微机电系统技术方案

本发明专利技术提供一种微机电系统，其包括：外壳，限定有空腔和与所述空腔连通的开口；振膜，安装在所述开口处；至少一个悬臂，位于所述空腔内，所述悬臂包括第一端、第二端和位于所述第一端和所述第二端之间的支点；柱塞，位于所述振膜和所述悬臂之间且用以将所述振膜的位移传递到所述悬臂的所述第一端；以及传感元件，连接到所述悬臂的所述第二端；其中，所述第一端与所述支点之间的距离小于所述第二端和支点之间的距离。本发明专利技术的微机电系统具有信噪比高、封装体积小、灵敏度高等优点。本发明专利技术的振膜的刚度比相关技术的振膜的数量级高，避免了在1标准大气压(atm)下的机械崩溃和大的直流变形。形。形。

【技术实现步骤摘要】
微机电系统


[0001]本专利技术涉及电声换能器领域，特别是涉及一种微机电系统。

技术介绍

[0002]传统的微机电系统(mems)麦克风通常包括振膜后面的背腔体积。背腔体积是当存在输入声波时经历压缩和膨胀的空气的半密封体积。对于限定的封装尺寸，背腔体积是必要的以允许振膜在外部压力波作用下移动。然而，背腔体积是当前最大的声噪声来源，它降低了麦克风的信噪比(SNR)。背腔体积越小，由背腔体积产生的声学噪声越高。因此，除非封装尺寸非常大，否则信噪比大于大约74dB的麦克风是非常困难的。然而，对于移动电子设备来说，非常大的封装尺寸是不可行的。
[0003]在正常或较小尺寸的封装中实现非常高的信噪比的有效方法是使背腔体积成为真空。这种类型的真空背腔体积麦克风存在一个显著的挑战。空气和真空之间的标准大气压(1atm)的压力差会使一个正常的振膜破裂。因此，需要一层硬度更高的振膜。然而，高硬度的振膜会导致低的灵敏度。常规的感测设计将无法工作。
[0004]因此，我们希望提供一种改进的微机电系统，至少能部分解决上述问题。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术实施例提供一种微机电系统，其包括：外壳，限定有空腔和与所述空腔连通的开口；振膜，安装在所述开口处；至少一个悬臂，位于所述空腔内，所述悬臂包括第一端、第二端和位于所述第一端和所述第二端之间的支点；柱塞，所述柱塞位于所述振膜和所述悬臂之间用以将所述振膜的位移传递到所述悬臂的所述第一端；以及传感元件，连接到所述悬臂的所述第二端；其中，所述第一端与所述支点之间的距离小于所述第二端和支点之间的距离。
[0006]在一种实施例中，所述空腔是气密密封的，所述空腔的内部压力小于外部大气压。
[0007]在一种实施例中，所述空腔是真空的。
[0008]在一种实施例中，所述传感元件包括相对于所述外壳固定的固定部件和连接到所述悬臂的所述第二端并相对于所述固定部件可移动的移动部件。
[0009]在一种实施例中，所述移动部件包括多个导电的活动指，每两个相邻的所述活动指之间形成第一间隙；所述固定部件包括多个导电的固定指，每两个相邻的所述固定指之间形成第二间隙；多个所述活动指分别与多个所述固定部件的第二间隙对齐，多个所述固定指分别与所述移动部件的多个所述第一间隙对齐。
[0010]在一种实施例中，所述悬臂包括以圆形阵列布置的多个三角形或扇形悬臂。
[0011]在一种实施例中，所述悬臂包括以线性阵列布置的一对矩形悬臂。
[0012]在一种实施例中，所述悬臂进一步包括设置在其表面处的至少一个肋部。
[0013]在一种实施例中，所述微机电系统还包括设置在所述支点和所述外壳之间的支撑件。
[0014]在一种实施例中，所述开口的尺寸小于所述空腔的尺寸。
[0015]在一种实施例中，所述悬臂包括连续连接的多级悬臂。
[0016]在一种实施例中，多级悬臂包括第一级悬臂、第二级悬臂和第三级悬臂，所述第一级悬臂的第一端连接到第一柱塞，所述第一级悬臂的第二端通过第二柱塞连接到所述第二级悬臂的第一端，所述第二级悬臂的第二端通过第三柱塞连接到所述第三级悬臂的第一端，所述传感元件接到所述第三级悬臂的第二端。
[0017]在一种实施例中，所述第一级悬臂、第二级悬臂和第三级悬臂均包括位于其第一端与其第二端之间的支点，以及设置在所述支点与所述外壳之间的支撑件。
[0018]在一种实施例中，所述第一端包括具有低厚度的弯曲部。
[0019]在一种实施例中，所述第一端包括具有一个或多个狭缝的弯曲部。
[0020]在本专利技术的实施例中，微机电系统具有信噪比高、封装体积小、灵敏度正常或高的优点。通过增加机械灵敏度，可以更容易达到真空背腔体积设计所需的标准(
‑
38分贝v/pa)或更高的总传感器灵敏度。通过使空腔/背腔体积为真空，其不需要大于常规前部体积，并且可以比常规前部体积小得多。这提高了在比传统使用的封装尺寸更小的封装尺寸中使用更高信噪比的麦克风的可能性，这对于所有的麦克风应用，特别是移动应用，是非常有吸引力的。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术的第一实施例的微机电系统的剖面图；
[0023]图2是本专利技术的第一实施例的微机电系统的悬臂的示意图；
[0024]图3是本专利技术的第二实施例的微机电系统的悬臂的示意图；
[0025]图4与图1相似，但显示了环境压力为负时的微机电系统的剖面图；
[0026]图5与图1相似，但显示了环境压力为正时的微机电系统的剖面图；
[0027]图6和图7是微机电系统的悬臂的工作原理图；
[0028]图8和图9是本专利技术的第三实施例的微机电系统的剖面图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]请参阅图1和图2，微机电系统10包括具有空腔22和与空腔22连通的具有开口24的外壳20、安装在开口24处的振膜30、位于空腔22内的至少一个悬臂40、以及位于振膜30和悬臂40之间的柱塞50。
[0031]在一些实施例中，由外壳20和振膜30包围的空腔22被外部大气和真空密封。或者，
空腔22内的压力可以低于大气压，如0.1倍的大气压。
[0032]每个悬臂40包括第一端42、第二端44和位于第一端42和第二端44之间的支点46。悬臂40在面向振膜30或与振膜30相对的表面上设置有一个或多个肋部48，肋部48用以增加悬臂40的刚度。支撑件49设置在支点46和外壳20之间，使得悬臂40可绕支点46枢转。第二端44和支点46之间的距离大于第一端42和支点46之间的距离。在一些实施例中，第二端44和支点46之间的距离大于等于第一端42和支点46之间距离的10倍。铰链悬臂40在其第一端42处设有弯曲部47。弯曲部47为通过在弯曲部分形成一个切口/凹槽/狭缝来减少弯曲部分的刚度，有利于悬臂40在弯曲部47的弯曲。
[0033]第一端42与柱塞50相连。柱塞50被配置为将振膜30的位移传递到悬臂40的第一端42。
[0034]在一些实施例中，外壳20为圆柱形或多边形，并且多个悬臂40排列成圆形阵列。每个悬臂40为三角形或扇形。第一端42位于悬臂40圆形阵列的中心，第二端44位于悬臂40圆形阵列的边缘。多个悬臂40可以是分别独立形成的，并以圆形排列的方式排列，每两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统，其特征在于，包括:外壳，限定有空腔和与所述空腔连通的开口；振膜，安装在所述开口处；至少一个悬臂，位于所述空腔内，所述悬臂包括第一端、第二端和位于所述第一端和所述第二端之间的支点；柱塞，所述柱塞位于所述振膜和所述悬臂之间用以将所述振膜的位移传递到所述悬臂的所述第一端；以及传感元件，连接到所述悬臂的所述第二端；其中，所述第一端与所述支点之间的距离小于所述第二端和支点之间的距离。2.如权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述空腔是气密密封的，所述空腔的内部压力小于外部大气压。3.如权利要求2所述的微机电系统，其特征在于，所述空腔是真空的。4.如权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述传感元件包括相对于所述外壳固定的固定部件和连接到所述悬臂的所述第二端并相对于所述固定部件可移动的移动部件。5.如权利要求4所述的微机电系统，其特征在于，所述移动部件包括多个导电的活动指，每两个相邻的所述活动指之间形成第一间隙；所述固定部件包括多个导电的固定指，每两个相邻的所述固定指之间形成第二间隙；多个所述活动指分别与多个所述固定部件的第二间隙对齐，多个所述固定指分别与所述移动部件的多个所述第一间隙对齐。6.如权利要求1所述的微机电系统，其特征在于，所述悬臂包括以圆形阵列布置的多个三角形或扇形悬臂。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿努普，
申请(专利权)人：瑞声声学科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：