1.本公开总体涉及微机电系统(mems)管芯，更具体地涉及具有双振膜介电传感器的mems管芯。
背景技术：
2.众所周知，在mems装置的制造中，通常以晶片的形式在单批工艺中制造多个装置。代表单个mems装置的批处理晶片的单个部分被称为管芯。因此，可以在单批处理的晶片中制造多个mems管芯，然后分割或以其他方式分离以用于进一步的制造步骤或用于它们的最终用途，例如但不限于包括用作声换能器或麦克风的其他部分。
3.在现有mems电容传感器中，限定了两个导电电极，这两个导电电极包括被标识为振膜的可移动元件和被标识为背板的固定元件。响应于声音输入，可移动元件相对于背板的运动产生调制电容。
技术实现要素：
4.本技术的一方面涉及一种微机电系统mems管芯，所述微机电系统mems管芯包括：第一振膜；第二振膜；第一多个电极，所述第一多个电极中的每一个设置在所述第一振膜上；第二多个电极，所述第二多个电极中的每一个设置在所述第二振膜上；固定介电元件，所述固定介电元件设置在所述第一振膜与所述第二振膜之间并且包括多个孔；以及第三多个电极，所述第三多个电极中的每一个包括：第一导电层，所述第一导电层邻近所述第一多个电极中的至少一个设置在所述第一振膜上；第二导电层，所述第二导电层邻近所述第二多个电极中的至少一个设置在所述第二振膜上，以及导电引脚，所述导电引脚延伸穿过所述多个孔中的一个孔，并且将所述第一导电层电连接至所述第二导电层，其中，所述微机电系统mems管芯基于由所述第一振膜和所述第二振膜相对于所述固定介电元件的移动引起的电容变化来生成一个或更多个信号。
5.所述固定介电元件没有导电层。
6.所述第一多个电极的至少子集彼此电连接，所述第二多个电极的至少子集彼此电连接，并且所述第三多个电极的至少子集彼此电连接。
7.所述第一振膜具有第一面以及与所述第一面相反的第二面；所述第二振膜具有第一面以及与所述第一面相反的第二面；所述第一振膜的第一面面对所述第二振膜的第一面；并且，所述微机电系统mems管芯还包括：第一连接器焊盘，所述第一连接器焊盘设置在所述第一振膜的第二面上，并与所述第一多个电极的至少第一子集电连接；第二连接器焊盘，所述第二连接器焊盘设置在所述第一振膜的第二面上，并与所述第二多个电极的至少第一子集电连接；以及第三连接器焊盘，所述第三连接器焊盘设置在所述第一振膜的第二面上，并与第三多个电极的至少第一子集电连接。
8.在所述第一振膜和所述第二振膜之间限定相对于大气压的低压区域。
9.所述第一振膜具有第一面以及与所述第一面相反的第二面；所述第二振膜具有第
一面以及与所述第一面相反的第二面；所述第一振膜的第一面面对所述第二振膜的第一面；所述低压区域由所述第一振膜的第一面和所述第二振膜的第一面限定；所述微机电系统mems装置还包括：密封通道，所述密封通道延伸穿过所述第一振膜和所述第二振膜；其中，所述密封通道在所述第一振膜的第二面和所述第二振膜的第二面之间提供流体连通；并且其中，所述密封通道被配置成维持所述低压区域。
10.所述第一多个电极和所述第二多个电极中的每一者以及所述第三多个电极的所述第一导电层和所述第二导电层中的每一者包括长宽比为至少5比1的条带。
11.所述条带平行，并且其中，所述第一多个电极的条带和所述第三多个电极的条带并排交替地布置在所述第一振膜上，并且所述第二多个电极的条带和所述第三多个电极的条带并排交替地布置在所述第二振膜上。
12.本技术的另一方面涉及一种微机电系统mems装置，所述微机电系统mems装置包括：上述的微机电系统mems管芯；所述微机电系统mems装置还包括：电压源，所述电压源电连接到所述第三多个电极的至少第一子集，以向所述第三多个电极的至少所述第一子集提供相对于地的电压偏置；差分放大器；第一电连接，所述第一电连接在所述第一多个电极的至少第一子集与所述差分放大器的第一输入端之间；以及第二电连接，所述第二电连接在所述第二多个电极的至少第一子集与所述差分放大器的第二输入端之间。
13.本技术的另一方面涉及一种微机电系统mems装置，所述微机电系统mems装置包括：如上所述的微机电系统mems管芯；集成电路ic；以及壳体，所述壳体包括：基座，所述基座具有第一表面和相反的第二表面；盖，所述盖附接至所述基座的所述第一表面，其中，所述盖和所述基座限定所述壳体的内部；以及端口，所述端口允许压力波进入所述内部，其中，所述微机电系统mems管芯设置在所述壳体的所述内部内；并且其中，所述集成电路ic设置在所述壳体的所述内部并电连接到所述微机电系统mems管芯。
14.所述端口延伸穿过所述基座，并且所述微机电系统mems管芯设置在所述端口上方。
15.本技术的另一方面涉及一种微机电系统mems管芯，所述微机电系统mems管芯包括：第一振膜；第二振膜，其中，在所述第一振膜与所述第二振膜之间限定低压区域；第一多个电极，所述第一多个电极中的每一个设置在所述第一振膜上；第二多个电极，所述第二多个电极中的每一个设置在所述第二振膜上；没有导电层的固定介电元件，所述固定介电元件设置在所述第一振膜和所述第二振膜之间，并且包括多个孔；以及第三多个电极，所述第三多个电极中的每一个包括：第一导电层，所述第一导电层邻近所述第一多个电极中的至少一个设置在所述第一振膜上；第二导电层，所述第二导电层邻近所述第二多个电极中的至少一个设置在所述第二振膜上；以及导电引脚，所述导电引脚延伸穿过所述多个孔中的一个孔，并将所述第一导电层电连接到所述第二导电层；所述导电引脚提供结构完整性以防止所述第一振膜和所述第二振膜塌陷到所述固定介电元件上；所述微机电系统mems管芯还包括：密封通道，所述密封通道延伸穿过所述第一振膜和所述第二振膜；其中，所述微机电系统mems管芯基于由所述第一振膜和所述第二振膜相对于所述固定介电元件的移动引起的电容变化来生成一个或更多个信号。
16.所述第一振膜具有第一面以及与所述第一面相反的第二面；所述第二振膜具有第一面以及与所述第一面相反的第二面；所述第一振膜的第一面面对所述第二振膜的第一
面；并且所述微机电系统mems管芯还包括：第一连接器焊盘，所述第一连接器焊盘设置在所述第一振膜的第二面上，并与所述第一多个电极的至少第一子集电连接；第二连接器焊盘，所述第二连接器焊盘设置在所述第一振膜的第二面上，并与所述第二多个电极的至少第一子集电连接；以及第三连接器焊盘，所述第三连接器焊盘设置在所述第一振膜的第二面上，并与所述第三多个电极的至少第一子集电连接。
17.所述第一振膜具有第一面以及与所述第一面相反的第二面；所述第二振膜具有第一面以及与所述第一面相反的第二面；并且所述第一振膜的第一面面对所述第二振膜的第一面；其中，所述密封通道在所述第一振膜的第二面和所述第二振膜的第二面之间提供流体连通；并且其中，所述密封通道被配置成维持所述低压区域。
18.所述第一多个电极和所述第二多个电极中的每一者以及所述第三多个电极的所述第一导电层和所述第二导电层中的每一者包括长宽比为至少5比1的条带，其中，所述条带平行，并且其中，所述第一多个电极的条带和所述第三多个电极的条带并排交替地布置在所述第一振膜上，并且所述第二多个电极的条带和所述第三多个电极的条带并排交替地布置在所述第二振膜上。
19.本技术的另一方面涉及一种微机电系统mems装置，所述微机电系统mems装置包括：如上所述的微机电系统mems管芯；电压源，所述电压源电连接到所述第三多个电极的至少第一子集，以向所述第三多个电极的所述第一子集提供相对于地的电压偏置；差分放大器；第一电连接，所述第一电连接在所述第一多个电极的至少第一子集与所述差分放大器的第一输入端之间；以及第二电连接，所述第二电连接在所述第二多个电极的至少第一子集与所述差分放大器的第二输入端之间。
20.本技术的另一方面涉及一种微机电系统mems装置，所述微机电系统mems装置包括：如上所述的微机电系统mems管芯；集成电路ic；以及壳体，所述壳体包括：基座，所述基座具有第一表面以及相反的第二表面；盖，所述盖附接至所述基座的所述第一表面，其中，所述盖和所述基座限定所述壳体的内部；以及端口，所述端口允许压力波进入所述内部，其中，所述微机电系统mems管芯设置在所述壳体的所述内部内；其中，所述集成电路ic设置在所述壳体的所述内部并电连接到所述微机电系统mems管芯；并且其中，所述端口延伸穿过所述基座，并且所述微机电系统mems管芯设置在所述端口上方。
21.本技术的另一方面涉及一种微机电系统mems管芯，所述微机电系统mems管芯包括：第一振膜；第二振膜；第一电极，所述第一电极设置在所述第一振膜上；第二电极，所述第二电极设置在所述第二振膜上；固定介电元件，所述固定介电元件设置在所述第一振膜与所述第二振膜之间并且包括孔，其中，所述固定介电元件与任何电极隔离；以及第三电极，所述第三电极包括：第一导电层，所述第一导电层设置在所述第一振膜上；第二导电层，所述第二导电层设置在所述第二振膜上；以及导电引脚，所述导电引脚延伸穿过所述孔，并将所述第一导电层电连接到所述第二导电层；所述导电引脚提供结构完整性以防止所述第一振膜和所述第二振膜塌陷到所述固定介电元件上；其中，所述mems管芯基于由所述第一振膜和所述第二振膜相对于所述固定介电元件的移动引起的电容变化来生成一个或更多个信号。
22.在所述第一振膜和所述第二振膜之间限定相对于大气压的低压区域。
23.本技术的又一方面涉及一种微机电系统mems装置，所述微机电系统mems装置包
括：如上所述的微机电系统mems管芯；电压源，所述电压源电连接到所述第三电极，所述电压源向所述第三电极提供相对于地的电压偏置；以及差分放大器，所述差分放大器包括电连接到所述第一电极的第一输入端和电连接到所述第二电极的第二输入端；所述差分放大器的所述第一输入端和所述第二输入端各自具有大于1千兆欧姆的输入阻抗，并且在每个输入端处建立dc偏置电平，所述dc偏置电平小于相对于地电位的电源电平。
24.所述dc偏置电平小于相对于地的所述电源电平的一半。
附图说明
25.结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本公开的前述和其他特征将变得更加完全显而易见。这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施方式，并且因此不被认为是对其范围的限制。
26.图1是大致沿图2的线1-1截取的图2的mems管芯的截面示意图。
27.图2是根据实施方式的mems管芯的截面透视示意图，并且包括用于更好地说明内部组件的部分透明部分。
28.图3是根据实施方式的mems管芯的振膜上的电极的示例性几何布置的俯视图。
29.图4是根据另一实施方式的mems管芯的振膜上的电极的示例性几何布置的俯视图。
30.图5是根据实施方式的mems管芯的部分的简化透视图。
31.图6是根据实施方式的由mems管芯限定的电路的示例性电示意图。
32.图7是根据另一实施方式的mems管芯的截面示意图。
33.图8是根据另一实施方式的mems管芯的截面示意图。
34.图9是根据实施方式的传感器组件的截面图。
35.在以下详细描述中，参考附图描述各种实施方式。本领域技术人员将理解，附图是示意性的并且为了清楚而被简化。相同的附图标记始终表示相同的元件或部件。因此，相同的元件或部件将不必相对于每个附图详细描述。
具体实施方式
36.根据本文所述的各个实施方式，mems管芯包括：第一振膜和第二振膜；第一多个电极，第一多个电极中的每一个设置在第一振膜上；以及第二多个电极，第二多个电极中的每一个设置在第二振膜上。固定介电元件设置在第一振膜和第二振膜之间并包括多个孔。mems管芯还包括第三多个电极，其中，第三多个电极中的每一个包括：第一导电层，其邻近第一多个电极中的至少一个设置在第一振膜上；第二导电层，其邻近第二多个电极中的至少一个设置在第二振膜上；以及导电引脚，其延伸穿过多个孔的一个孔并将第一导电层电连接到第二导电层。mems管芯基于由第一振膜和第二振膜相对于固定介电元件的移动引起的电容变化来产生一个或更多个信号。根据一个实施方式，所述固定介电元件不含导电层。
37.在一个实施方式中，第一多个电极的至少子集彼此电连接，第二多个电极的至少子集彼此电连接，并且第三多个电极的至少子集彼此电连接。在一个实施方式中，第一振膜具有第一面以及与第一面相反的第二面，第二振膜具有第一面以及与第一面相反的第二面，其中，第一振膜的第一面面对第二振膜的第一面，其中，mems管芯还包括：第一连接器焊
盘，其设置在第一振膜的第二面上与第一多个电极的至少第一子集电连接；第二连接器焊盘，其设置在第一振膜的第二面上与第二多个电极的至少第一子集电连接；以及第三连接器焊盘，其设置在第一振膜的第二面上与第三多个电极的至少第一子集电连接。根据一个实施方式，mems装置还包括：电压源，该电压源电连接至该第三多个电极的至少第一子集以便相对于地向该第三多个电极的第一子集提供电压偏置；差分放大器；第一电连接，其在该第一多个电极的至少第一子集与该差分放大器的第一输入端之间；以及第二电连接，其在所述第二多个电极的至少第一子集与所述差分放大器的第二输入端之间。
38.根据实施方式，在第一振膜和第二振膜之间限定低压区域。在一个实施方式中，低压区域由第一振膜和第二振膜的第一面限定。在一个实施方式中，mems管芯还包括延伸穿过第一振膜和第二振膜的密封通道，其中，该通道提供第一振膜和第二振膜的第二面之间的流体连通，并且其中，该通道被配置成维持低压区域。
39.在一个实施方式中，mems装置还包括集成电路(ic)和壳体，壳体包括：具有第一表面和相反的第二表面的基座；连接到基座的第一表面的盖，其中，盖和基座限定壳体的内部；以及允许压力波进入内部的端口，其中mems管芯设置在壳体的内部内，并且其中所述ic被设置在所述壳体的内部并且电连接到所述mems管芯。在一个实施方式中，该端口延伸穿过该基座并且该mems管芯设置在该端口上方。在一个实施方式中，第一多个电极和第二多个电极中的每一个以及第三多个电极的第一导电层和第二导电层中的每一个包括长宽比为至少约5比1的条带。在一个实施方式中，所述条带基本上平行，其中，所述第一多个电极的条带和第三多个电极的条带并排交替地布置在所述第一振膜上，并且所述第二多个电极的条带和第三多个电极的条带并排交替地布置在所述第二振膜上。
40.在本公开中，两个或更多个电极相对于彼此固定以限定具有电容的电容器，但是相对于不是电极并且不具有导电部分的固定介电元件一起移动。因此，由包括声压，振动或加速度的输入引起的两个或更多个电极相对于固定介电元件的运动引起电容器的有效介电常数的变化，并因此引起两个或更多个电极之间的电容值的变化，该电容值表示输入。
41.转到图1和图2，示意性地示出了根据实施方式的mems管芯100。在图2的顶部截面透视图中示出了示例性mems管芯100，其中，第一振膜102的一部分和固定介电元件110都被示为透明的，以更好地示出内部结构，如下面进一步描述的。图1以大体上沿图2的线1-1截取的横截面图说明示例性mems管芯100。
42.在一个实施方式中，mems管芯100包括具有外边界113的基底111，如图1所示。在一个实施方式中，基底111具有大致矩形的周边，但在其它实施方式中，它可以是任何形状。实施方式中的基底111包括穿过其形成的开口123。
43.参考图1，在一个实施方式中，mems管芯100包括第一振膜102和第二振膜104。mems管芯100的一半或一侧在图1中示出，mems管芯的中心线在左侧由中心线101标识。固定介电元件110设置在第一振膜102和第二振膜104之间，并包括多个穿过其设置的孔112。与第一振膜102和第二振膜104相比，固定介电元件110相对厚和/或硬，例如通过使用较厚的材料或使用薄的很高拉伸应力膜来制造以保持足够的刚性。当第一振膜102和第二振膜104偏转时，固定介电元件110保持相对不动。
44.在一个实施方式中，第二振膜104经由间隔层125在开口123上方附接到基底111，如图2中可见。然而，在mems管芯100的实施方式中(见图1)，第二振膜104的至少一部分直接
附着到基底111。在一些实施方式中，间隔层125可以是基底111的整体部分或作为附加牺牲层(即，间隔层125)添加到基底111上。间隔层125可以例如由如下所述的任何绝缘材料制成。在一个实施方式中，基底111由硅制成。
45.在一个实施方式中，第一振膜102和第二振膜104中的每一个径向延伸到基底111的外边界113，如图2所示。在其它实施方式中，第一振膜102和第二振膜104在开口123上延伸，但第一振膜102和第二振膜104中的一个或两个不径向延伸到外边界113，如图1所示。在一个实施方式中，固定介电元件110径向延伸到基底111的外边界113，如图2和图8所示。在其它实施方式中，固定介电元件110在开口123上延伸，但不径向延伸到外边界113，如图1和图7所示。第一振膜102和第二振膜104中的每一个的径向外部刚性地连接到固定介电元件110的径向外部。在一个实施方式中，材料117(见图1和图2)设置在固定介电元件110与第一振膜102和第二振膜104中的每一个之间。材料117可以是牺牲材料，其可以例如由如下所述的任何绝缘材料制成。
46.参考图1和图2，第一多个电极106设置在第一振膜102上，第二多个电极108设置在第二振膜104上。第三多个电极114各自包括第一导电层116和第二导电层118，第一导电层116邻近第一多个电极106中的至少一个设置在第一振膜102上，第二导电层118邻近第二多个电极108中的至少一个设置在第二振膜104上。在一个实施方式中，如上所述的任何一对电极的邻近布置意味着该对电极被有限的间隙或间隔分开。在一个实施方式中，间隙或间隔比一对较窄电极的宽度窄。在一个实施方式中，间隙或间隔窄于该对较窄电极宽度的一半，而在另一个实施方式中，间隙或间隔窄于该对较窄电极宽度的四分之一。
47.导电引脚120延伸穿过孔112并电连接第一导电层116和第二导电层118。导电引脚还提供结构完整性以防止第一振膜102和第二振膜104由于周围压力负载而塌陷到固定介电元件110上。
48.现在参考图1，第一振膜102具有第一面20以及与第一面20相反的第二面22。类似地，第二振膜104具有第一面24以及与第一面24相反的第二面26。在该实施方式中，第一振膜102的第一面20面对第二振膜104的第一面24。
49.第一多个电极106、第二多个电极108和第三多个电极114的几何布置在不同实施方式中变化，并且例如但不限于，可以是以螺旋或部分同心图案布置的曲线弧或导电材料条带，其中，第一多个电极106的构件邻近第三多个电极114的构件设置在第一振膜102上，并且其中，该第二多个电极108的构件邻近第三多个电极114的构件设置在第二振膜104上。在一个实施方式中，第一多个电极106、第二多个电极108和第三多个电极114包括以并排布置分布或布置的导电材料条带。
50.例如，参考图2所示的示例性mems管芯100，在实施方式中，第一多个电极106和第二多个电极108中的每一个以及第三多个电极114的第一导电层116和第二导电层118中的每一个分别包括导电材料条带s1、s2、s3，其中条带s1、s2、s3中的每一个的长宽比为至少5比1。在一个实施方式中，每个条带s1、s2、s3被分成并排或首尾相连地布置并且例如通过导电迹线电连接的段，其中，每个段具有总几何形状所需要或要求的长宽比。
51.仍然参考图2，在该实施方式中，条带s1、s2、s3基本上平行。第一多个电极106的条带s1与第三多个电极114的条带s3并排交替地布置在第一振膜102的第一面20上。类似地，第二多个电极108的条带s2与第三多个电极114的条带s3并排交替地布置在第二振膜104的
第一面24上。
52.在其它实施方式中，第一多个电极106、第二多个电极108和第三多个电极114的几何布置与图2所示的不同。例如，在一个实施方式中，第一多个电极106和第二多个电极108中的每一个是曲线形电极，其邻近曲线形第一多个导电层116和第二多个导电层118以螺旋图案布置在相应的第一面20、24上。图3中示出了布置在第一振膜102的第一面20上(或第二振膜104的第一面24上)的第一多个电极106(或第二多个电极108)和第一多个导电层116(或第二多个导电层118)的螺旋构造的示例。
53.在另一实施方式中，第一多个电极106和第二多个电极108中的每一个是曲线形电极，其布置成接近曲线形第一多个导电层116和第二多个导电层118的大致同心图案。图4中示出了布置在第一振膜102的第一面20上(或第二振膜104的第一面24上)的第一多个电极106(或第二多个电极108)和第一多个导电层116(或第二多个导电层118)的大致同心配置的示例。在其它实施方式中，第一多个电极106和第二多个电极108中的每一个是具有包括直线和/或曲线元件的形状的电极，所述直线和/或曲线元件以接近直线和/或曲线形第一多个导电层116和第二多个导电层118的任何图案布置在相应的第一面20、24上。
54.再次参考图2，在一个实施方式中，第一多个电极106的至少子集例如通过一个或更多个导线或导电迹线30彼此电连接。类似地，在实施方式中，第二多个电极108的至少子集例如通过一个或更多个导线或导电迹线32彼此电连接。此外，在实施方式中，第三多个电极的至少子集例如通过一个或更多个导线或导电迹线34彼此电连接。
55.在一个实施方式中，一个或更多个导电迹线30、32、34中的每一个电连接到设置在第一振膜102的第二面22上的连接器焊盘。例如，如图2所示，第一连接器焊盘40、第二连接器焊盘44和第三连接器焊盘48设置在第一振膜102的第二面22上。第一连接器焊盘40与第一焊盘迹线42电连接，第一焊盘迹线42与一个或更多个导电迹线30电连接。如图1示意性所示，第二连接器焊盘44(为了便于说明，在图1的右侧示出)与第二焊盘迹线46电连接，第二焊盘迹线46与一个或更多个导电迹线32电连接。如图2所示，第三连接器焊盘48与第三焊盘迹线50电连接，第三焊盘迹线50与一个或更多个导电迹线34电连接。
56.参考图5，在透视图中示意性地示出了一些通用部件的简化示例性结构，其中添加了示例性电场线122。在图5的图示中，为了清楚起见，仅示出了单个通用振膜160，并且在面向通用固定介电元件164的单个通用振膜160的表面上示出了包括电极162和163的通用电极对。电极162是通用公共电极，在上文中描述为具有第一导电层116和第二导电层118的第三多个电极114之一。因此，电极162在结构上等同于图1至图4所示的第一导电层116和第二导电层118中的任一个。类似地，电极163是上文描述为第一多个电极106或第二多个电极108中的一者的一般电极，且在结构上等效于图1至图4中所说明的第一多个电极106或第二多个电极108中的一者。
57.通用公共的电极162通过相对于电极163的dc电压被电偏置。在该配置中，包括电极162和163的通用电极对限定具有如符号124所示的电容的电容器，其中电容器具有取决于所示部件的相对几何形状的有效介电常数，所述部件包括单个通用振膜160和通用固定介电元件164之间的间隔126。间隔126的变化与固定介电元件164的介电常数一起引起电场线122的压缩或膨胀以及有效介电常数的相应变化，这引起电容124的变化。
58.现在参考图1，关于图5描述的结构存在于固定介电元件110的两侧。在该实施方式
中，由与设置在第一振膜102的第一面20上的第一导电层116相邻的第一多个电极106限定的每对相邻电极限定具有有效介电常数的电容器，该有效介电常数取决于包括第一振膜102和固定介电元件110之间的间隔172的几何形状。类似地，由设置在第二振膜104的第一面24上的与第二导电层118相邻的第二多个电极108限定的每对相邻电极限定具有有效介电常数的电容器，该有效介电常数取决于包括第二振膜104和固定介电元件110之间的间隔174的几何形状。
59.第一振膜102和第二振膜104中的每一个可以响应于包括例如但不限于声压，振动或加速度的输入而移动。第一振膜102和第二振膜104都相对于固定介电元件110移动以分别改变其间的间隔172、174。如关于图5所述，间隔172、174的变化引起由第一多个电极106和第二多个电极108中的每一个的至少子集限定的电容器的有效介电常数的变化。介电常数的变化引起在第一多个电极106和第二多个电极108的每一个的至少子集上测量的电容的变化。
60.图1和图2的mems管芯的对称性导致由第一多个电极106和第三多个电极114的至少子集限定的电容值由于响应于输入的间隔172和174的变化而在与由第二多个电极108和第三多个电极114的每一个的至少子集限定的电容值的变化相反的方向上变化。
61.现在参考图2和图6，在一个实施方式中，电压源60电连接到第三多个电极114的至少一个子集。例如，电压源60经由第三连接器焊盘48连接到第三多个电极114的至少一个子集。电压源相对于地向第三多个电极114的至少子集提供电压偏置。
62.在图6的电示意图中，对应于mems管芯100的示例性实施方式，差分放大器70包括第一输入端72和第二输入端74。第一电连接76将第一多个电极106的至少一个子集连接到差分放大器70的第一输入端72，例如通过第一连接器焊盘40和差分放大器70的第一输入端72之间的物理连接。附图标记c1表示设置在第一振膜102上的第一多个电极106和第一导电层116的至少一个子集的电容。
63.第二电连接78将第二多个电极108的至少一个子集连接到差分放大器70的第二输入端74，例如通过第二连接器焊盘44和差分放大器70的第二输入端74之间的物理连接。附图标记c2表示设置在第二振膜104上的第二多个电极108和第二导电层118的至少一个子集的电容。因此，mems管芯100基于由第一振膜102和第二振膜104相对于固定介电元件110的移动引起的电容变化来生成一个或更多个信号，并且该一个或更多个信号电连接到差分放大器70的第一输入端72和第二输入端74。
64.在一个实施方式中，差分放大器70的第一输入端72和第二输入端74中的每一个都具有大于约1千兆欧姆的输入阻抗。第一输入端72和第二输入端74的输入阻抗在每个输入端处建立dc偏置电平，该dc偏置电平小于相对于地电位的电源dc偏置电平，并且优选地小于相对于地电位的电源dc偏置电平的一半。
65.参照图7，真空区域、接近或部分真空区域或低压区域200(下文中称为“低压区域”)限定在第一振膜102和第二振膜104之间。在一些实施方式中，低压区域200具有低于大气压的压力。在一个实施方式中，低压区域200具有例如小于100,000pa的内部压力。在另一个实施方式中，低压区域200具有小于10,000pa的内部压力。在另一个实施方式中，低压区域200具有小于1,000pa的内部压力，而在又一实施方式中，低压区域200具有小于100pa的内部压力。
66.在一个实施方式中，低压区域200分别由第一振膜102和第二振膜104的第一面20、24限定。在一个实施方式中，密封通道210延伸穿过第一振膜102和第二振膜104而不延伸穿过固定介电元件110，例如，如图7所示。在其它实施方式中，密封通道210也延伸穿过固定介电元件110，如图8所示。图7示出了邻近mems管芯100的外边缘的密封通道210；然而，在其它实施方式中，密封通道210沿着中心线101设置，或者在沿着mems管芯100的半径的任何位置设置，这对于该实施方式是期望的或有利的。在一个实施方式中，基底111的开口123至少部分地与密封通道210垂直重叠。
67.在一个实施方式中，密封通道210由图7和图8中的横截面所示的边界壁212密封。在一个实施方式中，边界壁212的几何形状可以被选择成使得如从上方的平面视图中看到的密封通道210的截面形状可以是如对于该实施方式所希望的或有利的任何规则的或不规则的形状。在一个实施方式中，边界壁212的至少一部分被材料117包围。材料117可以是牺牲材料，并且材料117和边界壁212可以例如由如下所述的任何绝缘材料制成。在一个实施方式中，边界壁212可以由与导电引脚120相同的材料制成，如下所述。
68.第一穿孔214穿过第一振膜102设置，第二穿孔216穿过第二振膜104设置。因此，密封通道210分别提供第一振膜102和第二振膜104的第二面22、26之间的流体连通，同时维持第一振膜102和第二振膜104之间的低压区域200。
69.在一个实施方式中，固定介电元件110没有导电层。在一个实施方式中，固定介电元件110以及第一振膜102和第二振膜104每个都由在牺牲层去除过程中不会被损坏的任何绝缘材料制成。例如，但不限于，绝缘材料可以是氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物、聚合物、不被牺牲层去除工艺损坏的材料及其组合。类似地，第一多个电极106、第二多个电极108和第三多个电极114、导电引脚120、边界壁212和第一连接器焊盘40、第二连接器焊盘44、第三连接器焊盘48中的任一个的材料可以是在牺牲层去除工艺期间不会被损坏的任何导电材料。例如但不限于，导电材料可以是多晶硅、一种或多种金属、金属合金、碳、不被牺牲层去除工艺损坏的材料及其组合。
70.参照图1、图2和图7，固定介电元件110设置在第一振膜102和第二振膜104之间。在一个实施方式中，第一振膜102和第二振膜104在整个基底111上延伸。在其它实施方式中，第一振膜102和第二振膜104在基底111的一部分而不是全部上延伸。第一振膜102和第二振膜104中的每一个的机械有效区域由设置在固定介电元件110与第一振膜102和第二振膜104中的每一个之间的材料117的最内径向边界(释放前沿)限定。如图1和图2所示，在一个实施方式中，第一振膜102和第二振膜104的部分径向延伸超过释放前部。
71.在上述mems管芯100的操作期间，例如作为装置(例如传感器组件900(见图9))的一部分的声换能器1000，相对于地的dc电压偏置形式的电荷被施加到第三多个电极114的至少一个子集，其中，第三多个电极114包括分别设置在第一振膜102和第二振膜104上的第一多个导电层116和第二多个导电层118，并且通过导电引脚120连接。差分放大器70的第一输入端72、第二输入端74向第一多个电极106和第二多个电极108的至少子集提供接近地电位的dc偏压。在设置在第一振膜102的第一面20和第二振膜104的第一面24上的每对电极之间感应出电场。
72.因此，如上参照图1和图5所述，设置在第一振膜102上的至少成对的第一多个电极106和第一多个导电层116限定具有第一电容的第一电容器，设置在第二振膜104上的至少
成对的第二多个电极108和第二多个导电层118限定具有第二电容的第二电容器。由包括例如但不限于声压、振动或加速度的输入引起的第一振膜102和第二振膜104相对于固定介电元件110的运动分别引起第一振膜102和第二振膜104中的每一个与固定介电元件110之间的间隔172、174的变化。间隔的变化引起第一电容器和第二电容器中的每一个的有效介电常数的变化，从而调制第一电容和第二电容，其可以被检测为输出电压电平的变化，该输出电压电平可以被放大，如关于图6所述。
73.转到图9，用作声换能器1000的mems管芯100被配置成装配在传感器组件900内。传感器组件900包括壳体，该壳体包括具有第一表面905和相反的第二表面907的基座902。壳体还包括盖904(例如壳体盖)和声端口906。在一个实施方式中，声端口906在第一表面905和第二表面907之间延伸。在一个实现中，基座902是印刷电路板。盖904连接到基座902(例如，盖904可以安装在基座902的外围边缘上)。盖904和基座902一起形成传感器组件900的封闭容积908。
74.如图9所示，声端口906设置在基座902上，并构造成将声波传送到用作位于封闭容积908内的声换能器1000的mems管芯100。在其它实施方式中，声端口906设置在盖904和/或盖904的侧壁上。在一些实施方式中，传感器组件900形成紧凑计算设备(例如，便携式通信设备、智能电话、智能扬声器、物联网(iot)设备等)的一部分，其中可以集成一个、两个、三个或更多个组件，用于拾取和处理各种类型的声信号，例如语音和音乐。
75.传感器组件900包括设置在封闭容积908内的电路。在一个实施方式中，电路包括集成电路(ic)910。在一个实施方式中，ic 910设置在基座902的第一表面905上，并且电连接到mems管芯100(作为声换能器1000)。ic 910可以是专用集成电路(asic)。或者，ic 910可包括集成各种模拟，模拟-数字和/或数字电路的半导体管芯。在一个实施方式中，盖904设置在基座902的第一表面905上，覆盖mems声换能器1000和ic 910。
76.在图9的传感器组件900中，mems声换能器1000被示为设置在基座902的第一表面905上。mems声换能器1000将通过声端口906接收到的声波，和/或振动，和/或感测到的加速度转换成相应的电传感器信号，并且响应于入射到声端口906上的声活动、振动和/或感测到的加速度，而在换能器输出处生成电信号(例如，电压)。如图9所示，换能器输出包括mems声换能器1000的焊盘或端子，其经由一个或更多个接合线912电连接到设置在封闭容积908内的电路。图9的传感器组件900还包括电触点，示意性地表示为触点914，通常设置在基座902的底面上。触点914电联接到设置在封闭容积908内的电路。触点914经配置以将传感器组件900电连接到多种主机装置中的一者。
77.如上所述，多个mems装置可以在单个批处理中制造。代表单个mems装置的批处理的单个部分被称为管芯。因此，多个mems管芯可以在单个批处理中制造，然后被分割或以其他方式分离以用于进一步的制造步骤或用于其最终用途，其例如但不限于包括作为声换能器或麦克风的其他部分。
78.用于制造如上所述的mems管芯100的制造工艺中的步骤包括在工件上执行的蚀刻、掩模、图案化、切割、钻孔和/或释放步骤。这里不详细描述所有步骤。然而，通常使用牺牲材料将最终作为mems管芯100的结构而结束的工件部分层叠到工件上，或者以其它方式从固体材料块钻出或蚀刻出工件部分。
79.关于本文中复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可根据上下文和/或应用
适当地从复数转化为单数和/或从单数转化为复数。为清楚起见，本文中可明确阐述各种单数/复数排列。
80.除非另外指明，否则词语“近似”、“约”、“大约”、“基本上”等的使用意指加或减百分之十。
81.已出于说明和描述的目的呈现了对说明性实施方式的以上描述。其并非旨在穷举或限制所公开的精确形式，并且根据上述教导可以进行修改和变化，或者可以从所公开的实施方式的实践中获得修改和变化。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。