專利名稱：微型寬帶換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微型硅換能器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)里公知麥克風采用硅基電容換能器。通常，這樣的麥克風包括四個部分一個固定的后板；一個具有高柔順性、可移動的隔膜(它們共同形成一個可變空氣間隙電容的兩個板)；一個電壓偏置源和一個阻尼器。
正如從集成電路技術(shù)中所知的那樣，使用相同方法批量制造的聲換能器提供了關(guān)于生產(chǎn)成本、可重復(fù)性和尺寸減小這些令人感興趣的特征。而且，此技術(shù)為建立可在均衡的高靈敏性下寬帶工作的單片換能器提供了唯一的可能性。其提供一換能器，在很少或不用改進的情況下，可以被使用在不同的用途中，比如通信、音響和超聲波領(lǐng)域、圖像和運動檢測系統(tǒng)。
獲得寬帶和高靈敏度的關(guān)鍵在于建立一個具有小的且靈敏度極高的隔膜的結(jié)構(gòu)。以前的設(shè)計已經(jīng)在Bernstein美國專利號為5,146,435的專利和Bernstein美國專利號為5,452,268的專利中提出。在這些結(jié)構(gòu)中，隔膜懸掛在多個具有很好韌性的可移動彈片上。然而，彈片的應(yīng)用會使結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)控制聲泄漏的固有問題，它反過來會影響換能器低頻跌落。另一種方法將隔膜懸掛于一點，它也能夠提供一種極靈敏的結(jié)構(gòu)。見Loeppert美國專利號為5490220的專利。不幸的是，這種情況下隔膜材料屬性變得很重要，尤其是造成自由薄膜彎曲的內(nèi)在壓力梯度。最終會出現(xiàn)有關(guān)換能器低頻跌落可重復(fù)性的結(jié)構(gòu)的這種類似的問題。
兩個機械部件、后板和隔膜，通常通過使用現(xiàn)有技術(shù)里公知的刨光和容積微切削加工的結(jié)合使用形成于一單硅基片上。兩個部件中的一個通常形成在與支持硅晶片表面相同的平面上。另一個部件，由于其本身通常是平面的，通過支柱或者側(cè)壁支持以高于第一個部件幾個微米，所以術(shù)語稱之為“凸微觀結(jié)構(gòu)”。
通常，兩個部件的相對位置會影響整個器件的性能。包括凸微觀結(jié)構(gòu)的薄膜內(nèi)在壓力會使此結(jié)構(gòu)偏移設(shè)計位置。尤其在麥克風中，隔膜和后板之間空氣間隙的變化會影響麥克風的靈敏性、噪聲和過壓響應(yīng)。
多個另外的因素也會影響麥克風的制造、結(jié)構(gòu)、組成和整個設(shè)計。這些問題被更加全面地討論過，并且在Berggvist的美國專利號為5408731的專利，Loeppert的美國專利號為5490220的專利和Loeppert的美國專利號為5870482的專利中介紹。
在麥克風后板作為凸微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體例子中，其目標是在相對隔膜的精確位置上建立一個硬部件。一種達到此目的的方法是將硅氮化合物薄膜沉淀于成形的硅氧體消耗層以形成后板，該硅氧體消耗層用于實現(xiàn)所需要的分離。這個消耗層后來通過公知的蝕刻工序除去，以留下凸后板。硅氮化合物后板內(nèi)在的張應(yīng)力將會使它偏移位置。應(yīng)該避免此種壓應(yīng)力，因為它會造成結(jié)構(gòu)彎曲。
圖12描述了現(xiàn)有技術(shù)中這樣凸微觀結(jié)構(gòu)110。在氧化體被除去以留下了凸微觀結(jié)構(gòu)110之后，板112內(nèi)將會存在一個內(nèi)在的張力。張力T源于制造工序及凸微觀結(jié)構(gòu)110材料與支持晶片116擴張系數(shù)的差別。如圖所示，張力T直接向外徑向發(fā)散。板112內(nèi)在張力T會形成一如側(cè)壁114的基片118附近的箭頭M方向所示的力矩。這個力矩M會形成板112在箭頭D的方向上向晶片116偏移的趨勢。板112的偏移會對麥克風的靈敏度和性能造成負面影響。
現(xiàn)有技術(shù)里公開了一些使薄膜凸微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)在張力的影響無效的不必要的裝置。其中薄膜的合成能夠通過增加硅以減少內(nèi)在壓力水平進行調(diào)整。然而這些技術(shù)也有不利的方面。它會導致薄膜對HF酸的腐蝕抵抗力降低，增加了制造的困難和花費?，F(xiàn)有技術(shù)里公開的另外方案將會增加側(cè)壁的厚度以支持凸后板，從而增加側(cè)壁抵抗薄膜偏移內(nèi)在趨勢的能力。雖然從幾何學的角度聽起來可以接受，當使用薄膜沉淀實現(xiàn)凸微觀結(jié)構(gòu)時，這種厚側(cè)壁的制造就會不切實際。
本發(fā)明的目的是解決這些和另一些問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面依據(jù)這樣一個事實如果隔膜能夠在它的平面上自由移動，它就具有最高的機械靈敏度。此外，如果隔膜置于與穿孔部件相連的支持環(huán)上，就可以實現(xiàn)一個緊密的聲密封以良好地控制換能器低頻跌落性能。另外，如果選擇一種懸掛裝置，其僅允許隔膜在其平面上移動且不參與隔膜向入射聲壓力波的偏移，與穿孔部件完全去耦以減少換能器對外部壓力的靈敏度。
在一個實施例中，本發(fā)明特征在于包含一穿孔部件和與穿孔部件相離的可移動隔膜的聲換能器。這個間隔由與隔膜置于其上的穿孔部件相連的支持環(huán)保持。采用懸掛隔膜的裝置使隔膜在其平面上自由移動，由此使隔膜的機械靈敏性實現(xiàn)最大化。在支持環(huán)和穿孔部件相連的基片之間橫向限制隔膜以實現(xiàn)懸掛。采用在穿孔部件和隔膜之間施加電場的裝置。當隔膜由于入射聲壓力波發(fā)生偏移時，采用裝置以檢測穿孔部件和隔膜之間電容的變化。
選擇隔膜的厚度和尺寸以使隔膜的諧振頻率大于最大聲工作頻率。同樣地，選擇穿孔部件的尺寸以使諧振頻率大于最大聲工作頻率。穿孔部件和基片相連的圓周有選擇地做成一定的形狀以使由所述其因內(nèi)在壓力引起的穿孔部件的曲率最小。隔膜的懸掛裝置應(yīng)該使其平面上存在的機械阻力最小，且保持隔膜與穿孔部件間的近距離。支持環(huán)形成于穿孔部件上并且確定了隔膜活動部分的尺寸。在隔膜和穿孔部件上有一個或者更多的孔來提供一條從換能器后腔到周圍的聲通路以去除向上橫過隔膜的大氣壓力。換能器低頻率跌落性能由角頻率限制，所述角頻率由所述孔和位于隔膜和基片之間間隔的聲阻并結(jié)合換能器后腔的聲容抗而限定。穿孔部件具有系統(tǒng)圖案的孔以提供流入流出于可移動的隔膜和穿孔部件之間空氣間隙的空氣的低聲阻。孔的系統(tǒng)圖案和尺寸選擇成使得換能器高跌落頻率被角頻率限制，所述角頻率由換能器的后腔和隔膜的聲阻結(jié)合聲容抗引入。器件中產(chǎn)生的噪聲即主要由此種聲阻引起。對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說，應(yīng)權(quán)衡阻尼和噪聲。
穿孔部件、支持環(huán)、懸掛裝置和隔膜通過使用微機械薄膜技術(shù)和影印石版從硅晶片上得到，并且可以由下列材料中的一種或幾種制成，這些材料包括碳基聚合體、硅、多晶體硅、非結(jié)晶硅、硅氧體、硅氮化合物、碳化硅、鍺、砷化鎵、碳、鈦、金、鐵、銅、鉻、鎢、鋁、鉑、鈀、鎳、鉭和它們的合金。
本發(fā)明另一實施例也體現(xiàn)在一包含穿孔部件和與穿孔部件遠離的可移動隔膜的聲換能器。這個間距由置于隔膜上且與穿孔部件相連的支持環(huán)保持。采用懸掛裝置使隔膜可以在其平面上自由移動，由此使隔膜的機械靈敏度最大。通過使用隔膜和穿孔部件之間的具有高度柔順性彈片就能夠?qū)崿F(xiàn)這種懸掛。彈片會用于構(gòu)造和隔膜的釋放過程，除了當靜電吸引使得隔膜和穿孔部件支持結(jié)構(gòu)接觸之外。和Bernstein的美國專利號為5146435的專利和Bernstein的美國專利號為5452268的專利所說的相反，本專利的彈片在建立隔膜聲容抗方面扮演重要的角色。采用裝置在穿孔部件和隔膜之間施加電場。當隔膜由于入射聲聲壓力波產(chǎn)生偏移時，進一步采用裝置來檢測穿孔部件和隔膜之間電容的變化。
選擇隔膜的厚度和尺寸以使隔膜的諧振頻率要大于最大聲工作頻率。同樣，選擇穿孔部件的尺寸以使諧振頻率要大于最大聲工作頻率。穿孔部件和基片相連的圓周有選擇地做成一定的形狀以使得由所述其內(nèi)在壓力所造成穿孔部件的曲率最小。具有高度柔順性的懸掛彈片制作得足夠硬，其通過微機械技術(shù)來實現(xiàn)此種結(jié)構(gòu)，并且足夠聲容抗以能機械地將穿孔部件從隔膜上去藕且保證隔膜與彈片在平面諧振頻率與換能器設(shè)計的低跌落頻率相比盡可能地小，以防止隔膜運行過程中發(fā)生平面振動。支持環(huán)形成于穿孔部件上并且設(shè)定了隔膜活動部分的尺寸。支持環(huán)的高度確定隔膜和穿孔部件之間的初始距離。在支持環(huán)上有一個或者多個孔來提供一條從換能器后腔到周圍的聲通路以去除向上橫過隔膜的大氣壓力。換能器的低跌落頻率由角頻率限制，所述角頻率由孔的聲阻和后腔的聲容抗所限定。穿孔部件具有系統(tǒng)圖案的孔以給流入流出于可移動的隔膜和穿孔部件之間空氣間隙的空氣提供低聲阻。選擇孔的系統(tǒng)圖案和尺寸以使換能器高跌落頻率被角頻率限制，該角頻率由由聲阻結(jié)合換能器的后腔和隔膜的聲容抗引入。穿孔部件、支持環(huán)、懸掛裝置和隔膜通過使用微機械薄膜技術(shù)和影印石版技術(shù)從硅晶片上得到，并且可以由于下列材料的一種或幾種制成，這些材料包括碳基聚合體、硅、多晶體硅、非結(jié)晶硅、硅氧體、硅氮化合物、碳化硅、鍺、砷化鎵、碳、鈦、金、鐵、銅、鉻、鎢、鋁、鉑、鈀、鎳、鉭和它們的合金。
本發(fā)明的另一方面是提供一種用于硅基器件凸微觀結(jié)構(gòu)的改進裝置。依據(jù)本發(fā)明此方面的一個實施例，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于硅基器件的凸微觀結(jié)構(gòu)，其包括平面薄膜和呈肋狀的支持薄膜的側(cè)壁。
通過對下述優(yōu)選實施例的描述并參照附圖，本發(fā)明的所述和其他方面及優(yōu)點將變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明具有箝位懸掛的聲換能器沿圖2中1-1線的放大剖面圖；圖2是圖1所示聲換能器的部分剖視的俯視圖；圖3是圖2所示聲換能器沿圖2中3-3線的剖面透視圖；圖4是和圖2相似的聲換能器的部分剖視的部分俯視放大圖，其中穿孔部件包含一個選擇形狀的連接周邊；圖5是根據(jù)本發(fā)明具有高度柔順性彈片懸掛的聲換能器在圖6沿平面5-5的剖面放大圖；圖6是圖5所示聲換能器的部分剖視的俯視圖；圖7是圖6上沿平面7-7的聲換能器的剖面透視圖；圖8是相似于圖5的聲換能器的部分剖視的部分放大俯視圖，其中穿孔部件包含一個選擇形狀的連接周邊；圖9示出了當麥克風上維持一固定電流時，用于檢測麥克風電容變化的電路圖；圖10示出了當麥克風上維持一固定電壓時，用于檢測麥克風電容變化的電路圖；圖11是如圖4所示聲換能器的剖面透視圖；圖12是現(xiàn)有技術(shù)中公知的凸微觀結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖13是體現(xiàn)在本發(fā)明實例中凸微觀結(jié)構(gòu)的剖面透視圖；
圖14是圖13所示凸微觀結(jié)構(gòu)的剖面圖；和圖15是圖13中沿11-11線的平面圖。
具體實施例方式
由于本發(fā)明包含多個不同形式的實例，將在圖中顯示并且詳細介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例以理解本公開僅僅是在本發(fā)明原則下的實例，而不會因為顯示的實施例對本發(fā)明的廣泛方面構(gòu)成限制。
現(xiàn)在參考附圖，特別是圖1-3，公開根據(jù)本發(fā)明的聲換能器。聲換能器10包含傳導隔膜12和由基片30支持并且由空氣間隙20分開的穿孔部件40。一非常窄空氣間隙或?qū)挾?2存在于隔膜12和基片30之間以允許隔膜在其平面上自由移動，由此釋放隔膜材料內(nèi)部壓力和將隔膜從基片上去耦。多個小鋸齒13形成于隔膜上以阻止窄隙上隔膜和基片之間的靜態(tài)阻力。隔膜12的橫向移動受穿孔部件40上的支持結(jié)構(gòu)41的限制，其也用于保持隔膜和穿孔部件之間適當?shù)某跏季嚯x。支持結(jié)構(gòu)41或者為連續(xù)環(huán)或者為多個凸塊。如果支持結(jié)構(gòu)41為連續(xù)環(huán)，置于支持結(jié)構(gòu)41上的隔膜12形成緊密的聲密封，以實現(xiàn)良好控制換能器的低頻率跌落性能。如果支持結(jié)構(gòu)41為多個凸塊，聲密封可以通過限制凸塊之間的距離、窄空氣間隙22或者它們的結(jié)合形成。
傳導隔膜12通過絕緣層31與基片30形成電絕緣。傳導電極42和非傳導穿孔部件40相連。穿孔部件包含數(shù)個孔21，通過它隔膜和穿孔部件之間的消耗層(未示出)在制作時被蝕刻以形成空氣間隙20，其以后用于減少空氣間隙中空氣的聲阻尼以給換能器提供足夠的帶寬。多個孔也設(shè)置于隔膜12和穿孔部件40上以形成泄漏通路14，其和其上裝配有換能器的后腔(未示出)的聲容抗結(jié)合在一起，形成高通濾波器使得跌落頻率足夠低以不會阻礙換能器的聲功能，并且足夠高以去除氣壓變化的影響?？?4通過影印石版技術(shù)形成并由此被緊密地控制以實現(xiàn)換能器的精確的低頻性能。穿孔部件40沿周邊43的連接能夠變化以減少由于內(nèi)部內(nèi)在彎曲力矩造成的穿孔部件的彎曲。周邊43可以為連續(xù)的曲面(參見圖1-3)或者為不連續(xù)的，比如波紋形(圖4)。不連續(xù)的周邊43為穿孔部件40提供增強的硬度，并由此減少在穿孔部件上內(nèi)在彎曲力矩造成的的彎曲。
參見圖5至圖7，其中示出了本發(fā)明的聲換能器的變更實施例。換能器50包括傳導隔膜12和基片30支撐并由空氣間隙20分離的穿孔部件40。隔膜12通過多個彈片11和基片相連，其用于機械地將隔膜從基片去耦，從而消除隔膜上的內(nèi)在壓力。而且，隔膜釋放了基片上和封裝上的壓力。
隔膜12的橫向移動受穿孔部件40上支持結(jié)構(gòu)41的限制，其也用于保持隔膜和穿孔部件40之間的初始距離。支持結(jié)構(gòu)41或者為連續(xù)環(huán)或者為多個凸塊。如果支持結(jié)構(gòu)41是連續(xù)環(huán)，置于支持結(jié)構(gòu)41上的隔膜12形成緊密的聲密封，以形成良好控制的換能器低頻率跌落性能。如果支持結(jié)構(gòu)41為多個凸塊，可以通過限制凸塊之間的距離或者通過環(huán)繞隔膜并通過孔21提供一有效的長通路來形成聲密封。
傳導隔膜12通過絕緣層31與基片30形成電絕緣。傳導電極42和非傳導穿孔部件40相連。穿孔部件包含多個孔21，通過它隔膜和穿孔部件之間的消耗層(未示出)在制作時被蝕刻以形成空氣間隙20，其以后用于減少空氣間隙中空氣的聲阻尼以給換能器提供足夠的帶寬。多個孔也設(shè)置于支持結(jié)構(gòu)41上以形成泄漏通路14(參見圖6)，其和其上裝配有換能器的后腔(未示出)的聲容抗相結(jié)合，形成高通濾波器使得跌落頻率足夠低以不會阻礙換能器的聲功能，并且足夠高以消除氣壓變化的影響?？?4優(yōu)選通過影印石版技術(shù)形成并由此被精密地控制以形成換能器的精確限定的低頻性能。穿孔部件沿周邊43的連接可以變化以減少由于內(nèi)部內(nèi)在彎曲力矩造成的穿孔部件的彎曲。周邊43可以為光滑的(參見圖5至圖7)或者為波紋形的(參見圖8和圖11)。波紋形的周邊為穿孔部件提供增強的硬度，并由此減少由穿孔部件上內(nèi)在彎曲力矩造成的彎曲。
在運行狀態(tài)下，傳導隔膜12和穿孔部件上的電極42之間施加一電勢。電勢和相應(yīng)導體的電荷會在隔膜和穿孔部件之間產(chǎn)生電吸力。其結(jié)結(jié)果是，自由隔膜12向穿孔部件40移動直到它停在支持結(jié)構(gòu)41上，其確定具有清晰空氣間隙20和通過路徑14產(chǎn)生聲泄漏的換能器的初始工作點。當遇到聲能量時，隔膜12產(chǎn)生橫向壓力差以使其向穿孔部件40靠近或者遠離。隔膜12的偏移會造成電場的變化并由此在隔膜12和穿孔部件40之間產(chǎn)生電容變化。這樣，換能器的電容受到聲能量的調(diào)制。
圖9示出了一種電容調(diào)制檢測方法。在檢測電路100上，換能器102和直流電壓源101和具有高輸入阻抗單位增益放大器104相連。一偏置電阻103將放大器輸入直流電勢連接到地，借此直流電勢“V偏置”施加于到換能器上。假設(shè)在此電路換能器上施加一固定電流，電容的改變會導致?lián)Q能器上電勢產(chǎn)生改變，其由單位增益放大器進行測量。
圖10示出了電容調(diào)制檢測的另一種方法。在檢測電路200上，換能器202與直流電壓源201和具有反饋電阻203及電容204的電流放大器結(jié)構(gòu)205相連。反饋電阻203確保電路直流穩(wěn)定性和保持放大器輸入直流電勢，由此直流電勢“V偏置-Vb”施加于與換能器上。假設(shè)此電路換能器上有一固定電勢，依據(jù)放大器的虛擬接地原理，電容的改變會導致?lián)Q能器上電荷的變化，從而引起反饋電容的輸入端的改變，并由此在放大器負極和正極輸入端之間形成一個偏置。放大器在反饋電容的輸出端提供一個相對應(yīng)的電荷以去除偏置，以導致輸出電壓“V輸出”變化。此電路中的電流增益由初始換能器電容和反饋電容的比值確定。這個檢測電路的優(yōu)點在于放大器的虛擬接地原理去除了換能器電接地的寄生電容，否則其會削弱麥克風電容動態(tài)變化的影響。并且，應(yīng)該考慮減少寄生電容以使在信號“Vb”上噪聲和內(nèi)在放大器噪聲的增益最小化。
圖13和14示出了本發(fā)明凸微結(jié)構(gòu)110的一個實施例。凸微結(jié)構(gòu)110包含一通常呈圓形薄膜平面或由側(cè)壁114支持的后板112。
相關(guān)技術(shù)例的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，凸微結(jié)構(gòu)110由使用沉積和蝕刻技術(shù)在硅晶片116的消耗硅氧層頂層沉積的硅碳化合物薄膜片112構(gòu)成。為清楚起見，圖示中已經(jīng)將消耗硅氧層從電路上去除。凸微結(jié)構(gòu)110上的側(cè)壁114在其基底118處連接到硅晶片116上，且在相反端連到板112上。側(cè)壁114通常和板112垂直，當然值得說明的是，在側(cè)壁114和板112之間也可以采用其它角度。
圖15示出了圖13中組件的平面圖，其中以剖面形式示出了本發(fā)明中側(cè)壁114的表面?？梢钥闯觯瑘D13-15中本發(fā)明的側(cè)壁114呈肋狀，形成多個周期脊120和凹槽122。在優(yōu)選實例中，脊120和凹槽122平行和等距離間隔，以形成波紋狀結(jié)構(gòu)。另外，優(yōu)選實施例采用方形部分的脊120和凹槽122。在這種方式下將側(cè)壁做成波紋狀的效果是形成如板112中的內(nèi)在張力T一樣的發(fā)射狀側(cè)壁114的片斷124。通過使側(cè)壁114部分形成如張力T一樣的發(fā)射狀，側(cè)壁114得到強化。現(xiàn)有技術(shù)中與板112相切的側(cè)壁114與本發(fā)明中發(fā)射狀部分124相比更易于彎曲。
能夠想象并能夠有效地采用以提高側(cè)壁114抵抗力矩M的能力的不同于圖13-15所示的波紋狀或者脊120和凹槽122的幾何結(jié)構(gòu)，圖13-15所示的幾何結(jié)構(gòu)不應(yīng)當理解為對本發(fā)明范圍的一種限制。
舉例來說，通常的環(huán)形幾何結(jié)構(gòu)，通常的三角形幾何結(jié)構(gòu)或者任何這些幾何結(jié)構(gòu)的結(jié)合或者變形或其它結(jié)構(gòu)也可以用于形成脊120和凹槽122。
在優(yōu)選實施例中，波紋狀沿徑向方向，從而側(cè)壁114和后板112的張力平行。而且，消耗材料利用這種方式蝕刻，當薄膜后板112被沉積時，側(cè)壁114相對于基片發(fā)生傾斜以形成良好的階梯覆蓋。
雖然本發(fā)明通過優(yōu)選實例進行了公開和說明，但是應(yīng)當認為本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可能在此基礎(chǔ)上做出各種變更而不會脫離由權(quán)利要求所限定的發(fā)明保護范圍和主題精神，本發(fā)明的保護范圍僅由權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種聲換能器，包括包括其中具有多個孔的平面的覆蓋件；與所述穿孔部件以可操作方式相連的基片；位于所述覆蓋件和所述基片之間的隔膜，所述隔膜能夠在與所述覆蓋件的所述表面平行的平面上側(cè)向移動。以可操作方式與所述隔膜耦合的電路，其向所述穿孔部件和隔膜之間的空間施加電場；與所述隔膜耦合的電路，其對所述覆蓋件和所述隔膜之間的電容變化作出響應(yīng)；和其中覆蓋件包含在所述覆蓋件和所述基片之間的連接周邊，所述基片設(shè)置成一定形狀以減少所述覆蓋件對固有內(nèi)部彎曲力矩的靈敏度。
2.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述周邊為波紋狀。
3.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件和所述基片形成側(cè)向約束。
4.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜上具有一個或者多個鋸齒以防止所述隔膜和所述基片之間的靜態(tài)阻力。
5.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件包括一個或者多個孔，以減少所述覆蓋件對固有內(nèi)部彎曲力矩的靈敏度。
6.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述一個或者多個機械彈片以可操作方式連接到所述覆蓋件和所述隔膜上。
7.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于一個或者多個重合的孔形成于所述隔膜和所述覆蓋件上以提供貫通所述隔膜的低頻壓力均衡路徑。
8.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜和所述覆蓋件上具有一個或者多個不重合的孔。
9.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件包括支持結(jié)構(gòu)，該支持結(jié)構(gòu)具有一個或者多個孔提供貫通所述隔膜的低頻壓力均衡路徑。
10.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件包含一支持結(jié)構(gòu)，所述隔膜固定于一定的位置，其通過所述電場在所述隔膜和所述穿孔部件之間的靜電吸引力反作用于所述支持結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于通過采用平版印刷技術(shù)在硅晶片上制成所述隔膜和覆蓋件。
12.如權(quán)利要求1所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜和所述覆蓋件由碳基聚合體、硅、多晶體硅、非結(jié)晶硅、硅氧體、硅氮化合物、碳化硅、鍺、砷化鎵、碳、鈦、金、鐵、銅、鉻、鎢、鋁、鉑、鈀、鎳、鉭和它們的合金中一種或者幾種材料制成。
13.一種聲換能器，包括包括其中具有多個孔的平面的覆蓋件；以可操作方式與所述穿孔部件相連的基片；位于所述覆蓋件和所述基片之間的隔膜，所述的隔膜能夠在與所述覆蓋件的所述表面平行的平面上側(cè)向移動；以可操作方式與所述隔膜耦合的電路，其向所述穿孔部件和隔膜之間的空間施加電場；以可操作方式與所述隔膜耦合的電路，其對所述覆蓋件和所述隔膜之間的電容變化作出響應(yīng)；和其中覆蓋件包括支持結(jié)構(gòu)，其具有一個或者多個置于其中的孔以提供貫通所述隔膜的低頻壓力均衡通道。
14.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述周邊為波紋狀。
15.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件和所述基片形成側(cè)向約束。
16.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜中形成有一個或者多個鋸齒以阻止所述隔膜和所述基片之間靜態(tài)阻力。
17.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件上包括其中具有一個或者多個孔的支持結(jié)構(gòu)以減少所述覆蓋件對固有內(nèi)部彎曲力矩的靈敏度。
18.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述一個或者多個機械彈片以可操作方式與所述覆蓋件和所述隔膜相連。
19.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜和所述覆蓋件上具有一個或者多個重合的孔以提供貫通所述隔膜的低頻壓力均衡路徑。
20.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜和所述覆蓋件中具有一個或者多個不重合的孔。
21.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件包括位于所述覆蓋件和所述基片之間的連接周邊，其設(shè)置成一定形狀以降低所述覆蓋件對固有內(nèi)部彎曲力矩的靈敏度。
22.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件包含一支持結(jié)構(gòu)，所述隔膜固定于一定的位置，其通過所述電場在所述隔膜和所述穿孔部件之間的靜電吸引力反作用于所述支持結(jié)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于通過采用平版印刷技術(shù)在硅晶片上制成所述隔膜和覆蓋件。
24.如權(quán)利要求13所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜和所述覆蓋件由碳基聚合體、硅、多晶體硅、非結(jié)晶硅、硅氧體、硅氮化合物、碳化硅、鍺、砷化鎵、碳、鈦、金、鐵、銅、鉻、鎢、鋁、鉑、鈀、鎳、鉭和它們的合金中一種或者幾種材料制成。
25.用于硅基器件的凸微觀結(jié)構(gòu)，凸微觀結(jié)構(gòu)包括通常呈平面的薄膜；支持薄膜的側(cè)壁；其中側(cè)壁至少具有一個形成于其中的肋狀物。
26.如權(quán)利要求25所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的側(cè)壁為波紋狀。
27.如權(quán)利要求25所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于肋狀物具有通常呈弧形的截面。
28.如權(quán)利要求25所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于肋狀物具有通常呈三角形的截面。
29.如權(quán)利要求25所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于肋狀物具有通常呈長方形的截面。
30.如權(quán)利要求25所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于薄膜包括由硅基電容換能器組成的一個板。
31.如權(quán)利要求25所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于薄膜包括由硅基麥克風組成的剛性后板。
32.一種具有后板的硅基電介質(zhì)麥克風，其包括通常呈平面的薄膜；支持薄膜的側(cè)壁；其中側(cè)壁具有至少一個形成于其中的肋狀物。
33.如權(quán)利要求32所述的麥克風，其特征在于側(cè)壁為波紋狀。
34.如權(quán)利要求32所述的麥克風，其特征在于肋狀物具有通常呈弧形的截面。
35.如權(quán)利要求32所述的麥克風，其特征在于肋狀物具有通常呈三角形的截面。
36.如權(quán)利要求32所述的麥克風，其特征在于肋狀物具有通常呈長方形的截面。
37.如權(quán)利要求32所述的麥克風，其特征在于側(cè)壁包括多個肋條。
38.如權(quán)利要求37所述的麥克風，其特征在于所述肋條環(huán)繞側(cè)壁間隔相等的距離。
39.一種用于硅基器件的凸微觀結(jié)構(gòu)，所述凸微觀結(jié)構(gòu)包括具有第一厚度和周邊的通常呈平面的部件；具有第二厚度的側(cè)壁；所述側(cè)壁在距離基片一定距離的所述周邊上支持所述平面部件；其中側(cè)壁具有至少多個形成于其中的肋狀物。
40.如權(quán)利要求39所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一厚度與所述平面部件的橫向部分相比要小。
41.如權(quán)利要求39所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二厚度與其所述第一厚度近似相等。
42.如權(quán)利要求39所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述距離與厚度相比要大。
43.如權(quán)利要求39所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于肋狀物緊隨周邊的周期性路徑相對于平面部件的中心向內(nèi)或者向外。
44.如權(quán)利要求43所述的凸微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于所述路徑呈弧形。
45.一種聲換能器，包括包括其中具有多個孔的平面的覆蓋件；以可操作方式與所述穿孔部件相連的基片；位于所述覆蓋件和所述基片之間的隔膜，所述的隔膜能夠在與所述覆蓋件的所述表面平行的平面上側(cè)向移動；其中，覆蓋件包含在所述覆蓋件和所述基片之間的連接周邊，其設(shè)成一定形狀以降低所述覆蓋件對固有內(nèi)部彎曲力矩的靈敏度。
46.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于還包含以可操作方式與所述隔膜耦合的電路，其對所述覆蓋件和所述隔膜之間的電容變化作出響應(yīng)。
47.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于還包含以可操作方式與所述隔膜耦合的電路，其向所述穿孔部件和隔膜之間的空間施加電場。
48.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于周邊為波紋狀。
49.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件和所述基片形成側(cè)向約束。
50.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于隔膜包含鋸齒以防止所述隔膜和所述基片之間的靜態(tài)阻力。
51.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件包括其中具有一個或者多個孔的支持結(jié)構(gòu)以減少所述覆蓋件對固有內(nèi)部彎曲力矩的靈敏度。
52.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于還包括以可操作方式連接到所述覆蓋部件和所述隔膜的機械彈片。
53.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜和所述覆蓋件上具有一個或者多個重合的孔以提供貫通所述隔膜的低頻壓力均衡路徑。
54.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于還包括多個不重合的孔。
55.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于所述的覆蓋件包括具有孔以提供貫通所述隔膜的低頻壓力均衡路徑的支持結(jié)構(gòu)。
56.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于所述的覆蓋件包括在換能器偏置時用于支持所述隔膜的支持結(jié)構(gòu)。
57.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于通過采用平版印刷技術(shù)在硅晶片上制成所述隔膜和覆蓋件。
58.如權(quán)利要求45所述的聲換能器，其特征在于所述隔膜和所述覆蓋件由碳基聚合體、硅、多晶體硅、非結(jié)晶硅、硅氧體、硅氮化合物、碳化硅、鍺、砷化鎵、碳、鈦、金、鐵、銅、鉻、鎢、鋁、鉑、鈀、鎳、鉭和它們的合金中一種或者幾種材料制成。
59.一種聲換能器，包括基片；具有平面表面和支持結(jié)構(gòu)的覆蓋件；位于所述覆蓋件和所述基片之間的隔膜，所述的隔膜能夠在與所述覆蓋件的所述表面平行的平面上側(cè)向移動，其中當換能器被偏置時，支持結(jié)構(gòu)與隔膜的周邊結(jié)合，以保持隔膜與覆蓋件之間的距離。
60.如權(quán)利要求59所述的聲換能器，其特征在于所述覆蓋件包括多個穿孔。
61.如權(quán)利要求59所述的聲換能器，其特征在于所述支持結(jié)構(gòu)是連續(xù)的。
62.如權(quán)利要求59所述的聲換能器，其特征在于所述支持結(jié)構(gòu)包含多個凸塊。
63.一種聲換能器，包括基片；具有平面表面和支持結(jié)構(gòu)的覆蓋件；隔膜；用于將隔膜懸掛在基片上的裝置，其使隔膜在其平面上能夠自由移動，其中當換能器被偏置時，支持結(jié)構(gòu)與隔膜的周邊結(jié)合，以保持隔膜與覆蓋件之間距離。
64.如權(quán)利要求63所述的聲換能器，其特征在于所述懸掛裝置包含高柔順彈片。
65.如權(quán)利要求63所述的聲換能器，其特征在于所述支持結(jié)構(gòu)是連續(xù)的。
66.如權(quán)利要求63所述的聲換能器，其特征在于所述支持結(jié)構(gòu)包含多個凸塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了固態(tài)微結(jié)構(gòu)如電容麥克風的多個實施例。根據(jù)一實施例，換能器包括一固定穿孔部件、與穿孔部件間隔開的可自由移動的隔膜、在穿孔部件上用以保持隔膜和周邊附近穿孔部件之間適當間距的支持環(huán)、允許隔膜自由置于支持環(huán)和機械地將隔膜從穿孔部件上去耦的柔順懸掛彈片。根據(jù)另一實施例，其公開了一種用于硅基器件上的凸微觀結(jié)構(gòu)。凸微觀結(jié)構(gòu)包括用以支持薄膜的肋狀側(cè)壁的通常呈平面的薄膜。
文檔編號H04R31/00GK1498513SQ01814030
公開日2004年5月19日 申請日期2001年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月11日
發(fā)明者邁克爾·佩德森, 彼得·V·勒佩特, 李承復(fù), V 勒佩特, 邁克爾 佩德森 申請人:諾利斯電子公司