[发明专利]具有微机械传声器结构的构件

说明书

技术领域

本发明涉及具有微机械传声器结构的构件，该传声器结构以层结构的方式实现在半导体衬底上。该传声器结构包括一声学上起作用的膜片，该膜片至少部分地跨越衬底背侧中的一声孔。该膜片设有传声器电容器组件的至少一个可运动的电极。此外，该传声器结构包括一固定的、可透声的、具有贯通孔的对应元件，该对应元件以层结构方式布置在所述膜片的上方并且作为用于所述传声器电容器组件的至少一个不可运动的电极的载体起作用。

该膜片的声加载通过衬底中的声孔和／或通过对应元件中的贯通孔进行。由此产生的膜片偏移作为电容波动借助于传声器电容器组件被感测。

背景技术

在US6，535，460B2中描述了一种开头提到的类型的传声器构件。这种传声器构件的构成包括一具有声孔的衬底，该声孔被一膜片所跨越。在膜片的上方并且与其隔开间距地布置有一穿孔的对应元件，该对应元件在声孔的边缘区域中与衬底连接。膜片和对应元件共同构成一传声器电容器，其中，膜片作为可运动的电极起作用，而处于固定的对应元件构型有一刚性的对应电极。

已知的传声器构件的圆形膜片通过弹簧元件纳入到该构件的层结构中。在声压加载时，这些弹簧元件首先变形，从而膜片基本上平整平行地偏移。在此，弹簧元件的区域中的空气泄流路径改变。该流动路径随着膜片偏移的增大而变大，这尤其在声级高的情况下导致测量信号变差。

在已知的传声器构件中，膜片和弹簧元件由一薄的、导电的多晶层结构化出来。这种膜片结构由于其小的厚度和多晶层的表面粗糙性而对于突然出现的机械负载特别敏感，尤其对于加速、例如在碰撞或者掉落时发生的加速特别敏感。

发明内容

通过本发明提出用于改进开头提到的类型的传声器构件的传声器灵敏性和传声器信号的线性行为的措施，此外，所述措施有助于提高构件的牢固性。

根据本发明，所述膜片在一中心区域中连接到所述半导体衬底上。此外，所述膜片至少区域式地设置有瓦楞板形的褶皱，以便能够实现显著的、由声压引起的膜片变形。

因此，与已知的传声器构件不同，根据本发明的传声器构件的膜片悬挂装置是刚性的。此外，该膜片悬挂装置从膜片的边缘区域被移位到膜片的中心区域中。与之相应地，在根据本发明的传声器构件中，由声压引起的膜片偏移不是基于膜片悬挂装置的变形而是基于膜片自身的变形或者拱起。通过瓦楞板形的褶皱的布局，一方面限定可变形的膜片面积。另一方面，褶皱的设定在给定的声级下确定由变形引起的膜片偏移的程度。由于膜片的中心区域中的、刚性的膜片悬挂装置，传声器膜片的两侧之间的空气泄流路径的大小在很大程度上与声级无关，这有助于传声器信号的线性行为。与此相应地，在这里，传声器灵敏性也基本上与声级无关。尽管如此，通过合适地布局膜片和褶皱，能够在膜片中实现相对大的膜片偏移进而也能够实现相对大的测量信号。

此外，根据本发明的构件的传声器结构由于膜片中心区域中的刚性的膜片悬挂装置而对于加速相对牢固。

为了实现根据本发明的传声器构件通常有多种可能性，这尤其涉及膜片和膜片悬挂装置的布局。

这样，膜片可以设计成圆形或者也可以设计成多边形。膜片可以按照桨叶的类型仅在一侧通过一刚性的悬挂条与半导体衬底连接，该悬挂条从声孔的边缘区域延伸直到膜片区域中。但是，膜片也可以通过多个悬挂条连接到半导体衬底上，其中，这些悬挂条可以对称地或者也可以不对称地在膜片边缘上分布地布置。

在本发明的一种特别有利的变型方案中，该膜片悬挂装置包括至少两个悬挂条，所述悬挂条分别从声孔的一边缘区段向该声孔的对置的边缘区段延伸并且在所述膜片的中心区域中相交叉。在这种情况下，悬挂条的交叉区域构成用于膜片的、在中心的悬挂装置，该悬挂装置可以对中地或者在中心之外布置。这里，悬挂条把膜片划分成段，在所述段中分别有意义地构造有一径向向外延伸的、瓦楞板形的褶皱。这种类型的褶皱特别好地支持各个膜片段的可变形性。

有利的是，膜片边缘在其他部位不被纳入到传声器结构的层结构中，从而膜片的尽可能大的区域能够由于声压而拱起进而偏移。

为提高牢固性，根据本发明的构件的传声器结构以有利的方式构想有用于膜片的双侧过载保护。在膜片的与声孔相对置的侧上，可以简单地将对应元件用作过载保护。为此，该对应元件以有利的方式设置有一电绝缘层，以避免在过载情况下传声器电容器组件短路。如果膜片边缘不纳入到传声器结构的层结构中，则可特别简单地实现衬底侧的过载保护。在这种情况下，能够简单地将声孔的边缘区域用作用于膜片的衬底侧止挡，如果膜片这样设计：它至少区域式地延伸直到超过声孔的边缘区域。