[发明专利]微机电系统麦克风

说明书

本发明公开一种微机电系统(MEMS)麦克风，包括一基板、一背板、一振膜、一第一绝缘突起以及多个第二绝缘突起。背板设置在基板的一侧。振膜设置在基板与背板之间并可相对于背板移动。第一绝缘突起和第二绝缘突起形成在背板面向振膜的一侧上。其中，第一绝缘突起永久性地连接并固定到振膜，且在振膜与每一第二绝缘突起之间形成有一气隙。

技术领域

本发明涉及一种声能传感器(acoustic transducer)；特别是涉及一种微机电系统(micro-electro-mechanical system(MEMS))麦克风。

背景技术

目前的趋势是制造纤薄、小巧、轻便和高性能的电子装置，包括麦克风。麦克风可以用于接收声波并将声信号转换为电信号。麦克风被广泛应用于日常生活以及安装在例如电话、手机和录音笔等电子产品中。在一电容式麦克风(capacitive microphone)中，声压(acoustic pressure)的变化(即，由声波导致的环境大气压力的局部压力偏差)迫使振膜(diaphragm)相应地变形，并且振膜的变形引起了电容变化。因此，可以通过检测由电容变化引起的电压差来得到声波的声压的变化。

与传统驻极体电容式麦克风(electret condenser microphones(ECM))的不同在于，微机电系统(MEMS)麦克风的机械和电子元件可以利用集成电路(IC)技术整合在一半导体材料上来制造微型麦克风。MEMS麦克风具有例如小尺寸、轻巧和低功耗等优点，因此已成为微型麦克风的主流。

虽然现有的MEMS麦克风已经足以应付其需求，然而仍未全面满足。举例来说，在MEMS麦克风中可检测到的声波的兼容(compatible)声压范围(即，动态范围)仍然需要改进。动态范围与最大兼容声压(即，声学过载点(acoustic overload point)，下文中简称作“AOP”)有关，其由MEMS麦克风的谐波失真率(即，总谐波失真(total harmonicdistortion)，下文中简称作“THD”)决定。另一方面，如果振膜的弹性系数较小(即，刚性(stiffness)较低)，它可以用来感测较小的声压(即，具有较高的灵敏度)，但振膜的THD将相应地被牺牲(即，AOP将降低)。因此，无法同时实现MEMS麦克风的高AOP和高灵敏度(即，无法实现更宽的动态范围)。

发明内容

有鉴于前述现有问题点，本发明的一目的在于提供一种微机电系统(MEMS)麦克风，其可以同时实现高AOP和高灵敏度(sensitivity)。

本发明一些实施例提供一种MEMS麦克风。MEMS麦克风包括一基板、一背板、一振膜、一第一绝缘突起以及多个第二绝缘突起。背板设置在基板的一侧。振膜设置在基板与背板之间并可相对于背板移动。第一绝缘突起和第二绝缘突起形成在背板面向振膜的一侧上，其中，第一绝缘突起永久性地(permanently)连接并固定到振膜，且在振膜与每一第二绝缘突起之间形成有一气隙(air gap)。

在一些实施例中，第一绝缘突起位于振膜的中央区域，且第二绝缘突起位于振膜的围绕中央区域的环形区域。

在一些实施例中，第二绝缘突起以同心圆排列的多个环形突起(annularprotrusions)。

在一些实施例中，第二绝缘突起的突起高度从第二绝缘突起靠近振膜的中央区域的位置到第二绝缘突起靠近振膜的环形区域的外边缘的位置逐渐减小。

在一些实施例中，第二绝缘突起以同心圆排列的多个个别的岛状突起(individual island-shaped protrusions)。

在一些实施例中，振膜包括多个以同心圆排列的长孔(long apertures)，其中相邻圆中的长孔交替排列，用以调整振膜的刚性。

在一些实施例中，MEMS麦克风还包括一介电层，设置在基板与振膜之间以及在振膜与背板之间，用以夹持振膜的周边部分。所述振膜的长孔位于介电层附近。