麦克风芯片和声音采集装置的制作方法

1.本技术涉及声电转换技术领域，具体而言，本技术涉及一种麦克风芯片和声音采集装置。


背景技术：

2.中高端的tws(true wireless stereo，真无线立体声)耳机一般需要主动降噪功能，通常在tws耳机中集成用于感知环境声音的麦克风芯片，以实现主动降噪。
3.性能优质的麦克风芯片需在音频频段(例如从20赫兹到20千赫兹)具有平坦的频率响应。为使麦克风芯片具备较高的敏感度，会采用充分柔软的振膜，以便感知到较小的声压波动。但是，过于柔软的振膜也会被无效气压波动所激发，生成无效的感知音频信号，即误产生了噪音，导致麦克风芯片对环境声音识别精度不足，进而导致对应的具有降噪功能的产品的降噪性能不足。


技术实现要素：

4.本技术针对现有方式的缺点，提出一种麦克风芯片和声音采集装置，用以解决现有技术存在麦克风芯片对环境声音识别精度不足的技术问题。
5.第一个方面，本技术实施例提供了一种麦克风芯片，包括：基板，和依次层叠于基板一侧的振膜以及背极板；
6.基板具有贯通自身两侧的背腔，背腔在第一平面的正投影位于振膜在第一平面的正投影以内，第一平面是基板所在平面；
7.背极板与振膜之间具有气隙；
8.振膜具有连通背腔和气隙的均压孔。
9.在一个实施例中，基板靠近振膜的一侧具有位于背腔的开口周缘且与背腔连通的气流缝；
10.均压孔远离气隙的一端连通气流缝，且均压孔在第一平面的正投影位于背腔在第一平面的正投影以外。
11.在一个实施例中，基板包括层叠的硅基层和绝缘衬底层；
12.硅基层具有贯通自身两侧的通孔；
13.绝缘衬底层位于硅基层与振膜之间，绝缘衬底层具有镂空，镂空露出通孔的开口、和位于通孔的开口周缘的部分硅基层；
14.通孔与镂空露出通孔的开口的部分，形成背腔的至少部分；
15.镂空露出位于通孔的开口周缘的部分，形成气流缝的至少部分。
16.在一个实施例中，气流缝的高度不小于0.5微米、且不大于3微米；
17.和/或，均压孔的直径不小于1微米、且不大于20微米。
18.在一个实施例中，绝缘衬底层靠近振膜的一侧具有限位槽；
19.振膜与绝缘衬底层接触，并与至少部分限位槽接触。
20.在一个实施例中，限位槽在第一平面的正投影位于背腔在第一平面的正投影以外，且限位槽在第一平面的正投影位于气隙在第一平面的正投影以内。
21.在一个实施例中，背极板包括：层叠设置的第一绝缘层、第一导电层和第二绝缘层；
22.第一绝缘层、第一导电层和第二绝缘层分别具有第一透声子孔、第二透声子孔和第三透声子孔；
23.第一透声子孔、第二透声子孔和第三透声子孔依次对应连通，形成背极板的贯通自身两侧的透声孔。
24.在一个实施例中，麦克风芯片还包括：位于基板和背极板之间的支撑结构；
25.振膜、支撑结构和背极板围合形成气隙。
26.在一个实施例中，支撑结构包括：牺牲材料基桩和隔离层；
27.隔离层覆盖于牺牲材料基桩的表面。
28.在一个实施例中，隔离层包括依次层叠的第三绝缘层、第二导电层和第四绝缘层；
29.第三绝缘层远离第二导电层的一侧，与牺牲材料基桩的表面接触。
30.第二个方面，本技术实施例提供了一种声音采集装置，包括：如第一个方面提供的麦克风芯片。
31.本技术实施例提供的技术方案带来的有益技术效果包括：在麦克风芯片的振膜上设计连通背腔和气隙的均压孔，可以利于有效声波以外的至少部分其他缓慢变化的气压波动通过，实现振膜两侧空间的气压均衡，减少、甚至避免振膜被缓慢变化的气压波动激发而生成无效的感知音频信号，提高麦克风芯片对环境声音识别精度，进而利于提高采用该麦克风芯片的产品的降噪性能。
32.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
33.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
34.图1为本技术实施例提供的一种麦克风芯片的实施方式一的结构示意图；
35.图2为本技术实施例提供的一种麦克风芯片的实施方式二的结构示意图；
36.图3为本技术实施例提供的一种麦克风芯片的实施方式三的结构示意图；
37.图4为本技术实施例提供的一种麦克风芯片的实施方式四的结构示意图；
38.图5为本技术实施例提供的一种麦克风芯片中绝缘衬底层的结构示意图；
39.图6为本技术实施例提供的一种麦克风芯片中绝缘衬底层的结构示意图；
40.图7为本技术实施例提供的一种麦克风芯片中支撑结构的结构示意图；
41.图8为图7中a处的放大结构示意图。
42.图中：
43.100-麦克风芯片；100a-气隙；
44.110-基板；110a-背腔；110b-气流缝；
45.111-硅基层；
46.112-绝缘衬底层；112a-镂空；112b-限位槽；
47.120-振膜；120a-均压孔；
48.130-背极板；130a-透声孔；
49.131-第一绝缘层；131a-第一透声子孔；132-第一导电层；132a-第二透声子孔；133-第二绝缘层；133a-第三透声子孔；
50.140-支撑结构；
51.141-牺牲材料基桩；
52.142-隔离层；1421-第三绝缘层；1422-第二导电层；1423-第四绝缘层。
具体实施方式
53.下面详细描述本技术，本技术的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本技术的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
54.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
55.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
56.本技术的发明人进行研究发现，随着tws(true wireless stereo，真无线立体声)耳机的兴起，对硅基麦克风的性能要求又提升到了一个新的高度。中高端的tws耳机一般需要主动降噪功能，而主动降噪性能的优劣，与麦克风的低频频响有很大关系。为使麦克风具备较高的敏感度，会采用充分柔软的振膜，以便感知到较小的声压波动。但是，振膜通常为完整的薄膜结构，任何声波或其他气压波动均会全部作用到振膜上，过于柔软的振膜无法区分有效声波和其他缓慢变化的气压波动，过于柔软的振膜也会被缓慢变化的无效气压波动所激发，生成无效的感知音频信号，即误产生了噪音，导致降噪性能不足。
57.本技术提供的麦克风芯片和声音采集装置，旨在解决现有技术的如上技术问题。
58.下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
59.本技术实施例提供了一种麦克风芯片100，该麦克风芯片100的结构示意图如图1所示，包括：基板110，和依次层叠于基板110一侧的振膜120以及背极板130。
60.基板110具有贯通自身两侧的背腔110a，背腔110a在第一平面的正投影位于振膜
120在第一平面的正投影以内，第一平面是基板110所在平面。
61.背极板130与振膜120之间具有气隙100a。
62.振膜120具有连通背腔110a和气隙100a的均压孔120a。
63.在本实施例中，麦克风芯片100的振膜120上设计连通背腔110a和气隙100a的均压孔120a，可以利于有效声波以外的至少部分其他缓慢变化的气压波动通过，实现振膜120两侧空间的气压均衡，减少、甚至避免振膜120被缓慢变化的气压波动激发而生成无效的感知音频信号，提高麦克风芯片100对环境声音识别精度，进而利于提高采用该麦克风芯片100的产品的降噪性能。
64.本技术的发明人考虑到，为便于拾取声音，麦克风芯片100的背腔110a通常是直接与外界连通的，麦克风芯片100的背腔110a与外界之间没有任何防尘结构。例如在tws耳机的应用场景中，麦克风芯片100的进声孔与耳机上的进音孔是紧密相接，即麦克风芯片100的背腔110a直接与外界连通，外界的灰尘等污物可能直达麦克风芯片100的背腔110a。若是灰尘进一步通过本技术实施例提供的麦克风芯片100中振膜120上的均压孔120a进入到气隙100a，将会对麦克风芯片100的电学结构造成负面影响。为此，本技术为麦克风芯片100提供如下一种可能的实现方式：
65.如图2所示，本技术实施例的基板110靠近振膜120的一侧具有位于背腔110a的开口周缘且与背腔110a连通的气流缝110b。
66.均压孔120a远离气隙100a的一端连通气流缝110b，且均压孔120a在第一平面的正投影位于背腔110a在第一平面的正投影以外。
67.在本实施例中，均压孔120a与背腔110a之间通过气流缝110b连通，这样有利于增加背腔110a与均压孔120a的气道行程，降低已抵达背腔110a的灰尘等污物进一步抵达均压孔120a、进入振膜120与背极板130之间气隙100a的概率，从而实现防尘的目的。
68.均压孔120a在第一平面的正投影位于背腔110a在第一平面的正投影以外，即振膜120上的均压孔120a不正对基板110上的背腔110a，这样有利于气流缝110b的布设，保证背腔110a与均压孔120a的气道行程。
69.本技术的发明人考虑到，基板110不仅需要具备背腔110a，而且基板110靠近振膜120的一侧具有位于背腔110a的开口周缘且与背腔110a连通的气流缝110b。为此，本技术为麦克风芯片100的基板110提供如下一种可能的实现方式：
70.如图3所示，本技术实施例的基板110包括层叠的硅基层111和绝缘衬底层112。
71.硅基层111具有贯通自身两侧的通孔。
72.绝缘衬底层112位于硅基层111与振膜120之间，绝缘衬底层112具有镂空112a，镂空112a露出通孔的开口、和位于通孔的开口周缘的部分硅基层111。
73.通孔与镂空112a露出通孔的开口的部分，形成背腔110a的至少部分。
74.镂空112a露出位于通孔的开口周缘的部分，形成气流缝110b的至少部分。
75.在本实施例中，硅基层111作为基板110的主要结构层，为整个麦克风芯片100的制备工艺的提供制备基础，也可以为成型的麦克风芯片100的其他膜层结构提供支撑。绝缘衬底层112可以将振膜120与硅基层111隔开，利于振膜120与硅基层111之间形成连通均压孔120a和背腔110a的气流缝110b。
76.为保证背腔110a与均压孔120a的之间气道的防尘性能，本技术的为气流缝110b或
均压孔120a提供如下三种可能的实现方式：
77.在一些实施例中，气流缝110b的口径不小于0.5微米、且不大于3微米。
78.在一些实施例中，均压孔120a的直径不小于1微米、且不大于20微米。
79.无论采用以上哪一种实现方式，均可以提高拦截灰尘等污物的拦截率，提高麦克风芯片100的防尘性能。
80.本技术的发明人考虑到，降噪产品的主动降噪性能还与麦克风芯片100的低频相位的一致性有很大关系。为此，本技术为麦克风芯片100的绝缘基底层提供如下一种可能的实现方式：
81.如图4和图5所示，本技术实施例的绝缘衬底层112靠近振膜120的一侧具有限位槽112b。
82.振膜120与绝缘衬底层112接触，并与至少部分限位槽112b接触。
83.在本实施例中，绝缘衬底层112上的限位槽112b，有利于对后续工艺制备得到的振膜120实现限位，帮助振膜120与硅基层111上的通孔正确对位，以提高麦克风芯片100的低频相位的一致性。
84.绝缘衬底层112上的限位槽112b，还有利于在振膜120的制备工艺中限定振膜120的刻蚀位置，即有利于限定制备得到的振膜120的尺寸。
85.在一些实施例中，如图4所示，限位槽112b在第一平面的正投影位于背腔110a在第一平面的正投影以外，且限位槽112b在第一平面的正投影位于气隙100a在第一平面的正投影以内。
86.在本实施例中，限位槽112b在第一平面的正投影位于背腔110a在第一平面的正投影与气隙100a在第一平面的正投影之间，有利于使得振膜120的主体部分与背腔110a对位。
87.本技术的发明人考虑到，背极板130需要与振膜120配合，以产生声电转化信号。为此，本技术为麦克风芯片100的背极板130提供如下一种可能的实现方式：
88.如图6所示，本技术实施例的背极板130包括：层叠设置的第一绝缘层131、第一导电层132和第二绝缘层133。
89.第一绝缘层131、第一导电层132和第二绝缘层133分别具有第一透声子孔131a、第二透声子孔132a和第三透声子孔133a。
90.第一透声子孔131a、第二透声子孔132a和第三透声子孔133a依次对应连通，形成背极板130的贯通自身两侧的透声孔130a。
91.在本实施例中，第一绝缘层131和第二绝缘层133之间包括了第一导电层132，使得背极板130形成三明治结构，有利于减少背极板130可能受到的干扰，提高麦克风芯片100的感应精度。
92.背极板130上的透声孔130a，可以在麦克风芯片100的制备过程中便于消除牺牲层，牺牲层被除去后可形成振膜120与背极板130之间的气隙100a。
93.在一些实施例中，如图1-图4所示，麦克风芯片100还包括：位于基板110和背极板130之间的支撑结构140。振膜120、支撑结构140和背极板130围合形成气隙100a。
94.在本实施例中，支撑结构140可以为背极板130提供支撑，并使得振膜120与背极板130之间能够形成气隙100a。
95.在一些实施例中，如图7所示，支撑结构140包括：牺牲材料基桩141和隔离层142。
隔离层142覆盖于牺牲材料基桩141的表面。
96.在本实施例中，牺牲材料基桩141是支撑结构140的主要部分，采用牺牲材料的可以与制作麦克风芯片100的工艺中，填充于振膜120与背极板130之间的牺牲层共享材料，以合并制程，有利于简化整个麦克风芯片100的制备工艺，降低成本。
97.覆盖于牺牲材料基桩141的表面的隔离层142，可以在释放振膜120与背极板130之间的牺牲层以获得气隙100a的过程中，保护用于支撑背极板130的部分牺牲材料不被侵蚀，以获得支撑结构140。
98.在一些实施例中，如图8所示，隔离层142包括依次层叠的第三绝缘层1421、第二导电层1422和第四绝缘层1423。第三绝缘层1421远离第二导电层1422的一侧，与牺牲材料基桩141的表面接触。
99.在本实施例中，隔离层142包括依次层叠的第三绝缘层1421、第二导电层1422和第四绝缘层1423，形成三明治结构，可以有利于对牺牲材料基桩141形成保护，避免用于支撑背极板130的部分牺牲材料不被侵蚀。
100.为了进一步简化工艺和节约材料，隔离层142的各膜层可以与背极板130的各膜层合并制程，具体地：隔离层142中的第三绝缘层1421可以与背极板130中的第一绝缘层131共享制程，隔离层142中的第二导电层1422可以与背极板130中的第一导电层132共享制程，隔离层142中的第四绝缘层1423可以与背极板130中的第二绝缘层133共享制程。
101.基于同一发明构思，本技术实施例提供了一种声音采集装置，该装置包括：如前述实施例提供的任一种麦克风芯片100。
102.在本实施例中，声音采集装置可以是手机、tws(true wireless stereo，真正无线立体声)耳机等声电转换产品。由于各声音采集装置采用了前述各实施例提供的麦克风芯片100，其原理和技术效果请参阅前述各实施例，在此不再赘述。
103.应用本技术实施例，至少能够实现如下有益效果：
104.1、在麦克风芯片100的振膜120上设计连通背腔110a和气隙100a的均压孔120a，可以利于有效声波以外的至少部分其他缓慢变化的气压波动通过，实现振膜120两侧空间的气压均衡，减少、甚至避免振膜120被缓慢变化的气压波动激发而生成无效的感知音频信号，提高麦克风芯片100对环境声音识别精度，进而利于提高采用该麦克风芯片100的产品的降噪性能。
105.2、均压孔120a与背腔110a之间通过气流缝110b连通，这样有利于增加背腔110a与均压孔120a的气道行程，降低已抵达背腔110a的灰尘等污物进一步抵达均压孔120a、进入振膜120与背极板130之间气隙100a的概率，从而实现防尘的目的。
106.3、均压孔120a在第一平面的正投影位于背腔110a在第一平面的正投影以外，即振膜120上的均压孔120a不正对基板110上的背腔110a，这样有利于气流缝110b的布设，保证背腔110a与均压孔120a的气道行程。
107.4、绝缘衬底层112上的限位槽112b，有利于对后续工艺制备得到的振膜120实现限位，帮助振膜120与硅基层111上的通孔正确对位，以提高麦克风芯片100的低频相位的一致性。绝缘衬底层112上的限位槽112b，还有利于在振膜120的制备工艺中限定振膜120的刻蚀位置，即有利于限定制备得到的振膜120的尺寸。
108.5、限位槽112b在第一平面的正投影位于背腔110a在第一平面的正投影与气隙
100a在第一平面的正投影之间，有利于使得振膜120的主体部分与背腔110a对位。
109.本技术领域技术人员可以理解，在本技术的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
110.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
111.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
112.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
113.以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。