专利名称：自检测硅微机械电容式麦克风的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微机械声学传感器，特别是一种自检测硅微 机械电容式麦克风。 技术背景
采用微机械加工手段和微电子批量生产方式制作的微机械电容 式麦克风具有体积小、成本低、高精度、可靠性高和批量制造等优点， 因而具有较强的工业化应用前景。微机械电容式麦克风包括一个薄的 导电敏感膜和一个坚硬的导电底板，分别作为电容式麦克风的两个电 极，敏感膜和底板间存在一间隙，微机械电容式麦克风工作时，敏感 膜感受声压，挠曲^^振动，使麦克风工作lt^生变化，通过检 测麦克风工作电容的变化来测量声音信号。
从90年代初期开始，全世界上许多高校和研究机构都积极地开 展了硅微机械麦克风的研究，并有多种器件获得成功。W.Kuhnel和 G. Hess在-一块硅片上制作麦克风的敏感膜，在另一块硅片上制作麦 克风的底板，采用键合的方式构成敏感膜和底板的间隙从而形成麦克 风的工作电容(W.Kuhnel and G. Hess， Sensors and Actuators. vol.A32. pp. 560-564. 1992)。 P. R. Sche印er， W. Olthuis和 P. Bergveld在单一硅片上集成制作了硅微机械麦克风，采用牺牲层
技术构成敏感膜和底板的间隙而形成麦克风的工作电容。 (P. R. Scheeper， W. Olthuis, and P. Bergveld， Sensors andActuators, vol. A40， pp. 179-186. 1994)。
微机械电容式麦克风的技术性能指标主要有三个灵敏度，频率 带宽和最大直流偏置电压。传统的微机械电容式麦克风成品的性能指 标检测较为复杂，灵敏度和频率带宽的检测采用声学检测的方法，具 体的做法是将微机械电容式麦克风和标准的麦克风同时放入一标准 的声源中，调节声源产生在不同声强和频率的声音信号，用标准麦克 风标定声强，采用专门的测量电路测出微机械电容式麦克风的灵敏度 和频率带宽。最大直流偏置电压的测量采用在麦克风电极两端加直流 电压，用专门的仪器测量麦克风电容的变化，找出使麦克风电容突然 增大的临界电压即为最大直流偏置电压。因此，针对于批量生产而言， 传统的微机械电容式麦克风成品检测需要专门的检测设备，检测效率 较3Wf ，不利于工业化大生产。 发明内容
为解决现有的微机械电容式麦克风成品检测需要专门的检测设 备，成本高、检测效率较为低下的缺点，本实用新型提供了一种能实 现电学自检测、结构简单、成本低廉、有利于工业化大生产的自检测 硅微机械电容式麦克风。
自检测硅微机械电容式麦克风，包括作为电容极板的敏感膜和金 属铜底板、设有声波传入通道的硅基体；所述的敏感膜的周边通过绝 缘层固定在所述的硅基体上，所述的敏感膜的底面朝向所述的声波传 入通道；所述的底板上分布有通气孔，所述的底板通过连接座固定在 所述的硅基体上，所述的底板位于所述的敏感膜的正上方，所述的底板和所述的敏感膜之间有空气隔层；所述的连接座与所述的硅基体之 间设有绝缘层；
其特征在于所述的底板由第一支板、第二支板、第三支板拼接 而成，所述的第一支板和所述的第二支板之间有第一间隙，所述的第
二支板和第三支板之间有第二间隙；所述的支板分别通过连接支座固
定在所述的硅基体上，所述的支板分别通过所述的连接支座与一引线
端连接；所述的敏感膜上设有敏感膜引线端。 进一步，所述的通气孔呈蜂窝状排列。
进一步，所述的敏感膜为正方形，所述的底板的边长为所述的敏 感膜的边长的80%。
进一步，所述的敏感膜依次包括第一氮化硅层、掺杂硼的多晶硅 层，第二氮化硅层。
进一步，所述的绝缘层为低应力氧化硅层。
进一步，所述的硅基体上设有封装接点。
本实用新型的技术构思是麦克风工作时，将第一支板、第二支
板、第三支板连接在一起形成金属铜底板，所述的底板与敏感膜共同 构成电容式麦克风的工作电容。当敏感膜感受从声波传入通道中传入 的声音压力时，敏感膜挠曲，麦克风工作电容发生变化，通过检测工 作电容变化的情况来检测声音信号。底板上的通气孔、第一间隙、第 二间隙和敏感膜与底板间的空气隔层使敏感膜和金属铜底板之间的 空气压膜阻尼近似地等于临界阻尼，使麦克风工作在靠近临界阻尼的 小阻尼状态，提高麦克风工作的频率带宽。三块支板拼接后的边长小于正方形敏感膜的边长，这样可以提高麦克风工作电容与寄生电容之 比，提高麦克风工作的灵敏度。麦克风检测时，在第二支板与敏感膜 间加测式电压，将第一支板、第三支板短路后与敏感膜构成一检测电 容，通过测量不同测式电压下的检测电容值，可间接地判定微机械电 容式麦克风的灵敏度，频率带宽和最大直流偏置电压的合格与否，从 而实现了硅微机械电容式麦克风的电学自检测。
本实用新型具有能实现电学自检测、结构简单、成本低廉、有利 于工业化大生产的优点。
图1为本实用新型的示意图
图2为本实用新型的剖视图 图3为本实用新型的敏感膜的剖视图具体实施方式
参照附图，进一步说明本实用新型
自检测硅微机械电容式麦克风，包括作为电容极板的敏感膜1和 金属铜底板、设有声波传入通道的硅基体3;所述的敏感膜l的周边 通过绝缘层7固定在所述的硅基体3上，所述的敏感膜1的底面朝向 所述的声波传入通道4;所述的底板上分布有通气孔24，所述的底板
通过连接座固定在所述的硅基体4上，所述的底板位于所述的敏感膜
1的正上方，所述的底板和所述的敏感膜1之间有空气隔层6;所述
的连接座与所述的硅基体3之间设有绝缘层A_
其特征在于所述的底板由第一支板21、第二支板22、第三支板23拼接而成，所述的第一支板21和所述的第二支板22之间有第 一间隙25，所述的第二支板22和第三支板23之间有第二间隙26; 所述的支板21、 22、 23分别通过连接支座51、 52、 53固定在所述的 硅基体3上，所述的支板21、 22、 23分别通过所述的连接支座51、 52、 53与一引线端211、 221、 231连接；所述的敏感膜1上设有敏 感膜引线端ll。
进一步，所述的通气孔24呈蜂窝状排列。
进一步，所述的敏感膜1为正方形，所述的底板的边长为所述的 敏感膜1的边长的80%。
进一步，所述的敏感膜1依次包括第一氮化硅层12、掺杂硼的 多晶硅层13，第二氮化硅层14。
进一步，所述的绝缘层为低应力氧化硅层。
进一步，所述的硅基体3上设有封装接点31。
本实用新型的技术构思是麦克风工作时，将第一支板21、第二 支板22、第三支板23连接在一起形成金属铜底板，所述的底板与敏感 膜l共同构成电容式麦克风的工作电容。当敏感膜l感受从声波传入通 道4传入的声音压力时，敏感膜1挠曲，麦克风工作电容发生变化，通 过检测工作电容变化的情况来检测声音信号。底板上的通气孔24、第 一间隙25、第二间隙26和敏感膜1与底板间的空气隔层6使敏感膜1和 底板之间的空气压膜阻尼近似地等于临界阻尼，使麦克风工作在靠近 临界阻尼的小阻尼状态，提高麦克风工作的频率带宽。三块支板拼接 后的边长小于正方形敏感膜l的边长，这样可以提高麦克风工作电容与寄生电容之比，提高麦克风工作的灵敏度。麦克风检测时，在第二 支板22与敏感膜1间加测^龟压，将第一支板21、第三支板23短路后
与敏感膜l构成一检测电容，通过测量不同测式电压下的检测电容值， 可间接地判定微机械电容式麦克风的灵敏度，频率带宽和最大直流偏 置电压的合格与否，从而实现了硅微机械电容式麦克风的电学自检
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式 的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的 具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用 新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求1、1、自检测硅微机械电容式麦克风，包括作为电容极板的敏感膜和金属铜底板、设有声波传入通道的硅基体；所述的敏感膜的周边通过绝缘层固定在所述的硅基体上，所述的敏感膜的底面朝向所述的声波传入通道；所述的底板上分布有通气孔，所述的底板通过连接座固定在所述的硅基体上，所述的底板位于所述的敏感膜的正上方，所述的底板和所述的敏感膜之间有空气隔层；所述的连接座与所述的硅基体之间为绝缘层；其特征在于所述的底板由第一支板、第二支板、第三支板拼接而成，所述的第一支板和所述的第二支板之间有第一间隙，所述的第二支板和第三支板之间有第二间隙；所述的支板分别通过连接支座固定在所述的硅基体上，所述的支板分别通过所述的连接支座与一引线端连接；所述的敏感膜上设有敏感膜引线端。
2、 如权利要求l所述的自检测硅微机械电容式麦克风，其特征 在于所述的通气孔呈蜂窝状排列。
3、 如权利要求2所述的自检测硅微机械电容式麦克风，其特征 在于所述的敏感膜为正方形，所述的金属铜底板的边长为所述的敏 感膜的边长的80%。
4、 如权利要求3所述的自检测硅微机械电容式麦克风，其特征在于所述的敏感膜依次包括第一氮化硅层、参杂硼的多晶硅层，第二氮化硅层。
5、 如权利要求4所述的自检测硅微机械电容式麦克风，其特征在于所述的绝缘层为低应力氧化硅层。
6、如权利要求5所述的自检测硅微机械电容式麦克风，其特征 在于所述的硅基体上设有封装接点。
专利摘要自检测硅微机械电容式麦克风，包括敏感膜和底板、硅基体；敏感膜的周边固定在硅基体上；底板上分布有通气孔，底板通过连接座固定在硅基体上，底板位于敏感膜的正上方，底板和敏感膜之间有空气隔层；各支板分别通过连接支座固定在硅基体上，支板分别通过连接支座与一引线端连接；敏感膜上设有敏感膜引线端。本实用新型具有能实现电学自检测、结构简单、成本低廉、有利于工业化大生产的优点。
文档编号H04R19/01GK201365340SQ20092011425
公开日2009年12月16日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者张立彬, 伟 王, 健 董, 计时鸣 申请人:浙江工业大学