一种MEMS芯片及电子设备的制作方法

一种mems芯片及电子设备
技术领域
1.本实用新型涉及电子设备技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种mems芯片以及电子设备。


背景技术：

2.微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)由于微型化、智能化等特点，已经广泛应用在人们的日常生活中。
3.其中具备振动膜的mems芯片，比如mems麦克风等，是通过振动膜感测到声压等发声振动而工作的。当声压较大时，振动膜可能会破损而使mems芯片失效。现有技术中，通过在振动膜上开设有泄气孔，用于平衡振动膜两侧的压差，防止振动膜破损。但是，由于泄气孔的存在，使部分待检测的声压通过泄气孔流失，不能保证mems芯片的灵敏度。
4.因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的是提供一种mems芯片以及电子设备的新技术方案。
6.根据本公开的一个方面，提供了一种mems芯片。该mems芯片包括：振动膜，所述振动膜开设有泄气孔，所述振动膜上设置有膜瓣，所述膜瓣部分固定于所述振动膜，所述膜瓣在所述振动膜上可穿过所述泄气孔发生偏转；
7.背极板，所述背极板与所述振动膜间隔且相对设置；
8.悬臂梁，所述悬臂梁位于所述振动膜与所述背极板之间，所述悬臂梁与所述膜瓣相对设置，以支撑所述膜瓣。
9.可选地，所述膜瓣与悬臂梁相接触。
10.可选地，所述振动膜具有振动区域，在所述振动膜上开设有多个所述泄气孔，多个所述泄气孔围绕所述振动区域的中心均匀设置，所述振动膜上设置的所述膜瓣的数量与所述泄气孔的数量相同，所述泄气孔与所述膜瓣一一对应。
11.可选地，所述振动膜上具有以所述振动区域的中心为圆心，以设定尺寸为半径的第一圆周，所述第一圆周经过所有所述泄气孔的长度之和为泄气长度，所述泄气长度小于或者等于所述第一圆周周长的百分之六十。
12.可选地，在所述振动膜上设置有环形的褶皱部，所述泄气孔分布在所述褶皱部远离所述振动区域中心的一侧。
13.可选地，所述膜瓣朝向所述悬臂梁的一侧设置有耐磨层；和/或，所述悬臂梁朝向所述膜瓣的一侧设置有耐磨层；所述膜瓣通过所述耐磨层抵顶所述悬臂梁。
14.可选地，mems芯片还包括衬底和支撑层，所述振动膜设置在所述衬底上，所述背极板通过所述支撑层设置在所述振动膜背离所述衬底一侧，所述衬底上具有贯通的第一声孔，所述支撑层上与所述第一声孔相对应的部分具有贯通的第二声孔，部分所述振动膜悬空在所述第一声孔和所述第二声孔之间，所述振动膜悬空的部分为所述振动膜的振动区
域，所述振动膜的振动区域与所述背极板相对；所述悬臂梁设置在所述支撑层上。
15.可选地，所述膜瓣相对于所述振动膜偏转形成的开口朝向所述支撑层。
16.可选地，在所述衬底上设置有避让缺口，所述避让缺口的位置与所述膜瓣的位置相对应。
17.根据本公开的另一个方面，提供了一种电子设备，包括以上所述的mems芯片。
18.在本公开实施例中，通过在振动膜上设置有能够相对振动膜偏转的膜瓣，在承受的声压相对较小时，振动膜和膜瓣能够共同承受声压，增大了承受声压的面积，保证了mems芯片的灵敏度。在膜瓣承受声压相对较大时，膜瓣能够在声压的作用下打开而泄气，使振动膜不易破损，同时，悬臂梁能够支撑膜瓣从而限制膜瓣的转动角度，避免膜瓣过度偏转而断裂，保证了mems芯片的可靠性。
19.通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
20.构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
21.图1是根据本公开实施例mems芯片的剖视图。
22.图2是根据本公开实施例振动膜的俯视图。
23.图3是根据本公开实施例支撑层的立体图。
24.图4是根据本公开实施例膜瓣向靠近悬臂梁方向偏转的半剖视图。
25.图5是图4中的局部放大图。
26.图6是根据本公开实施例膜瓣向远离悬臂梁方向偏转的半剖视图。
27.图7是图6中的局部放大图。
28.附图标记：
29.1、振动膜；2、泄气孔；3、膜瓣；4、悬臂梁；5、褶皱部；6、耐磨层；7、衬底；8、支撑层；9、背极板；10、第一声孔；11、第二声孔；12、避让缺口。
具体实施方式
30.现在将参照附图来详细描述本实用新型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实用新型的范围。
31.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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
32.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
33.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。
34.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。
35.根据本公开的一个实施例，提供了一种mems芯片。mems芯片可以是但不限于mems麦克风、mems压力传感器等。
36.该mems芯片包括振动膜1、背极板9和悬臂梁4。
37.所述振动膜1开设有泄气孔2，所述振动膜1上设置有膜瓣3，所述膜瓣3部分固定于所述振动膜1，所述膜瓣3在所述振动膜1上可穿过所述泄气孔2发生偏转。
38.背极板9，所述背极板9与所述振动膜1间隔且相对设置。
39.悬臂梁4，所述悬臂梁4位于所述振动膜1与所述背极板9之间，所述悬臂梁4与所述膜瓣3相对设置，以支撑所述膜瓣3。
40.在本公开实施例中，通过在振动膜1上设置有能够相对振动膜1偏转的膜瓣3，在承受的声压相对较小时，振动膜1和膜瓣3能够共同承受声压，增大了承受声压的面积，保证了mems芯片的灵敏度。在膜瓣3承受声压相对较大时，膜瓣3能够在声压的作用下打开而泄气，使振动膜1不易破损，同时，悬臂梁4能够支撑膜瓣3从而限制膜瓣3的转动角度，避免膜瓣3过度偏转而断裂，保证了mems芯片的可靠性。
41.以mems芯片为mems麦克风为例进行说明。
42.mems麦克风的振动膜1与背极板9之间具有间距，且振动膜1与背极板9之间平行且相对设置，使二者形成平行的电容板。在振动膜1受到外界声压的影响下，声波带动振动膜1发生振动从而改变振动膜1与背极板9之间的距离，进而使二者之间的电压发生变化，完成声信号到电信号的转换。当声压超过阈值时，振动膜1剧烈震动，且振动膜1两侧的压差过大，极其容易导致振动膜1损坏，造成mems麦克风失效。
43.而在本公开实施例中，所述振动膜1开设有泄气孔2，所述振动膜1上设置有膜瓣3，所述膜瓣3部分固定于所述振动膜1，所述膜瓣3在所述振动膜1上可穿过所述泄气孔2发生偏转。具体可以如图2所示，所述振动膜1上开设有泄气孔2，所述振动膜1上还设置有膜瓣3，所述泄气孔2贯穿所述振动膜1，所述膜瓣3部分固定于所述振动膜1，且所述膜瓣3位于所述泄气孔2内。膜瓣3未与振动膜1连接的边缘部分能够相对于振动膜1上下摆动，使膜瓣3和振动膜1之间形成泄气口，通过该泄气口能够平衡振动膜1两侧的压力，达到泄压的效果，避免振动膜1两侧的压差过大而损坏。上述泄气口的面积随着膜瓣3上下摆动的幅度而改变，膜瓣3摆动的幅度越大，泄气口的面积越大，泄压效果也就越强。
44.振动膜1与膜瓣3可以为一体结构。比如，所述振动膜1上具有弯折延伸和/或圆滑延伸的狭长状开口，所述开口两端不重合，所述开口围设形成膜瓣3。其中，狭长状开口可以仅为弯折延伸，比如，狭长状开口为u型，此时开口围设形成的膜瓣3为四边形；或者狭长状开口为尖角型，此时开口围设形成的膜瓣3为三角形。当然，狭长状开口也可以为其他弯折延伸的形状，在此不做限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择。狭长状开口可以仅为圆滑延伸，比如，所述狭长状开口为半圆形，此时开口围设形成的膜瓣3为半圆形。当然，狭长状开口也可以为其他圆滑延伸的形状，在此不做限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择。
45.狭长状开口可以为弯折延伸与圆滑延伸的结合，比如开口围设形成的膜瓣3为蘑菇状。当然，狭长状开口也可以为其他弯折延伸和圆滑延伸相结合的形状，在此不做限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择。
46.由于开口两端不重合，振动膜1上开口两端的连线所在部分为与振动膜1连接的部
分，通过该部分能够使膜瓣3可靠地固定在振动膜1上。
47.现有技术中，为了平衡振动膜1两侧的压差，会在振动膜1上开设有圆形或者其他形状等贯通振动膜1的泄气孔2，以避免振动膜1破损。但是由于振动膜1上开设有泄气孔2，会使部分声压直接通过泄气孔2穿过振动膜1，而没有使振动膜1形成振动，减弱了振动膜1的灵敏度。
48.而在本公开实施例中，在振动膜1上开设的泄气孔2内设置了膜瓣3，在振动膜1两侧具有压差时，膜瓣3才会偏转形成泄气口而泄气，避免了声压直接穿过振动膜1而没有使振动膜1形成振动的情况，提高了振动膜1的灵敏度。
49.泄气孔2的形状和尺寸与膜瓣3的形状和尺寸相同，也就是说，如图2所示，在膜瓣3没有偏转的情况下，振动膜1为完整的一张膜，能够最大限度地保证振动膜1的灵敏度。其中，由于制造工艺等原因，膜瓣3的边缘与振动膜1的泄气孔2边缘之间具有极小的间隙，该种情况也在本技术的保护范围内。当然，膜瓣3的边缘与振动膜1的泄气孔2边缘之间也可以具有相对较大的间隙，在膜瓣3未偏转时，在振动膜1上形成贯通的缺口，本领域技术人员可以根据实际需要选择。
50.所述背极板9与所述振动膜1间隔且相对设置，使背极板9与振动膜1之间形成平行的电容板，便于将声信号转化为电信号。
51.所述悬臂梁4位于所述振动膜1与所述背极板9之间，所述悬臂梁4与所述膜瓣3相对设置，以支撑所述膜瓣3。也就是说，在所述膜瓣3向所述悬臂梁4一侧偏转的状态下，所述膜瓣3抵顶所述悬臂梁4，即在膜瓣3偏转时，悬臂梁4能够限制膜瓣3偏转的角度，避免膜瓣3偏转的角度过大而断裂脱离振动膜1，保证了膜瓣3与振动膜1之间连接的可靠性。
52.其中，所述悬臂梁4与所述膜瓣3相对设置，以支撑所述膜瓣3，包括，在膜瓣3未偏转的情况下，悬臂梁4与膜瓣3之间间隔设置。即在膜瓣3偏转角度未达到设定角度时，膜瓣3不会与悬臂梁4接触，悬臂梁4不会对膜瓣3形成支撑；在膜瓣3偏转角度达到设定角度时，膜瓣3与悬臂梁4接触，悬臂梁4对膜瓣3形成支撑。或者，在膜瓣3未偏转的情况下，所述膜瓣3与所述悬臂梁4之间不具有间隔，即在膜瓣3未偏转的情况下，膜瓣3与悬臂梁4之间就已经形成接触。
53.在一个例子中，所述膜瓣3与悬臂梁4相接触。也就是说，在所述膜瓣3未偏转的状态下，所述悬臂梁4与所述膜瓣3相接触；在所述膜瓣3向所述悬臂梁4一侧偏转的状态下，所述膜瓣3推动所述悬臂梁4弯曲。
54.如图1所示，振动膜1两侧不具有压差或者压差正常的情况下，膜瓣3没有相对于振动膜1偏转，此时，悬臂梁4贴设在膜瓣3上，使悬臂梁4能够有效支撑膜瓣3，使膜瓣3保持不相对与振动膜1偏转的状态，避免膜瓣3受压容易相对振动膜1偏转，出现振动膜1两侧的压差还没有到达使振动膜1破损的程度就过早泄压的情况，保证振动膜1的灵敏度。
55.可选地，悬臂梁4封堵膜瓣3的边缘和振动膜1上泄气孔2的边缘之间形成的间隙，能够避免气流通过上述间隙而影响振动膜1的灵敏度，保证了振动膜1具有较佳的灵敏度。
56.悬臂梁4可以封堵部分膜瓣3的边缘和振动膜1上泄气孔2的边缘之间形成的间隙，使悬臂梁4与膜瓣3之间的接触面积尽量减小，以保证振动膜1和膜瓣3整体具有较佳的振动性能。当然，悬臂梁4也可以封堵全部膜瓣3的边缘和振动膜1上泄气孔2的边缘之间形成的间隙，本领域技术人员可以根据实际需要选择。
57.如图4和图5所示，振动膜1两侧的压差较大，膜瓣3会向悬臂梁4所在的一侧偏转，在膜瓣3开始偏转时，膜瓣3就会与悬臂梁4抵顶，使膜瓣3与悬臂梁4同时产生形变，增大了膜瓣3偏转所需的振动膜1两侧的压差。在振动膜1两侧的压差相对小或者正常的情况下，膜瓣3不会偏转，保证了振动膜1的灵敏度；在振动膜1两侧的压差快到振动膜1破损程度的情况下，膜瓣3带动悬臂梁4弯曲而打开泄气口平衡振动膜1两侧的气压，有效地保护了振动膜1，达到防止振动膜1破损的效果。
58.悬臂梁4可以为具有一定长度的片状结构，悬臂梁4上沿悬臂梁4厚度方向的一侧与膜瓣3接触，能够保证悬臂梁4具有足够的面积与膜瓣3接触，同时也能够防止悬臂梁4的刚性过大，出现振动膜1破损而悬臂梁4未弯曲的情况。
59.在一个例子中，所述振动膜1具有振动区域，在所述振动膜1上开设有多个所述泄气孔2，多个所述泄气孔2围绕所述振动区域的中心均匀设置，所述振动膜1上设置的所述膜瓣3的数量与所述泄气孔2的数量相同，所述泄气孔2与所述膜瓣3一一对应。
60.比如，振动区域为振动膜1悬空部分，通常为圆形。多个泄气孔2在振动膜1上圆周式均匀排布，保证了振动膜1能够均匀泄气，避免振动膜1某一侧承受的压力过大而形成应力集中，使振动膜1破损的情况，且每一个泄气孔2均具有与其对应膜瓣3，保证了振动膜1的灵敏度。
61.具体地，如图2所示，在振动膜1上具有八个泄气孔2，所有泄气孔2在振动膜1上沿一圆周均匀排布，每一个泄气孔2上均设置有一个膜瓣3。
62.在一个例子中，所述振动膜1上具有以所述振动区域的中心为圆心，以设定尺寸为半径的第一圆周，所述第一圆周经过所有所述泄气孔的长度之和为泄气长度，所述泄气长度小于或者等于所述第一圆周周长的百分之六十。
63.也就是说，设置在振动膜1同一圆周上的泄气孔2的数量和密度不需要过多和过大，使设置泄气孔2的数量和密度能够起到保护振膜的作用即可，避免设置泄气孔2的数量和密度过多和过大影响振动膜1的强度和振动性能。当泄气长度大于所述第一圆周周长的百分之六十时，振动膜1的强度和振动性能会受到较大的影响。
64.具体地，如图2所示，在振动膜1上较为外侧的位置设置有八个泄气孔2，能够保证振动膜1具有较佳的强度和较佳的振动性能。
65.在一个例子中，在所述振动膜1上设置有环形的褶皱部5，所述泄气孔2分布在所述褶皱部5远离所述振动区域中心的一侧。
66.如图1和图2所示，褶皱部5为振动膜1上多次弯折后而形成的环状结构，在振动膜1受到声压时，褶皱部5会伸长和收缩进而释放振动产生的应力，而褶皱部5包围的部分为振动膜1主要振动区域，将所有泄气孔2分布在褶皱部5的外圈，能够减小泄气孔2对振动膜1振动性能的影响。
67.在一个例子中，所述膜瓣3朝向所述悬臂梁4的一侧设置有耐磨层6；
68.和/或，
69.所述悬臂梁4朝向所述膜瓣3的一侧设置有耐磨层6；
70.所述膜瓣3通过所述耐磨层6抵顶所述悬臂梁4。
71.也就是说，所述膜瓣3朝向所述悬臂梁4的一侧设置有耐磨层6，所述膜瓣3通过所述耐磨层6抵顶所述悬臂梁4；或者，所述悬臂梁4朝向所述膜瓣3的一侧设置有耐磨层6，所
述膜瓣3通过所述耐磨层6抵顶所述悬臂梁4；或者，所述膜瓣3朝向所述悬臂梁4的一侧设置有耐磨层6和所述悬臂梁4朝向所述膜瓣3的一侧设置有耐磨层6，所述膜瓣3通过所述耐磨层6抵顶所述悬臂梁4。
72.能够在膜瓣3和悬臂梁4抵顶的过程，避免膜瓣3和悬臂梁4摩擦而产生碎屑，进而使碎屑影响mems芯片的性能。
73.在一个例子中，如图1、图4和图6所示，mems芯片还包括衬底7和支撑层8，所述振动膜1设置在所述衬底7上，所述背极板9通过所述支撑层8设置在所述振动膜1背离所述衬底7一侧，所述衬底7上具有贯通的第一声孔10，所述支撑层8上与所述第一声孔10相对应的部分具有贯通的第二声孔11，部分所述振动膜1悬空在所述第一声孔10和所述第二声孔11之间，所述振动膜1悬空的部分为所述振动膜1的振动区域，所述振动膜1的振动区域与所述背极板9相对，使振动膜1和背极板9之间形成平行的电容板。所述悬臂梁4设置在所述支撑层8上，能够使悬臂梁4的设置对整个mems芯片的结构影响最小，便于制造，且能够使悬臂梁4尽量减小对平行的电容板的干扰，保证mems芯片具有较佳的性能。
74.在一个例子中，所述悬臂梁4位于所述第二声孔11紧邻所述振动膜1的内壁上。使悬臂梁4紧邻振动膜1设置，便于悬臂梁4的制造。
75.具体地，如图3所示，悬臂梁4由第二声孔11内壁的端部向第二声孔11的中心延伸形成，悬臂梁4为一平直的板状结构，便于设计和制造。
76.可选地，所述悬臂梁4延伸的长度方向与所述振动膜1所在的平面平行。悬臂梁4延伸的长度方向与振动膜1所在的平面平行，能够使悬臂梁4分布膜瓣3上的绝大部分空间，在膜瓣3向悬臂梁4方向偏转时，能够使膜瓣3可靠地与悬臂梁4抵顶，避免由于制造工艺误差等因素，在膜瓣3向悬臂梁4方向偏转时，膜瓣3不能与悬臂梁4抵顶的情况出现，且进一步便于悬臂梁的制造。
77.在一个例子中，所述膜瓣3相对于所述振动膜1偏转形成的开口朝向所述支撑层8。能够使振动膜1泻出的气流流向背极板与支撑层8相接的部分，避免了背极板9承受较强的气流而损坏，保证了背极板9的可靠性。另外，由于悬臂梁4是由支撑层8延伸出，能够使膜瓣3距离振动区域中心最远的边缘部分首先与悬臂梁4接触，使悬臂梁4与第二声孔11连接处到膜瓣3与悬臂梁4接触处的距离最短，减小了悬臂梁4的力臂，确保悬臂梁4能够可靠支撑膜瓣3。
78.在一个例子中，在所述衬底7上设置有避让缺口12，所述避让缺口12的位置与所述膜瓣3的位置相对应。
79.膜瓣3将悬臂梁4顶起，声压带动空气流入振动膜1靠近悬臂梁4一侧的相对密闭的空间，平衡振动膜1两侧的压力而达到泄压效果。当振动结束，由于相对密闭的空间内进入气体，所以振动膜1靠近悬臂梁4一侧的压力大于振动膜1背离悬臂梁4一侧的压力。此时，如图6和图7所示，由于膜瓣3下方也为悬空设置，膜瓣3会向振动膜1背离悬臂梁4一侧偏转，平衡振动膜1两侧的压差直至正常水平，而避让缺口12则是为膜瓣3的偏转提供了空间。
80.另外，将膜瓣3的位置设置在与避让缺口12相对应的位置，能够使膜瓣3泄掉的气流流向支撑层8与背极板9连接的部分，而该部分是背极板9上强度最佳的部分，避免了背极板9承受较强的气流而损坏，保证了背极板9的可靠性；同时，能够使膜瓣3设置的位置尽量远离振动膜1的主要振动区域，避免膜瓣3的设置对振动膜1强度和振动性能的影响。
81.根据本公开的另一个方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括以上所述的mems芯片。
82.上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
83.虽然已经通过示例对本实用新型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，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。