TWI507051B - 高感度聲波傳感器 - Google Patents

Description

高感度聲波傳感器

本發明為一種聲波傳感器，特別是一種在振膜中央設有定位件，進而定義出可自由振動的一振動部，並且在振動部的周緣設有複數個彈性件，使振動部產生近似活塞位移的上下振動，進而提升聲波傳感器的靈敏度。

微機電麥克風具有體積小以及製程容易的優點，因此大量運用於手機。請參考第1圖，一般習知的聲波傳感器80具有一基板81、一背板82以及一振膜83，其中，振膜83覆蓋在基板81的開孔811上，背板82具有一電極單元85且設置於基板81而與振膜83之間相隔有一間隙84，背板82還具有一連接部821圍繞固定振膜83的外周緣。因此，當聲波傳感器80接收到聲波時，振膜83能夠振動並改變其與電極單元85之間的距離，進而造成電容值的改變。

當聲波傳感器80接收聲波而使振膜83朝聲波行進方向形變時，由於振膜83只有以其周緣固定在基板81上，因此振膜83越接近其中央區域的部分將產生較大的變形量，使得振膜83呈現一開口朝下的弧形，如此不均勻的變形方式將會造成振膜83的有效感測面積A遠小於振膜83的整體面積，進而影響聲波傳感器80的靈敏度以及訊噪比。目前既有的做法是 利用增加振膜厚度或縮小振膜整體面積等方式來增加振膜剛性，以避免振膜產生弧形變形，但容易提高製程複雜度或是製作成本，因此，目前仍缺乏可行的技術方案來解決此一問題。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種高感度聲波傳感器，能夠控制振膜的變形寬度，讓振膜產生近似平移的運動，有效提升其聲音接收的靈敏度以及訊噪比。

為了達成上述目的，本發明提供了一種高感度聲波傳感器，包含一基板、一背板以及一振膜，振膜以其外周緣固定設於基板並覆蓋基板之一開孔，並且背板具有一定位件連結振膜，進而定義出至少一振動部，以及複數個彈性件環設於振動部之周緣。

藉此，本發明不需要變動振膜的厚度或是尺寸，振動部的變形寬度會比振膜的整體寬度來得小，使振動部的剛性增加，當聲波傳感器接收聲波時，彈性件會優先產生變形並使振動部產生類似平移的上下振動，有效提升其聲音接收的靈敏度以及訊噪比，也有助於維持製程穩定性與製作成本。

較佳地，定位件為一實心柱、一空心柱或是由複數個實心柱排列構成，除了能定義單一振動部之外，也能使振動部的數量在二個或二個以上。

較佳地，振膜設呈圓形而定位件連結於振膜的中央位置，使振動部為圓環形，或者，當振膜設呈矩形時，定位件是呈直線而定義出二個矩形的振動部，同樣具有均勻的變形與作動。

1‧‧‧聲波傳感器

10‧‧‧基板

11‧‧‧矽底層

12‧‧‧絕緣層

13‧‧‧鏤空槽

14‧‧‧開孔

20‧‧‧振膜

21‧‧‧振動部

30‧‧‧背板

31‧‧‧定位件

32‧‧‧連接部

33‧‧‧音孔

35‧‧‧表面

40‧‧‧彈性件

50‧‧‧電極單元

G‧‧‧間隙

R‧‧‧變形寬度

W‧‧‧邊長

80‧‧‧聲波傳感器

81‧‧‧基板

811‧‧‧開孔

82‧‧‧背板

821‧‧‧連接部

83‧‧‧振膜

84‧‧‧間隙

85‧‧‧電極單元

A‧‧‧有效感測面積

第1圖為習知聲波傳感器之剖視圖。

第2圖為本發明實施例聲波傳感器之橫斷面剖視圖。

第3圖為本發明實施例聲波傳感器以第2圖中3-3剖視線的縱斷面剖視圖。

第4圖為本發明第二實施例聲波傳感器的剖視圖。

第5圖為本發明第三實施例聲波傳感器的剖視圖。

為了能更瞭解本發明之特點所在，本發明提供了一第一實施例並配合圖示說明如下，請參考第2至3圖。本發明的主要元件包含有一基板10、一振膜20、一背板30以及複數個彈性件40，各元件的結構以及相互間的關係詳述如下：請參考第2圖，基板10為一矽底層11以及佈設於矽底層11上方的一絕緣層12所構成，基板10更具有一鏤空槽13貫穿基板10的二面，且鏤空槽13在絕緣層12上形成一呈圓形的開孔14，以供聲波通過。

振膜20以其周緣固定設置於基板10上而覆蓋開孔14，在本實施例中，振膜20的形狀為圓形。當然，本領域技術人員亦可視情況改用方形或其他幾何形狀之振膜，同時對應改變開孔14的外形。

背板30罩設於絕緣層12的上方，具有面向基板10的一表面35而與振膜20之間相隔有一間隙G。此外，背板30具有一定位件31從表面35朝振膜20延伸而成，用來限制振膜20的中央區域產生振動。背板30另開設有複數個音孔33，以供聲波通過，其開設數目可依實際需要改變，並且依 照封裝方式的不同，聲波傳感器1亦可改為從音孔33到振膜20傳播聲波。請參考第3圖，藉由定位件31可以定義出能自由振動之振動部21。在本實施例中，振動部21是介於定位件31周緣與振膜20連接基板10的周緣之間而呈現圓環形。在本實施例中，定位件31為一實心圓柱，本領域技術人員亦可將定位件31改為其他幾何外形的實心柱或是空心柱，進而改變振動部21的幾何形狀或數量。

彈性件40是環設於振動部21相對靠近與遠離該定位件的內外周緣，其設置的數量可依實際需求加以改變。

當聲波經過鏤空槽13或音孔33而到達振膜20時，如第2至3圖所示，具較大彈性的彈性件40將優先產生形變，再加上振動部21的變形寬度R小於振膜20的整體寬度而使得剛性增加，變形的幅度也隨之減少，因此振動部21與彈性件40在聲波的作用下會產生近似平移的上下運動。相較於沒有設置定位件31的情況，雖然會犧牲振膜20的部分感測面積，卻能夠增加有效感測面積，讓聲波傳感器1能在不改變振膜20厚度與材質的前提之下，有效地提升聲音接收的靈敏度以及訊噪比。

本發明另提供了一第二實施例，請參考第4圖，其主要元件與第一實施例大致相同，主要差異在於：定位件31的形狀為一中空圓柱且其外徑小於開孔14的孔徑，此時定位件31可以將振膜20區分為二個區域，形成分別位於定位件31內側與外側的二振動部21，且各振動部21周緣環設複數個彈性件40，因此能夠由複數個振動部21分別對應不同的聲音動態範圍。

本發明再提供了一第三實施例，請參考第5圖，其主要元件 與第一實施例大致相同但主要差異在於：開孔14為方孔且振膜20呈矩形，而定位件31為複數個連接柱以平行於一邊長W的方向直線排列而成。在此情況下，定位件31所圍繞的部分仍能限制振膜20的部分區域產生振動，並使得振動部21的數量為二個，各振動部21之周緣環設複數個彈性件40，而能同樣地調整振動部21的變形寬度。

最後，必須再次說明的是，本發明於前述實施例中所揭露的構成元件僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，舉凡其他易於思及的結構變化或與其他等效元件的替代，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧聲波傳感器

10‧‧‧基板

11‧‧‧矽底層

12‧‧‧絕緣層

13‧‧‧鏤空槽

14‧‧‧開孔

20‧‧‧振膜

21‧‧‧振動部

30‧‧‧背板

31‧‧‧定位件

32‧‧‧連接部

33‧‧‧音孔

35‧‧‧表面

40‧‧‧彈性件

50‧‧‧電極單元

G‧‧‧間隙

Claims (9)

1. 一種高感度聲波傳感器，包含一基板、一背板以及一振膜，該振膜以其外周緣固定設於該基板並覆蓋該基板之一開孔，其特徵在於：更具有一定位件連結於該背板與該振膜之間，進而定義出至少一振動部，以及複數個彈性件環設於該振動部之周緣。
2. 如請求項1所述之高感度聲波傳感器，其中該定位件為一實心柱。
3. 如請求項1所述之高感度聲波傳感器，其中該定位件為一空心柱。
4. 如請求項1所述之高感度聲波傳感器，其中該定位件是由複數個連接柱排列構成。
5. 如請求項1至4其中任一項所述之高感度聲波傳感器，其中該定位件，是從該背板朝向該振膜延伸而連接該振膜。
6. 如請求項1至4其中任一項所述之高感度聲波傳感器，其中該定位件是從該振膜朝向該背板延伸而連接該背板。
7. 如請求項1至4其中任一項所述之高感度聲波傳感器，其中該振膜設呈圓形，該定位件連結於該振膜的中央位置並使該振動部為圓環形。
8. 如請求項3或4其中任一項所述之高感度聲波傳感器，其中該振膜設呈圓形，該定位件連結於該振膜的中央位置，並使該至少一振動部的數量為二個。
9. 如請求項1至3其中任一項所述之高感度聲波傳感器，其中該振膜設呈矩形，該定位件直線排列，使該至少一振動部的數量為二且設呈矩形。