[发明专利]压电声学传感器及其制造方法

说明书

本申请公开了一种压电声学传感器及其制造方法，属于电子技术领域。该压电声学传感器包括：锚定单元、压电单元、支撑单元和镂空结构件。锚定单元中形成有背腔。压电单元用于将进入该背腔的声信号转为电信号。支撑单元覆盖于锚定单元和压电单元上。镂空结构件连接于锚定单元与压电单元之间，且内嵌于支撑单元中。本申请中的压电单元的残余应力在制造过程中可以通过可形变的镂空结构件释放，实现零残余应力，因而可以避免压电声学传感器的谐振频率漂移，以及避免压电声学传感器的灵敏度下降，进而有助于提高压电声学传感器的性能一致性。

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种压电声学传感器及其制造方法。

背景技术

随着电子技术的发展，麦克风已深入到人们生活的方方面面，其广泛应用于手机、智能音箱、无线蓝牙耳机、降噪耳麦、笔记本、汽车等领域。麦克风中可以设置压电声学传感器来采集声音，压电声学传感器具有高信噪比、低功耗、高灵敏度等诸多优点。

压电声学传感器包括电极和压电材料。当声信号引起压电材料振动时，压电材料中应力集中的区域会在其上下电极之间产生电势差，这样就可以将声信号转化为电信号提取出来。

目前，压电声学传感器采用悬臂梁结构，悬臂梁受到声压压迫后会发生弯曲，其弯曲应力会产生电信号。然而，因制造工艺的影响，悬臂梁中会存在残余应力，这会导致悬臂梁发生翘曲，如此会增大悬臂梁的间隙，导致压电声学传感器的声漏增大，从而对压电声学传感器的谐振频率和灵敏度造成影响。

发明内容

本申请提供了一种压电声学传感器及其制造方法，有助于提升压电声学传感器的谐振频率和灵敏度的一致性。

一方面，提供了一种压电声学传感器，压电声学传感器包括：锚定单元、压电单元、支撑单元和镂空结构件。锚定单元中形成有背腔。压电单元用于将进入该背腔的声信号转为电信号。支撑单元覆盖于锚定单元和压电单元上。镂空结构件连接于锚定单元与压电单元之间，且内嵌于支撑单元中。

锚定单元用于固定压电声学传感器中的各个组件，压电声学传感器中的其它组件均是在锚定单元上形成。锚定单元具有背腔，该背腔为进声孔，压电单元悬浮在该背腔上方来感知声音。可选地，锚定单元包括衬底层和绝缘层，绝缘层覆盖于衬底层上。

压电单元可以是压电堆叠薄膜，可以包括电极和压电材料。压电单元可以将机械运动转化为电信号。具体地，当声信号引起压电材料振动时，压电材料中应力集中的区域会其上下电极之间产生电势差，这样就可以将声信号转化为电信号提取出来。

支撑单元用于固定锚定单元、镂空结构件和压电单元的位置，以增强压电声学传感器的机械强度。由于镂空结构件连接在锚定单元与压电单元之间，所以支撑单元覆盖于锚定单元和压电单元上后，支撑单元会包裹镂空结构件，即镂空结构件会内嵌于支撑单元中。这种情况下，支撑单元会填充镂空结构件中的镂空间隙，如此可以调整压电声学传感器的本征谐振频率，减小镂空间隙造成的声漏，提升压电声学传感器的低频响应性能。

镂空结构件为去除部分材料的机械结构，具有低刚度、易形变的特性。例如，镂空结构件的形状可以为弯折状、回形状、或网格状等。镂空结构件可以起到应力释放作用。为了提升应力释放效果，镂空结构件的数量可以大于或等于2。进一步地，至少两个镂空结构件还可以均匀分布在压电单元周围。

一种可能的方式中，压电单元可以是单压电晶片，压电单元可以包括下电极、压电材料和上电极，压电材料位于下电极与上电极之间。压电单元的上表面全部覆盖有支撑单元。如此，支撑单元的存在可以使得压电单元的中性轴远离压电单元的中心(即远离压电材料)，从而可以有效提升压电声学传感器的电荷输出和灵敏度。