CN101860781A - 丝带式麦克风的声电转换芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供丝带式麦克风的声电转换芯片，以半导体制程与微机电技术制成并包含一层支撑框、一层形成在支撑框上用以将声能转换成可输出应用的感应电动势的响应单元，响应单元具有一层绝缘的振膜及形成在振膜上且可导电的音圈膜，特别的是，振膜包括可受声能作用而形变的振动区域，与连结在支撑框的固定区域，音圈膜包括两由内向外概呈矩形同向卷绕的音圈，且每一音圈包括多个垂直于磁场方向并位于振动区域而可位移产生感应电动势的第一垂直段，借着这样的设计可以增加音圈膜的感度，有效提升丝带式麦克风的频率响应特性。

Description

丝带式麦克风的声电转换芯片

技术领域

本发明涉及一种芯片，特别是涉及一种用于封装麦克风的丝带式麦克风的振膜芯片。

背景技术

由“声”“电”转换的方式区分，麦克风分为电容式、压电式，及丝带式(Ribbon MIC，也称为动圈式)三大类。

电容式麦克风的特征是可被声能作用的振膜是一电容，当声能作用在此振膜上时会使振膜产生振动(形变)，而使原本设计的电容发生变化，从而可将电容改变转换产生微小的电位差，再经过放大后送出可供后续应用的电子信号；压电式麦克风的特征是可被声能作用的振膜是由例如石英等的压电材料所构成的，当声能作用在振膜上时会因为压电材料的本身特性产生电流变化，从而转换可供后续应用的电子信号。

如图1、图2所示，丝带式麦克风1包含一个供声能穿透的壳座11、一组设置于该壳座11中并形成一个沿第一方向100磁场的磁力装置12、一片可以感应声能并产生对应形变的振膜13(Diaphragm)，及一可导电且对应于该磁场地设置在该振膜13上的音圈14(Voice Coil)，其特征是当声能作用在振膜13上会使振膜13产生振动(形变)，从而带动音圈14相对磁场位移，进而以音圈14切割磁力线产生感应电流，送出可供后续应用的电子信号。由于振膜13带动音圈14位移时切割磁力线的数目愈多，产生的感应电流也会愈大，麦克风的感度也会越好，所以振膜13、音圈14常会设计呈皱折丝带形式，进而得到更佳的感度。

以往丝带式麦克风1的制作，却会衍生下述缺失：

一、振膜与音圈体积尺寸与重量较大，会产生明显信号衰减：

由于丝带式麦克风1进行声电转换的主要机制是靠着振膜13感应声能的变化而带动音圈14，此一动作模式类似于卡车带动货柜移动的过程，货柜愈重，卡车愈难带动货柜移动，而当两者都开始动作后，卡车也愈不易在短时间、短距离完全煞车停止。

所以，对丝带式麦克风1而言，愈轻巧纤细的振膜13与音圈14越容易感受到愈微弱的声能变化，也愈容易在极短的时间里完全静止、再次动作，也就是感度愈高、频率响应特性愈好。

但是，受限于目前丝带式麦克风1的制作，特别是振膜13与音圈14的部分，绝大多数是以机械加工方式成型制作的，而因为机械加工有其尺寸极限，所以制作出的振膜13与音圈14仍嫌过重、过大，封装成的丝带式麦克风1也会因为振膜与音圈体积尺寸与重量较大，而在高、低频时会产生明显信号衰减的缺点。

二、音圈长度减少、降低丝带式麦克风的感度：

为解决上述问题，发明人曾以中国台湾公告第096116115号专利申请案“动圈式麦克风芯片的制造方法”与第96116113号专利申请案“麦克风芯片及动圈式麦克风”提出利用半导体制程与微机电技术制作出适用于封装成动圈式麦克风的动圈式麦克风芯片，从而大幅微型化振膜13与音圈14的体积尺寸与重量，有效地大幅降低动圈式麦克风的体积与重量，满足应用动圈式(丝带式)麦克风的电气产品往轻、薄、短、小发展的潮流趋势。

但是，发明人发现对丝带式麦克风而言，除了振膜13与音圈14的体积与重量会影响到感度之外，对应在磁场中位移的音圈14总长度也是一个重要的参数。

虽然利用半导体制程与微机电技术可以制作出微型的丝带式麦克风芯片，但是微型化的结果却会让动圈式麦克风芯片的音圈14长度减少、降低封装制得的丝带式麦克风的感度。

所以目前丝带式麦克风芯片仍有改进的空间需要发明人的持续研究改进，以提升封装制得的丝带式麦克风的感度与频率响应特性。

发明内容

本发明的目的，是在提供一种音圈质量固定时总长度增加而具有高感度的丝带式麦克风的声电转换芯片。

本发明的丝带式麦克风的声电转换芯片，该丝带式麦克风包含一可供声能穿透的壳座，及一组设置于该壳座中并形成一沿第一方向之磁场的磁力装置，该声电转换芯片封装在该壳座中，并包含一支撑框及一响应单元。

该支撑框与该磁力装置共同界定出一个具有一开口的振动空间。

该响应单元形成在该支撑框上，具有一以绝缘材料形成并连结在该支撑框顶面的振膜，及一以导体材料形成在该振膜上成薄层形式的音圈膜，该振膜包括一对应该开口的振动区域，及一由该振动区域周缘向外延伸并与该框架单元顶面连接的固定区域。

该音圈膜包括两由内向外概呈矩形同向卷绕且终点端彼此连接的音圈，每一音圈具有多个概与该第一方向平行的连接段、多个概与该第一方向垂直且端点与该连接段端点连接的第一垂直段，及多个概与该第一方向垂直且端点与该连接段端点连接的第二垂直段，该等第一垂直段彼此间隔地位在该振动区域上，该等第二垂直段彼此间隔地位在该固定区域上。

当该振膜的振动区域受穿透该壳座的声能作用而产生对应形变时，同步带动该音圈膜两音圈的第一垂直段在该磁场中位移产生感应电动势。

本发明的有益效果在于：提供一种具有两音圈的音圈膜的声电转换芯片，借着音圈膜的型态设计而大幅提升音圈的总长度，进而提高声电转换芯片的感度，而使得封装制得的丝带式麦克风具有更佳的频率响应特性。

附图说明

图1是一俯视示意图，说明一个现有的丝带式麦克风；

图2是一剖视示意图，辅助说明图1现有的丝带式麦克风；

图3是一俯视示意图，说明本发明丝带式麦克风的声电转换芯片的一优选实施例；

图4是一剖视示意图，辅助说明图3本发明丝带式麦克风的声电转换芯片的优选实施例；及

图5是一局部剖视图，说明本发明丝带式麦克风的声电转换芯片的振膜、音圈膜的另一种截面形式。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

如图2、图3所示，本发明一种丝带式麦克风2的声电转换芯片5的一优选实施例，适用与一组形成一个沿第一方向100磁场的磁力装置4共同封装在一个可供声能穿透的壳座3内，而成一个丝带式麦克风2。

该壳座3具有一底壁31、一由该底壁31周缘向上延伸的周壁32，及一与该周壁32顶缘连结的顶壁33，该底壁31、周壁32，与顶壁33共同界定出一个供该磁力装置4、声电转换芯片5容置的封装空间34，且该顶壁33并包括一可供声能穿透的结构层331。

该组磁力装置4具有一块设置在该壳座3底壁31上的磁铁块41，及两个成翻转90°的“U”字型且呈镜像相对的设置的导磁轭块42，该两个导磁轭块42底部分别与该磁铁块41的两磁极相连接且彼此相间隔地对应设置，而将该磁铁块41的磁力线导引成一个位于两导磁轭块42顶部并沿第一方向100的水平方向磁场。

该声电转换芯片5是应用半导体制程与微机电技术制成，包含一层支撑框6，与一层定义形成在该支撑框6上的响应单元7。

该支撑框6由一块基材经过半导体制程定义形成，具有相间隔的一块第一基块61与一块第二基块62，且该第一、二基块61、62分别设置在该磁铁块41上时高度实质到达该两导磁轭块42顶部，与该磁铁块41、导磁轭块42共同形成一个具有一开口63的振动空间64。

该层响应单元7应用微机电技术经过半导体制程形成极薄的平板形式，连接在该支撑框6上并与该壳座3顶壁33的内面相间隔地位于该磁场中，具有一层以绝缘材料形成的振膜71，及一层以导体材料形成在该振膜71上的音圈膜8。

该层振膜71并包括一封闭该振动空间64开口63的振动区域711，及一由该振动区域711周缘向外延伸并与该支撑框6顶面连接的固定区域712。

该音圈膜8包括两由内向外概呈矩形同向卷绕的音圈81，每一音圈81的起始端815用于对外电连接以输出电信号，终点端811彼此连接，且每一音圈81具有多个概与该第一方向平行的连接段812、多个概与该第一方向垂直且端点与该连接段812端点连接的第一垂直段813，及多个概与该第一方向垂直且端点与该连接段812端点连接的第二垂直段814，该等第一垂直段813彼此间隔地位在该振动区域711上，该等第二垂直段814彼此间隔地位在该固定区域712上，当该振膜71的振动区域711受穿透该壳座3的声能作用而产生对应形变时，同步带动该音圈膜8两音圈81的第一垂直段813在该磁场中位移而切割磁力线，进而产生可向外输出的感应电动势。

当外界的声能穿透该壳座3而作用至该响应单元7时，该振膜71的振动区域711被穿透该壳座3的声能作用而在振动空间64与跟壳座3顶壁33间的间隙产生对应形变(振动)，并同步带动该音圈膜8在该磁场中位移，音圈膜8位移时两音圈81的第一垂直段813切割磁力线产生感应电动势，进而产生感应电流而输出对应于作用之声能的电子信号。

较佳地，该振膜71的厚度可在1～10μm(本例是2μm)，并以例如氮化硅、聚酰亚氨(Polyimide)、聚对二甲苯为材料沉积形成(本例是聚酰亚氨)；该音圈膜8的厚度也在数μm(本例是1μm)，并以例如铝、铜、铬/金等导体材料以电镀、溅镀、蒸镀等方式形成。

如图5所示，此外，当然，振膜71截面形式并非限定如图3所示的平板形式，为更有效提升频率响应特性，振膜71’之振动区域711’的截面亦可呈连续的弯折形式-此部份在技术上仅需先在基材上定义出对应弯折起伏的对应图像，即可对应制得此等形式的振膜71’，继而在后续形成音圈膜8’时，也同样地会依照振膜71’的截面形式而成截面连续的弯折形式。

其它，例如支撑框6，也可以视实际的需要，而成例如圆环形式、多个间隔之基块形式等等；由于此等变化组合种类众多，且对半导体制程与微机电技术而言并不特殊，故在此不再一一举例详述。

与发明人提出的中国台湾公告第96116113号专利申请案“麦克风芯片及动圈式麦克风”的包括有振膜与音圈的动圈式麦克风芯片相比较，在同样的支撑框结构、相同的振膜尺寸与音圈膜总质量相同的比较前提下，本发明的声电转换芯片5的音圈膜8的可振动面积约占振膜71面积的1/2，而原先的动圈式麦克风芯片的音圈膜的可振动面积约占振膜面积的1/3，实质参与切割磁力线的音圈81总长度则约增加50％，大幅增加芯片的感度，从而有效地提升丝带式麦克风5的总频率响应特性。

由以上说明可知，本发明提出具有两由内向外并同向卷绕且终点端811彼此连接的音圈81的丝带式麦克风芯片，该项设计具有下述功效：

一、振膜与音圈体积尺寸与重量小：

本发明应用半导体制程与微机电技术微型化用于封装制作丝带式麦克风2的芯片，缩减振膜71、音圈81的体积、厚度、质量的同时，仍能大幅增加有效产生感应电动势的音圈81总长度，从而提升芯片的感度。

二、音圈长度长、麦克风感度佳：

本发明依据丝带式麦克风的声电转换原理，借着音圈膜8两由内向外并同向卷绕且终点端811彼此连接的音圈81，大幅增加在收到声能作用时可以有效切割磁力线、产生感应电动势的音圈81长度，提升声电转换芯片5的感度。

Claims (5)

1.一种丝带式麦克风的声电转换芯片，所述丝带式麦克风包含一可供声能穿透的壳座，及一组设置于所述壳座中并形成一沿第一方向的磁场的磁力装置，所述声电转换芯片封装在所述壳座中；其特征在于：

所述声电转换芯片包含一支撑框及一响应单元，其中，所述支撑框与所述磁力装置共同界定出一个具有一开口的振动空间，所述响应单元形成在所述支撑框上，具有一以绝缘材料形成并连结在所述支撑框顶面的振膜，及一以导体材料形成在所述振膜上成薄层形式的音圈膜，所述振膜包括一对应所述开口的振动区域，及一由所述振动区域周缘向外延伸并与所述支撑框顶面连接的固定区域，所述音圈膜包括两由内向外概呈矩形同向卷绕且终点端彼此连接的音圈，每一音圈具有多个概与所述第一方向平行的连接段、多个概与所述第一方向垂直且端点与所述连接段端点连接的第一垂直段，及多个概与所述第一方向垂直且端点与所述连接段端点连接的第二垂直段，所述等第一垂直段彼此间隔地位在所述振动区域上，所述等第二垂直段彼此间隔地位在所述固定区域上，当所述振膜的振动区域受穿透所述壳座的声能作用而产生对应形变时，同步带动所述音圈膜两音圈的第一垂直段在所述磁场中位移产生可向外输出的感应电动势。

2.根据权利要求1所述的丝带式麦克风的声电转换芯片，其特征在于：

所述支撑框是以半导体制程将一块基材定义形成，并具有相间隔的一第一基块与一第二基块，且所述磁力装置具有一个磁铁，及两个相间隔并分别与所述磁铁的两磁极连接而形成所述磁场的导磁轭块，所述第一、二基块分别贴靠近所述两导磁轭块相向的内侧面地设置在所述磁铁上，且所述第一、二基块的顶面实质与所述两导磁轭块的顶端成水平。

3.根据权利要求2所述的丝带式麦克风的声电转换芯片，其特征在于：

所述振膜的厚度是1～10μm，且选自于氮化硅、聚酰亚氨，或聚对二甲苯为材料构成。

4.根据权利要求2所述的丝带式麦克风的声电转换芯片，其特征在于：

所述振膜的振动区域截面成连续弯折形式。

5.根据权利要求2所述的丝带式麦克风的声电转换芯片，其特征在于：

所述振膜的振动区域的截面成平板形式。

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