CN107431849B - 麦克风 - Google Patents

麦克风 Download PDF

Info

Publication number
CN107431849B
CN107431849B CN201580053409.2A CN201580053409A CN107431849B CN 107431849 B CN107431849 B CN 107431849B CN 201580053409 A CN201580053409 A CN 201580053409A CN 107431849 B CN107431849 B CN 107431849B
Authority
CN
China
Prior art keywords
equipment
dsp
chip
microphone
mems device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580053409.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107431849A (zh
Inventor
J·尼尔森
A·S·莫滕森
R·R·拉尔森
R·波佩尔
D·南迪
J·米特嘉德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merchant Building Electronics Co Ltd
Original Assignee
Merchant Building Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merchant Building Electronics Co Ltd filed Critical Merchant Building Electronics Co Ltd
Publication of CN107431849A publication Critical patent/CN107431849A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107431849B publication Critical patent/CN107431849B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/02—Casings; Cabinets ; Supports therefor; Mountings therein
    • H04R1/04—Structural association of microphone with electric circuitry therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/005—Details of transducers, loudspeakers or microphones using digitally weighted transducing elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/007—Protection circuits for transducers

Abstract

麦克风。一种麦克风包括基座、设置在基座上的微机电系统(MEMS)装置、以及设置在基座上并耦接到MEMS装置的前端处理设备，该前端处理设备被配置为将从MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号。麦克风还包括DSP设备，该DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，该DSP设备被配置为处理从前端处理设备接收的数字信号。MEMS装置、前端处理设备以及DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内。在操作期间，DSP设备产生DSP噪声。DSP设备包括基本上防止DSP噪声到达或干扰MEMS装置或前端处理设备的操作的降噪结构。

Description

麦克风
相关申请的交叉引用
本专利要求于2014年10月2日提交的题为“Signal Processing Platform inAcoustic Capture Device”的美国临时申请No.62058975的权益，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及声学装置，并且更具体地，涉及由这些装置提供的多个类型的功能和这些装置的配置。
背景技术
麦克风是将声压信号转换成等效电信号的声学换能器。声音的这种电等效通常用于双向远程通信或者用于以后回放。历史上，这种声学捕捉已经在模拟域中完全完成。音频捕捉技术的改进已经产生数字麦克风，尤其是输出脉冲密度调制(PDM)数字信号的麦克风。
处理捕捉到的音频信号以改进或增强期望信号被用于双向远程通信和记录。音频信号增强的这个方面尤其支持新用例，以满足紧凑尺寸的要求、易于集成以及对在噪声条件下操作同时仍然提供具有降低的噪声的优质音频的不断增加的需求。
这样的信号处理通常由编解码器和数字信号处理器(DSP)引擎的组合来进行，其中，DSP功能可以嵌入在编解码器硬件中，或者以编解码器外部的硬件的形式实现，并且由来自编解码器的数据提供。此外，这样的经处理的数据然后被提供给在相同或另一处理器上运行的消费应用程序，以便于记录或远程通信目的。
先前方法包括多个中间处理集成电路芯片，这增加了该方法的复杂性、大小和功率要求。关于“芯片”并且如本文所使用的，其是指一片硅。这些先前方法也增加了系统的成本。所有这些问题都导致一些用户对先前方法不满意。
发明内容
本发明的一个方面提供一种麦克风，所述麦克风包括：基座；微机电系统MEMS装置，所述MEMS装置设置在所述基座上；前端处理设备，所述前端处理设备设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，所述前端处理设备被配置为将从所述MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号；以及DSP设备，所述DSP设备耦接到所述前端处理设备，所述DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，所述DSP设备被配置为处理从所述前端处理设备接收到的所述数字信号，其中，所述MEMS装置、所述前端处理设备和DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内，其中，在操作期间，所述DSP设备产生DSP噪声，其中，所述DSP设备包括降噪结构，所述降噪结构减少了所产生的DSP噪声到达或干扰所述MEMS装置或所述前端处理设备的操作的量，并且其中，所述DSP设备具有包括顶层的多层材料，并且所述降噪设备设置在所述顶层上方。
本发明的另一个方面提供一种麦克风，所述麦克风包括：基座；微机电系统MEMS装置，所述MEMS装置设置在所述基座上；前端处理设备，所述前端处理设备设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，所述前端处理设备被配置为将从所述MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号；以及DSP设备，所述DSP设备耦接到所述前端处理设备，所述DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，所述DSP设备被配置为处理从所述前端处理设备接收的所述数字信号，其中，所述MEMS装置、所述前端处理设备和DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内，其中，在操作期间，所述DSP设备产生DSP噪声，其中，所述DSP设备包括包括顶层的多个层和设置在所述DSP设备的该顶层上方的屏蔽件，所述屏蔽件被配置为减少了所产生的DSP噪声到达或干扰所述MEMS装置或所述前端处理设备的操作的量，并且其中，所述DSP设备由不同层构成，并且其中，所述屏蔽件连接到低噪声接地，并且其中，所述DSP设备还包括数字组件，所述数字组件耦接到数字接地。
本发明的另一个方面提供一种麦克风，所述麦克风包括：基座；微机电系统MEMS装置，所述MEMS装置设置在所述基座上；前端处理设备，所述前端处理设备设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，所述前端处理设备被配置为将从所述MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号；DSP设备，所述DSP设备耦接到所述前端处理设备，所述DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，所述DSP设备被配置为处理从所述前端处理设备接收的所述数字信号；其中，所述MEMS装置、所述前端处理设备和DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内；其中，在操作期间，所述DSP设备产生DSP噪声；其中，所述DSP设备包括法拉第笼，所述法拉第笼的至少一部分被设置在所述DSP设备的顶层上方并且被配置为减少了所产生的DSP噪声到达或干扰所述MEMS装置或所述前端处理设备的操作的量；其中，所述DSP设备由不同层构成，并且其中，所述法拉第笼连接到低噪声接地，并且其中，所述DSP设备还包括数字组件，所述数字组件耦接到数字接地。
附图说明
为了更完全地理解本公开，应参照以下详细描述以及附图，其中：
图1包括根据本发明的各种实施方式的麦克风的框图；
图2包括根据本发明的各种实施方式的麦克风组件的透视图；
图3包括根据本发明的各种实施方式的另一麦克风组件的透视图；
图4包括根据本发明的各种实施方式的使用屏蔽件的麦克风组件的透视图；
图5包括在根据本发明的各种实施方式的在使用倒装芯片方法耦接在一起的麦克风组件中使用的芯片的横截面图；
图6包括示出根据本发明的各种实施方式的降噪结构的横截面图；
图7A至图7C包括示出根据本发明的各种实施方式的芯片上的法拉第笼的示例的顶视图和横截面图。
本领域技术人员应当理解，图中的元件被示出以用于简洁和清晰的目的。应进一步理解的是，某些动作和/或步骤可能以特定发生顺序被描述或描绘，但本领域技术人员应当明白，实际上并不需要关于顺序的这种特定性。还应理解的是，除非本文已经另行阐述了特定含义，否则本文所使用的术语和表述具有与关于所对应的各自调查和研究领域的术语和表述相一致的一般含义。
具体实施方式
在本文提出的方法中，将不同功能组合到单个麦克风组件、壳体或封装中。在一个方面，通过减少中间处理集成电路芯片的数量并在单个麦克风封装、组件或壳体内提供增强的功能来优化信号处理路径。尽管本文提出的方法是关于麦克风的使用来进行描述的，但是应当理解，这些方法也可以部署在任何类型的感测环境中或与任何类型的传感器一起使用。
在通过本文提出的方法获得的一个优点中，在单个麦克风组件中提供低功率信号处理引擎。在小型封装中的紧凑处理平台中提供了各种功能，从而减少了系统引脚连接的数量。通过消除或减少服务于应用程序的多个中间装置来优化这种信号处理能力的成本和系统功率要求。
在这些实施方式的许多中，麦克风组件包括基座和盖。在基座上设置有MEMS装置、数字信号处理(DSP)芯片以及包括模拟接口的至少一个其它芯片。
在一些方面，麦克风组件包括随机存取存储器(RAM)。在其它方面，麦克风组件包括只读存储器(ROM)。也可以使用ROM和RAM的各种组合。存储器结构可以分布为一部分设置在DSP芯片上并且剩余部分设置在具有模拟接口的另一芯片上，或者分布为存储器完全或部分地在单独存储器芯片上。
提供各种屏蔽方法将由DSP芯片产生的噪声与其它组件隔离开来。在一些示例中，屏蔽件被放置在DSP芯片上方、下方或周围。该屏蔽件防止来自DSP芯片的至少一些电噪声干扰诸如MEMS装置的其它电组件的操作。
在其它示例中，法拉第笼(Faraday cage)被用于噪声隔离。法拉第笼连接到与DSP接地分离的低噪声接地。根据所需的隔离，法拉第笼可以在DSP周围实现。
如本文所使用的，低噪声接地(在本文中也称为模拟接地)被理解为通常连接到对噪声敏感的模拟组件的“安静”接地。关于术语“DSP接地”(在本文中也称为数字接地)，其意指连接到数字组件的接地。此外，如本文所使用的，法拉第笼被理解为导电外壳，只要包括法拉第笼的导电材料中的任何孔明显小于在笼的任一侧上产生的任何相关电磁辐射的波长以及所述笼与在所述笼的任一侧上可以静电耦接的任何组件之间的距离二者，法拉第笼就将屏蔽所述笼的内部与外部之间的电磁或静电耦接。
应当理解，本文所使用的结构在DSP芯片的各部分之间创建电隔离。例如，可以在DSP芯片上的DSP设备周围创建全屏蔽，并进一步将诸如MEMS装置的敏感组件与由DSP芯片产生的噪声隔离。
法拉第笼可以以各种方式被构建。例如，法拉第笼可以使用在硅基板中的掺杂阱、在芯片顶部的金属片、以及将顶部金属连接到硅基板的通孔来构建。利用允许信号进出DSP的最小开口并且利用围绕DSP的外围连接金属和基板以屏蔽侧壁的通孔提供最大覆盖范围。
在利用法拉第笼的其它方面，屏蔽件与DSP芯片一起使用，并且使用两个接地连接。在这种情况下，DSP设备被设置在芯片的阱部分中，该部分与芯片的围绕阱部分的硅基板区域中的掺杂相比被相反地掺杂。例如并且在一个方面，在利用p掺杂硅基板的n阱工艺中，DSP的有源电路可以放置在深n掺杂阱内部，从而将硅基板与至少一些噪声隔离。
此外，其中存在深n阱的p掺杂基板、不应包含任何信号并且应具有工艺允许的最大金属覆盖范围的芯片的顶部金属、以及围绕DSP设备的外围连接顶部金属和硅基板的通孔应被连接到与DSP接地分离的“较安静”的低噪声接地。因此，创建了法拉第笼，其将其它芯片与由DSP芯片引起的噪声隔离开来。在本文其它地方更详细地描述了示例性法拉第笼结构。
在一些方面，DSP设备模拟接口和其它功能被集成在单个芯片中。在其它示例中，DSP芯片和至少一个芯片被并排布置或以其它方式彼此相邻。
在一些示例中，DSP芯片被设置在包括模拟接口的芯片的顶部上。在其它示例中，使用倒装芯片方法将具有DSP的芯片与具有模拟接口的芯片相耦接。
在这些实施方式的许多中，麦克风包括基座、设置在基座上的微机电系统(MEMS)装置、以及设置在基座上并耦接到MEMS装置的前端处理设备，该前端处理设备被配置为将从MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号。麦克风还包括DSP设备，该DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，该DSP设备被配置为处理从前端处理设备接收的数字信号。MEMS装置、前端处理设备以及DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内。在操作期间，DSP设备产生DSP噪声。DSP设备包括基本上防止DSP噪声到达或干扰MEMS装置或前端处理设备的操作的降噪结构。
在其它方面，芯片被设置在基座上并且耦接到MEMS装置，并且DSP设备和前端处理设备被设置在芯片处。在其它示例中，第一芯片和第二芯片被设置在基座上并且耦接到MEMS装置，并且DSP设备被设置在第一芯片处，并且前端处理设备被设置在第二芯片处。在一些方面，第一芯片被设置在第二芯片的顶部上。
在一些示例中，降噪结构包括法拉第笼。在其它示例中，DSP设备由不同层构成，并且降噪设备连接到低噪声接地，并且DSP设备还包括数字组件，所述数字组件耦接到数字接地。
在其它方面，DSP设备具有包括顶层的多层材料，并且降噪设备被设置在顶层上方。
在这些实施方式的其它实施方式中，麦克风包括：基座；设置在基座上的微机电系统(MEMS)装置；以及设置在基座上并且耦接到MEMS装置的前端处理设备。该前端处理设备被配置为将从MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号。DSP设备被耦接到前端处理设备，该DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置。DSP设备被配置为处理从前端处理设备接收的数字信号。MEMS装置、前端处理设备以及DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内。在操作期间，DSP设备产生DSP噪声。DSP设备包括设置在DSP设备的顶部处的屏蔽件，该屏蔽件被配置为基本上防止DSP噪声到达或干扰MEMS装置或前端处理设备的操作。DSP设备由不同层构成，并且降噪设备被连接到低噪声接地。DSP设备还包括数字组件，该数字组件耦接到数字接地。
现在参考图1，描述了麦克风100的一个示例。该麦克风包括MEMS装置102、前端处理设备104和数字信号处理器(DSP)106。DSP 106耦接到外部装置108。
MEMS装置102是将声能转换成模拟电信号的装置。MEMS装置102可以包括膜片和背板。声能移动膜片，并利用背板创建不断变化的电位，以创建模拟电信号。
前端处理设备104包括到MEMS装置102的接口。此外，前端处理设备可以包括前置放大器和电荷泵、模数转换器(将从MEMS装置102接收的模拟信号转换成数字信号)以及到DSP 106的接口。前端处理设备104也可以执行其它功能。在前端处理设备104中，这些功能可以被分组为模拟MEMS接口、用于模拟信号处理的特定模拟电路、数字转换电路、用于进一步数字地处理信号的特定数字逻辑电路、随机存取存储器(RAM)和/或其它类型的存储器和数字接口。
DSP 106可以被编程为对所接收的数字信号执行任何数字信号处理功能。DSP106包括到前端的接口、到外部装置108的接口以及存储器(例如，随机存取存储器)。也可以包括功能的其它示例。DSP 106可以包括随机存取存储器(RAM)。在其它方面，DSP 106包括只读存储器(ROM)。也可以使用RAM和ROM的各种组合。因此，麦克风100现在可以在其壳体内包括存储装置。
外部装置108可以接收来自DSP 106的信号并执行其它处理功能。在这些方面，外部装置108可以是位于诸如蜂窝电话、个人计算机或平板电脑的客户装置处的装置。客户装置的其它示例是可能的。
应当理解，上述组件包括在单个壳体或组件内。在一个方面，前端处理设备104和DSP被设置在单个麦克风壳体或组件内的相同芯片上。在另一方面，前端处理设备104和DSP被设置在麦克风壳体或组件内的不同芯片上。
在另一示例中，包括DSP 106的芯片可以与前端处理设备104一起设置在芯片上方。也就是说，包括DSP 106的芯片通常可以驻留在第一平面中，并且具有前端处理设备104的芯片可以设置在第二平面中。两个芯片可以沿垂直方向设置，使得两个平面大体上彼此平行地延伸。
在一种方法中，屏蔽件(或其它屏蔽结构或方法)可以耦接到DSP 106、设置在DSP106上、利用DSP 106形成或以其它方式与DSP 106相关联，以防止来自DSP的噪声干扰系统中的其它设备(诸如MEMS装置102)的操作。在一个方面，屏蔽件由p基板和金属结构形成。材料的其它示例也可以用于构造屏蔽件。
在其它方面，当DSP芯片位于前端处理设备芯片的顶部上时，所述芯片可以利用如本文别处所描述的倒装芯片方法耦接在一起。
现在参考图2，描述了麦克风组件200的一个示例。麦克风组件包括MEMS装置202和芯片204，芯片204包括如上所述的前端处理设备206和DSP设备208。所有这些组件都设置在基座203上。MEMS装置202耦接到芯片204。盖(未示出)包围这些组件。因此，MEMS装置202、前端处理设备206和DSP 208设置在单个麦克风组件或壳体内。
现在参考图3，描述了麦克风组件300的另一示例。麦克风组件包括MEMS装置302和第一芯片304，第一芯片304包括如上所述的前端处理设备306和包括DSP设备309的DSP芯片308。所有这些组件都设置在基座303上。MEMS装置302耦接到芯片304。盖(未示出)包围这些组件。因此，MEMS装置302、前端处理设备306和DSP芯片308设置在单个麦克风组件或壳体内。
在该示例中，DSP芯片308设置在第一芯片304(的顶部上)上方。两个芯片之间的电连接可以通过导线或使用倒装芯片方法来提供。应当理解，图3中的两个芯片的相对设置是一个示例，并且其它配置是可能的。
现在参考图4，描述了使用屏蔽件以及模拟和DSP接地进行屏蔽的一个示例。本文所描述的麦克风组件被提供有低噪声接地和DSP接地。如上所述，在本文中所提及的低噪声(或模拟)接地被理解为通常连接到对噪声敏感的模拟组件的“安静”接地。本文所述的DSP接地是指连接到数字组件的接地。
一般来说，DSP接地比低噪声接地噪声更大。在一些方面，低噪声接地被称为无声接地，因为其噪声水平为零或基本为零。
如图所示。在图4中，麦克风400包括MEMS装置402。前端设备404(包括模拟接口)和DSP 406设置在芯片408上。DSP 406是充满噪声的，因此在将任何DSP放入与其它麦克风组件相同的组件中的先前方法中存在不利因素。
这里，DSP 406可以由多层材料构成。在一个方面，屏蔽件410设置在DSP 406的顶部上并且连接到低噪声接地412。数字组件(例如，前端设备404中的数字组件)可以耦接到DSP接地414。该配置减少了可以从DSP 406行进到MEMS装置402和芯片408的噪声的量。芯片408和MEMS装置402设置在基座403上。盖405耦接到基座403并且包围组件。所述盖中的端口407允许声能进入麦克风400。
现在参考图5，描述了利用本方法使用倒装芯片设计的一个示例。第一芯片502包括DSP 504。第二芯片506包括前端处理设备507。芯片最初设置在第一位置510中。在第一芯片502中形成第一孔或开口512，并且在第二芯片506中形成第二孔或开口514。在一个方面，导线可以被焊接到孔512、514以与其它组件进行电连接。
然而，如位置520中所示，在倒装芯片设计中，孔被填充有焊料(例如，金)，并且如图所示翻转第一芯片。底部芯片506中的孔514与顶部芯片中的孔512对准(现在填充有焊料522)。由于孔512、514被对准，因此在两个芯片502与506之间提供电连接。
应当理解，图5中描述的倒装芯片连接方法消除了在两个芯片502与506之间的单独导线的需要。此外，该方法还降低了麦克风组件的高度。应当理解，该方法可以用于本文所描述的任何示例中，以将两个分离的芯片耦接在一起，并且可以使用其它倒装芯片连接方法和材料，例如，仅在一个芯片上沉积焊料材料，使用热或振动来实现粘合或导电胶合。
现在参考图6，描述了用于麦克风组件中的芯片的隔离方法。芯片600包括轻掺杂的阱区602和较重掺杂的外区606。阱区602具有DSP处理组件604(例如，晶体管、开关和其它装置)。
阱区602连接到DSP接地610。外区606连接到低噪声接地622。屏蔽件620可以设置在DSP处理组件604的顶部上或跨越芯片600的整个顶部。该结构在DSP周围创建了完整屏蔽，并进一步将诸如MEMS装置的敏感组件与噪声隔离。
现在参考图7A至图7C，描述了法拉第笼的实施方式。图7A示出了包含DSP设备的芯片的顶视图。最顶部金属层701仅在要求存取信号时设置开口，并且在制造金属密度规则要求时，向芯片中的电路供电。金属层701是金属屏蔽件。金属垫711用于耦接到信号和电力，并且与金属层/屏蔽件701隔离小间隙721。垫710用于将低噪声接地连接到法拉第笼，并且还可以具有到周围屏蔽件701的间隙721，并且如果制造规则要求，则连接在较低金属层级处，但是也可以直接连接在最顶部金属层701中。
图7B表示芯片的横截面图。最顶部金属层701通过通孔703、中间金属层702、接触件704和硅基板705的p掺杂部分围绕外围连接到轻p掺杂的硅基板706，将芯片的内部有效地封装在电连接的法拉第笼中。
在基板和金属笼内，DSP设备的电路被放置在深n掺杂阱707中，将DSP电路的n掺杂阱708和p掺杂阱708与硅基板有效地隔离开。要求与DSP设备隔离的其它电路可以被放置在单独深n掺杂阱709中。
图7C表示芯片的侧视图，其示出了顶部金属701、通孔703、中间金属层702、触点704、硅基板705的p掺杂部分和硅基板706如何仅利用金属层、通孔、接触件和基板之间的小尺寸开口有效地创建电连接的屏蔽。这些开口可以被最小化，以便以相关频率和距离创建有效法拉第笼。
本文描述了本发明的优选实施方式，包括发明人已知的用于执行本发明的最佳方式。应当理解，所例示的实施方式仅是示例性的，并且不应被视为限制本发明的范围。

Claims (18)

1.一种麦克风，所述麦克风包括：
基座；
微机电系统MEMS装置，所述MEMS装置设置在所述基座上；
前端处理设备，所述前端处理设备设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，所述前端处理设备被配置为将从所述MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号；以及
DSP设备，所述DSP设备耦接到所述前端处理设备，所述DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，所述DSP设备被配置为处理从所述前端处理设备接收到的所述数字信号，
其中，所述MEMS装置、所述前端处理设备和DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内，
其中，在操作期间，所述DSP设备产生DSP噪声，
其中，所述DSP设备包括降噪结构，所述降噪结构减少了所产生的DSP噪声到达或干扰所述MEMS装置或所述前端处理设备的操作的量，并且
其中，所述DSP设备具有包括顶层的多层材料，并且所述降噪结构设置在所述顶层上方。
2.根据权利要求1所述的麦克风，所述麦克风还包括设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置的芯片，并且所述DSP设备和所述前端处理设备设置在所述芯片处。
3.根据权利要求1所述的麦克风，所述麦克风还包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，并且所述DSP设备设置在所述第一芯片处，并且所述前端处理设备设置在所述第二芯片处。
4.根据权利要求3所述的麦克风，其中，第一芯片设置在所述第二芯片的顶部上。
5.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述降噪结构包括法拉第笼。
6.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述降噪结构连接到低噪声接地，并且其中，所述DSP设备还包括数字组件，所述数字组件耦接到数字接地。
7.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述麦克风还包括盖，所述盖被配置为覆盖所述MEMS装置和所述DSP设备。
8.一种麦克风，所述麦克风包括：
基座；
微机电系统MEMS装置，所述MEMS装置设置在所述基座上；
前端处理设备，所述前端处理设备设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，所述前端处理设备被配置为将从所述MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号；以及
DSP设备，所述DSP设备耦接到所述前端处理设备，所述DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，所述DSP设备被配置为处理从所述前端处理设备接收的所述数字信号，
其中，所述MEMS装置、所述前端处理设备和DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内，
其中，在操作期间，所述DSP设备产生DSP噪声，
其中，所述DSP设备包括包括顶层的多个层和设置在所述DSP设备的该顶层上方的屏蔽件，所述屏蔽件被配置为减少了所产生的DSP噪声到达或干扰所述MEMS装置或所述前端处理设备的操作的量，并且
其中，所述DSP设备由不同层构成，并且其中，所述屏蔽件连接到低噪声接地，并且其中，所述DSP设备还包括数字组件，所述数字组件耦接到数字接地。
9.根据权利要求8所述的麦克风，所述麦克风还包括设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置的芯片，并且所述DSP设备和所述前端处理设备设置在所述芯片处。
10.根据权利要求8所述的麦克风，所述麦克风还包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，并且所述DSP设备设置在所述第一芯片处，并且所述前端处理设备设置在所述第二芯片处。
11.根据权利要求10所述的麦克风，其中，所述第一芯片设置在所述第二芯片的顶部上。
12.根据权利要求10所述的麦克风，其中，所述麦克风还包括盖，所述盖覆盖所述MEMS装置和所述DSP设备。
13.根据权利要求8所述的麦克风，其中，所述屏蔽件包括法拉第笼。
14.一种麦克风，所述麦克风包括：
基座；
微机电系统MEMS装置，所述MEMS装置设置在所述基座上；
前端处理设备，所述前端处理设备设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，所述前端处理设备被配置为将从所述MEMS装置接收的模拟信号转换成数字信号；
DSP设备，所述DSP设备耦接到所述前端处理设备，所述DSP设备是具有计算机存储器的数字编程装置，所述DSP设备被配置为处理从所述前端处理设备接收的所述数字信号；
其中，所述MEMS装置、所述前端处理设备和DSP设备被封装在单个麦克风外壳或组件内；
其中，在操作期间，所述DSP设备产生DSP噪声；
其中，所述DSP设备包括法拉第笼，所述法拉第笼的至少一部分被设置在所述DSP设备的顶层上方并且被配置为减少了所产生的DSP噪声到达或干扰所述MEMS装置或所述前端处理设备的操作的量；
其中，所述DSP设备由不同层构成，并且其中，所述法拉第笼连接到低噪声接地，并且其中，所述DSP设备还包括数字组件，所述数字组件耦接到数字接地。
15.根据权利要求14所述的麦克风，所述麦克风还包括设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置的芯片，并且所述DSP设备和所述前端处理设备设置在所述芯片处。
16.根据权利要求14所述的麦克风，所述麦克风还包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片设置在所述基座上并且耦接到所述MEMS装置，并且所述DSP设备设置在所述第一芯片处，并且所述前端处理设备设置在所述第二芯片处。
17.根据权利要求16所述的麦克风，其中，所述第一芯片设置在所述第二芯片的顶部上。
18.根据权利要求16所述的麦克风，其中，所述麦克风还包括盖，所述盖覆盖所述MEMS装置和所述DSP设备。
CN201580053409.2A 2014-10-02 2015-09-23 麦克风 Active CN107431849B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462058975P 2014-10-02 2014-10-02
US62/058,975 2014-10-02
US14/795,305 2015-07-09
US14/795,305 US9554214B2 (en) 2014-10-02 2015-07-09 Signal processing platform in an acoustic capture device
PCT/US2015/051686 WO2016053715A1 (en) 2014-10-02 2015-09-23 Signal processing platform in an acoustic capture device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107431849A CN107431849A (zh) 2017-12-01
CN107431849B true CN107431849B (zh) 2019-11-08

Family

ID=55631276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580053409.2A Active CN107431849B (zh) 2014-10-02 2015-09-23 麦克风

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9554214B2 (zh)
CN (1) CN107431849B (zh)
DE (1) DE112015004512T5 (zh)
TW (1) TW201626823A (zh)
WO (1) WO2016053715A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9800971B2 (en) 2015-03-17 2017-10-24 Knowles Electronics, Llc Acoustic apparatus with side port
DE112017006148B4 (de) 2016-12-05 2024-04-25 Knowles Electronics, Llc Rampenbildung der sensorleistung in einer mikroelektromechanischen systemvorrichtung
WO2018148095A1 (en) 2017-02-13 2018-08-16 Knowles Electronics, Llc Soft-talk audio capture for mobile devices
EP3429225B1 (en) * 2017-07-14 2020-06-03 ams AG Method for operating an integrated mems microphone device and integrated mems microphone device
KR20190037844A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 엘지전자 주식회사 이동 단말기
CN213818100U (zh) 2019-12-30 2021-07-27 楼氏电子(苏州)有限公司 麦克风组件
CN115412805B (zh) * 2022-07-22 2024-03-08 深圳睿克微电子有限公司 一种基于麦克风的主动式降噪系统及麦克风

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5592391A (en) * 1993-03-05 1997-01-07 International Business Machines Corporation Faraday cage for a printed circuit card
CN102265644A (zh) * 2008-12-24 2011-11-30 松下电器产业株式会社 平衡信号输出型传感器
CN103022005A (zh) * 2012-12-22 2013-04-03 西安电子科技大学 一种基于外围垂直互连技术的叠层型3d-mcm结构
CN203554657U (zh) * 2013-10-11 2014-04-16 孙文宗 耳机麦克风

Family Cites Families (87)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5740261A (en) 1996-11-21 1998-04-14 Knowles Electronics, Inc. Miniature silicon condenser microphone
AU4317099A (en) 1998-06-05 1999-12-20 Knowles Electronics, Inc. Solid-state receiver
US6535460B2 (en) 2000-08-11 2003-03-18 Knowles Electronics, Llc Miniature broadband acoustic transducer
US6509640B1 (en) * 2000-09-29 2003-01-21 Intel Corporation Integral capacitor using embedded enclosure for effective electromagnetic radiation reduction
US7439616B2 (en) 2000-11-28 2008-10-21 Knowles Electronics, Llc Miniature silicon condenser microphone
US7434305B2 (en) 2000-11-28 2008-10-14 Knowles Electronics, Llc. Method of manufacturing a microphone
US8617934B1 (en) 2000-11-28 2013-12-31 Knowles Electronics, Llc Methods of manufacture of top port multi-part surface mount silicon condenser microphone packages
US7166910B2 (en) 2000-11-28 2007-01-23 Knowles Electronics Llc Miniature silicon condenser microphone
US6847090B2 (en) 2001-01-24 2005-01-25 Knowles Electronics, Llc Silicon capacitive microphone
US20020106091A1 (en) 2001-02-02 2002-08-08 Furst Claus Erdmann Microphone unit with internal A/D converter
DE10160830A1 (de) 2001-12-11 2003-06-26 Infineon Technologies Ag Mikromechanische Sensoren und Verfahren zur Herstellung derselben
US6781231B2 (en) 2002-09-10 2004-08-24 Knowles Electronics Llc Microelectromechanical system package with environmental and interference shield
US7382048B2 (en) 2003-02-28 2008-06-03 Knowles Electronics, Llc Acoustic transducer module
US7501703B2 (en) 2003-02-28 2009-03-10 Knowles Electronics, Llc Acoustic transducer module
US20040253760A1 (en) 2003-06-13 2004-12-16 Agency For Science, Technology And Research Method to fabricate a highly perforated silicon diaphragm with controlable thickness and low stress
DE102004011149B3 (de) 2004-03-08 2005-11-10 Infineon Technologies Ag Mikrophon und Verfahren zur Herstellung eines Mikrophons
US7268006B2 (en) 2004-12-30 2007-09-11 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electronic device including a guest material within a layer and a process for forming the same
US7795695B2 (en) 2005-01-27 2010-09-14 Analog Devices, Inc. Integrated microphone
DE102005008511B4 (de) 2005-02-24 2019-09-12 Tdk Corporation MEMS-Mikrofon
US7825484B2 (en) 2005-04-25 2010-11-02 Analog Devices, Inc. Micromachined microphone and multisensor and method for producing same
SG130158A1 (en) 2005-08-20 2007-03-20 Bse Co Ltd Silicon based condenser microphone and packaging method for the same
DE102005053767B4 (de) 2005-11-10 2014-10-30 Epcos Ag MEMS-Mikrofon, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zum Einbau
DE102005053765B4 (de) * 2005-11-10 2016-04-14 Epcos Ag MEMS-Package und Verfahren zur Herstellung
US7297567B2 (en) 2006-01-10 2007-11-20 Knowles Electronics, Llc. Method for singulating a released microelectromechanical system wafer
US20070215962A1 (en) 2006-03-20 2007-09-20 Knowles Elecronics, Llc Microelectromechanical system assembly and method for manufacturing thereof
GB0605576D0 (en) 2006-03-20 2006-04-26 Oligon Ltd MEMS device
KR100722686B1 (ko) 2006-05-09 2007-05-30 주식회사 비에스이 부가적인 백 챔버를 갖고 기판에 음향홀이 형성된 실리콘콘덴서 마이크로폰
KR101309045B1 (ko) * 2006-06-30 2013-09-17 삼성전자주식회사 네트워크 디바이스, 네트워크 관리자, 이들을 포함하는관리시스템 및 클론프로세스 수행방법
US7657025B2 (en) 2006-07-17 2010-02-02 Fortemedia, Inc. Microphone module and method for fabricating the same
US20080175425A1 (en) 2006-11-30 2008-07-24 Analog Devices, Inc. Microphone System with Silicon Microphone Secured to Package Lid
US20080142475A1 (en) 2006-12-15 2008-06-19 Knowles Electronics, Llc Method of creating solid object from a material and apparatus thereof
NO328582B1 (no) * 2006-12-29 2010-03-22 Tandberg Telecom As Mikrofon for lydkildesporing
TWI327357B (en) 2007-01-10 2010-07-11 Advanced Semiconductor Eng Mems microphone package and method thereof
EP2132955A1 (en) 2007-03-05 2009-12-16 Gtronix, Inc. Small-footprint microphone module with signal processing functionality
US20080217709A1 (en) 2007-03-07 2008-09-11 Knowles Electronics, Llc Mems package having at least one port and manufacturing method thereof
TWI323242B (en) 2007-05-15 2010-04-11 Ind Tech Res Inst Package and packageing assembly of microelectromechanical system microphone
WO2009016587A1 (en) 2007-08-02 2009-02-05 Nxp B.V. Electro-acoustic transducer comprising a mems sensor
TWM341025U (en) 2008-01-10 2008-09-21 Lingsen Precision Ind Ltd Micro electro-mechanical microphone package structure
US8450817B2 (en) 2008-08-14 2013-05-28 Knowles Electronics Llc Microelectromechanical system package with strain relief bridge
US8193596B2 (en) 2008-09-03 2012-06-05 Solid State System Co., Ltd. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) package
US8102015B2 (en) 2008-10-02 2012-01-24 Fortemedia, Inc. Microphone package with minimum footprint size and thickness
CN102187685B (zh) 2008-10-14 2015-03-11 美商楼氏电子有限公司 具有多个换能器元件的传声器
US8351634B2 (en) 2008-11-26 2013-01-08 Analog Devices, Inc. Side-ported MEMS microphone assembly
WO2010080820A2 (en) 2009-01-07 2010-07-15 Knowles Electronics, Llc Microphone and orientation sensor assembly
US8472648B2 (en) 2009-01-20 2013-06-25 General Mems Corporation Miniature MEMS condenser microphone package and fabrication method thereof
US8325951B2 (en) 2009-01-20 2012-12-04 General Mems Corporation Miniature MEMS condenser microphone packages and fabrication method thereof
CN201438743U (zh) 2009-05-15 2010-04-14 瑞声声学科技(常州)有限公司 麦克风
US20100303274A1 (en) 2009-05-18 2010-12-02 William Ryan Microphone Having Reduced Vibration Sensitivity
CN101651913A (zh) 2009-06-19 2010-02-17 瑞声声学科技(深圳)有限公司 麦克风
CN101651917A (zh) 2009-06-19 2010-02-17 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容麦克风
CN101959106A (zh) 2009-07-16 2011-01-26 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 微机电系统麦克风的封装结构及其封装方法
US9399574B2 (en) 2009-08-13 2016-07-26 Knowles Electronics Llc MEMS package and a method for manufacturing the same
US8987030B2 (en) 2009-08-13 2015-03-24 Knowles Electronics, Llc MEMS package and a method for manufacturing the same
CN101765047A (zh) 2009-09-28 2010-06-30 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容麦克风及其制作方法
EP2432249A1 (en) 2010-07-02 2012-03-21 Knowles Electronics Asia PTE. Ltd. Microphone
US8775172B2 (en) * 2010-10-02 2014-07-08 Noise Free Wireless, Inc. Machine for enabling and disabling noise reduction (MEDNR) based on a threshold
US20120161258A1 (en) 2010-12-28 2012-06-28 Loeppert Peter V Package with a cmos die positioned underneath a mems die
US8781140B2 (en) 2011-04-15 2014-07-15 Knowles Electronics, Llc Compact, highly integrated microphone assembly
US8879767B2 (en) 2011-08-19 2014-11-04 Knowles Electronics, Llc Acoustic apparatus and method of manufacturing
US8969980B2 (en) 2011-09-23 2015-03-03 Knowles Electronics, Llc Vented MEMS apparatus and method of manufacture
US20130177192A1 (en) 2011-10-25 2013-07-11 Knowles Electronics, Llc Vented Microphone Module
US9374643B2 (en) 2011-11-04 2016-06-21 Knowles Electronics, Llc Embedded dielectric as a barrier in an acoustic device and method of manufacture
US9485560B2 (en) 2012-02-01 2016-11-01 Knowles Electronics, Llc Embedded circuit in a MEMS device
US8995694B2 (en) 2012-02-01 2015-03-31 Knowles Electronics, Llc Embedded circuit in a MEMS device
US9402118B2 (en) 2012-07-27 2016-07-26 Knowles Electronics, Llc Housing and method to control solder creep on housing
US9491539B2 (en) 2012-08-01 2016-11-08 Knowles Electronics, Llc MEMS apparatus disposed on assembly lid
US20140064546A1 (en) 2012-08-01 2014-03-06 Knowles Electronics, Llc Microphone assembly
US20140037120A1 (en) 2012-08-01 2014-02-06 Knowles Electronics, Llc Microphone Assembly
US9078063B2 (en) 2012-08-10 2015-07-07 Knowles Electronics, Llc Microphone assembly with barrier to prevent contaminant infiltration
US9695040B2 (en) * 2012-10-16 2017-07-04 Invensense, Inc. Microphone system with integrated passive device die
US9137595B2 (en) 2012-11-14 2015-09-15 Knowles Electronics, Llc Apparatus for prevention of pressure transients in microphones
US20140133686A1 (en) 2012-11-14 2014-05-15 Knowles Electronics, Llc Apparatus to prevent excess movement of mems components
US9343455B2 (en) 2012-12-19 2016-05-17 Knowles Electronics, Llc Apparatus and method for high voltage I/O electro-static discharge protection
US9356567B2 (en) * 2013-03-08 2016-05-31 Invensense, Inc. Integrated audio amplification circuit with multi-functional external terminals
US20140291783A1 (en) 2013-03-21 2014-10-02 Knowles Electronics, Llc Cover for a mems microphone
US9467785B2 (en) 2013-03-28 2016-10-11 Knowles Electronics, Llc MEMS apparatus with increased back volume
US9301075B2 (en) 2013-04-24 2016-03-29 Knowles Electronics, Llc MEMS microphone with out-gassing openings and method of manufacturing the same
KR101480615B1 (ko) * 2013-05-29 2015-01-08 현대자동차주식회사 지향성 마이크로폰 장치 및 그의 동작방법
US9212052B2 (en) * 2013-08-07 2015-12-15 Invensense, Inc. Packaged microphone with multiple mounting orientations
CN104378723A (zh) 2013-08-16 2015-02-25 上海耐普微电子有限公司 具有语音唤醒功能的麦克风
GB2519379B (en) * 2013-10-21 2020-08-26 Nokia Technologies Oy Noise reduction in multi-microphone systems
US20150117681A1 (en) 2013-10-30 2015-04-30 Knowles Electronics, Llc Acoustic Assembly and Method of Manufacturing The Same
ITTO20130910A1 (it) * 2013-11-08 2015-05-09 St Microelectronics Srl Dispositivo trasduttore acustico microelettromeccanico con migliorate funzionalita' di rilevamento e relativo apparecchio elettronico
CN105874818A (zh) 2013-11-20 2016-08-17 楼氏电子（北京）有限公司 具有用作第二麦克风的扬声器的装置
US20150172825A1 (en) 2013-12-13 2015-06-18 Knowles Electronics, Llc Method and Apparatus for an Acoustic Device Having a Coating
US9307328B2 (en) 2014-01-09 2016-04-05 Knowles Electronics, Llc Interposer for MEMS-on-lid microphone
CN106105259A (zh) 2014-01-21 2016-11-09 美商楼氏电子有限公司 提供极高声学过载点的麦克风设备和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5592391A (en) * 1993-03-05 1997-01-07 International Business Machines Corporation Faraday cage for a printed circuit card
CN102265644A (zh) * 2008-12-24 2011-11-30 松下电器产业株式会社 平衡信号输出型传感器
CN103022005A (zh) * 2012-12-22 2013-04-03 西安电子科技大学 一种基于外围垂直互连技术的叠层型3d-mcm结构
CN203554657U (zh) * 2013-10-11 2014-04-16 孙文宗 耳机麦克风

Also Published As

Publication number Publication date
US20160100257A1 (en) 2016-04-07
WO2016053715A1 (en) 2016-04-07
CN107431849A (zh) 2017-12-01
US9554214B2 (en) 2017-01-24
TW201626823A (zh) 2016-07-16
DE112015004512T5 (de) 2017-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107431849B (zh) 麦克风
US8759149B2 (en) Encapsulated micro-electro-mechanical device, in particular a MEMS acoustic transducer
US9380392B2 (en) Microphone
US6324907B1 (en) Flexible substrate transducer assembly
US7439616B2 (en) Miniature silicon condenser microphone
US20120250925A1 (en) Packages and methods for packaging microphone devices
US9521499B2 (en) Electronic device with large back volume for electromechanical transducer
KR20150040941A (ko) 어셈블리 리드 상에 배치되는 ｍｅｍｓ 장치
US20100322451A1 (en) MEMS Microphone
US20100322443A1 (en) Mems microphone
CN101578890B (zh) 具有防电磁干扰手段的阵列话筒
JP2010187076A (ja) マイクロホンユニット
CN107108203A (zh) Mems封装件
KR101149894B1 (ko) 마이크로폰 장치
JP2014155144A (ja) 音声入力装置及び雑音抑圧方法
CN106132869A (zh) 具有绝缘基板的mems马达
US11368783B2 (en) Prevention of buzz noise in smart microphones
US9860623B1 (en) Stacked chip microphone
CN212572960U (zh) 传感器、麦克风和电子装置
US20170247248A1 (en) Integrated mems transducer and circuitry
US20140367810A1 (en) Open Cavity Substrate in a MEMS Microphone Assembly and Method of Manufacturing the Same
US9249010B2 (en) Electrical shielding in a MEMS leadframe package
JP2008136195A (ja) コンデンサマイクロホン
US9813790B1 (en) Microphone package
CN214544781U (zh) Mems麦克风封装结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant