CN104145484A - 具有声管的麦克风模块 - Google Patents

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D·森古塔
B·莫斯
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Abstract

一种麦克风模块具有：衬底，其具有允许声波穿过衬底的孔径；安装到所述衬底以限定第一内部体积的盖子；安装到所述第一内部体积内的衬底的麦克风；以及耦合到所述衬底并覆盖所述孔径的外壳。所述外壳形成第二内部体积并且包括被配置为允许声音进入到所述第二内部体积的声学端口。所述模块进一步包括导管和至少一个外部接口垫，所述导管从所述外壳中的声学端口延伸，所述至少一个外部接口垫位于所述第二内部体积的外部。所述导管具有接收声波并引导它们朝向所述外壳中的声学端口的开口端。此外，所述至少一个外部接口垫电耦合到所述麦克风。

Description

具有声管的麦克风模块
优先权
本专利申请要求申请日为2011年11月17日，题为“MICROPHONEMODULE”，发明人为Kieran P Harney，Dipak Sengupta，Brian Moss和AlainGuery的美国临时专利申请61/561,121的优先权，通过引用的方式将其公开的内容作为整体合并于此。
技术领域
本发明总体上涉及麦克风，更具体的，本发明涉及用于容纳麦克风的结构。
背景技术
小型麦克风系统具有广泛的应用范围，包括用在助听器、蓝牙耳机和移动电话中。典型的麦克风系统包括麦克风元件，例如，微机电系统麦克风(也称作“微机械麦克风”、“硅麦克风”或者“微型机电系统(MEMS)麦克风”)。麦克风可以包括用于处理麦克风元件的电输出信号的板上电路，或者麦克风可以与另一个电路封装在同一个封装中。
很多麦克风封装具有底座和盖子，并且很多麦克风被配置为安装到较大的衬底(例如，印刷电路板或者较大系统的其他表面)上。例如，封装的麦克风可以安装到主机系统(例如，蜂窝电话)的内表面。然而，将麦克风系统/封装的麦克风设置在主机系统内以确保声信号能够到达它们的内部的麦克风元件是重要的。如果麦克风元件放置的离接收这些信号的主机端口(例如，移动电话的话筒)太远，所述麦克风元件可能就无法充分地接收并转换输入的声信号。
发明内容
根据本发明的一个实施例，麦克风模块包括衬底，所述衬底具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧。所述衬底具有孔径，所述孔径从所述第一侧延伸到第二侧以允许声波穿过所述衬底。所述模块还包括盖子、麦克风和外壳，所述盖子安装到所述第一侧以限定第一内部体积，所述麦克风安装到所述第一侧并且位于所述第一内部体积内，所述外壳耦合到所述第二侧并且覆盖所述孔径。所述外壳和第二侧形成第二内部体积，同时所述外壳包括被配置为允许声音进入到所述第二内部体积的声学端口。所述模块进一步具有导管和至少一个外部接口垫，所述导管从所述外壳中的声学端口延伸，所述至少一个外部接口垫位于所述第二侧并且位于所述第二内部体积的外部。所述导管具有接收声波并引导它们朝向所述外壳中的声学端口的开口端。另外，所述至少一个外部接口垫电耦合到所述麦克风。
所述外壳具有顶部和至少一个侧壁。所述声学端口从而可以被设置为穿过所述外壳的顶部，并且所述导管可以从所述外壳的顶部延伸。备选的或者另外，所述声学端口可以被设置为穿过所述外壳的侧壁，并且所述导管可以从所述外壳的至少一个侧壁延伸。所述外壳还可以包括第二声学端口，其中第二导管从所述第二声学端口延伸。除了其他形状之外，所述导管可以是直的。
所述麦克风可以包括MEMS麦克风，并且所述模块可以进一步包括与所述衬底的第一侧耦合的电路芯片。此外，所述盖子可以包括与所述衬底电连接的导电材料。例如，所述衬底可以具有金属化的部分，并且所述盖子可以由金属制成，并且电连接到所述衬底的金属化的部分以防止电磁干扰。
外壳可以采用多种不同的配置中的任意一个。例如，所述外壳可以包括带有凸缘的声管，其中，所述导管具有导管体积，所述导管体积形成大部分的所述第二内部体积。在这种情况下，所述带有凸缘的导管可安装成与所述衬底的第二侧基本持平。此外，覆盖不超过所述第二侧的一部分的所述外壳可以至少部分的由导电材料制成。
在某些实施例中，所述麦克风覆盖衬底中的孔径。另外或者可选的，至少一个外部接口垫优选地是可表面安装的。内部部件可以以多种不同的方式与外部接口垫电连接。例如，所述模块可以具有位于所述第一内部体积内的内部接口垫、位于所述内部体积内的电路芯片和位于所述内部体积内的第一和第二焊线(wire bond)。所述第一焊线可以将所述麦克风电连接到所述电路芯片，而所述第二焊线可以将所述电路芯片电连接到所述内部接口垫。所述麦克风从而可以通过所述第一焊线、电路芯片、第二焊线和内部接口垫与所述第二侧上的外部接口垫电连接。
根据本发明的另一个实施例，麦克风模块包括衬底，所述衬底具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧。所述衬底具有金属化的部分，所述衬底还具有孔径，所述孔径从所述第一侧延伸到第二侧以允许声波穿过所述衬底。所述模块还包括盖子、MEMS麦克风和电路芯片，所述盖子安装到所述第一侧，所述麦克风安装到所述第一侧并且位于所述第一内部体积内，所述电路芯片与所述衬底的第一侧耦合并且与所述麦克风电连接。所述第一侧和盖子被认为限定了第一内部体积，并且所述盖子由导电材料制成。所述盖子电连接到所述衬底的金属化的部分以防止电磁干扰。同样的，与MEMS麦克风的方式类似，所述电路芯片也安装到所述第一内部体积的内部。所述模块还具有耦合到所述第二侧并且覆盖所述孔径的外壳。所述外壳和第二侧形成第二内部体积，并且所述外壳还具有被配置为允许声音进入到所述第二内部体积的声学端口。所述外壳覆盖不超过所述衬底的所述第二侧的一部分。导管从所述外壳中的声学端口延伸。所述导管具有接收声波并引导它们朝向所述外壳中的声学端口的开口端。另外，所述模块还具有至少一个外部的、可表面安装的接口垫，所述接口垫位于所述第二侧并且位于所述第二内部体积的外部。所述至少一个外部接口垫电耦合到所述麦克风。
根据本发明的其他实施例，麦克风模块具有：衬底，其具有允许声波穿过衬底的孔径；安装到所述衬底以限定第一内部体积的盖子；安装到所述第一内部体积内的衬底的麦克风；以及耦合到所述衬底并覆盖所述孔径的外壳。所述外壳形成第二内部体积并且包括被配置为允许声音进入到所述第二内部体积的声学端口。所述模块进一步包括导管和至少一个外部接口垫，所述导管从所述外壳中的声学端口延伸，所述至少一个外部接口垫位于所述第二内部体积的外部。所述导管具有接收声波并引导它们朝向所述外壳中的声学端口的开口端。此外，所述至少一个外部接口垫电耦合到所述麦克风。
附图说明
通过下面参考附图讨论的“对示出的实施例的描述”，本领域技术人员将会更加全面地理解本发明的各个实施例的优点，附图立即概述如下：
图1A和1B示意性地示出了现有技术中的MEMS麦克风；
图2示意性地示出了现有技术中的封装的麦克风；
图3示意性地示出了现有技术中的封装的麦克风与其他部件一起安装到电路板上；
图4A和4B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图5A-5H示意性地示出了各种麦克风模块的实施例；
图6A-6D示意性地示出了各种麦克风模块的实施例；
图6E示意性地示出了带有凸缘的声管的实施例；
图7A-7D示意性地示出了各种麦克风模块的实施例；
图8示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图9示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图10示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图11示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图12A-12C示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图13A-13C示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图14示意性地示出了位于主机系统内部的麦克风模块的实施例；
图15A和15B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图16A和16B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图17A和17B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图18和19示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图20A-20C示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图20D示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图21A和21B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图22A和22B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图23A和23B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图24A和24B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图25A和25B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图26A和26B示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图27示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图28示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图29示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图30示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图31示意性地示出了麦克风模块的实施例；
图32A-32E示意性地示出了可以将声管接入到麦克风模块的方式。
具体实施方式
可以将各种麦克风模块的实施例以多种方式安装到主机系统中，因此为系统设计者提供了现有技术麦克风封装所不具有的灵活性和选择权。为此，在各种实施例中，麦克风模块具有至少一个声学地连接到其内部的麦克风元件的声学端口。在某些实施例中，声学端口包括被配置为连接到声管(或者音频波导)的结构，可以照原样使用所述声管，或者可以通过连接附加长度的声管来延长所述声管。声管将进入的声音引导到声学端口。这样，可以将麦克风模块安装到较大的系统内，而无需使麦克风模块的孔径紧邻声源或者与具有对准的相应的孔径的结构直接相邻。实际上，与发明者已知的各种现有技术中的麦克风封装不同，某些实施例可以不需要安装到底层的衬底。
麦克风(或者“麦克风元件”)是响应于碰接声波而产生电信号的换能器。麦克风的工作依赖于来自声源的声波到达麦克风，特别是麦克风的振膜的能力。一种类型的麦克风是微型机电系统(或者“MEMS”)麦克风100(也称作“微机械”)，图1A示意性地示出了麦克风100的透视图，而图1B示意性地示出了同一个麦克风100的剖视图。麦克风100包括由背板104上的弹簧102悬挂的振膜101。振膜101和背板104都是导电的，并且彼此之间电绝缘。这样，振膜101和背板104就形成电容器。然而，应当指出的是，能够以很多不同的方式配置MEMS麦克风，图1只是一种特定的方式。
更具体的，在麦克风100中，振膜101和背板104形成可变电容器。在工作时，振膜101响应于入射声波而振动，从而改变振膜101和背板104之间的缝隙105。除了其他事项之外，这意味着当缝隙105变窄时，振膜101靠近背板104。振膜101和背板104形成的可变电容器的电容从而随碰接声波而变化。可以根据本领域已知的方法对可变电容进行电处理以产生表示碰接声波的电信号。
发明者已知的现有技术中的封装通常如图2示意性地示出的，将麦克风元件(例如，麦克风100)装入到具有衬底和盖子的封装中。在该附图中，封装的麦克风200具有安装到层压衬底201的表面201A的麦克风203。盖子202和衬底201的表面201A限定了环绕麦克风203的内部体积。麦克风203物理连接到衬底201，并且还通过一个或者多个焊线204电连接到衬底201。
衬底201包括允许声波进入到包括麦克风203的内部体积的孔径205。某些实施例可以备选地或者另外地具有盖子中的孔径。
如图3示意性地示出的，可以将封装的麦克风200安装到印刷电路板300，所述印刷电路板300通常还包括其他电子元件201。备选的，可以将封装的麦克风200安装到包含麦克风系统200的系统内的另一个表面。进入的声波穿过印刷电路板中的孔径302到达麦克风203，并随后穿过衬底201中的孔径205。如图3所示，因为必须将封装系统200安装到靠近(实际上覆盖)印刷电路板的孔径302的地方，所以现有技术中的封装系统200的该特定的例子限制了系统设计者选择的自由。
相反，图4A示意性地示出了麦克风模块400的一个实施例，其提供了在主机系统中使用麦克风模块的更宽的选择。特别的，麦克风模块400包括引导声波从远端位置进入到系统400的内部体积的声学端口412。为此，麦克风模块400包括支撑麦克风403的衬底401、覆盖麦克风403的盖子406、和外壳410。在该实施例中，外壳410包括被配置为将整个麦克风模块400声学地耦合到输入声源的两个声学端口412。
尽管某些实施例的声学端口包括声管413的短段(其被配置为连接到声管413的另一个部分)，但在其他实施例中，声学端口412是孔径。声管通常具有用于接收声学信号的开口端和连接到外壳410中的声学端口412的端。可以通过麦克风系统将会使用的主机系统的机械和声学特性来至少部分地定义声管的尺寸。除了其他事项之外，声管的长度和直径可以定义声学性能，例如在某些情况下可能期望得到的共振。仅作为一个例子，在某些实施例中，声管可以具有直径为0.5毫米的圆形横截面，并且长度为5毫米。声管可以是直的，或者可以包括一个或者多个带有弧度、角度或者弯曲的部分。
特别的，模块400具有衬底401，所述衬底401具有第一侧401A和第二侧401B。衬底401可以是层压板(例如，BT)或者其他材料(例如，FR-4、预成型的引线框架封装基座、或者陶瓷载体)，并且所述衬底401可以包括用于提供接地、电源、和/或麦克风模块400的其他部件的其他电互连的导电元件。作为另一个例子，衬底401作为法拉第笼的一部分为安装在其内部的麦克风403提供电磁屏蔽。
衬底401包括在第一侧401A和第二侧401B之间延伸的至少一个孔径402。将麦克风403和电路芯片/ASIC404安装到第一侧，并且麦克风403优选地横跨/覆盖孔径402。然而，某些实施例不要求麦克风403覆盖孔径402。例如，麦克风403可以靠近但不覆盖孔径402。
ASIC404电耦合到麦克风403并对麦克风403的输出进行处理。ASIC的输出又耦合到第一侧401A上的一个或者多个外部接口垫405。接口垫405可以耦合到主机系统，主机系统的麦克风模块400是主机系统的一部分。主机系统可以通过接口垫405与ASIC404和/或麦克风403进行通信。图4B示意性地示出了第一表面401A上的接口垫405的另一个视图。
盖子406安装到第一表面401并且覆盖麦克风403、ASIC404和孔径402。因此，衬底401和盖子406形成第一内部体积407，所述第一内部体积407形成麦克风的大部分背腔。盖子406可以由多种材料形成，并且可以是导体或者绝缘体。例如，盖子可以是导电的金属盖(例如，固体金属盖)、塑料盖、层压板、或者具有导电镀层的非金属盖。
在某些实施例中，衬底401的第一表面401A的某些或者全部可以金属化，以使得盖子可以耦合到金属化的部分。这可以用于保持盖子406接地，并且可以用于保护麦克风403或者ASIC404免受外部的电磁干扰(“EMI”)。为此，焊料或者粘合剂(例如，导电性环氧树脂)可以将盖子406固定到衬底401的金属化部分的某些部分。
在图4A的实施例中，盖子406没有覆盖整个第一表面401A，并且接口垫405在盖子406的外面。换句话说，接口垫405在第一体积407的外面。这使得接口垫405能够连接到主机系统，例如，通过焊线、焊接引线、安装到印刷电路板(“PCB”)的表面、ACF附着(即，使用“各向异性导电膜”附着)、环氧树脂附着或者本领域已知的其他电连接方式。因此，除了其他事项之外，认为垫405是可软焊的。
衬底401的另一个侧401B包括覆盖孔径402的外壳410。外壳可以包括各种材料，并且可以是导体或者绝缘体。例如，外壳可以是固体导电金属结构、塑料结构、或者具有导电涂层的非金属结构。尽管不作要求，但是外壳410的材料可以与盖子406相同。
在某些实施例中，衬底401的第二表面401B的某些或者全部可以金属化，以使得外壳可以耦合到金属化的部分。这可以保持外壳410接地，并且可以保护麦克风403或者ASIC404免受外部的电磁干扰。外壳410可以通过焊料或者粘合剂(例如，导电性环氧树脂)耦合到衬底401的金属化部分。
外壳410可以比盖子406覆盖更多或更少的衬底的表面面积。然而，在某些实施例中，外壳410覆盖的衬底的表面面积与盖子406覆盖的表面面积几乎相同。衬底401和外壳410形成第二内部体积411，声音可以穿过该第二内部体积411。
可以认为外壳410具有顶部410A(例如，一般与衬底401平行的外壳表面)和多个侧壁410B(例如，一般垂直于衬底401的外壳表面)。顶部410A和侧壁410B在拐角处410C相交。当然，其他实施例的外壳可以具有多种形状，包括矩形、椭圆形、圆形或者不规则的形状，并且可以包括具有或者不具有边缘和/或拐角的形状。侧壁410B上的声学孔径412声学地耦合到第二体积411，并且可以耦合到声管413。声管413导引声波从模块400的外部朝向并进入到第二体积411。声波随后穿过孔径402并且在麦克风403的振膜101上碰接。在某些实施例中，声学端口413可以在外壳410的顶壁410A上、在外壳的侧壁410B上、或者在外壳的拐角处410C。在图4A中示出的声学端口413从顶壁410A上的声学孔径412延伸，所述声学端口413除了可以用作从侧壁410B延伸的声管413之外，还可以用作从侧壁410B延伸的声管413的替换物。换句话说，从顶壁410A延伸的声管413可以仅是从外壳410延伸的声管413。
通过这种方式，可以将麦克风模块400安装到主机系统中的不需要紧邻孔径或者声源的位置，并且不需要安装到特定表面。相反，可以将麦克风模块400安装到主机系统内任何期望的位置，并且声管可以从声学孔径412延伸到声源并引导声音进入到模块400。例如，如图14所示，可以将麦克风模块400安装到蜂窝电话1401内的位置1402。备选的，潜在的系统/主机系统可以是其他对象，例如，助听器或者蓝牙耳机，仅举几个例子说明。声管1403在该实施例中是导管，其将进入的声音从蜂窝电话1401的话筒1403引导到麦克风模块400。麦克风系统或者主机系统的设计者在设计声管和麦克风系统的其他方面时可以进行选择和优化，以提供期望的声学性能。可选的，系统1400不使用声管，而是具有允许声音进入到麦克风的孔径。
图5A和5B示意性地示出了麦克风模块500的备选的实施例。在该实施例中，接口垫505和外壳510位于衬底501的同一侧，并且接口垫505仍然不位于外壳510内。如上文所指出的，该实施例和其他实施例可以通过例如焊线、焊接引线、安装到印刷电路板(“PCB”)的表面、ACF附着(即，使用“各向异性导电膜”附着)、环氧树脂附着或者本领域已知的其他电连接方式将接口垫505连接到潜在的系统。
图5A还示出了麦克风403和电路芯片404如何与接口垫505连接。具体的，第一焊线507将麦克风403连接到电路芯片404，同时第二焊线507将电路芯片404连接到内部的互连垫506。内部的互连垫506反过来通过衬底401与外部的接口垫505电连接，从而实现了内部部件(例如，麦克风403和电路芯片404)与潜在的系统(例如，移动电话或者听觉设备的印刷电路板)的电通信。
图5C-5H示意性地示出了其他实施例。这些实施例和其他实施例可以具有能够合并的特征。图5C和5D中的实施例包括位于外壳511的任一侧上的衬底510上的两列接口垫505A和505B。在该示意图中，声管512以垂直于纸面的方向，并沿着穿过接口垫阵列505A和505B之间的线从外壳510延伸。图5E和5F示出的另一个实施例具有接口垫阵列505C和505D，其与盖子521、麦克风403和ASIC507位于衬底520的同一侧，并且位于盖子521的对侧。其他实施例可以具有一个或者多个接口垫505、或者接口垫阵列505，其中，一些接口垫在衬底的一侧，而一些接口垫位于衬底的另一侧。
图5G和5H示意性地示出了另一个实施例。在该实施例中，麦克风元件530和ASIC531位于衬底532的相对侧，其中，接口垫阵列505E与麦克风元件530位于衬底532的同一侧。相关的实施例可以包括位于麦克风元件530的对侧的接口垫阵列505。
图6A-6D示意性地示出了麦克风模块600的备选的实施例。实施例600包括带凸缘的声管601而不是外壳510/410等(即，另一种类型的外壳)。如下面关于图6E的讨论，带凸缘的声管601具有凸缘602和从凸缘602延伸的声管603。麦克风模块600的其他部件与图4A-4B中的麦克风模块400类似，其包括衬底401、盖子406、麦克风元件403、ASIC404和接口垫405。当然，带凸缘的声管601还可以与讨论的关于图5A-5H的实施例一起使用。在该情况下，与图4A-4B的实施例类似，带凸缘的声管601用于替代外壳510。
然而，与外壳401的可比较的部分不同，凸缘602没有利用衬底401限定合适的第二体积(即，它只形成很小的第二体积或者没有形成第二体积-如果第二体积不包括声管603的体积)。相反，带凸缘的声管601的凸缘602放置得与衬底401基本持平，以使得声管603靠近孔径402并且与孔径402声学地通信。通过这种方式，声管603将声音从它的远端604导引到麦克风403。
该实施例中的声管还包括弯曲部605。弯曲部605通过允许声管从麦克风模块600伸展到远端声源而不要求声管601沿着直线通路伸展，为系统设计者提供了额外的灵活性。可以使用本领域已知的多种不同的技术(包括焊接、导电或者不导电的粘合剂或者其他固定方法)将凸缘附着到衬底。可选的，声管可以不具有凸缘，而是使用已知的方法直接附着到衬底。当然，如图6C中的麦克风模块620中的声管621，声管不具有弯曲部，而可以是直的。
通过图6E的透视图示意性地示出了带凸缘的声管651的实施例，所述带凸缘的声管651包括凸缘652和声管653。该实施例中的凸缘652一般是平面的，并且被配置为安装到外壳或者衬底的面上或者其他平坦的表面上。凸缘652呈方形并且一般垂直于声管653。然而，在其他实施例中，凸缘652可以是多种形状，并且可以相对于声管653有一定的角度。
该实施例中的声管653具有圆形的横截面，并且当该横截面与凸缘652相交时，该横截面稍微的张开。然而，横截面的形状还可以是圆锥截面或者矩形，仅举几个例子说明。
图7A和7B示意性地示出了麦克风模块700的另一个例子。该实施例700具有带凸缘的声管701，并且在其他方面与图5A-5H的实施例类似。
图7C和7D示意性地示出了类似的实施例720，除了声管720是直的外，其与图6C中的声管620类似。图7C示出了声管721的横截面图，并显示该横截面是矩形。然而，在与声管的长度垂直的平面中的声管的横截面可以是任意形状，包括正方形、矩形、圆锥截面或者任何其他形状。例如，图6E示意性地示出了具有凸缘602的带凸缘的声管601和具有圆形横截面的声管603的透视图。
某些实施例具有多于一个的声学孔径。图8中的麦克风模块800示意性地示出了一个这样的实施例。在该实施例中，盖子806和外壳810中的每一个分别具有声学孔径813和820。声学孔径813和820可以采用声管的形式，或者也可以是孔、或者声管和孔的组合。如上文所讨论的，声管813A不从外壳的侧面810B延伸，而是可以从外壳810的顶侧810A延伸。此外，如上文所指出的，该实施例可以具有单个声管/孔径的组合，而不是具有声管和孔径这两个部件(例如，只是声管/孔径的组合813从外壳810延伸)。
一些实施例可以具有多个盖子、外壳和麦克风。例如，图9示意性地示出了双模块900。双模块900具有支撑两个外壳910A和910B以及两个盖子901A和901B的单个衬底90。每个盖子901A和901B分别容纳有麦克风903A和903B，并且分别容纳有ASIC904A和904B。每个麦克风903A和904B分别横穿孔径902A和902B。每个外壳910A和910B具有声学端口913A和913B，其与先前描述的实施例中的声学端口类似。双模块900具有至少一个可服务双模块的一个段或者两个段的接口垫905。在该实施例中，接口垫905与盖子906A和906B位于衬底的同一侧，但是一个或者多个垫905也可以位于另一侧，但是位于外壳910B的外面。某些实施例包含可以独立的多个接口垫905(即，使得麦克风903A和904A都可独立电接入)。此外，某些接口垫905可以是独立的，而其他接口垫905由两个麦克风903A和904A共享。尽管图9中的实施例示出了两个麦克风，但是某些实施例可以具有三个或者更多麦克风，每个麦克风具有其自己的盖子和外壳。备选的，某些麦克风系统可以具有多个盖子906，但是只有单个相应的外壳910。
在备选的实施例1000中，如图10示意性地示出的，两个外壳1010A和1010B可以通过桥1020耦合。桥1020允许单个声学孔径或者声管1013将进入的声信号导引到两个外壳，并最终到达它们的相关的麦克风。备选的，可以将通过桥1020连接的外壳1010A和1010B认为是单个外壳。双模块1000具有服务双模块的两个段上的至少一个接口垫1005。在该实施例中，接口垫1005与盖子1006A和1006B位于衬底的同一侧，而一个或者多个垫也可以位于正面侧，但是位于外壳1010B的外面。
如图11中示意性地示出的双模块1100，还有其他双模块的实施例还可以在它们各自的盖子1106A和1106B中具有一个或者多个声学端口1130A和1130B。
其他实施例在靠近盖子的部分提供接口垫。例如，如图12所示，麦克风系统1200包括支撑具有由盖子1204覆盖的层压式的MEMS麦克风1203的ASIC1202的衬底1201。衬底1201包括声学地耦合到ASIC1202中的ASIC孔径1206的孔径1205(也称作“端口孔”)，这样声音可以穿过衬底孔径1206以到达麦克风1203。存在于衬底1201表面上的多个接口垫1215与盖子1204在同一侧。然而，其他实施例可以位于衬底1201的另一侧上的接口垫。ASIC1202和麦克风1203中的一个或者两个可以电耦合到接口垫1215，以提供容易的与主机系统进行电通信的可访问装置。
与公开的其他实施例一样，可以通过多种互连装置连接接口垫1215，例如，焊线、焊接、印刷电路(“PC”)板的环氧树脂或者ACF附着、或者层压，仅举几个例子说明。某些实施例可以包括沿着衬底边缘的接口垫阵列，这样接口垫可以插入到插座中，举例来说，例如计算机背板上的线性插座。该实施例1200可以采用如本文其他实施例示出的外壳和/或声管(例如，带有凸缘的声管)，但是也可以可表面安装的-例如，通过接口垫、或者通过将衬底1201耦合到主机系统的表面。因此，实施例1200为主机系统设计者提供了相当大的灵活性。
包括上文所述的各个实施例的各种实施例可以包括位于它们的衬底通孔、声学端口和/或声管的一个或者全部中的过滤器。图13A-C示意性地示出了一个实施例1300，其中，衬底1301支撑/容纳具有由盖子1304覆盖层压式的MEMS麦克风1303的ASIC1302。与上文描述的其他盖子类似，盖子1304可以附着到衬底1301，以产生ASIC1302和麦克风1303部分地占据的体积。
在该实施例中，过滤材料既可以存在于孔径1306内，也可以存在于覆盖孔径的衬底1301的顶面或者底面。在具有层压衬底的实施例中，例如，过滤器可以是层压层的一部分，也可以是两个层压层之间的夹层。基于它的结构，过滤器1320可以防止物体、灰尘或者其他颗粒物质、光、湿气或者其他环境污染物穿过孔径1306。当然，过滤器1320允许声信号进入到内部以与麦克风1303接触。
过滤器可以采用多种形式。例如，过滤器可以是纱窗、纱布构件、PTFE过滤器、金属构件或者陶瓷构件。
在图15A和15B示意性地示出的实施例1500中，外壳1501由层压结构制成，其包括一个或者多个侧壁1502和顶部1503。在图15A和15B的实施例中，声管1504从盖子1505延伸，而其他实施例包括从外壳1501延伸的声管。另外，多个接口垫1506存在于外壳1501的外表面1507上。接口垫1506可以通过层压结构1502和1503之中或者之上的导体连接到衬底1510、麦克风元件1511和/或ASIC1512。
某些实施例包括外壳和/或盖子外面的壳体。例如，图16A和16B示意性地示出的实施例1600包括在盖子1602外面(或者，环绕盖子)的壳体1601。多个接口垫1603存在于壳体1601的外表面1604，并且可以通过层压结构之中或者之上的导体连接到衬底1610、麦克风元件1612或ASIC1611。盖子1602为壳体1601提供结构支撑，并且还可以为麦克风系统1600提供电磁屏蔽。同时，壳体1601提供位于麦克风系统的外壳侧上的接口垫。类似的，另一个的实施例1700(图17A和17B)包括盖子1702外面(或者，环绕盖子)的壳体1701。
图18和19示意性地示出了另一个实施例1800。在该实施例中，衬底1801具有位于一个表面1801A上的麦克风1802和ASIC1803。盖子1804也耦合到表面1801A并且覆盖麦克风1802和ASIC1803，并且也横跨穿过衬底1801的孔径1806。壳体1805耦合到表面1801A并且包括接口垫1807。实施例1800不包括在表面1801A相对侧具有大体积的外壳。然而，某些实施例(例如，图18示意性地示出的实施例)确实包括与孔径1806相接的带有凸缘的声管1808(即，另一种类型的外壳)。需要指出的是，壳体(例如，上文讨论的壳体)的包含不要求外壳或者带有凸缘的声管1808，尽管上文讨论的例子包括了该特征。
如上文所指出的，某些实施例包括过滤器，例如，具有参考标记2000并且在图20A-C中示意性地示出的实施例。更具体的，该实施例包括覆盖衬底2003中的孔径2002的过滤器2001。在该实施例中，过滤器(或者“过滤材料”)2001位于衬底2003的表面2003A上，表面2003A是衬底2003的相对于容纳/支持ASIC2004和麦克风元件2005侧的另一侧。然而，在其他实施例中，过滤器或者过滤材料(或者附加的过滤器或者过滤材料)可以位于孔径2002内或者位于衬底2003和ASIC2004之间。
过滤器2001还可以具有延迟声信号传输的声学特性。在麦克风系统中包含这种过滤器对于具有多个麦克风元件的系统来说是需要的，例如，可用于相对于另一个麦克风元件接收信号的时间来调整一个麦克风元件接收信号的时间。备选的，过滤器可以增强或者强调方向性麦克风的方向敏感度，在所述方向性麦克风中，声信号通过声源和麦克风元件之间的两个通道到达麦克风元件，其中，至少一个通道包括延迟声信号传播的过滤器。
图20D示意性地示出了具有一个或者多个过滤器2001的另一个实施例2050。该实施例类似于图4的麦克风系统400，并且图20D再次使用了那个实施例的某些参考标记。麦克风系统2050的这个实施例示出了两个过滤器2051和2052，尽管该系统可以备选地仅配置有一个过滤器。过滤器2151占据了声管413的一部分体积，或者过滤器2151可以耦合到覆盖声学孔径的外壳410的内表面，而过滤器2152在表面401B上跨过衬底401中的孔径402。除了引入声延迟，一个或者多个过滤器还可以实现更加传统的过滤目的，举例来说，例如，阻挡湿气、灰尘和其他颗粒物质或者其他污染物进入到麦克风系统2050中或者通过孔径402。在各种实施例中，声管可以备选地为孔径。
某些实施例包括涉及单个声学端口模块的多个麦克风封装。例如，图21的实施例2100示意性地示出了声学端口模块2101。该实施例中的声学端口模块2101包括封闭的体积2102和声管2103。声学端口模块2101可以是金属、塑料、陶瓷或者其他材料。在某些实施例中，声学端口模块2101可以包括印刷电路板，所述印刷电路板具有电耦合麦克风电路到主机系统的导体和/或接口垫。
外部声信号可以通过声管2103进入到密闭体积2102，并且分别通过两个孔径2106和2107穿过两个麦克风元件2104和2105。在这种方式中，每个麦克风元件2104和2105由于有共同的声学端口模块2101而具有共享共同的声管2103的优点。与每个麦克风元件都具有其自己的外壳的系统相比，这种配置可以使得麦克风系统2100更加紧凑。在某些实施例中，使麦克风元件2104和2105暴露于共同的声管(换句话说，暴露于共同的声学端口)可以便于允许进入的声音在同一时间、或者以确定的相位或者时间差到达麦克风元件2104和2105。
麦克风系统2100还包括耦合元件2110和2111。耦合元件2110具有管部2112和凸缘部2113。管部2112穿过孔径2106，而凸缘部2113位于声学端口模块2101的外部。凸缘部2113耦合到麦克风封装2114，以使得管部2112声学地耦合到封装2114中的孔径2114A。换句话说，管部2112和封装孔径2114A形成内部体积2102和麦克风封装2114内部之间的孔。凸缘部2113提供与封装2114的外表面相交的平面。凸缘部2113和封装2114之间的接口提供了结构接口，并且在某些实施例中，该凸缘部2113和封装2114之间的接口可以产生声学端口模块2101和封装2114之间的密封。
图22A和22B示意性地示出了麦克风系统2200的球状栅极阵列可安装的实施例。外壳2201耦合到衬底2202。外壳2201包括在衬底2202表面上的焊料球2204之间穿过的声管2203。焊料球2204的直径大于外壳2201的高度，以使得焊料球2204可以在没有来自外壳2201的物理干扰的情况下安装到表面。该配置允许麦克风系统2200通过焊料球2204与主机系统进行电通信，而例如不需要(或者额外的)包括外壳2201上的接口垫。
某些实施例可以包括多于一个的球状栅极阵列可安装装置。例如，图23A和23B示意性地示出的麦克风系统2300包括两个这样的装置，其中的每一个都与图22A和22B中的实施例类似。每个外壳2301和2311分别包括声管2302和2312，尽管这两个声管2302和2312不需要沿着同样的方向延伸。在某些实施例中，声管2302和2312沿不同的方向(举例来说，例如，彼此之间相差90度角)延伸，以使得系统2300可以接收来自不同方向的声音或者从多个角度接收单个声源。
某些实施例提供了双腔室封装，如图24A和24B示意性地示出的封装2400，其包括麦克风腔室2401和背腔2402，所述麦克风腔室2401容纳麦克风2410。也可以认为是外壳的腔室2402包括允许声能进入的声管2420。封装2400可以是模制部件、或者是一个或者多个部件2401A和2401B的组合。封装2400可以是多种材料，举例来说，例如金属、陶瓷或者金属化的聚合物。背腔2402的外表面包括用于将封装2400连接到主机系统的一个或者多个接口垫2404。
孔径2406使麦克风腔室2401向封装2400外面的外部环境敞开，以允许声音进入到麦克风腔室2401。孔径2403声学地将麦克风腔室2401耦合到背腔2402。
图25A和25B示意性地示出的另一个实施例将接口垫2504置于麦克风腔室2501外部的封装2500的表面2501A上。也可以认为是外壳的背腔2502包括允许声能进入的声管2520。
图26A和26B示意性地示出了多个麦克风系统2600的实施例。麦克风2601位于麦克风腔室2602内。腔室2602通过孔径2604和耦合元件2605声学地耦合到外壳2603，所述耦合元件2605与上文描述的耦合元件类似。第二麦克风腔室2610和第二外壳2611通过焊料球2606耦合到第一外壳2603。每个外壳2603和2611分别具有声管2620A和2620B，所述声管2620A和2620B向外延伸以允许外部的声信号进入到外壳并到达麦克风2601和2613。底部的外壳2611也包括接口垫2615阵列。
除了上文所述的实施例之外，还有将声管连接到麦克风系统的多种其他方式。例如，图27示意性地示出了具有基座2701和安装在基座2701上的盖子2702的麦克风封装2700。在该实施例中，基座2701包括孔径2701A并且支撑ASIC2703和跨越孔径2701A的麦克风元件2704。
进而将麦克风封装2700安装到作为主机系统一部分的衬底2710。特别的，封装2700的孔径2701A安装在衬底2710的孔径2710A的上方，以使得这两个孔径提供到麦克风元件2704的声音通道。在衬底的与麦克风封装2700相对的侧是耦合管2720。
耦合管2720具有凸缘部2721和适配部2722。可以通过本领域已知的多种方法(举例来说，例如，环氧树脂或者导电性环氧树脂)将凸缘部2721固定到衬底2710，并且适配部2711从衬底2710向外延伸以与相应的声管(未示出)相交。声管可以通过多种方式耦合到适配部2722。例如，可以将声管安装到适配部的开口2722A内，或者可以将适配部2722安装到声管内，仅举几个可选的例子作为说明。
图27示意性地示出的实施例还可以具有垫圈2730和薄膜过滤器2740。垫圈2730直接耦合到耦合管2720内的衬底2710，并且垫圈2730有助于密封耦合管2720、过滤器2740和衬底2710的接口。此外，垫圈2730可以固定到衬底2710，并且过滤器2740可以进而固定到垫圈2730，这样过滤器2740和垫圈2730就协同地将彼此固定到衬底和/或甚至固定到耦合管2720的内部。
图28示出的由参考标记2800所标识的备选的实施例具有位于衬底2810的孔径2810A内的过滤器2801。该实施例不包括垫圈，尽管垫圈可以包括在耦合管2822内的衬底2810上。
如图29示意性地示出的实施例2900，其他实施例可以完全省略过滤器和垫圈。
备选的实施例包括由直接安装到主机系统内的衬底的盖子形成的麦克风封装。换句话说，麦克风封装省略了基座(例如，图27中的基座2701)。该实施例仍然可以包括过滤器(举例来说，例如，图31中的过滤器3140)或者例如图30中的协同的过滤器3040和垫圈3030。
本文所描述的多个实施例包括从外壳或者盖子延伸的声管。这种声管的图示可能将声管示出为相对较短。然而，事实并不一定是这样。例如，图14示意性地示出了从麦克风系统400延伸相当长的距离的声管1404。作为另一个例子，图32A示意性地示出了从麦克风系统3200延伸很长距离的声管3201A。在该实施例中，声管还包括拐角或者弯曲部3210。
其他实施例提供了将延伸的声管与麦克风系统接口连接的多种方式。例如，图32B示出的实施例包括从麦克风系统3200延伸短距离的声管3201B。延伸的声管3202(也将其称作“声管延伸”)耦合到声管3201B。特别的，声管延伸3202的内径(或者内尺寸)大于声管3201B的外径(或者外尺寸)，以使得能够将声管延伸3202安装到声管3201B上。
图32C示意性地示出了备选的实施例，声管延伸3203的外径(或者外尺寸)小于声管3201C的内径(或者内尺寸)，以使得能够将声管延伸3203安装到声管3201C内。
图32D示意性地示出了另一个实施例，其中，声管适配器3201D延伸到外壳3210的内部体积。随后将声管延伸3204插入到声管适配器3201D以引导声音进入到外壳3210。
在图32E示意性地示出的另一个实施例中，声管可以直接接口连接到孔径3201E。
上文所描述的各种实施例为系统设计者在设计主机系统、选择麦克风模块的形状和尺寸以及麦克风模块在主机系统中的定位和安装时提供了更多选择和很大的灵活性。
上文所描述的本发明的实施例旨在仅是举例说明；很多变化和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。所有的这些变化和修改旨在包括在如任何附加的权利要求所限定的本发明的范围内。
尽管上文的讨论公开了本发明的多种示例性的实施例，但是显而易见的是，本领域技术人员在不背离本发明的实际范围的情况下，可以作出能够实现本发明的一些优点的各种修改。

Claims (29)

1.一种麦克风模块，包括：
衬底，其具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述衬底具有孔径，所述孔径从所述第一侧延伸到所述第二侧以允许声波穿过所述衬底；
盖子，其安装到所述第一侧，所述第一侧和盖子限定了第一内部体积；
麦克风，其安装到所述第一侧并且位于所述第一内部体积内；
外壳，其耦合到所述第二侧并且覆盖所述孔径，所述外壳和第二侧形成第二内部体积，所述外壳包括被配置为允许声音进入到所述第二内部体积的声学端口；
导管，其从所述外壳中的声学端口延伸，所述导管具有接收声波并引导它们朝向所述外壳中的声学端口的开口端；以及
至少一个外部接口垫，其位于所述第二侧上并且位于所述第二内部体积的外部，所述至少一个外部接口垫电耦合到所述麦克风。
2.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述外壳具有顶部和至少一个侧壁，所述声学端口被设置为穿过所述外壳的顶部，所述导管从所述外壳的顶部延伸。
3.根据权利要求2所述的麦克风模块，其中，所述导管是直的。
4.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述外壳具有顶壁和至少一个侧壁，所述声学端口被设置为穿过所述外壳的侧壁，所述导管从所述外壳的至少一个侧壁延伸。
5.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述麦克风包括MEMS麦克风。
6.根据权利要求5所述的麦克风模块，其进一步包括与所述衬底的第一侧耦合的电路芯片。
7.根据权利要求6所述的麦克风模块，其中，所述盖子包括导电材料，所述盖子与所述衬底电连接。
8.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述外壳包括带有凸缘的声管，所述导管具有导管体积，所述导管体积形成大部分的所述第二内部体积，所述导管安装成与所述衬底的第二侧基本持平。
9.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述导管是直的。
10.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述外壳包括导电材料。
11.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述外壳包括第二声学端口并且第二导管从所述第二声学端口延伸。
12.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述至少一个外部接口垫是可表面安装的。
13.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述衬底包括层压板。
14.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述麦克风覆盖所述衬底中的孔径。
15.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述外壳覆盖不超过所述衬底的所述第二侧的一部分。
16.根据权利要求1所述的麦克风模块，其进一步包括：
位于所述第一内部体积内的内部接口垫；
位于所述内部体积内的电路芯片；以及
位于所述内部体积内的第一和第二焊线，
所述第一焊线将所述麦克风电连接到所述电路芯片，
所述第二焊线将所述电路芯片电连接到所述内部接口垫，
所述麦克风通过所述第一焊线、电路芯片、第二焊线和内部接口垫与所述第二侧上的外部接口垫电连接。
17.根据权利要求1所述的麦克风模块，其中，所述衬底具有金属化的部分，所述盖子由金属制成，并且所述盖子电连接到所述衬底的金属化的部分以防止电磁干扰。
18.一种麦克风模块，包括：
衬底，其具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述衬底具有孔径，所述孔径从所述第一侧延伸到第二侧以允许声波穿过所述衬底，所述衬底具有金属化的部分；
盖子，其安装到所述第一侧，所述第一侧和盖子限定了第一内部体积，所述盖子由导电材料制成，所述盖子电连接到所述衬底的金属化的部分以防止电磁干扰；
麦克风，其安装到所述第一侧并且位于所述第一内部体积内，所述麦克风为MEMS麦克风；
电路芯片，其与所述衬底的第一侧耦合并且与所述麦克风电连接，所述电路芯片安装到所述第一内部体积的内部；
外壳，其耦合到所述第二侧并且覆盖所述孔径，所述外壳和第二侧形成第二内部体积，所述外壳包括被配置为允许声音进入到所述第二内部体积的声学端口，所述外壳覆盖不超过所述衬底的所述第二侧的一部分；
导管，其从所述外壳中的声学端口延伸，所述导管具有接收声波并引导它们朝向所述外壳中的声学端口的开口端；以及
至少一个外部接口垫，其位于所述第二侧上并且位于所述第二内部体积的外部，所述至少一个外部接口垫电耦合到所述麦克风，所述至少一个外部接口垫是可软焊的。
19.根据权利要求18所述的麦克风模块，其中，所述外壳具有顶部和至少一个侧壁，所述声学端口被设置为穿过所述外壳的顶部，所述导管从所述外壳的顶部延伸。
20.根据权利要求19所述的麦克风模块，其中，所述导管是直的。
21.根据权利要求18所述的麦克风模块，其中，所述外壳具有顶部和至少一个侧壁，所述声学端口被设置为穿过所述外壳的侧壁，所述导管从所述外壳的至少一个侧壁延伸。
22.根据权利要求18所述的麦克风模块，其中，所述外壳包括带有凸缘的声管，所述导管具有导管体积，所述导管体积形成大部分的所述第二内部体积，所述导管安装成与所述衬底的第二侧基本持平。
23.根据权利要求18所述的麦克风模块，其中，所述导管是直的。
24.根据权利要求18所述的麦克风模块，其中，所述外壳包括导电材料。
25.根据权利要求18所述的麦克风模块，其中，所述麦克风覆盖所述衬底中的孔径。
26.根据权利要求18所述的麦克风模块，其进一步包括：
位于所述第一内部体积内的内部接口垫；以及
位于所述内部体积内的第一和第二焊线，
所述第一焊线将所述麦克风电连接到所述电路芯片，
所述第二焊线将所述电路芯片电连接到所述内部接口垫，
所述麦克风通过所述第一焊线、电路芯片、第二焊线和内部接口垫与所述第二侧上的外部接口垫电连接。
27.一种麦克风模块，包括：
衬底，其具有允许声波穿过所述衬底的孔径；
盖子，其安装到所述衬底，所述衬底和盖子限定了第一内部体积；
麦克风，其安装到所述第一内部体积内的衬底；
外壳，其耦合到所述衬底并且覆盖所述孔径，所述外壳形成第二内部体积，所述外壳包括被配置为允许声音进入到所述第二内部体积的声学端口；
导管，其从所述外壳中的声学端口延伸，所述导管具有接收声波并引导它们朝向所述外壳中的声学端口的开口端；以及
至少一个外部接口垫，其位于所述第二内部体积的外部，所述至少一个外部接口垫电耦合到所述麦克风。
28.根据权利要求27所述的麦克风模块，其中，所述外壳由导电材料制成，并且所述外壳具有顶部和至少一个侧壁，所述声学端口被设置为穿过所述外壳的顶部，所述导管从所述外壳的顶部延伸。
29.根据权利要求27所述的麦克风模块，其中，所述至少一个外部接口垫是可表面安装的。
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