[发明专利]用于电容式传声器隔膜的支撑设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及传声器，更具体地，本发明涉及用于传声器隔 膜的支架。

背景技术

微机电系统(“MEMS”，此后称为“MEMS”器件)被广泛用于 各种应用中。例如，当前普遍实现MEMS器件作为传声器来将声频信 号转换为电信号、作为陀螺仪来检测飞行器的俯仰角、以及作为加速 度计来选择性地展开汽车中的气囊。用简化的术语讲，这种MEMS器 件典型地具有悬挂在基板上的可动结构，以及关联电路，该关联电路 感知悬挂结构的运动并将感知到的运动数据传送至一个或更多外部器 件(例如，外部计算机)。外部器件处理感知数据以计算出被测量的特 征(例如，俯仰角或加速度)。

MEMS传声器正日益用于更多数量的应用。例如，MEMS传声器 经常用于便携式电话和其他此类器件。然而，要渗透更多市场，重要 的是获得满意的灵敏度和与更多传统传声器匹配的信噪比。

MEMS传声器典型地包括薄隔膜电极和定位在薄隔膜电极旁边的 固定的感知电极。隔膜电极和固定的感知电极与可变电容器的极板相 似地起作用。传声器操作期间，电荷排列在隔膜电极和固定的感知电 极上。当隔膜电极响应声波振动时，隔膜电极和固定的感知电极之间 的距离变化引起与声波对应的电容变化。这些电容中的变化因此产生 代表声波的电子信号。最终，可对该电子信号进行处理以将声波在例 如扬声器上再现。

图1示出本领域公知的微传声器的总体结构。其中，该微传声器 包括隔膜102和桥电极(即背板)104。隔膜102和背板104作为用于 电容电路的电极起作用。如图所示，背板104可被穿孔以允许声波到 达隔膜102。可选地或另外地，可使声波通过其他通道到达隔膜。任意 情况下，声波都会引起隔膜振动，并且该振动可被感知作为隔膜102 和桥104之间的电容变化。该微传声器典型地包括在隔膜102后面的 实质空腔106以允许隔膜102自由移动。

许多MEMS传声器采用完全锚固在其周缘的隔膜，与鼓的头部类 似。这种隔膜会出现很多问题。例如，在有声波的情况下，这种隔膜 倾向于弯曲而不会上下一致地移动，如图2A所示。这种弯曲会消极地 影响传声器的灵敏度，特别是由于内张力以及隔膜部分和固定的感知 电极部分之间的距离变化引起的隔膜的限量位移。这种隔膜也会受灵 敏度至应力(例如，热膨胀)的影响，所述应力会扭曲隔膜的形状并 会影响隔膜的机械完整性和传声器产生的声音质量。

某些MEMS传声器具有通过多个弹簧以可移动的方式与其基础固 定构件(此后称为的“托架”)连接的隔膜。弹簧倾向于使隔膜上下一 致地移动(即，与柱塞相似)，如图2B所示。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种传声器，具有：基板；由所述基 板支撑的隔膜组件，所述隔膜组件包括至少一个托架、隔膜和将所述 隔膜联接至所述至少一个托架的至少一个弹簧，所述隔膜与所述至少 一个托架隔开；以及至少一个绝缘体，所述绝缘体在所述基板和所述 至少一个托架之间以使所述隔膜和所述基板电绝缘。

各种可选实施方式中，所述基板和隔膜可电容耦合以形成可变电 容器的固定板和可动板。各托架可联接至绝缘体，所述绝缘体与所述 基板联接。所述隔膜可被穿孔和/或成波纹状。所述隔膜和所述至少一 个托架之间的空间可在所述隔膜的标称平面中。所述隔膜可与所述至 少一个托架应力隔离。所述至少一个托架可包括围绕所述隔膜的单个 整体托架或可包括多个不同的托架。所述至少一个绝缘体可包括氧化 物。所述隔膜组件可包括多晶硅。所述至少一个绝缘体可直接或间接 地形成在所述基板上，并且所述至少一个托架可直接或间接地形成在 所述至少一个绝缘体上。所述基板可由绝缘硅晶片的硅层形成。所述 基板可包括多个通孔，该情况下所述通孔可允许声波从所述基板的背 侧到达所述隔膜。该传声器可包括响应于隔膜运动产生信号的电子电 路。该电子电路可直接或间接地形成在所述基板上。

根据本发明的另一方面，提供一种传声器，该传声器包括：基板； 隔膜；用于以可移动的方式将所述隔膜联接至所述基板的支撑装置， 该支撑装置包括用于与所述基板固定联接的托架装置和用于以可移动 的方式将所述隔膜联接至所述托架装置并将所述隔膜与所述托架装置 隔开的悬挂装置；以及用于使所述隔膜和所述基板电绝缘的绝缘体装 置。