微机电系统麦克风、麦克风单体及电子设备的制作方法

1.这里公开的实施例涉及微机电系统(mems)麦克风技术领域，更具体地，涉及一种微机电系统麦克风、麦克风单体及电子设备。


背景技术：

2.随着技术的发展，技术人员开始将磁阻应用于微机电系统麦克风。磁阻例如可以包括巨磁阻(gmr)、隧穿磁阻(tmr)等。技术人员预期利用磁阻可以制造小型化的高性能/可靠产品。
3.磁学材料的性质比较复杂。磁阻材料在实际应用时往往会遇到在理论研究时无法预测的实际问题。在通常情况下，很难确定磁学元件产生问题的原因，因此，也很难找到解决这种问题的技术方案。。


技术实现要素：

4.本公开的一个目的是提供的用于微机电系统麦克风的新技术方案。
5.根据本公开的第一方面，提供了一种微机电系统麦克风，包括：第一支撑件；设置在第一支撑件上的可移动部件，在可移动部件上设置有第一电流线段；以及第二支撑件，在第二支撑件上设置有第一电流导线，其中，该可移动部件能随声压的变化而移动，从而使得第一电流线段相对于第一电流导线移动，其中，第一电流线段包括第一磁阻，以及其中，当第一磁阻相对于第一电流导线移动时，第一电流导线中的电流所产生的磁场能改变第一磁阻的阻值，以通过第一磁阻的阻值的改变，产生对应的声音信号，其中，第一磁阻和第一电流导线中的电流方向相同，其中，在第一磁阻和第一电流导线共平面的情况下，第一磁阻的宽度和第一电流导线的宽度中较小的一个宽度是cd1，第一磁阻和第一电流导线之间的最小间距是cd2，以及cd1和cd2的关系如下：cd2≤3
×
cd1。
6.根据本公开的第二方面，提供了一种麦克风单体，包括单体外壳、根据实施例所述的微机电系统麦克风以及集成电路芯片，其中，所述微机电系统麦克风以及集成电路芯片被设置在所述单体外壳中。
7.根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括根据实施例所述的麦克风单体。
8.根据本公开的实施例，可以提高微机电系统麦克风的灵敏度。
9.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
10.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。
11.图1是根据本公开的一个实施例的微机电系统麦克风的示意性顶视图。
12.图2是沿图1中的虚线a
‑
a’的剖面图。
13.图3是包括图1的实施例中的磁阻的惠斯通电桥的示意性电路图。
14.图4
‑
6是解释根据本公开的实施例的原理的示意图。
15.图7是说明根据本公开的实施例的效果的示意性曲线图。
16.图8是根据本公开的一个实施例的麦克风单体的示意图。
17.图9是根据本公开的一个实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
18.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
19.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
20.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
21.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
22.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
23.在发明人之前的研究中，发明人使用电流导线为磁阻设置偏置磁场。当电流流过电流导线时，产生磁场。电流导线的电流磁场为磁阻的工作提供偏置磁场。通常，这里的电流导线指的是对施加于磁阻的磁场产生主要影响的导线部分。连接到电流导线并且为电流导线提供电流的引线也可以产生磁场，但是，就为磁阻提供偏置磁场的功能而言，引线部分所产生的磁场是可以忽略的。当磁阻与电流导线之间的相对位置发生变化时，施加在磁阻上的磁场发生变化，从而导致磁阻的阻值发生变化。通过检测磁阻的阻值变化，可以检测相对位置变化的幅度。
24.在实际的制造过程中，包含磁阻的微机电系统麦克风的性能有时相差很大。由于磁学材料本身的复杂性，因此，很难确定确定微机电系统麦克风的良率较低的原因。例如，很难断定这种性能上的差异是否是由于是材料本身的差异所导致的？它是否是由于布线方式的不同所导致的？它是否是由于磁阻形状的不同所导致的？
25.这里的发明人经过不断试验发现，在这种包括电流导线和磁阻的技术方案中，磁阻的检测性能与磁阻和电流导线之间的距离有关。另外，发明人还发现，磁阻的检测性能与电流的方向也有关系。因此，本发明人设想，对于微机电系统麦克风这种尺寸的器件，在某种距离下，两个磁阻中同方向的电流可以产生相互吸引，并且相互靠近，从而加强了一个电流导线在磁阻处产生的磁场强度，并这种磁场的加强对磁阻的检测有显著影响。
26.为了确定上面提到的距离，发明人在进行了大量试验之后发现，上面所提到的这种现象与磁阻和电流导线的宽度和间距之间的关系有关。当磁阻和电流导线之间的间距小于磁阻的三倍宽度时，磁阻进行检测的灵敏度明显增大。尤其是，当磁阻和电流导线之间的间距小于磁阻的宽度时，这种性能的提升更为明显。
27.下面，参照图4
‑
7，说明上述设想的原理。
28.如图4所示，磁阻23被设置在支撑件21上，电流导线24被设置在支撑件22上。假设磁阻23和电流导线24的宽度都是cd1，磁阻23和电流导线24之间的间距是cd2。通常可以认为，磁阻23和电流导线24的制作间距fp是磁阻23的中心线到电流导线24的中心线的距离。在这里，
29.图5示出了磁阻23和电流导线24中的电流方向相反的情况。如图5所示，磁阻23中的电流的方向沿垂直于纸面的方向向外，电流导线24中的电流的方向沿垂直于纸面的方向向里。在相互激发的磁场作用下，在磁阻23和电流导线24中产生显著的电流排斥效应。这导致磁阻23和电流导线24中的主要电流区的间距(即有效间距ep)增加。如图5所示，磁阻23和电流导线24之间的有效间距ep大于制作间距fp。在这里，有效间距ep趋向于cd1+cd2+cd3。
30.如图6所示，磁阻23和电流导线24中的电流方向是相同的，它们均沿垂直于纸面向外的方向。由于磁阻23和电流导线24靠得较近，因此，在相互激发的磁场作用下，在磁阻23和电流导线24中产生显著的电流拥挤/集中效应。这导致磁阻23和电流导线24中的主要电流区的间距(即有效间距ep)减小。如图6所示，磁阻23和电流导线24之间的有效间距ep小于制作间距fp。在这里，有效间距ep趋向于cd2。由于有效间距ep减小，磁阻23和电流导线24中的每个在另一个处产生的磁场强度增加，从而提高磁阻23和电流导线24检测的灵敏度。
31.此外，发明人经过试验发现，对于微机电系统麦克风尺寸的器件，在cd2小于等于3倍cd1的情况下，这种电流拥挤/集中效应对于磁阻检测的灵敏度的影响较大。
32.图7示出了当电流方向不同时磁阻灵敏度的变化曲线。在图7中的曲线上包括a、b、c三个点。空心点a表示基于制作间隙的理论灵敏度。如图7中的实线曲线所示，当磁阻和电流导线中的电流方向相同时，灵敏度的值位于b点；当磁阻和电流导线中的电流方向相反时，灵敏度的值位于c点。显然，b点的灵敏度值大于c点的灵敏度值。假设两个磁阻的宽度以及它们之间的间隔均是cd。那么，当两个磁阻中的电流方向相反时的有效间距最多可以是当两个磁阻中的电流方向相同时的有效间距的3倍。因此，通过将两个磁阻中的电流方向设置为相同方向，可以有效提高微机电系统麦克风的灵敏度。
33.基于上面发明人的假设和试验结果，发明人提出了如下实施例。
34.图1示出了根据一个实施例的微机电系统麦克风的顶视图。图1所示的顶视图位于xy平面，其中，磁阻的钉扎方向pin是y正方向。图2示出了沿图1中的虚线a
‑
a’的剖面图。图2所示的剖面图位于yz平面，其中，磁阻的钉扎方向pin是y正方向。如图1和2所示，微机电系统麦克风包括：第一支撑件10；设置在第一支撑件10上的可移动部件1，在可移动部件1上设置有第一电流线段5a；以及第二支撑件2、11，在第二支撑件2、11上设置有第一电流导线7a。可移动部件1例如是振膜，它能随声压的变化而移动，从而使得第一电流线段5a相对于第一电流导线7a移动。如图2所示，可移动部件1沿虚线a所示的方向移动。当可移动部件1移动时，它偏离虚线o所指示的静止工作位置(或默认工作位置)。
35.如图1、2所示，可移动部件是第一悬臂1，以及第一电流线段5a位于第一悬臂1的端部。第二支撑件2、11包括第二悬臂2，第二悬臂2的长度小于第一悬臂1，第一电流导线7a位于第二悬臂2的端部，以及第二悬臂2的端部临近第一悬臂1的端部。第二支撑件2、11还包括支撑第二悬臂2的支撑部分11。由于第二悬臂2的长度较短，因此，在实际应用中，通常可以
认为第二悬臂2是固定的。此外，在某些实施方式中，可以省略第二悬臂，而直接将第一电流导线7a设置在支撑部分8上。但是，通过使用第二悬臂2来设置第一电流导线7a，可以在制作过程中较容易地将第一电流线段5a和第一电流导线7a设置成彼此距离接近。这有利于提高微机电系统麦克风的性能和/或良率。
36.如图2所示，第一支撑件10和支撑部分11用于支撑第一电流线段5a、第一磁阻6a和第一电流导线7a。第一支撑件7和支撑部分8可以是与背极板之间的间隔层，也可以是衬底的一部分。
37.如图1所示，第一电流线段5a包括第一磁阻6a。当第一磁阻6a相对于第一电流导线7a移动时，第一电流导线7a中的电流所产生的磁场能改变第一磁阻6a的阻值，以通过第一磁阻的阻值的改变，产生对应的声音信号。
38.如前面所解释的那样，第一磁阻6a和第一电流导线7a中的电流方向相同，从而提高微机电系统麦克风的灵敏度。如图1所示，第一磁阻6a和第一电流导线7a中的电流方向沿箭头c1所指示的方向。如图2所示，第一磁阻6a和第一电流导线7a中的电流方向c1垂直于纸面向里。
39.在第一磁阻6a和第一电流导线7a共平面(即，图1所示的xy平面)的情况下，第一磁阻6a的宽度和第一电流导线7a的宽度中较小的一个宽度是cd1。例如，第一磁阻6a的宽度等于第一电流导线7a的宽度。第一磁阻6a和第一电流导线7a之间的最小间距是cd2。cd1和cd2的关系如下：cd2≤3
×
cd1。可选地，cd2≤2
×
cd1。此外，当cd2≤cd1，对于绝大部分磁阻材料，可以显著提高微机电麦克风的灵敏度。
40.在这个实施例中，相对于磁阻，电流导线被设置在相对固定的位置。由于磁阻的电阻值大于电流导线的电阻值，因此，通过这种设置方式可以减小由于导体的运动产生的噪声。
41.此外，磁阻和电流导线中的电流密度也对前面所述的电流拥挤/集中效应有影响。经过试验，发明人发现，在电流密度大于等于等于106a/cm2的情况下，这种电流拥挤/集中效应较为明显。因此，第一磁阻6a的电流密度大于等于106a/cm2，以及第一电流导线7a的电流密度大于等于106a/cm2。此外，在电流密度大于等于5
×
106a/cm2的情况下，可以确保这种电流拥挤/集中效应，从而提高产品的良率。因此，可选地，第一磁阻6a的电流密度大于等于5
×
106a/cm2，以及第一电流导线7a的电流密度大于等于5
×
106a/cm2。
42.可以按照与第一磁阻6a、第一电流导线7a相同的方式设置多个磁阻和电流导线对。例如，在可移动部件1上还设置有第二电流线段5b、第三电流线段5c和第四电流线段5d。第二电流线段5b包括第二磁阻6b，第三电流线段5c包括第三磁阻6c，以及第四电流线段5d包括第四磁阻6d。在第二支撑件2上还设置有第二电流导线7b、第三电流导线7c和第四电流导线7d。当第二磁阻6b、第三磁阻6c和第四磁阻6d分别相对于第二电流导线7b、第三电流导线7c和第四电流导线7d移动时，第二电流导线7b、第三电流导线7c和第四电流导线7d中的电流所产生的磁场能分别改变第二磁阻6b、第三磁阻6c和第四磁阻6d的阻值。
43.第二磁阻6b和第二电流导线7b中的电流方向相同，第三磁阻6c和第三电流导线7c中的电流方向相同，第四磁阻6d和第四电流导线7d中的电流方向相同。如图1所示，第二磁阻6b和第二电流导线7b、第三磁阻6c和第三电流导线7c中的电流方向如图1中的箭头c2所指示的方向，第四磁阻6d和第四电流导线7d中的电流方向如图1中的箭头c1所指示的方向。
44.在第二磁阻6b和第二电流导线7b共平面(即，图1所示的xy平面)的情况下，第二磁阻6b的宽度和第二电流导线7b的宽度中较小的一个宽度是cd3，第二磁阻和第二电流导线之间的最小间距是cd4，以及cd3和cd4的关系如下：cd4≤3
×
cd3。
45.在第三磁阻6c和第三电流导线7c共平面的情况下，第三磁阻6c的宽度和第三电流导线7c的宽度中较小的一个宽度是cd5，第三磁阻6c和第三电流导线7c之间的最小间距是cd6，以及cd5和cd6的关系如下：cd6≤3
×
cd5。
46.在第四磁阻6d和第四电流导线7d共平面的情况下，第四磁阻6d的宽度和第四电流导线7d的宽度中较小的一个宽度是cd7，第四磁阻6d和第四电流导线7d之间的最小间距是cd8，以及cd7和cd8的关系如下：cd8≤3
×
cd7。
47.如图3所示，第一磁阻6a(r1)、第二磁阻6b(r2)、第三磁阻6c(r3)和第四磁阻6d(r4)可以构成惠斯通电桥的全桥电路，以输出差分声音输出信号。第一磁阻6a(r1)、第二磁阻6b(r2)、第三磁阻6c(r3)和第四磁阻6d(r4)可以通过引线3连接成惠斯通电桥。此外，第一电流导线7a、第二电流导线7b、第三电流导线7c和第四电流导线7d还可以通过引线4连接到外部的电流源。
48.图1中还示出了预弯悬臂8a和8b。在预弯悬臂8a和8b上设置有电极9a和9b。预弯悬臂8a和8b相对于可移动部件1的预期平整平面凸起并且能够通过静电力调整可移动部件1的位置。通过预弯悬臂8a和8b，可以准确地将磁阻6a、6b、6c、6d调整到默认工作位置，从而提高检测到灵敏度和准确性。
49.图8示出了根据这里公开的一个实施例的麦克风单体的示意图。
50.如图8所示，麦克风单体30包括单体外壳31、上面描述的微机电系统麦克风32以及集成电路芯片33。微机电系统麦克风32以及集成电路芯片33被设置在所述单体外壳31中。微机电系统麦克风32与单体外壳31的进气口对应。微机电系统麦克风32、集成电路芯片33和单体外壳31中的电路通过引线34连接。
51.图9示出了根据这里公开的一个实施例的电子设备的示意图。
52.如图9所示，电子设备40可以包括图8所示的麦克风单体41。电子设备40可以是手机、平板电脑、可穿戴设备等。
53.虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。