CN102932721A

CN102932721A - Mems传声器

Info

Publication number: CN102932721A
Application number: CN2012104405811A
Authority: CN
Inventors: 万景明
Original assignee: Shandong Gettop Acoustic Co Ltd
Current assignee: Gettop Acoustic Co Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN102932721B

Abstract

本发明提供了一种MEMS传声器，包括：内置于传声器外壳与印刷电路板连结形成的腔体中的集成电路芯片、MEMS芯片和设置于该MEMS芯片上的振膜，印刷电路板上设有音孔；上述集成电路芯片和MEMS芯片固定在印刷电路板上并通过金属线实现三者电连接；还包括：覆盖在上述MEMS芯片上方的保护罩，保护罩的顶部与振膜保持一定距离，保护罩的底部与上述印刷电路板固定连接。本发明采用固定在印刷电路板上的保护罩，覆盖于MEMS芯片上方，能够简单有效地保护MEMS芯片，减少MEMS芯片振膜的破损风险，提高MEMS传声器的可靠性，延长MEMS传声器的使用寿命。

Description

MEMS传声器

技术领域

本发明涉及传声器技术领域，特别地，涉及一种MEMS传声器。

背景技术

MEMS麦克风是采用微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）工艺制作的microphone。其中，麦克风又称传声器。

这种新型麦克风内含两个芯片―MEMS芯片和专用集成电路(ASIC)芯片，两枚芯片封装在一个表面贴装器件封装体中。MEMS芯片包括一个刚性穿孔背电极和一片用作电容器的弹性硅膜。该弹性硅膜将声波转换为电容变化。ASIC芯片用于检测电容变化，并将其转换为电信号输出。

MEMS麦克风与传统电容式麦克风（ECM）相比，不仅具有很好的声学性能，还具有较高的信噪比和一致性较好的敏感度，并且在不同温度下的性能都十分稳定。MEMS麦克风的另一突出优点是功耗很低，平均只有70μW，工作电压范围1.5V～3.3V。而且，MEMS麦克风相对于传统ECM麦克风更易于组合成麦克风阵列，且稳定性很高，结合后端的语音算法，麦克风阵列能够实现通话的指向性和提高通话质量。目前Windows Vista已经内置了麦克风阵列的算法，因此各大笔记本厂家都在争相寻找高质量的MEMS麦克风，从而提高其视频通话中的语音传输质量。

基于上述特性，MEMS麦克风具有非常广泛的用途，既可用于智慧型手机，也可用于消费类电子产品、笔记本电脑以及医疗设备(如助听器)，还可应用于汽车行业(如免提通话装置)。甚至是将其应用于工业领域，例如用声波传感器监控设备运转。

MEMS麦克风分前进音和零高度两种结构，对于零高度产品，MEMS芯片正对音孔，没有保护装置，外部声(气)压直接施加在MEMS芯片上。但MEMS麦克风内部的关键性器件—MEMS芯片即振动组件上的振膜材料为既薄又脆弱的单晶或多晶硅结构，在较大声或气压冲击下会发生过度形变而破碎，由此会导致整个麦克风因振动组件损坏而无声音信号输出。另外，由于振膜材料为既薄又脆弱的单晶或多晶硅，在生产过程中，均会由于MEMS芯片破损造成一定的资源浪费，甚至会影响到产品的用户体验。以上现状为目前MEMS麦克风领域普遍存在的可靠性问题，也是MEMS芯片亟需解决的一个难题。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够降低MEMS传声器中MEMS芯片的损坏机率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种MEMS传声器，能够有效保护其包含的MEMS芯片，减小MEMS芯片上振膜的破损风险。

为了解决上述问题，本发明提供了一种MEMS传声器，包括：内置于传声器外壳与印刷电路板连结形成的腔体中的集成电路芯片、MEMS芯片和设置于该MEMS芯片上的振膜，上述印刷电路板上设有音孔；上述集成电路芯片和MEMS芯片固定在上述印刷电路板上并通过金属线实现三者电连接；还包括：覆盖在上述MEMS芯片上方的保护罩，上述保护罩的顶部与上述振膜保持一定距离，上述保护罩的底部与上述印刷电路板固定连接。

优选的，上述保护罩的顶部与上述振膜的垂直距离不超过50微米。

优选的，上述保护罩的顶部与上述振膜的垂直距离为10~30微米。

优选的，上述保护罩采用金属材料制成。

优选的，上述保护罩采用非金属材料制成。

优选的，上述保护罩的顶部开设有一凹槽。

优选的，上述保护罩顶部的凹槽呈方形。

优选的，上述保护罩顶部的凹槽呈弧形。

优选的，上述保护罩顶部的凹槽为开设有小孔洞的网状结构。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点：

本发明采用固定在印刷电路板上的保护罩，覆盖在MEMS芯片上方，能够简单有效地保护MEMS芯片，减少MEMS芯片振膜的破损风险，提高MEMS传声器的可靠性，延长MEMS传声器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明MEMS传声器实施例的剖视图；

图2-1是本发明MEMS传声器的保护罩实施例一的剖视图；

图2-2是本发明MEMS传声器的保护罩实施例一的俯视图；

图3-1是本发明MEMS传声器的保护罩实施例二的剖视图；

图3-2是本发明MEMS传声器的保护罩实施例二的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1所示的本发明MEMS传声器实施例的剖视图，本发明提供的MEMS传声器包括：印刷电路板1、MEMS芯片2、集成电路芯片（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）5、振膜11、传声器外壳8、保护罩10、音孔12。

其中，传声器外壳8与印刷电路板1结合形成腔体，内置ASIC芯片5和MEMS芯片2。传声器外壳8与印刷电路板1的连接处采用密封胶9进行密封，也可以采用锡膏进行密封。印刷电路板1上设置有音孔12。

在上述腔体内部，ASIC芯片5通过固定胶6粘接在印刷电路板1上，并通过封装胶7进行封装。MEMS芯片2通过MEMS片封装胶3固定在印刷电路板1上。MEMS芯片2上设置有振膜11。保护罩10覆盖在MEMS芯片2上方，同时也覆盖在振膜11的上方，保护罩10的顶部与振膜11保持一定距离，保护罩10的底部与印刷电路板1固定连接。ASIC芯片5、MEMS芯片2和印刷电路板1通过金属线4实现三者的电连接，将信号送到印刷电路板1上然后输出。在本发明实施例中，上述金属线4可以是金、银、铜等金属线。考虑到焊接的牢固程度，本发明优选采用金线。

图2示出了保护罩10实施例一的结构示意图，其中，图2-1为保护罩实施例一的剖视图，图2-2为保护罩实施例一的俯视图。保护罩为方形凹槽结构，本实施例提供的保护罩用于保护振膜11。

本发明的设计原理是，在较大声压或气压下，振膜11发生较大形变，覆盖在振膜11上方的保护罩10可以防止振膜11发生过度形变或破损形变，即振膜11仅能在一定范围内形变，若超出此范围则触碰保护罩的顶部且被保护罩限制，通过这种方式保护振膜。

图3示出了保护罩10实施例二的结构示意图，其中，图3-1为保护罩实施例一的剖视图，图3-2为保护罩实施例一的俯视图。本实施例提供的保护罩在顶部内侧设置有凹槽14，当保护罩10覆盖于MEMS芯片2上方时，该凹槽14的位置与音孔12的位置相对。凹槽14的形状可以为方形、弧形等形状，也可以是有些小孔洞的网状结构。

本实施例中，增加凹槽14的作用在于：确保振膜11在振动过程中不会碰触到保护罩10的表面，保证振膜11正常工作。同时，凹槽14的设置有利于保证振膜11上方空气的流动性，降低声阻，从而减小传声器的信号失真。

在本发明上述实施例中，保护罩10的顶部与振膜11的垂直距离不超过50微米。优选的，保护罩10的顶端与振膜11的垂直距离保持在10~30微米之间。保护罩10可以采用金属材料制成，也可以采用非金属材料制成。

综上所述，使用本发明提供的MEMS传声器，在较大声压或气压下，振膜发生较大形变，覆盖在振膜上方的保护罩可以防止振膜发生过度形变或破损形变，即振膜仅能在一定范围内形变，若超出此范围则触碰保护罩的顶部且被保护罩的顶部限制，通过这种方式保护振膜。另外，为了检验本发明振膜保护方案的可靠性，通过正对音孔吹击的方法对本发明提供的MEMS传声器进行验证，结果显示：因振膜破损造成的产品失效率可以降低70%。可见，本发明采用的保护罩保护设计可增强MEMS振膜的牢固度及产品使用可靠性，使产品适合各种严酷的使用环境，延长使用寿命，增强了MEMS传声器的用户体验。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的一种MEMS传声器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种MEMS传声器，包括：内置于传声器外壳与印刷电路板连结形成的腔体中的集成电路芯片、MEMS芯片和设置于该MEMS芯片上的振膜，所述印刷电路板上设有音孔；所述集成电路芯片和MEMS芯片固定在所述印刷电路板上并通过金属线实现三者电连接；其特征在于，还包括：覆盖在所述MEMS芯片上方的保护罩，所述保护罩的顶部与所述振膜保持一定距离，所述保护罩的底部与所述印刷电路板固定连接。

2.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩的顶部与所述振膜的垂直距离不超过50微米。

3.根据权利要求2所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩的顶部与所述振膜的垂直距离为10~30微米。

4.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩采用金属材料制成。

5.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩采用非金属材料制成。

6.根据权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩的顶部开设有一凹槽。

7.根据权利要求6所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩顶部的凹槽呈方形。

8.根据权利要求6所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩顶部的凹槽呈弧形。

9.根据权利要求6所述的MEMS传声器，其特征在于，所述保护罩顶部的凹槽为开设有小孔洞的网状结构。