Mems麦克风及其背极板

文档序号:173011 发布日期:2021-10-29 浏览:33次 >En<

阅读说明:本技术 Mems麦克风及其背极板 (MEMS microphone and back plate thereof ) 是由 吕婷 于 2021-08-06 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种MEMS麦克风及其背极板,所述背极板包括:支撑背板,设置有中部区,所述中部区分为第一开孔区及第二开孔区,所述第一开孔区设置有若干贯穿所述支撑背板的第一进声孔,所述第二开孔区设置有若干贯穿所述支撑背板的第二进声孔,所述第一进声孔的孔径大于所述第二进声孔的孔径;所述第二开孔区的边缘外侧设置有凹槽,所述凹槽贯穿所述支撑背板;背极,位于所述支撑背板的下表面;电极,设置在所述凹槽表面以及所述支撑背板上表面的部分区域,用于传输所述背极中的电信号;背极板焊盘,设置在所述支撑背板的上表面,并与所述电极连接。本发明的MEMS麦克风及其背极板可以降低电噪声,提高电信号的输出效率。(The invention provides an MEMS microphone and a back plate thereof, wherein the back plate comprises: the support back plate is provided with a middle area, the middle area is divided into a first opening area and a second opening area, the first opening area is provided with a plurality of first sound inlet holes penetrating through the support back plate, the second opening area is provided with a plurality of second sound inlet holes penetrating through the support back plate, and the aperture of each first sound inlet hole is larger than that of each second sound inlet hole; a groove is arranged on the outer side of the edge of the second opening area and penetrates through the support back plate; the back electrode is positioned on the lower surface of the support back plate; the electrode is arranged on the surface of the groove and partial area of the upper surface of the supporting back plate and is used for transmitting the electric signal in the back pole; and the back plate welding pad is arranged on the upper surface of the support back plate and is connected with the electrode. The MEMS microphone and the back plate thereof can reduce electric noise and improve the output efficiency of electric signals.)

MEMS麦克风及其背极板

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域,尤其涉及到一种MEMS麦克风及其背极板。

背景技术

随着无线通讯的飞速发展,人们对于通话质量的要求也越来越高,麦克风行业迎来了蓬勃发展时期。麦克风是将声音信号转换为电信号的能量转换器件,广泛应用于移动电子设备、智能声控设备等领域。近年来,传统的驻极体电容麦克风由于匹配工作相对繁琐已经被MEMS麦克风所取代。

MEMS麦克风全称为微电机系统麦克风(Micro-Electro-Mechanical-SystemMicrophone),MEMS麦克风在不同温度下的性能都十分稳定,其敏感性不会受温度、振动、湿度和时间的影响,因此MEMS麦克风能够广泛适用于各种复杂环境。MEMS麦克风采用电容式的原理,包括一个可上下振动的膜片和固定的背极板,背极板具有优良的刚性并刻蚀有进声孔,允许空气流通而不引起偏离,振膜可以随声波发生弯曲,使得振膜与背极板之间的距离发生变化,随之产生电容变化。与MEMS麦克风连接的ASIC芯片可以将此微弱的电容变化放大转换成电信号并进行输出。但是,现有技术麦克风中的背极板中的声学孔的结构设计使电信号中具有较多的电噪声。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风及其背极板,用于解决现有技术中存在的MEMS麦克风中电信号噪声较多的问题。

为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种MEMS麦克风背极板,所述背极板包括:

支撑背板,包括第一部分及第二部分,所述第一部分与所述第二部分一体连接,所述第二部分用于支撑所述第一部分,所述第一部分中间区域设置有中部区,所述中部区分为第一开孔区及第二开孔区,所述第一开孔区设置有若干贯穿所述支撑背板的第一进声孔,所述第二开孔区设置有若干贯穿所述支撑背板的第二进声孔,所述第一进声孔的孔径大于所述第二进声孔的孔径;所述第二开孔区的边缘外侧设置有凹槽,所述凹槽贯穿所述支撑背板;

背极,位于所述支撑背板的下表面,且与所述支撑背板对应设置所述第一进声孔及所述第二进声孔;

电极,设置在所述凹槽表面以及所述支撑背板上表面的部分区域,用于传输所述背极中的电信号;

背极板焊盘,设置在所述支撑背板的上表面,并与所述电极连接。

可选地,所述中部区的形状选自圆形、圆角矩形、正多边形中的一种。

可选地,所述第二开孔区的形状选自扇形、圆角梯形、平行四边形中的一种。

可选地,所述第二开孔区面积占所述中部区面积的比值范围为5%-15%。

可选地,所述中部区面积占所述支撑背板上表面面积的比值范围为70%-90%。

可选地,若干所述第一进声孔相互等间隔排列,相互间隔距离的数值范围为5μm-20μm;若干所述第二进声孔为相互等间隔排列,相互间隔距离的数值范围为10μm-40μm。

可选地,所述第一进声孔的形状选自圆形、椭圆形、多边形中的一种;所述第二进声孔的形状选自圆形、椭圆形、多边形中的一种。

进一步地,所述第一进声孔及所述第二进声孔的形状均为圆形,所述第一进声孔的孔径范围为5μm-30μm,所述第二进声孔的孔径范围为2.5μm-15μm。

可选地,所述背极中与所述凹槽底部的电极接触的区域为导电区域,所述导电区域与所述第二开孔区接触于所述第二开孔区外边缘的中间。

本发明还提供一种MEMS麦克风,所述MEMS麦克风包括:

基底,形成支撑结构,并设有开口;

振膜,跨设于所述基底的开口上;

上述技术方案中任一项所述的MEMS麦克风背极板,位于所述基底及所述振膜上方,且与所述振膜之间存在预设间隔。

如上所述,本发明的一种MEMS麦克风及其背极板具有的有益效果在于:在保证不影响声波通过背极板传播到振膜的情况下,通过缩小背极板中电信号传输区域附近的进声孔的孔径,增大背极板中传输电信号的背极的导电面积,从而降低电噪声,降低了背极板电信号在传输过程中的损耗,提高了电信号的输出效率。

附图说明

图1显示为现有技术中的背极板的俯视结构示意图。

图2显示为现有技术中的MEMS麦克风的正视截面结构示意图。

图3显示为本发明实施例提供的第一种背极板的俯视结构示意图

图4显示为本发明实施例提供的第二种背极板的俯视结构示意图。

图5显示为本发明实施例提供的第三种背极板的俯视结构示意图。

图6显示为本发明实施例提供的MEMS麦克风的正视截面结构示意图。

元件标号说明

10 支撑背板

101 第一部分

1011 中部区

1011a 第一开孔区

1011b 第二开孔区

102 第二部分

103 凹槽

20 第一进声孔

21 第二进声孔

30 背极

301 导电区域

40 电极

50 背极板焊盘

60 阻挡块

70 基底

80 振膜

90 褶皱结构

100 泄气孔

110 支架

120 空腔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变,且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示为一种现有的MEMS麦克风的背极板排布的俯视图。背极板中有若干第一进声孔20,若干所述第一进声孔20均贯穿于所述背极板,均匀分布于所述背极板的预设区域(中部区)1011。各所述第一进声孔20的孔径相同,且各所述第一进声孔20之间是等间距的。

请参阅图2,背极板与振膜80形成平行板电容器结构,当所述振膜80感受到外部的音频声压信号后,所述振膜80与所述背极板之间的距离改变,电容容量改变,再通过集成电路芯片将电容变化转化为电压信号的变化并进行输出。所述导电区域301是背极30中与凹槽103底部的电极40接触的区域,是用于传输电信号的部分,该部分与所述凹槽103内的电极40实现电连接,而外延在所述支撑背板10上表面的所述电极40与所述背极板焊盘50连接,从而将电信号传输至所述背极板焊盘50。所述导电区域301的一侧位于所述中部区1011的边缘,交汇于图1中的a处。所述背极30中的大量电荷会在a处聚集,导致电信号中的噪声增大。发明人经过研究发现,这是由于所述第一进声孔20的占据导致所述背极30中传输电信号的导电面积小,随着电流密度增大,微粒的运动程度更加剧烈,电信号中的噪声也会增大。基于此分析,发明人考虑通过增大a处的导电面积来减少电噪声,具体实施方式如下所述。

如图3及图6所示,本发明提供一种MEMS麦克风背极板,所述背极板包括支撑背板10、背极30、电极40及背极板焊盘50,其中,所述支撑背板10包括第一部分101及第二部分102,所述第一部分101与所述第二部分102一体连接,所述第二部分102用于支撑所述第一部分101,所述第一部分101中间区域设置有中部区1011,所述中部区1011分为第一开孔区1011a及第二开孔区1011b,所述第一开孔区1011a设置有若干贯穿所述支撑背板10的第一进声孔20,所述第二开孔区1011b设置有若干贯穿所述支撑背板10的第二进声孔21,所述第一进声孔20的孔径大于所述第二进声孔21的孔径;所述第二开孔区1011b的边缘外侧设置有凹槽103,所述凹槽103贯穿所述支撑背板10;所述背极30位于所述支撑背板10的下表面,且与所述支撑背板10对应设置所述第一进声孔20及所述第二进声孔21;所述电极40设置在所述凹槽103表面以及所述支撑背板10上表面的部分区域,用于传输所述背极30中的电信号;所述背极板焊盘50设置在所述支撑背板10的上表面,并与所述电极40连接。需要说明的是,所述第二开孔区1011b的下表面的背极30中的孔径明显缩小,显著增大所述背极30的导电面积,使电荷不容易在所述导电区域301的附近聚集,从而减小电信号中的噪声,提高电信号的传输效率。。

作为示例,所述中部区1011的形状可以为现有MEMS麦克风常见形状,例如圆形(如图3所示)、圆角矩形(如图4所示)或正多边形(如图5所示)。

作为示例,所述第二开孔区1011b的形状可以选自扇形(如图3所示)、圆角梯形(如图4所示)、平行四边形(如图5所示)中的一种。

需要指出的是,在其他实施例中,所述中部区1011的形状及所述第二开孔区1011b的形状也可以根据需要选自其他形状,此处不应过分限制本发明的保护范围。

如图3所示,为本发明实施例提供的一种背极板,所述中部区1011的形状为圆形,所述第二开孔区1011b的形状为扇形。

如图4所示,为本发明实施例提供的一种背极板,所述中部区1011的形状为圆角四边形,所述第二开孔区1011b的形状为圆角梯形。

如图5所示,为本发明实施例提供的一种背极板,所述中部区1011的形状为正六边形,所述第二开孔区1011b的形状为平行四边形

作为示例,所述第二开孔区1011b面积占所述中部区1011面积的比值范围为5%-15%,该比值范围既可以使电信号传输不受影响,减少电噪声,还可以避免声波在通过背极板的过程中受到较大阻碍,使MEMS麦克风能够接收正常的声音信号。

作为示例,所述中部区1011的面积要适当,保证声波能顺利通过所述背极板,不影响器件的正常工作。所述中部区1011面积占所述支撑背板10上表面面积的比值范围为70%-90%。优选地,所述中部区面积1011占所述支撑背板10面积的比值为80%。

作为示例,若干所述第一进声孔20相互等间隔排列,相互间隔距离的数值范围为5μm-20μm,优选地,若干所述第一进声孔20相互间隔距离的数值为10μm;若干所述第二进声孔21为相互等间隔排列,相互间隔距离的数值范围为10μm-40μm,优选地,若干所述第二进声孔21相互间隔距离的数值为25μm。

作为示例,所述第一进声孔20的形状选自圆形、椭圆形、多边形中的一种;所述第二进声孔21的形状也可选自圆形、椭圆形、多边形中的一种。

需要指出的是,在其他实施例中,所述第一进声孔20及所述第二进声孔21的形状也可以根据需要选自其他形状,只要满足尺寸大小合适,声波能够顺利通过即可,此处不应过分限制本发明的保护范围。

作为示例,所述第一进声孔20及所述第二进声孔21的形状均为圆形,所述第一进声孔20的孔径范围为5μm-30μm,所述第二进声孔21的孔径范围为2.5μm-15μm,以此保证不影响声波通过所述第一进声孔20及所述第二进声孔21传入麦克风中。

作为示例,如图3所示,所述凹槽103靠近所述第二开孔区1011b外边缘的中间,对应的所述导电区域301的一侧与所述第二进声孔区1011b接触于某位置b,该位置b可以为所述第二开孔区1011b外边缘的中间。通过这种方式保证所述导电区域301与所述第二声孔区1011b的交汇处b无第一进声孔20(大进声孔)占据,只可以有所述第二进声孔21(小进声孔)占据,增大了所述背极30中的导电面积,无电荷聚集,使得电噪声降低,提高了电信号的输出效率。

如图6所示,本发明还提供一种MEMS麦克风,将采用上述技术方案中任一项的MEMS麦克风背极板应用于所述MEMS麦克风,所述MEMS麦克风包括基底70、振膜80及上述技术方案中任一项所述的MEMS麦克风背极板,其中,所述基底70形成支撑结构,并设有开口;所述振膜80跨设于所述基底70的开口,且与所述基底70连接;所述背极板位于所述基底70及所述振膜80上方,且与所述振膜80之间存在预设间隔。另外,还可包括MEMS麦克风中的常规结构,例如阻挡块60、褶皱结构90、泄气孔100、支架110及空腔120等,在此不再赘述。

作为示例,所述支撑背板10中的第二部分102位于所述基底70上,并与所述基底70相接触,所述第二部分102支撑所述第一部分101,使所述第一部分101横跨于所述振膜80的上方。

作为示例,本发明的MEMS麦克风的工作步骤包括:

S1、声波通过所述MEMS麦克风背极板的若干第一进声孔20及若干第二进声孔21传导至所述振膜80;

S2、所述振膜80随声波发生弯曲,使得所述振膜80与所述背极板之间的距离改变,并产生电容变化;

S3、与MEMS麦克风连接的专用集成电路芯片将此电容变化放大,并转换成电信号输出。

综上所述,本发明提供一种MEMS麦克风背极板,所述背极板包括支撑背板、背极、电极及背极板焊盘,其中,所述支撑背板包括第一部分及第二部分,所述第一部分与所述第二部分一体连接,所述第二部分用于支撑所述第一部分,所述第一部分中间区域设置有中部区,所述中部区分为第一开孔区及第二开孔区,所述第一开孔区设置有若干贯穿所述支撑背板的第一进声孔,所述第二开孔区设置有若干贯穿所述支撑背板的第二进声孔,所述第一进声孔的孔径大于所述第二进声孔的孔径;所述第二开孔区的边缘外侧设置有凹槽,所述凹槽贯穿所述支撑背板;所述背极位于所述支撑背板的下表面,且与所述支撑背板对应设置所述第一进声孔及所述第二进声孔;所述电极设置在所述凹槽表面以及所述支撑背板上表面的部分区域,用于传输所述背极中的电信号;所述背极板焊盘设置在所述支撑背板的上表面,并与所述电极连接。本发明的MEMS麦克风及其背极板具有以下有益效果:通过缩小背极板中电信号传输区域附近的进声孔的孔径,增大背极板中传输电信号的背极的导电面积,从而降低电噪声,降低了背极板电信号在传输过程中的损耗,提高了电信号的输出效率。所以,本发明有效克服了现有技术中的缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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