[发明专利]一种集成的差分硅电容麦克风

说明书

本发明提供了一种使用2个或4个差分MEMS敏感元件并联的、共用声腔的集成硅电容麦克风，其包括：相结合的外壳和基板，且其中之一上设有进音孔；2个或4个相互匹配的差分MEMS敏感元件；集成电路；声腔，其中，集成电路用于对声波经进音孔、声腔到各差分MEMS敏感元件转化为的电信号进行缓冲/放大和输出，集成电路与各差分MEMS敏感元件之间的电气排布和连接方式为轴对称或镜像对称关系。由于采用本发明的手段，差分硅电容麦克风的线性度、最大声压级等性能指标得到提高。

技术领域

本发明涉及一种集成的差分硅电容麦克风及其封装方案。

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。为满足人民群众日益增长的物质文化需求，硅麦克风的体积、成本、信噪比等指标也在不断地优化提高。在相关优化技术方案中，既有众多努力，试图通过将多个硅麦克风差分MEMS敏感元件一同使用的方式，将信噪比指标在现有加工工艺条件下提高，也有很多方案，试图通过制作差分MEMS敏感结构来提高硅电容麦克风的线性度、最大声压级等技术指标。本发明主要讨论差分的硅电容麦克风。

传统的差分MEMS敏感元件一般分为三层结构，其中上下两层相对固定，而中间层可动。已有的研究如中国专利CN102457801、中国专利CN103563399等，均对差分MEMS敏感元件的结构设计、工艺制备等做了深入的研究。另一方面，既有美国专利US8644529对差分硅电容麦克风的电路方案有相应的工作，也有美国专利US6285769对通过力反馈制作闭环工作的麦克风。

对于差分的硅电容麦克风而言，显然由于其MEMS敏感元件一般分为三层结构，会比常规硅电容麦克风的MEMS敏感元件一般分为两层(背极和振膜)引入更复杂的设计理念和制备工艺，相应地会在成本、良率、产品通用性上受到一些制约，这样相应地就需要差分麦克风在最大声压级、线性度等技术指标上显著高于常规麦克风。换言之，其后续封装和电路需要有相应的措施，以达到效佳的技术指标提高的技术效果。

发明内容

本发明提供了将2个或4个匹配的差分MEMS敏感结构并行使用同时保证各声波输入直到通过差分MEMS敏感元件转变为电信号的传声路径对于硅电容麦克风中各个差分MEMS敏感元件的前置级声学、力学、电学完全对称的高线性度硅电容麦克风，从差分MEMS敏感元件设置、集成电路设置、引线和封装设置、后续电路系统处理设置等硅麦克风的各环节着手，提高集成的硅电容麦克风各差分MEMS敏感结构之间相互数据融合的效率，进一步提高硅电容麦克风的整体技术指标，提高产品竞争力。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种集成的硅电容麦克风，包括：相结合的外壳和基板，且其中之一上设有进音孔；2个或4个相互匹配的差分MEMS敏感元件；集成电路；声腔，其中，所述集成电路用于对声波经所述进音孔、所述声腔到各所述差分MEMS敏感元件转化为的电信号进行缓冲/放大和输出，所述集成电路与各差分MEMS敏感元件之间的电气排布和连接方式为轴对称或镜像对称关系。通过将差分MEMS敏感元件设置成轴对称或镜像关系，保证电路芯片到各个差分MEMS敏感元件之间的前置级声学、力学、电学上的对称性。

较佳的，所述MEMS敏感元件的芯片形状为正方形，数量为4个，且4个差分MEMS敏感元件为2乘2矩形排布，在几何上沿相互位置中分面成镜像对称关系。对于2个MEMS敏感元件而言，显然其形状、位置上的对称性的多颗数据整合的性能提高，都差于4个MEMS敏感元件。而多于4个的MEMS敏感元件，其平面和空间声学、力学、电学上的对称性无法保证。