[发明专利]表面微机械加工的差动式传声器

说明书

技术领域

本发明涉及差动式传声器，并且更具体地说，涉及一种微机械加工 的、无背侧空气压力释放孔的、可利用表面微机械加工技术制造的差动 式传声器。

背景技术

本申请涉及2004年9月7日对于“差动式传声器”授权的美国专利号 6,788,796；以及2003年10月20日对于“用于一种声学装置的耐用膜片” 提交的共同未决的美国的专利申请序列号10/689,189；以及2005年8月 5日对于“梳式感测传声器”提交的序列号11/198,370；所有这些文件通过 引用结合在此。

在现有技术中的典型的微机械加工的传声器中，通常有必要在传声 器膜片后保持一个相当体积的空气，以防止背面体积的空气阻碍膜片的 运动。膜片后面的空气充当一种线性弹簧，其硬度与空气标称体积成反 比。为了使这一空气体积尽可能的大，并因此减少有效硬度，通常从硅 片的背面切开一个通孔。对该背面孔的要求显著地增加了这类现有技术 的微机械加工传声器的的复杂性和成本。本发明能够制造一种不要求背 面孔的传声器。因此，发明的传声器可以仅使用表面微机械加工技术来 制造。

发明内容

根据本发明，提供了具有围绕传声器膜片形成的一个周边缝隙的一 种差动式传声器。因为膜片响应于声音的运动不会导致在膜片背后空间 中空气的净压力，使用一个很小的后腔是可能的，从而排除了产生一个 背侧孔的需要。现有技术传声器的背侧孔典型地要求在制造过程中在硅 片上实施一种二次机加工操作。这种二次操作对如此制造的传声器增加 了复杂性和成本并导致较低产率。因此，本发明的传声器要求只从硅片 的一个单侧的表面机械加工。

附图说明

通过参考附图并结合随后的详细说明来考虑可以得到对本发明充分 理解，在附图中：

图1是根据本发明的一个微机械加工的传声器膜片的一个俯视图；

图2是本发明的一个差动式传声器的侧面、截面示意图；

图3和4分别是图2的差动式传声器作为不具有或具有其动作指示 的一系列膜片的示意图；

图5是显示在图1膜片上的一个入射声波方向的一个图例；

图6a至6d是本发明的创造性的表面微机械加工的传声器的各个制 造阶段的示意图；

图7是通过移除图6d中牺牲层的一部分所形成的一个差动式传声器 的一个侧面的、断面的示意图；和

图8是图2传声器的一个替代实施例的一个侧面的、断面的示意图。

具体实施方式

本发明涉及通过硅片的一个单一表面进行表面微机械加工所形成的 一种微机械加工的差动式传声器。

一个典型的传声器膜片的运动导致在膜片后面区域的空气净体积 (即，背侧体积)的波动。本发明提供了一种传声器膜片，该传声器膜 片被设计为由于声压而摇动，并因此不会显著地压缩背侧体积的空气。

已经开发了用于传声器膜片的声学响应的一种分析模型，该模型包 括围绕周边的一个隙缝以及膜片后面的背侧体积中的空气的效果。如果 将膜片设计为围绕一个中央枢轴摇动，那么该背侧体积以及该缝隙对其 由声音引起的响应具有一个可忽略的作用。

首先参见图1和2，它们分别显示了包括围绕膜片周边的一个缝隙 的微机械加工传声器膜片的一个俯视图，和根据本发明的一个差动式传 声器的一个侧面的、断面的示意图，总体上为参考号100。一个刚性膜片 102由铰链104支撑，它构成一个支点106，围绕该支点膜片102可以“摇 动”(即，往复地转动)。空气背侧体积108形成在一个腔体110中，该 腔体形成在芯片基底112中。在膜片102的周边103和芯片基底112之 间形成了一个缝隙114。

膜片102由于一个净力矩而围绕支点106转动，该净力矩由声波压 力中的差值而产生，该声波压力入射到由中央支点106分开的上表面部 分116，118上。