Mems麥克風的振膜結構及mems麥克風的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及麥克風技術領域，具體涉及一種MEMS麥克風的振膜結構及MEMS麥克風。
【背景技術】
[0002]MEMS 麥克風是米用微機電系統(Microelectromechanical Systems, MEMS)，與傳統駐極體電容式麥克風(ECM)相比，具有更好的聲學性能、更高的信噪比、更好的一致性的敏感度以及更低的功耗。MEMS麥克風已經廣泛應用在智能手機、筆記本電腦等領域以提供更高的語音質量。
[0003]如圖1所示，現有技術的MEMS麥克風例如包括電容式的MEMS傳感器10、濾波器20 和和專用集成電路(Applicat1n Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片 30。MEMS傳感器10包括制作在同一襯底上的由振膜11和背板12組成的電容。背板12固定，振膜11在聲信號的作用下振動，產生電容的變化，ASIC芯片30將該電容信號轉變為電信號。
[0004]現有技術的一種振膜結構如圖2所示，振膜主體100通過四個折疊梁連接錨區200，振膜主體和折疊梁為一體結構，通過MEMS工藝形成。現有技術的一種折疊梁如圖3所示，折疊梁的一端連接振膜主體100，另一端連接錨區200。折疊梁包括3個的沿第一方向的段111。折疊梁上還包括多個突起113。
[0005]現有技術的振膜結構并不能限制折疊梁在平面的振動，存在振動幅度較大導致折疊梁斷裂的風險。
【實用新型內容】
[0006]有鑒于此，本實用新型提出一種振膜結構，通過在折疊梁上設置突起，限制折疊梁的在振膜平面內的運動范圍，提高了折疊梁的結構穩定性。
[0007]根據本實用新型的一個方面，提供了一種MEMS麥克風的振膜結構，該振膜結構包括:振膜主體、錨區以及多個連接所述振膜主體和錨區的折疊梁，其中，所述折疊梁包括多個連續延伸的段，以及向著相鄰段橫向延伸的多個第一突起，用于限制該段以及相鄰段的相對范圍。
[0008]優選地，所述第一突起的長度大于相鄰段之間的間隙的一半。
[0009]優選地，相鄰段之間的間隙為2微米至20微米，第一突起和相鄰的段之間的間隙為0.5微米至2微米。
[0010]優選地，至少一個所述段包括沿振膜的振動方向的第二突起。
[0011 ] 優選地，至少一個所述第二突起設置于所述第一突起上。
[0012]優選地，所述振膜結構還包括設置于背板上的第三突起。
[0013]優選地，所述第三突起和第二突起在振膜平面的投影位置靠近。
[0014]優選地，相鄰第一突起之間的過渡曲線在數學上連續并且曲率變化均勻。
[0015]優選地，所述振膜結構還包括設置在錨區上的第四突起，用于限制所述折疊梁的運動范圍。
[0016]根據本實用新型的另一方面，提供了一種MEMS麥克風，所述MEMS麥克風包括如上所述的振膜結構。
[0017]本實用新型的振膜結構通過在折疊梁上設置突起，限制折疊梁的在振膜平面內的運動范圍，提高了折疊梁的結構穩定性。
【附圖說明】
[0018]通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中:
[0019]圖1是現有技術的MEMS麥克風的示意性結構框圖；
[0020]圖2是現有技術的MEMS麥克風的振膜結構的示意性結構圖；
[0021]圖3是圖2中的折疊梁的示意性結構圖；
[0022]圖4是根據本實用新型實施例的折疊梁的示意性結構圖；
[0023]圖5是根據本實用新型實施例的振膜結構的的第二突起和第三突起的示意性結構圖；以及
[0024]圖6是圖5中第二突起和第三突起的截面圖。
【具體實施方式】
[0025]以下基于實施例對本實用新型進行描述，但是本實用新型并不僅僅限于這些實施例。在下文對本實用新型的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本實用新型。為了避免混淆本實用新型的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
[0026]此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0027]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0028]參照圖4、圖5以及圖6，其中，圖5中示出了 AA線，表示圖6的截面位置。本實用新型提供了一種MEMS麥克風的振膜結構，該振膜結構包括振膜主體100、錨區200以及設置在振膜主體和錨區之間的若干折疊梁110。
[0029]振膜主體100、錨區200以及折疊梁110共同形成在一個襯底上。振膜主體100
和折疊梁110可以是單層多晶硅結構，也可以是多晶硅、氮化硅、多晶硅的復合膜結構。例如可以用低壓化學氣相沉積的方法依次沉積多晶硅層、氮化硅、多晶硅層，共同構成了振膜層，經過甩膠、光刻、顯影、刻蝕等工藝，刻出振膜的形狀，之后對上層的多晶硅層進行磷或者硼摻雜，形成η型或P型半導體，作為電容的其中一個電極。
[0030]折疊梁110包括彼此平行的段111、段121、以及段131。在下文中，定義振膜振動的方向為ζ方向，段111、段121、以及段131的延伸方向為X方向，y方向垂直于X方向和z方向，xy平面即振膜及折疊梁所在的平面。
[0031]在段111和段112上分別設有至少一個第一突起114。第一突起114位于xy平面內，沿著y方向突出于段111或段112。第一突起與折疊梁一體形成，例如通過對應的光刻版圖一同形成。第一突起減小了相鄰段之間的距離。優選地，第一突起的長度大于相鄰段之間的間隙的一半。
[0032]例如，段111和段112之間的間隙是5微米，第一突起114的長度為4微米，第一突起114和段112之間的間隙為I微米。折疊梁在xy平面內的運動時，兩個相鄰段的y向運動可以被限制在I微米，折疊梁的結構不容易損壞。
[0033]第一突起114還使得相鄰段以較小的接觸面積的方式接觸，降低了粘附力，提高了折疊梁的可靠性。
[0034]在本實施例中，第一突起設置在段111和段112上，替代地，第一突起也可以設置在段111和段113上或者設置在段111、段112和段113上，都能夠實現限制各個段在y向的運動，避免因運動幅度過大導致折疊梁斷裂。
[0035]本實用新型的振膜結構還包括設置在折疊梁上的第二突起113以及設置在背板上的第三突起115。第二突起113沿著z方向指向背板，第三突起115沿著z方向指向折疊梁。優選地，至少一個第二突起113設置在第一突起114上。振膜在振動時與背板發生面接觸后存在吸合的風險，通過第二突起以及第三突起的點接觸的方式減小粘附力，讓折疊梁被自身彈性力拉回來。
[0036]如圖5和圖6所示，部分的第二突起和第三突起成對設置，第二突起和第三突起在xy平面的投影距離較近或者接觸，使得相鄰段在z方向的相對位移較大的時候，仍然能夠通過第二突起和第三突起的側邊來保護折疊梁在X方向和y方向的運動范圍不超過設定值。
[0037]例如，折疊梁同時存在z向和y向的運動，z向的相對運動范圍為3微米，梁厚度為2微米，僅憑第一突起114難以將段的運動范圍限制在I微米。通過成對設置的第二突起和第三突起使得兩段相鄰結構在z方向相對位移較大的時候，仍然能夠通過第二突起和第三突起的側邊的點接觸來保護結構的y向運動范圍不超過設定值。
[0038]應當理解，本實用新型的折疊梁的折數不限制為3可以為大于I的整數。
[0039]由于第一至第三突起的設置使得折疊梁的形狀變得復雜，采用樣條曲線作為第一突起之間的連接線。避免由于局部形貌復雜帶來的應力集中，使得結構強度增加。樣條曲線是經過一系列給定點的光滑曲線，樣條曲線不僅通過各有序型值點，并且在各型值點處的一階和二階導數連續，也即該曲線具有連續的、曲率變化均勻的特點。
[0040]本實用新型的振膜結構還包括設置在錨區200上的第四突起211，用于限制折疊梁的運動范圍，防止運動幅度過大導致折疊梁斷裂。
[0041]本實用新型的振膜結構通過設置于折疊梁上的第一突起限制了折疊梁的各段在y方向的運動范圍；通過成對的第二突起和第三突起實現折疊梁同時存在z方向和y方向運動的情況下，各段在X方向和y方向的運動范圍仍然不超過預定值，使得折疊梁結構不易損壞，提尚了可靠性。
[0042]進一步，本實用新型還提供了一種MEMS麥克風，該MEMS麥克風包括上述實施例的振膜結構。
[0043]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并不用于限制本實用新型，對于本領域技術人員而言，本實用新型可以有各種改動和變化。凡在本實用新型的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種MEMS麥克風的振膜結構，其特征在于，包括:振膜主體、錨區以及多個連接所述振膜主體和錨區的折疊梁， 其中，所述折疊梁包括多個連續延伸的段，以及向著相鄰段橫向延伸的多個第一突起，用于限制該段以及相鄰段的相對范圍。2.根據權利要求1所述的振膜結構，其特征在于，所述第一突起的長度大于相鄰段之間的間隙的一半。3.根據權利要求2所述的振膜結構，其特征在于，相鄰段之間的間隙為2微米至20微米，第一突起和相鄰的段之間的間隙為0.5微米至2微米。4.根據權利要求1所述的振膜結構，其特征在于，至少一個所述段包括沿振膜的振動方向的第二突起。5.根據權利要求4所述的振膜結構，其特征在于，至少一個所述第二突起設置于所述第一突起上。6.根據權利要求1所述的振膜結構，其特征在于，所述振膜結構還包括設置于背板上的第三突起。7.根據權利要求6所述的振膜結構，其特征在于，所述第三突起和第二突起在振膜平面的投影位置靠近。8.根據權利要求1所述的振膜結構，其特征在于，相鄰第一突起之間的過渡曲線在數學上連續并且曲率變化均勻。9.根據權利要求1所述的振膜結構，其特征在于，所述振膜結構還包括設置在錨區上的第四突起，用于限制所述折疊梁的運動范圍。10.一種MEMS麥克風，其特征在于，所述MEMS麥克風包括如權利要求1至9任一項所述的振膜結構。
【專利摘要】公開了一種MEMS麥克風的振膜結構及MEMS麥克風。一種MEMS麥克風的振膜結構，其特征在于，包括：振膜主體、錨區以及多個連接所述振膜主體和錨區的折疊梁，其中，所述折疊梁包括多個連續延伸的段，以及向著相鄰段橫向延伸的多個第一突起，用于限制該段以及相鄰段的相對范圍，使得折疊梁不易損壞。
【IPC分類】H04R19/04
【公開號】CN204836578
【申請號】CN201520566929
【發明人】萬蔡辛
【申請人】北京卓銳微技術有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月30日