致上安靜的環境中的相對安靜的聲音，而不會被嘈雜環境中的背景噪聲或風噪聲或會導致相對高的壓力差的類似物淹沒)的換能器存在越來越多需求。

mems麥克風可以在相對高的聲壓水平下經歷隔膜拉入(diaphragmpull-in)，其中膜的相對大的位移導致膜靠近或接觸背板，并且靜電力傾向于將膜朝向背板拉動并且保持膜抵靠背板。這可能導致聲學信號的削波并且可能導致來自麥克風的低質量的音頻輸出。

因此，在本發明的一些實施方案中，經調節的通氣部結構可以被用來提供換能器的靈敏度的自動被動變化。換句話說，換能器具有隨著在壓力差的預期操作范圍內的壓力差增大而減小的靈敏度分布圖，即，經調節的通氣部可以設計成為換能器提供自動機械軟削波特征。響應是自動的和被動的，因為該響應是基于壓力差所固有的，并且不受某種電子控制。這樣的通氣部的操作也可以減少或避免隔膜拉入。

如上文所提及的，至此所描述的可變通氣部結構可以被布置成使得可移動蓋的至少一個區段可以被偏轉，以使穿過通氣部的流動路徑的一部分比可移動蓋的另一部分更容易地暴露。這提供了一種機械裝置，以針對增大的聲壓提供調節響應。

典型的會話語音會導致例如約60-70dbspl的聲壓水平或約0.02pa-0.1pa的壓力。麥克風可能期望在嘈雜環境(例如，高達120-130dbspl，其可以對應于大約20-60pa或甚至更大的壓力)中操作。為了提供麥克風的動態范圍，可移動蓋可以被設計成對于此操作范圍內的壓力差，提供一個打開程度。因此，在至少100dbspl(或約2pa)或至少130dbspl(或約60pa)的聲壓水平時，可移動蓋的一個或多個節段可以從平衡位置顯著地偏轉，即開始打開。然而，在一些實施方案中，蓋可以在較低的聲壓水平時(例如，比如說在70-100dbspl的范圍內)開始打開。

例如返回參考圖7c，在此實施方案中，可變通氣部包括一個具有三個不同區段302a、302b和302c的可移動部分，所述三個不同區段302a、302b和302c分別通過具有不同的寬度d1w、d2w和d3w從而提供不同的打開阻力的連接區域304a、304b和304c連接的，盡管如所提及的，連接區域的其他尺度可以附加地或替代地被調節，以提供所期望的響應。

這樣的通氣部可以被布置成提供對增大的壓力差所期望的調節響應。例如，在第一壓力差范圍內，可能不存在可移動蓋部分的任何區段的顯著偏轉。該第一范圍可以例如對應于處于或低于80db或100db的聲壓水平。因此，通氣部保持大體上閉合，并且在此實施例中，大體上不提供流動路徑。因而，通氣部的聲導將非常低，從而通氣部將對靈敏度具有有限的影響。

在較高的壓力差下，但在換能器的預期操作范圍內，通氣蓋的第三區段302c可以開始打開，以提供增大的聲導，即以增大穿過通氣孔的流動路徑。通氣蓋的第三區段302c可以被適當地定尺寸以提供所期望的聲導，并且例如連接區域304c的寬度d3w可以被配置為使得第三區段302c在所期望的壓力時開始打開。

增大的聲導將減小換能器的靈敏度，但是如上文描述的，起初影響可能是相對小的。第一區段302a和第二區段302b可以被配置為使得它們在此點處沒有從平衡顯著偏轉。

如果壓力差進一步增大，例如換能器正在有風環境中操作，則當壓力增大(比如說，聲壓水平范圍為100-150dbspl)時，第二區段302b可以開始偏轉遠離第一區段。這可以提供明顯增大的流動路徑，其可以幫助減小靈敏度，從而避免來自換能器的信號的過載或飽和和/或避免隔膜拉入。然而，第一區段302a可以保持僅有限地從平衡位置的偏轉。因此，在此操作機制下，根據所施加的壓力，自動地和被動地調整換能器(例如，麥克風)的靈敏度。

應理解，這意味著來自換能器的信號可以因可變靈敏度而失真。然而，因為可變通氣部結構的特性和穿過通氣部的聲導是已知的，所以可以確定失真程度。因此，在一些實施方案中，可以在后續處理中將已知的補償施加到從換能器所接收的信號，以校正此已知的失真特性。

可變通氣部結構還可以被布置成響應于高壓力事件來提供通氣，以保護膜免受損壞。例如，第一區段302a可以被配置為使得其僅在較高的壓力差時從其平衡位置顯著偏轉，所述較高的壓力差可以高于或接近預期的正常操作范圍的上端。因此，在非常高的壓力差的情況下，第一區段302a偏轉，以甚至進一步打開可變通氣部，從而允許迅速壓力均衡。然而，在一些實施方案中，可以提供不同的通氣部結構，用于在正常操作范圍內調節聲學性能并且在高壓力情形下提供壓力釋放。

因此，對于包括具有彼此以鉸鏈方式聯接的多個折翼區段(其中一個折翼區段以鉸鏈方式聯接到通氣孔的側壁，例如膜的其余部分)的可移動蓋部分的通氣部，至少一個折翼區段可以被配置為在該設備的正常操作范圍內的壓力差時被顯著偏轉，以為換能器提供高動態范圍。在一些實施方案中，除了被布置成提供高動態范圍的這樣的折翼區段之外，還可以存在這樣至少一個折翼區段，所述至少一個折翼區段被布置成在較高的壓力差時提供附加通氣(即，穿過通氣部的流動路徑的增大)，以便在非常高的壓力情形中減少或防止對換能器的損壞。

在一些實施方案中，可以存在多個可變通氣部結構，并且至少一些通氣部結構可以被設計成具有彼此不同的響應。換句話說，第一通氣部結構可以提供這樣一個可移動蓋，該可移動蓋具有被調節以提供聲導對壓力差的第一分布圖的區段，并且第二通氣部結構可以被調節以提供不同的分布圖。

多個不同可變通氣部(其中至少一些通氣部在彼此不同的壓力差時操作)的使用可以被用來提供調節響應的益處，甚至在具有由單個可動折翼部分組成的可移動蓋的通氣部結構的情況下。

例如，圖8例示了被布置成具有彼此不同的響應的兩個可變通氣部結構。因此，第一通氣部結構包括可移動折翼部分801，該可移動折翼部分801具有第一尺寸并且通過具有第一寬度d1w(其在圖8中是y軸尺度)的連接區域而連接到膜的其余部分。與上文描述的實施方案不同，此通氣部的可移動蓋部分僅包括單個區段。然而，第二通氣部結構包括與可移動折翼部分801分開且具有與可移動折翼部分801不同的尺寸的可移動折翼部分802。在此實施例中，第二通氣部結構的折翼部分802通過一個不同寬度d2w的連接區域連接。在此實施方案中，所述兩個通氣部結構被示出為并排的且被布置在相同的通氣孔中，但是應理解，所述通氣部結構可以位于膜的分立的部分中，每個通氣部結構都具有自己的通氣孔。因此，折翼部分802可以比折翼部分801更容易偏轉遠離膜，以提供流動路徑。所述折翼部分和連接區域的尺寸可以被定制成以與上文描述的類似方式提供所期望的調節聲學響應。

應理解，這樣的通氣部的鉸鏈部分的有效強度可以通過如下方式來改變：改變形成連接區域的材料的量，以及可能的，改變形成連接部的連接點的數目或使用扭轉梁等。在一些實施方案中，鉸鏈連接部的屬性可以通過在連接區域中沉積附加材料來確定。

因此，膜中所有可變通氣部結構的共同壓力差響應可以被設計成為換能器提供總體期望的響應。如所提及的，如果此共同響應是已知的，例如在某種工廠校準步驟中被預定或確定，則可以通過在信號的后續處理中去除已知的響應來去除換能器的輸出信號中的任何失真。通氣部可以采用上文和/或在w02014/045040中所描述形式中的任何一個。

如上文所提及的，根據上文描述的實施方案中的任何一個的可變通氣部可以被形成在柔性膜中，以提供穿過該膜的流動路徑。為了確保通氣部可以正確地打開和/或為在打開時提供充足的流動路徑，通氣部可以被定位成至少部分地覆蓋基底中的腔，如圖9中例示的。

如上文描述的，膜層101和基底之間的腔109可以通過使用適當圖案化的犧牲材料來準確地限定。基底腔108被蝕刻以與此腔109聯合，但是為了避免形成基底腔的較不準確的回蝕限定膜，基底腔的開口的邊緣在腔109的區域內。圖9例示了基底腔108的開口的邊緣901。

方便地，可變通氣部301被布置成至少部分地覆蓋基底腔108的開口，換句話說，該通氣部被布置成使得穿過通氣部的流動路徑在打開時，在基底腔和膜的另一側上的腔之間提供合理的直接路徑。因此，圖9例示了，對于具有多個鉸鏈折翼部分的可變通氣部結構，至少端部折翼覆蓋基底腔的開口，即向內延伸超出由基底層所形成的支架(shelf)或曲形架(dog-leg)。這也允許它們打開而不與基底的任何部分碰撞。在此實施方案中，背板104中還存在孔902，該孔902位于可變通氣部301將打開的位置。孔902可以是背板中常見聲學孔中的一個，但在一些實施方案中可以大于典型的孔。在使用時，當通氣部打開時，孔902再次允許前容積和后容積之間的直接流動路徑，并且可以提供可變通氣部通向背板而與背板沒有不希望的接觸的空間。

圖9還例示了排出孔中的至少一些可以位于覆蓋基底層105的支架或曲形架的膜的區域中，例如在基體腔的開口的區域之外。這意味著，排出孔不提供前容積和后容積之間的直接流動路徑，替代地，該流動路徑是曲折的。這減小在聲學頻率下對排出孔的影響，同時仍然允許低頻響應。

如上文提及的，一個或多個可變通氣部可以在膜層101中位于膜電極103的區域之外。然而，在一些實施方案中，膜電極本身可以在膜中具有多個開口(即，孔或孔隙)，所述多個開口可以例如對應于背板中的聲學孔112的位置，如圖10中例示的，圖10例示了膜和背板的一部分的側視圖(為了清楚起見，省略了側壁支撐件)。圖10例示了具有膜電極層103的膜層101。在此實施方案中，膜電極在電極的周界內具有至少一個開口1001或缺少膜電極材料的區域。開口或孔隙可以例如包括穿過膜電極層的孔，所述孔中的任何一個可以對應于聲學孔112的位置(在平衡位置處)。

對于具有設置在柔性膜層101(尤其是作為晶體材料的膜層)上的金屬膜電極103的mems傳感器，已經理解，在使用時金屬的塑性變形可能意味著膜的靜止位置和/或應力特性可以在使用時隨時間而改變。這會導致不希望的dc偏移和/或傳感器的靈敏度的變化，并且再現的聲學信號的后續質量可能顯著退化。通常，膜電極是相對薄的，例如為約60nm等的數量級，并且對于常規的mems方法，使用較薄的膜電極層可能是不可能的或不實際的。在膜上使用較小直徑的電極將減少經歷塑性變形的金屬的量，但也將導致靈敏度的損失，因為電容與電極面積有關。這是不期望的，尤其是因為mems傳感器的電容在任何情況下都是相對低的。

在圖10中例示的實施方案中，在膜的周界內存在開口1001的區域，即，缺少膜電極103的任何金屬的區域。與諸如關于圖1a所例示的周界內的整個區域之上的連續電極相比，這對于給定周界尺寸的電極減少了金屬總量，從而減輕了上文提及的問題。在圖10中例示的實施方案中，膜電極中的開口對應于背板104中的聲學孔，從而位于背板電極102中存在對應的開口的區域中。因此，通過在將在任何情況下在背板電極中存在開口的區域中、在膜電極中具有開口，背板電極102和膜電極103之間的重疊區域未被顯著減小。因此，與具有類似周界尺寸但具有諸如圖1a中例示的整體連續膜電極的換能器相比，諸如關于圖10所例示的換能器的電容從而靈敏度未被顯著減小，但是減輕了導致dc偏移的電極的塑性變形的問題。

在這樣的實施方案中，至少一個可變通氣部301因此可以位于膜層101中，以對應于膜電極103中的開口1001的區域。如所提及的，開口的這些區域可以被定位成對應于背板中的聲學孔。對應于通氣部301的聲學孔可以是被定尺寸以允許通氣部足夠打開的常規聲學孔112或孔902。

因此，本發明的實施方案涉及用于mems換能器(尤其是mems電容式麥克風)的通氣部結構。一些實施方案涉及具有可移動蓋部分的可變通氣部，該可移動蓋部分被連接到通氣孔的側邊，以便相對于該孔能移動，該蓋部分包括至少兩個折翼區段，其中所述折翼區段被連接以便相互鉸接。通氣孔可以穿過換能器的膜，從而通氣蓋可以被聯接到膜的其余部分且可以包括與膜相同的材料。因此，可移動蓋可以包括多個鉸鏈連接部，其中一個鉸鏈連接部連接至通氣孔的側壁，例如膜。

雖然已經關于mems電容式麥克風描述了上面多個實施方案，但是本發明也可應用于除麥克風以外的任何形式的mems換能器，例如壓力傳感器或超聲波發射器/接收器。

本發明的實施方案可以在一系列不同的材料系統內有用地實施，然而本文描述的實施方案對于具有包括氮化硅的膜層的mems換能器是特別有利的。

mems換能器可以被形成在換能器管芯上，并且在一些情形下可以與用于換能器操作的至少一些電子器件集成。

注意到，上文描述的實施方案可用在一系列設備中，所述一系列設備包括但不限于：模擬麥克風、數字麥克風、壓力傳感器或超聲換能器。本發明還可用在多種應用中，所述多種應用包括但不限于：消費者應用、醫療應用、工業應用和汽車應用。例如，典型的消費者應用包括便攜式音頻播放器、可穿戴設備、膝上型計算機、移動電話、pda和個人電腦。實施方案還可以用在語音激活設備或語音控制設備中。典型的醫療應用包括助聽器。典型的工業應用包括有源噪聲消除。典型的汽車應用包括免提套件、聲學碰撞傳感器(acousticcrashsensor)和有源噪聲消除。

根據上文描述的實施方案中的任何一個實施方案的一個或多個換能器可以被納入一個封裝件中。圖11a至圖11g例示了多種不同的封裝布置。圖11a至圖11g中的每個示出位于封裝件中的一個換能器元件，但是應理解，在一些實施方案中，可能存在不止一個換能器，例如換能器陣列，并且多種換能器可以被形成在相同的換能器基底(即，單片換能器基底)上，或可以被形成為具有單獨的換能器基底的單獨的換能器，每個單獨的換能器基底被接合到封裝件基底。

圖11a示出了第一布置，其中換能器1100位于封裝件基底1102上的蓋1101內，該蓋1101形成殼體的至少一部分。該蓋在此實施例中可以是接合到基底的金屬殼體。封裝件基底可以包括至少一個絕緣層。封裝件基底還可以包括至少一個導電層。封裝件基底可以是半導體材料，或可以由諸如pcb、陶瓷等的材料形成。在蓋1101是金屬的或其本身包括導電層的情況下，蓋可以電聯接到基底的導電層，例如，以使得殼體為電磁干擾(emi)提供屏蔽。接合線1103可以將換能器連接到封裝件基底上的接合焊盤。在一些實施方案中，讀出電路系統(例如放大器電路系統)可以位于形成在封裝件基底中或連接到封裝件基底的殼體內。穿過封裝件基底的通孔(未示出)可以連接到觸點(即，焊料焊盤)1104，用于將外部電路系統(未示出)電連接到封裝件，以允許將電信號傳輸到換能器1100/從換能器1100傳輸電信號。在圖11a中示出的實施例中，在蓋1101中存在一個聲音端口或聲學端口，以允許聲音進入封裝件，并且換能器被布置在頂部端口布置中。

圖11b例示一個替代布置，其中聲音端口被設置在封裝件基底1102中并且可以在使用時被密封。環1105(其可以是密封環或焊料焊盤環(在形成焊料環中使用))可以圍繞封裝件的外側上的聲音端口的周圍設置，以允許在使用時，在例如封裝件被連接到另一pcb時，對通向聲音端口的聲音路徑進行密封。在此實施方案中，換能器被布置在底部端口布置中，其中由殼體1101所限定的容積形成換能器的后容積的一部分。

圖11c例示了一個實施例，其中替代將換能器連接到封裝件基底的接合線，換能器結構被倒置且經由連接部1106而被倒裝(flip-chip)接合至封裝件基底。在此實施例中，聲音端口在封裝件基底中，使得封裝件被布置在一個底部端口布置中。

圖11d例示了圖11b的實施例的一個替代實施例，其中殼體1107由多種材料面板(例如，pcb等)形成。在此情形中，殼體1107可以包括一個或多個導電層和/或一個或多個絕緣層。圖11d示出了封裝件基底中的聲音端口。圖11e示出了圖11b的布置的一個替代布置，其中殼體1107由多種材料面板(例如，如關于圖11d描述的pcb等)形成。圖11f示出了另一實施方案，其中換能器結構經由連接部1106而被接合至殼體上層，該殼體上層例如可以是pcb或分層的導電材料/絕緣材料。然而，在此實施例中，與封裝件的電連接仍然是經由封裝件基底上的觸點(焊料焊盤)1104，例如封裝件基底中的、在殼體的內側上具有導電跡線(trace)的通孔(未示出)連接到換能器的。圖11g例示了圖11c的實施例的一個替代實施例，其中換能器被倒裝接合至殼體1107中的封裝件基底，該殼體1107由材料面板(例如，如關于圖11d描述的pcb等)形成。

一般而言，如圖11h中所例示的，一個或多個換能器可以位于封裝件中，然后該封裝件被操作性地互連到另一基底，諸如母板(motherboard)，如本領域已知的。

應注意，上文提及的實施方案例示而非限制本發明，并且在不偏離隨附的權利要求的范圍的前提下，本領域技術人員將能夠設計許多替代實施方案。詞語“包括”不排除除了權利要求中所列出的元件或步驟以外的元件或步驟的存在，“一”或“一個”不排除多個，以及單個特征或其他單元可以實現權利要求中所引用的多個單元的功能。權利要求中的任何附圖標記不應被解釋為限制它們的范圍。