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1、(10)申请公布号 CN 102415108 A (43)申请公布日 2012.04.11 C N 1 0 2 4 1 5 1 0 8 A *CN102415108A* (21)申请号 201080018814.8 (22)申请日 2010.03.30 09157025.9 2009.03.31 EP H04R 19/00(2006.01) (71)申请人楼氏电子亚洲有限公司 地址新加坡市 (72)发明人特温范利庞 格特兰格雷斯 约瑟夫卢茨 希尔柯瑟伊 卡斯范德阿沃尔特 安德烈亚斯BM扬斯曼 (74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人吕雁葭 (54) 发明名称 用于。
2、音频设备的MEMS换能器 (57) 摘要 一种用于音频设备的MEMS换能器(10)，包 括：基板(12)、附接到所述基板(12)的膜(14)和 附接到所述基板(12)的背电极(18)，其中所述背 电极(18)的谐振频率与所述膜(14)的谐振频率 相匹配。另外，一种用于音频设备的MEMS换能器 (19)的制造方法，包括：将膜附接到基板(12)上， 将背电极(18)附接到所述基板(12)上，将所述背 电极(18)的谐振频率所述膜(14)的谐振频率相 匹配。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.10.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2010/051370 。
3、2010.03.30 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/113107 EN 2010.10.07 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 2 页 CN 102415123 A 1/1页 2 1.一种用于音频设备的MEMS换能器，所述MEMS换能器包括： 基板(12)， 膜(14)，附接到所述基板(12)，和 背电极(18)，附接到所述基板(12)， 其中，所述背电极(18)的谐振频率与所述膜(14)的谐振频率匹配。 2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述背电极(18)的刚度适合于使得所述 。
4、背电极(18)的谐振频率与所述膜(14)的谐振频率匹配。 3.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述背电极(18)的质量和/或应力适合 于使得所述背电极(18)的谐振频率与所述膜(14)的谐振频率匹配。 4.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述背电极(18)的外边缘(28)与所述背 电极(18)的中间部分(26)相比变薄。 5.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中在所述背电极(18)的外边缘(28)中设置 有一个或多个开口(32)。 6.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述背电极(18)的至少中间部分(26)的 厚度(t be，c )是均匀的。 7.根据权利要求1所述。
5、的MEMS换能器，其中所述背电极(18)的中间部分(26)的直径 (d be，i )是所述膜(14)的直径(d m )的至少90。 8.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中在所述背电极(18)的中间部分(26)中 设置有孔(24)，其中所述孔占用的面积小于所述背电极(18)的中间部分(26)的面积的 25。 9.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中在所述基板(12)和所述背电极(18)之间 设置有悬置件(34)，其中该悬置件(34)适用于使得所述背电极(18)的谐振频率与所述膜 (14)的谐振频率匹配。 10.根据权利要求9所述的MEMS换能器，其中所述背电极(18)和所述悬置件(34。
6、)包 括相同的材料。 11.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述悬置件(34)至少部分地沿着所述背 电极(18)的周线布置，并连接所述基板(12)和背电极(18)。 12.根据权利要求9所述的MEMS换能器，其中所述悬置件(34)设计为以放射状方式从 所述背电极(18)延伸的直的弹簧臂(36)。 13.根据权利要求9所述的MEMS换能器，其中所述悬置件(34)设计为以匹配所述背电 极(18)的周线形状的方式延伸的弹簧臂(36)。 14.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述膜(14)的谐振频率与所述背电极 (18)的谐振频率之间的差异少于20，优选地少于5，进一步优选地少于1。 。
7、15.根据权利要求1所述的MEMS换能器，适用于MEMS麦克风或MEMS扬声器。 16.一种制造用于音频设备的MEMS换能器的方法，所述方法包括： 将膜(14)附接到基板(12)上， 将背电极(18)附接到所述基板(12)上， 将所述背电极(18)的谐振频率与所述膜(14)的谐振频率匹配。 权 利 要 求 书CN 102415108 A CN 102415123 A 1/7页 3 用于音频设备的 MEMS 换能器 技术领域 0001 本发明涉及用于音频设备的微机电系统(MEMS)换能器。进一步，本发明涉及一种 用于音频设备的MEMS换能器的制造方法。 背景技术 0002 MEMS换能器可以设计。
8、为移动电话中使用的麦克风，以用于将声音信号转换为电输 出信号。 0003 US 6812620B2披露了一种电容型的麦克风，该麦克风包括声学封闭的麦克风背 腔，该背腔上固定有刚性的背电极和膜。所述膜覆盖麦克风背腔，所述背电极设置成以平行 的方式靠近所述膜，以使得在所述膜和背电极这两者之间留下小的空气间隙。膜和背电极 包括形成电容器的导电层。进一步，背电极包括允许将压力释放进所述麦克风背腔的孔，其 中该背电极是透声的。在背电极和膜之间设置有绝缘支撑结构，该支撑结构用作所述膜和 背电极之间的电绝缘。 0004 声压迫使膜以等于声压波频率的频率移动。在这种移动过程中，膜从它的静止位 置位移，以使得该。
9、膜与背电极之间的距离发生变化。这种效果导致“膜/背电极”电容器的 电容发生变化，这种变化被转换为电输出信号，例如随时间变化的电压。 0005 但是，如上所述，已知的麦克风不仅仅响应于声压波，还响应于麦克风本体的移 动。这种响应于整个本体移动的膜和/或背电极的移动所导致的非期望效果称为本体噪声 (body noise)。因此，电输出信号的噪声水平被显著增大，使得MEMS换能器不适用于测量 微小的输入信号。 发明内容 0006 本发明的目的是提供一种具有低水平本体噪声的用于音频设备的MEMS换能器。 本发明进一步的目的是提供一种用于音频设备的这种MEMS换能器的制造方法。 0007 为了实现以上定。
10、义的目的，根据独立权利要求提供了用于音频设备的MEMS换能 器和用于音频设备的MEMS换能器的制造方法。在从属权利要求中描述了有利的实施例。 0008 根据本发明的示例性方面，提供了一种用于音频设备的MEMS换能器，包括：基板、 附接到所述基板的膜和附接到所述基板的背电极，其中所述背电极的谐振频率与所述膜的 谐振频率相匹配。 0009 根据本发明的示例性方面，提供了一种用于音频设备的MEMS换能器的制造方法， 包括：将膜附接到基板上，将背电极附接到所述基板上，将所述背电极的谐振频率与所述膜 的谐振频率相匹配。术语“换能器”可以具体表示将一种形式的输入信号转换为另一形式 的输出信号的任何器件。这。
11、些形式的一种可以是声学形式，这些形式的另一种可以是电信 号，例如要通过扬声器回放的声音内容(audio content)的信号特性，或者是通过麦克风捕 获的声波的信号特性。所述系统可以表示为电声换能器或声电换能器。在本文中，术语声 波可以表示为以音速移动的压力变化。这种声波也可以表示为传输声音的音波。特别地， 说 明 书CN 102415108 A CN 102415123 A 2/7页 4 这种换能器可以是麦克风或扬声器。 0010 术语“MEMS”可以具体指微机电结构。例如，电信号可以导致微机电结构(MEMS) 的可移动组件的特定运动，或者反过来，微机电结构(MEMS)的可移动组件的特定运。
12、动可以 产生电信号。 0011 本申请中用到的术语“附接到基板”可以具体表示任何直接或非直接的元件连接， 例如膜或背电极与基板的连接。特别地，所述元件和基板可以直接连接到彼此，或者可以按 照一体的方式进行设计。所述元件和基板可以可靠地固定或可拆卸地彼此连接。进一步， 所述元件和基板可以通过其他元件间接地彼此连接。 0012 特别地，术语“所述膜的谐振频率和所述背电极的谐振频率彼此匹配”可以具体地 包括如下事实：二者的谐振频率，特别是机械谐振频率彼此相同或者接近。 0013 术语“基板”通常可以用来定义层元件，所述层元件可以在感兴趣的层或部分的下 面和/或上面。并且，基板可以是在其上形成有层的任。
13、何其他基底，例如诸如硅晶片或硅芯 片的半导体晶片。也可以采用其他材料形成基板，例如塑料、玻璃、陶瓷等。特别地，所述基 板可以是换能器背腔的一部分。可选地，基板可以是单一元件，例如连接到背腔的框架。 0014 使得MEMS换能器的背电极的谐振频率(例如基本谐振频率)适应于MEMS换能器 的膜的谐振频率能够减少MEMS换能器的本体噪声，这是由于背电极和膜以同步的方式响 应于整个MEMS换能器的运动，并且不会改变背电极和膜之间的电容。这里，术语“本体噪 声”可以具体表示MEMS换能器的随着MEMS换能器在其例如使用过程中移动时膜和背电极 的机械振动引起的任何输出信号。机械振动可能导致膜和背电极发生相。
14、对于彼此的非期 望运动，这可能叠加到由于输入信号引起的膜的运动上。膜相对于背电极的这些非期望位 移会引起附加信号，这些附加信号可能会叠加到由所述输入信号引起的期望信号上。因此， 通过使得背电极和膜的谐振频率彼此匹配，膜和背电极可以根据等幅的同相运动而同步移 动，从而在膜和背电极之间的相对距离在机械振动时保持不变。因此，不会产生由于背电极 和膜的非期望运动而导致的附加本体噪声信号。 0015 因为由背电极和膜的机械振动引起的MEMS换能器的非期望的本体噪声被抑制或 完全消除，本发明示例性方面的要旨可以在下述事实中得到体现，即MEMS换能器将适用于 测量小的输入信号。通过使得背电极的谐振频率适应于。
15、膜的谐振频率可以达到这样的效 果，即使得背电极和膜远离它们的保持位置的位移是同步的。特别地，不会由于背电极和膜 的非期望相对运动(可以检测为本体噪声)而引起附加的非期望的输出信号。 0016 进一步，由于可以完全消除换能器运动所引起的本体噪声，MEMS换能器在测量小 信号方面表现出优秀的性能，因而可以广泛用于多种电子器件。 0017 下面，将描述MEMS换能器的示例性实施例的其他方面。但是，这些实施例也适用 于方法。 0018 根据MEMS换能器的示例性实施例，所述背电极的刚度(stiffness)适合于使得所 述背电极的谐振频率与所述膜的谐振频率匹配。 0019 根据MEMS换能器的示例性实。
16、施例，所述背电极的质量和/或应力适合于使得所述 背电极的谐振频率与所述膜的谐振频率匹配。 0020 这些措施，特别是改变背电极的刚度、质量和/或应力，能够有利地允许容易地修 改背电极的频率，以使得背电极的频率可以适合于膜的频率，这是因为这些参数对于背电 说 明 书CN 102415108 A CN 102415123 A 3/7页 5 极的(谐振)频率的确定来说是决定性的。术语“刚度”可以表示与柔度(compliance)相 反的技术常数，和/或简单地描述诸如弯曲弹性等机械材料特性。 0021 特别地，可以通过改变背电极的应力减少背电极的刚度。作为所属技术领域的专 业人员可以知道，这些参数可以。
17、根据下述公式相互依存：在背电极和/或膜运动的一维分 析中，作用于背电极和/或膜上的力F可以对应于m*a，其中m表示质量，a表示加速度。 在加速度的频率远低于(well below)谐振频率的情况下，背电极和/或膜的振幅x可以 与C*F成比例。在该上下文中，C可以表示柔度。进一步，(谐振)频率f可以通过公式f (1/2)*1/(Cm) 1/2 与柔度相关，结果导致x与a/ 2 成比例，其中是角频率。背电极 和膜的振幅差异响应于作用在膜和背电极二者上的力，其中x可以与a*(1/ 2 mem )-(1/ 2 be )成比例，其中 mem 和 be 分别是膜和背电极的角频率。将修正的背电极与硬性或刚 。
18、性的背电极(硬性意味着 2 be 趋近于无穷)相互对比，相应振幅的比率可以表述为x/ x 硬性 1-(f mem /f be ) 2 。 0022 根据MEMS换能器的示例性实施例，所述背电极的外边缘与所述背电极的中间部 分相比变薄。因此，在例如制造MEMS换能器的过程中可以容易地实现背电极的质量减少。 特别地，可以通过逐渐减薄背电极的外边缘，或通过在背电极厚度方向上引入台阶状变化 来使得背电极的外边缘变薄。当背电极由于机械振动被弯曲时在背电极中产生的最大应力 限制了外边缘的变薄设计。进一步，由于膜的挠曲形状是正弦曲线，由于空气间隙的调制， 外边缘的挠曲难以影响电容变化。 0023 背电极可以。
19、包括任何规则或不规则的形状。特别地，背电极可以设计成圆形，以使 得背电极的外边缘呈现为背电极的外环元件。 0024 根据MEMS换能器的示例性实施例，在所述背电极的外边缘中设置有一个或多个 开口。因此，可以实现背电极外边缘的质量减少，从而能够使得膜和背电极二者的谐振频率 相匹配。进一步，可以减少背电极的刚度，从而能够实现采用背电极的弯曲形式的移动。另 外，背电极外边缘的设计修改不会改变背电极作为电容器极板的性能。特别地，开口可以在 背电极的外边缘中形成为例如孔或凹部等规则或不规则形状。进一步，开口可以沿着背电 极的外边缘的区域等间距(equally)或不等间距(unequally)地分布。 0。
20、025 根据MEMS换能器的示例性实施例，背电极至少中间部分的厚度是均匀的，从而避 免在背电极弯曲过程中在厚度变化位置，特别是在台阶状厚度变化位置引入应力。进一步， 由于避免在电容中出现非期望的变化(该变化会歪曲输出信号)，使得“膜/背电极”电容 器的性能得到保持。特别地，整个背电极的厚度可以是均匀的。 0026 根据MEMS换能器的示例性实施例，背电极中间部分的直径为膜直径的至少90。 因此，当改变特别是减少背电极直径时，背电极的电容不会受到影响。背电极的挠曲形状于 是可以类似于膜的挠曲形状。特别地，可以增加背电极的直径，并且这种直径的增加仅仅受 限于MEMS换能器尺寸。 0027 根据ME。
21、MS换能器的示例性实施例，在所述背电极的中间部分中设置有孔，其中所 述孔的占用面积小于所述背电极中间部分的面积的25。这里，背电极中间部分的面积可 以表示没有孔的背电极中间部分的面积。申请人发现，由于背电极的杨氏模量和质量会以 同样的方式减小，因而这种特定的条件可以允许背电极透声，同时不会改变背电极的谐振 频率。 说 明 书CN 102415108 A CN 102415123 A 4/7页 6 0028 根据MEMS换能器的示例性实施例，在所述基板和所述背电极之间设置有悬置件， 其中该悬置件适应于使得所述背电极的谐振频率与所述膜的谐振频率匹配。特别地，悬置 件可以适应于使得背电极和悬置件的联。
22、合谐振频率与膜的谐振频率匹配。由于悬置件可以 随着机械振动进一步弯曲，这种措施允许背电极在各个方向运动。悬置件和背电极的联合 频率还可能取决于悬置件的形状和/或材料。特别地，悬置件可以由任何合适的材料构成， 例如弹性材料。 0029 根据MEMS换能器的示例性实施例，背电极和悬置件包括相同的材料。由于这些元 件可以在相同的制造步骤中制造，因而这种措施有利于容易地实现MEMS换能器的制造工 艺。进一步，由于在制造MEMS换能器的过程中必须考虑背电极和悬置件的同等参数，例如 刚度、质量和应力，因而可以容易的实现悬置件和背电极二者的谐振频率与膜的谐振频率 匹配。特别地，悬置件和背电极可以一体的方式设。
23、计，因而进一步地有利于制造工艺。 0030 根据MEMS换能器的示例性实施例，悬置件至少部分地沿着所述背电极的周线布 置，并连接所述基板和背电极。这种类型的悬挂装置允许机械稳定的MEMS换能器设计和背 电极的均匀运动。 0031 根据MEMS换能器的示例性实施例，所述悬置件设计为以放射状方式从所述背电 极延伸的直弹簧臂。弹簧臂可以具有取决于弹簧臂的形状和/或材料的弹簧常数。 0032 根据MEMS换能器的示例性实施例，所述悬置件设计为以匹配所述背电极的周线 形状的方式延伸的弹簧臂。 0033 这些悬置件的结构可以允许背电极在三个自由度上运动。特别地，弹簧臂可以允 许背电极在机械振动下作旋转运动。
24、。特别地，弹簧臂可以设计为从背电极沿切线延伸的螺 旋状，并使得背电极和基板互连。特别地，弹簧臂可以布置在沿着背电极周线的相对位置 处，从而确保在基板和背电极之间的机械稳定连接。 0034 根据MEMS换能器的示例性实施例，所述膜的谐振频率与所述背电极的谐振频率 之间的差异少于20，优选地少于5，进一步优选地少于1。该措施允许低水平的本体 噪声。更高程度的频率匹配可以更好地抑制本体噪声。例如，在膜和背电极的谐振频率差 异少于20的情况下，可以达到10dB的噪声抑制改善。使背电极的谐振频率与膜的谐振频 率在5的容限内匹配，可以消除大约20dB的本体噪声。更高等级的频率匹配可以得到进 一步改善的本体。
25、噪声消除。 0035 根据MEMS换能器的示例性实施例，换能器适用于MEMS麦克风或MEMS扬声器。 MEMS麦克风和MEMS扬声器代表MEMS换能器的具体的实施例。特别地，MEMS麦克风可以是 电容器型MEMS麦克风。MEMS麦克风的检测机构可以基于光学检测机构、驻极体检测机构、 机电检测机构、或电动检测机构。 0036 例如，根据本发明示例性方面的换能器可以实施为从下述集合中选择的音频设 备，该集合包括：音频环绕系统、移动电话、头戴耳机、头戴听筒回放装置、扬声器回放装置、 助听器、电视机、录像机、监视器、游戏机、膝上型电脑、音频播放器、DVD播放器、CD播放器、 基于硬盘的媒体播放器、无线。
26、电设备、因特网无线电设备、公共娱乐设备、MP3播放器、hi-fi 系统、车辆娱乐设备、汽车娱乐设备、医学通信系统、医疗设备、采血针、人体佩戴设备、语音 通信设备、家庭影院系统、家庭剧场系统、平板电视装置、环境创造设备、低音扬声器、声响 测量系统、声级计、演播室摄制系统和音乐厅系统。但是，这些应用仅仅是示例性的，还存在 说 明 书CN 102415108 A CN 102415123 A 5/7页 7 本领域的许多领域内的其它应用，并且处于本发明的框架内。 0037 综上所述，根据本发明的示例性方面，提供了一种MEMS换能器，其包括都附接到 基板(例如MEMS换能器的背腔)的膜和背电极。通过减少。
27、背电极的质量和释放背电极的应 力可以减小背电极的刚度，从而使得背电极和膜在机械振动下能够产生等幅的同相运动。 在一种结构中，通过提供台阶状厚度减少的背电极，使得圆形背板的外边缘变薄。可选地， 背电极的外边缘可以包括孔和/或朝着背电极的中心逐渐变窄的半椭圆形凹部。在另一结 构中，在背电极和基板之间设置了悬置件，该悬置件可以设计为直的和/或弯曲的弹簧臂。 特别地，孔可以合并在背电极的外边缘中，可以通过连接外边缘和基板的弹簧臂悬置所述 背电极。 0038 综上所述，根据本发明的示例性方面，提供了一种用于音频设备的换能器的制造 方法，包括：将膜附接到基板上，将背电极附接到所述基板上，使所述背电极的谐振。
28、频率与 所述膜的谐振频率相匹配。 0039 根据下文中描述的示例性实施例，本发明以上定义的方面和进一步的方面变得更 加明显，并参照这些示例性实施例进行说明。应注意到，结合某个示例性实施例或示例性方 面来描述的特征可以与其他的示例性实施例和其他的示例性方面相结合。 附图说明 0040 在下文中，将参照实施例的示例更详细地描述本发明，但本发明不限制于这些实 施例。 0041 图1示意性地例示了根据本发明的MEMS麦克风的横截面侧视图。 0042 图2示意性地例示了图1中的MEMS麦克风的膜和背电极的平面图。 0043 图3a示意性地例示了图1中MEMS麦克风背电极的实施例的横截面侧视图。 0044。
29、 图3b例示了图3a中的背电极的挠曲形状(deflection profile)。 0045 4a-4d示意性例示了图3a中背电极进一步的实施例。 具体实施方式 0046 所述附图中的描述是示意性。在不同附图中，类似或相同的要素设置有类似或相 同的附图标记。 0047 图1示意性示出了根据本发明的MEMS麦克风10的横截面侧视图。MEMS麦克风 10是电容器型，并且可以是移动电话的一部分。MEMS麦克风10由于其元件的机械振动，特 别是它的膜和背电极的机械振动而具有较低的本体噪声，这是因为背电极设计为具有对整 个麦克风10的机械振动的同步机械响应。 0048 MEMS麦克风10包括用作MEMS。
30、麦克风10的谐振腔的圆筒形背腔12。进一步，膜 14或振动膜覆盖背腔12的开口16。膜14被固定到16背腔的周线上。背电极18按照以 下方式靠近膜14布置背腔12内，使得膜14和背电极18被隔开并且以相对于彼此平行的 方式延伸(run)。背电极18直接固定到背腔12上，其中背电极18的外端20被箝位在背腔 12侧壁的上部和下部之间。可选地，背腔12可以包括周线凹部，其中容纳由背电极18的外 端20。 0049 背腔12的横截面、膜14和背电极18可以具有任何合适的形状，例如圆形、矩形、 说 明 书CN 102415108 A CN 102415123 A 6/7页 8 椭圆形等等。膜14和背电。
31、极18的形状可以适应于背腔12的开口16的形状。 0050 膜14和背电极18由导电材料形成，或者可以用一层导电材料覆盖。因此，膜14 和背电极18形成由膜14和背电极18作为电容器极板的电容器。 0051 在麦克风10的使用期间，由声音信号引起的气压21使得膜14在某一频率振动。 基于膜14从背电极18位移的距离的变化产生电信号，该电信号被传输到信号转换器22以 输出经转换的信号。背电极18因为在背电极18的中间部分26中具有孔24，使得空气可以 穿过背电极18进入背腔12，因而是透声的。 0052 背电极18的穿孔面积少于背电极18的中间部分26的总面积的25，因而“膜/ 背电极”电容器的。
32、性能不会受到影响。 0053 MEMS麦克风10的移动导致MEMS麦克风10中的机械振动，从而使得膜14和背电 极18发生彼此不同步的移动。膜14的这种相对于背电极18的非期望的位移会导致噪声 信号。为了抑制这种本体噪声，背电极18的谐振频率应该与膜14的谐振频率匹配。 0054 可以通过定义外边缘28来实现MEMS麦克风10中的本体噪声抑制，这种外边缘在 设计时可以改进为减少背电极18的刚度，和/或减少背电极18的质量，和/或释放背电极 18的应力。 0055 图2例示了背电极18的外边缘28相对于膜14的尺寸比例。在该附图中提出了 一种圆形设计图，但是本发明不局限于该形状。通常，背电极18。
33、和膜14形成为具有相等的 尺寸，以使得膜14的直径d m 和背电极18的直径d be 相等。外边缘28可以形成为其尺寸最 多是膜直径d m 的10，从而使得背电极18中间部分26的内直径d be，i 是膜14直径d m 的至 少90。背电极18的外直径d be，o 受限于MEMS麦克风10的最大尺寸。例如，背电极18的 中间部分26可以包括0.9d m 的内直径d be，i ，而外边缘28可以按照使得背电极18的外直径 d be，o 比膜14的直径d m 大5的方式增大。 0056 图3a示出了图1中区域30的放大图，其示例性说明了背电极18被固定到背腔壁 上的一个实施例。减少了质量的背电极1。
34、8的垂直横截面呈台阶状，其中背电极18的中间 部分26的厚度t be，c 是背电极18的变薄了的外边缘28厚度t rim 的大约3倍。背电极18的 中间部分26的厚度t be，c 在背电极18的中间部分26的整个区域上是均匀的，以使得膜14 和背电极18的电容不会受到厚度轮廓的影响，从而电信号也不会被歪曲(falsified)。 0057 图3b示出了具有初始应力50MPa的部分变薄的背电极18的应力分布的相应有限 元模拟的结果。由于在台阶状的厚度边缘处的应力再分布，在背电极18中建立的应力在所 述厚度边缘处导致了大约150MPa的局部应力值。 0058 随着背电极18的移动，变薄的外边缘28。
35、因此呈现出具有最大偏转的位置。从图 3b中可以看到，所述外边缘28，尤其在接近于厚度边缘的位置，表现出高度的机械不稳定 性，从而构成与背电极18的可靠性有关的重要关注点。通过这种方式，背电极18的中间部 分26的厚度t be，c 与外边缘28的厚度t rim 的比率可以相应地适应于提高背电极18的机械 稳定性。 0059 进一步，只有背电极18的部分外边缘28可以变薄，其中变薄区域可以沿着背电极 18的外边缘28的区域等间隔地分布。也可以通过使得外边缘28朝向背电极18的外端20 逐渐变薄来实现背电极18的外边缘28的变薄。在图4a所示的背电极18的进一步的实施 例中，背电极18在其整个区域上。
36、具有均匀厚度t be ，其中外边缘28(阴影区域)包括等间隔 说 明 书CN 102415108 A CN 102415123 A 7/7页 9 分布的穿通型开口32。因此，可以对背电极18的质量和应力分布进行修正，从而使得背电 极18的谐振频率与膜14的谐振频率匹配。开口32的形状是将应力引入到背电极18中的 另一因素。在背电极设计中，应该摒弃开口32的锐利边缘。背电极18沿着它的整个周线 固定到背腔12上。 0060 参照图4b，示出了背电极18的进一步的实施例。背电极18形成为星形，其中背电 极18的外边缘28包括朝向背电极18的中心逐渐变窄的半椭圆凹部32。因此，背电极18 仅在外边缘。
37、28的固定点33处固定到背腔12上。背电极18的谐振频率可以随着固定点33 的数量和/或固定点33的形状改变。背电极的厚度t be 在其整个区域上仍然是均匀的。 0061 进一步，通过悬置背电极18以使得膜14和背电极18与背腔12之间机械解耦，可 以实现本体噪声的抑制。 0062 图4b所示背电极18的实施例呈现出到图4c、4d所示背电极18的进一步实施例 的过渡，图4c、4d所示背电极18的进一步实施例不包括外边缘28，但是通过悬置件34连接 到背腔12。在两个结构中，背电极18形成为圆形，并在其整个区域上具有均匀厚度t be 。图 4c所示的悬置件34设计为4个直的弹簧臂36，从而允许背。
38、电极18在三个自由度上弯曲。 弹簧臂36附接到背电极18的相对位置处，这些相对位置彼此隔开90。图4d中例示的悬 置件34包括三个弹簧臂36，弹簧臂36的第一端部38以近似放射状的方式从背电极18延 伸。弹簧臂36的中间部40按照与背电极18的周线形状匹配的方式延伸，其中在弹簧臂36 的中间部40的中部设置有弯曲区域。固定到基板12上的弹簧臂36的端部42也按照相对 于背电极18成放射状的方式延伸。弹簧臂36的这种结构提供了可以允许背电极18在三 个自由度上移动的出色手段。特别地，背电极18也能够进行旋转运动。进一步，弹簧臂36 可以呈螺旋状从背电极18沿切线延伸。由于悬置件34的形状，图4d。
39、中背电极18的直径 可以小于图4c中的背电极18的直径。因此，可以进一步降低背电极的内部应力。 0063 进一步，弹簧臂36可以由弹性材料构成，以便提高调节背电极18的谐振频率的可 能性。 0064 弹簧臂36和背电极18可以由相同的材料形成，以便于MEMS麦克风10的制造。 0065 弹簧臂36具有弹簧常数，其可以由弹簧臂36的形状和/或材料确定。从而，可以 容易地实现背电极18的谐振频率和膜14的谐振频率的频率匹配。 0066 一般来说，在背电极18的谐振频率与膜14的谐振频率之间的差异少于20时，可 以达到10dB的噪声抑制改善。将背电极18的谐振频率与膜14的谐振频率在5的容限内 匹配。
40、，可以实现大约20dB的噪声改善。优选地，背电极18与膜14的谐振频率之间的差异 少于1，则会实现几乎完全的本体噪声的消除。 0067 最后，应注意到，上述实施例是用来示例性说明而不是用来限制本发明，在不偏离 所附权利要求所定义的本发明范围的情况下，本领域的熟练技术人员能够设计许多可选的 实施例。在所述权利要求中，括号中的任何附图标记不应解释为限制该权利要求。总的来 说，术语“包括”和“包含”等不排除除了那些列举在任何权利要求中或说明书中的之外的其 他的元件或步骤。对元件单数的引用不排除对这类元件的复数的引用，反之亦然。在列举 了多个装置的设备权利要求中，这些装置中的部分装置可以由同一软件或硬件来实施。在 彼此不同的从属权利要求中所记载的某些手段不代表这些手段的组合不能被使用以获益。 说 明 书CN 102415108 A CN 102415123 A 1/2页 10 图1 图2 图3a 说 明 书 附 图CN 102415108 A CN 102415123 A 2/2页 11 图3b 图4a 图4b 图4c 图4d 说 明 书 附 图CN 102415108 A 。