CN105228068B - 具有不同高度的组合件的梯度微机电系统麦克风 - Google Patents

Abstract

在至少一个实施方案中，提供了微机电系统(MEMS)麦克风组合件。所述组合件包括外壳、单微机电系统(MEMS)换能器、衬底层和应用壳体。所述单MEMS换能器被定位在所述外壳内。所述衬底层支撑所述单MEMS换能器。所述应用壳体支撑所述衬底层并且界定第一传输机构的至少一部分以使得所述单MEMS换能器的第一侧能够接收音频输入信号且界定第二传输机构的至少一部分以使得所述单MEMS换能器的第二侧能够接收所述音频输入信号。

Description

具有不同高度的组合件的梯度微机电系统麦克风

技术领域

本文所公开的各方面一般涉及麦克风诸如基于梯度的微机电系统 (MEMS)麦克风，用于形成定向和噪声消除麦克风。MEMS麦克风可布置有不同的组合件以适应几何限制诸如可用高度、端口取向、角落安置等。

背景技术

双单元MEMS组合件在Michel等的美国公布No.2012/0250897(’897公布)中进行阐述。除了别的外，′897公布还公开使用了至少两个MEMS换能器的换能器组合件。该换能器组合件界定全向麦克风或定向麦克风。除了至少第一和第二MEMS换能器外，该组合件还包括电连接至MEMS换能器的信号处理电路、电连接至信号处理电路的多个终端垫和容纳第一和第二 MEMS换能器的换能器外壳。MEMS换能器可使用线接合或倒装芯片设计电连接至信号处理电路。信号处理电路可包括离散电路或集成电路。第一和第二MEMS换能器可串联或并联电连接至信号处理电路。第一和第二MEMS 换能器可串联或并联声学地耦合。

发明内容

在至少一个实施方案中，提供了微机电系统(MEMS)麦克风组件。该组件包括外壳、单微机电系统(MEMS)换能器、衬底层和应用壳体。该单MEMS 换能器被定位在该外壳内。该衬底层支撑该单MEMS换能器。该应用壳体支撑该衬底层并且限定第一传输机构的至少一部分以使得单MEMS换能器的第一侧能够接收音频输入信号以及限定第二传输机构的至少一部分以使得单MEMS换能器的第二侧能够接收该音频输入信号。

附图说明

在所附权利要求中具体地指出了本公开的实施方案。然而，通过参考以下结合附图进行的详细描述，各种实施方案的其它特征将变得更加明显并且得到最好的理解，在附图中：

图1描绘了根据一个实施方案的梯度MEMS麦克风组合件的横截面图；

图2描绘了根据一个实施方案的图1的麦克风；

图3A-3B描绘了根据各种实施方案的耦合至终端用户组合件的麦克风组合件；

图4描绘了根据一个实施方案的麦克风组合件和终端用户组合件的一部分的分解图；

图5描绘了由于图1的麦克风组合件所引起的空间滤波的一个实例；

图6描绘了根据一个实施方案的图1所述麦克风组合件的频率响应的一个实例；

图7描绘了根据一个实施方案的耦合至另一个终端用户组合件的梯度 MEMS麦克风组合件的另一个横截面图；

图8描绘了根据一个实施方案的梯度MEMS麦克风组合件的另一个横截面图；

图9描绘了根据一个实施方案的梯度MEMS麦克风组合件的另一个横截面图；

图10描绘了根据一个实施方案的梯度MEMS麦克风组合件的另一个横截面图；

图11描绘了根据一个实施方案的另一个梯度MEMS麦克风组合件的另一个横截面图；

图12描绘了根据一个实施方案的基于电梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图13描绘了根据一个实施方案的基于电梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图14描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图15描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图16描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图17描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图18描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图19描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图20描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；

图21描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图；以及

图22描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件的另一个横截面图。

具体实施方式

按照要求，本文公开了本发明的详细实施方案；然而，应当理解，所公开的实施方案仅仅是示例本发明，所述实施方案可以以各种和替代形式来体现。附图未必按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文所公开的特定结构性和功能性细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。

MEMS型电容式麦克风的性能迅速得到改进，且此类麦克风从已建立的驻极体电容式麦克风(ECM)获得更大的市场份额。MEMS麦克风技术落后于 ECM的一个领域为梯度麦克风结构的形成。包括ECM的此类结构自20世纪60年代以来一直用于形成远场定向和近场噪声消除(或近讲)麦克风结构。除了梯度麦克风对近场语音比对远场噪声更敏感这一事实外，当噪声消除麦克风利用说话者(或对话者)的近场定向性时，定向麦克风实现空间滤波以改进信号与随机事件环境噪声比。本文所述的声梯度类型的ECM使用具有两个声音端口的单一麦克风，这两个声音端口通向麦克风的可移动隔膜的相对侧。因此，在单MEMS麦克风的隔膜上使来自声场中两个不同空间点的声音信号声学地相减。相比之下，基于电梯度的麦克风系统包括用于分别在两个不同空间点接收声音的两个单一端口ECM。在两个不同空间点接收声音 (例如，音频输入信号)后，随后它们的输出在麦克风元件自身的外部电子地相减。

不幸的是，梯度型或基于梯度的MEMS麦克风(包括定向和噪声消除版本)已限于电梯度技术。本文所公开的实施方案提供但不限于声梯度型 MEMS麦克风实现方式。另外，本文所提供的公开内容一般说明可以通过以下(但不限于此)实现声梯度型MEMS麦克风实现方式的方式：(i)提供与表面安装制造技术相容的薄的机声结构(例如，在单一双端口MEMS麦克风的外部)和针对消费品(例如，手机、笔记本电脑等)的小空间约束的薄的形状因子；以及(ii)提供本文将进行说明的有利的声性能。

图1描绘了根据一个实施方案的梯度MEMS麦克风组合件(“组合件”)100的横截面图。组合件100包括单MEMS麦克风(“麦克风”)101，该麦克风包括具有单一移动隔膜(“隔膜”)103的单微加工MEMS管芯换能器(“换能器”)102。应当认识到，单一换能器102可配备有多个隔膜103。麦克风外壳(“外壳”)112被定位在换能器102上并且任选地包括底座113。

底座113，当提供时，界定第一声端口111和第二声端口115。第一声端口111被定位在隔膜103下方。在底座113与隔膜103的一侧之间形成第一声空腔104。在隔膜103的相对侧形成第二声空腔105。第二声端口115 邻接第二声空腔105。响应于在第一声空腔104与第二声空腔105之间生成的音频信号压力梯度来激励隔膜103。

多个衬底层116支撑麦克风101。多个衬底层116包括第一衬底层121 和第二衬底层122。在一个实例中，第一衬底层121可为聚合物诸如PCABS 或其它类似材料。第二结构层122可为印刷电路板(PCB)并且直接邻接外壳 112和/或底座113。第二衬底层122还可为聚酰亚胺或其它合适材料。多个衬底层116机械地且电气地支撑麦克风101并且使得组合件100能够形成用于附接至终端用户组合件(未示出)的独立部件。多个衬底层116形成或界定第一传输机构(一般以“108”示出)和第二传输机构(一般以“109”示出)。第一传输机构108一般包括第一声音孔径106、第一声管110和第一声孔洞117。第二传输机构109一般包括第二声音孔径107、第二声管114和第二声孔洞 118。一般在第一声音孔径106和第二声音孔径107处接收音频输入信号(或声音)，且随后传递至麦克风101。这将在以下更详细论述。

底座113界定第一声端口111和第二声端口115。如上所述，在麦克风 101中可任选地包括底座113。如果在麦克风101中不包括底座113，那么第一声孔洞117可将声音直接提供到第一声空腔104中。此外，第二声孔洞118 可将声音直接提供到第二声空腔105中。

第二衬底层122基本上是平面的以支撑麦克风101。第一声管110和第二声管114在第一衬底层121上纵向延伸。第一声音孔径106与第二声音孔径107以距离d隔开。第一声音孔径106和第二声音孔径107一般分别垂直于分别的第一声管110和第二声管114。第一声孔洞117和第二声孔洞118 一般分别与第一声端口111和第二声端口115对准。

将第一声阻元件119(例如，织物、烧结材料、泡沫、微加工或激光钻孔装饰品等)放置在第一衬底层121上且在第一声音孔径106周围(例如，跨越该第一声音孔径或在该第一声音孔径内)。将第二声阻元件120(例如，织物、烧结材料、泡沫、微加工或激光钻孔装饰品等)放置在第一衬底层121上，在第二声音孔径107周围(例如，跨越该第二声音孔径或在该第二声音孔径内)。应当认识到，当换能器102经历其微加工过程时，可在换能器102内直接形成第一声阻元件119和/或第二声阻元件120。或者，可将第一声阻元件119和/或第二声阻元件120分别放置在第一传输机构108和第二传输机构 109内的任何地方。

一般来说，第一声阻元件119和第二声阻元件120中的至少一个被布置成使得传输至第一声音孔径106和/或第二声音孔径107的声音(或环境声音) 发生延时并且实现组合件100的定向性(例如，空间滤波)。在一个实例中，第二声阻元件120的电阻大于第一声阻元件119的电阻的3倍。此外，第二声空腔105可比第一声空腔104大3倍。

一般来说，第一声阻元件119和第二声阻元件120是基于第一传输机构 108和第二传输机构109的声学特征诸如孔径、孔洞或管截面的尺寸限制形成的。第一传输机构108使得声音能够进入麦克风101(例如，进入隔膜103 的一侧上的第一声空腔104)。第二传输机构109和第二声端口115(在提供了底座113的情况下)使得声音能够进入麦克风101(例如，进入隔膜103的一侧上的第二声空腔105)。一般来说，麦克风101(例如，声梯度麦克风)从声源接收声音，且使所述声音相对于接收到声音的时间以一定延时输送至可移动隔膜103的相对侧。隔膜103由第一声空腔104与第二声空腔105之间的信号压力梯度激励。

所述延迟一般由两个物理方面的组合形成。首先，例如，声学声音(或波)到达一个进入点(例如，第二声音孔径107)进入麦克风101比另一个进入点(例如，第一声音孔径106)要花费更长的时间，因为音频波在第一传输机构108和第二传输机构109中以声速行进。这种效果通过第一声音孔径106 与第二声音孔径107之间的间距或延迟距离d和声源角度θ进行控制。在一个实例中，延迟距离d可为12.0mm。第二，通过电阻(例如，第一声阻元件 119和第二声阻元件120的电阻值)和声顺(体积)的组合在内部产生的声延迟在隔膜上形成所需相位差。

如果声源被定位在组合件100的右边，从中产生的任何声音都将首先到达第一声音孔径106，并且在一定延迟后，声音将进入第二声音孔径107，同时声音出现相对相位延迟。所述相位延迟有助于使麦克风101能够实现所需性能。如上所述，第一声音孔径106和第二声音孔径107以延迟距离“d”间隔开。因此，第一声管110和第二声管114用于将传入声音分别传输至第一声孔洞117和第二声孔洞118，且随后分别传输到第一声端口111和第二声端口115上。

一般来说，从第二声音孔径107进入并且随后进入第二声空腔105中的声音或音频信号在隔膜103的背面上引起压力。同样，从第一声音孔径106 进入并且随后进入第一声空腔104中的音频信号在隔膜103的正面上引起压力。因此，隔膜103的净力和偏转是施加在隔膜103上的两个压力之间的减法或“声梯度”的函数。换能器102通过线接合142或其它合适机制可操作地耦合至ASIC 140，以提供指示由麦克风101所捕获的声音的输出。在第二衬底层122上提供电连接件144(参看图3A-3B)以提供从麦克风101通过连接器147(参看图3A-3B)到终端用户组合件200(参看图3A-3B)的电输出。该方面将结合图3A-3B更详细论述。该多个衬底层包括共享的电连接件151，该电连接件使得第一衬底层121和第二衬底层122能够彼此电通信并且与终端用户组合件200电通信。

一般来说，组合件100可为能够表面安装在终端用户组合件上的独立部件。或者，第一耦合层130和第二耦合层132(例如，分别为垫圈和/或粘合剂层)可用于使组合件100耦合至终端用户组合件200。第二衬底层122向外延伸以使得其它电部件或MEMS部件能够设置于其上。应当认识到，可去除底座113，并且可使ASIC 140和换能器102(例如，它们对应的管芯)直接结合至第二衬底层122。在这种情况下，第一声端口111和第二声端口115 不再存在。当然，其它配置也是可行的，诸如第一声音孔径106直接通向第一声空腔104，以及第二声音孔径107直接通向第二声空腔105。另外，可使换能器102倒转并且直接凸出结合至底座113或第二衬底层122。

可能希望形成“远场”定向型麦克风，其中音频源或对话者例如距离第一声音孔径106超过0.25米。在这种情况下，可能希望使拾取灵敏度束(极性图案)指向对话者的大体方向，但区别于来自其它方向(例如，来自麦克风左边或后面)的噪声和室内混响的拾取。使第二声阻元件120(例如，较大电阻值)放置在多个衬底层116中并且形成例如心型极性定向性(参看图5)而不是双向极性定向性。

用于第二声阻120的适当水平的声阻(例如，Rs)取决于所需极性形状、延迟距离d，并且取决于第二声管114、第二声孔洞118、第二声端口115和第二声空腔105的组合空气体积(声顺，Ca)。第二声管114增加了大量的空气体积，从而扩大了第二声空腔105的体积。因此，对于给定的声阻值和延迟距离d来说，所述条件减少了将第二声空腔105以及因此麦克风101构造得更大的需要。当然，第二声管114能够实现上文需要的大的延迟距离“d”。应当指出，可以省略或可以包括第一声阻元件119。第一声阻元件119的声阻可小于第二声阻元件120的声阻并且可用于防止碎屑和水分侵入或减轻风扰动。第二声阻元件120的Rs的阻值一般与d/Ca成比例。一般来说，声顺为形成具有等效劲度的气体弹簧的空气体积或气腔，然而其声顺是其声劲度的倒数。

应当指出，电声灵敏度与延迟距离d成比例，且因此较大的d意味着较大的声信噪比(SNR)，由于遥远的对话者或说话者，这对于定向麦克风是一个重要因素。因此，在组合件100中，由于能够具有大的“d”的第一声管110 和第二声管114，SNR能够提高，同时实现客户应用中需要的原始所需极性定向。

组合件100可以以较小的延迟距离“d”支撑近场(<0.25米)能力并且仍实现高水平的声噪声消除。虽然麦克风101的梯度噪声消除声灵敏度以及因此声信噪比(SNR)减小，但当说话者邻近时，这一般不构成影响。

本文陈述的组合件100不仅提供高水平的定向或噪声消除，而且在需要时还提供高的SNR。另外，组合件100产生相对平坦的和宽的带宽频率响应，考虑到第一声管110和第二声管114的大长度，这是很令人惊讶的。组合件 100可SMT结合在最终使用的板或壳体内，或者可SMT结合或连接至该最终使用的板或壳体，该最终使用的板或壳体可位于组合件100的外部。

一般来说，应当指出，“空气体积”或“声空腔”邻近隔膜103定位以使得其能够运动。这些声空腔可采取不同形状并且可形成在以下之内：(i)外壳112 中的第二声空腔105的各部分；(ii)换能器102中的第一声空腔104；或(iii) 当形成了第二衬底层122时第一传输机构108和第二传输机构109。

应当认识到，第一传输机构108和第二传输机构109以及第一声管110 和第二声管114还可以利用大量具有相同原点和终点的声平行管或孔洞或端口，例如，分叉管。此外，管的所述平行传输实现方式可具有单一原点，但具有多个终点。例如，可将从麦克风101通向第一声音孔径106的单一“第一管”用从麦克风101上的同一原点通向大量隔开的第一声音孔径106的平行管进行替换。

还应当认识到，为了在组合件100配合至带端口的终端用户壳体时，进一步提高第一声音孔径106与第二声音孔径107之间的有效延迟距离d，可将物理挡板(未示出)放置在应用壳体的两个端口之间的外部上，以便增大这两个端口之间的行进波距离。

还应当认识到，虽然组合件100提供通向两个基本上隔开的声音孔径的两条声传输线，因而形成一阶梯度麦克风系统，但可以使用类似的结构来形成具有更多数量的传输线和声音孔径的较高阶梯度麦克风系统。

图2描绘了根据一个实施方案的图1的麦克风101。一般来说，麦克风 101为底座元件MEMS麦克风，该底座元件MEMS麦克风包括具有至少两个端口(例如，第一声端口111和第二声端口115)的麦克风管芯，以使得声音能够入射在隔膜103的正面(或顶部)和背面(或底部)上。

图3A-3B描绘了耦合至终端用户组合件200的麦克风组合件100。终端用户组合件200包括终端用户壳体202(或在下文中，应用壳体)和终端用户电路板204。在一个实例中，终端用户组合件200可为蜂窝式电话、扬声器电话或需要麦克风接收音频数据的其它合适装置。应用壳体202可为扬声器电话等的听筒或壳体的一部分。应用壳体202界定分别与第一声音孔径106 和第二声音孔径107对准的第一用户端口206和第二用户端口207。声音一开始分别穿过第一用户端口206和第二用户端口207且进入第一传输机构 108和第二传输机构109，且随后如上所述进入麦克风101。

如图所示，麦克风组合件100可为耦合至终端用户组合件200的独立产品。第一耦合层130和第二耦合层132使麦克风组合件100耦合至终端用户组合件200。此外，第一耦合层130和第二耦合层132被构造成声学地密封麦克风组合件100与终端用户组合件200之间的接口。第二衬底层122包括柔性板部分146。柔性板部分146被构造成在任何特定取向上弯曲以提供至终端用户电路板204的电连接件144(例如，线)和连接器147。应当认识到，电连接件144不需要包括用于使麦克风101电耦合至终端用户电路板204的线。例如，电连接件144可为与连接器147直接连接的电触点。连接器147 随后直接配合至终端用户电路板204。该方面在图3B中描绘。还应当认识到，本文所述的任何麦克风组合件都可以包括或可以不包括用于向终端用户电路板204提供电接口的柔性板部分146。该条件适用于本文提供的任一实施方案。

图4描绘了根据一个实施方案的除终端用户组合件200的应用壳体202 之外的麦克风组合件100的分解图。第一声密封件152(在图1和图3中未示出)被定位在第一衬底层121上以防止声音从第一声管110和第二声管114 中漏出。应用壳体202被设置成与麦克风组合件100耦合。

图5是说明上文结合图1所述的由于麦克风101(或组合件100)所引起的极性定向或空间滤波的一个实例的图170。图5大体表示自由场1米麦克风测量极性定向响应。

图6描绘了根据一个实施方案的图1所述麦克风组合件100的模拟频率响应形状的实例。具体来说，图6是来自ASIC 140的电输出与针对第一声音孔径106的声输入的比率(以dB计)对所述频率的图。

图7描绘了耦合至另一个终端用户组合件400的梯度MEMS麦克风组合件300的另一个横截面图。一般来说，麦克风组合件300可作为回流焊接在终端用户电路板204上的表面可安装独立包实施。麦克风组合件300包括第一延伸衬底302和第二延伸衬底304，该第一延伸衬底和该第二延伸衬底使麦克风101声学地耦合至应用壳体202以用于接收说话者(或对话者)的声音。例如，第一延伸衬底302界定第一延伸通道306以用于接收来自第一用户端口206的声音。然后使声音传递到第一传输机构108中且随后传递到麦克风101的第一声空腔104中。第二延伸衬底304界定第二延伸通道308以用于接收来自第二用户端口207的声音。然后使声音传递到第二传输机构 109中且随后传递到麦克风101的第二声空腔105中。

应当认识到，可将第一声阻元件119放置在第一传输机构108周围的任何位置。任选地，可将第二声阻元件120放置在沿第二传输机构109的任何位置。另外，可任选地将第一声阻元件119和第二声阻元件120放置在沿第一用户端口206和第二用户端口207的任何位置。该条件适用于本文提供的任一实施方案。可将第一耦合层130放置在第二衬底层122和第一延伸衬底 302的接口处以及第一延伸衬底302和应用壳体202的接口处。可将第二耦合层132放置在第二衬底层122和第二延伸衬底304的接口处以及第二延伸衬底304和应用壳体202的接口处。如图所示，在两个位置提供柔性板部分 146以形成与终端用户电路板204的电连接件310。电连接件310可包括表面安装技术(SMT)电连接件。

图8描绘了耦合至另一个终端用户组合件600的梯度MEMS麦克风组合件500的另一个图。麦克风组合件500也可作为回流焊接在终端用户电路板204上的表面可安装独立包实施。麦克风组合件500包括多个电支脚502，该多个电支脚从其中突出以用于回流焊接至终端用户电路板204上的触点 504。一般来说，麦克风组合件500可包括本文所公开的任意数量的特征。还应当认识到，麦克风组合件500可包括第一声阻元件119和第二声阻元件 120。另外，可在第一声音孔径106和第二声音孔径107与第一用户端口206 和第二用户端口207之间的接口处提供第一耦合层130和第二耦合层132。

图9描绘了耦合至另一个终端用户组合件650的梯度MEMS麦克风组合件550的另一个横截面图。一般来说，组合件550(例如，第一衬底层121) 可通过表面安装触点552和554电耦合至终端用户电路板204(例如，组合件 550被表面安装至终端用户电路板204)。终端用户电路板204界定第一板通道556和第二板通道557。终端用户电路板204的第一板通道556和第二板通道557除了与第一用户端口206和第二用户端口207之外还与第一声音孔径106和第二声音孔径107对准，以使得组合件550、终端用户电路板204 和应用壳体202中的每一个实现它们之间的声通信。提供第一耦合层580和第二耦合层582以使终端用户电路板204机械耦合至应用壳体202。另外，第一耦合层580和第二耦合层582声学地密封终端用户电路板204与应用壳体202之间的接口。

图10描绘了根据一个实施方案的另一个梯度MEMS麦克风组合件700 的横截面图。如图所示，第一声音孔径106直接耦合至第一声端口111。在这种情况下，第一传输机构108包括第一声音孔径106和第一声端口111，而第二传输机构109包括第二声音孔径107、第二声管114和第二声孔洞118。这与上述麦克风组合件不同，因为在组合件700的第一传输机构108中没有提供第一声管110和第一声孔洞117。应当认识到，第一传输机构108与第二传输机构109仍以延迟距离d隔开。然而，结合组合件700所说明的延迟距离可能不和结合本文所公开的其它实施方案所使用的延迟距离d一样大。这种情况可使得组合件700的高频响应发生少量降级。

图11描绘了根据一个实施方案的另一个梯度MEMS麦克风组合件800 的横截面图。如图所示，外壳112直接附接至第二衬底结构层122(即，底座 113被移除(参看图1进行比较)。另外，第一声端口111和第二声端口115 被移除(参看图1进行比较)。因此，进入第一声音孔径106的声波将行进到第一声管110和第一声孔洞117中。该声波还直接进入第一声空腔104，这在隔膜103的正面上引起压力。同样，声波将行进延迟距离d，且进入第二声音孔径107中，并且进一步行进到第二声管114中。声波将进入第二声孔洞118，且随后进入第二声空腔105，这在隔膜103的后侧上引起压力。如上所述，隔膜103的净力和偏转是施加在隔膜103上的两个压力之间的减法或“声梯度”的函数。麦克风101产生指示声波的电输出。

图12描绘了根据一个实施方案的电梯度MEMS麦克风组合件850的横截面图。该组合件包括麦克风101和麦克风101’。麦克风101’包括换能器 102’、隔膜103’、第一声空腔104’、第一声端口111’、外壳112’和底座 113’。如图所示，进入第二声音孔径107的声波行进穿过第二声管114并且穿过第二声孔洞118。从那里，所述声波行进穿过第一声端口111’且进入第一声空腔104’朝向隔膜103’的前方。一般来说，每个隔膜103和103’都会经受来自传入声波的压力，从而使得每个麦克风101和101’都能够产生指示传入声波的电输出。在定位在组合件850外部的另一个集成电路的外部使这些电输出彼此相减。或者，麦克风101或101’之一可提供电输出，该电输出被输送至(通过第二衬底层122内的电路迹线)另一个麦克风101或 101’以用于执行上述减法运算。如图所示，响应于在两个不同空间点接收声音，组合件850使来自麦克风元件101和101’的输出电子地相减。这与组合件100、700和800不同，因为此类组合件要求在隔膜103上存在声波的压差。

图13描绘了根据另一个实施方案的电梯度MEMS麦克风870的横截面图。麦克风组合件870与麦克风组合件850大体类似。然而，外壳112和112’通过分隔壁852耦合在一起。分隔壁852可以是实心的或包括孔径(或者机械顺性的)，以使得能够以某些频率在麦克风101与101’之间进行声传输。所述声传输可用于在灵敏度、极性定向、信噪比(SNR)和/或频率响应和带宽方面提供有利的组合麦克风性能。与图11的组合件850相比，这种实现方式可节约成本。例如，可形成单一壳体且该单一壳体可包括外壳112和112’。应当认识到，虽然说明了多个ASIC 140和140’，但可提供单一ASIC用于麦克风101与101’。以上方面中的每一个都可降低与装配组合件850有关的成本。

应当认识到，虽然提供了通向两个基本上隔开的声音孔径的两个声传输机构108和109，因而形成一阶梯度麦克风系统，但可以使用采用了本文所公开概念的类似结构来形成具有更多数量的传输机构108和109以及声音孔径106和107的较高阶梯度麦克风系统。

应当进一步认识到，第一传输机构108和第二传输机构109以及第一声管110和第二声管114可以利用大量具有相同原点和终点的声平行孔径或管或孔洞或端口，例如，分叉管。此外，此类平行传输机构、孔径、管或孔洞可具有单一原点，但具有多个终点。例如，可将从麦克风101通向“第一声音孔径”的单一“第一管”用从麦克风101上的同一原点通向大量隔开的“第一声音孔径”的平行管进行替换。

图14描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1000的横截面图。一般来说，组合件1000包括单一衬底层122(例如，第二衬底层122(或在下文中，衬底层122))，该单一衬底层支撑麦克风101。第一耦合层130使麦克风101和第二衬底层122耦合至应用壳体202。如上所述，应用壳体202可为扬声器电话等的听筒、耳机或外壳的一部分。如图所示，第二传输机构109(例如，第二声音孔径107、第二声管114和第二声孔洞118) 形成在衬底层122、耦合层130和应用壳体202内。例如，第二衬底层122 和耦合层130界定或形成第二声孔洞118。耦合层130和应用壳体202界定第二声管114。应用壳体202界定或形成第二声音孔径107。

如图所示，第一传输机构108(例如，第一声音孔径106、第一声管110 和第一声孔洞117)形成在衬底层122、耦合层130和应用壳体202内。例如，衬底层122和耦合层130界定或形成第一声孔洞117，且耦合层130和应用壳体202界定第一声管110。应用壳体202界定或形成第一声音孔径106。应用壳体202还包括定位在第一声音孔径106周围的第一声阻元件119和定位在第二声音孔径107周围的第二声阻元件120。应用壳体202包括用于使第一声管110与第二声管114隔开的壁232。例如，壁232以及耦合层130 的一部分、衬底层122的一部分和底座113的一部分使第一传输机构108与第二传输机构109隔开。

如上所述，第一声阻元件119和第二声阻元件120被布置成使得传输至第一声音孔径106和/或第二声音孔径107的声音(或环境声音)发生延时并且实现声音拾取器相对于各种对应组合件的定向(例如，空间滤波)。在一个实例中，第二声阻元件120的电阻大于第一声阻元件119的电阻的3倍。此外，第二声空腔105可比第一声空腔104大3倍。

一般来说，组合件1000使得能够移除第一衬底层121，这降低了成本并且使得组合件的总高度减小(例如，参看图1)。另外，应用壳体202与第二衬底层122和耦合层130交接以形成第一传输机构108和第二传输机构109，这与由第一衬底层121和第二衬底层122形成第一传输机构108和第二传输机构109的情况相反(例如，参看图1)。

图15描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1100的另一个横截面图。组合件1100与组合件1000类似；然而由于第一声阻元件119围绕底座113的第一声端口111的定位(例如，定位在该第一声端口之上或之内)和第二声阻元件120围绕底座113的第二声端口115的定位 (例如，定位在该第二声端口之上或之内)，组合件1100与组合件1000有所不同。将第一声阻元件119定位在底座113的第一声端口111中以及将第二声阻元件120定位在底座113的第二声端口115中在某些方面可能是有益的。例如，在制造期间，可获得增强的控制，从而在底座113内提供总直径，这与在第一衬底层121中获得直径的情况相反。另外，将第一声阻元件119定位在底座113的第一声端口111中和将第二声阻元件120定位在底座113的第二声端口115中(即，更靠近麦克风101)可提供与通过将第一声阻元件119 和第二声阻元件120定位在第一衬底层121下方或在应用壳体202中所提供的环境保护量相比增大的环境保护。由于第一声阻元件119和第二声阻元件 120可被定位在或嵌入麦克风101的底座113中，因此这一条件对实现制造过程的自动化可能更加有利。

图16描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1200的另一个横截面图。组合件1200与图14的组合件1000大体类似；然而，组合件1200不包括衬底层122。应当认识到，当在其它实施方案中进行说明时，衬底层122可为柔性构件。麦克风101的外壳112直接耦合至底座 113的顶面。底座113被布置成沿着第一声管110和第二声管114的整个长度延伸，因而至少形成第一传输机构108和第二传输机构109。在一个实例中，底座113可为刚性构件。耦合层130b包括242，以用于使第一传输机构 108与第二传输机构109分开。组合件1200还可使得高度整体减小，并且由于所需公差和所需部件数量的减小而节约成本。

图17描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1250的另一个横截面图。组合件1250提供定位在终端应用壳体202的相对面上的第一声音孔径106和第二声音孔径107。耦合层130a包围麦克风101 的外壳112的至少一部分。应当认识到，耦合层130a可仅包围外壳112的各侧(或外壳112的各侧的各部分)，但不包括外壳112的顶部。应用壳体202 的第一端702被定位在耦合层130a的第一侧704上，且应用壳体202的第二端706被定位在耦合层130a的第二侧708上。应当认识到，耦合层130a 和130b可形成单件式结构，或者，彼此隔开的多件式结构。耦合层130a的第一侧704与耦合层130a的第二侧708相对地定位(另外，应用壳体202的第一端702与应用壳体202的第二端706相对定位)。如图所示，衬底层122 和耦合层130b形成第一声管110和第二声管114。耦合层130b包括壁242，以用于使第一传输机构108与第二传输机构109隔开。

应用壳体202的第一端702界定第一声音孔径106的开口，其大体垂直于结合图1所示的第一声音孔径106。第一声音孔径106和第一声阻元件119 与第一声管110轴向对准。另外，应用壳体202的第二端706界定第二声音孔径107的开口，其大体垂直于结合图1所示的第二声音孔径107。第二声音孔径107和第二声阻元件120与第二声管114轴向对准。通过在应用壳体 202的相对侧上轴向对准或定位第一声音孔径106和第二声音孔径107，所述实现方式允许与组合件100(参看图1)相比，薄的终端用户产品具有大得多的有效d，因为从第一声音孔径106的方向接近的行进声波在围绕应用壳体 202的边缘行进时必须转弯，并且沿应用壳体202的第二端706进一步行进某个距离，以便到达第二声音孔径107。如果组合件100(参看图1)被放置在与图17所用相同的供组合件1250使用的薄终端用户产品(或类似的终端产品环境)中，则不利的是，所获得的d较小，因为孔径106、107可能受制于应用壳体202的薄边缘(例如，z＝常数)。然而，在组合件1250的情况下，距离d从第一声音孔径106与第二声音孔径107之间的直线距离有效地延伸至某个更大的“有效d”，这取决于传入声波的到达角度和应用壳体202的几何形状。应当认识到，较长的有效d是有益的，因为它一般会在隔膜103上产生较大的压差，以及因此声信号到电输出的更有效转换。同结合图1所示相比，这种实现方式可同时允许按照更薄的包装尺寸进行包装(或包装在扬声器电话、手机等的听筒或壳体的更小的应用壳体202部分中)。

图18描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1300的另一个横截面图。组合件1300可使得在垂直面上诸如在终端用户产品的角落具有声音孔径。如图所示，外壳112形成大体垂直于第二声端口115 的第一声端口111。因此，声音可通过第一声音孔径106在大体垂直于声音通过第二声音孔径107进入麦克风101的方向上进入麦克风101。该安排还表明，第一声端口111、第一声管110、第一声阻元件119和第一声音孔径106分别大体垂直于第二声端口115、第二声管114、第二声阻元件 120和第二声音孔径107。

耦合层131a被定位在应用壳体202的第二端706与外壳112之间。耦合层131b被定位在底座113与应用壳体202的第一端702之间。应当认识到，耦合层131a和131b可形成单件式结构，或者，彼此隔开的多件式结构。耦合层131a和131b形成第二声管114。应用壳体202的第一端702被定位在应用壳体202的第二端706下方。第一声阻元件119被定位在衬底层122 与耦合层130之间。第二声阻元件120被嵌入在耦合层131a和131b内(或定位在它们之间)。

图19描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1350的另一个横截面图。组合件1300可使得在相邻非平面面上诸如在终端用户产品的角落具有声音孔径106、107。组合件1350包括支撑衬底层122 和麦克风101的应用壳体202。耦合层130使衬底层122耦合至应用壳体202。应用壳体202包括传输构件952(或弯曲部分)，该传输构件向上延伸，或在外壳112的相同方向上从耦合层130大体延伸。第二声管114也与弯曲段952 一起向上延伸，从而增大第一声音孔径106与第二声音孔径107之间的距离。因此，第二声管114的总长度大于第一传输管110的总长度。第二声阻元件 120耦合至应用壳体202。该安排还表明，第一声音孔径106和第一声阻元件119大体垂直于第二声音孔径107和第二声阻元件120(例如，第一声音孔径106和第一声阻元件119并不与第二声音孔径107和第二声阻元件120位于同一平面上)。

图20描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1400的另一个横截面图。组合件1400与组合件1100大体类似。然而，组合件1400提供，第一声管110和第一声音孔径106与第一声孔洞117轴向对准。另外，组合件1400提供，第二声管114和第二声音孔径107与第二声孔洞118轴向对准。

图21描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1450的另一个横截面图。第一声音孔径106和第二声音孔径107被定位在应用壳体202的相对面上。如图所示，该构造对于薄产品实现方式是有利的，因为有效的d大于两个声音孔径之间的直线距离。麦克风组合件1450包括定位在麦克风101的顶侧上的应用壳体202的第一端702和定位在麦克风 101的底侧(或底座113的底侧)上的应用壳体202的第二端706。第一耦合层 130a使麦克风101耦合至应用壳体202的第一端702。第二耦合层130b使麦克风101耦合至应用壳体202的第二端706。第一声阻元件119被定位在麦克风101与第一耦合层130a之间。第二声阻元件120被定位在麦克风101 与第二耦合层130b之间。

图22描绘了根据一个实施方案的基于声梯度MEMS的麦克风组合件 1500的另一个横截面图。第一声音孔径106和第二声音孔径107被定位在应用壳体202的相对面上。如图所示，该构造对于薄产品实现方式是有利的，因为有效d大于两个声音孔径之间的直线距离。组合件1500与组合件1450 大体类似，然而，换能器102被定位在麦克风101的顶面上，其中该顶面为底座113’。底座113形成麦克风101的底面。

虽然以上描述了示例性实施方案，但这些实施方案并非意图描述本发明的所有可能形式。相反，说明书中所用的词语是描述性而非限制性词语，且应理解的是，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下作出各种改变。另外，各种实现实施方案的特征可以结合起来以形成本发明的另外的实施方案。

Claims (9)

1.一种微机电系统(MEMS)麦克风组件，包括：

外壳；

仅有一个单微机电系统(MEMS)换能器，其被定位在所述外壳内并且在用于支撑所述单MEMS换能器的衬底层上；以及

应用壳体，其用于支撑所述衬底层，所述应用壳体界定第一传输机构的至少一部分以使得所述单MEMS换能器的第一侧能够接收音频输入信号，所述应用壳体还界定第二传输机构的至少一部分以使得所述单MEMS换能器的第二侧能够接收所述音频输入信号,

其中所述应用壳体包括弯曲段，以使得所述第一传输机构的所述至少一部分的总长度能够大于所述第二传输机构的所述至少一部分的总长度。

2.如权利要求1所述的麦克风组件，其中所述外壳包括底座，所述底座界定第一声端口以使得所述单MEMS换能器的所述第一侧能够接收所述音频输入信号，所述底座还界定第二声端口以使得所述单MEMS换能器的所述第二侧能够接收所述音频输入信号。

3.如权利要求2所述的麦克风组件，其中所述底座包括定位在所述第一声端口周围的第一声阻元件和定位在所述第二声端口周围的第二声阻元件。

4.如权利要求1所述的麦克风组件，其中所述应用壳体包括壁，以使所述第一传输机构的所述至少一部分与所述第二传输机构的所述至少一部分隔开。

5.如权利要求1所述的麦克风组件，其中所述第一传输机构的所述至少一部分包括形成于所述弯曲段处的第一声音孔径，并且其中所述第二传输机构的所述至少一部分包括第二声音孔径并且其中所述第一声音孔径垂直于所述第二声音孔径。

6.如权利要求5所述的麦克风组件，其还包括定位在所述第一声音孔径中的第一声阻元件和定位在所述第二声音孔径中的第二声阻元件。

7.如权利要求1所述的麦克风组件，其中所述应用壳体为听筒壳体、耳机壳体和扬声器电话壳体之一。

8.一种微机电系统(MEMS)麦克风组件，其包括：

外壳；

单微机电系统(MEMS)换能器，其被定位在所述外壳内；以及

底座，其用于支撑所述单MEMS换能器；以及

耦合层，其耦合至所述底座以使所述单MEMS换能器附接至应用壳体，其中所述底座、所述耦合层和所述应用壳体界定第一传输机构以使得所述单MEMS换能器的第一侧能够接收音频输入信号，并且界定第二传输机构以使得所述单MEMS换能器的第二侧能够接收所述音频输入信号，

其中所述应用壳体包括弯曲段，以使得所述第一传输机构的至少一部分的总长度能够大于所述第二传输机构的至少一部分的总长度。

9.如权利要求8所述的麦克风组件，其中所述应用壳体为听筒壳体、耳机壳体和扬声器电话壳体之一。

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