一种麦克风芯片及麦克风的制作方法

一种麦克风芯片及麦克风
【技术领域】
1.本发明涉及一种传感器及其应用，特别涉及一种麦克风芯片以及应用该麦克风芯片的麦克风。


背景技术：

2.麦克风芯片是麦克风的核心组成部件，现有技术提供的麦克风芯片多设置为电容传感结构，其包括基底以及固定于基底上由振膜和背板组成的电容系统，电容系统上施加一个较高的偏置电压以形成平板电容，当外界声波振动引起振膜振动，进而引起电容系统产生电信号输出。
3.然而，无论外界是否有声波信号输入，麦克风芯片始终需要施加一个较高偏置电压，因此其具有较大的功耗。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本发明提出一种麦克风芯片及包含该麦克风芯片的麦克风。
5.具体地，本发明提出了一种麦克风芯片，其包括具有背腔的基底以及设置于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括相对间隔设置的背板及振膜，其特征在于：所述麦克风芯片还包括贴设于所述振膜上的压电片，所述压电片随所述振膜的振动产生电信号控制所述电容系统供能。
6.进一步的，所述麦克风芯片还包括与所述压电片以及所述电容系统电连接的控制芯片，所述控制芯片包括接受所述压电片的电信号的触发器以及以及由所述触发器开关控制为所述电容系统功能的电荷泵。
7.进一步的，所述背板包括背板电极层，所述振膜包括振膜电极层，所述背板电极层与所述振膜电极层相对间隔以形成平板电容，所述压电片贴设固定于所述振膜电极层。
8.进一步的，所述压电片包括贴设于所述振膜电极层的压电材料层以及贴设于所述压电材料层远离所述振膜电极层一侧的压电电极层。
9.进一步的，所述压电电极层与所述背板电极层由相同的材料层蚀刻分离。
10.进一步的，所述压电片设置为与所述振膜相匹配的形状，所述压电片完全贴合固定于所述振膜。
11.进一步的，所述压电片贴设固定于所述振膜在振动过程中形变最大的区域。
12.进一步的，所述振膜包括固定于所述基底的固定部以及与所述固定部连接并悬置于所述背腔上的振动部，所述压电片沿所述振膜的振动方向的正投影同时位于所述固定部和所述振动部。
13.进一步的，所述基底包括四个支撑柱，四个所述支撑柱排列为矩阵形状，所述振膜包括固定于所述支撑柱的四个固定部以及与四个所述固定部连接并悬置于所述背腔的振动部，所述压电片的数量对应设置为四个。
14.本发明还提供了一种麦克风，其包括如上任一项所述的麦克风芯片。
15.本发明的有益效果：
16.本发明提供的麦克风芯片由于在振膜上设置有压电片，其可以随振膜一同振动而产生电信号，进而控制为麦克风芯片的电容系统供能。如此使得在没有信号输入时，本发明提供的麦克风芯片可以在很低的功耗下待机，从而实现降低功耗的目的。
【附图说明】
17.图1是本发明提供的麦克风芯片的部分结构图；
18.图2是本发明提供的麦克风芯片的部分结构分解图；
19.图3是沿本发明图1中a-a线的截面图；
20.图4是本发明提供的麦克风芯片的工作流程示意图。
【具体实施方式】
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明做详细说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。
22.如图1至图3所示，为本发明所提出的麦克风芯片100，在本实施方式中，该麦克风芯片例如为采用mems工艺制备而成。当其应用于声学器件，通常封装于mems麦克风结构中。该麦克风芯片100包括基底1，该基底1例如采用硅、玻璃或其它适用的材质。在基底1上形成背腔2。背腔2的形成可采用体刻蚀工艺。电容系统3设置在基底1上，该电容系统3包括相对间隔设置的背板4及振膜5，所述背板4以及振膜5分别设置有背板电极41以及振膜电极51，当电容系统3通电供能时，背板电极41以及振膜电极51相对设置形成平板电容。背板4上设置有贯穿所述背板4的背板孔42以及自所述背板4向所述振膜5凸起设置的凸柱43，所述背板孔42有利于声波信号传递至振膜5引起振动，能够降低麦克风芯片100的噪声信号，提高麦克风芯片100的灵敏度。所述基底1包括四个支撑柱11，四个支撑柱11排列为矩阵形状，振膜5包括四个固定于支撑柱11上的固定部52以及连接所述固定部52连接并悬置于所述背腔2上的振动部53。
23.振膜5靠近背板4一侧上贴设有压电片7，压电片7包括贴设于振膜电极51的压电材料层71以及贴设于压电材料层71远离振膜电极51一侧的压电电极层72，进一步的，压电电极层72与背板电极41由相同的材料层蚀刻分离，如此设置，可以简化麦克风芯片100的制备流程，降低麦克风芯片100的制作成本。压电片7贴设于振膜电极51靠近背板4的一侧，压电片7包括贴设于振膜电极51上的压电材料层71以及贴合固定于压电材料层71远离振膜电极51一侧的压电电极层72，当有外部声波信号输入时，振膜5振动并引起压电材料层71形变，根据压电材料层71的材料特性，其上下两侧的电极(振膜电极层51和压电电极层72之间)产生电势差，从而输出电信号控制为电容系统3供能，激发电容系统3接收声波信号。
24.如图4所示，当有声波信号输入时，振膜5振动，进而带动压电片7的压电材料层71发生形变，进而使得压电片7的压电电极层72与振膜电极51之间形成电势差，从而从产生电信号。电信号输入与麦克风芯片100的电容系统3电连接的控制芯片(未图示)，控制芯片上集成有接受电信号的触发器(未图示)，触发器接受到压电片7输出的电信号后，控制开关电荷泵(未图示)为所述电容系统3供能，所述电容系统3开始接受声波信号，并输出声波对应的电信号，经过放大器后输出。
25.压电片7贴设于所述振膜5振动时形变量最大的位置，如图2至图3所示，压电片7沿振膜5的振动方向的正投影同时位于振膜5的固定部52以及振动部53，如此设置，使得压电片7能够更加灵敏的感受到振膜5的振动形变，从而产生电信号控制电容系统3开关。进一步的，所述压电片7还可以对振膜5形变量最大的位置起到结构补强的作用，有效提高麦克风芯片的结构稳定性。所述压电片7的数量设置为与基底1的支撑柱11匹配的四个。
26.在其他可选的实施方式中，所述压电片7也可以设置为与振膜5相同的形状，压电片7完全贴合固定于振膜5，如此设置，可以使得压电片7于振膜层5同时成型降低成本，同时也有利于简化装配工艺。
27.本发明提供的麦克风芯片以及麦克风，其可以使得麦克风芯片的电容系统在没有信号输出的时候处于低功率状态，能够在更低的功率下待机，降低产品的用电功耗。进一步的，本发明提供的麦克风芯片以及麦克风是利用了贴设在振膜上的压电片进行控制电容系统的开关，其有利于麦克风芯片在维持低功耗的前提下实现小型化。
28.以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种麦克风芯片，其包括具有背腔的基底以及设置于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括相对间隔设置的背板及振膜，其特征在于：所述麦克风芯片还包括贴设于所述振膜上的压电片，所述压电片随所述振膜的振动产生电信号控制所述电容系统供能。2.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述麦克风芯片还包括与所述压电片以及所述电容系统电连接的控制芯片，所述控制芯片包括接受所述压电片的电信号的触发器以及以及由所述触发器开关控制为所述电容系统功能的电荷泵。3.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述背板包括背板电极层，所述振膜包括振膜电极层，所述背板电极层与所述振膜电极层相对间隔以形成平板电容，所述压电片贴设固定于所述振膜电极层。4.根据权利要求3所述的麦克风芯片，其特征在于，所述压电片包括贴设于所述振膜电极层的压电材料层以及贴设于所述压电材料层远离所述振膜电极层一侧的压电电极层。5.根据权利要求4所述的麦克风芯片，其特征在于，所述压电电极层与所述背板电极层由相同的材料层蚀刻分离。6.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述压电片设置为与所述振膜相匹配的形状，所述压电片完全贴合固定于所述振膜。7.根据权利要求1所述的麦克风芯片，其特征在于，所述压电片贴设固定于所述振膜在振动过程中形变最大的区域。8.根据权利要求7所述的麦克风芯片，其特征在于，所述振膜包括固定于所述基底的固定部以及与所述固定部连接并悬置于所述背腔上的振动部，所述压电片沿所述振膜的振动方向的正投影同时位于所述固定部和所述振动部。9.根据权利要求8所述的麦克风芯片，其特征在于，所述基底包括四个支撑柱，四个所述支撑柱排列为矩阵形状，所述振膜包括固定于所述支撑柱的四个固定部以及与四个所述固定部连接并悬置于所述背腔的振动部，所述压电片的数量对应设置为四个。10.一种麦克风，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的麦克风芯片。

技术总结
本发明提出一种麦克风芯片，其包括具有背腔的基底以及设置于所述基底上的电容系统，所述电容系统包括相对间隔设置的背板及振膜，其特征在于：所述麦克风芯片还包括贴设于所述振膜上的压电片，所述压电片随所述振膜的振动产生电信号控制所述电容系统供能。振膜上贴设的压电片，其可以随振膜一同振动而产生电信号，进而控制为麦克风芯片的电容系统供能。如此使得在没有信号输入时，本发明提供的麦克风芯片可以在很低的功耗下待机，从而实现降低功耗的目的。目的。目的。


技术研发人员：张金宇
受保护的技术使用者：瑞声声学科技（深圳）有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/21