CN109952769A - 驻极体电容式麦克风及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种驻极体电容式麦克风。所述驻极体电容式麦克风包括:隔膜;背板,所述背板在面向所述隔膜的一侧上具有金属层,并且在另一侧上具有放大器,所述放大器的输入端电连接所述金属层;间隔物,所述间隔物分离所述隔膜与所述背板;以及金属套筒,所述金属套筒容纳所述隔膜、所述背板和所述间隔物。
Description
技术领域
本发明涉及麦克风,并且明确地说,涉及驻极体电容式麦克风及其制造方法。
背景技术
驻极体电容式麦克风(electret condenser microphone,ECM)是一种基于静电电容器的麦克风。如今,驻极体电容式麦克风广泛应用于手机、笔记本电脑等电子装置中。
在传统的驻极体电容式麦克风中,有源电容形成具有各种并联无源电容的电容性电荷分压器。通常,麦克风的灵敏度会受到有源电容在有源和无源电容的总和中的占比的影响。在传统的驻极体电容式麦克风中,这可以将麦克风的灵敏度降低6到10dB或更多,从而降低信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)。
在大多数标准ECM放大器中,高输入阻抗放大器放置在远离ECM背板的印刷线路板(printed wire board,PWB)上。此结构需要绝缘环和导电环以将电荷从背板传送到PWB上的高输入阻抗放大器的输入端。这种连接布置会产生显著的杂散电容。
希望最小化加载输入的杂散电容量并且增大灵敏度,从而增大麦克风的SNR。
发明内容
本发明的一个实施方案提供了一种驻极体电容式麦克风。所述驻极体电容式麦克风包括:隔膜;背板,所述背板在面向所述隔膜的一侧上具有金属层,并且在另一侧上具有放大器,所述放大器的输入端电连接所述金属层;间隔物,所述间隔物分离所述隔膜与所述背板;以及金属套筒,所述金属套筒容纳所述隔膜、所述背板和所述间隔物。
在一些实施方案中,所述驻极体电容式麦克风中的所述背板由例如聚酰亚胺(Kapton)、环氧树脂浸渍的玻璃纤维、环氧树脂等的普通PWB材料形成。
在一些实施方案中,所述驻极体电容式麦克风中的所述间隔物由例如聚酯薄膜的环形绝缘材料形成。
在一些实施方案中,所述放大器是结型场效应晶体管(Junction Field-EffectTransistor,JFET、),并且所述输入端是所述JFET的栅极端子。
在一些实施方案中,所述驻极体电容式麦克风还包括连接层和底层,所述连接层将所述放大器的端子电连接到所述底层上的焊盘。
在一些实施方案中,所述驻极体电容式麦克风中的所述连接层由环形PWB形成,其中导电连接器突出穿过所述连接层的主体。
在一些实施方案中,所述驻极体电容式麦克风中的所述底层包括PWB基板、嵌入在所述PWB基板中的导电连接器、在所述PWB基板上的迹线和焊盘。
在一些实施方案中,所述驻极体电容式麦克风还包括在所述金属套筒内在所述驻极体电容式麦克风的开口处的防尘盖。
根据一个实施方案,提供了一种制造驻极体电容式麦克风的方法。所述方法包括以下步骤:提供隔膜;提供背板,所述背板在其朝向所述隔膜的表面上具有金属层,并且在另一表面上具有放大器,所述放大器的输入端电连接到所述金属层;提供绝缘间隔物;以及将所述隔膜、所述绝缘间隔物和所述背板粘合在一起,并且将它们插入到金属套筒中。
本发明的一个实施方案提供了一种制造驻极体电容式麦克风的方法。所述方法包括以下步骤:提供隔膜;提供背板,所述背板在其朝向所述隔膜的表面上具有金属层,并且在另一表面上具有放大器,所述放大器的输入端电连接到所述金属层;提供底层,所述底层具有延伸穿过所述底层的所述基板的导体以及在所述基板的表面上的迹线和焊盘;提供绝缘间隔物;提供连接层,所述连接层具有突出穿过所述连接层的主体的导电连接器;以及将所述隔膜、所述背板、所述底层、所述间隔物和所述连接层粘合在一起,并且将它们插入到金属套筒中。
附图说明
从以下描述和所附权利要求,结合附图,本发明的前述和其它特征将变得更加明显。应理解,这些附图仅描绘了根据本发明的若干实施方案,因此不应视为对其范围的限制,还可以通过使用附图之外的特征和细节来描述本发明。
图1是本发明实施例提供的一种麦克风的分解图。
图2是图1的示例性麦克风的截面图。
图3是图1的替代示例性麦克风的截面图。
图4是本发明实施例提供的一种的麦克风的分解图。
图5是图4的示例性麦克风的截面图。
图6示出了用于制造驻极体电容式麦克风的方法的流程图。
图7示出了用于制造驻极体电容式麦克风的另一方法的流程图。
附图中示出的各种特征可能未按比例绘制。因此,为了清楚起见,可以任意地扩展或减小各种特征的尺寸。另外,一些附图可能未描绘给定系统、方法或装置的所有部件。
具体实施方式
在以下详细描述中,参考了附图,附图形成了所述详细描述的一部分。在附图中,除非上下文另有指示,否则类似的符号通常标识类似的部件。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性实施方案不意味着限制。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下,可以利用其它实施方案,并且可以进行其它改变。容易理解的是,如本文一般描述的并且在附图中示出的本发明的方面可以按各种不同的配置来布置、替换、组合和设计,所有这些都是明确预期的并且构成本发明的一部分。
图1示出了驻极体电容式麦克风(ECM)100,所述驻极体电容式麦克风包括金属套筒101、隔膜102、间隔物103和背板104。所述隔膜102是麦克风的振动元件,并且其响应于声波的振动导致在所述隔膜102与所述背板104之间的电压发生变化。所述隔膜102由导电材料制成。
所述背板104由导电材料或包括导电涂层的任何材料制成。在一个实施方案中,所述背板104是PWB,其具有绝缘基板和在基板表面上的导电图案。所述隔膜102和所述背板104与它们之间的所述间隔物103一起形成电容器。在所述隔膜102或所述背板104上具有带电层,即驻极体层,以为电容器提供永久电荷。所述间隔物103由介电材料制成。在本发明的一个实施方案中,所述隔膜102和所述背板104被冲压成圆盘形状,并且因此,所述间隔物103是环形绝缘体,例如聚酯薄膜。
在所述驻极体电容式麦克风100中,所述隔膜102、所述间隔物103和所述背板104封闭在所述金属套筒101中。
图2是根据图1中所描绘的驻极体电容式麦克风中的一个示例性麦克风的截面图。如图2所示,所述驻极体电容式麦克风100包括所述隔膜102,所述隔膜由金属层105和附接到所述金属层105的表面的驻极体层106组成。所述金属层105可以由溅镀金属形成,例如Ni、Au、A1等。驻极体层可以由PTFE(聚四氟乙烯)形成。黄铜张紧环105a位于金属层105的另一侧上。
所述背板104可以是包括绝缘基板107和在其朝向所述隔膜102的表面上的金属层108的PWB。用于处理由本发明中的麦克风产生的电信号的电路放置在所述背板104的另一表面上,所述电路包括放大器以及其它部件。举例来说,放大器可以是结型场效应晶体管(JFET)109。所述JFET 109包括栅极端子、漏极端子和源极端子。JFET 109的栅极端子通过通孔110连接到所述金属层108。所述通孔110具有延伸穿过所述基板107的导电内表面,并且因此其可以电连接所述基板107两侧上的部件。铜迹线111将所述JFET 109的源极/漏极端子电连接到焊盘113。导电焊盘113用于接地/连接到其它电气部件。它们是驻极体电容式麦克风100的输出端子。所述间隔物103放置在所述隔膜102与所述背板104之间。所述隔膜102、所述间隔物103和所述背板104放置在所述金属套筒101中。
当所述麦克风100工作时,声音通过通向所述隔膜102的开口进入麦克风,从而导致所述隔膜102随着声压的变化而振动。带电隔膜相对于所述背板104的移动产生电容的变化。所得电压变化由所述JFET109放大。电压变化通过所述通孔110耦合到所述JFET 109的栅极端子。所述JFET 109放大输出,并且在所述焊盘113处产生输出语音信号,JFET 109的源极/漏极端子耦合到所述焊盘。输出信号与隔膜102上的声压成比例。
如图1和图2所示的所述驻极体电容式麦克风100最小化典型驻极体电容式麦克风的杂散电容,其可以降低有源电容信号,并且因此驻极体电容式麦克风100可以提高麦克风灵敏度和SNR。通过将所述JFET109直接放置在驻极体电容式麦克风100的所述背板104上,可以最小化加载输入端的杂散电容量。
图3是根据图1中所描绘的驻极体电容式麦克风的另一示例性麦克风的截面图。驻极体电容式麦克风300包括隔膜302、间隔物303、背板304,以及容纳所述隔膜302、所述间隔物303和所述背板304的金属套筒301。所述隔膜302仅由金属层305和其上的金属张力环305a制成,而驻极体层306附接到所述背板304的基板307上的金属层308的上表面。所述金属层305可由金属形成,例如Ni、A1、Au等。在这种布置下,所述驻极体层306仍然可以提供永久电荷,因此所述隔膜302可以响应声波以在所述隔膜302与所述背板304之间产生变化的电压。
在如图4所描绘的另一实施方案中,驻极体电容式麦克风400包括金属套筒401、其上具有金属张力环405a的隔膜402、间隔物403、背板404、连接层415和底层416。优选地,驻极体电容式麦克风400还包括安装在开口中的防尘盖423,以防止灰尘进入麦克风的内部。
图5是根据图4所描绘的所述驻极体电容式麦克风400的示例性麦克风的截面图。如图5所示,所述驻极体电容式麦克风400包括:防尘盖423;隔膜402,所述隔膜由金属层405(具有金属张力环405a)组成;以及驻极体层406,所述驻极体层406附接到所述金属层405的一个表面。或者,所述驻极体层406可以附接到在背板的基板上的金属层。
所述间隔物403位于所述隔膜402下方。所述间隔物403是电绝缘体、具有适当形状的聚酯薄膜。
所述背板404位于所述间隔物403下方,所述间隔物403可以是包括基板407和在其朝向所述隔膜402的上侧表面上的金属层408的PWB。用于处理由本发明中的麦克风产生的电信号的电路放置在所述背板404的另一表面上,所述电路尤其包括JFET 409。所述JFET409用于将由驻极体电容式麦克风形成的小电容器的高阻抗信号变换为更可用的值。所述JFET 409包括栅极端子、漏极端子和源极端子。所述JFET 409的栅极端子经由通孔410电连接到所述金属层408。铜迹线411将所述JFET 409的源极/漏极端子电连接到连接器412。
底层416可以是PWB,所述PWB包括绝缘基板419、嵌入于绝缘基板419中的导电连接器420,以及在其下表面上的铜迹线421和导电焊盘413。迹线421将所述连接器420与导所述电垫413电连接。
连接层415提供所述背板404上的所述连接器412与所述底层416上的所述连接器420之间的电连接。所述连接层415可以是环形PWB,其中导电连接器417突出穿过所述连接层415的主体。
利用这种布置,所述JFET 409的端子和背板上的电路的其它部件可以电耦合到所述底层416上的焊盘。
本发明实施例的一个优点是易于组装此处描述的驻极体电容式麦克风。本发明实施例中的驻极体电容式麦克风的主要部件是PWB,并且它们可以通过标准的更高容量的PWB制造方法制造。而且,麦克风可以与自动化制造设备组装在一起。
图6示出了根据本发明的一个实施方案中的用于制造驻极体电容式麦克风的方法。在步骤S601中,提供隔膜。如上所述,所述隔膜可以具有带驻极体层的金属化层。或者,驻极体层可以附接到背板的基板上的金属层。
在步骤S602中,提供背板,所述背板在其朝向所述隔膜的表面上具有金属层,并且在另一表面上具有放大器,如JFET。JFET的栅极端子经由背板中的通孔连接到金属层。
在步骤S603中,提供间隔物。所述间隔物可以是环形的聚酯薄膜片。
在步骤S604中,将隔膜、间隔物和背板粘合在一起并且插入到金属套筒中。
图7示出了根据另一实施方案提供的用于制造驻极体电容式麦克风的方法。在步骤S701中,提供隔膜。所述隔膜可以具有带驻极体层的金属化层。或者,驻极体层可以附接到背板的基板上的金属层。
在步骤S702中,提供背板,所述背板在其朝向所述隔膜的表面上具有金属层,并且在另一表面上具有放大器,如JFET。JFET的栅极端子经由背板中的通孔连接到金属层。JFET的其它端子电连接到背板表面中的导体。
在步骤S703中,提供底层,所述底层具有延伸穿过所述底层的基板的导体以及在其表面上的迹线和焊盘。所述迹线将所述导体与所述焊盘电连接。
在步骤S704中,提供间隔物。所述间隔物可以是环形的聚酯薄膜片。
在步骤S705中,提供连接层。所述连接层由环形PWB形成,并且具有突出穿过连接层的主体以连接背板上的导体与底层中的导体的连接器。
在步骤S706中,将隔膜、背板、底层、间隔物和连接层粘合在一起并且插入到金属套筒中。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种驻极体电容式麦克风,其特征在于,包括:
隔膜,
背板,所述背板在面向所述隔膜的一侧上具有金属层,并且在另一侧上具有放大器,所述放大器的输入端电连接所述金属层;
间隔物,所述间隔物分离所述隔膜与所述背板;以及
金属套筒,所述金属套筒容纳所述隔膜、所述背板和所述间隔物。
2.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,所述背板由PWB材料形成。
3.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,所述背板与所述隔膜之间的所述间隔物由环形绝缘材料形成。
4.根据权利要求3所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,所述绝缘材料是聚酯薄膜塑料。
5.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,所述放大器是JFET,并且所述输入端是所述JFET的栅极端子。
6.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,还包括连接层和底层,所述连接层将所述放大器的端子电连接到所述底层上的焊盘。
7.根据权利要求6所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,所述连接层由环形PWB形成,所述环形PWB具有突出穿过所述连接层的主体的导电连接器。
8.根据权利要求6所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,所述底层包括PWB基板、嵌入在所述PWB基板中的导电连接器、在所述PWB基板上的迹线和焊盘。
9.根据权利要求1所述的驻极体电容式麦克风,其特征在于,所述驻极体电容式麦克风还包括在所述金属套筒内在所述驻极体电容式麦克风的开口处的防尘盖。
10.一种制造驻极体电容式麦克风的方法,其特征在于,包括:
提供隔膜;
提供背板,所述背板在其朝向所述隔膜的表面上具有金属层,并且在另一表面上具有放大器,所述放大器的输入端电连接到所述金属层;
提供绝缘间隔物;以及
将所述隔膜、所述绝缘间隔物和所述背板粘合在一起,并且将它们插入到金属套筒中。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述背板由PWB材料形成。
12.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述背板与所述隔膜之间的所述绝缘间隔物由环形绝缘材料形成。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述绝缘材料是聚酯薄膜塑料。
14.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述放大器是JFET,并且所述输入端是所述JFET的栅极端子。
15.一种制造驻极体电容式麦克风的方法,其特征在于,包括:
提供隔膜;
提供背板,所述背板在其朝向所述隔膜的表面上具有金属层,并且在另一表面上具有放大器,所述放大器的输入端电连接到所述金属层;
提供底层,所述底层具有延伸穿过所述底层的基板的导体以及在所述基板的表面上的迹线和焊盘;
提供绝缘间隔物;
提供连接层,所述连接层具有突出穿过所述连接层的主体的导电连接器;以及
将所述隔膜、所述背板、所述底层、所述间隔物和所述连接层粘合在一起,并且将它们插入到金属套筒中。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述背板由PWB材料形成。
17.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述间隔物由环形绝缘材料形成。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,所述绝缘材料是聚酯薄膜塑料。
19.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述放大器是JFET,并且所述输入端是所述JFET的栅极端子。
20.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述底层包括PWB基板。
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