CN102984633B - 一种具有嵌入式织物材料防护屏的微机电系统传声器 - Google Patents

Abstract

一种具有嵌入式织物材料防护屏的微机电系统传声器，包括一个传声器本体，所述传声器本体具有一个开口，所述开口上设置有织物材料防护屏，所述织物材料防护屏在封装所述微机电系统设备的过程中被嵌入到传声器本体中。

Description

一种具有嵌入式织物材料防护屏的微机电系统传声器

技术领域

本发明涉及一种具有嵌入式织物材料防护屏的微机电系统传声器。

背景技术

众所周知，最普通的用于声学设备的传声器类型有所谓的“ECM”(驻极体电容传声器)和“MEMS”(微机电系统)传声器。

第二种传声器类型是一个很小的设备，安装在蜂窝式电话和手提式声学设备中，且其典型的尺寸为7×4×3mm。

微机电系统传声器包括一个传声器金属本体，其由所谓“封装”的组装工序制备而成，其中不同的材料层之间，包括金属材料，以全自动的方式重叠在一起。

在焊接完毕传声器内部的电路元件后，通过切割一次性传声器板的边缘，使得传声器被从一次性的传声器板上分离。

通过单独的切割操作，大量的传声器被切割下来。

在切割前，所有的传声器都经过了电性能测试，且残次品会自动的被与正品分开。

如此制作的传声器具有基本的特征，其中，最重要特征在于它们非常的小。

传声器金属本体是很好的热导体。

以上的工序会产生很高的热量，因为传声器的内部结构是被焊接的，相应的需要在制造传声器的生产线出口处进行100％的定量和定性控制。

众所周知，以上所述的传声器包括数个金属销，通常为6个，所述金属销被焊接到PCB(印刷电路板或所谓的母插件)上，最终的声频设备被设置其上。

将微机电系统安装于印刷电路板上的传统的方法如下：

微机电系统传声器可能包括一微机电系统模具，所述类型的模具被安装于印刷电路板的顶部或底部(位于其内表面或外表面)。

两种装备模具均可用于批量生产声学设备，而其选择决定于最终声学设备体系结构的目标。

所述传声器的开口必须直接对准声源，以便收集声波用以满足传声器的操作需求。

根据传声器在印刷电路板或母插件上的位置不同，所述传声器的开口位置会有所改变。

事实上，对于顶部设置的微机电系统，开口被设置在与连接销被焊接到印刷电路板相反的印刷电路板表面。

相反的，对于设置于底部表面的微机电系统传声器，印刷电路板上被钻孔，且所述连接销被焊接从而连接所有设置的孔。

因此，所述微机电系统的开口应该设置于与连接销同一面上，如，冲向外部的声源。

相应的，很显然以上不同的位置会影响在焊接销钉操作时流向开口的热量：更具体的，对于底部安装的微机电系统，开口被设置在与连接销钉最接近的位置，其热流达到最大值。

当一个防护屏被直接设置于开口位置时产生了一个问题，所述问题在以下的描述中会更加的清晰。

关于传声器的保护设施，最基本的需要是阻止微小颗粒和水滴进入到传声器中，所述微小颗粒和水滴会使得声学相应设备失效或腐蚀。

此种保护目的可以通过在微机电系统开口附近设置防护屏而实现。

织物材料和多孔介质屏通常被用于作为防护屏障用于阻挡颗粒的渗入。

在声学领域，一种网孔状织物材料被经常使用。

这种主要应用的材料由织物组成，且具有20到100微米的网孔尺寸，所述织物包括人工合成的单线程纱线。

一种聚酯聚合物(PET)通常也被应用。

一个关于上述织物材料的著名的例子是“ACOUSTEX B160”织物，其具有21微米的网孔尺寸，且其密度为190线/厘米，所述“ACOUSTEX B160”织物是由31微米的单线PET细纱纺制而成的，所述31微米的单线PET细纱具有160MKS Rayls的声学阻抗，所述“ACOUSTEXB160”织物由纱帝公司制备的。

当防护屏被应用时，典型的解决方法是使用冲切下来独立元件，所述独立元件由泡沫或粘性材料编织的网状织物制成，连接于开口的附近并覆盖声学设备外表面。

如此的独立元件防止了防护屏暴露于预备焊接操作产生的热量中。

对于顶部设置的微机电系统，一种优先的解决方法是将冲切元件设置于设备外体的内表面。

所述冲切元件是由织物材料防护屏构成，所述织物材料防护屏具有附加的粘性双环元件和任选的薄泡沫层，作为一种悬挂层操作。

因为，所述冲压部分的残余结构附着于蜂窝式电话的外体，或其他声学设备上，所述冲压部分提供了一种很好的保护。

但是，这种方法被一系列的缺点所影响，如需要增加独立组件，所述独立组件必须在设备的最终组装前被安装，而这些缺点增加了设备的制作周期和成本。

另外，所述微机电系统传声器在其中间的组装步骤中缺乏保护，即从印刷板的焊接步骤到塑料材料体的封装步骤。

考虑到传统微机电系统制作方法中相对较高的残次品率，因此，在上述提到的步骤中缺乏保护是非常危险的。

底部设置的微机电系统具有较小的暴露的开口，但是，也必须防止细小的颗粒的从开口渗入。

目前，在印刷板相反的一面设置有一个冲切元件，所述冲切元件由附加粘结剂的人工合成的防护屏组成，其可以有效的保护微机电系统开口免受细小颗粒的侵入。

如此的解决方法是令人满意的，即使不完美，因为预留有侧面的开口空间；但是，其具有如顶部设置的微机电系统相同的缺点，即需要进行附加冲压部分的组装步骤且在设备的组装操作中缺乏对传声器中间步骤的保护。

除此之外，在所谓的“封装”和组装步骤中，所述微机电系统传声器至少要被加热两次。

微机电系统同样可以由其他的方法制备，一些方法使用“软熔”工序，而该工序会在传声器本体内产生大量的热量，使得传声器本体达到一个危险的温度。

另外，温度数据会根据微机电系统的制备方法的不同而有所改变，最主要的如在最后的设备安装操作步骤中，所述微机电系统被焊接到印刷电路板上的向上或向下的直接连接的焊点上。

在此种连接中，特别需要指出的是，所述微机电系统具有非常小的尺寸且主要是由金属材料制成的，从热的角度来说又是一个危险的状况。

在制备微机电系统的过程中产生的温度能够达到300℃，这对于防护屏材料来说是很危险的。

目前，以上提到的防护屏或屏障通常是由聚酯材料(PET)制备而成，聚合物的熔点一般在240到260℃之间，因此，直接暴露于高温下会使得这种合成的网孔防护屏毁损或毁灭。

基于上述原因，以上提到的冲压部分被设置于接近微机电系统的位置，而不是位于其中。

所述屏障的安装处于第二操作步骤，在所有加热工序之后，即在制备完成微机电系统和完成其焊接之后。

这就是现有的微机电系统制备方法最主要的局限之处，这是一个非常复杂的组装工序，在中间的工序步骤中缺乏保护措施，在使用的过程中的保护措施不令人满意且不完美。

如上所述，现有的方法中的顶部设置和底部设置微机电系统都是不理想的，因为，附加组件的组装需求大大增加生产成本。

另外，需要进一步指出的是，所述防护屏仅仅在最后的声学设备被全部组装完成后才能被安装，或至少在将传声器焊接到印刷电路板上后才能被安装，且通常在另一客户的不同制备地点安装。

因此，在制作、仓储、运输(如果需要)和最后的印刷电路板电路焊接过程中，所述微机电系统处于无保护措施的状态。

理论上的理想方法是为微机电系统本身提供保护。

换句话说，防护屏应该被制作成与微机电系统作为一个独立的整体，在接下来的组装步骤中，可能“忘记”了防护屏的存在。

在实践中，由于温度的限制，这种构思是不可行的。

在将传声器焊接到其目标位置前将防护屏全部安装是非常有利的。

也就是说，人工合成的防护屏应该能够至少承受焊接操作中产生的热量，这是相当关键的，主要对于底部安装的微机电系统。

事实上，在底部安装的微机电系统中，传声器开口冲向印刷电路板，且非常接近于焊接到印刷电路板上的连接触点。

因此，考虑到这些金属部件之间极小的距离和高的导电性，在焊接操作过程中，不希望达到所述防护屏的熔融温度。

换句话说，底部安装型对于在传声器开口区域加热是最为敏感的形式。

如果希望在接近开口的区域安置防护屏，则防护屏必须能够承受焊接产生的热量。

对于顶部安装的微机电系统，连接销和开口之间的距离稍微大一些，相应的，焊接操作的热应力则小于底部安装的微机电系统的热应力。

在某些有利的情况下，现有的聚酯防护屏从耐热的角度来说是令人满意的。

但是，为了保证在所有的计划的工序中具有恰当的保护屏障，需要一种具有更高的可接受的温度临界值的材料。

发明内容

相应的，本发明的主要目标是提供一种嵌入式织物材料防护屏用于保护微机电系统传声器，以克服以上公开的现有技术中的缺点。

在以上所提到的目标范围内，本发明的主要目的是提供一种织物材料防护屏，所述织物材料防护屏在微机电系统的制作过程中，被直接应用于传声器上，同时起到了保护微机电系统免受细小颗粒和水滴的侵入，从而改进微机电系统设备的声学效率。

本发明的另一目的是提供一种织物材料防护屏，所述织物材料防护屏可以被制作成微机电系统设备的嵌入式部分，在开始制备微机电系统的工序中，通过设计一个专用的制备系统，即所谓的专用的“封装”。

本发明的进一步的目的在于，允许所述微机电系统内置一个柔性用户设备，且不需要增加外部组件。

本发明的进一步的目的在于，提供一种织物材料防护屏，所述织物材料防护屏由一种具有令人满意的和充分的耐热性能的防护屏材料制成，从而防止微机电系统在焊接操作中被毁损。

根据本发明的一个方面，以上提到的目标和目的，连同另外的目的，在下文中会更加明显，通过一种具有嵌入式织物材料防护屏的微机电系统来实现，其特征在于，所述微机电系统包括一个传声器本体，所述传声器本体具有一个开口，所述开口上设置有织物材料防护屏，所述织物材料防护屏在封装所述微机电系统的过程中被嵌入到传声器本体中。

附图说明

本发明的更进一步的特性和优势在以下优选实施例的详细的描述中会更加明显。虽然不是排他的，本发明的体现是通过附图所代表的例子的说明来实现的，但并不限于此。

图1为微机电系统被安装于印刷电路板顶部的示意图。

图2为微机电系统被安装于印刷电路板底部的示意图。

具体实施方式

引用以上提到的附图中的编号，根据本发明所述的用于保护微机电系统的嵌入式织物材料防护屏，通常由附图标记1表示，包括一个传声器本体2，所述传声器本体2具有一个开口3，所述开口3上织物材料防护屏4，所述织物材料防护屏4在所述微机电系统的封装阶段中被嵌入到传声器本体2中。

图1显示了微机电系统被安装于印刷电路板顶部的应用实施例。

另外，图1中的点划线，由附图标记5表示，为现有技术中防护屏的位置，作为一个独立的冲切元件。

相反的，本发明所述的防护屏4与传声器本体2连接并构成了后者整体的一部分。

相应的，所述传声器和相关的防护屏可以被作为一个独立的元件进行组装。

所述开口3被完全保护以防止其遭受外界颗粒的侵入，包括在声学设备的前期存储、焊接和组装的过程中。

对于顶部设置的模式，所述开口3远离连接到印刷电路板7上的连接销，所述防护屏4由传统的PET材料或先进的聚合物材料制备而成，所述材料能够承受高温，如PEEK、PPS、PTFE等。

设备的外壳，例如蜂窝式电话机，由附图标记8表示。

图2显示了微机电系统1被安装于印刷电路板底部位置的应用实施例。

点划线5显示了传统防护屏的位置，所述传统防护屏包括冲切粘接元件，所述冲切粘接元件固定到或附着到印刷电路板7的外表面上。

相反的，根据本发明，所述防护屏4被直接设置在传声器本体2中接近印刷电路板7的位置。

所述位置提供了一种很好的保护，使得声学设备在从焊接到最后组装的所有制备操作步骤中均能免受外界微小颗粒和水滴的侵入。

在以上构造中，由于所述开口3被设置的非常接近被焊接的连接销6，因此，会产生很高的热应力。

根据本发明，使用高耐热聚合物制备防护屏是可能的。

必须在微机电系统制备过程中，也就是其“封装”过程中，将防护屏4直接设置在微机电系统的外表面或内表面。

即使在这些过程中的某些操作步骤中产生热量，所述防护屏4也能够承受这些热量。

最后，作为结构材料的聚合物，如PEEK，具有足够高的熔融温度，从而保护所述材料不会被在被使用的制作方法中实际产生的最高温度所损坏。

为了能够承受焊接操作产生的热量，所述织物防护屏由高熔融温度的聚合物材料制备而成，如PEEK，PPS，PTFE和类似材料。

任何具有比PET高的熔融温度的材料均适合上述应用。

一种优选的织物结构是编织单线程网孔型。

例如，一种合适的编织网是由PEEK(聚醚醚酮)材料制备而成的，其熔融温度为343℃，可以承受微机电系统制作和焊接过程中产生的热量。

更好的，一种新型材料具有25微米的网孔尺寸，140网孔/厘米的栅距，而PEEK线或细纱具有40微米的直径。

织物防护屏的结构可以改变。

使用以上提到的聚合物材料是可能的，其具有单层或多层结构，具有不同的纺织纹理，具有单线或多线细纱，密度大于或等于100线/厘米，且单线的直径最大为60微米。

可以发现，本发明实现了以上提到的所有目标和目的。

事实上，制备好的嵌入式织物防护屏被直接设置到传声器本体中，在微机电系统的制备过程中，且能够防止微小颗粒和水滴的侵入，从而提高了微机电系统的声学效果。

根据本发明所述的防护屏，在微机电系统设备开始制作时就作为了整体的一部分，通过专门设计的制作方法，也就是所谓的“封装”。

本发明允许以非常柔性的方式将微机电系统设备结合为一个整体，而不需要增加外部元件。

在本发明的具体实施中，根据实际需要，所使用的材料，可能的尺寸和形状可以是任意的。

Claims (7)

1.一种微机电系统传声器设备，其包括具有开口的一个传声器本体，所述开口上设置有防护屏，其特征在于，所述防护屏是由织物材料制成的织物屏并且在封装所述微机电系统传声器设备的时候被嵌入到所述传声器本体中，其中所述织物材料是适于承受高温的聚合物材料，并且其中所述聚合物材料被布置在单层或多层结构中，具有不同的纺织纹理，由单线细纱或多线细纱制成，具有大于或等于100线/厘米的细纱密度和高达60微米的线直径。

2.根据权利要求1所述的微机电系统传声器设备，其特征在于，所述聚合物材料具有足够高的熔融温度以承受在制备所述微机电系统传声器设备和焊接所述微机电系统传声器设备到印刷电路板上的过程中产生的热量。

3.根据权利要求1所述的微机电系统传声器设备，其特征在于，所述聚合物材料包括PEEK、PTFE和PPS。

4.根据权利要求1所述的微机电系统传声器设备，其特征在于，所述微机电系统传声器设备被安装在顶部安装部分，所述开口远离印刷电路板的表面，或者所述微机电系统传声器设备被安装在底部安装部分，所述开口朝向印刷电路板。

5.根据权利要求1所述的微机电系统传声器设备，其特征在于，所述织物屏包括由编织单线程网孔图案构成的织物结构。

6.根据权利要求1所述的微机电系统传声器设备，其特征在于，所述织物屏由编织网构成，所述编织网由具有343℃的熔融温度的PEEK材料制备而成。

7.根据权利要求6所述的微机电系统传声器设备，其特征在于，所述PEEK材料具有25微米的网孔尺寸、140网孔/厘米的栅距，并且所述PEEK材料具有40微米的直径。