双振膜声学装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及声学装置，更具体地，涉及由这些设备使用的以及在这些设备中使用的振膜。
【背景技术】
[0002]多年来已使用各种类型的声学装置。一种声学装置的示例是麦克风。通常来讲，麦克风将声波转换为电信号。麦克风有时包括多个部件，这些部件包括微电机系统(MEMS)和集成电路(例如，专用集成电路(ASIC))。MEMS芯片(die)通常具有设置于其上的振膜和背板。声音能量的改变使振膜移动，这改变牵涉背板的电容，由此产生电信号。MEMS芯片通常与ASIC —起设置于底座或者基板上，然后二者一起由盖或者罩围起来。
[0003]上述装置中的振膜通常由弹性材料构成，例如软膜。当前振膜还被构造为单片实体。然而，用当前的单片振膜，限制了振膜可以达到的灵敏度。
[0004]之前的方式没有成功地扩展振膜的使用。因为上述局限，这些之前的方式导致了一些用户不满。
【发明内容】
[0005]提供了具有单个背板的双振膜(包括主振膜和副振膜)。本方法比以前的方法改进了灵敏度。在一个方面，副振膜由多个梁(或者其它支架)支撑，而不是自由浮动的(自由浮动即没有任何类型的限制或与其它元件的连接)。在另一方面，主振膜由单个梁支撑，因此是浮环。仍然在其他方面，副振膜受益于由支撑梁提供的极度可塑性，以及来自自由浮动的主振膜的天生可塑性。与之前单个振膜方法相比，本方法提供改进的灵敏度和信噪比(SNR)性能，而总的振膜可塑性只由主自由浮动设计来控制。
[0006]在很多实施方式中，一种用在微机电系统(MEMS)麦克风中的双振膜包括:主振膜，该主振膜限定穿过该主振膜的开口 ；至少一个连接部分；以及设置于所述开口内的副振膜，其中，所述主振膜通过所述至少一个连接部分连接至所述副振膜，以及其中，所述主振膜对于给定声音等级具有第一振动幅度，所述副振膜对于所述给定声音等级具有第二振动幅度，所述第二振动幅度大于所述第一振动幅度。
[0007]在一些示例中，所述至少一个连接部分包括多个连接部分。在其它示例中，所述多个连接部分、所述主振膜的内周、以及所述副振膜的外周限定了多个空穴。
[0008]在一些方面，所述至少一个连接部分包括支撑梁。在其它方面，所述支撑梁是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个是圆形的。在其它示例中，所述主振膜完全环绕所述副振膜。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动和所述副振膜的第二移动用于改变靠近所述双振膜定位并连接至所述双振膜的背板处的电位。
【附图说明】
[0011]为了更全面地理解本发明，将参考以下详细说明和附图，其中:
[0012]图1A包括根据本发明各个实施方式的麦克风的多个部分的立体图；
[0013]图1B包括根据本发明各个实施方式的图1A的麦克风的剖视图；
[0014]图2包括根据本发明各个实施方式的背板和双振膜的剖视立体图；
[0015]图3A包括根据本发明各个实施方式的背板和双振膜的剖视图；
[0016]图3B包括根据本发明各个实施方式的背板和单振膜的剖视图。
[0017]本领域技术人员将理解，为了简明，附图中的元件是示意性的。还将理解，可能以特定发生顺序说明或者描述某些动作和/或步骤，但是本领域技术人员将理解关于顺序的这种专一性实际不是必须的。还将理解，文中使用的术语和表达具有通常含义，正如针对它们对应的各自调查研宄领域给予的这些术语和表达的含义，除非文中另外提出特定含义。
【具体实施方式】
[0018]现在参考图1A和图1B，微机电系统(MEMS)麦克风100包括基板102。基板102可以是任意类型的底座，例如印刷电路板。基板的其它示例也是可能的。
[0019]设置于基板102上的是MEMS芯片104。MEMS芯片104包括振膜106和背板108。如下面将更详细讨论的，振膜106是双振膜。声音通过开口 103进入麦克风100，该开口延伸穿过基板102。替代地，开口 103可以延伸穿过盖或罩111，该盖或罩覆盖基板102和覆盖设置于基板102上的元件。
[0020]双振膜106包括主振膜和副振膜。在一个示例中，连接梁(或者其它类型的支架)连接主振膜和副振膜。在一个方面，副振膜由多个梁(或者其它支架)支撑，不是自由浮动的(自由浮动即没有任何类型的限制或没有与其它元件的连接)。在其他方面，主振膜由单个梁支撑，因此是浮环。在另外其他方面，副振膜受益于由支撑梁提供的极度可塑性。双振膜106的其它配置和布局是可能的。
[0021]专用集成电路(ASIC) 109也设置于基板102上。ASIC 109可以执行各种信号处理功能，以提到它的用途的一个示例。MEMS芯片104通过导线110连接至ASIC108。ASIC108通过导线112连接至基板。
[0022]麦克风100的一个操作示例中，声音进入开口 103并移动振膜106。振膜106的移动改变牵涉背板108的电容，由此产生电信号。电信号可以通过导线110传送至ASIC 109。在ASIC 109处理信号之后，处理过的信号通过导线112发送，该导线连接至基板102的底部上的焊点。用户可以将其他电子器件连接至这些焊点。例如，麦克风可以设置在蜂窝电话或者个人计算机中，这些装置的合适电路可以连接至焊点。如文中其它地方解释的，主振膜和副振膜可以具有不同的移动范围，并且这为麦克风提供了更高的灵敏度。
[0023]现在参考图2，描述了声学装置(例如麦克风)的振膜204和背板202的一个示例。
[0024]背板202包括多个洞或者开口 212。洞212的目的是提供声音传输、压力释放和/或压力均衡。多个柱210提供对背板202的支撑。背板包括多晶硅层206和氮化硅层208。
[0025]多晶硅层206的目的是获取和感知因振膜移动而产生的信号。氮化硅层208的目的是机械支撑多晶硅层206。背板202被充电。随着振膜204移动，背板202和振膜204之间的电位改变，由此产生电信号。如果声音使振膜204移动，那么电信号表不了声音。
[0026]双振膜204包括主振膜220和副振膜222。主振膜220和副振膜222用支撑梁224连接在一起。在主振膜220和副振膜222之间设置有空穴226，支撑梁224交叉空穴226。
[0027]通常来讲，以及在此示例中，主振膜220环绕副振膜222。主振膜220和副振膜222的总体形状是圆形。双振膜的形状和配置的其它示例是可能的。
[0028]梁224的总体形状在此示例中是U形的。然而，其它形状是可能的。梁224的各个部分的厚度、长度、和宽度也可以变化。
[0029]副振膜222，在一个方面，可以是在主振膜220中被切割。例如，通过使用标准半导体蚀刻处理。如图所示，弯曲梁224也是切割的，并支撑副振膜222。梁224允许副振膜222的极度可塑性，这提高了麦克风的灵敏度和信噪比(SNR)。
[0030]通过“可塑性”(如在文中使用的)来表示振膜灵活性以及振膜在声音压力下的机械振动幅度。通常来讲，高可塑性的振膜是高灵敏度的。通过“灵敏度”(如在文中使用的)来表示麦克风输出信号强度，通常来讲，更高灵敏度的麦克风将相对于给定的和固定的声音输入产生更强的电信号。
[0031]现在参考图3A和图3B，描述了本方法的操作示例。
[0032]图3A包括背板302、主振膜320和副振膜322。如图所示，副振膜322朝着由标号为324的箭头所示的方向移动。主振膜320也在相同方向移动。然而，副振膜322达到的高度326大于主振膜320达到的高度328。换句话说，对于给定的和固定的声音级别，副振膜322将具有更大的振动幅度。
[0033]图3B显示了，在没有副振膜322的情况下，移动幅度330比移动幅度326小很多。由此，副振膜322的更多的或增加的振动或移动导致麦克风更高灵敏度和更高SNR。
[0034]如图所示，内部副振膜322具有比外部主振膜320更大的移动范围。在设计中可以考虑各种因素，副振膜的形状、尺寸、和其它特性。例如，在设计或构造副振膜时，可以改变副振膜的直径、“切口”(即，空的空闲区域)的数量、容量的宽度、梁的形状以及梁的数量。这些因素和特性可以调整以按需要来改变振膜的灵敏度，以适应特定用户或系统的需要。
[0035]通过使用副振膜达到的较大灵敏度尤其有利于例如远声场语音识别和高保真录音的应用。这些方法尤其有用的应用的其它示例是可能的。
[0036]虽然文中描述的方法涉及双振膜系统，但是应当理解这些方法可以应用于具有任意数量振膜的系统。
[0037]文中描述了本发明的优选实施方式，这包括发明人所知的实现本发明的最佳方式。应当理解，示出的实施方式仅仅是示意性的，不应当用于限制本发明的范围。
[0038]相关申请的交叉引用
[0039]本申请请求2014年4月10日提交的、名称为“双振膜声学装置”的美国临时申请第61/977，895号的优先权，该美国临时申请的内容通过引用全部纳入本文。
【主权项】
1.一种用在微机电系统麦克风中的双振膜，所述双振膜包括: 主振膜，该主振膜限定穿过该主振膜的开口 ； 至少一个连接部分； 设置于所述开口内的副振膜，所述主振膜通过所述至少一个连接部分连接至所述副振膜， 其中，所述主振膜对于给定声音等级具有第一振动幅度，所述副振膜对于所述给定声音等级具有第二振动幅度，所述第二振动幅度大于所述第一振动幅度。2.根据权利要求1所述的双振膜，其中，所述至少一个连接部分包括多个连接部分。3.根据权利要求2所述的双振膜，其中，所述多个连接部分、所述主振膜的内周、以及所述副振膜的外周限定了多个空穴。4.根据权利要求1所述的双振膜，其中，所述至少一个连接部分包括支撑梁。5.根据权利要求4所述的双振膜，其中，所述支撑梁是U形的。6.根据权利要求1所述的双振膜，其中，所述主振膜和所述副振膜中的至少一个是圆形的。7.根据权利要求1所述的双振膜，其中，所述主振膜完全环绕所述副振膜。8.根据权利要求1所述的双振膜，其中，所述主振膜和所述副振膜是共面的。9.根据权利要求1所述的双振膜，其中，所述主振膜的第一移动和所述副振膜的第二移动用于改变靠近所述双振膜定位并连接至所述双振膜的背板处的电位。
【专利摘要】本发明涉及一种用在微机电系统(MEMS)麦克风中的双振膜，该双振膜包括：主振膜，该主振膜限定穿过该主振膜的开口；以及设置于所述开口内的副振膜。所述主振膜通过至少一个连接部分连接至所述副振膜。对于给定声音等级，所述主振膜具有第一振动幅度，所述副振膜具有比所述第一振动幅度更大的第二振动幅度。
【IPC分类】H04R7/02
【公开号】CN104980850
【申请号】CN201510223860
【发明人】邵宁
【申请人】美商楼氏电子有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年4月8日