本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(mems)設(shè)備和方法，具體地，涉及與換能器有關(guān)的mems設(shè)備和方法，所述換能器例如是電容式麥克風(fēng)。

多種mems設(shè)備正變得越來(lái)越受歡迎。mems換能器尤其是mems電容式麥克風(fēng)越來(lái)越多地用在便攜式電子設(shè)備(諸如，移動(dòng)電話、可穿戴設(shè)備和便攜式計(jì)算設(shè)備)中。

使用mems制造方法形成的麥克風(fēng)設(shè)備通常包括一個(gè)或多個(gè)膜，其中用于讀出/驅(qū)動(dòng)的電極被沉積在所述膜和/或基底上。在mems壓力傳感器和麥克風(fēng)的情況下，通常通過(guò)測(cè)量所述電極之間的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)讀出。在輸出換能器的情況下，通過(guò)靜電力來(lái)移動(dòng)所述膜，所述靜電力是通過(guò)使跨所述電極施加的電位差變化生成的。

圖1a和圖1b分別示出了已知的電容式mems麥克風(fēng)設(shè)備100的示意圖和立體視圖。電容式麥克風(fēng)設(shè)備100包括一個(gè)膜層101，該膜層101形成一個(gè)柔性膜，該柔性膜響應(yīng)于由聲波生成的壓力差而自由移動(dòng)。第一電極103機(jī)械地聯(lián)接至所述柔性膜，并且它們一起形成電容式麥克風(fēng)設(shè)備的第一電容板。第二電極102機(jī)械地聯(lián)接至大體剛性的結(jié)構(gòu)層或背板(back-plate)104，它們一起形成電容式麥克風(fēng)設(shè)備的第二電容板。在圖1a示出的實(shí)施例中，第二電極102被嵌入在背板結(jié)構(gòu)104中，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，第二電極可以在背板的表面上。

電容式麥克風(fēng)被形成在基底105上，所述基底105例如是硅晶片，所述硅晶片可以具有在其上形成的上部氧化物層106和下部氧化物層107?；字泻腿魏胃采w層中的腔108(在下文中稱作基底腔)被設(shè)置在膜下方，且可以使用“背部蝕刻(back-etch)”穿過(guò)基底105來(lái)形成?；浊?08連接至位于膜正下方的第一腔109。這些腔108和109可以共同提供聲學(xué)容積，因此允許膜響應(yīng)于聲學(xué)激勵(lì)而移動(dòng)。置于第一電極103和第二電極102之間的是第二腔110。

多個(gè)孔(在下文中稱作排出孔(bleedhole)111)連接第一腔109和第二腔110。

又一些多個(gè)孔(在下文中稱作聲學(xué)孔112)被布置在背板104中，以便允許空氣分子自由移動(dòng)穿過(guò)該背板，使得第二腔110與該背板的另一側(cè)上的空間一起形成聲學(xué)容積的一部分。膜101因此被支撐在兩個(gè)容積之間，一個(gè)容積包括腔109和基底腔108，另一個(gè)容積包括腔110和該背板上方的任何空間。這些容積被定尺寸為使得膜可以響應(yīng)于經(jīng)由這些容積中的一個(gè)進(jìn)入的聲波而移動(dòng)。通常，入射聲波到達(dá)膜所穿過(guò)的容積被稱作“前容積(frontvolume)”，而另一個(gè)容積被稱作“后容積(backvolume)”，所述另一個(gè)容積可以是大體上密封的。

在一些應(yīng)用中，背板可以被布置在前容積中，以使得入射聲音經(jīng)由背板104中的聲學(xué)孔112到達(dá)膜。在這樣的情況下，基底腔108可以被定尺寸為提供一個(gè)合適的后容積的至少相當(dāng)大一部分。

在其他應(yīng)用中，麥克風(fēng)可以被布置成使得，在使用中可以經(jīng)由基底腔108接收聲音，即該基底腔形成一個(gè)到膜的聲學(xué)通道的一部分和前容積的一部分。在這樣的應(yīng)用中，背板104形成通常由某個(gè)其他結(jié)構(gòu)(諸如合適的封裝件)封閉的后容積的一部分。

還應(yīng)注意，雖然圖1示出背板104被支撐在膜的、與基底105相對(duì)的側(cè)上，但是如下這樣的布置是已知的，其中背板104被形成為距基底最近，其中膜層101被支撐在背板104上方。

在使用時(shí)，響應(yīng)于與入射在麥克風(fēng)上的壓力波對(duì)應(yīng)的聲波，所述膜從其平衡位置略微變形。下部電極103和上部電極102之間的距離被對(duì)應(yīng)地更改，從而引起這兩個(gè)電極之間的電容的改變，所述電容的改變隨后通過(guò)電子電路系統(tǒng)(未示出)檢測(cè)。排出孔允許第一腔和第二腔中的壓力在相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)段(就聲學(xué)頻率而言)內(nèi)平衡，這減小了例如由溫度變化等所引起的低頻壓力變化的影響，但不會(huì)在期望的聲學(xué)頻率下影響靈敏度。

為了適合在便攜式電子設(shè)備中使用，這樣的換能器應(yīng)能夠耐受對(duì)便攜式設(shè)備的預(yù)期處置和使用，所述便攜式設(shè)備的預(yù)期處置和使用可以包括該設(shè)備遭受嘈雜的噪聲以及意外掉落。

如果設(shè)備(諸如移動(dòng)電話)遭受墜落，這不僅會(huì)導(dǎo)致由于撞擊而產(chǎn)生的機(jī)械沖擊，而且還會(huì)導(dǎo)致入射在mems換能器上的高壓力脈沖。例如，移動(dòng)電話可能在該設(shè)備的一個(gè)面上具有用于mems麥克風(fēng)的聲音端口。如果該設(shè)備墜落在那面上，則一些空氣可以被墜落中的設(shè)備壓縮，并且被迫進(jìn)入聲音端口中。此壓縮會(huì)導(dǎo)致入射在換能器上的高壓力脈沖。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)mems換能器中，高壓力脈沖可以潛在地導(dǎo)致?lián)Q能器的損壞。

為了幫助防止可能由這些高壓力脈沖導(dǎo)致的任何損壞，已經(jīng)提出，mems換能器可以被設(shè)置有至少一個(gè)可變通氣部(vent)，所述可變通氣部可以在前容積和后容積之間提供一個(gè)流動(dòng)路徑，該流動(dòng)路徑具有在使用中可以變化的尺寸。在高壓力情形下，所述可變通氣部在所述容積之間提供一個(gè)相對(duì)大的流動(dòng)路徑，以便在所述容積之間提供相對(duì)迅速的均衡，從而減小膜上的高壓力事件的程度和/或持續(xù)時(shí)間。然而，在換能器的預(yù)期正常操作范圍內(nèi)的較低的壓力下，該流動(dòng)路徑的尺寸(如果有的話)是較小的。

因此，可變通氣部結(jié)構(gòu)(ventstructure)用作一種類型的壓力釋放閥，以在相對(duì)高的壓力差下減小作用在膜上的壓力差。然而，與膜中可能存在的、具有固定面積從而具有固定尺寸的流動(dòng)路徑的排出孔不同，可變通氣部具有響應(yīng)于壓力差而變化的流動(dòng)路徑尺寸。因此，可變通氣部允許通氣的程度取決于作用在通氣部上的壓力差，所述壓力差顯然取決于第一容積和第二容積中的至少一個(gè)的壓力。該可變通氣部因此提供可變的聲學(xué)阻抗。

一種提出的可變通氣部結(jié)構(gòu)具有一個(gè)可移動(dòng)部分，該可移動(dòng)部分可移動(dòng)，以便打開(kāi)在膜的任一側(cè)上的容積之間延伸的孔。圖2a和圖2b例示了這樣已知的可變通氣部結(jié)構(gòu)。圖2a例示了諸如上文關(guān)于圖1a和圖1b描述的換能器的柔性膜101(為了清楚起見(jiàn)，省略了換能器結(jié)構(gòu)的其余部分)。該膜被支撐在包括腔109的第一容積和包括腔110的第二容積之間。如上文描述的，該膜通常將具有多個(gè)排出孔111，所述排出孔111被定尺度并且被布置為在換能器上產(chǎn)生調(diào)節(jié)效應(yīng)并且減小低頻壓力變化的影響。然而，這樣的排出孔被設(shè)計(jì)成在感興趣的聲學(xué)頻率下對(duì)動(dòng)態(tài)壓力變化具有有限的影響，從而提供對(duì)突然高壓力事件的非常有限的響應(yīng)。

因此，圖2a的換能器結(jié)構(gòu)還包括由可移動(dòng)部分202形成的可變通氣部結(jié)構(gòu)201，如由圖2b例示的，可移動(dòng)部分202可相對(duì)于一個(gè)孔移動(dòng)，所述孔在此情況下是穿過(guò)膜101的孔?？梢苿?dòng)部分202被布置成在平衡壓力下(即當(dāng)?shù)谝蝗莘e和第二容積處于大體上相同的壓力時(shí))占據(jù)該孔的區(qū)域的至少一些，并且可能占據(jù)該孔的區(qū)域的大部分。該可移動(dòng)部分響應(yīng)于該孔兩側(cè)(即在前容積和后容積之間從而膜兩側(cè))的局部壓力差而可移動(dòng)，以便使該孔的尺寸變化，該孔被打開(kāi)以提供一個(gè)流動(dòng)路徑，從而使通氣部允許所述容積之間的壓力均衡的程度變化。換句話說(shuō)，在平衡時(shí)，該可移動(dòng)部分可以有效地閉合該孔的至少一部分，但該可移動(dòng)部分可移動(dòng)，以便使該孔被閉合的程度變化。

可移動(dòng)部分202可以通過(guò)穿過(guò)膜材料101蝕刻一個(gè)或多個(gè)通道203來(lái)限定，使得該可移動(dòng)部分通過(guò)一個(gè)或多個(gè)連接點(diǎn)204附接到膜101的其余部分，從而該可移動(dòng)部分可以從該膜的其余部分偏轉(zhuǎn)。該通氣部可以被配置為使得可移動(dòng)部分202在mems換能器的正常預(yù)期操作范圍以內(nèi)的壓力差下基本上不被偏轉(zhuǎn)，從而保持該孔閉合，但是在可能潛在地導(dǎo)致膜的損壞的較高壓力差下移動(dòng)以增大流動(dòng)路徑的尺寸，例如較少地閉合該孔。

圖2a的頂部部分例示了在正常操作中的柔性膜101，在正常操作中，第二容積110中的壓力大于第一容積中的壓力。膜101因此從膜平衡位置向下偏轉(zhuǎn)。然而，壓力差在該設(shè)備的正常預(yù)期操作范圍內(nèi)，即在操作壓力閾值以下，從而可變通氣部201的可移動(dòng)部分202保持大體上閉合。圖2的下部部分例示可移動(dòng)部分202已經(jīng)從膜的其余部分偏轉(zhuǎn)以暴露該膜中的孔，從而提供穿過(guò)該膜的流動(dòng)路徑。圖2a例示了膜形成可變通氣部結(jié)構(gòu)201的兩個(gè)可移動(dòng)部分，但是應(yīng)理解，在實(shí)踐中可以存在更多這樣的通氣部。

因此，這樣的可變通氣部結(jié)構(gòu)對(duì)于提供可以更好地耐受高壓力事件的mems換能器(尤其是麥克風(fēng))是非常有用的。然而，需要注意可變通氣部的設(shè)計(jì)，尤其是當(dāng)可變通氣部被形成在換能器的膜中時(shí)。在已知的可變通氣部的情況下，通常在高壓力釋放和聲學(xué)壓力下的性能之間存在折衷方案，因?yàn)槿绻獠咳菀状蜷_(kāi)，則換能器的聲學(xué)性能可能會(huì)退化，但是如果通氣部太難打開(kāi)，則它可能不會(huì)在高壓力事件期間提供足夠的額外流動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)增加通氣部的數(shù)目來(lái)增加流動(dòng)，但是如果在膜本身中形成太多的通氣部，則這可能使膜的性能退化，或?qū)е履さ膮^(qū)域中的應(yīng)力集中增加。通氣部可以被形成在替代的流動(dòng)路徑中，例如穿過(guò)側(cè)壁結(jié)構(gòu)，但這通常增加換能器結(jié)構(gòu)的尺寸和成本，會(huì)增大換能器芯片所期望的面積。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，mems換能器通常被形成在晶片上，之后被單切(singulated)。正越來(lái)越多地提出，至少某個(gè)電子電路系統(tǒng)(例如用于換能器的讀出和/或驅(qū)動(dòng))也被提供作為具有換能器的集成電路的一部分。例如，mems麥克風(fēng)可以被形成為具有至少某個(gè)放大器電路系統(tǒng)和/或某個(gè)用于使麥克風(fēng)偏置的電路系統(tǒng)的集成電路。換能器和任何電路系統(tǒng)所要求的區(qū)域的占地面積(footprint)將決定可以在一個(gè)給定的晶片上形成多少個(gè)設(shè)備，從而影響mems設(shè)備的成本。因此，通常希望減小在晶片上制造mems設(shè)備所要求的占地面積。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種mems換能器，包括：

一個(gè)膜層；以及

至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，包括：

一個(gè)通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述膜層兩側(cè)的壓力差；以及

一個(gè)可移動(dòng)通氣蓋，所述可移動(dòng)通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應(yīng)于所述通氣蓋兩側(cè)的壓力差而從所述平衡位置能移動(dòng)，從而使穿過(guò)所述通氣孔的流動(dòng)路徑的尺寸變化；并且

其中，所述通氣蓋包括至少第一折翼(flap)區(qū)段和第二折翼區(qū)段，所述第一折翼區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接到所述通氣孔的側(cè)邊，并且所述第二折翼區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接到所述第一折翼區(qū)段，從而相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段能移動(dòng)。

所述第二折翼區(qū)段可以僅經(jīng)由所述第一折翼區(qū)段而聯(lián)接到所述通氣孔的側(cè)邊。所述第二折翼區(qū)段可以被鉸接到所述第一折翼區(qū)段。

在一些實(shí)施方案中，所述通氣蓋可以被配置為使得，所述第一折翼區(qū)段對(duì)于給定的壓力差而偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離平衡位置的程度不同于所述第二折翼區(qū)段對(duì)于相同的壓力差而偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離所述第一折翼區(qū)段的程度。所述通氣蓋可以被配置為使得，所述第二折翼區(qū)段偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離所述第一折翼區(qū)段比所述第一折翼區(qū)段偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離平衡位置更容易。所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時(shí)，對(duì)于至少一個(gè)壓力差，所述第二折翼區(qū)段相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段偏轉(zhuǎn)的量將大于所述第一折翼區(qū)段從平衡偏轉(zhuǎn)的量。

所述第一折翼區(qū)段可以經(jīng)由第一連接部而聯(lián)接到所述通氣孔的側(cè)邊，并且所述第二折翼區(qū)段可以通過(guò)第二連接部而聯(lián)接到所述第一折翼區(qū)段。所述第一連接部和所述第二連接部的尺度和/或幾何形狀可以彼此不同。在一些實(shí)施方案中，所述第一連接部和所述第二連接部中的每個(gè)都可以包括一個(gè)頸部區(qū)域，并且所述頸部區(qū)域的尺度可以彼此不同。在一些實(shí)施方案中，所述第一連接部和所述第二連接部中的至少一個(gè)可以包括一個(gè)梁結(jié)構(gòu)，和/或所述第一連接部和所述第二連接部中的至少一個(gè)可以包括沿著一個(gè)鉸鏈軸線被間隔開(kāi)的多個(gè)連接區(qū)域。

所述第一折翼區(qū)段可以被聯(lián)接到所述通氣孔的側(cè)邊，用于大體上圍繞第一鉸鏈軸線移動(dòng)，并且所述第二折翼區(qū)段可以被聯(lián)接到所述第一折翼區(qū)段，用于大體上圍繞第二鉸鏈軸線相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段移動(dòng)，其中，所述第一鉸鏈軸線和所述第二鉸鏈軸線彼此平行。所述第一折翼區(qū)段可以被聯(lián)接用于圍繞所述第一鉸鏈軸線在一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng)，并且所述第二折翼區(qū)段可以被聯(lián)接用于圍繞所述第二鉸鏈軸線在相同的旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng)。替代地，所述第一折翼區(qū)段可以被聯(lián)接用于圍繞所述第一鉸鏈軸線在一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng)，并且所述第二折翼區(qū)段可以被聯(lián)接用于圍繞所述第二鉸鏈軸線在相反的旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng)。

所述第一折翼區(qū)段可以在所述第一折翼區(qū)段的一側(cè)上聯(lián)接到側(cè)壁，并且可以在其相反側(cè)上聯(lián)接到所述第二折翼區(qū)段。

在一些實(shí)施方案中，所述第二折翼區(qū)段可以在所述第一折翼區(qū)段的周界內(nèi)。

在一些實(shí)施方案中，所述第一折翼區(qū)段的面積可以是所述通氣蓋的面積的至少20％。附加地或替代地，所述第二折翼區(qū)段的面積可以是所述通氣蓋的面積的至少20％。

所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時(shí)，在低于第一壓力閾值的壓力差時(shí)，至少所述第一折翼區(qū)段不從平衡位置顯著偏轉(zhuǎn)。所述第一壓力閾值可以為所述mems換能器的預(yù)期正常操作壓力范圍，或高于所述mems換能器的預(yù)期正常操作壓力范圍。

所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時(shí)，在高于所述第一區(qū)段的第二壓力閾值的壓力差時(shí)，所述第一折翼區(qū)段從平衡位置顯著偏轉(zhuǎn)。

所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時(shí)，在高于所述第二區(qū)段的第二壓力閾值的壓力差時(shí)，所述第二折翼區(qū)段從平衡位置顯著偏轉(zhuǎn)。所述第二壓力閾值可以在所述mems換能器的正常操作預(yù)期操作壓力范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施方案中，所述通氣蓋可以包括至少一個(gè)附加折翼區(qū)段，其中所述附加折翼區(qū)段或每個(gè)附加折翼區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接到所述第一折翼區(qū)段或所述第二折翼區(qū)段或一個(gè)中間附加折翼區(qū)段中的一個(gè)。所述通氣蓋可以被配置為使得，在使用時(shí)，在所述mems換能器的預(yù)期正常操作范圍內(nèi)的壓力差時(shí)，至少一個(gè)附加折翼部分從其平衡位置顯著偏轉(zhuǎn)。

所述通氣蓋可以被配置為提供一個(gè)流動(dòng)路徑尺寸，所述流動(dòng)路徑尺寸在使用時(shí)隨著壓力而變化，以便提供可變靈敏度，所述壓力在所述mems換能器的正常預(yù)期操作范圍內(nèi)。

所述通氣孔可以被形成在第一層材料中，并且所述通氣蓋由與所述第一層相同的材料形成。所述通氣蓋可以由穿過(guò)所述第一層的一個(gè)或多個(gè)通道限定。所述通氣蓋可以被配置為使得，在平衡位置處，所述第一折翼區(qū)段和所述第二折翼區(qū)段大體上位于所述第一層的平面內(nèi)。所述第一層可以是所述膜層。在此情況下，對(duì)于至少一個(gè)通氣部，所述通氣孔可以位于所述膜層中且在一個(gè)膜電極的區(qū)域外部。附加地或替代地，對(duì)于至少一個(gè)通氣部，所述通氣孔可以位于所述膜層中、在一個(gè)膜電極的周界區(qū)域內(nèi)且在所述膜電極中開(kāi)口的區(qū)域內(nèi)。

所述換能器可以包括一個(gè)電容式傳感器。所述換能器可以包括一個(gè)麥克風(fēng)。所述mems換能器還可以包括讀出電路系統(tǒng)，所述讀出電路系統(tǒng)可以例如被集成在與換能器結(jié)構(gòu)相同的管芯(die)上。

在使用時(shí)，所述換能器可以位于一個(gè)具有聲音端口的封裝件內(nèi)。

實(shí)施方案還涉及電子設(shè)備，包括如在上面的變體中的任何一個(gè)中所描述的mems換能器。所述設(shè)備可以是以下中的至少一個(gè)：便攜式設(shè)備；電池供電設(shè)備；音頻設(shè)備；計(jì)算設(shè)備；通信設(shè)備；個(gè)人媒體播放器；移動(dòng)電話；游戲設(shè)備；可穿戴設(shè)備；以及，語(yǔ)音控制設(shè)備。

在另一方面，提供了一種制造具有柔性膜的mems換能器的方法，所述方法包括：

形成一個(gè)具有柔性膜的結(jié)構(gòu)；以及

形成至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)具有一個(gè)通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述膜層兩側(cè)的壓力差，

所述至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)可移動(dòng)通氣蓋，所述可移動(dòng)通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應(yīng)于所述通氣蓋兩側(cè)的壓力差而從所述平衡位置能移動(dòng)，從而使穿過(guò)所述通氣孔的流動(dòng)路徑的尺寸變化；并且

其中，所述通氣蓋包括至少第一折翼區(qū)段和第二折翼區(qū)段，所述第一折翼區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接到所述通氣孔的側(cè)邊，并且所述第二折翼區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接到所述第一折翼區(qū)段，從而相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段能移動(dòng)。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個(gè)柔性膜；以及

至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，其中所述可變通氣部結(jié)構(gòu)提供一個(gè)流動(dòng)路徑，所述流動(dòng)路徑具有隨著所述膜兩側(cè)的壓力差而變化的尺寸；

其中，所述可變通氣部結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)可移動(dòng)部分，所述至少一個(gè)可移動(dòng)部分響應(yīng)于所述可移動(dòng)部分兩側(cè)的壓力差而能移動(dòng)，以便使穿過(guò)所述通氣部結(jié)構(gòu)的流動(dòng)路徑的尺寸變化；并且

其中，所述可移動(dòng)部分包括：

第一折翼區(qū)段；

第一鉸鏈連接部，所述第一鉸鏈連接部將所述第一折翼區(qū)段聯(lián)接到所述可變通氣部結(jié)構(gòu)的一側(cè)，使得所述第一區(qū)段能夠被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離平衡位置；

第二折翼區(qū)段；以及

第二鉸鏈連接部，所述第二鉸鏈連接部將所述第二折翼區(qū)段聯(lián)接到所述第一折翼區(qū)段，使得所述第二折翼區(qū)段能夠被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離所述第一折翼區(qū)段。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個(gè)柔性膜；以及

至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，包括：一個(gè)通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述柔性膜兩側(cè)的壓力差；以及，一個(gè)可移動(dòng)通氣蓋，所述可移動(dòng)通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應(yīng)于所述通氣蓋兩側(cè)的壓力差而從所述平衡位置能移動(dòng)，從而使穿過(guò)所述通氣孔的流動(dòng)路徑的尺寸變化；

其中，所述通氣蓋包括：第一折翼區(qū)段，被聯(lián)接到所述通氣孔的一側(cè)；以及，至少一個(gè)第二折翼區(qū)段，被聯(lián)接到所述第一折翼部分，

所述通氣蓋被配置為使得，所述第一折翼區(qū)段從所述平衡位置能移動(dòng)且所述第二折翼區(qū)段相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段能移動(dòng)，從而對(duì)于所述通氣蓋兩側(cè)的壓力差的至少第一范圍，相比于所述第一折翼區(qū)段，所述第二折翼區(qū)段從其平衡位置偏轉(zhuǎn)更大的角度。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個(gè)柔性膜；以及

至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，包括：一個(gè)通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述柔性膜兩側(cè)的壓力差；以及，一個(gè)可移動(dòng)通氣蓋，所述可移動(dòng)通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述通氣蓋響應(yīng)于所述通氣蓋兩側(cè)的壓力差而從所述平衡位置能移動(dòng)，從而使穿過(guò)所述通氣孔的流動(dòng)路徑的尺寸變化；

其中，所述通氣蓋包括：第一折翼區(qū)段，所述第一折翼區(qū)段被聯(lián)接到所述通氣孔的一側(cè)，從而從所述平衡位置能移動(dòng)；以及，至少一個(gè)第二折翼區(qū)段，所述至少一個(gè)第二折翼區(qū)段被聯(lián)接到所述第一折翼區(qū)段，從而相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段能移動(dòng)，

其中，所述第二折翼部分相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段的移動(dòng)的阻力低于所述第一折翼區(qū)段從平衡位置的移動(dòng)的阻力。

在又一方面，提供了一種mems換能器，包括：

一個(gè)膜層；以及

至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，包括：

一個(gè)通氣孔，用于使流體通氣，從而減小所述膜層兩側(cè)的壓力差；以及

一個(gè)動(dòng)態(tài)通氣蓋，所述動(dòng)態(tài)通氣蓋在平衡位置處至少部分地阻塞所述通氣孔；

其中，所述動(dòng)態(tài)通氣蓋響應(yīng)于所述通氣蓋兩側(cè)的壓力差而從所述平衡位置能移動(dòng)，從而使穿過(guò)所述通氣孔的流動(dòng)路徑的尺寸變化；并且

其中，所述通氣蓋包括至少第一折翼區(qū)段和第二折翼區(qū)段，所述第一折翼區(qū)段被鉸接到所述通氣孔的側(cè)邊，并且所述第二折翼區(qū)段被鉸接到所述第一折翼區(qū)段，從而相對(duì)于所述第一折翼區(qū)段能移動(dòng)。

在又一方面，提供了一種mems換能器結(jié)構(gòu)，包括：

一個(gè)柔性膜；以及

多個(gè)可變通氣部，每個(gè)可變通氣部提供了一個(gè)流動(dòng)路徑，所述流動(dòng)路徑具有隨著所述膜兩側(cè)的壓力差而變化的尺寸；

其中，所述可變通氣部中的至少一些具有各不相同的聲導(dǎo)對(duì)壓力差的分布圖。

所述可變通氣部中的至少一個(gè)可以在所述換能器的預(yù)期正常操作壓力范圍內(nèi)的壓力差時(shí)至少部分地打開(kāi)，以提供一個(gè)流動(dòng)路徑。所述可變通氣部中的至少一個(gè)可以包括一個(gè)可變通氣部，如上文變體中的任何一個(gè)中所描述的。因此，所述可變通氣部可以包括一個(gè)通氣孔和一個(gè)可移動(dòng)蓋部分，所述可移動(dòng)蓋部分被配置為在平衡時(shí)至少部分地阻塞所述通氣孔。所述可移動(dòng)蓋部分可以包括至少第一區(qū)段和第二區(qū)段，如上文變體中的任何一個(gè)中所描述。附加地或替代地，通氣部中的至少一些可以包括一個(gè)通氣蓋，所述通氣蓋僅包括單個(gè)區(qū)段，但是打開(kāi)一個(gè)通氣部的蓋部分的相對(duì)容易度可以不同于打開(kāi)另一通氣部的蓋部分的相對(duì)容易度。在一些實(shí)施方案中，所述換能器可以在使用時(shí)被聯(lián)接到對(duì)來(lái)自所述換能器的測(cè)量信息進(jìn)行信號(hào)處理的電路系統(tǒng)，其中所述電路系統(tǒng)被配置為對(duì)所述測(cè)量信號(hào)施加補(bǔ)償，以補(bǔ)償可變聲導(dǎo)。補(bǔ)償?shù)某潭葟亩梢噪S著檢測(cè)到的信號(hào)振幅而變化。

上文描述的實(shí)施方案中的任何一個(gè)可以與其他實(shí)施方案中的任何一個(gè)組合實(shí)施，并且所描述的多個(gè)特征可以以任意組合在一個(gè)實(shí)施方案中實(shí)施。

為了更好地理解本發(fā)明，并且為了示出如何實(shí)施本發(fā)明，現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)施例的方式參考附圖，在附圖中：

圖1a和圖1b例示了已知的mems麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的截面視圖和立體視圖；

圖2a和圖2b例示了已知的可變通氣部的一個(gè)實(shí)施例；

圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的可變通氣部；

圖4a至圖4c例示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的通氣部的操作；

圖5a、圖5b和圖5c例示了通氣部的聲導(dǎo)和位移如何隨著壓力而變化；

圖6例示了可變通氣部的又一實(shí)施方案；

圖7a至圖7e例示了可變通氣部的附加實(shí)施方案；

圖8例示了被調(diào)節(jié)為具有不同操作形狀的兩個(gè)單獨(dú)的通氣部；

圖9例示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的通氣部如何被定位在換能器的柔性膜中；

圖10例示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的通氣部如何被定位在換能器的柔性膜中的另一個(gè)實(shí)施例；以及

圖11a-圖11f例示了多種mems換能器封裝件。

具體實(shí)施方式

如上文所提及的，已經(jīng)提出在mems換能器結(jié)構(gòu)中使用可變通氣部(例如，關(guān)于圖2a和2b所例示的可變通氣部)，以在高壓力情形下充當(dāng)一種類型的壓力釋放閥，該通氣部在高壓力差下打開(kāi)以提供較大的流動(dòng)路徑，但是在mems換能器的正常操作范圍以內(nèi)的壓力差下具有較小的(如果有的話)流動(dòng)路徑。因此，通氣部結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成在第一壓力差范圍以內(nèi)時(shí)大體上閉合，但是在第二、較高的壓力差范圍時(shí)打開(kāi)以允許相對(duì)顯著增加的流動(dòng)，所述第一壓力差范圍對(duì)應(yīng)于換能器的操作壓力差的正常范圍。注意，閉合位置不一定對(duì)應(yīng)于無(wú)流動(dòng)，可以對(duì)應(yīng)于正常操作所期望的限定的流動(dòng)路徑尺寸，例如，以在第一壓力差范圍內(nèi)提供至少一些低頻均衡。w02014/045040描述了可以使用的許多不同的可變通氣部設(shè)計(jì)。

然而，如所提及的，可能難以在通氣部在設(shè)備的正常操作范圍內(nèi)保持足夠閉合以對(duì)換能器的操作(例如mems麥克風(fēng)的聲學(xué)靈敏度)具有最小影響與通氣部在高壓力情形下打開(kāi)到足夠的程度以提供足夠的通氣之間實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶狻?/p>

因此，本發(fā)明的一些實(shí)施方案提供了具有改進(jìn)的操作特性和/或可以對(duì)給定的壓力差提供更調(diào)諧的響應(yīng)的可變通氣部。

因此，本發(fā)明的一些實(shí)施方案涉及mems換能器，所述mems換能器包括一個(gè)柔性膜并且具有一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，所述可變通氣部結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)可移動(dòng)部分，所述可移動(dòng)部分可移動(dòng)以提供一個(gè)流動(dòng)路徑，該流動(dòng)路徑的尺寸隨著所述膜兩側(cè)的壓力差而變化。然而，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述可移動(dòng)部分具有至少第一區(qū)段或節(jié)段和第二區(qū)段或節(jié)段，并且通氣部的第一區(qū)段相對(duì)于通氣部的第二區(qū)段能移動(dòng)。換句話說(shuō)，可移動(dòng)部分的第一區(qū)段和第二區(qū)段二者都可以被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離平衡位置，但是進(jìn)一步，可移動(dòng)部分的第二區(qū)段可以被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離可移動(dòng)部分的第一區(qū)段。第一區(qū)段可以經(jīng)由由可移動(dòng)部分的材料形成的活動(dòng)鉸鏈而被聯(lián)接到第二區(qū)段，如下文將更詳細(xì)描述的。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案的可移動(dòng)部分可以具有至少兩個(gè)折翼區(qū)段，而不是被布置為如具有關(guān)于圖2b所描述的可變通氣部的基本上單個(gè)折翼。

可移動(dòng)部分可以相對(duì)于通氣孔布置，以在平衡位置至少部分地充當(dāng)通氣蓋并且至少部分地阻塞通氣孔。通氣孔是用于使流體(例如，諸如空氣的氣體(盡管在一些實(shí)施方案中它可以是其他氣體或流體))通氣以便減小柔性膜層兩側(cè)的壓力差的孔。在一些實(shí)施方案中，通氣孔可以被形成在換能器的膜層中?？梢苿?dòng)部分充當(dāng)可移動(dòng)通氣蓋或動(dòng)態(tài)通氣蓋，并且可以通過(guò)蓋兩側(cè)的足夠的局部壓力差而被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離其平衡位置。可移動(dòng)蓋的第一區(qū)段可以被聯(lián)接到通氣孔的一個(gè)側(cè)壁，例如，周圍的膜材料，使得第一區(qū)段可以從平衡位置偏轉(zhuǎn)，例如從平衡位置旋轉(zhuǎn)地偏轉(zhuǎn)。因此，第一區(qū)段可以有效地以鉸鏈方式聯(lián)接到通氣孔的壁的側(cè)邊。第二區(qū)段可以被聯(lián)接(例如，被鉸接)到第一區(qū)段，以使得第二區(qū)段可以相對(duì)于第一區(qū)段旋轉(zhuǎn)地偏轉(zhuǎn)。因此，第二區(qū)段可以有效地以鉸鏈方式聯(lián)接到第一區(qū)段。第二區(qū)段可以僅經(jīng)由第一區(qū)段連接到通氣孔的側(cè)壁，因此其可能的移動(dòng)能夠通過(guò)與第一區(qū)段的連接部而被充分限定。因此，第一折翼區(qū)段的任何偏轉(zhuǎn)將導(dǎo)致第二折翼區(qū)段的偏轉(zhuǎn)，但是第二折翼區(qū)段將受到作用在其上的壓力差和與第一折翼區(qū)段的連接部的特性而自由地采取從第一折翼區(qū)段偏轉(zhuǎn)的一個(gè)位置。

提供一個(gè)可移動(dòng)部分作為通氣蓋，其中可移動(dòng)部分或蓋包括至少兩個(gè)區(qū)段，其中第二區(qū)段能夠相對(duì)于第一區(qū)段移動(dòng)并且其中第二區(qū)段的移動(dòng)由它與第一區(qū)段的連接部而被完全限定是有利的，因?yàn)樗试S通氣部的打開(kāi)被更容易地調(diào)節(jié)到所期望的特性，并且可以提供在施加的壓力差的情況下更好的聲導(dǎo)分布圖，如下文將更詳細(xì)解釋的。

圖3以平面視圖例示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的可變通氣部結(jié)構(gòu)301。在此實(shí)施方案中，至少一個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)被形成在膜層101中，從而流動(dòng)路徑是穿過(guò)膜的路徑，然而其他布置是可能的，如稍后將描述的。因此，可變通氣部結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)穿過(guò)膜101的孔，并且該膜的一部分被形成為可移動(dòng)部分302，所述可移動(dòng)部分302充當(dāng)通氣蓋，并且在受到局部壓力差時(shí)，可移動(dòng)部分302提供對(duì)該孔的可變程度的阻塞。

可移動(dòng)蓋部分302由伸展穿過(guò)膜的至少一個(gè)通道303限定。通過(guò)蝕刻穿過(guò)膜所形成的通道303是薄的通道，并且將可移動(dòng)蓋部分302與膜的其余部分分離(除了經(jīng)由連接區(qū)域304a)。蝕刻至少一個(gè)通道303以使可移動(dòng)蓋部分302以這種方式與膜101的其余部分部分地分離意味著，可移動(dòng)蓋部分302可以被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離該膜的其余部分的表面。

在圖3的實(shí)施方案中，通道303被配置為不僅允許蓋部分302相對(duì)于膜101能移動(dòng)，而且還允許蓋的一個(gè)區(qū)段相對(duì)于蓋的另一個(gè)區(qū)段能移動(dòng)。

因此，在圖3的實(shí)施方案中，可移動(dòng)部分或通氣蓋302包括第一折翼區(qū)段302a和第二折翼區(qū)段302b。第一折翼區(qū)段302a經(jīng)由第一連接部而連接到膜101的其余部分，所述第一連接部由虛線區(qū)域304a例示的第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a限定。第二折翼區(qū)段302b通過(guò)第二連接部而連接到第一折翼區(qū)段302a，所述第二連接部由如虛線區(qū)域304b例示的第二折翼區(qū)段連接區(qū)域限定。在此實(shí)施方案中，第一折翼區(qū)段302a因此是由通道303和連接區(qū)域304a和304b限定的并且位于所述連接區(qū)域之間的區(qū)域。第二折翼區(qū)段302b是由通道303和第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b限定的區(qū)域。

此第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a由通道303限定，從而此第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a具有的形狀和尺寸允許可移動(dòng)蓋的第一折翼區(qū)段302a響應(yīng)于作用在膜上的足夠高的壓力差而被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離膜。第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a提供第一折翼區(qū)段302a和膜的其余部分之間的有效地鉸鏈連接，所述其余部分限定穿過(guò)膜的通氣孔的側(cè)壁。應(yīng)理解，鉸鏈連接部是由與膜和可移動(dòng)蓋的第一區(qū)段302a相同的材料形成的，其中鉸鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)移除連接部的任一側(cè)上的材料使得該連接部形成一個(gè)頸部部分來(lái)提供的。這樣的連接部通常被稱作“活動(dòng)鉸鏈”。如在本說(shuō)明書(shū)中所使用的，術(shù)語(yǔ)“活動(dòng)鉸鏈”將被認(rèn)為是指材料的多個(gè)部分之間的連接部，其中至少某種材料通過(guò)一個(gè)連接區(qū)域從一個(gè)部分連續(xù)地延伸到另一個(gè)部分，并且其被配置為通過(guò)連續(xù)材料的變形，允許這樣的多個(gè)部分的類似鉸鏈的相對(duì)移動(dòng)。因此，由第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a所形成的第一連接部實(shí)際上是形成在膜材料中的鉸鏈。

在此實(shí)施方案中，不需要特殊處理連接區(qū)域本身來(lái)形成活動(dòng)鉸鏈，即連接區(qū)域不需要被變薄或以其他方式被特別適配，例如被減弱。第一折翼連接區(qū)域304a由通道303的位置簡(jiǎn)單地限定。因此，應(yīng)理解，圖3中例示的虛線區(qū)域304a可以包括與任一側(cè)的材料具有相同厚度的相同材料。因此，該虛線區(qū)域僅表示相對(duì)高的變形可以響應(yīng)于足夠的壓力差而發(fā)生的區(qū)域。

因此，此第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a允許蓋302的第一區(qū)段302a響應(yīng)于足夠的壓力差而遠(yuǎn)離膜的其余部分的鉸鏈(即，旋轉(zhuǎn)地)移動(dòng)。因此，應(yīng)理解，在圖3的實(shí)施方案中，可移動(dòng)蓋的第一區(qū)段302a被有效地被鉸接到膜的其余部分。如稍后將描述的，第一折翼連接區(qū)域提供彈性連接部，即形成彈性鉸鏈，從而允許第一折翼區(qū)段302a在不存在這樣的壓力差時(shí)返回到平衡位置。

如所提及的，可移動(dòng)蓋的第二折翼區(qū)段302b通過(guò)第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b連接到第一區(qū)段302a。此第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b也由通道303限定，使得此第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b具有的形狀和尺寸允許可移動(dòng)蓋的第二區(qū)段302b響應(yīng)于足夠高的壓力差而被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段302a。第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b同樣可以提供第一區(qū)段302a和第二區(qū)段302b之間的活動(dòng)鉸鏈連接部，同樣，不需要對(duì)第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b進(jìn)行特殊處理，該第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b同樣可以形成一個(gè)頸部部分。因此，此第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b也允許第二區(qū)段302b遠(yuǎn)離第一區(qū)段302a的彈性旋轉(zhuǎn)或樞轉(zhuǎn)(即，鉸鏈)移動(dòng)。因此，由第二折翼區(qū)段連接區(qū)域所形成的第二連接部實(shí)際上是形成在膜材料中的另一鉸鏈，從而可移動(dòng)蓋部分包括多個(gè)鉸鏈。因此，應(yīng)理解，在圖3的實(shí)施方案中，可移動(dòng)蓋的第二區(qū)段302b有效地被鉸接到第一區(qū)段302a，并且僅經(jīng)由第一區(qū)段302a而連接到膜的其余部分。

可移動(dòng)蓋部分302的第一區(qū)段302a和第二區(qū)段302b優(yōu)選地被布置成使得它們的平衡位置(即，當(dāng)不存在作用在可變通氣部結(jié)構(gòu)上的大壓力差時(shí)它們采取的位置)大體上在該膜的平面內(nèi)。換句話說(shuō)，在平衡時(shí)，蓋302的第一區(qū)段302a不被顯著偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離膜的其余部分，并且第二區(qū)段302b不被顯著偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段302a。因此，在平衡位置中，蓋302大體上覆蓋或阻塞穿過(guò)膜的流動(dòng)路徑的至少一部分。在此實(shí)施方案中，流動(dòng)路徑在平衡位置處大體上完全閉合，但是在一些實(shí)施方案中，通氣部可以被設(shè)計(jì)成在平衡時(shí)提供某個(gè)限定的流動(dòng)尺寸。

當(dāng)然應(yīng)理解，通道303表示空氣流動(dòng)穿過(guò)膜的路徑，然而，通道303可以被形成有非常窄的寬度，從而當(dāng)可移動(dòng)蓋302的區(qū)段302a和302b二者都在平衡位置中時(shí)，不存在或存在非常有限的空氣流動(dòng)通過(guò)該通道。通道303的寬度可能被如下因素限制：最小可蝕刻間隙上的光刻工藝約束；或，可移動(dòng)區(qū)段彎曲和撓曲同時(shí)又脫離該結(jié)構(gòu)的其余部分的某個(gè)機(jī)械間距的需要。此外，窄間隙將傾向于具有較大的分?jǐn)?shù)制造公差，導(dǎo)致在閉合時(shí)聲學(xué)阻抗的較寬的變化，從而麥克風(fēng)的例如低頻衰減(roll-off)的較寬變化。相對(duì)于范圍為20μm至50μm的典型的通氣部結(jié)構(gòu)，典型的寬度可以是1μm。然而，取決于聲學(xué)規(guī)格或制造工藝能力，寬度可以例如小十倍或大十倍。

響應(yīng)于膜兩側(cè)的壓力差增大，蓋302的第一區(qū)段302a和第二區(qū)段302b可以從平衡位置移位。圖4例示了這樣的可變通氣部在mems換能器中可以如何操作。使用類似的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)先前關(guān)于圖1和圖2討論的部件類似的部件。因此，圖4例示了換能器的柔性膜101，其中為了清楚起見(jiàn)，省略了換能器結(jié)構(gòu)的其余部分。膜被支撐在第一容積和第二容積之間，所述第一容積包括腔109，所述第二容積包括腔110。

再次，膜可以具有多個(gè)排出孔111，所述排出孔111被定尺度并且被布置成產(chǎn)生對(duì)換能器的調(diào)節(jié)效應(yīng)并且減小低頻壓力變化的影響。膜101還被設(shè)置有多個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)301，如上文描述的。在一些應(yīng)用中，可以使用單個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，但是如稍后將討論的，提供具有多個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)的膜是有益的。在此實(shí)施方案中，可變通氣部結(jié)構(gòu)301與排出孔111分離并且不同于排出孔111。

圖4示出了位于膜中的、膜電極103的區(qū)域外部的可變通氣部結(jié)構(gòu)301。這意味著，通氣部可以僅由形成膜101的一個(gè)或多個(gè)層的材料形成。然而，在一些實(shí)施方案中，可以在電極的區(qū)域內(nèi)形成可變通氣部結(jié)構(gòu)，例如在電極的總體區(qū)域內(nèi)未沉積金屬電極的專有區(qū)域(exclusionarea)中。替代地，可變通氣部結(jié)構(gòu)可以被形成在電極的區(qū)域中，其中膜層和電極層一起形成該可變通氣部結(jié)構(gòu)。在一些應(yīng)用中，由膜層且至少部分地由金屬電極層形成通氣部的可移動(dòng)區(qū)段可以提供更強(qiáng)的可移動(dòng)部分。

然而，應(yīng)注意到，無(wú)論可變通氣部結(jié)構(gòu)在何處形成，在那個(gè)位置處可以存在聯(lián)接至膜的一個(gè)或多個(gè)附加材料，以便定制可變通氣部的屬性，例如柔性或應(yīng)力處置能力。

圖4a例示了在操作中的情形，其中第二容積110中的壓力大于第一容積中的壓力，但在預(yù)期的安全操作或正常壓力范圍內(nèi)。因此，膜從膜平衡位置向下偏轉(zhuǎn)。然而，壓力差在該設(shè)備的正常預(yù)期操作范圍內(nèi)，即在操作壓力閾值以下，從而可變通氣部301保持大體上閉合。

圖4b例示了壓力差已經(jīng)增大到足以導(dǎo)致可移動(dòng)蓋部分302移位的水平的情形。圖4b示出了第一區(qū)段302a可以被部分偏轉(zhuǎn)(即，旋轉(zhuǎn))遠(yuǎn)離膜101，并且第二區(qū)段302b本身被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段302a。這提供通氣孔的一個(gè)打開(kāi)程度，從而增大流動(dòng)路徑，允許更迅速的壓力平衡。

圖4c例示了壓力差已經(jīng)進(jìn)一步增大到足以導(dǎo)致第一區(qū)段302a從膜顯著偏轉(zhuǎn)的水平的情形。這也導(dǎo)致第二區(qū)段302b的進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)，使得可變通氣部結(jié)構(gòu)301被進(jìn)一步打開(kāi)。這顯著增大了流動(dòng)路徑的尺寸，允許甚至更迅速的壓力平衡。

因?yàn)榭梢苿?dòng)部分包括以鉸鏈方式聯(lián)接到第一區(qū)段302b并且不以其他方式連接到膜的其余部分的第二區(qū)段302b，所以第二區(qū)段302b既可以被移位遠(yuǎn)離第一區(qū)段302a，又可以通過(guò)第一區(qū)段302a的移位而被移位遠(yuǎn)離平衡。此雙重偏轉(zhuǎn)意味著，第二區(qū)段302b可以有利地受益于第一區(qū)段302a的任何移位，以提供比在單個(gè)折翼部分的情況下的打開(kāi)程度更大的打開(kāi)程度。

例如，考慮到響應(yīng)于膜兩側(cè)的給定壓力差，第一區(qū)段302a將被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離膜的其余部分一個(gè)角度α。第一區(qū)段302a的近端將在第一連接部304a處(即，在第一鉸鏈處)連接到膜，但是第一區(qū)段的遠(yuǎn)端將被移位，并且取決于角度α的范圍，可以被移位到膜的平面之外，從而暴露穿過(guò)膜的流動(dòng)路徑的至少一部分。在圖3的實(shí)施方案中，蓋302的第二區(qū)段302b通過(guò)第二連接部304b(即，通過(guò)第二鉸鏈)連接在第一區(qū)段302a的遠(yuǎn)端處或附近，并且被連接以有效地圍繞一個(gè)軸線鉸接，所述軸線可以平行于或相對(duì)近似平行于連接部304a的鉸鏈軸線。因此，第二區(qū)段被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段一個(gè)角度β，從而位于與膜的平面成角度α+β處(其中β可以與α相同或不同)。將清楚的是，這將導(dǎo)致，與在第二區(qū)段302b不可單獨(dú)地相對(duì)于第一區(qū)段302a移動(dòng)從而整個(gè)蓋僅在角度α處的情況下通氣部打開(kāi)的程度相比，通氣部打開(kāi)的程度更大。

此外，第一鉸鏈連接部304a和第二鉸鏈連接部304b的屬性可以被設(shè)計(jì)成提供所期望的總體響應(yīng)。換句話說(shuō)，第一鉸鏈連接部304a和第二鉸鏈連接部304b可以被配置為使得，第一區(qū)段302a對(duì)于給定的壓力差偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離膜101的程度不同于第二區(qū)段302b對(duì)于相同的壓力差偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段302a的程度。

圖3例示了第一區(qū)段302a可以通過(guò)第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a而連接到膜101，第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a在此實(shí)施方案中是第一頸部。如圖3中例示的，此頸部區(qū)域可以被看作具有第一寬度或橫向范圍d1w，即跨越頸部的尺度，其在此情況下大體上平行于該區(qū)域變形所圍繞的軸線，例如鉸鏈軸線。在圖3中，頸部的寬度可以看作是頸部在該圖的y軸上的尺度，即如所示出的豎直尺度。第一頸部也有深度d1d，即頸部區(qū)域在其所連接的兩個(gè)部分之間的縱向范圍的尺度，該深度d1d可以被看作圖3中的x軸(水平)尺度。第二區(qū)段302b通過(guò)第二連接區(qū)域304b(即，第二頸部)連接到第一區(qū)段302a。此第二頸部具有寬度d2w和深度d2d。第一連接區(qū)域或頸部304a可以具有與第二連接區(qū)域或頸部304b不同的尺度。例如，第一區(qū)域304a的寬度d1w可以不同于第二連接區(qū)域的寬度d2w。連接區(qū)域304a和304b的不同寬度可以意味著，相關(guān)區(qū)段可以從其所連接至的部分偏轉(zhuǎn)的容易度變化。例如，寬度d2w可以小于寬度d1w，使得相比于第一區(qū)段302a偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離膜101的其余部分，第二區(qū)段302b可以更容易地偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段302a。附加地或替代地，對(duì)于第一連接區(qū)域304a和第二連接區(qū)域304b，如由通道303所限定的連接區(qū)域的深度可以不同。

應(yīng)注意，在一些實(shí)施方案中，所述連接區(qū)域可以具有其他幾何形狀，并且可以例如包括扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)等，如稍后將更詳細(xì)描述的。這樣的結(jié)構(gòu)具有確定偏轉(zhuǎn)的相對(duì)容易度的不同的和/或附加的尺度。此外，在一些實(shí)施方案中，連接部可以由沿著一個(gè)鉸鏈軸線間隔開(kāi)的不止一個(gè)連接區(qū)域形成，并且這樣的區(qū)域的數(shù)目也可以確定打開(kāi)的相對(duì)容易度。然而，一般而言，應(yīng)理解，連接部的尺度和/或幾何形狀可以被設(shè)計(jì)成確保對(duì)于給定的壓力差，一個(gè)折翼區(qū)段(例如，第二折翼區(qū)段304b)比另一個(gè)折翼區(qū)段(例如，第一折翼區(qū)段304a)更容易偏轉(zhuǎn)。

第二區(qū)段比第一區(qū)段更容易偏轉(zhuǎn)這樣的布置可以為可變通氣部提供特別有利的響應(yīng)。

圖5a例示了聲導(dǎo)相對(duì)于壓力差的曲線圖。聲導(dǎo)表示空氣在兩個(gè)容積之間流動(dòng)的容易度，從而相對(duì)于壓力差，與流動(dòng)路徑的打開(kāi)程度(即，穿過(guò)膜的孔暴露的程度)有關(guān)。

圖5a還例示了可移動(dòng)通氣蓋302的區(qū)段302a和302b在a、b、c和d指示的四個(gè)特定壓力差下相對(duì)于膜101的相對(duì)位置(橫截面)的實(shí)施例。

在平衡(條件a)時(shí)，即在膜的兩側(cè)上沒(méi)有顯著壓力差時(shí)，第一區(qū)段302a和第二區(qū)段302b二者大致上都與膜成一直線，從而流動(dòng)路徑基本上閉合。在圖3的實(shí)施方案中，這意味著大體上僅限定折翼部分的通道303提供穿過(guò)可變通氣部的任何流動(dòng)路徑。因此，聲導(dǎo)是低的，或如果限定折翼部分的通道足夠小，則大體上為零。然而，如先前所提及的，在一些實(shí)施方案中，可能在平衡時(shí)期望具有某一限定的非零尺寸的流動(dòng)路徑。在膜的兩側(cè)上的低壓力差時(shí)，不存在可移動(dòng)蓋302的任一區(qū)段的大偏轉(zhuǎn)。

當(dāng)壓力差增大時(shí)，可移動(dòng)蓋可以開(kāi)始被偏轉(zhuǎn)。在此實(shí)施例中，連接區(qū)域304a和304b被設(shè)計(jì)成使得第二區(qū)段302b比第一區(qū)段302a更容易偏轉(zhuǎn)。因此，第二區(qū)段302b可以開(kāi)始被偏轉(zhuǎn)，但是在相對(duì)較低的壓力差下，可移動(dòng)蓋的第一區(qū)段302a不從其平衡位置顯著偏轉(zhuǎn)。當(dāng)可移動(dòng)蓋的第二區(qū)段302b偏轉(zhuǎn)時(shí)，流動(dòng)路徑的至少一部分被打開(kāi)，從而穿過(guò)通氣部的聲導(dǎo)可以增大。然而，打開(kāi)的量相當(dāng)有限，直到第一區(qū)段302a也開(kāi)始偏轉(zhuǎn)(在壓力差b時(shí))。因此，在壓力差b以下的聲導(dǎo)仍然是低的。

在較高的壓力差時(shí)(在壓力差b以上)，可移動(dòng)部分的第一區(qū)段302a也被偏轉(zhuǎn)。這不僅開(kāi)始打開(kāi)流動(dòng)路徑的、先前由第一區(qū)段302a阻塞的區(qū)段，而且第一區(qū)段的偏轉(zhuǎn)還導(dǎo)致第一區(qū)段的進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致流動(dòng)路徑的更大的打開(kāi)。因此，隨著壓力差(即，在壓力差b和c之間)增大，聲導(dǎo)在此操作區(qū)域中而相對(duì)迅速地增大。

當(dāng)可移動(dòng)蓋的第一區(qū)段和第二區(qū)段的偏轉(zhuǎn)量增加時(shí)，未阻塞的流動(dòng)路徑的區(qū)域增大，直到在壓力差d時(shí)，兩個(gè)可移動(dòng)部分都被進(jìn)一步移動(dòng)到流動(dòng)路徑的區(qū)域之外，并且通氣部以限定的最大流動(dòng)區(qū)域完全打開(kāi)。即使壓力差進(jìn)一步增大，流動(dòng)路徑的尺寸也不會(huì)再增大。然而，在實(shí)踐中，在一些實(shí)施方案中，可移動(dòng)部分可能不可變形到關(guān)于壓力差d所示出的完全程度。

具有多個(gè)鉸鏈的布置是有利的，其中通氣部在換能器的正常操作所預(yù)期的壓力差期間保持大體上閉合(例如，在例如位置a和b之間的某處)，并且僅當(dāng)壓力差達(dá)到異常高的水平或開(kāi)始接近可能潛在地對(duì)換能器造成損壞的水平時(shí)開(kāi)始顯著地打開(kāi)(即，延伸超出位置b)。應(yīng)理解，具有穿過(guò)膜的流動(dòng)路徑可以更改換能器的操作特性。如上文關(guān)于圖1所討論的，在mems麥克風(fēng)中可能存在穿過(guò)膜的一個(gè)或多個(gè)排出孔，以減小低頻效應(yīng)的影響。這些孔的數(shù)目和尺度通過(guò)設(shè)計(jì)被選擇以提供所期望的操作特性。因此，這些排出孔已經(jīng)提供了一個(gè)用于使膜的兩側(cè)上的兩個(gè)容積中的壓力均衡的路徑，但是這些孔被特意設(shè)計(jì)成使得這樣的均衡在聲學(xué)方面需要很長(zhǎng)時(shí)間。因此，僅僅排出孔并不能防止大的壓力差對(duì)換能器造成損壞。可變通氣部被提供，以實(shí)現(xiàn)更迅速的均衡。然而，如果打開(kāi)可變通氣部以在預(yù)期的正常操作壓力差下提供顯著的流動(dòng)路徑，則這樣的附加流動(dòng)路徑將更改換能器的頻率特性并且會(huì)導(dǎo)致失真。

相比于根據(jù)先前已知設(shè)計(jì)的單個(gè)折翼通氣部，圖5a中所例示的聲導(dǎo)對(duì)所施加的壓力差的分布圖可以更容易調(diào)節(jié)到所期望的特性。因此，例如，將第一區(qū)段302a連接到膜的連接部304a可以被布置成大體上不打開(kāi)，即，使得第一區(qū)段302a基本上不從其平衡位置移位，直到達(dá)到在正常操作范圍以上但在可能發(fā)生損壞的壓力水平以下的壓力水平。然而，第一區(qū)段和第二區(qū)段之間的連接部304b可以被配置為使得第二區(qū)段更容易偏轉(zhuǎn)，即，在較低的壓力差時(shí)。因此，在圖5a中的a和b之間的操作區(qū)域可以包括換能器的正常預(yù)期操作范圍中的一些，然而將看到，在此區(qū)域中聲導(dǎo)保持很低，從而對(duì)換能器的靈敏度的影響是低的。圖5b例示了對(duì)于與圖3中所例示的設(shè)計(jì)類似的示例通氣部結(jié)構(gòu)，可移動(dòng)蓋的移位相對(duì)于壓力(差)的對(duì)數(shù)曲線。在140dbspl的聲壓水平時(shí)的打開(kāi)程度例如可以是大約0.03μm。因此，通氣部可以被認(rèn)為在spl高達(dá)此極限的時(shí)大體上閉合。然而，由于蓋的第一折翼區(qū)段和第二折翼區(qū)段二者的存在，一旦達(dá)到壓力水平b，通氣部便迅速打開(kāi)。

因此，通氣部的此設(shè)計(jì)可以在正常操作壓力范圍時(shí)提供有限的影響，但是可以在期望通氣以防止信號(hào)失真和/或膜損壞的感興趣的壓力時(shí)較為迅速地打開(kāi)。應(yīng)理解，聲導(dǎo)對(duì)壓力差的精確分布圖將取決于多種因素，諸如可移動(dòng)蓋部分的不同區(qū)段的尺寸和這些區(qū)段的打開(kāi)的相對(duì)容易度。例如，圖5c例示了可以通過(guò)不同的通氣部設(shè)計(jì)所提供的聲導(dǎo)對(duì)壓力差的略微不同的分布圖。通氣部可以被設(shè)計(jì)以提供所期望的聲導(dǎo)分布圖?？梢阅M多種通氣部設(shè)計(jì)，以核查它們?cè)谑褂弥袑⑻峁┧谕姆植紙D。

可變通氣部的可移動(dòng)蓋部分可以被配置為使得，在低于蓋的第一壓力閾值的壓力差時(shí)，大體上不存在可移動(dòng)蓋部分(即，任一區(qū)段)從平衡位置的移動(dòng)。具體而言，可移動(dòng)蓋部分可以被偏轉(zhuǎn)小于膜的寬度，使得可移動(dòng)蓋的第二區(qū)段302b的尾部表面(即，與偏轉(zhuǎn)方向相反的側(cè)上的表面)不顯著延伸超過(guò)膜表面。因此，流動(dòng)路徑(即，穿過(guò)膜的孔)保持大部分被可移動(dòng)蓋302阻塞。

可移動(dòng)蓋302的第一折翼區(qū)段302a可以被配置為使得，在將被稱為第一區(qū)段的第一壓力閾值的第一壓力閾值以下，不存在第一折翼區(qū)段遠(yuǎn)離膜的顯著偏轉(zhuǎn)。換句話說(shuō)，在低于第一區(qū)段的第一壓力閾值的壓力差時(shí)，通氣孔被處于平衡位置的第一折翼區(qū)段所占據(jù)的部分保持大體上被第一折翼區(qū)段阻塞。第一區(qū)段的第一壓力閾值可以處于或高于mems換能器的正常預(yù)期操作壓力范圍的上端。同樣地，可移動(dòng)蓋302的第二折翼區(qū)段302b可以被配置為使得，在將被稱為第二區(qū)段的第一壓力閾值的壓力閾值以下，不存在第二折翼區(qū)段遠(yuǎn)離第一區(qū)段的顯著偏轉(zhuǎn)。因此，在低于第二區(qū)段的第一壓力閾值的壓力差時(shí)，通氣孔被處于平衡位置的第二折翼區(qū)段所占據(jù)的部分可以保持大體上被第二折翼區(qū)段阻塞(假定沒(méi)有第一折翼區(qū)段的顯著移動(dòng))。第一區(qū)段的第一壓力閾值可以與第二區(qū)段的第一壓力閾值相同或不同。具體而言，第一區(qū)段的第一壓力閾值可以大于第二區(qū)段的第一壓力閾值。

對(duì)于聲學(xué)換能器等，第一蓋閾值和/或第一區(qū)段或第二區(qū)段的第一壓力閾值中的至少一個(gè)可以例如大于150pa，并且可以大于200pa或更高，并且在一些應(yīng)用可以大于1kpa。換句話說(shuō)，可變通氣部可以在高達(dá)約150-200pa或更高的壓力差時(shí)保持大體上閉合。因此，對(duì)于在0-200pa的范圍內(nèi)的壓力差，可變通氣部大體上不提供流動(dòng)路徑尺寸的顯著變化。這意味著，可變通氣部對(duì)換能器的操作具有最小的性能影響。

可變通氣部被布置成在接近可能對(duì)換能器造成損壞的壓力差的壓力差時(shí)打開(kāi)，以提供流動(dòng)路徑。例如，可變通氣部可以被布置成在約100kpa的壓力差時(shí)充分打開(kāi)，以提供用于通氣的顯著流動(dòng)路徑。因此，可移動(dòng)蓋部分302可以被配置為使得，在高于將被稱為第二蓋壓力閾值的壓力閾值的壓力差時(shí)，不存在蓋部分從平衡位置的顯著移動(dòng)。

可移動(dòng)蓋302的第一區(qū)段302a可以被配置為使得，在將被稱為第一區(qū)段的第二壓力閾值的壓力閾值以上時(shí)，存在第一區(qū)段遠(yuǎn)離膜的顯著偏轉(zhuǎn)。因此，通氣蓋可以被配置為使得，在使用時(shí)，在高于第一區(qū)段的第二壓力閾值的壓力差時(shí)，通氣孔被處于平衡位置的第一折翼區(qū)段所占據(jù)的部分通過(guò)第一折翼區(qū)段的偏轉(zhuǎn)而被基本上解除阻塞?？梢苿?dòng)蓋302的第二區(qū)段302b可以被配置為使得，在將被稱為第二區(qū)段的第二壓力閾值的壓力閾值以上，存在第二區(qū)段遠(yuǎn)離第一區(qū)段的顯著偏轉(zhuǎn)。第一區(qū)段的第二壓力閾值可以與第二區(qū)段的第二壓力閾值相同或不同。具體而言，第一區(qū)段的第二壓力閾值可以大于第二區(qū)段的第二壓力閾值。應(yīng)理解，第一區(qū)段或第二區(qū)段的第二壓力閾值將大于對(duì)應(yīng)的第一壓力閾值。

對(duì)于聲學(xué)換能器等，第二蓋壓力閾值和/或第一區(qū)段或第二區(qū)段的第二壓力閾值中的至少一個(gè)可以等于或大于100kpa。因此，與平衡時(shí)的流動(dòng)路徑尺寸相比，對(duì)于至少100kpa的范圍的壓力差，可變通氣部大體上提供流動(dòng)路徑尺寸的顯著增大。

可移動(dòng)蓋302的區(qū)段302a和302b中的每個(gè)將開(kāi)始顯著偏轉(zhuǎn)的壓力差將取決于多種因素，諸如形成每個(gè)區(qū)段(例如，膜)的材料的厚度和成分，以及(對(duì)于折翼布置)相應(yīng)的區(qū)段的連接區(qū)域的尺度，例如，寬度d1w、dw2和/或深度d1d、d2d。

返回參考圖4，應(yīng)理解，膜101的材料是相對(duì)彈性的。因此，如果第二腔中的壓力停止增大，則在短時(shí)間之后，通過(guò)可變通氣部301的通氣會(huì)將壓力差減小到使可變通氣部返回到圖4a中示出的閉合位置的水平。換句話說(shuō)，折翼區(qū)段304a和304b通過(guò)彈性連接部304a和304b連接，使得當(dāng)壓力差減小時(shí)，所述折翼區(qū)段移動(dòng)回它們的平衡位置。

如果第二腔中的壓力之后相對(duì)快速地減小，則膜兩側(cè)的壓力差在相反方向上會(huì)增大，使得該膜向上偏轉(zhuǎn)。該壓力差可以增大到這樣的程度，使得通氣部現(xiàn)在在向上的方向上打開(kāi)，以將空氣從第一容積通氣到第二容積中。因此，應(yīng)理解，可變通氣部可以是雙向的，允許從第一容積通氣到第二容積，并且也允許從第二容積通氣到第一容積。

從圖4b和圖4c將看到，當(dāng)可變通氣部打開(kāi)時(shí)，可移動(dòng)蓋部分302，尤其是第二區(qū)段302b，將在膜偏轉(zhuǎn)的相同方向上遠(yuǎn)離膜的表面變形。因此，可移動(dòng)蓋部分可以比膜本身的任何部分延伸更遠(yuǎn)。在一些實(shí)施方案中，膜可以相對(duì)于換能器結(jié)構(gòu)的其余部分(諸如，背板或基底的某一結(jié)構(gòu))布置，使得膜可以與換能器結(jié)構(gòu)接觸。在一些情形下，這有益于防止膜的過(guò)多行進(jìn)。很明顯，可變通氣部需要能夠打開(kāi)，以提供上文描述的優(yōu)點(diǎn)，從而可變通氣部?jī)?yōu)選地相對(duì)于換能器結(jié)構(gòu)布置為使得換能器結(jié)構(gòu)將不會(huì)阻止通氣部充分打開(kāi)。此外，還可以優(yōu)選的是，當(dāng)通氣部打開(kāi)時(shí)，貼近通氣部的出口路徑內(nèi)沒(méi)有任何結(jié)構(gòu)。在一些情形下，通氣部可以被布置在膜的一部分上，使得通氣部將不與換能器結(jié)構(gòu)接觸。例如，相對(duì)于背板，通氣部可以被布置為使得通氣部的可移動(dòng)蓋部分打開(kāi)到一個(gè)或多個(gè)背板聲學(xué)孔的區(qū)域中。然而，在其他實(shí)施方案中，通氣部可以被布置為使得它們可充分打開(kāi)，以提供顯著的流動(dòng)路徑，但是被換能器結(jié)構(gòu)阻止進(jìn)一步打開(kāi)。因此，換能器結(jié)構(gòu)可以充當(dāng)用于通氣部的可移動(dòng)部分的堅(jiān)固的止擋件，該止擋件可以減小或限制可移動(dòng)部分中的應(yīng)力，并且有助于防止對(duì)可移動(dòng)部分的損壞。

因此，本發(fā)明的實(shí)施方案的可變通氣部結(jié)構(gòu)提供了具有如wo2014/045040中所描述的可移動(dòng)部分的可變通氣部結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)，但有利地在感興趣的壓力差范圍內(nèi)、在聲導(dǎo)(即，空氣流動(dòng))方面提供更好的性能。換句話說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的通氣部可以更容易被調(diào)節(jié)成在第一較低的壓力差范圍下提供所期望的低聲導(dǎo)，但是在更高的壓力差范圍下具有足夠高的聲導(dǎo)。可以以先前在wo2014/045040中描述的任何方式使用可變通氣部結(jié)構(gòu)，wo2014/045040的內(nèi)容通過(guò)引用納入本文。

例如，上文的描述已經(jīng)聚焦在通氣部上，所述通氣部在膜中并且在換能器的膜的任一側(cè)上的容積(例如，前容積和后容積)之間提供流動(dòng)路徑。然而，應(yīng)理解，通氣部可以被布置在某個(gè)側(cè)通道或端口中，例如穿過(guò)側(cè)壁結(jié)構(gòu)，并且在一些實(shí)施方案中，通氣部可以提供從一個(gè)容積但并未通向第二容積的通氣，例如，在使用時(shí)經(jīng)由一個(gè)通道通向mems封裝件外的大氣。因此，通氣部可以被形成這樣一層材料中，該層材料不形成柔性膜的一部分。

應(yīng)理解，通氣部的可移動(dòng)蓋部分和此蓋部分的個(gè)體區(qū)段可以采取多種形式。例如，通氣部結(jié)構(gòu)可以被更改，以提供不同的壓力差響應(yīng)，或以避免應(yīng)力積聚問(wèn)題。

例如，圖6示出了類似于上文參考圖3所描述的可變通氣部的可變通氣部301，但是其中限定可移動(dòng)蓋部分的通道303包括通道303a，所述通道303a限定了第一區(qū)段302a經(jīng)由梁結(jié)構(gòu)601連接到膜302a的其余部分。應(yīng)理解，當(dāng)受到足以導(dǎo)致可移動(dòng)蓋部分變形的壓力差時(shí)，連接分上將存在顯著的應(yīng)力。使用梁結(jié)構(gòu)有助于減少在變形期間發(fā)生的應(yīng)力集中。

梁結(jié)構(gòu)601在其端部602a和602b處聯(lián)接到膜，并且支撐可移動(dòng)蓋部分302。在此實(shí)施方案中，第一折翼區(qū)段302a經(jīng)由頸部區(qū)域603連接到梁601。梁601和頸部區(qū)域603共同提供第一折翼連接部。正如先前所描述的實(shí)施方案，作用在膜上從而作用在可移動(dòng)蓋部分302的第一區(qū)段302a上的足夠的壓力差可以使可移動(dòng)蓋部分302的第一區(qū)段302a偏轉(zhuǎn)到膜的平面外。然而，在此實(shí)施方案中，至少部分地是由于梁601的扭曲而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而不是僅僅由于頸部部分603的平面外彎曲。因此，梁601充當(dāng)扭轉(zhuǎn)梁?？梢苿?dòng)部分的第一區(qū)段302a的應(yīng)力和偏轉(zhuǎn)從而經(jīng)由扭轉(zhuǎn)梁601的尺度是至少部分地可控制的。這可以允許與先前討論的實(shí)施方案相同程度的偏轉(zhuǎn)，但具有的優(yōu)勢(shì)是較低應(yīng)力從而較小的損壞可能性，或替代地對(duì)于給定的壓力差允許更大的打開(kāi)程度。

如在此實(shí)施方案中所提及的，第一折翼區(qū)段302a和膜的其余部分之間的連接部包括頸部部分603和梁601。在此情形下，頸部部分可以被配置為使得在頸部部分處不存在顯著的彎曲，并且所有偏轉(zhuǎn)都來(lái)自扭轉(zhuǎn)梁601的扭曲。然而，在其他實(shí)施方案中，扭轉(zhuǎn)梁可以扭曲，并且頸部部分603也可以提供一些彎曲。

將清楚的是，此連接部仍然提供可移動(dòng)蓋302的第一區(qū)段302a和膜之間的鉸鏈連接，因?yàn)樵摰谝粎^(qū)段相對(duì)于鉸鏈軸線大致上旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)，該鉸鏈軸線在此情況下沿著梁601的長(zhǎng)度。扭轉(zhuǎn)梁從而形成活動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)的一部分。在此實(shí)施方案中，梁的尺度，例如沿著鉸鏈軸線(即，圖6中的y軸)的長(zhǎng)度和/或梁的幅度(例如，圖6中的x軸尺度)。應(yīng)理解，基于可移動(dòng)部分的已知的可變通氣部結(jié)構(gòu)(即，諸如在w02014/045040中描述的)可以包括這樣的設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中，可移動(dòng)部分通過(guò)一個(gè)或多個(gè)臂結(jié)構(gòu)(諸如扭轉(zhuǎn)梁)而被連接到膜。然而，在這樣的情況下，所述臂是允許可移動(dòng)部分移動(dòng)的連接部的一部分，并且存在單個(gè)折翼部分。

在本發(fā)明的實(shí)施方案中，存在以鉸鏈方式聯(lián)接(例如，通過(guò)活動(dòng)鉸鏈)到基底的至少一個(gè)第一折翼區(qū)段。第一折翼區(qū)段是蓋的一個(gè)相對(duì)重要的部分，即在面積方面，其移動(dòng)對(duì)穿過(guò)通氣部的流動(dòng)路徑具有相對(duì)顯著的影響。例如，第一折翼區(qū)段的面積可以是可移動(dòng)蓋的總面積的至少10％，或至少20％，或至少30％。第一折翼區(qū)段僅在該區(qū)段的一側(cè)上聯(lián)接到通氣部的側(cè)壁，例如周圍的膜。因此，第一折翼區(qū)段被聯(lián)接成用于大致上圍繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。可移動(dòng)蓋部分還包括聯(lián)接到第一折翼區(qū)段的至少一個(gè)第二折翼區(qū)段。第二折翼區(qū)段也是蓋的一個(gè)相對(duì)重要的部分，其移動(dòng)對(duì)穿過(guò)通氣部的流動(dòng)路徑具有相對(duì)顯著的影響。例如，第二折翼區(qū)段的面積可以是可移動(dòng)蓋的總面積的至少10％，或至少20％，或至少30％。第二折翼區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接，以相對(duì)于第一折翼區(qū)段可移動(dòng)，例如可旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，第二折翼區(qū)段被聯(lián)接到第一折翼區(qū)段，使得給定的壓力差將導(dǎo)致第一折翼區(qū)段在第一旋轉(zhuǎn)方向上從膜旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，以及第二折翼區(qū)段在相同的旋轉(zhuǎn)方向上從第一折翼區(qū)段旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。因此，返回參考圖4，例如，可以看到，圖4c中所例示的壓力差導(dǎo)致第一區(qū)段相對(duì)于膜在順時(shí)針?lè)较蛏掀D(zhuǎn)，并且還導(dǎo)致第二區(qū)段在順時(shí)針?lè)较蛏蠌牡谝徽垡韰^(qū)段偏轉(zhuǎn)。

當(dāng)然也應(yīng)理解，返回參考圖3，連接區(qū)域304a和304b以及第一折翼區(qū)段302a和第二折翼區(qū)段302b全都可以包括相同厚度的相同材料，從而不同的區(qū)段由各個(gè)區(qū)段的運(yùn)轉(zhuǎn)方式以及通道303限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，第一折翼區(qū)段和第二折翼區(qū)段中的每個(gè)都是可以是大體上連續(xù)的區(qū)段，并且是被設(shè)計(jì)成作為單個(gè)區(qū)段(即，類似于板區(qū)段)移動(dòng)的區(qū)段。

當(dāng)然，因?yàn)檎垡韰^(qū)段可以由與膜(其在感興趣的壓力下是部分地柔性的)相同的材料形成，所以該折翼區(qū)段可以在使用時(shí)在受到壓力差時(shí)經(jīng)歷某一彎曲或變形。然而，這樣的彎曲的曲率半徑將是相對(duì)大的，或等效地，在該區(qū)段兩側(cè)上，曲率將是相對(duì)低的。

然而，折翼區(qū)段之間的連接區(qū)域或折翼區(qū)段和膜之間的連接區(qū)域被設(shè)計(jì)成響應(yīng)于感興趣的壓力差來(lái)提供相對(duì)高的曲率。換句話說(shuō)，連接部可以是活動(dòng)鉸鏈，該活動(dòng)鉸鏈可以是在使用時(shí)響應(yīng)于足夠高的壓力差而存在相對(duì)高程度的變形的區(qū)域。

圖7a至圖7e示出了另一些不同的潛在可變通氣部結(jié)構(gòu)。

圖7a以平面視圖示出了可變通氣部結(jié)構(gòu)，其中第一折翼區(qū)段302a經(jīng)由梁結(jié)構(gòu)601連接到膜，如上文描述的。然而，在此實(shí)施方案中，第二折翼區(qū)段302b通過(guò)鉸鏈連接部連接到第一區(qū)段302a，所述鉸鏈連接部具有單獨(dú)的連接區(qū)域701a和701b。這有助于加強(qiáng)可移動(dòng)蓋302的兩個(gè)區(qū)段之間的連接部，并且可以有助于避免鉸鏈的任何潛在的扭轉(zhuǎn)。然而，應(yīng)理解，第二區(qū)段302b仍然僅在一側(cè)上被連接(即，被鉸接)，并且該連接部是鉸鏈連接部。兩個(gè)第二折翼區(qū)段連接區(qū)域701a和710b沿著鉸鏈軸線彼此間隔開(kāi)。如上文所提及的，這樣的連接區(qū)域的數(shù)目以及它們的尺度將影響第二折翼區(qū)段遠(yuǎn)離第一折翼區(qū)段的偏轉(zhuǎn)的相對(duì)容易度。

圖7b示出了可變通氣部結(jié)構(gòu)，其中限定可移動(dòng)部分和鉸鏈部分的通道的端部被倒圓，以避免應(yīng)力集中。在此實(shí)施方案中，第一折翼區(qū)段連接區(qū)域304a具有與第一區(qū)段302a的其余部分大體上相同的寬度w1w。然而，應(yīng)理解，這樣的連接區(qū)域仍然可以形成活動(dòng)鉸鏈，并且在使用時(shí)在具有足夠的壓力差的情況下將展現(xiàn)出相對(duì)高的曲率。

上文討論的實(shí)施方案已經(jīng)被描述為具有可移動(dòng)蓋的兩個(gè)折翼區(qū)段，即，僅僅第一區(qū)段和第二區(qū)段。然而，在一些實(shí)施方案中，可以存在不止僅僅兩個(gè)區(qū)段。因此，在一些實(shí)施方案中，可以存在至少一個(gè)第三區(qū)段，該第三區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接到可移動(dòng)蓋的其余部分。第三區(qū)段可以例如大致上在與第一區(qū)段的連接部相對(duì)的側(cè)上，以鉸接方式聯(lián)接到第二區(qū)段。圖7c以(閉合的通氣部的)平面視圖和部分地打開(kāi)的通氣部的側(cè)視圖例示了這樣的實(shí)施方案?？梢钥吹?，除了可移動(dòng)蓋部分的第一區(qū)段302a和第二區(qū)段302b之外，第三區(qū)段302c通過(guò)連接部304c聯(lián)接到第二區(qū)段302b。如上文所提及的，第三區(qū)段302c的偏轉(zhuǎn)的相對(duì)容易度可以不同于第一區(qū)段302a和/或第二區(qū)段302b的偏轉(zhuǎn)的相對(duì)容易度。

然而，在一些實(shí)施方案中，第三區(qū)段可以以鉸鏈方式聯(lián)接到第一區(qū)段，即第二區(qū)段和第三區(qū)段單獨(dú)地聯(lián)接到第一區(qū)段。應(yīng)理解，可以存在不止三個(gè)區(qū)段。

圖7d和圖7e以閉合的通氣部的平面視圖和以部分地打開(kāi)的通氣部的(沿著平面視圖的水平中心線)截面視圖例示了另一些實(shí)施方案。在圖7d和圖7e的實(shí)施方案中，第二折翼區(qū)段302b被形成為一個(gè)位于第一折翼區(qū)段302a的周界內(nèi)的折翼區(qū)段。在這些實(shí)施方案中，通道303限定通過(guò)第一折翼連接區(qū)域304a而連接到膜的其余部分的第一折翼區(qū)段303的外部區(qū)域。此外，通道303b被形成為位于第一折翼區(qū)段302a的周界內(nèi)，以形成通過(guò)第二折翼區(qū)段連接區(qū)域304b而連接到第一折翼區(qū)段的第二折翼區(qū)段304b。以此方式，第二折翼區(qū)段302b被嵌套在第一折翼區(qū)段302a的周界內(nèi)。第二折翼連接區(qū)域304b可以形成彈性活動(dòng)鉸鏈，如上文描述的。正如其他實(shí)施方案，第二折翼區(qū)段302a可以被配置為使得第二區(qū)段302b遠(yuǎn)離第一區(qū)段的偏轉(zhuǎn)的容易度不同于第一區(qū)段302a從膜101的其余部分的偏轉(zhuǎn)的容易度。應(yīng)理解，類似于其他實(shí)施方案，第二折翼區(qū)段302b被鉸接到第一折翼區(qū)段，并且僅經(jīng)由第一折翼區(qū)段302a而連接到膜的其余部分。

在圖7d中例示的實(shí)施方案中，第二折翼區(qū)段302b被連接成用于在與第一折翼區(qū)段302a大體上相同的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。如從截面視圖可以看到的，如果第一折翼區(qū)段302a在順時(shí)針?lè)较蛏舷蛳缕D(zhuǎn)，則第二折翼區(qū)段302b也可以在順時(shí)針?lè)较蛏掀D(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段。換句話說(shuō)，當(dāng)?shù)谝徽垡韰^(qū)段302a被連接到膜101的其余部分時(shí)，第二折翼區(qū)段302b在相同的相對(duì)側(cè)(即，在該圖中的左手側(cè))上連接到第一折翼區(qū)段302a。

在圖7e中例示的實(shí)施方案中，第二折翼區(qū)段302b被連接成用于在與第一折翼區(qū)段302a大體上相反的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。因此，如從截面視圖可以看到的，如果第一折翼區(qū)段302a在順時(shí)針?lè)较蛏舷蛳缕D(zhuǎn)，則第二折翼區(qū)段302b實(shí)際上可以在逆時(shí)針?lè)较蛏掀D(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段。在此實(shí)施方案中，當(dāng)?shù)谝徽垡韰^(qū)段302a被連接到膜的其余部分時(shí)，第二折翼區(qū)段302在相反的相對(duì)側(cè)上連接到第一折翼區(qū)段302a，即，在該圖中，第一折翼區(qū)段302a在其左手側(cè)上連接，而第二區(qū)段302b在其右手側(cè)上連接。應(yīng)理解，在這樣的實(shí)施方案中，第二區(qū)段302b遠(yuǎn)離其平衡的角度偏轉(zhuǎn)將不會(huì)受益于第一區(qū)段302a的任何偏轉(zhuǎn)，實(shí)際上第一區(qū)段302a的偏轉(zhuǎn)可以減小第二區(qū)段302a的角度偏轉(zhuǎn)，然而，這樣的實(shí)施方案可以在一些應(yīng)用中提供所期望的調(diào)節(jié)響應(yīng)，并且如從圖7e可以看到的，允許穿過(guò)打開(kāi)的通氣部的兩側(cè)通氣，這在一些實(shí)施方案中會(huì)是有益的。

應(yīng)理解，上文描述的實(shí)施例中的任何一個(gè)可以以多種組合的方式使用，例如可以存在不止一個(gè)嵌套的折翼區(qū)段，例如，可以存在嵌套在第二折翼區(qū)段的周界內(nèi)的第三折翼區(qū)段和/或具有嵌套布置的折翼區(qū)段可以在一側(cè)上聯(lián)接到一個(gè)不同的折翼區(qū)段，該不同的折翼區(qū)段自身可以具有或可以不具有嵌套的折翼布置。此外，上文描述的實(shí)施方案指示，多種折翼區(qū)段圍繞大體上平行的鉸鏈軸線鉸接。然而，可能具有這樣一個(gè)折翼區(qū)段，該折翼區(qū)段圍繞大體上不平行于另一個(gè)折翼區(qū)段的鉸鏈軸線的軸線鉸接。例如參考圖7e，如果在該圖中第二折翼區(qū)段302b未在其右側(cè)上連接，而是如平面視圖中示出的在其頂側(cè)上連接，則第二區(qū)段的鉸鏈軸線將在平衡位置處大體上正交于第一折翼區(qū)段302a的鉸鏈軸線。

因此，一般而言，可移動(dòng)蓋可以被支撐在一個(gè)通氣孔的一個(gè)側(cè)壁?？梢苿?dòng)蓋可以具有至少一個(gè)端部折翼部分，所述至少一個(gè)端部折翼部分僅在一側(cè)上以鉸鏈方式聯(lián)接到可移動(dòng)蓋的中間區(qū)段，中間區(qū)段自身是可移動(dòng)的?？梢苿?dòng)蓋可以包括一個(gè)或多個(gè)中間區(qū)段。每個(gè)中間區(qū)段可以具有第一鉸鏈連接部和第二鉸鏈連接部，所述鉸鏈連接部可以是中間區(qū)段的一個(gè)大致上相對(duì)的側(cè)。第一鉸鏈連接部可以至側(cè)壁結(jié)構(gòu)或在前的中間折翼區(qū)段。第二鉸鏈連接部可以至端部折翼區(qū)段或隨后的中間折翼區(qū)段。

如先前所提及的，通氣部結(jié)構(gòu)可以相對(duì)于換能器的其他結(jié)構(gòu)(諸如，背板104)布置，以使得通氣部與背板中的間隙對(duì)準(zhǔn)，以允許通氣部打開(kāi)到所期望的程度。因此，如所描述的，通氣部可以與背板104中的聲學(xué)孔對(duì)準(zhǔn)。然而，在一些實(shí)施方案中，通常設(shè)置在背板中的聲學(xué)孔的尺寸可以小于通氣部的尺寸。因此，在一些實(shí)施方案中，背板104的結(jié)構(gòu)在通氣部結(jié)構(gòu)附近設(shè)置有較大的孔或間隙。

背板104通常被設(shè)計(jì)成是相對(duì)聲學(xué)透明的，從而在通氣部附近設(shè)置附加的孔是可接受的。然而，改變穿過(guò)背板的孔的尺寸和/或分布可能對(duì)設(shè)備的聲學(xué)屬性(例如，麥克風(fēng)的低頻衰減)具有影響。因此，在背板中設(shè)置孔以允許通氣部打開(kāi)可以通過(guò)如下方式來(lái)補(bǔ)償：將聲學(xué)孔112的尺寸和/或間距減小到維持的所期望的屬性；和/或，可以使背板中的孔極為匹配通氣部的形狀。

如上文描述的，具有包括多個(gè)折翼區(qū)段的可移動(dòng)部分的可變通氣部的使用可以在聲導(dǎo)相對(duì)于壓力差方面提供響應(yīng)，該響應(yīng)更多被調(diào)節(jié)到所期望的特性。上文所討論的實(shí)施方案聚焦于在高壓力下調(diào)節(jié)所期望的分布圖的響應(yīng)，使得對(duì)于在換能器的正常操作范圍內(nèi)的壓力差，通氣部保持大體上閉合，然后在達(dá)到非常高的壓力差時(shí)迅速打開(kāi)。

然而，在一些實(shí)施方案中，可移動(dòng)蓋的至少一些區(qū)段可以被設(shè)計(jì)成對(duì)于在換能器的正常預(yù)期操作范圍內(nèi)的壓力差，提供一個(gè)打開(kāi)程度，以調(diào)節(jié)該換能器的正常響應(yīng)。

如引言中描述的，對(duì)能夠提供高動(dòng)態(tài)范圍(例如，能夠正確地操作，以檢測(cè)大致上安靜的環(huán)境中的相對(duì)安靜的聲音，而不會(huì)被嘈雜環(huán)境中的背景噪聲或風(fēng)噪聲或會(huì)導(dǎo)致相對(duì)高的壓力差的類似物淹沒(méi))的換能器存在越來(lái)越多需求。

mems麥克風(fēng)可以在相對(duì)高的聲壓水平下經(jīng)歷隔膜拉入(diaphragmpull-in)，其中膜的相對(duì)大的位移導(dǎo)致膜靠近或接觸背板，并且靜電力傾向于將膜朝向背板拉動(dòng)并且保持膜抵靠背板。這可能導(dǎo)致聲學(xué)信號(hào)的削波并且可能導(dǎo)致來(lái)自麥克風(fēng)的低質(zhì)量的音頻輸出。

因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，經(jīng)調(diào)節(jié)的通氣部結(jié)構(gòu)可以被用來(lái)提供換能器的靈敏度的自動(dòng)被動(dòng)變化。換句話說(shuō)，換能器具有隨著在壓力差的預(yù)期操作范圍內(nèi)的壓力差增大而減小的靈敏度分布圖，即，經(jīng)調(diào)節(jié)的通氣部可以設(shè)計(jì)成為換能器提供自動(dòng)機(jī)械軟削波特征。響應(yīng)是自動(dòng)的和被動(dòng)的，因?yàn)樵擁憫?yīng)是基于壓力差所固有的，并且不受某種電子控制。這樣的通氣部的操作也可以減少或避免隔膜拉入。

如上文所提及的，至此所描述的可變通氣部結(jié)構(gòu)可以被布置成使得可移動(dòng)蓋的至少一個(gè)區(qū)段可以被偏轉(zhuǎn)，以使穿過(guò)通氣部的流動(dòng)路徑的一部分比可移動(dòng)蓋的另一部分更容易地暴露。這提供了一種機(jī)械裝置，以針對(duì)增大的聲壓提供調(diào)節(jié)響應(yīng)。

典型的會(huì)話語(yǔ)音會(huì)導(dǎo)致例如約60-70dbspl的聲壓水平或約0.02pa-0.1pa的壓力。麥克風(fēng)可能期望在嘈雜環(huán)境(例如，高達(dá)120-130dbspl，其可以對(duì)應(yīng)于大約20-60pa或甚至更大的壓力)中操作。為了提供麥克風(fēng)的動(dòng)態(tài)范圍，可移動(dòng)蓋可以被設(shè)計(jì)成對(duì)于此操作范圍內(nèi)的壓力差，提供一個(gè)打開(kāi)程度。因此，在至少100dbspl(或約2pa)或至少130dbspl(或約60pa)的聲壓水平時(shí)，可移動(dòng)蓋的一個(gè)或多個(gè)節(jié)段可以從平衡位置顯著地偏轉(zhuǎn)，即開(kāi)始打開(kāi)。然而，在一些實(shí)施方案中，蓋可以在較低的聲壓水平時(shí)(例如，比如說(shuō)在70-100dbspl的范圍內(nèi))開(kāi)始打開(kāi)。

例如返回參考圖7c，在此實(shí)施方案中，可變通氣部包括一個(gè)具有三個(gè)不同區(qū)段302a、302b和302c的可移動(dòng)部分，所述三個(gè)不同區(qū)段302a、302b和302c分別通過(guò)具有不同的寬度d1w、d2w和d3w從而提供不同的打開(kāi)阻力的連接區(qū)域304a、304b和304c連接的，盡管如所提及的，連接區(qū)域的其他尺度可以附加地或替代地被調(diào)節(jié)，以提供所期望的響應(yīng)。

這樣的通氣部可以被布置成提供對(duì)增大的壓力差所期望的調(diào)節(jié)響應(yīng)。例如，在第一壓力差范圍內(nèi)，可能不存在可移動(dòng)蓋部分的任何區(qū)段的顯著偏轉(zhuǎn)。該第一范圍可以例如對(duì)應(yīng)于處于或低于80db或100db的聲壓水平。因此，通氣部保持大體上閉合，并且在此實(shí)施例中，大體上不提供流動(dòng)路徑。因而，通氣部的聲導(dǎo)將非常低，從而通氣部將對(duì)靈敏度具有有限的影響。

在較高的壓力差下，但在換能器的預(yù)期操作范圍內(nèi)，通氣蓋的第三區(qū)段302c可以開(kāi)始打開(kāi)，以提供增大的聲導(dǎo)，即以增大穿過(guò)通氣孔的流動(dòng)路徑。通氣蓋的第三區(qū)段302c可以被適當(dāng)?shù)囟ǔ叽缫蕴峁┧谕穆晫?dǎo)，并且例如連接區(qū)域304c的寬度d3w可以被配置為使得第三區(qū)段302c在所期望的壓力時(shí)開(kāi)始打開(kāi)。

增大的聲導(dǎo)將減小換能器的靈敏度，但是如上文描述的，起初影響可能是相對(duì)小的。第一區(qū)段302a和第二區(qū)段302b可以被配置為使得它們?cè)诖它c(diǎn)處沒(méi)有從平衡顯著偏轉(zhuǎn)。

如果壓力差進(jìn)一步增大，例如換能器正在有風(fēng)環(huán)境中操作，則當(dāng)壓力增大(比如說(shuō)，聲壓水平范圍為100-150dbspl)時(shí)，第二區(qū)段302b可以開(kāi)始偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第一區(qū)段。這可以提供明顯增大的流動(dòng)路徑，其可以幫助減小靈敏度，從而避免來(lái)自換能器的信號(hào)的過(guò)載或飽和和/或避免隔膜拉入。然而，第一區(qū)段302a可以保持僅有限地從平衡位置的偏轉(zhuǎn)。因此，在此操作機(jī)制下，根據(jù)所施加的壓力，自動(dòng)地和被動(dòng)地調(diào)整換能器(例如，麥克風(fēng))的靈敏度。

應(yīng)理解，這意味著來(lái)自換能器的信號(hào)可以因可變靈敏度而失真。然而，因?yàn)榭勺兺獠拷Y(jié)構(gòu)的特性和穿過(guò)通氣部的聲導(dǎo)是已知的，所以可以確定失真程度。因此，在一些實(shí)施方案中，可以在后續(xù)處理中將已知的補(bǔ)償施加到從換能器所接收的信號(hào)，以校正此已知的失真特性。

可變通氣部結(jié)構(gòu)還可以被布置成響應(yīng)于高壓力事件來(lái)提供通氣，以保護(hù)膜免受損壞。例如，第一區(qū)段302a可以被配置為使得其僅在較高的壓力差時(shí)從其平衡位置顯著偏轉(zhuǎn)，所述較高的壓力差可以高于或接近預(yù)期的正常操作范圍的上端。因此，在非常高的壓力差的情況下，第一區(qū)段302a偏轉(zhuǎn)，以甚至進(jìn)一步打開(kāi)可變通氣部，從而允許迅速壓力均衡。然而，在一些實(shí)施方案中，可以提供不同的通氣部結(jié)構(gòu)，用于在正常操作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)聲學(xué)性能并且在高壓力情形下提供壓力釋放。

因此，對(duì)于包括具有彼此以鉸鏈方式聯(lián)接的多個(gè)折翼區(qū)段(其中一個(gè)折翼區(qū)段以鉸鏈方式聯(lián)接到通氣孔的側(cè)壁，例如膜的其余部分)的可移動(dòng)蓋部分的通氣部，至少一個(gè)折翼區(qū)段可以被配置為在該設(shè)備的正常操作范圍內(nèi)的壓力差時(shí)被顯著偏轉(zhuǎn)，以為換能器提供高動(dòng)態(tài)范圍。在一些實(shí)施方案中，除了被布置成提供高動(dòng)態(tài)范圍的這樣的折翼區(qū)段之外，還可以存在這樣至少一個(gè)折翼區(qū)段，所述至少一個(gè)折翼區(qū)段被布置成在較高的壓力差時(shí)提供附加通氣(即，穿過(guò)通氣部的流動(dòng)路徑的增大)，以便在非常高的壓力情形中減少或防止對(duì)換能器的損壞。

在一些實(shí)施方案中，可以存在多個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)，并且至少一些通氣部結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成具有彼此不同的響應(yīng)。換句話說(shuō)，第一通氣部結(jié)構(gòu)可以提供這樣一個(gè)可移動(dòng)蓋，該可移動(dòng)蓋具有被調(diào)節(jié)以提供聲導(dǎo)對(duì)壓力差的第一分布圖的區(qū)段，并且第二通氣部結(jié)構(gòu)可以被調(diào)節(jié)以提供不同的分布圖。

多個(gè)不同可變通氣部(其中至少一些通氣部在彼此不同的壓力差時(shí)操作)的使用可以被用來(lái)提供調(diào)節(jié)響應(yīng)的益處，甚至在具有由單個(gè)可動(dòng)折翼部分組成的可移動(dòng)蓋的通氣部結(jié)構(gòu)的情況下。

例如，圖8例示了被布置成具有彼此不同的響應(yīng)的兩個(gè)可變通氣部結(jié)構(gòu)。因此，第一通氣部結(jié)構(gòu)包括可移動(dòng)折翼部分801，該可移動(dòng)折翼部分801具有第一尺寸并且通過(guò)具有第一寬度d1w(其在圖8中是y軸尺度)的連接區(qū)域而連接到膜的其余部分。與上文描述的實(shí)施方案不同，此通氣部的可移動(dòng)蓋部分僅包括單個(gè)區(qū)段。然而，第二通氣部結(jié)構(gòu)包括與可移動(dòng)折翼部分801分開(kāi)且具有與可移動(dòng)折翼部分801不同的尺寸的可移動(dòng)折翼部分802。在此實(shí)施例中，第二通氣部結(jié)構(gòu)的折翼部分802通過(guò)一個(gè)不同寬度d2w的連接區(qū)域連接。在此實(shí)施方案中，所述兩個(gè)通氣部結(jié)構(gòu)被示出為并排的且被布置在相同的通氣孔中，但是應(yīng)理解，所述通氣部結(jié)構(gòu)可以位于膜的分立的部分中，每個(gè)通氣部結(jié)構(gòu)都具有自己的通氣孔。因此，折翼部分802可以比折翼部分801更容易偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離膜，以提供流動(dòng)路徑。所述折翼部分和連接區(qū)域的尺寸可以被定制成以與上文描述的類似方式提供所期望的調(diào)節(jié)聲學(xué)響應(yīng)。

應(yīng)理解，這樣的通氣部的鉸鏈部分的有效強(qiáng)度可以通過(guò)如下方式來(lái)改變：改變形成連接區(qū)域的材料的量，以及可能的，改變形成連接部的連接點(diǎn)的數(shù)目或使用扭轉(zhuǎn)梁等。在一些實(shí)施方案中，鉸鏈連接部的屬性可以通過(guò)在連接區(qū)域中沉積附加材料來(lái)確定。

因此，膜中所有可變通氣部結(jié)構(gòu)的共同壓力差響應(yīng)可以被設(shè)計(jì)成為換能器提供總體期望的響應(yīng)。如所提及的，如果此共同響應(yīng)是已知的，例如在某種工廠校準(zhǔn)步驟中被預(yù)定或確定，則可以通過(guò)在信號(hào)的后續(xù)處理中去除已知的響應(yīng)來(lái)去除換能器的輸出信號(hào)中的任何失真。通氣部可以采用上文和/或在w02014/045040中所描述形式中的任何一個(gè)。

如上文所提及的，根據(jù)上文描述的實(shí)施方案中的任何一個(gè)的可變通氣部可以被形成在柔性膜中，以提供穿過(guò)該膜的流動(dòng)路徑。為了確保通氣部可以正確地打開(kāi)和/或?yàn)樵诖蜷_(kāi)時(shí)提供充足的流動(dòng)路徑，通氣部可以被定位成至少部分地覆蓋基底中的腔，如圖9中例示的。

如上文描述的，膜層101和基底之間的腔109可以通過(guò)使用適當(dāng)圖案化的犧牲材料來(lái)準(zhǔn)確地限定?；浊?08被蝕刻以與此腔109聯(lián)合，但是為了避免形成基底腔的較不準(zhǔn)確的回蝕限定膜，基底腔的開(kāi)口的邊緣在腔109的區(qū)域內(nèi)。圖9例示了基底腔108的開(kāi)口的邊緣901。

方便地，可變通氣部301被布置成至少部分地覆蓋基底腔108的開(kāi)口，換句話說(shuō)，該通氣部被布置成使得穿過(guò)通氣部的流動(dòng)路徑在打開(kāi)時(shí)，在基底腔和膜的另一側(cè)上的腔之間提供合理的直接路徑。因此，圖9例示了，對(duì)于具有多個(gè)鉸鏈折翼部分的可變通氣部結(jié)構(gòu)，至少端部折翼覆蓋基底腔的開(kāi)口，即向內(nèi)延伸超出由基底層所形成的支架(shelf)或曲形架(dog-leg)。這也允許它們打開(kāi)而不與基底的任何部分碰撞。在此實(shí)施方案中，背板104中還存在孔902，該孔902位于可變通氣部301將打開(kāi)的位置。孔902可以是背板中常見(jiàn)聲學(xué)孔中的一個(gè)，但在一些實(shí)施方案中可以大于典型的孔。在使用時(shí)，當(dāng)通氣部打開(kāi)時(shí)，孔902再次允許前容積和后容積之間的直接流動(dòng)路徑，并且可以提供可變通氣部通向背板而與背板沒(méi)有不希望的接觸的空間。

圖9還例示了排出孔中的至少一些可以位于覆蓋基底層105的支架或曲形架的膜的區(qū)域中，例如在基體腔的開(kāi)口的區(qū)域之外。這意味著，排出孔不提供前容積和后容積之間的直接流動(dòng)路徑，替代地，該流動(dòng)路徑是曲折的。這減小在聲學(xué)頻率下對(duì)排出孔的影響，同時(shí)仍然允許低頻響應(yīng)。

如上文提及的，一個(gè)或多個(gè)可變通氣部可以在膜層101中位于膜電極103的區(qū)域之外。然而，在一些實(shí)施方案中，膜電極本身可以在膜中具有多個(gè)開(kāi)口(即，孔或孔隙)，所述多個(gè)開(kāi)口可以例如對(duì)應(yīng)于背板中的聲學(xué)孔112的位置，如圖10中例示的，圖10例示了膜和背板的一部分的側(cè)視圖(為了清楚起見(jiàn)，省略了側(cè)壁支撐件)。圖10例示了具有膜電極層103的膜層101。在此實(shí)施方案中，膜電極在電極的周界內(nèi)具有至少一個(gè)開(kāi)口1001或缺少膜電極材料的區(qū)域。開(kāi)口或孔隙可以例如包括穿過(guò)膜電極層的孔，所述孔中的任何一個(gè)可以對(duì)應(yīng)于聲學(xué)孔112的位置(在平衡位置處)。

對(duì)于具有設(shè)置在柔性膜層101(尤其是作為晶體材料的膜層)上的金屬膜電極103的mems傳感器，已經(jīng)理解，在使用時(shí)金屬的塑性變形可能意味著膜的靜止位置和/或應(yīng)力特性可以在使用時(shí)隨時(shí)間而改變。這會(huì)導(dǎo)致不希望的dc偏移和/或傳感器的靈敏度的變化，并且再現(xiàn)的聲學(xué)信號(hào)的后續(xù)質(zhì)量可能顯著退化。通常，膜電極是相對(duì)薄的，例如為約60nm等的數(shù)量級(jí)，并且對(duì)于常規(guī)的mems方法，使用較薄的膜電極層可能是不可能的或不實(shí)際的。在膜上使用較小直徑的電極將減少經(jīng)歷塑性變形的金屬的量，但也將導(dǎo)致靈敏度的損失，因?yàn)殡娙菖c電極面積有關(guān)。這是不期望的，尤其是因?yàn)閙ems傳感器的電容在任何情況下都是相對(duì)低的。

在圖10中例示的實(shí)施方案中，在膜的周界內(nèi)存在開(kāi)口1001的區(qū)域，即，缺少膜電極103的任何金屬的區(qū)域。與諸如關(guān)于圖1a所例示的周界內(nèi)的整個(gè)區(qū)域之上的連續(xù)電極相比，這對(duì)于給定周界尺寸的電極減少了金屬總量，從而減輕了上文提及的問(wèn)題。在圖10中例示的實(shí)施方案中，膜電極中的開(kāi)口對(duì)應(yīng)于背板104中的聲學(xué)孔，從而位于背板電極102中存在對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的區(qū)域中。因此，通過(guò)在將在任何情況下在背板電極中存在開(kāi)口的區(qū)域中、在膜電極中具有開(kāi)口，背板電極102和膜電極103之間的重疊區(qū)域未被顯著減小。因此，與具有類似周界尺寸但具有諸如圖1a中例示的整體連續(xù)膜電極的換能器相比，諸如關(guān)于圖10所例示的換能器的電容從而靈敏度未被顯著減小，但是減輕了導(dǎo)致dc偏移的電極的塑性變形的問(wèn)題。

在這樣的實(shí)施方案中，至少一個(gè)可變通氣部301因此可以位于膜層101中，以對(duì)應(yīng)于膜電極103中的開(kāi)口1001的區(qū)域。如所提及的，開(kāi)口的這些區(qū)域可以被定位成對(duì)應(yīng)于背板中的聲學(xué)孔。對(duì)應(yīng)于通氣部301的聲學(xué)孔可以是被定尺寸以允許通氣部足夠打開(kāi)的常規(guī)聲學(xué)孔112或孔902。

因此，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及用于mems換能器(尤其是mems電容式麥克風(fēng))的通氣部結(jié)構(gòu)。一些實(shí)施方案涉及具有可移動(dòng)蓋部分的可變通氣部，該可移動(dòng)蓋部分被連接到通氣孔的側(cè)邊，以便相對(duì)于該孔能移動(dòng)，該蓋部分包括至少兩個(gè)折翼區(qū)段，其中所述折翼區(qū)段被連接以便相互鉸接。通氣孔可以穿過(guò)換能器的膜，從而通氣蓋可以被聯(lián)接到膜的其余部分且可以包括與膜相同的材料。因此，可移動(dòng)蓋可以包括多個(gè)鉸鏈連接部，其中一個(gè)鉸鏈連接部連接至通氣孔的側(cè)壁，例如膜。

雖然已經(jīng)關(guān)于mems電容式麥克風(fēng)描述了上面多個(gè)實(shí)施方案，但是本發(fā)明也可應(yīng)用于除麥克風(fēng)以外的任何形式的mems換能器，例如壓力傳感器或超聲波發(fā)射器/接收器。

本發(fā)明的實(shí)施方案可以在一系列不同的材料系統(tǒng)內(nèi)有用地實(shí)施，然而本文描述的實(shí)施方案對(duì)于具有包括氮化硅的膜層的mems換能器是特別有利的。

mems換能器可以被形成在換能器管芯上，并且在一些情形下可以與用于換能器操作的至少一些電子器件集成。

注意到，上文描述的實(shí)施方案可用在一系列設(shè)備中，所述一系列設(shè)備包括但不限于：模擬麥克風(fēng)、數(shù)字麥克風(fēng)、壓力傳感器或超聲換能器。本發(fā)明還可用在多種應(yīng)用中，所述多種應(yīng)用包括但不限于：消費(fèi)者應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用和汽車應(yīng)用。例如，典型的消費(fèi)者應(yīng)用包括便攜式音頻播放器、可穿戴設(shè)備、膝上型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、pda和個(gè)人電腦。實(shí)施方案還可以用在語(yǔ)音激活設(shè)備或語(yǔ)音控制設(shè)備中。典型的醫(yī)療應(yīng)用包括助聽(tīng)器。典型的工業(yè)應(yīng)用包括有源噪聲消除。典型的汽車應(yīng)用包括免提套件、聲學(xué)碰撞傳感器(acousticcrashsensor)和有源噪聲消除。

根據(jù)上文描述的實(shí)施方案中的任何一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)換能器可以被納入一個(gè)封裝件中。圖11a至圖11g例示了多種不同的封裝布置。圖11a至圖11g中的每個(gè)示出位于封裝件中的一個(gè)換能器元件，但是應(yīng)理解，在一些實(shí)施方案中，可能存在不止一個(gè)換能器，例如換能器陣列，并且多種換能器可以被形成在相同的換能器基底(即，單片換能器基底)上，或可以被形成為具有單獨(dú)的換能器基底的單獨(dú)的換能器，每個(gè)單獨(dú)的換能器基底被接合到封裝件基底。

圖11a示出了第一布置，其中換能器1100位于封裝件基底1102上的蓋1101內(nèi)，該蓋1101形成殼體的至少一部分。該蓋在此實(shí)施例中可以是接合到基底的金屬殼體。封裝件基底可以包括至少一個(gè)絕緣層。封裝件基底還可以包括至少一個(gè)導(dǎo)電層。封裝件基底可以是半導(dǎo)體材料，或可以由諸如pcb、陶瓷等的材料形成。在蓋1101是金屬的或其本身包括導(dǎo)電層的情況下，蓋可以電聯(lián)接到基底的導(dǎo)電層，例如，以使得殼體為電磁干擾(emi)提供屏蔽。接合線1103可以將換能器連接到封裝件基底上的接合焊盤(pán)。在一些實(shí)施方案中，讀出電路系統(tǒng)(例如放大器電路系統(tǒng))可以位于形成在封裝件基底中或連接到封裝件基底的殼體內(nèi)。穿過(guò)封裝件基底的通孔(未示出)可以連接到觸點(diǎn)(即，焊料焊盤(pán))1104，用于將外部電路系統(tǒng)(未示出)電連接到封裝件，以允許將電信號(hào)傳輸?shù)綋Q能器1100/從換能器1100傳輸電信號(hào)。在圖11a中示出的實(shí)施例中，在蓋1101中存在一個(gè)聲音端口或聲學(xué)端口，以允許聲音進(jìn)入封裝件，并且換能器被布置在頂部端口布置中。

圖11b例示一個(gè)替代布置，其中聲音端口被設(shè)置在封裝件基底1102中并且可以在使用時(shí)被密封。環(huán)1105(其可以是密封環(huán)或焊料焊盤(pán)環(huán)(在形成焊料環(huán)中使用))可以圍繞封裝件的外側(cè)上的聲音端口的周圍設(shè)置，以允許在使用時(shí)，在例如封裝件被連接到另一pcb時(shí)，對(duì)通向聲音端口的聲音路徑進(jìn)行密封。在此實(shí)施方案中，換能器被布置在底部端口布置中，其中由殼體1101所限定的容積形成換能器的后容積的一部分。

圖11c例示了一個(gè)實(shí)施例，其中替代將換能器連接到封裝件基底的接合線，換能器結(jié)構(gòu)被倒置且經(jīng)由連接部1106而被倒裝(flip-chip)接合至封裝件基底。在此實(shí)施例中，聲音端口在封裝件基底中，使得封裝件被布置在一個(gè)底部端口布置中。

圖11d例示了圖11b的實(shí)施例的一個(gè)替代實(shí)施例，其中殼體1107由多種材料面板(例如，pcb等)形成。在此情形中，殼體1107可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層和/或一個(gè)或多個(gè)絕緣層。圖11d示出了封裝件基底中的聲音端口。圖11e示出了圖11b的布置的一個(gè)替代布置，其中殼體1107由多種材料面板(例如，如關(guān)于圖11d描述的pcb等)形成。圖11f示出了另一實(shí)施方案，其中換能器結(jié)構(gòu)經(jīng)由連接部1106而被接合至殼體上層，該殼體上層例如可以是pcb或分層的導(dǎo)電材料/絕緣材料。然而，在此實(shí)施例中，與封裝件的電連接仍然是經(jīng)由封裝件基底上的觸點(diǎn)(焊料焊盤(pán))1104，例如封裝件基底中的、在殼體的內(nèi)側(cè)上具有導(dǎo)電跡線(trace)的通孔(未示出)連接到換能器的。圖11g例示了圖11c的實(shí)施例的一個(gè)替代實(shí)施例，其中換能器被倒裝接合至殼體1107中的封裝件基底，該殼體1107由材料面板(例如，如關(guān)于圖11d描述的pcb等)形成。

一般而言，如圖11h中所例示的，一個(gè)或多個(gè)換能器可以位于封裝件中，然后該封裝件被操作性地互連到另一基底，諸如母板(motherboard)，如本領(lǐng)域已知的。

應(yīng)注意，上文提及的實(shí)施方案例示而非限制本發(fā)明，并且在不偏離隨附的權(quán)利要求的范圍的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)許多替代實(shí)施方案。詞語(yǔ)“包括”不排除除了權(quán)利要求中所列出的元件或步驟以外的元件或步驟的存在，“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)，以及單個(gè)特征或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所引用的多個(gè)單元的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制它們的范圍。