CN109309884B - 一种麦克风和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种麦克风和电子设备。该麦克风包括：具有内腔的壳体以及放置在壳体内腔中的麦克风单元；所述壳体上设置有用于所述麦克风单元的声孔；还包括用于密封声孔至麦克风单元之间通道的保护装置，所述保护装置包括声学密封的膜体，以及与膜体间隔开的刚性的背板，所述背板位于膜体靠近麦克风单元的一侧，所述背板上设置有导通孔；其中，所述膜体的声学顺应性大于麦克风单元中振膜的声学顺应性。

Description

一种麦克风和电子设备

技术领域

本发明涉及电声技术领域，更具体地，涉及一种麦克风和电子设备。

背景技术

MEMS(微机电系统)是一种在其最通常的形式下能够被限定成利用微制造制成的小型化机械和电子-机械元件。MEMS麦克风单元能够首先被制造然后被封装在基板上的微机电式麦克风装置中。微机电式麦克风装置还能够被装配到诸如手机、平板电脑、便携式电脑、VR等的电子设备中，其应用非常广泛。

由于MEMS麦克风单元的尺寸比较小，因此制造的环境将影响具有微机电式麦克风装置的电子设备的性能。在MEMS麦克风单元中，振膜和背极板是非常重要的部件，振膜和背极板共同构成了电容器结构，可以实现声电的转换。通常，微机电式麦克风装置具有声学端口以使声音压力进入到MEMS麦克风单元中并能与其振膜相互作用。但是，这样的设计会导致灰尘或颗粒物也能够进入到声学端口中，并会因此导致微机电式麦克风装置的性能有可能被降低。

为了解决上述问题，在现有技术中，一些技术人员在声学端口处设置具有网孔的过滤器用以保护内部的MEMS麦克风单元。而为了消除灰尘或颗粒对微机电式麦克风装置的性能的影响，技术人员还试图减小声学端口的网孔的尺寸或者试图将刚性板过滤器使用在声学端口。但是，这将会在一定程度上降低微机电式麦克风装置的性能，例如信噪比(SNR)。并且，基于制造工艺的限制，目前使用的过滤器的网孔度都比较大，大约在100μm以上，因此，对于粒径比较小的灰尘或者颗粒不能实现有效的阻挡。并且，过滤器的尺寸也会影响到微机电式麦克风装置的性能。例如，在增大过滤器的厚度的情况下，信噪比可能会被降低。例如，在过滤器的网孔的尺寸减小的情况下，信噪比也可能会被降低。例如，在过滤器的厚度增大的情况下，微机电式麦克风装置的频率响应可能偏离。另外，现有的过滤器其抗压力的能力比较弱，例如一旦受到较大的风压或者水压的冲击，非常容易破裂或损坏，而无法对MEMS麦克风单元进行有效的保护。

由此可见，非常有必要提出一种麦克风的新方案，以解决现有技术中的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种麦克风的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种麦克风，包括：具有内腔的壳体以及放置在壳体内腔中的麦克风单元；所述壳体上设置有用于所述麦克风单元的声孔；还包括用于密封声孔至麦克风单元之间通道的保护装置，所述保护装置包括声学密封的膜体，以及与膜体间隔开的刚性的背板，所述背板位于膜体靠近麦克风单元的一侧，所述背板上设置有导通孔；其中，所述膜体的声学顺应性大于麦克风单元中振膜的声学顺应性。

任选地或者另选地，所述壳体包括基体以及与基体共同封装所述麦克风单元的盖；所述声孔被设置在所述基板或者所述盖中。

任选地或者另选地，所述膜体由以下材料中的至少一种制成：聚合物、塑料、弹性体、金属、合金、金属玻璃或者介电材料，这些材料的延伸率或者极限强度比硅材料的高。

任选地或者另选地，所述膜体的杨氏模量小于100Gpa，应力小于10MPa。

任选地或者另选地，所述膜体在静止位置是平坦的。

任选地或者另选地，所述膜体是透气的。

任选地或者另选地，所述膜体是防水的。

任选地或者另选地，所述保护装置的声阻小于麦克风单元的声阻。

任选地或者另选地，所述膜体的初始张力小于麦克风单元中振膜的初始张力。

任选地或者另选地，所述麦克风单元与所述保护装置重叠设置在一起；还包括与所述保护装置错开设置的ASIC芯片。

任选地或者另选地，所述保护装置的尺寸大于麦克风单元的尺寸；还包括ASIC芯片，所述麦克风单元、ASIC芯片均设置在背板上；其中，所述背板上的导通孔仅设置在与麦克风单元相对应的位置。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据本发明的麦克风的电子设备。

根据本公开的一个实施例，其中采用声学密封的膜体与刚性的背板相配合，该设计能有效地防止膜体在较大的压力作用下产生较大的变形，以造成膜体破裂的现象。本发明能够降低外部颗粒对微机电式麦克风元件的影响。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的实施例提供的保护装置的示意图。

图2是根据本发明的实施例提供的麦克风单元和保护装置结合的示意图。

图3是根据本发明的第一实施例的麦克风的示意图。

图4是根据本发明的第二实施例的麦克风的示意图。

附图标记说明：

1.第一支撑部，1a.通道，2.膜体，3.背板，3a.导通孔，4.第一晶元附接件，5.第二晶元附接件，6.间隙，7.第二支撑部，8a.振膜，8b.背极板，9.基板，9a.声孔，10.ASIC芯片，11.盖。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的实施例中，发明人提出在麦克风的声学端口处使用声学顺应性较好的膜体来消除灰尘或者颗粒对麦克风单元的性能的影响。

图1是根据本发明的实施例提供的保护装置的示意图。图2是根据本发明的实施例提供的麦克风单元和保护装置结合的示意图。图3是根据本发明的第一实施例的麦克风的示意图。图4是根据本发明的第二实施例的麦克风的示意图。现以图1至图4为例，对本发明实施例提供的麦克风的结构特征、原理等进行描述。

本发明的第一实施例提供的麦克风，参照图1-3所示，其结构为：包括具有内腔的壳体以及放置在壳体内腔中的麦克风单元；在壳体上设置有用于麦克风单元的声孔；还包括用于密封声孔至麦克风单元之间通道1a的保护装置，该保护装置包括声学密封的膜体2，以及与膜体2间隔开的刚性的背板3，该背板3位于膜体2靠近麦克风单元的一侧，在该背板3上设置有导通孔3a；其中，膜体2的声学顺应性大于麦克风单元中振膜的声学顺应性。

通常，制造MEMS麦克风的环境能够被保持清洁(或者无尘)。然而，在输送至另一地方并且将其组装到电子设备中期间难以保持清洁的环境。在现有技术中，灰尘或颗粒能够经由麦克风的声孔而进入麦克风单元内并且因此降低麦克风的性能。

另外，在现有技术中，使用具有小孔的过滤器来过滤颗粒。一方面，难以制造具有非常小的孔的过滤器。这会增大成本。另一方面，当孔变得较小时，他们将造成附加噪声，这将降低诸如SNR之类的性能。

本发明的第一实施例提供的麦克风，具有内腔的壳体包括盖11和基板9，麦克风单元被放置在基板9上，盖11和基板9一起用于封装麦克风单元，声孔9a被设置在基板9上。保护装置内的膜体2能用于阻挡或者过滤掉从声孔9a进入的灰尘或颗粒物，这样，灰尘或颗粒物能够被阻挡在声孔9a处。该保护装置在使用时不会给麦克风造成附加的噪声，能提高麦克风的信噪比(SNR)，使麦克风具有良好的性能。并且，在稍后的制造这样的电子设备的组件的过程中，环境要求将因此不那么严格并且因此可以降低成本。

其中，参照图2和图3所示，麦克风单元包括背极板8b和振膜8a，背极板8b和振膜8a构成电容器结构，可用于实现电声的转换。

进一步地，背极板8b与振膜8a之间具有一定的间隔，可以保证背极板8b与振膜8a之间的绝缘，还可以防止振膜8a触碰到背极板8b上。并且，在背极板8b上设置有多个通孔，用以将声音传递到振膜8a上，这种电容器结构的麦克风属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。

在一个优选的实施例中，麦克风单元的结构为：包括刚性的背极板8b和柔性的振膜8a，背极板8b和振膜8a之间的距离可以设置为1.5um-2.5um，该距离可以避免振膜8a振动的时候碰到背极板8b，在背极板8b上均匀开设有多个通孔，每个通孔的孔径小于10um，不同通孔之间的间距为1um-5um。

进一步地，麦克风单元内的振膜8a要具有一定的声学顺应性。

具体地，振膜8a的声学顺应性Cm＝Sm*Am，其中，Sm为振膜的机械灵敏度，Am为振膜的面积。也就是说：振膜的声学顺应性与振膜的机械灵敏度(单位为：nm/Pa，每承受1Pa的压力振膜产生移动的距离)和振膜的面积成正比，即振膜的机械灵敏度越大振膜的声学顺应性越好，振膜的面积越大振膜的声学顺应性也越好。

其中，保护装置包括膜体2以及与膜体2间隔开的背板3。

进一步地，膜体2与背板3之间形成间隙6，该间隙6为10um-15um(大于麦克风单元内振膜8a和背极板8b之间的间隔)，该设计可以有效的减少声阻，提高麦克风的信噪比(SNR)。

进一步地，背板3具有一定的刚性。当膜体2受到较大的压力冲击或者突然受到较大的压力时，膜体2向临近的背板3靠近，可以触碰到背板3，此时背板3能对膜体2的变形起到一定的阻碍和支撑保护作用，防止膜体2因不断地向麦克风单元的方向靠近而出现较大的变形，以至于造成膜体2被撑破或者顶破的现象。

进一步地，背板3具有一定的厚度，以使背板具有合适的机械强度。

进一步地，背板3上设置有导通孔3a。其中，导通孔3a贯穿背板3的厚度方向。导通孔3a的设计可以均衡膜体2与背板3之间的压力，也能使气流顺利的通过。

进一步地，导通孔3a的数量根据需要可以设置多个。当在背板3上设置多个导通孔3a时，可以将多个导通孔3a均匀的设置在背板3上。

进一步地，导通孔3a的截面形状可以呈圆形、方形、矩形、等腰梯形等等，根据需要可以灵活设置，本发明对此不作限制。

进一步地，导通孔3a的孔径尺寸和不同导通孔3a之间的间距根据需要可以灵活选择，本发明对此不作限制。

在一个优选的实施例中，背板3的厚度大于麦克风单元中的背极板8b的厚度，具有一定的机械强度，以对膜体2起到良好的防护作用。具体地，背板3的厚度可以为2um-5um，导通孔3a的孔径大于20um，例如：20um-100um，不同导通孔3a之间的间距可以为10um-20um。确保背板3具有良好的刚性，即使受到较大的冲击力(例如：可以抵抗5ATM水压的冲击)也能对膜体2起到良好的保护作用。

进一步地，膜体2被设置成用于声学密封麦克风的声孔9a。

具体来说：这里的膜体2可供气体通过，但不可供声音通过，该设计可以均衡壳体内腔的气压。并且，由于膜体2的密封可以将麦克风保持在较好条件下。

进一步地，膜体2的声学顺应性要大于麦克风单元中振膜8a的声学顺应性。

具体地，膜体2的声学顺应性Cf＝Sm.f*Af，其中，Sm.f为膜体2的机械灵敏度，Af为膜体2的面积。也就是说：膜体2的声学顺应性与膜体2的机械灵敏度和膜体2的面积成正比，即膜体2的机械灵敏度越大膜体2的声学顺应性越好，膜体2的面积越大膜体2的声学顺应性也越好。

其中，膜体2的声学顺应性能够比麦克风单元中振膜8a的声学顺应性高得多。也就是说，膜体2的机械刚度比麦克风单元中振膜8a的机械刚度低得多。通常而言，当气流通过麦克风的声孔9a进入到麦克风的内部时，膜体2先产生振动，若膜体2的声学顺应性差，机械刚度较高，则产生的振动幅度就比较小，会造成气流振动的损耗较大，当传递到麦克风单元内的振膜8a时损耗会更大，最终会影响到麦克风的性能。

膜体2的声学顺应性Cf比麦克风单元中振膜8a的声学顺应性Cm高得多，能使麦克风保持较高的信噪比(SNR)。例如，如果Cf/Cm＝1，则麦克风的SNR下降约为6dB，如果Cf/Cm＝4，则麦克风的SNR下降约为2dB，如果Cf/Cm＝8，则麦克风的SNR下降约为1dB。

通常，麦克风单元由硅制成，其杨氏模量大约为170GPa。由于膜体2的声学顺应性将与其杨氏模量成反比，因此，在膜体2具有与振膜8a类似的尺寸和厚度的情况下，膜体2的材料的杨氏模量能够比振膜的杨氏模量低。例如，膜体2的杨氏模量小于100GPa；优选地小于50GPa；并且更优选地小于20GPa。

进一步地，膜体2能够是聚合物、塑料、弹性体、金属、合金、金属玻璃或者介电材料，这些材料的延伸率或者极限强度比硅材料的高。

优选地，能够使用杨氏模量为100kPa-20GPa的聚合物/塑料的薄膜。

优选地，膜体2在静止位置是平坦的。例如，膜体2具有通过压缩产生的低的初始面内拉伸应力。

在一例子中，膜体2是透气的，从而使得膜体2的两个面中的环境压力能够被平衡。这样，将减小或消除由环境变化带来的影响。

优选地，膜体2是能够防水的。这样，能够制成防水电子设备，和/或降低电子设备的麦克风装置被水或湿气损坏的可能性。

在该实施例中，膜体2不必具有通风孔并且因此能够实现防水和/或防尘。

优选地，膜体2的初始张力小于麦克风单元中振膜8a的初始张力。

优选地，保护装置的声阻小于麦克风单元的声阻，以使麦克风具有良好的信噪比(SNR)。

此外，优选地，膜体2上还可以涂覆有薄的金属层，以防光照对麦克风性能的影响。

在本发明的第一实施例提供的麦克风中，参照图3所示，麦克风单元与保护装置重叠设置在一起。并且，该麦克风还包括用于麦克风单元的专用集成电路(ASIC芯片10)，该专用集成电路与保护装置错开。该专用集成电路也由基板9、盖11和膜体2密封。

并且，在该实施例中，例如，声孔9a被设置在基板9中。基板9能够是印刷电路板或柔性印刷电路板。

并且，如图1-3所示，膜体2附接到第一支撑部1。膜体2还经由诸如胶之类的第一晶元附接件4被夹设在基板9和背板3之间，背板3经由诸如胶之类的第二晶元附接件5被夹设在膜体2与麦克风单元之间，麦克风单元例如具有柔性振膜和刚性背极板，麦克风单元附接到第二支撑部7，由第二支撑部7将麦克风单元与背板3分隔开。麦克风单元经由线连接到专用集成电路(ASIC芯片10)，并且专用集成电路(ASIC芯片10)经由线连接到基板9。

图4示出了根据本发明的第二实施例的麦克风的示意图。图4中的麦克风与图3中的麦克风类似。图4中的重复部件被标以相同的标号并且因此省略对其的说明。

图4中的麦克风，其中，声孔9a设置于基板9上，保护装置的尺寸大于麦克风单元的尺寸；该麦克风还包括ASIC芯片10，并且，麦克风单元、ASIC芯片10均设置在背板3上；其中，在背板3上的导通孔3a仅设置在与麦克风单元相对应的位置。

在本发明的第二实施例的麦克风中，保护装置的尺寸大于麦克风单元的尺寸，即膜体2和背板3的尺寸大于麦克风单元的尺寸，膜体2的面积越大，膜体2的声学顺应性越好，且能更好的滤除灰尘和颗粒物，能使得麦克风的信噪比有更好的提升。并且，大尺寸的背板3可用于承载麦克风单元和ASIC芯片10。

本领域技术人员将理解：尽管图3和图4示出了声孔9a被设置在基板9中，但其还能够被设置在盖11中。设置膜体2用以密封声孔9a。膜体2的声学顺应性Cf比麦克风单元中振膜8a的声学顺应性Cm高得多。

在本发明的实施例中，具有网孔的现有技术的过滤器能够被省略。然而，还能够想到具有网孔的现有技术的过滤器和膜体能够被结合在麦克风中。这可以提供进一步的效果。例如，具有网孔的现有技术的过滤器设置在声孔处并且膜体被设置在过滤器和麦克风单元之间。

另一方面，根据本发明的任意实施例的麦克风能够被使用在诸如手机、平板电脑、便携式电脑、头戴式耳机以及VR等的电子设备中。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种麦克风，包括：具有内腔的壳体以及放置在壳体内腔中的麦克风单元；所述壳体上设置有用于所述麦克风单元的声孔；

还包括用于密封声孔至麦克风单元之间通道的保护装置，所述保护装置包括声学密封的膜体，以及与膜体间隔开的刚性的背板，所述背板位于膜体靠近麦克风单元的一侧，所述背板上设置有导通孔；所述膜体与背板之间形成间隙，所述间隙范围为10um-15um，所述间隙范围大于麦克风单元内振膜和背极板之间的间隔；

其中，所述膜体的声学顺应性大于麦克风单元中振膜的声学顺应性。

2.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述壳体包括基板以及与基板共同封装所述麦克风单元的盖；所述声孔被设置在所述基板或者所述盖中。

3.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述膜体由以下材料中的至少一种制成：聚合物、塑料、弹性体、金属、合金、金属玻璃或者介电材料，这些材料的延伸率或者极限强度比硅材料的高。

4.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述膜体的杨氏模量小于100Gpa，应力小于10MPa。

5.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述膜体在静止位置是平坦的。

6.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述膜体是透气的。

7.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述膜体是防水的。

8.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述保护装置的声阻小于麦克风单元的声阻。

9.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述膜体的初始张力小于麦克风单元中振膜的初始张力。

10.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述麦克风单元与所述保护装置重叠设置在一起；还包括与所述保护装置错开设置的ASIC芯片。

11.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述保护装置的尺寸大于麦克风单元的尺寸；还包括ASIC芯片，所述麦克风单元、ASIC芯片均设置在背板上；其中，所述背板上的导通孔仅设置在与麦克风单元相对应的位置。

12.一种包括根据权利要求1至11中任一项所述的麦克风的电子设备。

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