[发明专利]一种MEMS传声器

说明书

技术领域

本发明涉及传声器设备领域，尤其涉及一种MEMS传声器。

背景技术

MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）传声器是指利用MEMS技术加工的传声器产品。现有的MEMS传声器的结构图如图1所示，现有的MEMS传声器包括PCB底板1，框架2，PCB顶板5；PCB底板1，框架2，PCB顶板5构成中空壳体；设置于PCB底板1上的ASIC（Application Specific Integrated Circuits）（专用IC）芯片4以及振动膜3。PCB底板1上设置有进声孔6，声音通过进声孔6进入壳体1内部引起振动膜3振动从而使得振动膜的电容发生变化，ASIC芯片检测该电容变化并将其转换为电信号传递给相关处理器件，例如配套的前置放大器或音频输入接口等。

MEMS传声器中，振动膜是整个MEMS传声器的核心器件。现有的MEMS传声器中的振动膜的材料一般为氮化硅、二氧化硅、多晶硅、聚酰亚胺等材料，也有采用其他材料制成，例如公开号为CN101091413A的中国专利“扬声器用振动膜及其制造方法、使用该振动膜的扬声器及使用该扬声器的设备”，其振动膜采用树脂、芳香族聚酰亚胺纤维和有机硅化合物构成，其主要是提高振动膜的物理参数设定自由度、确保耐湿可靠性和强度。然而MEMS传声器的振动膜主要考虑的是其电学性能而非机械性能。

又如公开号为“CN101646119A”的中国专利“具有微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片及制备方法”，其将微蜂窝结构应用于振动膜中以提高振动膜刚度，提高谐振频率。

上述现有的专利均未针对振动膜的电学性能对振动膜的材料进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种压电性能好、灵敏度高的MEMS传声器。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种MEMS传声器，其包括外壳、PCB板以及位于外壳内部且设置于PCB板上的ASIC芯片与MEMS振动膜片；所述外壳设置有多个声孔且底面开口，PCB板将该底面开口密封；所述MEMS振动膜片包括基膜、附着于基膜一侧表面的上电极层以及附着于基膜另一侧表面的下电极层：所述基膜由氮化硅制成，厚度为5-15μm；所述上电极层为铝金属层，厚度为0.03-0.05μm；所述下电极层厚度为0.3-0.7μm；所述下电极层的组分及重量百分比为：

Al:10%-15%；Cr:5%-8%；Nb:0.2%-1.5%；Ni:2.5%-5%；Pt:7%-10%；余量为Ti。

由氮化硅制成的基膜附着在下电极层上，下电极层的结构直接决定了基膜内部的电荷取向，因此下电极层的材料选取尤为关键。

本发明中，采用特殊材质的材料制成下电极层使得整个MEMS传声器的灵敏度更高。在下电极层材料中，铝、铬、铌、镍、铂、钛都是良好的导电元素，首先能够满足下电极层最基本的导电要素。其次，下电极层中的元素均具有良好的热稳定性，在后续制备过程中不会因为氧化而发生性质改变。

铌元素虽然具有较好的耐氧化性能，但是若将其形成很薄的薄膜时，铌元素表面会形成致密的氧化膜并阻止继续氧化，该层致密的氧化膜即可作为下电极层的衬底。

铝元素能增强下电极层的导电性能，同时铝元素、铬元素和镍元素相互之间能够形成强力的吸附效应，使得铝元素、铬元素、镍元素以及其他金属元素均能很好的吸附于铌元素形成的衬底上。

铂元素是衬底的扩散阻挡层，但是铂元素的界面结合力太差，即使铝元素、铬元素和镍元素形成的吸附效应也不足以使得铂元素很好的结合于衬底中，因此本发明中下电极层的主体成分采用钛元素。钛元素不仅具有良好的导电性能、热稳定性能还能很好的增加铂元素与衬底的结合性能。

进一步地，所述下电极层厚度为0.5μm；所述下电极层的组分及重量百分比为：

Al:13%；Cr:5%；Nb:1.0%；Ni:3%,Pt:10%；余量为Ti。

进一步地，所述下电极层通过如下方式附着于氮化硅基膜上：

S1：磁控溅射铌元素：选用纯铌靶材，调节靶材与氮化硅基膜的距离至100-120mm；溅射沉积：溅射时间5-10分钟，工作气压1.2-1.5Pa；

S2：氧化反应：将溅射有铌元素的氮化硅基膜静置10-30分钟使得铌元素氧化反应以在氮化硅基膜表面形成氧化铌薄膜；