一种用于硅麦克风的振膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种硅麦克风技术领域，特别涉及一种经过优化的硅麦克风振膜。
【背景技术】
[0002]微机电(MEMS micro-electro-mechanical system)麦克风或称娃麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如:手机、MP3、录音笔和监听器材等。相关技术中，硅电容麦克风包括敏感结构、配套集成电路和封装部件，敏感结构又包括基底、背极板和振膜。其中，振膜是硅电容麦克风的核心部件，既需要灵敏地敏感声压信号并将之转化为电信号，又需要在外界风压吹击、跌落冲击的应力和内部加工工艺释放应力作用后保持性能基本不变地正常工作。振膜在正常工作时，同时受电学信号产生的静电力和声学信号产生的声强力作用而变形。敏感结构将这变形转化为电容变化信号，配套集成电路将膜片受声强力作用而变形对应的电容变化信号检测出来并转化为电学信号输出。
[0003]本实用新型关注的是通过设置振膜本身的形状优化其力学特性，从而释放应力优化振型。这是决定振膜敏感振型并抑制其他不需要振型的关键技术，直接与硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标相关。
[0004]传统的硅麦克风一般是制作光滑振膜，因为这样的振膜制作在工艺上实现难度最低也最直观，或如中国专利CN203206466U在振膜上设置一些细长的褶皱，或如中国专利CN10157285A在振膜边缘设计一些梁结构来释放应力优化振型。
[0005]然而，在实践中发现，已有的这些优化手段虽然有效，但是由于振膜是较薄的膜片，所设置的优化结构只对优化结构附近的振膜有较佳的改善作用，对于离优化结构较远的区域的影响较小。因此，有必要针对此问题提供一种新型的振膜，使其在振膜上所有需要优化的区域均能够得到较佳的改善作用，并且为保证新振膜方案的可替代性，所提供的新方案需克服或避免优化结构本身引入的新问题，并与已有硅麦克风的典型制备工艺兼容以保证较低的成本。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种用于硅麦克风的振膜，能在现有工艺水平下改善振膜振型，优化力学我，从而优化灵敏度、线性度、信噪比、敏感电容、动态响应等指标。
[0007]为达上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0008]一种用于硅麦克风的振膜，所述振膜包括基面和设置在所述基面同侧的多个空心突起，所述空心突起具有凹面、底面和侧壁，所述凹面与所述基面位于同一平面上，所述底面与所述基面相平行；所述空心突起的高度高于所述基面厚度的1.5倍；所述凹面或者所述底面之中的面积较大者所具有的最大直径处于0.5-50微米范围内，且所述面积较大者所具有的最大直径和最小直径之比不大于5:1。进一步的力学分析指出，当所述的空心突起的高度小于基面厚度1.5倍时，突起对其周边区域的力学特性影响非常依赖于突起高度，这会对突起的高度有很高的精度要求，相当于在现阶段增加了工艺的成本。空心突起在尺寸小于0.5微米时会受到较大的工艺波动影响；而在大于50微米时其工艺分布的不一致性也会体现到单个突起上，从而影响其优化振膜力学特性的技术效果；在突起的长宽比超过5倍时，突起对其长宽两个方向的力学特性影响差异较大，且对工艺误差的敏感程度不一致。
[0009]优选的用于硅麦克风的振膜，其中所述振膜的材料为掺杂多晶硅。一般地，用于振膜的材料有惨杂多晶娃、惨杂单晶娃和金属。多晶娃是各向同性材料，单晶娃是各向异性材料，而金属材料的变形中有较高的塑性变形成分，后两者都将由于材料本身引入较为复杂的力学特性。因此，在这三种材料中，掺杂多晶硅作为各向同性弹性材料，对于设置振膜力学特性最为便利。
[0010]优选的用于硅麦克风的振膜，其中所述空心突起的基面和侧壁之间的夹角在45度-135度之间。。所述的夹角如果太小，则易导致应力集中，振膜可靠性受到影响；所述夹角如果太大，则工艺实现将受较大影响。
[0011]优选的用于硅麦克风的振膜，其中所述振膜的空心突起的高度超过基面厚度的2倍。前文已提及，所述的空心突起的高度小于基面厚度1.5倍时，突起对其周边区域的力学特性影响非常依赖于突起高度；进一步力学分析结果显示，所述的空心突起的高度大于基面厚度2倍时，突起对其周边区域的力学特性影响对突起高度的依赖性很小，这样就可以根据工艺需要设置突起高度，且可保证高度方向上的工艺误差对振膜力学特性影响很小。
[0012]优选的用于硅麦克风的振膜，其中所述空心突起中凹面或底面的形状可以为圆形或凸多边形。凹多边形在边角处易导致应力集中，使振膜可靠性受到影响。
[0013]优选的用于硅麦克风的振膜，其中相邻两个空心突起之间的最小边距不小于所述基面厚度的3倍。力学分析显示，相邻两个突起边缘的距离小于基面厚度的3倍时，相邻两个突起的力学特性将由于距离过近相互影响，从而使振膜的力学特性受到耦合式的改变，这将引入额外的设计理论，增加了力学模型的复杂程度。
[0014]优选的用于硅麦克风的振膜，其中所述多个空心突起具有相同的尺寸形状且按等间距排列。此时所有的突起及其排列方式相同，受工艺误差影响都较小，可以较准确地计算设置突起后振膜的力学特性。
[0015]优选的用于硅麦克风的振膜，其中所述多个空心突起随着距离振膜中心位置的不同而设置不同的排列间距。。由于一般振膜力学变形情况为与离膜片中心远近的有关，因此对振膜各个局部的力学特性优化的需求也与离膜片中心的远近有关，故可按离膜片中心远近的关系设置排列间距。
[0016]优选的用于硅麦克风的振膜，其中所述多个空心突起随着距离振膜中心位置的不同而设置不同的尺寸和形状。由于一般振膜力学变形情况为与离膜片中心远近的有关，因此对振膜各个局部的力学特性优化的需求也与离膜片中心的远近有关，故可按离膜片中心远近的关系设置突起尺寸和形状。
[0017]由于采用上述技术方案和通用的MEMS制备方法，在振膜上设置突起并使用与