[发明专利]用于MEMS电容式麦克风的改进膜片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于麦克风的膜片，包括第一部分、第二部分和将所述第一和第二部分相连的元件，其中所述第二部分配置成相对于所述第一部分沿移动方向在空闲位置附近移动。此外，本发明涉及一种包括本发明的膜片的麦克风。

背景技术

原则上，电容式麦克风包括紧邻背板安装的薄膜片或振膜。固定薄膜的边缘，使得当声压作用于薄膜上时能够偏斜。同样，膜片和背板形成了电学电容器，其中电容根据膜片的所述偏斜而改变。使用中，将使用通常称为极化或偏置电压的DC电压来对电容器充电。当电容由于声压的变化导致变化时，与声压成比例的AC电压将叠加到DC电压上，使用所述AC电压作为麦克风的输出信号。

电子设备的持续减小尺寸现在已经导致所谓的MEMS(微机电系统)麦克风，这标志着今天相对于麦克风的小型化可能的技术边界。这些麦克风具有特殊的要求，并且需要特殊的制造工艺。通常开发微机械麦克风用于比标准麦克风更低的电压，一般低于10V的电压，这也是空气间隙为什么相当低，通常小于5微米以便获得用于麦克风的可接受灵敏度的足够场强度。然而，不能将所述电压增加到任意值，因为如果电场强度超过特定限制，膜片折向背板引起短路。当然，这依赖于膜片的刚性，刚性随着所使用材料的厚度和杨氏模量而增加。另一方面，对于较高的灵敏度和较低的噪声水平，分别需要高电压时的平滑膜片。因此，设计麦克风意味着总是寻找膜片的所需灵敏度和危险崩溃之间的平衡。因此，针对空气隙和极化电压的上述具体值只是作为示例，仅用于说明MEMS麦克风的尺度。

图1a示出了现有技术MEMS麦克风1的剖面图。首先，向硅管芯3涂敷导电层，形成膜片2’。在该涂敷之后，在管芯3中刻蚀腔体，这样使膜片2’自由。在该结构的顶部上放置了包括孔5的背板4，其中绝缘体6将膜片2’与背板3电学分离。可选地，膜片2’由绝缘体构成。在这种情况下，使用膜片上或膜片下面的导电层作为电极。该导电层也可以用于屏蔽电磁干扰。

在使用中，现在向膜片2’和导电背板3施加极化电压，这样机械地预载并且因此弯曲了膜片2’。图1b中的粗线膜片2’表示表示通过极化电压对系统进行偏置之后的空闲位置IDL。通过声波引起膜片2’前面或后面空气压力的改变导致膜片2’进一步地弯曲。细线表示针对给定声压的膜片2’的上和下止点(dead center)UDC和LDC。应该注意的是不包含平移运动。将膜片2’的这三个位置分离以使用户更好的看见。实际上，膜片的外部区域固定并且不会移动，使得只在膜片2’中存在弯曲。

背板3中的孔5用于必要的流通空气。否则，向上移动膜片2’将压缩膜片’和背板3之间的空气，将阻碍膜片2’的移动。

该现有技术结构具有一些缺点：首先，膜片2’内部的确定应力是生产过程的结果。不幸地是，该应力不是可预测的也不是可调节的，使得膜片2’的空闲位置也是未知的。因此，在一对不同的麦克风之间存在灵敏度的较大分散。因此，膜片2’可以在外部区域中具有一对小孔，从而减小了膜片2’内部的应力。图2a示出了这种膜片2’的顶视图，其中示出了在上部左侧角落背板4的孔5，以及在下部右侧角落膜片2的孔7。图2b示出了与图1a和图1b中所示非常类似的麦克风1的相应剖面图B、B’。当然，孔7的尺寸可以不超过确定的直径，因为否则通过孔7的流通空气太高，从而降低了麦克风1的灵敏度。在一些解决方案中，因此将这些孔7再次用不同的材料密封，所述材料不影响膜片2’的应力，而只是密闭孔7。

其次，由于所述结构，膜片2’只当不同的空气压力作用于其上时才弯曲。因此，中心区域比外围区域对AC信号贡献更多，这或多或少地造成浪费。

发明内容

现在本发明的目的是提供一种在第一段中所述类型的膜片，以及在消除上述缺点的第二段落中所述类型的麦克风。

为了实现上述目的，公开了一种在开始段落中所述的膜片，

其中，所述第二部分配置成在空闲位置附近相对于所述第一部分移动，所述移动至少包括沿与所述膜片垂直的移动方向的平移分量；

其中，所述元件实质上沿所述第二部分的外部边缘设置；以及

其中，所述元件配置成限定所述空闲位置附近的所述运动的弹簧常数。