具有低压区以及有增强柔度的振膜的声学换能器

文档序号:590455 发布日期:2021-05-25 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 具有低压区以及有增强柔度的振膜的声学换能器 (Acoustic transducer having a low pressure region and a diaphragm with enhanced compliance ) 是由 M·昆特兹曼 M·佩德森 桑·博克·李 余兵 V·纳德瑞恩 彼得·洛佩特 于 2019-10-04 设计创作,主要内容包括:一种响应于声学信号来生成电信号的声学换能器,该声学换能器包括第一振膜,在该第一振膜中形成有第一皱纹。在第二振膜中形成有第二皱纹,并且第二振膜与第一振膜间隔开,使得在第二振膜与第一振膜之间形成空腔,该空腔的压力低于大气压。在第一振膜与第二振膜之间设置有背板。一个或更多个支柱从第一振膜和第二振膜中的至少一个振膜起朝着另一振膜延伸穿过背板。所述一个或更多个支柱防止第一振膜和第二振膜中的各个振膜因第一振膜和/或第二振膜朝着背板移动而接触到背板。第一皱纹和第二皱纹中的各个皱纹远离背板,分别从第一振膜和第二振膜起向外突出。(An acoustic transducer that generates an electrical signal in response to an acoustic signal includes a first diaphragm having a first wrinkle formed therein. A second corrugation is formed in the second diaphragm, and the second diaphragm is spaced apart from the first diaphragm such that a cavity is formed between the second diaphragm and the first diaphragm, the cavity having a pressure lower than atmospheric pressure. A back plate is arranged between the first vibrating diaphragm and the second vibrating diaphragm. One or more support posts extend from at least one of the first and second diaphragms through the backplate toward the other diaphragm. The one or more posts prevent each of the first and second diaphragms from contacting the backplate as the first and/or second diaphragms move toward the backplate. Each of the first wrinkles and the second wrinkles is away from the back plate and protrudes outward from the first diaphragm and the second diaphragm, respectively.)

具有低压区以及有增强柔度的振膜的声学换能器

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月5日提交的美国临时申请No.62/742,153的优先权和权益,其全部公开内容通过引用而并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及改善在声学换能器(acoustic transducer)中包括的振膜(diaphragm)的柔度(compliance)的系统和方法。

背景技术

麦克风组件通常用于电子装置中,以将声能转换为电信号。麦克风通常包括将声学信号转换为电信号的振膜。压力传感器也可以包括这种振膜。微米和纳米级制造技术的进步导致了越来越小的微机电系统(MEMS)麦克风组件和压力传感器的发展。

发明内容

本文所描述的实施方式总体上涉及如下系统和方法,其用于增加双振膜声学换能器的顶部振膜和底部振膜的柔度,和/或防止任一个或两个振膜坍陷(collapse)。特别地,本文所描述的一些实施方式涉及双振膜声学换能器,该双振膜声学换能器包括:在振膜中限定的一个或更多个面向外的用于增加柔度的皱纹(corrugation),和/或一个或更多个非刚性连接支柱或非锚定支柱,该非刚性连接支柱或非锚定支柱从双振膜中的至少一个振膜起向另一振膜延伸,以便用作防止双振膜坍陷的止挡器(stopper)。

在一些实施方式中,提供了一种响应于声学信号来生成电信号的声学换能器,该声学换能器包括:第一振膜,在该第一振膜中形成有第一皱纹;以及第二振膜,在该第二振膜中形成有第二皱纹。第二振膜与第一振膜间隔开,使得在第二振膜与第一振膜之间形成空腔,该空腔具有低于大气压的压力。背板被设置在第一振膜与第二振膜之间的空腔中。一个或更多个支柱从第一振膜或者第二振膜中的至少一个振膜起朝着第一振膜或第二振膜中的另一振膜延伸穿过在背板中所限定的对应孔。所述一个或更多个支柱被配置成,防止第一振膜和第二振膜中的各个振膜因第一振膜和/或第二振膜朝着背板移动而接触到背板。第一皱纹和第二皱纹中的各个皱纹沿远离背板的方向,分别从第一振膜和第二振膜起向外突出。

在一些实施方式中,提供了一种麦克风组件,该麦克风组件包括:基部以及被置放在基部上的盖子。在基部和盖子中的一者中限定有端口(port)。声学换能器被置放在基部或盖子上,并且隔开麦克风组件的前腔容积与后腔容积,该前腔容积与端口是流体连通的。该声学换能器包括:第一振膜,在该第一振膜中形成有第一皱纹;第二振膜,在该第二振膜中形成有第二皱纹,该第二振膜与第一振膜间隔开,使得在第二振膜与第一振膜之间形成空腔,该空腔具有低于大气压的压力。背板被设置在第一振膜与第二振膜之间的空腔中。一个或更多个支柱从第一振膜或者第二振膜中的至少一个振膜起朝着第一振膜或第二振膜中的另一振膜延伸穿过在背板中所限定的对应孔,所述一个或更多个支柱被配置成,防止第一振膜和第二振膜中的各个振膜因第一振膜和/或第二振膜朝着背板移动而接触到背板。第一皱纹和第二皱纹中的各个皱纹沿远离背板的方向,分别从第一振膜和第二振膜起向外突出。集成电路电联接至声学换能器,该集成电路被配置成,对第一振膜与背板之间的以及第二振膜与背板之间的电容响应于接收到通过端口的声学信号而发行的变化进行测量,该电容的变化对应于声学信号。

在一些实施方式中,提供了一种响应于声学信号来生成电信号的声学换能器,该声学换能器包括第一振膜,在该第一振膜中形成有第一皱纹。第二振膜中形成有第二皱纹,在该第二振膜与第一振膜间隔开,使得在第二振膜与第一振膜之间形成空腔,该空腔具有低于大气压的压力。背板被设置在第一振膜与第二振膜之间的空腔中。一个或更多个支柱从第一振膜或者第二振膜中的至少一个振膜起朝着第一振膜或第二振膜中的另一振膜延伸穿过在背板中所限定的对应孔,所述一个或更多个支柱被配置成,防止第一振膜和第二振膜中的各个振膜因第一振膜和/或第二振膜朝着背板移动而接触到背板。周界支承结构(peripheral support structure)附接至并且支承第一振膜和第二振膜的周界(periphery)的至少一部分,该周界支承结构被定位成邻近(proximate)第一振膜和第二振膜的边缘。该声学换能器还包括基板,在该基板中限定了第一开孔。支承结构被设置在基板上并且限定与基板的第一开孔对应的第二开孔,第一振膜的至少一部分被设置在支承结构上。第一皱纹和第二皱纹中的各个皱纹沿远离背板的方向,分别从第一振膜和第二振膜起向外突出。

应当清楚,前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这种概念并不相互矛盾)被考虑为本文所公开的主题的一部分。特别地,出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被考虑为本文所公开的主题的一部分。

附图说明

本公开的前述和其它特征根据下面结合附图的描述和所附权利要求将完全变得更加显而易见。应当明白,这些附图仅描绘了根据本公开的几个实现,并因此不应被视为对其范围的限制,本公开通过使用附图,以附加特异性和细节来进行描述。

图1A是根据实施方式的声学换能器的平面图,并且图1B是沿图1A所示的X-X线截取的图1A的声学换能器的侧截面图。

图2A是根据实施方式的声学换能器的平面图,并且图2B是沿图2A所示的Y-Y线截取的图2A的声学换能器的侧截面图。

图2C至图2E是根据各种实施方式的声学换能器的示意性例示图。

图2F是根据又一实施方式的声学换能器的平面图,并且图2G是沿图2F所示的Z-Z线截取的图2F的声学换能器的侧截面图。

图3A是根据又一实施方式的声学换能器的侧截面图。

图3B是图3A的声学换能器的一部分的等距俯视图。

图3C示出了图3A的声学换能器的由图3A中的箭头A所指示的一部分,该部分示出了被限定在声学换能器的第二振膜中的开孔以及被定位在该开孔下方的闩挡(catch)结构。

图3D示出了根据另一实施方式的声学换能器的第二振膜的一部分,该部分示出了被限定在声学换能器的第二振膜中的密封开孔。

图3E示出了根据实施方式的图3A的声学换能器的由图3A中的箭头B所指示的一部分,该部分示出了应力消除结构。

图3F示出了根据另一实施方式的包括第一振膜和第二振膜的声学换能器的一部分,该第一振膜和第二振膜皆包括应力消除结构。

图3G示出了图3A的声学换能器的第二振膜的由图3A中的箭头C所指示的一部分。

图3H至图3J示出了根据各种实施方式的包括周界支承结构的各种声学换能器的部分。

图4是根据实施方式的包括图3的声学换能器的麦克风组件的示意性例示图。

图5是根据实施方式的图4的麦克风组件的简化电路图。

图6是根据实施方式的包括图3的声学换能器的压力感测组件的示意性例示图。

图7是根据实施方式的图8的压力感测组件的简化电路图。

图8是根据实施方式的形成双振膜声学换能器的方法的示意性流程图。

图9是根据另一实施方式的声学换能器的侧截面图。

图10是根据又一实施方式的声学换能器的侧截面图。

贯穿下面的详细描述对附图进行说明。在附图中,除非上下文另有规定,相似符号通常标识相似组件。在该详细描述、附图以及权利要求中描述的例示性实现不是旨在进行限制。在不脱离在此呈现的主题的精神或范围的情况下,可以利用其它实现,并且可以进行其它改变。应当容易地明白,如在本文通常描述且在附图中例示的本公开的各方面可以按宽泛种类的不同配置来设置、代替、组合以及设计,它们全部明确地可以被设想到并且成为本公开的一部分。

具体实施方式

本文所描述的实施方式总体上涉及如下系统和方法,其用于增加双振膜声学换能器的顶部振膜和底部振膜的柔度(compliance)和/或防止任一个或两个振膜坍陷(collapse)。特别地,本文所描述的一些实施方式涉及双振膜声学换能器,该双振膜声学换能器包括:在振膜中限定的一个或更多个面向外的用于增加柔度的皱纹(corrugation),和/或一个或更多个非刚性(non-rigidly)连接支柱或非锚定(unanchored)支柱,该非刚性连接支柱或非锚定支柱从双振膜中的至少一个振膜起向另一振膜延伸,以便用作防止双振膜坍陷的止挡器(stopper)。

双振膜声学换能器包括顶部振膜和底部振膜,并且在顶部振膜与底部振膜之间插入有背板。振膜可以在减压(reduced pressure)下进行密封,以便在顶部振膜与底部振膜之间形成低压区,该低压区的压力明显低于大气压,例如,在许多情况下,处于约1mTorr到10Torr的范围的中等真空度可能就足够了。低压区明显降低了背板的声学阻尼(即,挤压膜阻尼),从而减小振膜与背板之间的间隙、减少穿孔(perforation),并且可以允许非常高的感测电容。而且,由于顶部振膜与底部振膜之间的容积是密封的,因此,颗粒(例如,灰尘、水滴、焊料或组件碎屑等)不能穿透(penetrate)振膜与背板之间,这是单振膜声学换能器发生故障的常见原因。因此,在本文所公开的一些双振膜声学换能器实现中,可以消除用于防止这种颗粒进入单振膜声学换能器但是会降低信噪比(SNR:noise ratio)的保护性网或隔膜。

双振膜声学换能器的主要挑战是在振膜中实现足够柔度。作用在所述振膜中的各个振膜上的大气压会在振膜中产生张力,从而导致柔度显著降低。而且,大气压与这两个振膜之间的低压区之间的足够大的压力差,可能会使振膜坍陷,从而导致声学换能器故障。

与此相反,本文所描述的声学换能器的实施方式可以提供例如包括以下项的益处:(1)在声学换能器的顶部振膜和底部振膜中的各个振膜上设置面向外的皱纹,以增加声学换能器的振膜区域中的平均柔度;(2)通过设置用作止挡器的非刚性连接支柱和/或非锚定支柱来防止第一振膜和第二振膜朝着彼此坍陷,该非刚性连接支柱和/或非锚定支柱从所述振膜中的至少一个振膜起朝着另一振膜突出;(3)增加振膜的稳健性(robustness);以及(4)相对于不包括此类皱纹的类似声学换能器,提供了增加的柔度(例如,在100kPa压力差下增加8倍以上)。

如本文所描述的,当与支柱结合使用时,术语“非锚定(unanchored)”是指以如下方式从双振膜声学换能器的一个振膜起向另一振膜延伸的支柱,即,在支柱的尖端与邻近该尖端的相应振膜之间存在间隙或空间。仅当足够高的力或压力作用在一个或两个所述振膜上(例如,环境压力或者因偏压而造成的静电力)时,才使尖端与相应振膜接触,使得非锚定支柱可以相对于相应振膜滑动且转动。

如本文所描述的,当与支柱结合使用时,术语“非刚性连接(non-rigidlyconnected)”是指以如下方式从双振膜声学换能器的一个振膜起向另一振膜延伸的支柱,即,支柱的尖端与相对的振膜永久接触,以便允许支柱在接触点附近或者邻近接触点弯曲或转动。

如本文所描述的,当与支柱结合使用时,术语“锚定(anchored)”是指包括如下尖端的支柱,即,该尖端以锚定支柱相对于相对的振膜不可移动的方式与该相对的振膜接触。

图1A是根据实施方式的声学换能器110的平面图。图1B是沿图1A的X-X线截取的声学换能器110的侧截面图。声学换能器110例如可以包括:供在MEMS麦克风组件中使用的MEMS声学换能器、MEMS压力传感器或其组合。将声学换能器110配置成,响应于声学信号或大气压变化而生成电信号。

声学换能器110包括基板112,在该基板112中限定了第一开孔113。在一些实施方式中,基板112可以由硅、玻璃、陶瓷或者任何其它合适材料来形成。支承结构114设置在基板112上方,并且限定第二开孔115,该第二开孔115可以与第一开孔113沿轴向对准。在各种实施方式中,支承结构114可以由玻璃(例如,玻璃或者具有磷含量的玻璃(诸如PSG))形成。在一些实施方式中,开孔113和115可以具有相同的横截面(例如,相同的直径)。在其它实施方式中,开孔113和115可以具有不同的横截面(例如,不同的直径)。

声学换能器110包括:底部振膜或第一振膜120、顶部振膜或第二振膜130、以及位于第一振膜120与第二振膜130之间的背板140。第一振膜120、第二振膜130以及背板140中的每一个皆被设置在基板112上。可以将第一振膜120的至少一部分设置在支承结构上。在一些实施方式中,可以在声学换能器110的制造过程期间,将第一振膜120、第二振膜130以及背板140中的一个或更多个的径向边缘的一部分嵌入支承结构114内,使得在支承结构114中形成第二开孔115导致第一振膜120、第二振膜130以及背板140中的每一个悬置在第一开孔113上方的第二开孔115中。

振膜120和130可以由导电材料或者由导电材料和绝缘材料的夹层来形成。用于形成振膜120和130的材料例如可以包括硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金、铝、铂等。响应于在第一振膜120或第二振膜130中的一个振膜上接收到的声学信号,振膜120、130相对于基本固定不动(例如,相对于振膜120、130基本上不挠曲)的背板140的各种振动(例如,异相振动(out of phase vibration)),导致振膜120和130与背板140之间的电容的变化,以及所生成的电信号的对应变化。

在其它实施方式中,第一振膜120和第二振膜130的至少一部分可以使用压电材料形成,例如,石英、钛酸铅、III-V族和II-VI族半导体(例如,氮化镓、氮化铟、氮化铝、氧化锌等)、石墨烯、超纳米晶金刚石、聚合物(例如,聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride))或者任何其它合适压电材料。例如,可以在形成振膜120和130的基础材料(例如,氮化硅或多晶硅)的顶部上,将压电材料淀积为围绕第一振膜120或第二振膜130的周界(perimeter)的环。在这种实施方式中,振膜120、130响应于声学信号的振动可以生成表示声学信号的电信号(例如,压电电流或电压)。当工作为压力传感器时,振膜120和130中的各个振膜在环境压力增加时朝着彼此的向内位移或者在环境压力减小时彼此远离的向外位移,会生成与大气压对应的电信号。在各种实施方式中,第一振膜120和第二振膜130可以由低应力氮化硅(LSN)或者任何其它合适材料(例如,氧化硅、硅、碳化硅、陶瓷等)来形成。而且,背板140可以由多晶硅(聚(poly))和氮化硅或者任何其它合适材料(例如,氧化硅、硅、陶瓷等)来形成。

第一振膜120的外表面123和第二振膜130外表面133暴露于大气环境(atmosphere),例如大气(atmospheric air)。将第二振膜130与第一振膜120间隔开,使得在第一振膜120与第二振膜130之间形成空腔或容积121。空腔121具有低于大气压的压力,例如,处于1mTorr至10Torr的范围内;但是在一些实施方式中,将压力限制为1mTorr到1Torr的范围内可以在信噪比(SNR)方面提供特别的好处。将背板140设置在第一振膜120与第二振膜130之间的空腔121中。在一些实施方式中,可以在背板140中限定一个或更多个孔142,使得空腔121的位于第一振膜120与背板140之间的一部分连接至空腔121的位于第二振膜130与背板140之间的一部分。

作用在第一振膜120和第二振膜130中的各个振膜上的大气压与空腔121中的低压之间的较大压力差使第一振膜120和第二振膜130处于持续张紧的状态。这显著降低了振膜120、130的柔度。为了增加柔度,分别在第一振膜120和第二振膜130上形成第一皱纹122和第二皱纹132。第一皱纹122和第二皱纹132沿远离背板140的方向分别从振膜120和130起向外突出。

例如,振膜120、130可以包括一个或更多个周向皱纹(如图1B最佳地示出),其用于分别减小第一振膜120和第二振膜130中的张力并增加柔度。虽然被示出为包括单个皱纹122、132,但是可以在第一振膜120和第二振膜120和130中形成任何数量的皱纹(例如,绕声学换能器110的纵向轴线沿周向定位的2个、3个甚或更多个皱纹)。在各种实施方式中,皱纹122和132的高度可以处于0.5微米至5微米的范围内(例如,0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米或5微米,它们之间的所有范围和值也包含在内),并且振膜120与振膜130之间的间距可以处于1微米至15微米的范围内(例如,1微米、2微米、3微米、5微米、7微米、9微米、12微米、14微米或15微米,它们之间的所有范围和值也包含在内)。

大气沿朝着背板140的方向在第一振膜120和第二振膜130中的各个振膜上施加力。由于皱纹122和132从振膜120和130起向外突出,因此,作用在皱纹122和132上的大气压使皱纹朝着背板140沿轴向向内并且沿径向向外挠曲。这导致柔度增加,其随大气压的相应增加而成比例地增加。例如,在一些实现中,声学换能器110在振膜120和130的区域中的声学柔度是以下类似基线声学换能器的声学柔度的大约2倍:该基线声学换能器不包括处于大气压与空腔121中的压力之间的大约零压力差的向外突出的皱纹122和132。在大约100kPa的压力差(这对应于声学柔度增加13dB以上)下,声学换能器110的柔度可以增加到基线声学换能器(baseline acoustic transducer)的声学柔度的8倍以上。按这种方式,声学换能器110对声学信号或者用于测量相对于所述基线声学换能器的压力变化具有明显更高的灵敏度。

在一些实施方式中,可以将声学换能器110或者本文所描述的任何其它声学换能器操作为麦克风和/或压力感测组件。在这种实施方式中,大气压作用在振膜120和130两者上,并且声压作用在所述振膜中的一个振膜上(例如,作用在振膜120或130中的任一振膜上)。大气压的变化导致振膜120和130中的各个振膜的电容值沿相同方向改变,从而产生用于压力感测的共模信号。与此相反,声压使所述两个电容值沿相反方向改变,从而产生用于感测声压的差模信号。

图2A是根据实施方式的声学换能器210a的平面图。图2B是沿图2A的Y-Y线截取的声学换能器210a的侧截面图。声学换能器210a例如可以包括:供在MEMS麦克风组件中使用的MEMS声学换能器,或者MEMS压力传感器。将声学换能器210a配置成,响应于声学信号或大气压变化而生成电信号。

声学换能器210a包括基板212,在该基板212中限定了第一开孔213。支承结构214设置在基板212上方并且限定第二开孔215,该第二开孔115可以与第一开孔213沿轴向对准。基板212和支承结构214可以大致类似于基板112和支承结构114,因此,本文未再进一步详细描述。

声学换能器210a包括:底部振膜或第一振膜220、顶部振膜或第二振膜230、以及位于第一振膜220与第二振膜230之间的背板240。第一振膜220、第二振膜230以及背板240中的每一个可以由与第一振膜120、第二振膜130以及背板140相同的材料来形成。第一振膜220的外表面223和第二振膜230外表面233暴露于大气环境(atmosphere),例如大气(atmospheric air)。而且,第一振膜220与第二振膜230之间的空腔221处于低于大气压的压力,例如,处于1mTorr至10Torr的范围内;但是在一些实施方式中,将压力限制为1mTorr到1Torr的范围内可以在信噪比(SNR)方面提供特别的好处。可以在背板240中限定一个或更多个孔242,使得空腔221的位于第一振膜220与背板240之间的第一部分连接至空腔221的处于第二振膜230与背板240之间的第二部分。

作用在第一振膜220和第二振膜230中的各个振膜上的大气压与空腔221中的低压之间的较大压力差可能变得足够大,从而导致第一振膜220和第二振膜230坍陷。为了防止这种情况发生,第二振膜230包括一个或更多个支柱234a,所述一个或更多个支柱234a从第二振膜230a起朝着第一振膜220延伸穿过所述背板中所限定孔242或者在背板240中限定的任何其它孔,支柱234a的一部分被配置成,响应于第二振膜230朝着第一振膜220的移动而接触到第一振膜220,反之亦然。例如,将支柱234a的尖端235a被定位成邻近第一振膜220并与第一振膜间隔开,使得支柱234a成为非锚定支柱。换句话说,支柱234a的尖端235a在一些压力差下不接触第一振膜220,但是可以在其它压力差下接触到第一振膜220,以防止振膜220和230坍陷。在一些实施方式中,尖端235a与支柱234a之间的默认间距(例如,当空腔221内部的压力与外部环境的压力之间的压力差大约为零时)可以处于10nm至2微米的范围内。在一些实施方式中,一个或更多个非锚定支柱可以另外或者另选地从第一振膜220起朝着第二振膜230延伸。

当振膜220、230中的一个振膜或两个振膜因环境压力载荷或者其它载荷力(例如,静电力)而朝着彼此位移(例如,弯曲)时,支柱234a的尖端235a接触到第一振膜220的位于空腔221内的内表面,以限制振膜220、230朝着彼此进一步位移,至少是在振膜220和230的定位有支柱234a的位置处。换句话说,支柱234a用作止挡器或运动限制器,其限制振膜220和230例如因第一振膜220和/或第二振膜230朝着背板240的静变形而朝着背板240的位移,这种静变形是由于空腔221与外部环境之间的较大压力差和/或振膜220、230的振动而造成的。振膜220、230的在相邻支柱234a之间或者在支柱234a与支承结构214之间的部分仍可以朝着彼此位移,但是这些部分的较小径向长度可以限制该位移,从而防止坍陷。

在一些实施方式中,如果振膜220或230中的一个振膜或两个振膜充分偏斜(deflect)以接触到背板240,则可以在支柱234a之间的区域中包括过压止挡器(overpressure stop)或脊(ridge),以防止电气短路。例如,如图2A所示,第一组短柱(pillar)227a从第一振膜220起朝着背板240延伸,并且第二组短柱237a从第二振膜起朝着背板240延伸。短柱227a、237a是由非导电材料(例如,氧化硅或氮化硅)形成的,以防止在大气压足够高以致造成第一振膜220和/或第二振膜230接触到背板240的场景下的电气短路。虽然被示出为短柱227a、237a,但是在其它实施方式中,过压止挡器可以包括在第一振膜220和/或第二振膜230上限定的隆起(bump)或凹陷(dimple)。此外,也可以在背板240中形成过压止挡器。另选地,如果接触区域是非导电的(例如,电极中的开孔),则短柱227a、237a可以由导电材料(例如,掺杂的多晶硅、金属等)形成。应理解,虽然图2A示出了支柱234a彼此竖直对准,但是在其它实施方式中,支柱234a可以彼此相对地不对准、交错或者设置在任何其它合适位置处。此外,虽然图2A仅示出了三个支柱234a,但是声学换能器210a或本文所定义的任何其它声学换能器可以包括多个支柱,例如,大于10、20、30、40、50个支柱,它们之间的所有范围和值也包含在内。而且,虽然被描述为“支柱”,但是支柱234a可以包括被配置成提供第一振膜320和第二振膜330与背板340的分隔的任何合适结构。

图2C是根据另一实施方式的声学换能器210b的示意性例示图。声学换能器210b除了以下差异以外其它方面大致类似于声学换能器210a。支柱234b从第二振膜230起朝着第一振膜220延伸。将支柱234b的尖端235b定位成与第一振膜220接触。支柱234b的形状使得其在连接点处或附近变窄(例如,形成圆锥形),以便允许支柱在连接点处或附近(即,在支柱234b的尖端235b处)相对于第一振膜220转动或弯曲。因此,支柱234b是非刚性连接支柱。在一些实施方式中,一个或更多个非刚性连接支柱可以另外或者另选地从第一振膜220起朝着第二振膜230延伸。

图2D是根据又一实施方式的声学换能器210c的示意性例示图。声学换能器210c除了从第二振膜230起朝着第一振膜220延伸的支柱234c包括与第一振膜220间隔开的平坦尖端235c(例如,可以将支柱234c整形为截锥形)之外,其它方面大致类似于声学换能器210a/b。突起237c(例如,销)从尖端235c起延伸并接触到第一振膜220,使得支柱234c可在连接点处或附近旋转或弯曲,并因此非刚性地连接至第一振膜220。

图2E是根据又一实施方式的声学换能器210d的示意性例示图。声学换能器210d除了以下差异以外其它方面大致类似于声学换能器210a。第一支柱224d从第一振膜220起朝着第二振膜230延伸,并且包括平坦尖端225d(例如,被整形为截锥形)。而且,第二支柱234d从第二振膜230起朝着第一支柱224d延伸。第二支柱234d也包括平坦尖端235d。将尖端225d/235d定位得彼此邻近但是彼此不接触,即,是非锚定支柱。支柱224d的尖端225d和支柱和234d的尖端235d可以分别响应于振膜220和230朝着彼此的移动而彼此接触。在一些实施方式中,第一支柱224d和第二支柱234d可以在尺寸和形状上彼此大致相似。

图2F是根据又一实施方式的声学换能器210e的平面图。图2G是沿图2F的Z-Z线截取的声学换能器210e的侧截面图。声学换能器210e包括基板212和支承结构214。声学换能器210e也包括:第一振膜220e,在该第一振膜220e中形成有第一皱纹222e;以及第二振膜230e,在该第二振膜230e中形成有第二皱纹232e。将第二振膜230e与第一振膜220e间隔开,使得在第二振膜与第一振膜之间形成空腔221e。空腔221e具有低于大气压的压力(例如,处于1mTorr至10Torr的范围内,或者1mTorr至1Torr的范围内)。将背板240e设置在第一振膜220e与第二振膜230e之间的空腔221e中。

第一皱纹222e和第二皱纹232e中的各个皱纹分别从第一振膜220e和第二振膜230e起向外突出。如图2G所示,皱纹222e和232e是绕声学换能器210e的纵向轴线设置的封闭周向结构,振膜220e和230e是沿着该纵向轴线进行振动的。锚定支柱234e从第二振膜230e起朝着第一振膜220e延伸穿过在背板240中限定的对应孔242e。支柱234e的尖端235e被配置成,响应于第二振膜230e朝着第一振膜220e的移动而接触到第一振膜220e,反之亦然。因此,支柱234e是非锚定的。如图2G所示,支柱234e是点结构。虽然被示出为包括四个支柱234e,但是,可以在第一振膜220e和/或第二振膜230e中设置任何数量的支柱。为清楚起见,图2G中未示出平面外的支柱234e。而且,第一振膜220e和/或第二振膜230e也可以包括非刚性连接支柱和/或锚定支柱。

图3A是根据又一实施方式的声学换能器310的侧截面图。图3B是声学换能器310的一部分的等距俯视图。声学换能器310例如可以包括:供在MEMS麦克风组件中使用的MEMS声学换能器,或者MEMS压力传感器。将声学换能器310配置成,响应于声学信号或大气压变化而生成电信号。

声学换能器310包括基板312(例如,硅基板、玻璃基板或陶瓷基板),该基板312中限定了第一开孔313。支承结构314设置在基板312上方并且限定第二开孔315,穿过该第二开孔315可以与第一开孔313沿轴向对准,以便限定声学换能器310的声路的至少一部分。在各种实施方式中,支承结构314可以由玻璃(例如,具有磷含量的玻璃)形成。在一些实施方式中,第二开孔315可以具有与第一开孔313相同的横截面(例如,直径)。在其它实施方式中,第二开孔315可以具有相对于第一开孔313更大或更小的横截面。

声学换能器310包括:底部振膜或第一振膜320,以及与第一振膜320间隔开的顶部振膜或第二振膜330,使得在该第一振膜与第二振膜之间形成空腔341,该空腔341的压力低于大气压,例如,处于1mTorr至10Torr的范围内,或者处于1mTorr至1Torr的范围内。在空腔341中,将背板340定位在第一振膜320与第二振膜330之间。分别在对应的边缘锚343和333处,将背板340锚定在第一振膜320上,并且将第二振膜330锚定在背板340上。边缘锚343和333彼此沿径向偏移。应意识到,被包括在声学换能器310中的组件可以具有如图3B中最佳示出的圆形横截面。将第一振膜320的至少一部分(例如,邻近第一振膜320的第一周界(perimetral)边缘321并且从第一周边边缘起径向内)设置在支承结构314上。第一振膜320的第一周边边缘321延伸超过支承结构314的周界,并且联接至基板312。而且,第二振膜330的第二周边边缘331朝着第一周边边缘321延伸并且联接至该第一周边边缘。如图3A所示,可以将支承结构314的一部分314a嵌入在边缘锚333和343与第二振膜330的第二周边边缘331之间的容积中。

第一振膜320和第二振膜330中的各个振膜的位于空腔341外部的表面暴露于大气环境,例如大气。可以在背板340中限定多个孔342,使得空腔341的位于第一振膜320与背板340之间的一部分连接至空腔341的处于第二振膜330与背板340之间的第二部分。虽然被示出为包括单个层,但是在各种实施方式中,第二振膜330也可以包括多个层。例如,第二振膜330可以包括第一绝缘层(例如,氮化硅层)以及第二导电层(例如,多晶硅层)。

为了增加柔度,分别在第一振膜320和第二振膜330上形成第一皱纹322和第二皱纹332。第一皱纹322和第二皱纹332沿远离背板340的方向分别从振膜320和330起向外突出(如先前参照声学换能器110所描述的),并且绕声学换能器的纵向轴线AL沿周向定位,如图3B所示。在第一振膜320和第二振膜330中可以限定多于一个的皱纹。在一些实现中,第一皱纹322和第二皱纹332可以比第一振膜320和第二振膜330的中心点更靠近第一振膜320和第二振膜330的外边缘。在其它实施方式中,可以将第一皱纹322和/或第二皱纹332定位得比第一振膜320和第二振膜330的外边缘更接近纵向轴线AL或者与外边缘和纵向轴线等距。而且,第一皱纹322和第二皱纹332可以相对于声学换能器310的纵向轴线AL沿轴向对准或者彼此沿轴向偏移。在各种实施方式中,皱纹322和332的高度可以处于0.5微米至5微米的范围内(例如,0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米或5微米,它们之间的所有范围和值也包含在内),并且振膜320的平坦区域与振膜330的平坦区域之间的所测量的间距可以处于1微米至15微米的范围内(例如,1微米、2微米、3微米、5微米、7微米、9微米、12微米、14微米或15微米,它们之间的所有范围和值也包含在内)。

为了防止第一振膜320和第二振膜330因大气与空腔341中的低压之间的较大压力差而坍陷,第二振膜330包括多个支柱334,所述多个支柱334从第二振膜起朝着第一振膜320延伸穿过背板340中的对应孔342。将支柱334的尖端335定位得邻近第一振膜320并与第一振膜间隔开,使得支柱334成为非锚定的。当振膜320和330中的一个振膜或两个振膜发生振动或者朝着彼此位移(例如,弯曲)时,所述多个支柱334的尖端335中的一个或更多个尖端接触到第一振膜320的位于空腔341内的内表面,以限制振膜320、330朝着彼此进一步位移,至少是在定位有支柱334的位置处,从而防止振膜320、330坍陷,如本文先前所描述的。在各种实施方式中,声学换能器310在振膜320和330的区域中的平均柔度可以是不包括面向外的皱纹以及非锚定支柱的类似声学换能器的平均柔度的8倍以上。在一些实施方式中,可以将所述支柱334中的各个支柱的尖端联接至第一振膜320。声学换能器310可以包括任何数量的支柱334,例如,处于20至500个支柱的范围内(例如,20、25、30、35、40、45、50、100、200、300、400或500个支柱(含))。而且,虽然图3A示出了从第二振膜330起朝着第一振膜320延伸的支柱334,但是在其它实施方式中,支柱可以另外或者另选地从第一振膜320起朝着第二振膜330延伸。

在一些实施方式中,锚定支柱336从第一振膜320起朝着第二振膜330延伸穿过背板中的对应孔342。锚定支柱336可以从第一振膜320的内缘(rim)起朝着第二振膜330延伸。锚定支柱336的顶点337接触第一振膜320并且联接至第一振膜,使得锚定支柱336被整形为倒截锥形。在其它实施方式中,锚定支柱可以具有任何其它合适形状,例如,圆形、正方形或矩形截面、倒圆S形侧壁或者任何其它合适形状。在第一振膜320中限定有穿孔(pierce)324,并且限定了贯穿顶点337的通孔338。通孔338至少部分地与穿孔324重叠(例如,与穿孔324沿轴向对准),并且具有与穿孔324相同的横截面(例如,直径)。在其它实施方式中,通孔338的横截面可以大致大于穿孔324的横截面(例如,直径)。穿孔324和通孔338可使声学换能器310的前腔容积与后腔容积之间达到压力均衡。

也可以在第二振膜330中形成多个开孔339。现在,还参照图3C,将所述多个开孔339构造成,使在制造过程期间,各向同性蚀刻剂(isotropic etchant)(例如,湿蚀刻剂,诸如缓冲氢氟酸)流过该开孔,以蚀刻并去除支承结构314的可以被设置在第一振膜320与第二振膜330之间的部分,从而形成空腔341。在背板340中限定的孔342也可使蚀刻剂流过该孔并蚀刻支承结构314的可以位于背板340与第一振膜320之间的部分。所述多个开孔339可以例如利用低应力氮化硅(LSN:low stress silicon nitride)进行密封。图3C示出了声学换能器310的由图3A中的箭头A所指示的一部分,该部分示出了第二振膜330中限定的所述多个开孔339中的在利用由密封材料形成的塞子364进行密封之后的一个开孔339。将闩挡结构(catch structure)366设置在空腔341内的开孔339的下方,并且联接至第二振膜330。闩挡结构366包括在对应的开孔339下方延伸的横档(ledge)367。开孔399可以具有足够大的直径,以使密封材料能够穿过该开孔并且淀积在横档367上。密封材料堆积在横档367上,并且最终形成塞子364,该塞子364密封开孔339。在一些实施方式中,开孔339的边缘与横档367的边缘之间的距离可以处于在1um至10um的范围内,并且在整个装置上可以是不均匀的。通过改变开孔339的边缘与横档367的边缘之间的距离,可以调整开孔339附近的结构材料的蚀刻速率。

在一些实施方式中,可以在无需使用闩挡结构366的情况下对在第二振膜330中限定的所述多个开孔339进行密封。例如,图3D是根据又一实施方式的声学换能器的一部分的侧截面图。该部分示出了声学换能器的第二振膜330a、示出了被限定在第二振膜330a中的开孔339a。第二振膜330a除了其中所限定的开孔339a的尺寸小于第二振膜330中所限定的类似开孔339的尺寸以外,其它方面与第二振膜330大致相似。开孔339a可以足够小,以使密封材料能够在开孔339a周围形成塞子364a,而无需在其下方使用闩挡结构,如随声学换能器310所述的。在一些实施方式中,孔的直径或横截面可以处于50nm至500nm的范围内。

图3E示出了声学换能器310的由图3A中的箭头B所指示的一部分,以示出与周边边缘321或者第一振膜320的周界相邻地形成的应力消除结构350。应力消除结构350可以沿着第一振膜320的整个周界(例如,绕纵向轴线AL沿周向)延伸。在一些其它情况下,应力消除结构350可以仅在第一振膜320的周界的一部分上延伸。

应力消除结构350的厚度TSR可以大于邻近第一振膜320的中心的该第一振膜320的厚度Td。在一些实施方式中,应力消除结构350的厚度可以从振膜320的厚度Td开始逐渐增加到厚度TSR。举例来说,如图3B所示,应力消除结构350的厚度随着距第一振膜320的中心的距离的增加而增加,直到该厚度等于厚度TSR。即,应力消除结构350的厚度根据距第一振膜320的中心的距离而增加。

在一些实施方式中,应力消除结构350包括被设置在两个第二类型材料层之间的第一类型材料层。举例来说,如图3E所示,应力消除结构350包括:嵌入在第一振膜层352与被设置在第一振膜层之上的第二振膜层354之间的第一类型材料层356,第一振膜层和第二振膜层皆由第二类型材料形成。振膜层352和354可以至少部分地包围第一材料层356。第一材料可以包括硅、氮化硅、氮氧化硅、具有磷含量的玻璃、PSG和BPSG或者用于形成支承结构314的任何其它材料中的一种或更多种。第二类型材料可以包括氮化硅(例如,低应力氮化硅)。在其它实施方式中,应力消除结构完全由氮化硅形成。即,应力消除结构350可以是第一振膜320的较厚的部分。

应力释放结构350可以减小沿第一振膜320的周界的应力升高的风险。特别地,投在第一振膜320上的较大压力瞬变会导致沿着第一振膜320的周界的机械应力增加。应力的这种增加会增加第一振膜320破裂或畸变的风险。应力消除结构350降低了应力升高的风险,并因此,增加了第一振膜320的稳健性。

虽然参照第一振膜320进行了描述,但是在各种实施方式中,第二振膜330也可以在其周边边缘处包括应力消除结构。例如,图3F是根据另一实施方式的声学换能器410的示意性例示图。声学换能器410包括基板412和支承结构414。被设置在基板412上的振膜420和430之间形成有空腔441,该空腔441具有比大气压低的压力。在空腔441内,将背板440设置在第一振膜420与第二振膜430之间。振膜420和430中的各个振膜皆包括向外突出的皱纹422和432,如本文先前所描述的。分别在对应的边缘锚443和433处,将背板440锚定在第一振膜420上,并且将第二振膜430锚定在背板440上。类似于声学换能器410,第一振膜420在其径向边缘处包括第一应力消除结构450,该第一应力消除结构450的厚度朝着边缘以渐缩的方式逐渐增加。第一应力消除结构450大致类似于本文先前参照图3A和图3E所描述的应力消除结构350。而且,第二振膜430也包括被形成在该第二振膜的径向边缘处的第二应力消除结构460。第二应力消除结构460包括第一类型材料(例如,PSG或BPSG)层466,该第一类型材料层466被嵌入在由第二类型材料(例如,氮化硅或低应力氮化物)形成的第一振膜462与第二振膜层464之间。第一振膜层462的一部分形成边缘锚,并且将第二振膜层464的一部分设置在边缘锚433的上方,使得边缘锚433也被嵌入有第一类型材料。进一步扩展,第一振膜层462和第二振膜层464被设置在彼此之上,以形成第二振膜430。朝着第二振膜430的边缘,将第二振膜层464与第一振膜层462间隔开以形成应力消除结构460。锥形侧壁465将第二振膜层464联接至第一振膜层462。

图3G示出了图3A的声学换能器的由图3A中的箭头C所指示的一部分。空腔341的形成可以涉及:蚀刻边缘锚333和343的径向内侧的、被设置在第一振膜320与第二振膜330之间的结构材料(例如,PSG或BPSG,其可以是形成支承结构314的支承结构层的一部分)。在一些实施方式中,可以使用各向同性蚀刻剂(例如,湿蚀刻剂),或者可以对蚀刻进行定时,以蚀刻振膜320与振膜330之间的大致所有结构材料,使得空腔341基本上没有任何结构材料。蚀刻剂经由开孔339进入空腔341,该开孔随后被密封,如本文先前所描述的。

在其它实施方式中,可以对蚀刻进行定时,使得在空腔341中形成周界支承结构。例如,图3H是根据另一实施方式的声学换能器310a的一部分的侧截面图。声学换能器310a大致类似于声学换能器310。然而,与声学换能器310的不同之处在于,在第一振膜320和第二振膜330的径向边缘处形成有周界支承结构317。周界支承结构317a附接至并且支承第一振膜320和第二振膜330的周界的至少一部分,并且被定位成在空腔341内邻近第一振膜320和第二振膜330的边缘。周界支承结构317a包括:第一层317aa(例如,磷含量在0.01wt%至10wt%的范围内的第一玻璃部分,诸如PSG);以及第二层317ab(例如,磷含量在0.01wt%至10wt%的范围内的第二玻璃部分,诸如PSG部分),该第一层和第二层皆具有相同的杂质含量(例如,相同的磷含量)。例如,可以将用于形成支承结构314的结构材料的蚀刻执行达预定时间,并且可以在到达边缘锚333和343之前停止,以形成周界支承结构317a。

在一些实施方式中,首先,相对于远离开孔339的部分,蚀刻结构材料中邻近该开孔339的部分,使得周界支承结构317a的径向内侧壁具有锥状外形(tapered profile)。例如,如图3H所示,周界支承结构317a的径向内侧壁是从第二振膜330到背板340并且从背板340到第一振膜320逐渐变细的。在其它实施方式中,第一层317aa可以具有第一磷含量(例如,在2%至6%的范围内),并且第二层317ab可以具有不同于第一磷含量的第二磷含量(例如,在4%至10%的范围内)。这可以造成对结构材料的不均匀蚀刻,从而导致锥形外形。周界支承结构317a可以增加振膜320和330的稳健性。

在一些实施方式中,周界支承结构可以包括三个或更多个层。例如,图3I是根据又一实施方式的声学换能器310b的一部分的示意性例示图。声学换能器310b大致类似于声学换能器310a。与声学换能器310a的不同之处在于,声学换能器310b包括周界支承结构317b,该周界支承结构317b包括:邻近第一振膜320的径向边缘的的第一层317ba(例如,第一玻璃、PSG或BPSG部分);以及邻近第二振膜330的径向边缘的第二层317bb(例如,第二玻璃、PSG或BPSG部分),该第一层和第二层皆具有较低的杂质含量(例如,磷含量在2%至4%的范围内的玻璃)。周界支承结构317b还包括第三层317bc(例如,第三玻璃、PSG或BPSG部分),该第三层被317bc设置在第一层317ba与第二层317bb之间。相对于第一层317ba和第二层317bb,第三层317bc具有较高的杂质含量(例如,磷含量在4%至10%的范围内的玻璃)。可以将结构材料层的蚀刻执行达预定时间,以在到达边缘锚333和343之前停止以形成周界支承结构317b。具有较低杂质含量的第一317ba和第二层317bb比第三层317bc蚀刻得更慢,使得第一层317ba和第二层317bb中的各个层的内侧壁从第三层317bc起分别朝着振膜320和330沿径向向内逐渐变细。这可以进一步增加第一振膜320和第二振膜330中的各个振膜的稳健性。在一些实施方式中,层317ba/317bb/317bc中的一个或更多个层内的杂质含量也可以沿着该层的高度而改变。

图3J是根据又一实施方式的声学换能器310c的一部分的侧截面图。声学换能器310c包括被设置在基板312上的第一振膜320。将第二振膜330c与第一振膜320间隔开,使得在第二振膜与第一振膜之间形成空腔341c,该空腔314c的压力低于大气压。在空腔341c内,背板340c被设置在第一振膜320与第二振膜330c之间。与第二振膜330和背板340的不同之处在于,第二振膜330c和背板340c不包括边缘锚。而相反,第二振膜330c的周边边缘331c朝着第一振膜320的周边边缘321延伸并且联接至该该周边边缘。在所述空腔中,将周界支承结构317c设置得在第一振膜320上方邻近第二振膜330c的周边边缘331c。将背板340c的周界嵌入在周界支承结构317c中。周界支承结构317c可以包括具有单一磷含量、可变磷含量的单个层,或者包括多个层,其中各个层的磷含量相同或不同。

在一些实施方式中,可以将声学换能器310包括在麦克风组件中。例如,图4是根据实施方式的麦克风组件300a的示意性例示图。麦克风组件300a可以包括MEMS麦克风组件。麦克风组装件300a可以用于将声学信号转换成任何装置(举例来说,如蜂窝电话、膝上型电脑、电视机遥控器、平板电脑、音频系统、耳机、可佩戴装置、便携式扬声器、汽车音响系统、或者使用麦克风组件的任何其它装置)中的电信号。

麦克风组件300a包括基部302,在该基部302中限定有端口304或声孔(soundport),使得麦克风组件300a是底端口麦克风组件。盖子306置放在基部302上并且限定内部容积,在该内容容积内置放有声学换能器310和集成电路308a。在其它实施方式中,可以在盖子306中而不是在基部302中限定端口304,使得麦克风组件300包括顶端口麦克风组件。盖子306可以由合适材料(举例来说,如金属(例如,铝、铜、不锈钢等)、塑料、聚合物等)来形成,并且可以例如经由粘合剂、焊料联接至基部302,或者熔接至该基部。在一些实施方式中,盖子306可以是金属和塑料的复合物,例如,具有嵌件模制的或在包覆模制塑料的金属。

基部302可以由在印刷电路板(PCB:printed circuit board)制造中使用的材料(例如,塑料)来形成。例如,基板可以包括PCB,该PCB被配置成在其上安装声学换能器310、集成电路308a以及盖子306。声学换能器310被置放在端口304上,并且被配置成响应于声学信号而生成电信号。声学换能器310将麦克风组件的前腔容积305与后腔容积307分隔开,该前腔容积305与端口304是以流体连通的。例如,可以将基板312定位在围绕端口304的基部302上,使得该基板302的开孔313与端口304沿轴向对准。可以将底部振膜320定位成面对端口304,以便经由前腔容积305接收通过端口304的声学信号。顶部振膜330面向后腔容积307。振膜320中的穿孔324允许前腔容积305与后腔容积307之间的气压均衡。

在图4中,示出了声学换能器310和集成电路308a是设置在基部302的表面上的,但是在其它实施方式中,可以将这些组件中的一个或更多个组件设置在盖子306上(例如,盖子306的内表面上)盖子306的侧壁上或者彼此堆叠。在一些实施方式中,基部302可以包括外部装置接口,该外部装置接口具有多个触点,所述多个触点联接至集成电路308,例如联接至可以设置在集成电路308a上的连接焊盘(例如,焊接焊盘)。在一些实现中,集成电路308a是专用集成电路(ASIC)。可以将触点具体实施为引脚、焊盘、凸块或球等其它已知的或未来的安装结构。外部装置接口上的触点的功能和数量取决于所实现的一个或多个协议,并且可以包括电源触点、地触点、数据触点以及时钟触点等等。外部装置接口准许使用回流焊接、熔接或其它组装工艺来将麦克风组件300与主机装置集成在一起。

集成电路308a例如经由电引线电联接至声学换能器310,并且还可以联接至基部302(例如,联接至被设置在基部302上的迹线或其它电触点)。集成电路308a从声学换能器310接收电信号,并且可以在输出数字或模拟声学信号之前对该信号进行放大和调节。集成电路308a还可以包括根据所希望的输出协议的协议接口(未示出)。还可以将麦克风组件300a配置成准许如本文所描述的对该麦克风组件进行编程或查询。示例性协议包括但不限于,PDM、PCM、SoundWire、I2C、I2以及SPI等等。

麦克风组件300a可以包括外部装置接口(即,电接口),该外部装置接口具有与主机装置进行电气集成的多个电触点(例如,电源、地、数据、时钟)。外部装置接口可以设置在基部302的外表面上,并且被配置为回流焊接(reflow soldering)至主机装置。另选地,可以将该接口设置在基部302或盖子306的某一其它表面上。集成电路308a可以被封装材料覆盖,该封装材料可以具有电绝缘、电磁屏蔽以及热屏蔽特性。集成电路308a从声学换能器310接收电信号,并且可以在输出数字或模拟声学信号之前对该信号进行放大或调节。例如,集成电路308a可以从声学换能器310接收以下电信号,该电信号具有响应于声学换能器310的电容变化(例如,振膜320、330与声学换能器310的背板340之间的电容变化)而改变的特性(例如,电压);或者从声学换能器310接收表示声学信号的压电电流。

图5是麦克风组件300a的简化电路图。振膜320和330是在偏置电压Vbias下发生偏置的。在一些实施方式中,可以将不相等的偏压施加至由各个振膜320和330所形成的电容。第二振膜330的电容变化与第一振膜320的电容变化是异相的(out-of-phase),这是因为声学信号仅在进入端口304之后才碰撞在第一振膜320上的。振膜320和330通过支柱的机械联接导致振膜320、330一致地振动,以使可以将振膜建模为异相电容器。集成电路308a可以包括模拟缓冲级,以放大从振膜320和330接收到的电信号。集成电路308a还可以包括模数转换(ADC:analog-to-digital conversion)电路,诸如sigma-delta调制器(图5中的∑Δ)。然而,该处理可以在模拟域中执行,使得可以排除ADC。从集成电路308a接收到的合成电信号指示由声学换能器310检测到的声学信号。

在一些实施方式中,声学换能器310可以用于压力感测组件中。例如,图6示出了压力感测组件300b,该压力感测组件300b包括置放在基部302上的声学换能器310,并且包括盖子306和集成电路308b(例如,ASIC)。然而,声学换能器310的前腔容积305和后腔容积307均可以对大气压或环境压力开放(例如,经由通过穿孔324的压力均衡)。这使得环境压力或大气压均等地作用在第一振膜320和第二振膜330中的各个振膜上,以使振膜320和330在支柱之间的区域中,经历因振膜320、330的偏斜或弯曲而引起的电容的共模或同相变化。

图7是压力感测组件300b的简化电路图。振膜320和330是在偏置电压Vbias下发生偏置的。在一些实施方式中,可以将不相等的偏压施加至由各个振膜形成的电容。第二振膜330的电容变化与均等地作用在振膜320和330中的各个振膜上的大气压的变化同相,以使就可以将振膜建模为同相电容。集成电路308b可以包括模拟缓冲级,以放大从振膜320和330接收到的电信号。集成电路308b也可以包括模数转换(ADC:analog-to-digitalconversion)电路,诸如sigma-delta调制器(图7中的∑Δ)。然而,该处理可以在模拟域中执行,使得可以排除ADC。集成电路308b例如还可以包括低通滤波器(LPF:low passfilter),以减少噪声和/或将大气压变化与声学信号隔离开。从集成电路308b接收到的合成电信号指示由声学换能器310检测到的大气压。

图8是根据实施方式的制造声学换能器(例如,声学换能器110、210e、310、310a/310b/310c、410)的示例方法500的示意性流程图。该方法包括以下步骤:在502,设置基板。基板例如可以包括:基板112、212、312、412,并且可以由硅、氧化硅、玻璃、陶瓷或者任何其它合适材料来形成。

在504,在基板上方形成第一振膜,使得第一振膜在其周界处附接至基板。第一振膜(例如,第一振膜120、220e、320、420)具有朝着基板延伸的面向外的皱纹。第一振膜可以由低应力材料(例如LSN、低应力陶瓷或多晶硅)来形成。

在506,背板(例如,背板140、240、240e、340、340c、440)形成为沿远离基板的方向与第一振膜间隔开。背板材料相对于第一振膜材料和第二振膜材料可以是基本上不挠曲的,并且例如可以包括多/SiN/多(poly/SiN/poly)层堆叠或者其它导体/绝缘体/导体层堆叠。背板也可以由诸如多晶硅这样的单层导电材料形成。在一些实施方式中,还形成了贯穿背板的多个孔。

在508,将第二振膜(例如,第二振膜130、230e、330、330a、330c、430)形成为沿远离基板的方向与背板间隔开,并且在该第二振膜的周界处附接至基板。第二振膜也可以由低应力材料(例如LSN、低应力陶瓷或多晶硅)来形成。在一些实施方式中,形成第二振膜的步骤还可以包括:在510,形成从第二振膜起朝着第一振膜延伸的支柱(例如,支柱234a、234b、234c、234d、334)。将支柱的一部分定位得邻近另一振膜(例如,在默认位置与另一振膜间隔开50nm至2微米的距离,如本文先前所描述的),并且被配置成,响应于第一振膜和第二振膜中的至少一个振膜朝着另一振膜的移动而接触到另一振膜,以便防止第一振膜和第二振膜在大气压下坍陷。

在一些实施方式中,形成第二振膜的步骤还可以包括:形成锚定支柱(例如,锚定支柱336),该锚定支柱从第一振膜起朝着第二振膜延伸穿过背板中的对应孔,该锚定支柱的顶点接触另一振膜并且联接至另一振膜。可以限定贯穿顶点的通孔,并且可以在第二振膜中限定至少部分地与该通孔重叠的穿孔,以使声学换能器的前腔容积与后腔容积之间的压力均衡。在各种实施方式中,通孔和穿孔可以通过深反应离子蚀刻(DRIE:deep reactiveion etching)工艺来形成。

在512,通过使用各向同性蚀刻以从第一振膜与第二振膜之间去除结构材料,从而在第一振膜与第二振膜之间形成空腔。在一些实施方式中,背板限定了贯穿该背板的至少一个孔,使得空腔的位于第一振膜与背板之间的第一部分连接至空腔的处于第二振膜与背板之间的一部分。在一些实施方式中,在第二振膜中限定了开孔,例如,可以经由湿刻或干刻工艺在第二振膜330、330a中限定开孔339、339a。开孔可使各向同性蚀刻剂接触到并蚀刻被设置在第一振膜与第二振膜之间的结构材料(例如,支承结构的一部分),从而形成空腔。

在一些实施方式中,可以蚀刻结构材料(例如,磷含量在0.01wt%至10wt%的范围内的玻璃,诸如PSG),使得支承结构的一部分保持附接至并支承第一振膜和第二振膜的在基板上方的周界的至少一部分。在空腔内,将周界支承结构定位得邻近第一振膜和第二振膜的边缘。

在514,使用低压淀积工艺(例如,LPCVD、PECVD、ALD、溅射或蒸发)来淀积密封层(例如,低应力氮化硅、金属等),以利用塞子(例如,塞子364、364a)来密封开孔(例如,开孔339、339a)。该操作以小于大气压的压力(例如,处于1mTorr至10Torr的范围内,或者1mTorr至1Torr的范围内)来密封空腔。

在516,通过例如使用深反应离子蚀刻(DRIE:deep reactive ion etch)工艺蚀刻穿过基板来在基板(例如基板312)中形成开孔(例如,开孔313)。在一些实施方式中,可能发生附加的蚀刻(例如,使用缓冲氢氟酸的湿刻),以限定支承结构314、414的位置。在一些实施方式中,可以在在第一振膜与第二振膜之间形成空腔之前以及在以小于大气压的压力密封空腔之前(例如,操作516可以发生在操作514之前或者发生在操作512之前)形成基板中的开孔。

图9是根据又一实施方式的声学换能器610的侧截面图。声学换能器610例如可以包括供在MEMS麦克风组件中使用的MEMS声学换能器或者MEMS压力传感器。声学换能器610被配置成,响应于声学信号或大气压变化而生成电信号。声学换能器610类似于声学换能器310,但具有本文所描述的一些差异。

声学换能器610包括基板312(例如,硅基板、玻璃基板或陶瓷基板),该基板中限定了第一开孔313。然而,与声学换能器310的不同之处在于,支承结构614设置在基板312上方并且限定第二开孔315,穿过该第二开孔315可以与第一开孔313沿轴向对准,以便限定声学换能器310的声路的至少一部分。支承结构614包括:支承结构第一层615、支承结构第二层616以及支承结构第三层617。在一些实施方式中,支承结构第一层615包括厚度在300nm至900nm的范围(例如,300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm或900nm(含))内的氧化硅(例如,热氧化硅)。在一些实施方式中,支承结构第二层616包括磷含量在6wt%至8wt%的范围(例如,6wt%、7wt%或8wt%(含))内的玻璃。例如,玻璃可以包括磷硅酸盐玻璃。在一些实施方式中,支承结构第三层617包括氧化硅{例如,通过低压化学汽相淀积(LPCVD:lowpressure chemical vapor deposition)淀积的}并且厚度在400nm至700nm的范围(例如,400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm或700nm(含))内。

声学换能器610包括底部振膜或第一振膜620以及与第一振膜620间隔开的顶部振膜或第二振膜330,使得在该第一振膜与第二振膜之间形成空腔341,该空腔341的压力低于大气压,例如,处于1mTorr至10Torr的范围内,或者处于1mTorr至1Torr的范围内。与第一振膜320的不同之处在于,第一振膜620不包括应力消除结构。

在空腔341中,背板340位于第一振膜620与第二振膜630之间。将第一振膜620的至少一部分(例如,邻近第一振膜620的第一周边边缘621并且从第一周边边缘起径向内)设置在支承结构614上。第一振膜620的第一周边边缘621延伸超过支承结构614的周界,并且联接至基板312。而且,第二振膜330的第二周边边缘331朝着第一周边边缘621延伸并且联接至该第一周边边缘621。

第一振膜620和第二振膜330中的各个振膜的位于空腔341外部的表面暴露于大气环境,例如大气。可以在背板340中限定多个孔342,使得空腔341的位于第一振膜620与背板340之间的部分连接至空腔341的处于第二振膜330与背板340之间的第二部分。第一振膜620和第二振膜330中的各个振膜分别包括向外突出的皱纹622和332,如本文先前所描述的。在各种实施方式中,皱纹622和332的高度可以处于0.5微米至5微米的范围内(例如,0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米或5微米,它们之间的所有范围和值也包含在内),并且振膜620的平坦区域与振膜330的平坦区域之间的所测量间距可以处于1微米至15微米的范围内(例如,1微米、2微米、3微米、5微米、7微米、9微米、12微米、14微米或15微米,它们之间的所有范围和值也包含在内)。应意识到,皱纹322、622是周向的并且可以包括多个皱纹。

第二振膜330包括多个支柱334,所述多个支柱334从第二振膜330起朝着第一振膜620延伸穿过背板340中的对应孔342。在其它实施方式中,支柱334可以从第一振膜620起朝着第二振膜330延伸。锚定支柱336从第一振膜620起朝着第二振膜330延伸穿过背板中的对应孔342。在第一振膜620中限定有穿孔324,并且限定了贯穿顶点337的通孔338。通孔338至少部分地与穿孔324重叠(例如,与穿孔324沿轴向对准),并且可以具有与穿孔324相同或不同的横截面(例如,直径)。

还可以在第二振膜330中形成多个开孔339,以使各向同性蚀刻剂(例如,湿蚀刻剂,诸如缓冲氢氟酸)流过该开孔以蚀刻并去除支承结构314的一部分,如本文先前所描述的。所述多个开孔339可以例如利用低应力氮化硅(LSN:low stress silicon nitride)进行密封。将闩挡结构366设置在空腔341内的开孔339的下方,并且联接至第二振膜330,如本文先前所描述的。在一些实施方式中,闩挡结构366可以由导电材料(例如,多晶硅)来形成。用于形成闩挡结构366的层可以兼用作顶部振膜电极。在一些实施方式中,可以在无需使用闩挡结构366的情况下对在第二振膜330中限定的所述多个开孔339进行密封。

如图9所示,可以将第二支承结构624以及第三支承结构634嵌入在边缘锚333和343与第二振膜330的第二周边边缘331之间的容积中。第二支承结构624设置在第一振膜620与背板340之间,并且包括:第二支承结构第一层625、第二支承结构第二层626以及第二支承结构第三层627。在一些实施方式中,第二支承结构第一层625包括厚度在400nm至700nm的范围(例如,400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm或700nm(含))内的氧化硅(例如,LPCVD热氧化硅)。在一些实施方式中,第二支承结构第二层626包括磷含量在6wt%至8wt%的范围(例如,6wt%、7wt%或8wt%(含))内的玻璃,并且厚度在1,000nm至2,000nm的范围(例如1,000nm、1,100nm、1,200nm、1,300nm、1,400nm、1,500nm、1,600nm、1,700nm、1,800nm、1,900nm或2,000nm(含))内。在一些实施方式中,第二支承结构第三层627还包括磷含量在3wt%至6wt%的范围(例如,3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、5.5wt%或6wt%(含))内的玻璃,并且厚度在1,000nm至2,000nm的范围(例如1,000nm、1,100nm、1,200nm、1,300nm、1,400nm、1,500nm、1,600nm、1,700nm、1,800nm、1,900nm或2,000nm(含))内。

第三支承结构634设置在第二振膜330与背板340之间,并且包括:第三支承结构第一层635、第三支承结构第二层636以及第三支承结构第三层637。在一些实施方式中,第三支承结构第一层635还包括磷含量在3wt%至6wt%的范围(例如,3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、5.5wt%或6wt%(含))内的玻璃,并且厚度在500nm至1,000nm的范围(例如500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1,000nm(含))内。在一些实施方式中,第三支承结构第二层636包括磷含量在6wt%至8wt%的范围(例如,6wt%、7wt%或8wt%(含))内的玻璃,并且厚度在2,000nm至4,000nm的范围(例如1,000nm、2,200nm、2,400nm、2,600nm、2,800nm、3,000nm、3,200nm、3,400nm、3,800nm或4,000nm(含))内。在一些实施方式中,第三支承结构第三层637还包括磷含量在3wt%至6wt%的范围(例如,3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、5.5wt%或6wt%(含))内的玻璃,并且厚度在1,000nm至2,000nm的范围(例如1,000nm、1,100nm、1,200nm、1,300nm、1,400nm、1,500nm、1,600nm、1,700nm、1,800nm、1,900nm或2,000nm(含))内。

图10是根据又一实施方式的声学换能器710的侧截面图。声学换能器710例如可以包括供在MEMS麦克风组件中使用的MEMS声学换能器或者MEMS压力传感器。将声学换能器710配置成,响应于声学信号或大气压变化而生成电信号。

声学换能器710包括基板312(例如,硅基板、玻璃基板或陶瓷基板),在该基板312中限定了第一开孔313。本文先前参照图9所描述的支承结构614设置在基板312上方并且限定第二开孔315,穿过该第二开孔315可以与第一开孔313沿轴向对准,以便限定声学换能器710的声路的至少一部分。

声学换能器710包括:如本文先前参照图9所描述的底部振膜或第一振膜620;以及与第一振膜620间隔开的顶部振膜或第二振膜730,使得在该第一振膜与第二振膜之间形成以下空腔741:该空腔的压力低于大气压,例如,处于1mTorr至10Torr的范围内,或者处于1mTorr至1Torr的范围内。

在空腔741中,背板740位于第一振膜620与第二振膜730之间。将第一振膜620的至少一部分(例如,邻近第一振膜620的第一周边边缘621并且从第一周边边缘起径向向内)设置在支承结构614上。第一振膜620的第一周边边缘621延伸超过支承结构614的周界,并且联接至基板312。而且,第二振膜730的第二周边边缘737朝着第一周边边缘621延伸并且联接至该第一周边边缘。

第一振膜620和第二振膜730中的各个振膜的位于空腔741外部的表面暴露于大气环境,例如大气。可以在背板740中限定多个孔742,使得空腔741的位于第一振膜620与背板740之间的部分连接至空腔741的处于第二振膜730与背板740之间的第二部分。第一振膜620和第二振膜730中的各个振膜分别包括向外突出的皱纹622和732,如本文先前所描述的。在各种实施方式中,皱纹622和732的高度可以处于0.5微米至5微米的范围内(例如,0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米或5微米,它们之间的所有范围和值也包含在内),并且振膜620的平坦区域与振膜730的平坦区域之间的所测量的间距可以处于1微米至15微米的范围内(例如,1微米、2微米、3微米、5微米、7微米、9微米、12微米、14微米或15微米,它们之间的所有范围和值也包含在内)。应意识到,皱纹622、732是周向的并且可以包括多个皱纹。

第二振膜730包括多个支柱754,所述多个支柱754从第二振膜730起朝着第一振膜620延伸穿过背板740中的对应孔742。在其它实施方式中,支柱754可以从第一振膜620起朝着第二振膜730延伸。锚定支柱756从第一振膜620起朝着第二振膜730延伸穿过背板740中的对应孔742。在第一振膜720中限定有穿孔324,并且限定了贯穿锚定支柱756的顶点737的通孔738。通孔738至少部分地与穿孔324重叠(例如,与穿孔324沿轴向对准),并且可以具有与穿孔324相同或不同的横截面(例如,直径)。

还可以在第二振膜730中形成多个开孔739,以使各向同性蚀刻剂(例如,湿蚀刻剂,诸如缓冲氢氟酸)流过该开孔以蚀刻并去除可以设置在空腔741中的牺牲层的一部分,如本文先前所描述的。所述多个开孔739可以例如利用低应力氮化硅(LSN:low stresssilicon nitride)进行密封。将闩挡结构766设置在空腔741内的开孔739的下方,并且联接至第二振膜730,如本文先前所描述的。在一些实施方式中,在第二振膜730中限定的所述多个开孔739可以在无需使用闩挡结构766的情况下进行密封。在一些实施方式中,闩挡结构766可以由导电材料(例如,多晶硅)来形成。用于形成闩挡结构766的层可以兼用作第二振膜730的电极。

与第二振膜330和背板340的不同之处在于,第二振膜730和背板740不包括边缘锚。而相反,第二振膜730的周边边缘731朝着第一振膜620的周边边缘721延伸并且联接至该该周边边缘。在空腔741中,第一周界支承结构324设置得在第一振膜620与背板740之间邻近第二振膜730的周边边缘737;并且在空腔741中,第二周界支承结构734设置得在第二振膜730与背板740之间邻近第二振膜730的周边边缘737。

第一周界支承结构324包括:第一周界支承结构第一层725、第一周界支承结构第二层726以及第一周界支承结构第三层727。在一些实施方式中,第一周界支承结构第一层725包括厚度在400nm至700nm的范围(例如,400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm或700nm(含))内的氧化硅(例如,LPCVD热氧化硅)。在一些实施方式中,第一周界支承结构第二层726包括磷含量在6wt%至8wt%的范围(例如,6wt%、7wt%或8wt%(含))内的玻璃,并且厚度在1,000nm至2,000nm的范围(例如1,000nm、1,100nm、1,200nm、1,300nm、1,400nm、1,500nm、1,600nm、1,700nm、1,800nm、1,900nm或2,000nm(含))内。在一些实施方式中,第一周界支承结构第三层727还包括磷含量在3wt%至6wt%的范围(例如,3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、5.5wt%或6wt%(含))内的玻璃,并且厚度在1,000nm至2,000nm的范围(例如1,000nm、1,100nm、1,200nm、1,300nm、1,400nm、1,500nm、1,600nm、1,700nm、1,800nm、1,900nm或2,000nm(含))内。

第二周界支承结构734包括:第二周界支承结构第一层735、第二周界支承结构第二层736以及第二周界支承结构第三层737。在一些实施方式中,第二周界支承结构第一层735还包括磷含量在3wt%至6wt%的范围(例如,3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、5.5wt%或6wt%(含))内的玻璃,并且厚度在500nm至1,000nm的范围(例如500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1,000nm(含))内。在一些实施方式中,第二周界支承结构第二层736包括磷含量在6wt%至8wt%的范围(例如,6wt%、7wt%或8wt%(含))内的玻璃,并且厚度在2,000nm至4,000nm的范围(例如1,000nm、2,200nm、2,400nm、2,600nm、2,800nm、3,000nm、3,200nm、3,400nm、3,800nm或4,000nm(含))内。在一些实施方式中,第二周界支承结构第三层737还包括磷含量在3wt%至6wt%的范围(例如,3wt%、3.5wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、5.5wt%或6wt%(含))内的玻璃,并且厚度在1,000nm至2,000nm的范围(例如1,000nm、1,100nm、1,200nm、1,300nm、1,400nm、1,500nm、1,600nm、1,700nm、1,800nm、1,900nm或2,000nm(含))内。

在一些实施方式中,提供了一种响应于声学信号来生成电信号的声学换能器,所述声学换能器包括:第一振膜,所述第一振膜中形成有第一皱纹;以及第二振膜,所述第二振膜中形成有第二皱纹。所述第二振膜与所述第一振膜间隔开,使得在所述第二振膜与所述第一振膜之间形成空腔,所述空腔具有低于大气压的压力。背板被设置在所述第一振膜与所述第二振膜之间的所述空腔中。

在一些实施方式中,所述第一皱纹和所述第二皱纹中的各个皱纹皆沿远离所述背板的方向,分别从所述第一振膜和所述第二振膜起向外突出。

在一些实施方式中,所述背板限定了贯穿所述背板的至少一个孔,使得所述空腔的位于所述第一振膜与所述背板之间的一部分连接至所述空腔的位于所述第二振膜与所述背板之间的一部分。

在一些实施方式中,所述声学换能器还包括:基板,所述基板中限定了第一开孔;以及支承结构,所述支承结构被设置在所述基板上并且限定与所述基板的所述第一开孔对应的第二开孔。所述第一振膜的至少一部分被设置在所述支承结构上。在一些实施方式中,所述支承结构包括磷硅酸盐玻璃层。

在一些实施方式中,所述声学换能器还包括:周界支承结构,所述周界支承结构附接至并且支承所述第一振膜和所述第二振膜的周界的至少一部分,所述周界支承结构被定位成邻近所述第一振膜和第二振膜的边缘。在一些实施方式中,所述周界支承结构至少包括第一层和第二层,所述第一层和所述第二层中的各个层皆包括磷硅酸盐玻璃(PSG)。在一些实施方式中,所述第一层具有第一磷含量,并且所述第二层具有与所述第一磷含量不同的第二磷含量。在一些实施方式中,所述周界支承结构的径向内侧壁具有锥状外形。

在一些实施方式中,所述第一振膜和所述第二振膜中的至少一个振膜包括第一振膜层以及被设置在所述第一振膜层上的第二振膜层。

在一些实施方式中,所述第一振膜和所述第二振膜中的至少一个振膜包括应力消除结构,所述应力消除结构与相应的所述第一振膜或所述第二振膜的周界相邻。所述应力消除结构的厚度大于相应的所述第一振膜或所述第二振膜的以下部分的厚度:所述部分邻近所述相应第一振膜或第二振膜的中心。在一些实施方式中,所述应力消除结构包括被嵌入在两个氮化硅层之间的磷硅酸盐玻璃。在一些实施方式中,所述应力消除结构包括氮化硅。

在一些实施方式中,提供了一种响应于声学信号来生成电信号的声学换能器,所述声学换能器包括:第一振膜;以及第二振膜,所述第二振膜与所述第一振膜间隔开,使得在所述第二振膜与所述第一振膜之间形成空腔,所述空腔具有低于大气压的压力;背板,所述背板被设置在所述第一振膜与所述第二振膜之间的所述空腔中;支柱,所述支柱从所述第二振膜起朝着所述第一振膜延伸穿过在所述背板中限定的孔。所述支柱的一部分被配置成,响应于所述第二振膜朝着所述第一振膜的移动而接触到所述第一振膜。

在一些实施方式中,所述声学换能器还包括:基板,所述基板中限定了第一开孔;以及支承结构,所述支承结构被设置在所述基板上并且限定与所述基板的所述第一开孔对应的第二开孔。所述第一振膜的至少一部分被设置在所述支承结构上。

在一些实施方式中,提供了一种响应于声学信号来生成电信号的声学换能器,所述声学换能器包括:第一振膜,所述第一振膜中形成有第一皱纹;以及第二振膜,所述第二振膜中形成有第二皱纹,所述第二振膜与所述第一振膜间隔开,使得在所述第二振膜与所述第一振膜之间形成空腔,所述空腔具有低于大气压的压力。背板被设置在所述第一振膜与所述第二振膜之间的所述空腔中。支柱从所述第二振膜起朝着所述第一振膜延伸穿过在所述背板中限定的孔。所述支柱的一部分被配置成,响应于所述第二振膜朝着所述第一振膜的移动而接触到所述第一振膜。

在一些实施方式中,所述第一皱纹和所述第二皱纹中的各个皱纹沿远离所述背板的方向,分别从所述第一振膜和所述第二振膜起向外突出。

在一些实施方式中,所述声学换能器还包括:锚定支柱,所述锚定支柱从所述第二振膜起朝着所述第一振膜延伸穿过所述背板中的对应孔。所述锚定支柱的顶点接触所述第一振膜并且联接至所述第一振膜。限定了贯穿所述顶点的通孔以及贯穿所述第一振膜限定的穿孔,所述穿孔至少部分地与所述通孔重叠。

在一些实施方式中,所述声学换能器还包括:基板,所述基板中限定了第一开孔。支承结构被设置在所述基板上并且限定与所述基板的所述第一开孔对应的第二开孔。所述第一振膜的至少一部分被设置在所述支承结构上。

在一些实施方式中,所述声学换能器还包括:周界支承结构,所述周界支承结构附接至并且支承所述第一振膜和所述第二振膜的周界的至少一部分,所述周界支承结构被定位成邻近所述第一振膜和第二振膜的边缘。

在一些实施方式中,所述第一振膜和所述第二振膜中的至少一个振膜还包括应力消除结构,所述应力消除结构与相应的所述第一振膜或所述第二振膜的周界相邻。所述应力消除结构的厚度大于相应的所述第一振膜或所述第二振膜的以下部分的厚度,该部分邻近该相应的所述第一振膜或所述第二振膜的中心。

在一些实施方式中,提供了一种麦克风组件,所述麦克风组件包括:基部。盖子被置放在所述基部上,在所述基部和所述盖子中的一者中限定有端口。声学换能器被置放在所述基部上,并且隔开所述麦克风组件的前腔容积与后腔容积,所述前腔容积与所述端口是流体连通的。所述声学换能器包括:第一振膜,所述第一振膜中形成有第一皱纹;以及第二振膜,所述第二振膜中形成有第二皱纹,所述第二振膜与所述第一振膜间隔开,使得在所述第二振膜与所述第一振膜之间形成空腔,所述空腔具有低于大气压的压力。背板被设置在所述第一振膜与所述第二振膜之间的所述空腔中。支柱从所述第二振膜起朝着所述第一振膜延伸穿过在所述背板中限定的孔。所述支柱的一部分被配置成,响应于所述第二振膜朝着所述第一振膜的移动而接触到所述第一振膜。集成电路电联接至所述声学换能器。所述集成电路被配置成,对所述第一振膜与所述背板之间的以及所述第二振膜与所述背板之间的电容响应于接收到通过所述端口的声学信号而发行的异相变化(out-of-phasechange)进行测量,所述电容的异相变化对应于所述声学信号。

在一些实施方式中,提供了一种压力感测组件,所述压力感测组件包括:基部。将盖子定位在所述基部上,在所述基部或所述盖子之一中限定有端口。将声学换能器定位在所述基部上,并且隔开所述压力感测组件的前腔容积与后腔容积,所述前腔容积与所述端口是以流体连通的。所述声学换能器包括:第一振膜,所述第一振膜中形成有第一皱纹;以及第二振膜,所述第二振膜中形成有第二皱纹,所述第二振膜与所述第一振膜间隔开,使得在所述第二振膜与所述第一振膜之间形成空腔,该空腔具有低于大气压的压力。将背板设置在第一振膜与第二振膜之间的空腔中。支柱从所述第二振膜起朝着所述第一振膜延伸穿过在所述背板中限定的孔。所述支柱的一部分被配置成,响应于所述第二振膜朝着所述第一振膜的移动而接触到所述第一振膜。将集成电路电联接至所述声学换能器,所述集成电路被配置成,对所述第一振膜与所述背板之间以及所述第二振膜与所述背板之间的电容响应于与所述空腔中的压力相对的大气压的变化而发生的同相变化进行测量。

在一些实施方式中,提供了一种方法,所述方法包括以下步骤:设置基板:形成附接至所述基板的周界处的第一振膜,所述第一振膜具有朝着所述基板延伸的皱纹;形成沿远离所述基板的方向与所述第一振膜间隔开的背板,所述第一振膜在所述第一振膜的周界处附接至所述基板;形成沿远离所述基板的方向与所述背板间隔开的第二振膜,所述第二振膜在所述第二振膜的周界处附接至所述基板,所述第二振膜具有远离所述基板延伸的皱纹;以及使用各向同性蚀刻以从所述第一振膜与所述第二振膜之间去除结构材料,从而在所述第一振膜与所述第二振膜之间形成空腔;淀积密封层以密封所述空腔,使得所述空腔的压力低于大气压;以及在所述第一振膜下方的所述基板中形成开孔。在一些实施方式中,所述空腔中的压力处于1mTorr至1Torr的范围内。

在一些实施方式中,所述背板限定了贯穿所述背板的至少一个孔,使得所述空腔的位于所述第一振膜与所述背板之间的一部分连接至所述空腔的位于所述第二振膜与所述背板之间的一部分。

在一些实施方式中,形成所述第二振膜的步骤还包括:在所述第二振膜中形成支柱,所述支柱朝着所述第一振膜延伸穿过在所述背板中限定的孔。所述支柱的一部分被配置成,响应于所述第二振膜朝着所述第一振膜的移动而接触到所述第一振膜。

在一些实施方式中,形成所述第二振膜的步骤还包括:在所述第二振膜中形成锚定支柱,所述锚定支柱朝着所述第一振膜延伸穿过所述背板中的对应孔。所述锚定支柱的顶点接触所述第一振膜并且联接至所述第一振膜;贯穿所述顶点限定通孔以及贯穿所述第一振膜限定穿孔,所述穿孔至少部分地与所述通孔重叠。

在一些实施方式中,提供了一种响应于声学信号来生成电信号的声学换能器,所述声学换能器包括:第一振膜,所述第一振膜包括与所述第一振膜的周界相邻的应力消除结构,所述应力消除结构的厚度大于所述第一振膜的邻近所述第一振膜的中心的部分的厚度。将第二振膜与所述第一振膜间隔开,以便在所述第二振膜与所述第一振膜之间限定空腔,所述空腔具有低于大气压的压力。在所述空腔中,背板位于所述第一振膜与所述第二振膜之间。

在一些实施方式中,所述应力消除结构包括被嵌入在两个氮化硅层之间的磷硅酸盐玻璃。在一些实施方式中,所述应力消除结构包括氮化硅。

在一些实施方式中,所述声学换能器还包括:周界支承结构,所述周界支承结构附接至并且支承所述第一振膜和所述第二振膜的周界的至少一部分,所述周界支承结构被定位成邻近所述第一振膜和第二振膜的边缘。在一些实施方式中,所述周界支承结构至少包括第一层和第二层,所述第一层和所述第二层中的各个层包括磷硅酸盐玻璃(PSG)。在一些实施方式中,所述第一层具有第一磷含量,并且所述第二层具有与所述第一磷含量不同的第二磷含量。

在一些实施方式中,所述周界支承结构的径向内侧壁具有锥状外形。

本文所述的主题有时例示了包含在不同的其它组件内或与其相连接的不同组件。要明白的是,这样描绘的架构仅仅是示例性的,而事实上,可以实现获得相同功能的许多其它架构。在概念意义上,用于获得相同功能的组件的任何排布结构都有效地“关联”,以使获得希望功能。因而,在此为获得特定功能而组合的任两个组件都可以被看作彼此“关联”,以使获得希望功能,而与架构或中间组件无关。同样地,这样关联的任两个组件还可以被视作彼此“在工作上连接”,或“在工作上联接”,以实现期望功能,并且能够这样关联的任何两个组件也可以被视作可彼此“在工作上联接”,以实现期望功能。在工作上联接的具体示例包括但不限于,物理上可配合和/或物理上交互的组件和/或可无线地交互和/或无线地交互的组件和/或逻辑上交互和/或逻辑上可交互组件。

针对本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用,本领域技术人员可以针对情况和/或应用在适当时从复数翻译成单数和/或从单数翻译成复数。为清楚起见,可以在本文中明确地阐述各种单数/复数置换。

本领域技术人员将理解,通常,在此使用的,而且尤其是在所附权利要求(例如,所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放式”术语(例如,术语“包括”应当解释为“包括但不限于”,术语“具有”应当解释为“至少具有”,术语“包含”应当解释为“包含但不限于”等)。

本领域技术人员将进一步理解,如果意图陈述特定数量的引用的权利要求,则这种意图将明确地在该权利要求中陈述,此外在没有这些列举的情况下,不存在这种意图。例如,为了帮助理解,上文所附权利要求可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或更多个”来介绍权利要求列举。然而,使用这种短语不应被认为暗示由不定冠词“一(a)”或“一(an)”介绍的权利要求列举将包含这种介绍权利要求列举的任何特定权利要求限制于仅包含一个这种列举的发明,即使同一权利要求包括介绍性短语“一个或更多个”或“至少一个”以及诸如“一(a)”或“一(an)”的不定冠词(例如,“一(a)”或“一(an)”通常应当被解释成意指“至少一个”或“一个或更多个”);对于使用用于引用权利要求陈述的定冠词也是如此。另外,即使明确地陈述了特定数量的引用的权利要求陈述,本领域技术人员也应当认识到,这种列举通常应当被解释成,至少意指所陈述数量(例如,“两个列举”的裸列举在没有其它修饰语的情况下通常意指至少两个列举,或者两个或更多个列举)。

而且,在使用类似于“A、B、以及C等中的至少一个”的惯用语的那些实例中,通常,这种句法结构希望本领域技术人员在意义上理解这种惯用语(例如,“具有A、B以及C中的至少一个的系统”应当包括但不限于具有单独A,单独B,单独C,A和B一起,A和C一起,B和C一起,和/或A、B和C一起等的系统)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用语的那些实例中,一般来说,这种句法结构希望本领域技术人员在意义上应当理解这种惯用语(例如,“具有A、B、或C中的至少一个的系统”应当包括但不限于具有单独A,单独B,单独C,A和B一起,A和C一起,B和C一起,和/或A、B以及C一起等的系统)。本领域技术人员还应当理解,实际上,呈现两个或更多个另选术语的任何转折词和/短语(无论在说明书中、权利要求中,还是在附图中)应当被理解成,设想包括这些术语中一个、这些术语中的任一个或者两个术语的可能性。例如,短语“A或B”应当被理解成包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。而且,除非另外加以指明,否则使用词语“近似”、“大约”、“大概”、“大致”等意指加或减百分之十。

出于例示和描述的目的,呈现了例示性实施方式的前述描述。该描述不旨在是详尽的或者限于所公开精确形式,而是可以根据上述教导进行修改和改变,或者可以根据所公开实施方式的实践来获取。本发明的范围旨在通过所附的权利要求及其等同物来限定。

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