具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

如图1所示，本申请实施例提供了一种硅基麦克风装置，包括：电路板100、屏蔽外壳200以及至少两个差分式硅基麦克风芯片300(图中仅示出了两个差分式硅基麦克风芯片300)。屏蔽外壳200罩合在电路板100的一侧，与电路板100形成硅基麦克风装置的声腔210。

其中，电路板100上开设有至少两个进声孔110(图中仅示出了两个进声孔110)，进声孔110贯穿于电路板100，保证外部声源从进声孔110进入差分式硅基麦克风芯片300。各差分式硅基麦克风芯片300均位于声腔210内，差分式硅基麦克风芯片300与进声孔110一一对应设置，且每个差分式硅基麦克风芯片300的背腔301与对应位置处的进声孔110连通。

各差分式硅基麦克风芯片300均包括第一麦克风结构310和第二麦克风结构320，所有的第一麦克风结构310电连接，所有的第二麦克风结构320电连接。

本实施例提供的硅基麦克风装置，通过设置至少两个差分式硅基麦克风芯片300，且各差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构310均电连接、同时各差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构320均电连接，当同一声波源从各进声孔110分别进入各差分式硅基麦克风芯片300的背腔301时，各第一麦克风结构310受同一声波所产生的电容变化量幅度相等，符号相同；同样地，各第二麦克风结构320受同一声波所产生的电容变化幅度相同，符号相同，利用多个差分式硅基麦克风芯片300可同时增加声音信号与噪声信号，由于声音信号的变化量大于噪声信号的变化量，从而可减小共模噪声，提高信噪比和声压过载点，进而改善音质。

具体地，当多个差分式硅基麦克风芯片300的电容变化幅度叠加后，灵敏度(对应声音信号)的增加量是噪声信号增加量的一倍，以增加的声音信号所对应的电容变化量为2为例进行说明，灵敏度信号(对应声音信号)增加是20*log(2)＝6dB，以log(2)等于0.3进行计算；噪声信号增加是因此，增加的信噪比＝灵敏度-噪声信号＝3dB。其中，单位dB表示分贝。

本实施例中，差分式硅基麦克风芯片300的背腔301为声波源的入口，声波从背腔301进入差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构320和第一麦克风结构310，可分别引起第二麦克风结构320和第一麦克风结构310的电容变化，从而将声信号转变为电信号。可选地，背腔301的横截面形状可以为圆形、椭圆形或者方形。

需要说明的是，图1中的硅基麦克风装置仅示例为两个差分式硅基麦克风芯片300。两个差分式硅基麦克风芯片300分别为第一差分式硅基麦克风芯片和第二差分式硅基麦克风芯片，对应的进声孔110为第一进声孔和第二进声孔。其中，图1中左侧的差分式硅基麦克风芯片300为第一差分式硅基麦克风芯片，右侧的差分式硅基麦克风芯片300为第二差分式硅基麦克风芯片。

具体地，第一差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构310与第二差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构310电连接，第一差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构320与第二差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构320电连接。其中，各差分式硅基麦克风芯片300中的第一麦克风结构310与第二麦克风结构320与电路板100的相对位置关系一致。

可选地，电路板100为印制电路板100，由于印制电路板100为刚性结构，具有承载屏蔽外壳200以及差分式硅基麦克风芯片300的结构强度。

可选地，为了提高对声腔210内的差分式硅基麦克风芯片300屏蔽电磁干扰的作用，屏蔽外壳200通常是采用导电的金属材料制造而成的金属外壳。

可选地，屏蔽外壳200通过锡膏或导电胶与电路板100固连，从而形成电连接，可防止外部干扰。

在一些实施例中，结合图1和图2所示，差分式硅基麦克风芯片300还包括硅基板340，第二麦克风结构320和第一麦克风结构310层叠设置在硅基板340的一侧。

其中，硅基板340上具有用于形成背腔301的通孔341，该通孔341与第一麦克风结构310的主体、以及第二麦克风结构320的主体均对应，以保证从通孔341进入的声波能够引起第一麦克风结构310和第二麦克风结构320的电容变化。

硅基板340远离第二麦克风结构320的一侧与电路板100固连，且通孔341与对应位置处的进声孔110连通，使得声音能够从进声孔110进入到背腔301内。

本实施例中，电路板100上的进声孔110与差分式硅基麦克风芯片300的背腔301相连通，声音通过进声孔110导入到差分式硅基麦克风芯片300的半导体振膜330，引起半导体振膜330的振动而产生声音信号。

在一些实施例中，继续参阅图1和图2，差分式硅基麦克风芯片300还包括下背极板321、半导体振膜330和上背极板311。其中，下背极板321、半导体振膜330和上背极板311层叠设置在硅基板340远离电路板100的一侧。

上背极板311和半导体振膜330之间、以及半导体振膜330和下背极板321之间均具有间隙。上背极板311和下背极板321对应于通孔341的区域均设置有气流孔。上背极板311和半导体振膜330存在间隙以充当电容结构，从而构成第一麦克风结构310的主体。同样地，半导体振膜330和下背极板321之间存在间隙以充当电容结构，从而构成第二麦克风结构320的主体。

具体地，半导体振膜330可以与上背极板311平行布置并由上气隙312隔开，从而形成第一麦克风结构310；半导体振膜330可以与下背极板321平行布置并由下气隙322隔开，从而形成第二麦克风结构320。可以理解的是，半导体振膜330与上背极板311之间、以及半导体振膜330与下背极板321之间均用于形成电场(不导通)。由于半导体硅基板340上设有用于形成背腔301的通孔341，这样声波通过背腔301、下背极板321上的下气流孔321a与半导体振膜330接触。

可选地，半导体振膜330的制备材料可以为多晶硅材料，半导体振膜330的厚度小于1微米，在较小的声波作用下也会产生变形，灵敏度较高。上背极板311和下背极板321一般都是采用刚性较强、且厚度远大于半导体振膜330的厚度的材料制造而成，而且在上背极板311上刻蚀有多个上气流孔311a、在下背极板321上刻蚀有多个下气流孔321a。因此，当半导体振膜330受声波作用产生形变时，上背极板311、下背极板321都不会受到影响而产生形变。

对于单个差分式硅基麦克风芯片300而言，通过在半导体振膜330与上背极板311之间施加偏压后，在第一麦克风结构310的上气隙312内就会形成上电场。同样，通过在半导体振膜330与下背极板321之间施加偏压后，在第二麦克风结构320的下气隙322内就会形成下电场。由于上电场和下电场的极性正好相反，当半导体振膜330受声波作用而上、下弯曲时，第一麦克风结构310的电容变化量与第二麦克风结果的电容变化量幅度相同、符号相反。

可选地，硅基板340远离下背极板321的一侧通过硅胶与电路板100固连。

在一些实施例中，如图2所示，硅基板340与下背极板321之间、下背极板321与半导体振膜330之间、以及半导体振膜330与上背极板311之间均绝缘布置。

具体地，下背极板321与硅基板340之间通过图案化的第一绝缘层350隔开，而半导体振膜330与下背极板321之间通过图案化的第二绝缘层360隔开，半导体振膜330与上背极板311之间通过图案化的第三绝缘层370隔开，使得硅基板340、第一绝缘层350、下背极板321、第二绝缘层360、半导体振膜330、第三绝缘层370以及上背极板311，依次层叠设置。

可选地，第一绝缘层350、第二绝缘层360以及第三绝缘层370均可在全面成膜后通过刻蚀工艺实现图案化，去除对应通孔341区域的绝缘层以及用于制备电极的区域的绝缘层。

在一些实施例中，如图3所示，对于硅基麦克风装置中的多个差分式硅基麦克风芯片300，所有的第一麦克风结构310的上背极板311电连接，用于形成第一路信号；所有的第二麦克风结构320的下背极板321电连接，用于形成第二路信号。

具体地，第一路信号为所有第一麦克风结构310的上背极板311电连接之后的信号，该信号为各第一麦克风结构310的上背极板311与其对应的半导体振膜330之间的电容变化量的总和，并作为差分式信号处理芯片的一个输入。第二路信号为所有的第二麦克风结构320的下背极板321电连接之后的信号，该信号为各第二麦克风结构320的下背极板321与其对应的半导体振膜330之间的电容变化量的总和，并作为差分式信号处理芯片的另一个输入。

在一些实施例中，所有的差分式硅基麦克风芯片300的半导体振膜330电连接，且半导体振膜330用于与恒压源电连接，以便于在第一麦克风结构310和第二个结构内形成稳定的电场。可选地，恒压源可以为零电压。

在上述各实施例的基础上，如图1所示，硅基麦克风装置还包括控制芯片400，该控制芯片400位于声腔210内，并且与电路板100连接。控制芯片400作为差分式信号处理的核心部件，可由其中一个第一麦克风结构310的上背极板311与该控制芯片400的一个信号输入端电连接，从而将第一路信号接入该控制芯片400的输入端；其中一个第一麦克风结构310的下背极板321与该控制芯片400的另一个信号输入端电连接，从而将第二路信号接入该控制芯片400的输入端。由该控制芯片400对这两路信号进行差分信号处理，以提高信噪比。

可选地，控制芯片400采用专用集成电路(ASIC，Application SpecificIntegrated Circuit)芯片，ASIC芯片可根据麦克风的设计需求进行定制。ASIC芯片为差分放大信号处理芯片，并预留供第一路信号和第二路信号接入的引脚。

可选地，控制芯片400通常也是通过硅胶或红胶固定在电路板100上。

在一些实施例中，如图3所示，上背极板311包括上背极板电极311b，所有的第一麦克风结构310的上背极板电极311b通过导线380电连接。

可选地，下背极板321包括下背极板电极321b，所有的第二麦克风结构320的下背极板电极321b通过导线380电连接。

可选地，半导体振膜330包括半导体振膜电极331，所有的半导体振膜电极331通过导线380电连接。

对于单个差分式硅基麦克风芯片300而言，通过在半导体振膜330与上背极板311之间施加偏压后，在第一麦克风结构310的上气隙312内就会形成上电场，具体可通过在与半导体振膜330相连的振膜电极、以及与上背极板311相连的上背极板电极311b上施加偏压。同样，通过在半导体振膜330与下背极板321之间施加偏压后，在第二麦克风结构320的下气隙322内就会形成下电场，具体可通过在与半导体振膜330相连的振膜电极、以及与下背极板321相连的下背极板电极321b上施加偏压。由于上电场和下电场的极性正好相反，当半导体振膜330受声波作用而上、下弯曲时，第一麦克风结构310的电容变化量与第二麦克风结果的电容变化量幅度相同、符号相反。

在图3示例的两个差分式硅基麦克风芯片300的连接方式中，第一差分式硅基麦克风芯片(左侧)的半导体振膜电极331与第二差分式硅基麦克风芯片(右侧)的半导体振膜电极331之间通过导线380实现电连接；第一差分式硅基麦克风芯片的上背极板电极311b与第二差分式硅基麦克风芯片的上背极板电极311b之间通过导线380实现电连接；第一差分式硅基麦克风芯片的下背极板电极321b与第二差分式硅基麦克风芯片的下背极板电极321b之间通过导线380实现电连接。

当从第一进声孔进入的第一声波与从第二进声孔进入的第二声波为同一个声波源时，根据本申请实施例的两个差分式基麦克风芯片的连接方式，第一差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构310受第一声波所产生的电容变化量、与第二差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构310受第二声波所产生的电容变化量幅度相等、符合相同。同理，第一差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构320受第一声波所产生的电容变化量、与第二差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构320受第二声波所产生的电容变化量幅度相等、符合相同。由于两个第一麦克风结构310并联相接、两个第二麦克风结构320并联相接，采用本实施例的两颗差分式硅基麦克风芯片300所封装的硅基麦克风装置，可以增大声音信号与噪声信号的比值，从而减小共模噪声，进而实现更高的硅基麦克风信噪比。

需要说明的是，本申请上述各实施例中的硅基麦克风装置采用单振膜(如：半导体振膜330)、双背极(如：上背极板311和下背极板321)所实现的差分式硅基麦克风芯片300来示例。其中，差分式硅基麦克风芯片300除了单振膜、双背极的设置方式之外，也可以是双振膜、单背极的方式，或者是其他的差分式结构。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：前述各实施例中的硅基麦克风装置。

本实施例提供的电子设备，包括了具有至少两个差分式硅基麦克风芯片300的硅基麦克风装置，该硅基麦克风装置中，各差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构310均电连接、同时各差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构320均电连接，可同时增加声音信号与噪声信号，由于声音信号的变化量大于噪声信号的变化量，从而可减小共模噪声，提高信噪比。

可选地，上述实施例中的电子设备可以是手机、录音笔或者翻译机。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。