雙振膜聲學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及聲學(xué)裝置，更具體地，涉及由這些設(shè)備使用的以及在這些設(shè)備中使用的振膜。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來已使用各種類型的聲學(xué)裝置。一種聲學(xué)裝置的示例是麥克風(fēng)。通常來講，麥克風(fēng)將聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。麥克風(fēng)有時(shí)包括多個(gè)部件，這些部件包括微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)和集成電路(例如，專用集成電路(ASIC))。MEMS芯片(die)通常具有設(shè)置于其上的振膜和背板。聲音能量的改變使振膜移動(dòng)，這改變牽涉背板的電容，由此產(chǎn)生電信號(hào)。MEMS芯片通常與ASIC —起設(shè)置于底座或者基板上，然后二者一起由蓋或者罩圍起來。
[0003]上述裝置中的振膜通常由彈性材料構(gòu)成，例如軟膜。當(dāng)前振膜還被構(gòu)造為單片實(shí)體。然而，用當(dāng)前的單片振膜，限制了振膜可以達(dá)到的靈敏度。
[0004]之前的方式?jīng)]有成功地?cái)U(kuò)展振膜的使用。因?yàn)樯鲜鼍窒?，這些之前的方式導(dǎo)致了一些用戶不滿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供了具有單個(gè)背板的雙振膜(包括主振膜和副振膜)。本方法比以前的方法改進(jìn)了靈敏度。在一個(gè)方面，副振膜由多個(gè)梁(或者其它支架)支撐，而不是自由浮動(dòng)的(自由浮動(dòng)即沒有任何類型的限制或與其它元件的連接)。在另一方面，主振膜由單個(gè)梁支撐，因此是浮環(huán)。仍然在其他方面，副振膜受益于由支撐梁提供的極度可塑性，以及來自自由浮動(dòng)的主振膜的天生可塑性。與之前單個(gè)振膜方法相比，本方法提供改進(jìn)的靈敏度和信噪比(SNR)性能，而總的振膜可塑性只由主自由浮動(dòng)設(shè)計(jì)來控制。
[0006]在很多實(shí)施方式中，一種用在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)中的雙振膜包括:主振膜，該主振膜限定穿過該主振膜的開口 ；至少一個(gè)連接部分；以及設(shè)置于所述開口內(nèi)的副振膜，其中，所述主振膜通過所述至少一個(gè)連接部分連接至所述副振膜，以及其中，所述主振膜對(duì)于給定聲音等級(jí)具有第一振動(dòng)幅度，所述副振膜對(duì)于所述給定聲音等級(jí)具有第二振動(dòng)幅度，所述第二振動(dòng)幅度大于所述第一振動(dòng)幅度。
[0007]在一些示例中，所述至少一個(gè)連接部分包括多個(gè)連接部分。在其它示例中，所述多個(gè)連接部分、所述主振膜的內(nèi)周、以及所述副振膜的外周限定了多個(gè)空穴。
[0008]在一些方面，所述至少一個(gè)連接部分包括支撐梁。在其它方面，所述支撐梁是U形的。
[0009]在一些示例中，所述主振膜和所述副振膜中的至少一個(gè)是圓形的。在其它示例中，所述主振膜完全環(huán)繞所述副振膜。在一些其他示例中，所述主振膜和所述副振膜是共面的。
[0010]在一些方面，所述主振膜的第一移動(dòng)和所述副振膜的第二移動(dòng)用于改變靠近所述雙振膜定位并連接至所述雙振膜的背板處的電位。
【附圖說明】
[0011]為了更全面地理解本發(fā)明，將參考以下詳細(xì)說明和附圖，其中:
[0012]圖1A包括根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的麥克風(fēng)的多個(gè)部分的立體圖；
[0013]圖1B包括根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的圖1A的麥克風(fēng)的剖視圖；
[0014]圖2包括根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的背板和雙振膜的剖視立體圖；
[0015]圖3A包括根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的背板和雙振膜的剖視圖；
[0016]圖3B包括根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的背板和單振膜的剖視圖。
[0017]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，為了簡(jiǎn)明，附圖中的元件是示意性的。還將理解，可能以特定發(fā)生順序說明或者描述某些動(dòng)作和/或步驟，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解關(guān)于順序的這種專一性實(shí)際不是必須的。還將理解，文中使用的術(shù)語和表達(dá)具有通常含義，正如針對(duì)它們對(duì)應(yīng)的各自調(diào)查研宄領(lǐng)域給予的這些術(shù)語和表達(dá)的含義，除非文中另外提出特定含義。
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)在參考圖1A和圖1B，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)100包括基板102?；?02可以是任意類型的底座，例如印刷電路板?；宓钠渌纠彩强赡艿?。
[0019]設(shè)置于基板102上的是MEMS芯片104。MEMS芯片104包括振膜106和背板108。如下面將更詳細(xì)討論的，振膜106是雙振膜。聲音通過開口 103進(jìn)入麥克風(fēng)100，該開口延伸穿過基板102。替代地，開口 103可以延伸穿過蓋或罩111，該蓋或罩覆蓋基板102和覆蓋設(shè)置于基板102上的元件。
[0020]雙振膜106包括主振膜和副振膜。在一個(gè)示例中，連接梁(或者其它類型的支架)連接主振膜和副振膜。在一個(gè)方面，副振膜由多個(gè)梁(或者其它支架)支撐，不是自由浮動(dòng)的(自由浮動(dòng)即沒有任何類型的限制或沒有與其它元件的連接)。在其他方面，主振膜由單個(gè)梁支撐，因此是浮環(huán)。在另外其他方面，副振膜受益于由支撐梁提供的極度可塑性。雙振膜106的其它配置和布局是可能的。
[0021]專用集成電路(ASIC) 109也設(shè)置于基板102上。ASIC 109可以執(zhí)行各種信號(hào)處理功能，以提到它的用途的一個(gè)示例。MEMS芯片104通過導(dǎo)線110連接至ASIC108。ASIC108通過導(dǎo)線112連接至基板。
[0022]麥克風(fēng)100的一個(gè)操作示例中，聲音進(jìn)入開口 103并移動(dòng)振膜106。振膜106的移動(dòng)改變牽涉背板108的電容，由此產(chǎn)生電信號(hào)。電信號(hào)可以通過導(dǎo)線110傳送至ASIC 109。在ASIC 109處理信號(hào)之后，處理過的信號(hào)通過導(dǎo)線112發(fā)送，該導(dǎo)線連接至基板102的底部上的焊點(diǎn)。用戶可以將其他電子器件連接至這些焊點(diǎn)。例如，麥克風(fēng)可以設(shè)置在蜂窩電話或者個(gè)人計(jì)算機(jī)中，這些裝置的合適電路可以連接至焊點(diǎn)。如文中其它地方解釋的，主振膜和副振膜可以具有不同的移動(dòng)范圍，并且這為麥克風(fēng)提供了更高的靈敏度。
[0023]現(xiàn)在參考圖2，描述了聲學(xué)裝置(例如麥克風(fēng))的振膜204和背板202的一個(gè)示例。
[0024]背板202包括多個(gè)洞或者開口 212。洞212的目的是提供聲音傳輸、壓力釋放和/或壓力均衡。多個(gè)柱210提供對(duì)背板202的支撐。背板包括多晶硅層206和氮化硅層208。
[0025]多晶硅層206的目的是獲取和感知因振膜移動(dòng)而產(chǎn)生的信號(hào)。氮化硅層208的目的是機(jī)械支撐多晶硅層206。背板202被充電。隨著振膜204移動(dòng)，背板202和振膜204之間的電位改變，由此產(chǎn)生電信號(hào)。如果聲音使振膜204移動(dòng)，那么電信號(hào)表不了聲音。
[0026]雙振膜204包括主振膜220和副振膜222。主振膜220和副振膜222用支撐梁224連接在一起。在主振膜220和副振膜222之間設(shè)置有空穴226，支撐梁224交叉空穴226。
[0027]通常來講，以及在此示例中，主振膜220環(huán)繞副振膜222。主振膜220和副振膜222的總體形狀是圓形。雙振膜的形狀和配置的其它示例是可能的。
[0028]梁224的總體形狀在此示例中是U形的。然而，其它形狀是可能的。梁224的各個(gè)部分的厚度、長(zhǎng)度、和寬度也可以變化。
[0029]副振膜222，在一個(gè)方面，可以是在主振膜220中被切割。例如，通過使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體蝕刻處理。如圖所示，彎曲梁224也是切割的，并支撐副振膜222。梁224允許副振膜222的極度可塑性，這提高了麥克風(fēng)的靈敏度和信噪比(SNR)。
[0030]通過“可塑性”(如在文中使用的)來表示振膜靈活性以及振膜在聲音壓力下的機(jī)械振動(dòng)幅度。通常來講，高可塑性的振膜是高靈敏度的。通過“靈敏度”(如在文中使用的)來表示麥克風(fēng)輸出信號(hào)強(qiáng)度，通常來講，更高靈敏度的麥克風(fēng)將相對(duì)于給定的和固定的聲音輸入產(chǎn)生更強(qiáng)的電信號(hào)。
[0031]現(xiàn)在參考圖3A和圖3B，描述了本方法的操作示例。
[0032]圖3A包括背板302、主振膜320和副振膜322。如圖所示，副振膜322朝著由標(biāo)號(hào)為324的箭頭所示的方向移動(dòng)。主振膜320也在相同方向移動(dòng)。然而，副振膜322達(dá)到的高度326大于主振膜320達(dá)到的高度328。換句話說，對(duì)于給定的和固定的聲音級(jí)別，副振膜322將具有更大的振動(dòng)幅度。
[0033]圖3B顯示了，在沒有副振膜322的情況下，移動(dòng)幅度330比移動(dòng)幅度326小很多。由此，副振膜322的更多的或增加的振動(dòng)或移動(dòng)導(dǎo)致麥克風(fēng)更高靈敏度和更高SNR。
[0034]如圖所示，內(nèi)部副振膜322具有比外部主振膜320更大的移動(dòng)范圍。在設(shè)計(jì)中可以考慮各種因素，副振膜的形狀、尺寸、和其它特性。例如，在設(shè)計(jì)或構(gòu)造副振膜時(shí)，可以改變副振膜的直徑、“切口”(即，空的空閑區(qū)域)的數(shù)量、容量的寬度、梁的形狀以及梁的數(shù)量。這些因素和特性可以調(diào)整以按需要來改變振膜的靈敏度，以適應(yīng)特定用戶或系統(tǒng)的需要。
[0035]通過使用副振膜達(dá)到的較大靈敏度尤其有利于例如遠(yuǎn)聲場(chǎng)語音識(shí)別和高保真錄音的應(yīng)用。這些方法尤其有用的應(yīng)用的其它示例是可能的。
[0036]雖然文中描述的方法涉及雙振膜系統(tǒng)，但是應(yīng)當(dāng)理解這些方法可以應(yīng)用于具有任意數(shù)量振膜的系統(tǒng)。
[0037]文中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，這包括發(fā)明人所知的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式。應(yīng)當(dāng)理解，示出的實(shí)施方式僅僅是示意性的，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的范圍。
[0038]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0039]本申請(qǐng)請(qǐng)求2014年4月10日提交的、名稱為“雙振膜聲學(xué)裝置”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/977，895號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用全部納入本文。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用在微機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)中的雙振膜，所述雙振膜包括: 主振膜，該主振膜限定穿過該主振膜的開口 ； 至少一個(gè)連接部分； 設(shè)置于所述開口內(nèi)的副振膜，所述主振膜通過所述至少一個(gè)連接部分連接至所述副振膜， 其中，所述主振膜對(duì)于給定聲音等級(jí)具有第一振動(dòng)幅度，所述副振膜對(duì)于所述給定聲音等級(jí)具有第二振動(dòng)幅度，所述第二振動(dòng)幅度大于所述第一振動(dòng)幅度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙振膜，其中，所述至少一個(gè)連接部分包括多個(gè)連接部分。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙振膜，其中，所述多個(gè)連接部分、所述主振膜的內(nèi)周、以及所述副振膜的外周限定了多個(gè)空穴。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙振膜，其中，所述至少一個(gè)連接部分包括支撐梁。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙振膜，其中，所述支撐梁是U形的。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙振膜，其中，所述主振膜和所述副振膜中的至少一個(gè)是圓形的。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙振膜，其中，所述主振膜完全環(huán)繞所述副振膜。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙振膜，其中，所述主振膜和所述副振膜是共面的。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙振膜，其中，所述主振膜的第一移動(dòng)和所述副振膜的第二移動(dòng)用于改變靠近所述雙振膜定位并連接至所述雙振膜的背板處的電位。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)中的雙振膜，該雙振膜包括：主振膜，該主振膜限定穿過該主振膜的開口；以及設(shè)置于所述開口內(nèi)的副振膜。所述主振膜通過至少一個(gè)連接部分連接至所述副振膜。對(duì)于給定聲音等級(jí)，所述主振膜具有第一振動(dòng)幅度，所述副振膜具有比所述第一振動(dòng)幅度更大的第二振動(dòng)幅度。
【IPC分類】H04R7/02
【公開號(hào)】CN104980850
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510223860
【發(fā)明人】邵寧
【申請(qǐng)人】美商樓氏電子有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日