[发明专利]微机电系统声学换能器管芯

说明书

微机电系统声学换能器管芯。一种声学设备，该声学设备包括背板、膜片和至少一个柱。所述膜片和所述背板彼此间隔开设置。至少一个柱被构造成跨越距离至少暂时地连接所述背板和所述膜片。与不存在该柱时的膜片的刚度相比，膜片的刚度增加。当膜片被电偏置并且在膜片被所述至少一个柱支撑的位置处提供有固支边界时，所述至少一个柱提供固支边界条件。

本申请是申请号为201580054486.X(国际申请号为PCT/US2015/054195)、申请日为2015年10月06日、发明名称为“微机电系统声学换能器管芯”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及声学装置，并且更具体地，涉及MEMS麦克风。

背景技术

多年来，已经使用了不同类型的声学装置。一种类型的装置是麦克风。在微机电系统(MEMS)麦克风中，MEMS管芯包括膜片和背板。MEMS管芯由基底支撑并由壳体(例如，具有壁的杯或盖)包封。端口可以延伸穿过基底(对于底部端口装置)或者穿过壳体的顶部(对于顶部端口装置)或者穿过壳体的侧面(对于侧部端口装置)。在任何情况下，声能穿过端口，使膜片变形并在膜片与背板之间产生变化的电容，从而产生电信号。麦克风被部署在诸如个人计算机、蜂窝电话和平板电脑的各种类型的装置中。

一种类型的MEMS麦克风采用自由板膜片。偏置的自由板膜片通常位于沿着膜片的周边定位的支撑杆上。支撑杆限制膜片的运动。自由板膜片往往具有高机械顺从性。因此，采用自由板膜片的设计会遭受高的总谐波失真(THD)水平，尤其是当在高声压级(SPL)下工作时。

所有这些问题导致一些用户对先前方案不满意。

发明内容

本发明提供了一种微机电系统MEMS声学换能器管芯，该管芯包括：电容器，该电容器包括背板和与所述背板间隔开设置的膜片，所述膜片具有周边，所述膜片的所述周边至少部分地被约束；以及至少一个柱，所述至少一个柱设置在所述背板和所述膜片之间，所述至少一个柱位于所述膜片的所述周边内，至少当偏置电压被施加在所述膜片和所述背板之间时，所述膜片的在所述至少一个柱和所述膜片的所述周边之间的部分相对于所述周边不被约束，其中，在存在差分声压的情况下，至少所述膜片的在所述至少一个柱和所述周边之间的所述部分能够运动，以及其中，当所述偏置电压被施加在所述膜片和所述背板之间时，所述膜片的在所述至少一个柱和所述周边之间的所述部分被拉紧并且具有双重弯曲形状。

本发明还提供了一种微机电系统MEMS声学换能器管芯，该管芯包括：背板；膜片，所述膜片与所述背板彼此间隔开设置，所述膜片具有周边，至少当偏置电压被施加到所述膜片和背板时，所述膜片的所述周边至少部分地被约束；以及至少一个柱，所述至少一个柱设置在所述背板与所述膜片之间，所述至少一个柱位于所述膜片的所述周边内，当所述偏置电压被施加到所述膜片和所述背板时，所述膜片的在所述至少一个柱和所述膜片的所述周边之间的部分被拉紧并且具有双重弯曲形状，其中，在存在差分声压的情况下，至少所述膜片的所述部分能够相对于所述背板运动。

本发明还提供了一种微机电系统MEMS声学换能器管芯，该管芯包括：背板；膜片，所述膜片与所述背板大致平行且彼此间隔开设置，在没有偏置电压跨所述背板和所述膜片施加的情况下，所述膜片相对不被约束；以及至少一个柱，所述至少一个柱设置在所述背板与所述膜片之间，所述至少一个柱位于所述膜片的周边内，其中，当所述偏置电压被施加到所述膜片和所述背板时，所述膜片的一部分被拉紧并且具有双重弯曲形状。