CN109348388A - 一种mems麦克风封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS麦克风封装结构。该封装结构包括：基板、MEMS芯片、壳体以及调节件，所述壳体与所述基板固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体；所述封装结构主体上开设有声孔，所述MEMS芯片设置在远离所述声孔的位置，所述MEMS芯片经所述声孔与外部连通；所述调节件设置在所述封装结构主体内，所述调节件在正对所述声孔的位置形成有缓冲凹陷部，所述缓冲凹陷部的开口朝向所述声孔，所述缓冲凹陷部被配置为，削弱进入所述声孔的气流强度。本发明的一个技术效果在于，提高MEMS麦克风封装结构的抗气流冲击的性能，提高麦克风的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及微机电技术领域，更具体地，涉及一种MEMS麦克风封装结构。
背景技术
目前，随着人们对声学器件性能要求越来越高，其中，对于麦克风装置，人们对其信噪比、灵敏度以及声学性能都提出了更高的要求。麦克风的结构设计成为了本领域技术人员的一个研究重点。
微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)是一种微型器件，常与集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片封装在麦克风中。MEMS芯片通过振膜感知声学信号，从而将声学信号转换为电信号。
通常，MEMS芯片和ASIC芯片是设置在由基板和壳体构成的封装结构内，封装结构上设置有供声音进入的声孔。但由于麦克风的振膜厚度较薄，抗吹气性能差。当强气流通过声孔直接进入封装结构内部，强气流会对振膜产生影响，易导致振膜破裂、麦克风功能失效等问题。
因此，有必要提出一种新型的MEMS麦克风封装结构，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种MEMS麦克风封装结构的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS麦克风封装结构，该封装结构包括：基板、MEMS芯片、壳体以及调节件，所述壳体与所述基板固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体；
所述封装结构主体上开设有声孔，所述MEMS芯片设置在远离所述声孔的位置，所述MEMS芯片经所述声孔与外部连通；
所述调节件设置在所述封装结构主体内，所述调节件在正对所述声孔的位置形成有缓冲凹陷部，所述缓冲凹陷部的开口朝向所述声孔，所述缓冲凹陷部被配置为，削弱进入所述声孔的气流强度。
可选地，所述声孔位于所述基板上，所述调节件与所述基板围合形成由所述声孔连通至所述MEMS芯片的声音通道。
可选地，所述基板上设有连通槽，所述调节件架设在所述连通槽上，所述调节件上形成将所述MEMS芯片与所述连通槽连通的通孔，所述连通槽作为所述声音气流通道。
可选地，所述声孔位于所述壳体上。
可选地，所述MEMS芯片与所述调节件将所述封装结构主体分隔为前腔和背腔，所述MEMS芯片的一侧通过所述前腔与所述声孔连通，所述MEMS芯片的另一侧与所述背腔连通。
可选地，所述调节件对应所述声孔的位置形成向所述声孔的方向延伸的凸起部，所述缓冲凹陷部形成在所述凸起部的顶端，所述凸起部内形成有用于构成至少一部分所述背腔的腔体；所述凸起部顶端与所述外壳设置有所述声孔一侧之间的距离为0.2±0.1mm。
可选地，所述调节件下表面的边缘与所述基板连接，所述MEMS芯片设置在所述调节件的上表面上。
可选地，所述缓冲凹陷部的内径从靠近所述声孔的一侧向远离所述声孔的一侧逐渐缩小。
可选地，所述缓冲凹陷部的深度为0.1mm-0.3mm。
可选地，所述连通槽的深度是0.05mm-0.1mm。
本发明的一个技术效果在于，通过在封装结构内部设置具有缓冲凹陷部调节件，该调节件能够缓冲削弱进入声孔的瞬时气流强度，减少了强气流对振膜造成的冲击，可以有效提高MEMS麦克风封装结构的抗气流冲击的性能，提高麦克风的稳定性。
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是本发明具体实施方式提供的封装结构的剖面结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的调节件的俯视图；
图3是本发明具体实施方式提供的封装结构的剖面结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的调节件的俯视图。
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。
图1和图3示出了MEMS麦克风封装结构的剖面结构示意图，该示意图通过箭头对气流的流向进行了示意；图2和图4分别示出了具体实施方式中提供的调节件的俯视图。现以图1至图4为例，对本发明的MEMS麦克风封装结构的细节、原理等进行详尽的描述。
本发明提供一种MEMS麦克风封装结构，该封装结构包括：基板10、MEMS芯片30、壳体20以及调节件40，所述壳体20与所述基板10固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体12。其中，壳体20是一体成型的金属或塑料外壳也可以为中空框架与盖板结合的组合结构，基板10是电路板，如PCB板。MEMS芯片30在是固定在基板10上，例如，可通过粘接或贴装等方式；同时，MEMS芯片也可采用本领域技术人员熟知的方式与基板形成电连接，在此不做过多说明。
具体地，所述封装结构主体12上开设有声孔13，如图1和图3所示，声孔13可以是位于封装结构主体12的任意位置，所述MEMS芯片30设置在远离所述声孔13的位置。所述MEMS芯片经所述声孔与外部连通，所述MEMS芯片上具有振膜，MEMS芯片通过振膜感知声学信号，从而将声学信号转换为电信号。
进一步地，所述调节件40设置在所述封装结构主体12内，所述调节件40正对所述声孔13的位置形成有缓冲凹陷部411，所述缓冲凹陷部411的开口朝向所述声孔13，所述缓冲凹陷部411被配置为，削弱进入所述声孔13的气流强度。其中，所述缓冲凹陷部的深度为0.1mm-0.3mm。这样，当气流通过声孔进入封装结构主体内后，气流直接到达与声孔正对的缓冲凹陷部，一部分先进入缓冲凹陷部的气流在缓冲凹陷部的内壁上反射后与后进入缓冲凹陷部的气流相互抵消，只有少部分气流可以进入封装结构主体内，从而气流强度得到大幅度降低。其中，缓冲凹陷部的形状可以是半球形、碗口形、圆柱形等，本实施例对缓冲凹陷部的形状不做具体限定，本领域技术人员可根据需要选择设置。
由于MEMS麦克风封装结构中，MEMS芯片30具有由侧壁和振膜31围成的内腔32。该振膜通常为多晶硅材料且厚度较薄。当气流直接通过声孔进入腔体，强气流对振膜造成冲击，易导致振膜破裂，麦克风功能失效。本实施例通过在封装结构内部设置调节件，在强气流进入声孔后直接进入缓冲凹陷区，气流在缓冲凹陷区内通过反射相互抵消，只有少部分气流能够进入封装结构主体内部，到达MEMS芯片的振膜上，减少了强气流对振膜造成的冲击，可以有效提高MEMS麦克风封装结构的抗气流冲击的性能，提高麦克风的稳定性。
在一种可能的实施方式中，所述声孔13位于所述基板10上。所述调节件40与所述基板10围合形成由所述声孔13连通至所述MEMS芯片30的声音通道。气流进入声孔13后，可通过气流通道进入MEMS芯片30的内腔32，作用到振膜31上。本实施例对气流通道的形成位置、形成方式等不做限定。
可选地，所述基板10上开设有连通槽11，所述调节件40架设在所述连通槽11上。该连通槽11是从所述基板10的内表面向下开设形成的。其中，连通槽11的长度小于所述调节件40的长度，调节件40的形状与基板10的形状相似，调节件40设置在基板10上，所述调节件下表面的边缘与所述基板连接，所述MEMS芯片设置在所述调节件的上表面。在调节件40上还形成有将所述MEMS芯片30与所述连通槽11连通的通孔42，所述连通槽作为声音通道。一方面，连通槽给气流流通提供了通道；另一方面，经过连通槽的气流强度大幅度降低，减少了对振膜的冲击。
其中，所述连通槽的深度是0.05mm-0.1mm。连通槽在这个范围内，一方面，不会对基板的强度以及功能造成影响；另一方面，适宜深度的连通槽可以满足气流流通、平衡气压的需求。
本实施例中，通孔42可以是圆形、矩形等任意形状。进入气流通道的气流可以直接经过通孔42进入MEMS芯片30的内腔32，作用到振膜上。如图2和图4所示，本实施例中，所述通孔42呈圆形，圆形的通孔与MEMS芯片30的内腔32正对。这样，确保了强度削弱后的气流经过气流通道可以直接通过通孔进入MEMS芯片的内腔。本实施例对通孔形状、尺寸均不作限定，能够实现气流流通的通孔均在本申请的保护范围之内。
或者，也可以在调节件朝向基板的表面上开设用于连通MEMS芯片内腔的连通槽。由于调节件具有一定的厚度，通过微孔进入的气流流经连通槽，可以直接进入MEMS芯片的内腔。
在这种实施方式中，如图1所示，在基板10上远离MEMS芯片30的一侧开设有声孔13。当气流进入声孔13后，大部分气流直接到达与声孔13正对的缓冲凹陷部411，进入时间不同的多股气流在缓冲凹陷部内经过反射，相互抵消，只有少部分气流进入基板10上的连通槽11内，气流经过气流通道通过通孔42进入MEMS芯片30的内腔32，最终作用到振膜31上。这样，减少了强气流对振膜造成的冲击，可以有效提高MEMS麦克风封装结构的抗气流冲击的性能，提高麦克风的稳定性。
进一步地，所述MEMS芯片与所述调节件将所述封装结构主体分隔为前腔和背腔。需要特别说明的是，“前腔”是指从声孔连通至振膜一侧的区域，“背腔”是与“前腔”相对的剩余区域。“前腔”和“背腔”都是从功能上对封装结构内部的区域进行划分的。
在另一种可能的实施方式中，所述声孔位于所述壳体上，所述MEMS芯片的一侧通过所述前腔与所述声孔连通，所述MEMS芯片的另一侧与所述背腔连通。所述调节件可以是固定在所述封装结构主体内，所述缓冲凹陷部的开口朝向所述声孔，当气流进入声孔后，经过缓冲凹陷部削弱后的气流可作用在前腔的振膜上。
进一步地，如图3所示，所述调节件40对应声孔13的位置形成向所述声孔13的方向延伸的凸起部41，凸起部可以是圆柱形、长方体形、球形等多种形状。所述缓冲凹陷部411形成在所述凸起部41的顶端，所述凸起部41内形成有用于构成至少一部分所述背腔的腔体。其中，凸起部41与所述声孔13间隔一定距离，可使气流从该间隙中通过。其中，所述凸起部顶端与所述外壳设置有所述声孔一侧之间的距离为0.2±0.1mm，即二者之间的距离为0.1mm-0.3mm。在基板10的内表面上开设有连通槽11，调节件40与连通槽11的边缘连接，这样，调节件40和MEMS芯片30将封装结构主体分隔为前腔和背腔。
在这种实施方式中，当气流进入声孔后，大部分气流会在缓冲凹陷部内被削弱，气流强度得到降低，少量气流会通过凸起部与声孔之间的间隙进入到MEMS芯片的一侧，即前腔。这样，减少了强气流对振膜造成的冲击，可以有效提高MEMS麦克风封装结构的抗气流冲击的性能，提高麦克风的稳定性。
可选地，本实施例提供的调节件中，所述缓冲凹陷部的内径从靠近所述声孔的一侧向远离所述声孔的一侧逐渐缩小。如图3所示，缓冲凹陷部呈碗口形，内径较大的开口正对所述声孔，这样，进入声孔的气流可以尽可能多的进入所述缓冲凹陷部内，气流在缓冲凹陷部内经过反射相互抵消。
进一步地，所述调节件40的材料是金属材料，调节件40和基板10电连接。例如，可以在调节件和基板之间设置导电材料，如导电胶等，以实现调节件和所述基板的电连接。
在实际应用中，装配在产品中的麦克风和天线距离较近，天线的电磁波会对MEMS芯片中的振膜造成一定的干扰。本实施例采用金属的调节件可以将射频信号屏蔽掉，实现抗电磁波干扰的作用。同时，金属材质的调节件具有较强的刚性，调节件的边缘与基板固定连接，降低了基板应力对MEMS芯片的影响。
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 (10)
1.一种MEMS麦克风封装结构，其特征在于，包括基板、MEMS芯片、壳体以及调节件，所述壳体与所述基板固定连接，构成容纳所述MEMS芯片的封装结构主体；
所述封装结构主体上开设有声孔，所述MEMS芯片设置在远离所述声孔的位置，所述MEMS芯片经所述声孔与外部连通；
所述调节件设置在所述封装结构主体内，所述调节件在正对所述声孔的位置形成有缓冲凹陷部，所述缓冲凹陷部的开口朝向所述声孔，所述缓冲凹陷部被配置为，削弱进入所述声孔的气流强度。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述声孔位于所述基板上，所述调节件与所述基板围合形成由所述声孔连通至所述MEMS芯片的声音通道。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述基板上设有连通槽，所述调节件架设在所述连通槽上，所述调节件上形成将所述MEMS芯片与所述连通槽连通的通孔，所述连通槽作为所述声音气流通道。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述声孔位于所述壳体上。
5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述MEMS芯片与所述调节件将所述封装结构主体分隔为前腔和背腔，所述MEMS芯片的一侧通过所述前腔与所述声孔连通，所述MEMS芯片的另一侧与所述背腔连通。
6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述调节件对应所述声孔的位置形成向所述声孔的方向延伸的凸起部，所述缓冲凹陷部形成在所述凸起部的顶端，所述凸起部内形成有用于构成至少一部分所述背腔的腔体；所述凸起部顶端与所述外壳设置有所述声孔一侧之间的距离为0.2±0.1mm。
7.根据权利要求1至6任一所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述调节件下表面的边缘与所述基板连接，所述MEMS芯片设置在所述调节件的上表面上。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述缓冲凹陷部的内径从靠近所述声孔的一侧向远离所述声孔的一侧逐渐缩小。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述缓冲凹陷部的深度为0.1mm-0.3mm。
10.根据权利要求3所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于，所述连通槽的深度是0.05mm-0.1mm。
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Effective date of registration: 20200603 Address after: 261061 building 10, Geer phase II Industrial Park, No. 102, Ronghua Road, Ronghua community, Xincheng street, high tech Zone, Weifang City, Shandong Province Applicant after: Weifang goer Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 261031 Dongfang Road, Weifang high tech Development Zone, Shandong, China, No. 268 Applicant before: GOERTEK Inc. |
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