[发明专利]一种应用柔性背极的硅电容麦克风

说明书

本发明提供了一种用于应用柔性背极的硅电容麦克风，包括基底、振膜和柔性背极，所述柔性背极与所述振膜形成可变电容，其中，所述柔性背极因残余应力导致的翘曲小于或等于20微米，所述柔性背极上设置有波纹或加强筋，并且所述柔性背极上还设置有开孔或开槽。在现有工艺水平下，硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等性能指标和产品环境适应性，由于应用本发明的设计手段而得以提高。

技术领域

本发明涉及硅麦克风的设计与制造领域，特别涉及一种应用柔性背极的硅电容麦克风。

背景技术

微机电(MEMS micro-electro-mechanical system)麦克风或称硅麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如：手机、MP3、录音笔和监听器材等。相关技术中，硅电容麦克风包括基底、背极和振膜。其中，振膜与背极是硅电容麦克风的核心部件之一，既需要灵敏地敏感声压信号并将之转化为电信号，又需要在外界风压吹击、跌落冲击的应力和内部加工工艺释放应力作用后保持性能基本不变地正常工作。

背极与振膜形成相向的可动结构之后，两者在声学信号和外界干扰下的相对运动情况，直接与硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标相关，也决定了产品的环境适应性。

传统的硅微麦克风一般限于在振膜与固定的刚性基板和相对基板静止的刚性背极之间构造多种相对运动方式，这种约束方式由于基板和刚性背极在敏感运动中相对静止，设计较为简便，但灵活性也受限。

本发明通过将背极的刚度设置得更低来引入振膜和柔性背极协同工作的结构，使得背极与振膜形成相向的可动电容，同时设置背极和振膜的参数，扩大了设置硅电容麦克风结构参数时的自由度。从而使得以现有工艺水平可以实现在多晶硅振膜及与其正对的柔性背极之间灵活地设置敏感运动的方式，规避甚至合理利用膜片翘曲等工艺缺陷，以更进一步提高灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等指标，并增强产品的环境适应性。换言之，使得硅电容麦克风在成本基本不变甚至有所降低的前提下提高性能和环境适应性，从而优化产品性价比，拓宽产品应用范围。

发明内容

本发明提供了应用柔性背极的硅电容麦克风，能在现有工艺水平下改善振膜振型，规避工艺中的膜片翘曲，膜片易碎等不利因素，从而优化灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等指标，提高产品的环境适应性。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于应用柔性背极的硅电容麦克风，包括基底、振膜和背极，所述背极与振膜形成相向的可动结构，即可变电容，其中所述背极的自振频率，可以低于振膜的自振频率，也可以等于或大于某一振膜单元的自振频率，但不超过各振膜单元的自振频率最大值的5倍。背极的自振频率决定于背极的刚度，如果其自振频率低于麦克风工作频率范围(一般为音频范围20～20kHz)，则会在输入声音信号频率较高时使硅麦克风无法以正确的相位响应输入信号，而背极自振频率高于各振膜单元的自振频率最大值的5倍时，就与刚性背极的概念非常接近了，这样设置的背极在使用本发明技术方案时，存在背极较脆而易碎的工艺可靠性问题，因为背极的厚度与工艺难度和成本相关，而设计的芯片尺寸决定背极平面形状尺寸的前提下，提高背极刚度唯一的办法是增加其张应力，而张应力过大虽然会带来背极刚度的提高，也会带来背极较脆而易碎的风险。

优选的硅电容麦克风，其在受加工工艺影响，有残余应力导致振膜和背极的翘曲时，可通过设置工艺参数的方法，来减少振膜和背极的翘曲对频响曲线和麦克风电学模型的影响，背极上平整处最高点与最低点高度差在0.2～20微米，即所述柔性背极因残余应力导致的翘曲小于或等于20微米。在刚性背极结构中，在振膜由于工艺中的残余应力释放而翘曲时，因背极刚性大，在应力释放过程中基本无翘曲的缘故，背极相对振膜的电容分布和敏感运动方式会受到较明显干扰。使用柔性背极时，由于背极与振膜的刚度、厚度、应力等参数相似，可以使振膜和背极发生的翘曲程度相近，从而相互抵消后使其相对翘曲减少，从而减少振膜和背极的翘曲对频响曲线和麦克风电学模型的非理想性影响。