CN109348389B - 组合传感器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种组合传感器和电子设备，其中，所述组合传感器包括罩盖、基板、环境传感器及声学传感器，所述基板与所述罩盖围合形成容置腔；环境传感器包括设于所述容置腔的MEMS环境芯片和嵌入所述基板内的第一ASIC芯片，所述第一ASIC芯片与所述MEMS环境芯片通过第一管脚电连接；声学传感器包括设于所述容置腔的MEMS麦克风芯片和嵌入所述基板内的第二ASIC芯片，所述MEMS麦克风芯片和第二ASIC芯片通过第二管脚电连接；所述MEMS环境芯片与所述MEMS麦克风芯片间隔设置，所述第一管脚与所述第二管脚分别排布于所述基板不同的两侧边。本发明技术方案可减少环境传感器对声学传感器的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种组合传感器和电子设备。
背景技术
传感器作为测量器件，已普遍应用在手机、笔记本电脑以及各种穿戴电子产品上。近年来，随着科技发展，电子产品的体积不断缩小，为了节省成本减小体积，通常会将不同功能的传感器集成在同一个封装内，如环境传感器和声学传感器。对于比较复杂的传感器，通常会引入不同种类的芯片，如MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)芯片或ASIC(Application Specific Integrated Circuit，集成电路)信号处理芯片，为了进一步减小体积，可将ASIC信号处理芯片嵌入基板中。
目前，环境传感器为了降低能耗，通常会频繁开关，且在开关的瞬间会对声学传感器造成电磁干扰，又由于封装结构的空间有限，环境传感器的信号输出端与声学传感器的间距又非常近，导致干扰进一步增大。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种组合传感器，旨在减少组合传感器之间的干扰。
为实现上述目的，本发明提出的组合传感器包括罩盖；基板，所述基板与所述罩盖围合形成容置腔；及
环境传感器，包括设于所述容置腔的MEMS环境芯片和嵌入所述基板内的第一ASIC芯片，所述第一ASIC芯片与所述MEMS环境芯片通过第一管脚电连接；
声学传感器，包括设于所述容置腔的MEMS麦克风芯片和嵌入所述基板内的第二ASIC芯片，所述MEMS麦克风芯片和第二ASIC芯片通过第二管脚电连接；
所述MEMS环境芯片与所述MEMS麦克风芯片间隔设置，所述第一管脚与所述第二管脚分别排布于所述基板不同的两侧边。
可选地，所述MEMS环境芯片包括并排设置的正电区域和负电区域，所述第一管脚设有多个，多个所述第一管脚呈线性排布，且多个所述第一管脚的连线与所述正电区域和所述负电区域连线呈平行间隔设置。
可选地，所述第二管脚设有多个，多个所述第二管脚均排列设于所述MEMS麦克风芯片的同一侧。
可选地，所述正电区域和所述负电区域沿所述MEMS麦克风芯片至所述第二管脚的方向上排列设置，所述第一管脚设于所述正电区域和所述负电区域背离所述MEMS麦克风芯片的一侧。
可选地，所述第一管脚与所述第二管脚设于所述基板相对的两侧边。
可选地，所述MEMS麦克风芯片包括设于所述基板的衬底，所述衬底开设有通孔，所述衬底背离所述基板的一端依次连接振膜和背板，所述基板或罩盖开设有与所述通孔连通的声孔，所述背板开设有连通所述通孔与容置腔的过孔。
可选地，所述基板开设所述声孔，所述通孔的中心与所述声孔的中心一致。
可选地，所述环境传感器为气压、温度、湿度和光学传感器中的一种或几种。
可选地，所述基板的内部间隔设有第一腔体和第二腔体，所述第一ASIC芯片和第二ASIC芯片分别容纳于所述第一腔体和第二腔体内。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的组合传感器。
本发明技术方案的组合传感器包括环境传感器和声学传感器，环境传感器的第一ASIC芯片和声学传感器的第二ASIC芯片均设于基板内，以减小占用空间；环境传感器的MEMS环境芯片和声学传感器的MEMS麦克风芯片间隔设置，以增加两者之间的距离，且第一ASIC芯片和第二ASIC芯片分别引出第一管脚和第二管脚作为信号输出端，第一管脚与MEMS环境芯片连接，第二管脚与MEMS麦克风芯片连接。由于环境传感器频繁开关时，第一管脚作为信号输出端会产生对声学传感器的性能产生干扰的瞬间电磁变化，本申请设置第一管脚与第二管脚分别位于基板不同的两侧，则第一管脚可以设于增大信号输出端与MEMS麦克风芯片的距离的位置，从而大大减弱电磁干扰的影响，保证声学传感器的稳定工作性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明组合传感器一实施例的纵向剖面图；
图2为本发明组合传感器一实施例的横向剖面图；
图3为本发明组合传感器另一实施例的横向剖面图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 组合传感器 | 60 | 金属线 |
| 10 | 罩盖 | 70 | 声学传感器 |
| 10a | 容置腔 | 71 | MEMS麦克风芯片 |
| 30 | 基板 | 711 | 衬底 |
| 50 | 环境传感器 | 711a | 通孔 |
| 51 | MEMS环境芯片 | 713 | 振膜 |
| 511 | 正电区域 | 715 | 背板 |
| 513 | 负电区域 | 715a | 过孔 |
| 53 | 第一ASIC芯片 | 73 | 第二ASIC芯片 |
| 55 | 第一管脚 | 75 | 第二管脚 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种组合传感器100。
请参照图1至图3，在本发明实施例中，该组合传感器100包括罩盖10、基板30、环境传感器50以及声学传感器70；
所述基板30与所述罩盖10围合形成容置腔10a；
环境传感器50包括设于所述容置腔10a的MEMS环境芯片51和嵌入所述基板30内的第一ASIC芯片53，所述第一ASIC芯片53与所述MEMS环境芯片51通过第一管脚55电连接；
声学传感器70包括设于所述容置腔10a的MEMS麦克风芯片71和嵌入所述基板30内的第二ASIC芯片73，所述MEMS麦克风芯片71和第二ASIC芯片73通过第二管脚75电连接；
所述MEMS环境芯片51与所述MEMS麦克风芯片71间隔设置，所述第一管脚55与所述第二管脚75分别排布于所述基板30不同的两侧边。
本实施例中，组合传感器100包括声学传感器70和环境传感器50，声学传感器70包括MEMS麦克风芯片71和第二ASIC芯片73，其中，MEMS麦克风芯片71的材质一般为单晶硅、多晶硅或是氮化硅等材料，用于感知和检测声源，可将声音信号转换为电信号进行传输，第二ASIC芯片73用于对MEMS麦克风芯片71输出的信号进行处理并为MEMS麦克风芯片71提供电压，从而使得声学传感器70为电子设备提供收声功能。环境传感器50包括MEMS环境芯片51和第一ASIC芯片53，MEMS环境芯片51用于感应外界环境的各种参数的变化，第一ASIC芯片53用于对MEMS环境芯片51输出的信号进行处理，从而使得环境传感器50具备检测外界环境变化的功能。
所述环境传感器50可以为气压、温度、湿度和光学传感器等中的一种或几种，对应的MEMS环境芯片51可以是MEMS气压传感器芯片、MEMS温度芯片、MEMS湿度传感器芯片或MEMS光学传感器芯片等。以环境传感器50为气压传感器为例，该气压传感器可以根据气体压力变化感知人体所处的高度。由于声学传感器70与气压传感器均会对气体压力有感应，故而将两者进行封装，从而得到的组合传感器可以更加方便使用。
可以理解地，为减少空间的占用，第一ASIC芯片53和第二ASIC芯片73嵌入基板30中。具体地，所述基板30的内部间隔设有第一腔体和第二腔体(未图示)，所述第一ASIC芯片53和第二ASIC芯片73分别容纳于所述第一腔体和第二腔体内，以此也可以对第一ASIC芯片53和第二ASIC芯片73之间的电磁干扰起到一定的减弱作用。当第一ASIC芯片53和第二ASIC芯片73分别容纳于第一腔体和第二腔体内时，第一ASIC芯片53用于接入/输出信号的端部伸出裸露于基板30的表面，即第一ASIC芯片53的第一管脚55；同样地，第二ASIC芯片73用于接入/输出信号的端部也伸出腔体并裸露于基板30表面，即第二管脚75，该结构方便传输信号，并方便与MEMS环境芯片51和MEMS麦克风芯片71电连接。MEMS环境芯片51和MEMS麦克风芯片71分别与第一管脚55和第二管脚75通过金属线连接，该金属线可以是金、铜或其他导电金属的导线。
具体地，基板30为PCB板，该PCB板由上向下可依次包括有顶部阻焊层、铜箔层、半固化层以及埋容层，当然，不同规格的PCB板会有不同的层数，可以根据实际需要进行选择。基板30的外表面设置有焊盘，可以将组合传感器进行固定，并电连接到外部电路。罩盖10可以为一体成型的金属外壳或是涂覆有金属材质的非金属外壳，罩盖10和基板30围成容置腔10a，且两者之间可通过导电胶或锡膏连接，可以实现罩盖10与基板30的电连接，从而实现一个导通的屏蔽空腔，可以防止外界电磁波干扰，增强对声学传感器70和环境传感器50的保护作用。当然，罩盖10与基板30之间还可以通过其他导电的材料连通。罩盖10和基板30围成的空间的形状可以是方体或球体，在此不作限定。
本申请技术方案中，所述MEMS环境芯片51包括并排设置的正电区域511和负电区域513，第一管脚55设有多个，多个第一管脚55呈线性排布，且多个所述第一管脚55的连线与所述正电区域511和所述负电区域513连线呈平行间隔设置。
本实施例中的环境传感器50的工作原理是电容变化的检测，其表面分为不同的区域，形成不同的电容，表面材料受到气压的压迫会发生变形，进而引起电容的变化，为了检测上述电容变化，需要在电容上施加一交变电压，会在电容表面聚集电荷，不同的电容，其带电电位不同，因此MEMS环境芯片会形成正电区域511和负电区域513，第一管脚55设有多个，实现对信号的传输以及电连接的稳定性，多个第一管脚55呈线性排布，且多个所述第一管脚55的连线与所述正电区域511和所述负电区域513连线呈平行间隔设置，从而实现对正电区域511和负电区域513均等的电连接稳定性。第二管脚75也设有多个，多个所述第二管脚75均排列设于所述MEMS麦克风芯片71的同一侧，从而实现MEMS麦克风芯片71与第二ASIC芯片73的稳定连接。
其中多个第一管脚55中有两个第一管脚55在信号传输过程中电压幅度变化大，从而会产生的干扰相较于其他剩余第一管脚55产生的干扰较大，产生干扰较大的两个第一管脚55均位于线性排列的端部，当所述MEMS环境芯片51与所述MEMS麦克风芯片71间隔设置时，保证干扰较大的两个第一管脚55远离声学传感器70即可，本申请技术方案中，干扰较大的第一管脚55与声学传感器70的距离大于0.8mm即可。为了结构简单且美观，第一管脚55和第二管脚75分别排布于所述基板30不同的两侧边，则第一管脚55可以设于增大信号输出端与MEMS麦克风芯片71的距离的位置，从而大大减弱电磁干扰的影响，保证声学传感器70的稳定工作性能。
请参照图2，其中一实施例中，所述正电区域511和所述负电区域513沿所述MEMS麦克风芯片71至所述第二管脚75的方向上排列设置，所述第一管脚55设于所述正电区域511和所述负电区域513背离所述MEMS麦克风芯片71的一侧。
本实施例中，正电区域511和所述负电区域513沿所述MEMS麦克风芯片71至所述第二管脚75的方向上排列设置，则第一管脚55设置在基板30远离MEMS麦克风芯片71的一侧，此时，虚线方框内的第一管脚55的干扰最大，这两个第一管脚55与MEMS麦克风芯片71之间的距离为1.4mm，远远增大了信号干扰较强的两第一管脚55与MEMS麦克风芯片71之间的距离，从而可以大大减弱对MEMS麦克风芯片71的电磁干扰，保证声学传感器70的性能稳定。同时，正电区域511和负电区域513距离MEMS麦克风芯片71的距离一致，从而在MEMS环境芯片51产生电磁干扰时，该电磁干扰的极性相反，且距离相等，从而可以互相抵消，进一步减弱了对MEMS麦克风芯片71的干扰，更进一步保证声学传感器70的性能稳定。
请参照图3，另一实施例中，所述第一管脚55与所述第二管脚75设于所述基板30相对的两侧边。
本实施例中，声学传感器70的位置不变，在上述实施例的基础上，将环境传感器50以其自身中心旋转90度，保证第一管脚55和第二管脚75分别位于基板30相对的两侧边，该实施例中虚框内的两第一管脚55为干扰性较强的，其距离MEMS麦克风芯片71的距离为1.1mm，也增大了干扰距离，从而减弱了干扰影响。
当然，在上述第二个实施例的基础上，也可以将声学传感器70以其自身中心旋转180度，使得第一管脚55与第二管脚75位于基板30的同一侧，该实施例中干扰性强的第一管脚55距离MEMS麦克风芯片71的距离与第二实施例中的距离一致，也可以增大干扰距离，减弱了环境传感器50对声学传感器70的影响。
为了实现声学传感器70的收声，MEMS麦克风芯片71包括设于所述基板30的衬底711，所述衬底711开设有通孔711a，所述衬底711背离所述基板30的一端依次连接振膜713和背板715，所述基板30或罩盖10开设有与所述通孔711a连通的声孔，所述背板715开设有连通所述通孔711a与容置腔10a的过孔715a。
本实施例中，第二管脚75与衬底711通过金属线60电连接，基板30上开设有声孔，衬底711开设有通孔711a，该声孔连通外界、通孔711a及容置腔10a，从而方便声音信号的流入。当然，声孔也可以开设于罩盖10上，衬底711也对应设置。MEMS麦克风芯片71大致呈方体，衬底711开设有圆形的通孔711a，声孔对应也设为圆形，该通孔711a与声孔连通，并与声孔的中心一致，两者配合形成声学传感器70的声腔腔体，可保证声音传入的顺畅性，并可使声音沿声孔和通孔711a的周壁呈连续地曲线传入，提高声音的音质。衬底711背离所述基板30的一端依次连接振膜713和背板715，背板715开设有连通所述通孔711a与容置腔10a的过孔715a，振膜713由于材料特性其也设有细小孔洞，且背板715与振膜713之间垫设有隔板，从而使得振膜713与背板715之间保留有空隙，振膜713和背板715之间保留有空隙从而形成一个平行板电容器，振膜713收到由声孔传入的声音信号后产生振动，从而改变两者之间的间隙，改变电容，进而产生电信号，并传输至ASIC芯片进行处理，同时配合环境传感器50的改进设置，从而实现稳定的收声。
本发明还提出一种电子设备，该电子设备包括组合传感器100，该组合传感器100的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，电子设备可以是穿戴电子设备，例如智能手表或手环，也可以是移动终端，例如，手机或笔记本电脑等，在此不作限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种组合传感器，其特征在于，包括：
罩盖；
基板，所述基板与所述罩盖围合形成容置腔，所述罩盖与所述基板电连接形成一个导通的屏蔽空腔；及
环境传感器，包括设于所述容置腔的MEMS环境芯片和嵌入所述基板内的第一ASIC芯片，所述第一ASIC芯片与所述MEMS环境芯片通过第一管脚电连接；
声学传感器，包括设于所述容置腔的MEMS麦克风芯片和嵌入所述基板内的第二ASIC芯片，所述MEMS麦克风芯片和第二ASIC芯片通过第二管脚电连接；
所述MEMS环境芯片与所述MEMS麦克风芯片间隔设置，所述第一管脚与所述第二管脚分别排布于所述基板不同的两侧边；
所述MEMS环境芯片包括并排设置的正电区域和负电区域，所述第一管脚设有多个，多个所述第一管脚呈线性排布，且多个所述第一管脚的连线与所述正电区域和所述负电区域连线呈平行间隔设置；所述正电区域和所述负电区域沿所述MEMS麦克风芯片至所述第二管脚的方向上排列设置，所述第一管脚设于所述正电区域和所述负电区域背离所述MEMS麦克风芯片的一侧；
所述基板的内部间隔设有第一腔体和第二腔体，所述第一ASIC芯片和第二ASIC芯片分别容纳于所述第一腔体和第二腔体内。
2.如权利要求1所述的组合传感器，其特征在于，所述第二管脚设有多个，多个所述第二管脚均排列设于所述MEMS麦克风芯片的同一侧。
3.如权利要求2所述的组合传感器，其特征在于，所述MEMS麦克风芯片包括设于所述基板的衬底，所述衬底开设有通孔，所述衬底背离所述基板的一端依次连接振膜和背板，所述基板或罩盖开设有与所述通孔连通的声孔，所述背板开设有连通所述通孔与容置腔的过孔。
4.如权利要求3所述的组合传感器，其特征在于，所述基板开设所述声孔，所述通孔的中心与所述声孔的中心一致。
5.如权利要求1所述的组合传感器，其特征在于，所述环境传感器为气压、温度、湿度和光学传感器中的一种或几种。
6.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一所述的组合传感器。
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