Brevet FR2884101A1 — publié le 20061006

Domaine de l'invention Cette invention concerne l'élaboration d'un condensateur de microphone au silicium qui permet un effort réduit du diaphragme en augmentant la sensibilité du dispositif. Etat de l'art De nos jours, l'industrie électrique et électronique mondiale a pour objectif de produire des appareils de poids et de tailles de plus en plus petites. Ainsi, produire un microphone de petite taille, tout en préservant un rendement élevé est devenu un challenge tout à fait intéressant. Généralement, un microphone est constitué d'une plaque arrière et d'un diaphragme. Le matériau très fin Mylar a été souvent employé comme diaphragme. Cependant, son utilisation induit un effort plus élevé provoquant une faible sensibilité mécanique. En revanche, la conception d'un produit employant la technologie de micro usinage de silicium (silicon micromachining technology), technologie issue de la transformation des semi-conducteurs, apporte au produit nouvellement développé un condensateur utilisant le silicium et ses composés comme diaphragme. Ce diaphragme induit alors un effort intrinsèque plus faible qui augmente sa sensibilité. Représenté sur la figure 1, le dispositif décrit dans le brevet américain numéro 5888845 est constitué d'une couche de cristal de silicium germanium micro usiné qui comprend une membrane planaire 100 et une plaque arrière 110. La fine membrane 100 est formée par une couche de cristal de silicium simple, et est fixée par les bords. Ce type de produit induit un effort intrinsèque plus élevé et provoque des différences de son suivant la qualité de la fabrication du composé. Le microphone selon le brevet américain numéro 5870482, représenté sur la figure 2 est constitué d'un diaphragme 100a ayant des plissures 102, d'un bord fixé 103 et des bords libre 103a. La structure utilise l'état des bords pour réduire l'effort du diaphragme 100a afin d'en augmenter la sensibilité mécanique. Cependant, les plissures induisent souvent des problèmes de concentration d'effort, et par conséquent raccourcissent la durée de vie du diaphragme. Wang et al. (W. J. Wang, R.M. Lin, Q. B. Zou, et X. X. Li), dans "modèle 2884101 -2 et caractérisation d'un condensateur de microphone au silicium", J. Micromech. Microeng., vol. 14, 2004, pp 403-409, ont décrit le fonctionnement d'un Diaphragme Simple Profondément Ondulé (DSPO), dont le diaphragme de poly silicium est présenté sur la figure 3. Le Diaphragme Simple Profondément Ondulé (DSPO) est composé d'un diaphragme 100b, de plusieurs ondulations 102a, d'une plaque arrière 110a et d'un plot de connexion 111. L'utilisation de ce diaphragme est basée sur la profondeur de plissure qui a un grand impact sur la sensibilité. Cependant cette propriété peut engendrer des difficultés dans la fabrication. Au regard de ces différents modèles, l'invention utilise une autre structure de condensateur de microphone au silicium pour réduire l'effort intrinsèque du diaphragme, et donc augmenter la sensibilité du dispositif. Sommaire de l'invention En raison des inconvénients rencontrés sur les produits déjà décrits, un condensateur de microphone au silicium doit être composé d'une structure de soutien spéciale pour permettre la réduction de l'effort du diaphragme, tout en gardant un rendement élevé, une grande sensibilité et peu d'impact sur la fabrication de la fine membrane. L'invention porte sur un condensateur de microphone au silicium avec un effort réduit du diaphragme, comportant un substrat, un diaphragme et une plaque arrière. L'objet principal de cette invention est d'avoir élaboré une dentelure entre le diaphragme et la plaque arrière. Par ailleurs, une structure de soutien déformable est aussi élaborée à l'extérieur des bords de la dentelure afin de permettre au diaphragme suspendu d'être ancré au substrat. La structure de soutien peut être de conception souple en forme de râpe, de fourchette, en parallèle et/ou "T". La structure du diaphragme est totalement soutenue par des structures spéciales de libération de l'effort, qui permettent ainsi l'augmentation de la sensibilité mécanique du dispositif. Afin de mieux comprendre les dispositifs structuraux et les contenus techniques de cette invention, les schémas sont accompagnés d'une courte description. 2884101 3 Courte description des figures La figure 1 représente une vue en coupe d'un condensateur de microphone au silicium selon le brevet américain numéro 5888845. La figure 2 représente une vue en perspective d'un condensateur de microphone au silicium du brevet américain numéro 5870482. La figure 3 représente une vue en coupe d'un condensateur de microphone au silicium décrite par W. J. Wang et al. ; La figure 4 représente une vue en coupe d'un condensateur de microphone au silicium offrant un effort réduit du diaphragme en accord avec le principe de l'invention. La figure 5 représente une vue d'une structure de soutien en forme de râpe du condensateur de microphone au silicium permettant un effort réduit du diaphragme d'après le principe de l'invention. La figure 6 représente une vue supérieure des structures d'un soutien en forme de fourchette du condensateur de microphone au silicium permettant un effort réduit du diaphragme d'après le principe de l'invention. La figure 7 représente une vue supérieure d'une structure de soutien formée en parallèle du condensateur de microphone au silicium permettant un effort réduit du diaphragme d'après le principe de l'invention. La figure 8 représente une vue supérieure des structures de soutien en forme de "T" du condensateur de microphone au silicium permettant un effort réduit du diaphragme. Description détaillée des modes de réalisation préférés Comme représenté sur la figure 4, le condensateur de microphone au silicium permettant un effort réduit du diaphragme est constitué d'un substrat 1, d'un diaphragme 2, d'une plaque arrière 4, d'une dentelure 31 formée entre le diaphragme 2 et la plaque arrière 4. Une couche d'isolation 41 est fixée sur la plaque arrière 4 à côté d'un bord du diaphragme 2. Une couche protectrice 42 est fixée sur la plaque arrière 4 du côté distant du diaphragme 2. Plusieurs perforations 43 ont été réalisées sur la plaque arrière 4 perçant ainsi la couche d'isolation 41 et la couche protectrice 42. Par ailleurs, le dispositif est aussi composé d'un plot de connexion de diaphragme 51 et d'un plot de connexion 2884101 -4 pour la plaque arrière 52. Le diaphragme 2 et la plaque arrière 4 sont des électrodes inférieure et supérieure, et donc, quand le diaphragme 2 est sous pression acoustique, la capacité varie avec le mouvement du diaphragme 2. Comme représenté sur la figure 5, l'invention utilise le silicium poly cristallin (Poly silicium) comme film basse contrainte pour le diaphragme 2. De plus, l'usage de la dentelure 31 permet de garder une distance appropriée entre le diaphragme 2 et la plaque arrière 4, en définissant la taille et les bords du diaphragme 1 pour la vibration. D'ailleurs, le diaphragme 2 est de forme ronde, avec un bord externe déformable. La structure de soutien 21 est composée de plusieurs perforations courbes sous la forme d'une râpe permettant ainsi au diaphragme suspendu 2 d'être ancré au substrat 1. En conséquence, quand le diaphragme 2, vibre sous la pression acoustique, celui-ci se déplace vers l'intérieur en raison de l'effet intrinsèque de l'effort, causant ainsi le déplacement de l'appui de la structure 21 vers l'intérieur. L'effort du diaphragme se réduit et donc la sensibilité du dispositif augmente. Sur la figure 6, le dispositif représenté a été élaboré d'une façon légèrement différente que les précédents. De la même manière que mentionnée ci-dessus, le microphone est composé d'un diaphragme rond 2, et d'une dentelure 31 définissant la taille et les bords du diaphragme 1 pour la vibration. La différence principale entre les deux dispositifs réside dans la structure de soutien 22 qui est fixée sur le bord externe du diaphragme 2 sous la forme de fourchette avec des perforations courbes et en forme de "T" (la sensibilité mécanique augmente de la même façon). La figure 7, représente un condensateur de microphone au silicium 1 qui permet de réduire l'effort du diaphragme 2 en utilisant une structure de soutien 23. Sous la forme de parallèles, de perforations courbes ou encore en forme de H , cette structure soutient le diaphragme 2. Par ailleurs, comme le montre schéma 8 le bord externe du diaphragme 2 peut aussi former un "T" de soutien de la structure 24 et ainsi augmenter la sensibilité mécanique du diaphragme. Les caractéristiques du condensateur de microphone au silicium permettant un effort réduit du diaphragme selon la présente invention sont révélées ci-dessus. Dans le cas ou des procédés sont trouvées totalement identique aux définitions aux revendications ci-dessous, ou considérées 2884101 -5comme équivalentes, de telles procédés seront alors considérées comme faisant partie du champ prévue de l'invention. Nous reconnaissons que l'invention décrite avec une dentelure formée entre le diaphragme et la plaque arrière, est une structure de soutien déformable qui est formée en dehors du bord de la dentelure pour permettre au diaphragme suspendu d'être ancré au substrat. De nouvelles caractéristiques et avantages de l'invention couverte par ce document ont été déterminés dans la description antérieure. Il doit naturellement être compris, cependant, que cette description est, à bien des égards, seulement une illustration. Des changements peuvent être faits aux détails, en particulier sur la forme, la taille, ou l'arrangement des parties, tout en excédant pas la portée de l'invention. La portée de l'invention est bien sûr définie dans la langue en laquelle par les revendications apposées sont exprimées. -6-REVENDICATIONS 1 Microphone à condensateur au silicium permettant un effort réduit du diaphragme comportant un substrat (1), un diaphragme (2) et une plaque arrière (4), caractérisé par le fait qu'une dentelure (31) est formée entre le diaphragme (2) et la plaque arrière (4), où une structure déformable de soutien est aménagée en dehors du bord de la dentelure (31) pour permettre au diaphragme suspendu d'être ancré au substrat (1). 2. Microphone à condensateur au silicium selon la revendication 1 dont la structure de soutien (21) a l'aspect d'une râpe, notamment avec plusieurs perforations en courbes. 3. Microphone à condensateur au silicium selon la revendication 1 dont la structure de soutien (22) est en forme de fourchette avec plusieurs perforations en courbes et en forme de "T". 4. Microphone à condensateur au silicium selon la revendication 1, dont la structure de soutien (23) est en forme de parallèles, avec plusieurs perforations courbes et en forme de "H". 5. Microphone à condensateur au silicium selon la revendication 1, dont la structure de soutien (24) est en forme de "T". 6. Microphone à condensateur au silicium selon la revendication 1 dont la plaque arrière est composée d'une couche d'isolation sur le côté proche du diaphragme. 7. Microphone à condensateur au silicium selon la revendication 1 avec une plaque arrière composée d'une couche protectrice du côté distant latéral du diaphragme.