CN109952770A - 微机电麦克风 - Google Patents

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CN109952770A
CN109952770A CN201880003217.4A CN201880003217A CN109952770A CN 109952770 A CN109952770 A CN 109952770A CN 201880003217 A CN201880003217 A CN 201880003217A CN 109952770 A CN109952770 A CN 109952770A
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Abstract

本发明揭示一种防止音压所致损伤的微机电麦克风。微机电麦克风中音响流入单元结合在具有局部开放的开口部的基板与安装在开口部的上部的微机电传感器之间。音响流入单元设有从外部接收音响信号的多个音响流入口。微机电传感器在上部设有振动板。振动板在边缘形成有多个通气孔。通气孔具有凭借音响信号的空气压力使得开放区增加的结构。根据本发明，在基板的开口部与微机电传感器之间设有音响流入单元并且让开放区可变地在微机电传感器的振动板边缘形成多个通气孔，从而得以防止振动板因音响信号的空气压力而破损，还能提高防水及宽频带特性。

Description

微机电麦克风
技术领域
本发明涉及一种微机电麦克风(MEMS Microphone)，更具体地说，该微机电麦克风在局部开放的印刷电路板与感知音响信号的微机电传感器(MEMS transducer)之间配置了形成有多个音响流入口的音响流入单元，在微机电传感器的振动板形成有开放区面积可变的多个通气孔，防止振动板因音响信号的空气压力而破损，还能提高防水及宽频带特性。
背景技术
麦克风是一种把音响信号转换成电信号的装置，其内置于音响器材、通信器材或医疗器材等后使用。随着内置了麦克风的各种器材趋向小型化而使得麦克风也被要求超小型化。为了因应该需求，人们积极研究开发微机电麦克风。
微机电麦克风由于能够超小型化并且能把零件之间的分离性生产工艺予以统括实行而在性能和生产效率方面广受青睐。
近来，进行微装置集成化时所使用的技术有利用微加工的半导体加工技术。称为微型机电系统(MEMS)的该技术可以利用基于半导体工艺(尤其是集成电路技术)的微加工技术制作微米(μm)单位的超小型传感器或致动器及电机结构物。利用该微加工技术制造的微机电麦克风可以通过超精密微加工实现小型化、高性能化、多功能化及集成化。而且，还能提高稳定性与可靠性。
微机电麦克风主要分为压电式(piezo type)及电容式(condenser type)。由于包含语音的音响频带的频率响应特性优异而使得微机电麦克风主要使用电容式。
但现有的微机电麦克风以高压接收音响信号时常常会导致让音响信号转换成电信号的微机电传感器的振动板破损。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)大韩民国专利注册公报第10-1452402号(公告日2014.10.22)
(专利文献2)大韩民国公开专利公报第10-2015-0018695号(公开日2015.02.24)
(专利文献3)大韩民国专利注册公报第10-1333573号(公告日2013.11.27)
(专利文献4)大韩民国专利注册公报第10-1758017号(公告日2017.07.13)
发明内容
技术课题
本发明的微机电麦克风解决下列课题。
第一、提供一种能防止微机电传感器因音响信号的空气压力而损伤的微机电麦克风。
第二、提供一种在基板与微机电传感器之间设有音响流入单元以便提高防水及宽频带特性的微机电麦克风。
第三、提供一种让开放区面积可变地在微机电传感器的振动板边缘形成多个通气孔以便防止振动板因音响信号的空气压力而破损并且还能提高信噪比(SNR)特性及宽频带特性的微机电麦克风。
本发明需要解决的技术课题不限于前述课题，本发明所属领域中具备通常知识者可以在下面的记载中明确地了解到前面没有提到的其它课题。
解决课题方案
为了达到所述目的，本发明的微机电麦克风在基板与微机电传感器之间设有供应音响信号的音响流入单元，设有往微机电传感器的振动板排出音响信号时让开放区面积增加的多个通气孔。如前所述的本发明微机电麦克风能提高防水及宽频带特性，还能防止因为音响信号的空气压力而导致微机电传感器损伤的现象。
基于该特征的本发明的微机电麦克风包括：基板，音响信号从外部通过局部开放的开口部流入；微机电传感器，配置在所述基板的所述开口部的上部，上部设有形成了多个通气孔的振动板，接收从所述开口部流入的音响信号后转换成电信号；音响流入单元，安装在所述基板与所述微机电传感器之间，形成有把所流入的音响信号提供给所述微机电传感器的多个音响流入口；及盖子，和所述基板结合，把所述基板上安装所述微机电传感器与所述音响流入单元的内部空间予以密封。
在基于该特征的一个实施例中，所述音响流入单元在中央部与边缘各自设有多个音响流入口，形成于边缘的音响流入口的直径大于形成于中央部的音响流入口的直径。
另一个实施例中，所述振动板中所述通气孔以具备一定宽度的半圆槽形态开放，排出音响信号时，所述通气孔的两端之间的部分凭借音响信号的空气压力弯曲而使得所述通气孔的开放区面积可变。
再一个实施例中，所述振动板中所述通气孔的两端之间的部分以弯曲一定角度的折弯形状形成。
再一个实施例中，所述振动板中所述通气孔的两端之间的部分的一面形成有折弯槽。
再一个实施例中，所述振动板构成阶差地形成以便让所述通气孔的两端之间的部分的两侧具备相异厚度。
再一个实施例中，所述振动板中所述通气孔的两端之间的部分的两面以凹凸形状形成。
再一个实施例中，所述通气孔包括一对具备相异形状的第一及第二通气孔；所述第一通气孔以具备一定宽度的半圆槽形态开放，所述第二通气孔设于所述第一通气孔的中心内侧并且以具备一定直径的圆形开放；而且，所述振动板在排出所述音响信号时所述第一通气孔的两端与所述第二通气孔之间的部分各自凭借音响信号的空气压力弯曲而使得所述第一通气孔的开放区面积可变。
再一个实施例中，所述振动板中所述第一通气孔的一端与所述第二通气孔之间的部分、所述第一通气孔的另一端与所述第二通气孔之间的部分各自形成弯曲一定角度的折弯形状、折弯槽形状、具备相异厚度的阶差形状、两面凹凸形状中的某一个。
发明效果
本发明的微机电麦克风发挥出下列效果。
第一、本发明的供应音响信号的音响流入单元结合并配置在形成有开口部的基板与安装在开口部上部的微机电传感器之间，从而得以提高防水及宽频带特性。
第二、本发明在微机电传感器的振动板边缘设有增加开放区面积的多个通气孔，从而得以避免因音响信号的空气压力导致振动板破损。
第三、本发明让振动板的通气孔的开放区面积可变而得以在开放区面积较小时提高信噪比(SNR)特性与宽频带特性。
本发明的效果不限于前述效果，本发明所属领域中具备通常知识者可以在下面的记载中明确地了解到前面没有提到的其它效果。
附图说明
图1示出了本发明的底部收音式(bottom type)微机电麦克风的结构。
图2a及图2b是示出图1所示音响流入单元的实施例的结构的俯视图。
图3是示出图1所示微机电传感器的振动板的俯视图。
图4是示出图3所示振动板的一部分结构的图形。
图5a至图5d是示出图4所示振动板的实施例的一部分结构的A-A'剖视图。
图6是示出图3所示振动板的另一个实施例的一部分结构的图形。
其中，附图标记说明如下：
100 微机电麦克风
110 基板
120 盖子
130 微机电传感器
140 振动板
142 开放区可变式调节部
150 半导体集成电路
160 键合线(bonding Wire)
170 音响流入单元
180 音响流入口
190 通气孔
具体实施方式
本发明的最优选实施态样
本发明的微机电麦克风包括：
基板，音响信号从外部通过局部开放的开口部流入；微机电传感器，配置在所述基板的所述开口部的上部，上部设有形成了多个通气孔的振动板，接收从所述开口部流入的音响信号后转换成电信号；音响流入单元，安装在所述基板与所述微机电传感器之间，形成有把所流入的音响信号提供给所述微机电传感器的多个音响流入口；及盖子，和所述基板结合，把所述基板上安装所述微机电传感器与所述音响流入单元的内部空间予以密封；
所述振动板中所述通气孔以具备一定宽度的半圆槽形态开放，排出音响信号时，所述通气孔的两端之间的部分凭借音响信号的空气压力弯曲而使得所述通气孔的开放区面积可变，
所述振动板在所述通气孔的两端之间的部分的一面形成有折弯槽。
本发明的实施态样
下面为了让本发明所属技术领域中具备通常知识者能够轻易实行而结合附图详细说明本发明的实施例。如同本发明所属技术领域中具备通常知识者能够轻易理解者，后述的实施例能在不脱离本发明的概念与范畴的情形下以各种形态变形实施。相同或相似的部分尽量使用了同一符号。
本说明书中使用的专业术语仅为说明特定实施例，不得因此局限本发明。除非在句子表示出明显的相反意义，否则本说明书使用的单数形态也包括复数形态。
本说明书所用“包括”的意义是将特定特性、区、整数、步骤、动作、要素及/或成分予以具体化，但并不表示排除其它的特定特性、区、整数、步骤、动作、要素及/或成分的存在或者不表示排除将其予以附加。
本说明书所使用的包括技术术语及科学术语在内的一切术语所表示的意义和本发明所属技术领域中具备通常知识者通常了解的意义相同。辞典中所定义的术语将被阐释为具有符合相关技术文献及当前所揭示内容的意义，除非被定义，否则不将其阐释为理想或正式意义。
下面以底部收音式(bottom type)为例说明本发明的微机电麦克风。本发明在基板与微机电传感器(MEMS transducer)之间设有形成有多个音响流入口的音响流入单元。而且，本发明的微机电麦克风在微机电传感器的振动板形成有多个通气孔。通气孔以均匀的间距配置在振动板的边缘，以其一部分没有从振动板切开的半圆形状形成开口。通气孔在压力较高的音响信号流入时其没有从振动板切开的部分凭借音响信号的空气压力发生弯曲而使得开放区面积增加。
前述本发明的微机电麦克风凭借音响流入单元提高防水及宽频带特性并且由于振动板的通气孔的开放区面积可变而得以凭借通气孔防止振动板因音响信号的空气压力而破损，还能提高信噪比(SNR)特性、增大频率及提高衰减(roll off)之类的宽频带特性。
下面以附图为主详细说明本发明的实施例。
图1是示出本发明的底部收音式(bottom type)的微机电麦克风的结构的剖视图。
请参阅图1，本发明的微机电麦克风(MEMS microphone)(100)具有底部收音式(bottom type)结构。亦即，本发明的微机电麦克风(100)从基板(110)的下部往上地接收音响信号而感知音响信号。
为此，本发明的微机电麦克风(100)在具备局部开放的开口部(112)的基板(110)和上部形成有振动板(140)的微机电传感器(130)之间让音响流入单元(170)结合地配置，微机电传感器(130)的振动板(140)设有多个通气孔(图3的190)。音响流入单元(170)设有上下贯穿而接收通过基板(110)的开口部(112)流入的音响信号并将其传递到微机电传感器(130)的多个音响流入口(180)。通气孔(190)具有凭借振动板(140)的弹性而根据音响信号的空气压力让开放区面积增加的结构。
前述本发明的微机电麦克风(100)在音响信号的空气压力较高时凭借音响流入单元(170)与通气孔(190)防止振动板(140)破损并且还能提高防水特性与信噪比(SNR)特性、增加频率及提高衰减之类的宽频带特性。
具体地说，本发明的微机电麦克风(100)包括基板(110)、盖子(120)、微机电传感器(130)、振动板(140)、半导体集成电路(ASIC)(150)、多个键合线(160)及音响流入单元(170)。
作为一例，基板(110)由印刷电路板(PCB)构成，一侧形成有局部贯穿开放的开口部(112)。开口部(112)接收从外部，亦即，接收从下部流入的音响信号后提供给音响流入单元(170)。开口部(112)的上部面结合音响流入单元(170)。
作为一例，盖子(120)由金属材质的罐(can)构成并且结合在基板(110)的上部面的边缘而形成内部空间(102)。内部空间(102)则安装微机电传感器(130)、半导体集成电路(150)、键合线(160)及音响流入单元(170)。
音响流入单元(170)配置在基板(110)的开口部(112)上部，结合在基板(110)与微机电传感器(130)之间。作为一例，音响流入单元(170)由硅片(silicon wafer)构成并且有多个音响流入口(180)上下贯穿地形成。音响流入口(180)配置在音响流入单元(170)的中央部或者配置在音响流入单元(170)的中央部与边缘。
作为一例，微机电传感器(130)形成于硅片并且结合在音响流入单元(170)的上部地配置，上部设有振动板(140)。微机电传感器(130)在所流入的音响信号导致振动板(140)振动时予以感知。
微机电传感器(130)接收来自音响流入单元(170)的音响信号后转换成对应于振动板(140)的振动的电信号。微机电传感器(130)通过多个键合线(160)和半导体集成电路(150)进行电气连接。在该实施例中，音响流入单元(170)由硅片构成并且和微机电传感器(130)以晶圆到晶圆(wafer to wafer)键合方式结合。
振动板(140)在边缘形成有多个通气孔(190)。振动板(140)和通过音响流入单元(170)供应的音响信号对应地振动。通气孔(190)具有凭借音响信号的空气压力使得振动板(140)的一部分弯曲而让开放区面积增加的结构。对于该振动板(140)的具体说明将在图3至图6中予以详细说明。
作为一例，半导体集成电路(160)由ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)构成并且安装在基板(110)上后从微机电传感器(130接收电信号，把电信号予以放大后进行信号处理并且以模拟信号或数字信号予以输出。
图2a及图2b是示出图1所示音响流入单元的实施例的结构的俯视图。
请参阅图2a与图2b，一个实施例的音响流入单元(170a)在中央部均匀地配置多个音响流入口(180a)。此时，音响流入口(180a)具有同一直径。
另一个实施例的音响流入单元(170b)在中央部与边缘设有多个音响流入口(180b)、(180c)。此时，音响流入口(180b)、(180c)在中央部与边缘具有相异的直径。在该实施例中，形成于边缘的音响流入口(180c)的直径大于形成于中央部的音响流入口(180b)的直径。
图3是示出图1所示微机电传感器的振动板的俯视图，图4是示出图3所示通气孔的结构的振动板俯视图，图5a至图5d是示出图4所示振动板的实施例的结构的A-A'剖视图。
请参阅图3至图5d，本发明的振动板(140)在边缘设有多个通气孔(190)。通气孔(190)均匀地配置在振动板(140)的边缘。通气孔(190)具有凭借音响信号的空气压力让振动板(140)的一部分弯曲而使得开放区面积增加的结构。
具体地说，通气孔(190)以具备一定宽度d的半圆槽形态开放，槽形态的内侧，亦即，邻近振动板(140)的中心C的一侧没有从振动板(140)切开。没有从振动板(140)切开的部分B则设有开放区可变式调节部(142)。如图4所示，开放区可变式调节部(142)位于通气孔(190)的两端之间。开放区可变式调节部(142)在音响信号被排出到振动板(140)时凭借音响信号的空气压力发生弯曲而使得通气孔(190)的开放区面积增加。
该通气孔(190)在开放区面积较小时能提升微机电麦克风(100)的信噪比(SNR)性能并且改善宽频带特性。然而，开放区面积较小时，所施加的音响信号的空气压力较高的话会发生振动板(140)破损的现象。因此，本发明的通气孔(190)的结构为，以开放区面积缩小的状态配备并且在承受音响信号时凭借开放区可变式调节部(142)让开放区面积增加。
因此，本发明的微机电麦克风(100)承受的音响信号的空气压力较高时，凭借开放区可变式调节部(142)发生弯曲而使得开放区面积增加，因此即使承受音响信号的较高的空气压力也不会让振动板(140)破损。本发明的开放区可变式调节部(142)能以各式各样的形状构成。
如图5a所示，第一实施例的振动板(140a)在没有从振动板(140a)切开的部分(B1)以弯曲一定角度的折弯形状形成地构成开放区可变式调节部(142a)。
如图5b所示，第二实施例的振动板(140b)在没有从振动板(140b)切开的部分B2的一面形成折弯槽地构成开放区可变式调节部(142b)。
如图5c所示，第三实施例的振动板(140c)构成阶差地形成以便让没有从振动板(140c)切开的部分(B3)的两侧具备相异厚度地构成开放区可变式调节部(142c)。该实施例的开放区可变式调节部(142c)让通气孔(190c)侧薄于振动板(140c)的中心侧。
如图5d所示，第四实施例的振动板(140d)让没有从振动板(140d)切开的部分B4的一部分的两面形成凹凸形状地构成开放区可变式调节部(142d。
该开放区可变式调节部(142a～142d)各自凭借音响信号的空气压力弯曲而使得通气孔(190a～190d)各自的开放区面积增加。
接着，图6是示出图3所示振动板的另一个实施例的一部分结构的图形。
请参阅图6，该实施例的振动板(140')设有形状相异的一对通气孔(190')。亦即，通气孔(190')包括第一及第二通气孔(192、(194)。第一通气孔(192)的形状大体上和图4的通气孔(190)相同或相似。例如，第一通气孔(192)以具备一定宽度的半圆槽形态开放。第二通气孔(194)则设于第一通气孔(192)的中心内侧并且以具备一定直径的圆形开放。
如同图4一样地，该振动板(140')也在排出音响信号时第一通气孔(192)的两端与第二通气孔(194)之间的部分(B'：B5、B6)各自凭借音响信号的空气压力弯曲而使得第一通气孔(192)的开放区面积可变。为此，振动板(140')中第一通气孔(192)的一端与第二通气孔(194)的一侧之间的部分(B5)、第一通气孔(192)的另一端与第二通气孔(194)的另一侧之间的部分(B6)各自以邻近振动板(140')中心的一侧没有从振动板(140')切开地形成。没有从振动板(140')切开的部分(B')设有开放区可变式调节部(142')。
开放区可变式调节部(142')各自位于第一通气孔(192)的一端与第二通气孔(194)的一侧之间、第一通气孔(192)的另一端与第二通气孔(194)的另一侧之间。开放区可变式调节部(142')在音响信号被排出到振动板(140')时凭借音响信号的空气压力发生弯曲而使得第一通气孔(192)的开放区面积增加。
如图5a至图5d所示，该开放区可变式调节部(142')具有折弯形状或折弯槽形状或具备相异厚度的阶差形状或者两面形成凹凸形状等而凭借音响信号的空气压力以一定角度弯曲而使得第一通气孔(192)的开放区面积增加。
因此，该实施例的振动板(140')所承受的音响信号的空气压力较大时也会凭借开放区可变式调节部(142')发生弯曲而让开放区面积增加，因此即使音响信号具有较高的空气压力也能防止振动板(140')破损。
本说明书所说明的实施例及附图仅仅是以例示方式说明本发明所包含的技术思想一部分而已。因此，本说明书所揭示的实施例仅仅用于说明而不是用于限定本发明的技术思想，这些实施例并不能限定本发明的技术思想范畴，此为理所当然者。在本发明的说明书及附图所包含的技术思想的范围内能由本领域技术人员轻易类推的变形例与具体实施例应阐释为包含在本发明的权利范围。

Claims (6)

1.一种微机电麦克风，其特征在于，
包括：基板，音响信号从外部通过局部开放的开口部流入；微机电传感器，配置在所述基板的所述开口部的上部，上部设有形成了多个通气孔的振动板，接收从所述开口部流入的音响信号后转换成电信号；音响流入单元，安装在所述基板与所述微机电传感器之间，形成有把所流入的音响信号提供给所述微机电传感器的多个音响流入口；及盖子，和所述基板结合，把所述基板上安装所述微机电传感器与所述音响流入单元的内部空间予以密封；
所述振动板中所述通气孔以具备一定宽度的半圆槽形态开放，排出音响信号时，所述通气孔的两端之间的部分凭借音响信号的空气压力弯曲而使得所述通气孔的开放区面积可变，
所述振动板中所述通气孔的两端之间的部分的一面形成有折弯槽。
2.一种微机电麦克风，其特征在于，
包括：基板，音响信号从外部通过局部开放的开口部流入；微机电传感器，配置在所述基板的所述开口部的上部，上部设有形成了多个通气孔的振动板，接收从所述开口部流入的音响信号后转换成电信号；音响流入单元，安装在所述基板与所述微机电传感器之间，形成有把所流入的音响信号提供给所述微机电传感器的多个音响流入口；及盖子，和所述基板结合，把所述基板上安装所述微机电传感器与所述音响流入单元的内部空间予以密封；
所述振动板中所述通气孔以具备一定宽度的半圆槽形态开放，排出音响信号时，所述通气孔的两端之间的部分凭借音响信号的空气压力弯曲而使得所述通气孔的开放区面积可变，
所述振动板构成阶差地形成以便让所述通气孔的两端之间的部分的两侧具备相异厚度。
3.一种微机电麦克风，其特征在于，
包括：基板，音响信号从外部通过局部开放的开口部流入；微机电传感器，配置在所述基板的所述开口部的上部，上部设有形成了多个通气孔的振动板，接收从所述开口部流入的音响信号后转换成电信号；音响流入单元，安装在所述基板与所述微机电传感器之间，形成有把所流入的音响信号提供给所述微机电传感器的多个音响流入口；及盖子，和所述基板结合，把所述基板上安装所述微机电传感器与所述音响流入单元的内部空间予以密封；
所述振动板中所述通气孔以具备一定宽度的半圆槽形态开放，排出音响信号时，所述通气孔的两端之间的部分凭借音响信号的空气压力弯曲而使得所述通气孔的开放区面积可变，
所述振动板中所述通气孔的两端之间的部分的两面形成凹凸形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微机电麦克风，其特征在于，
所述音响流入单元在中央部与边缘各自设有多个音响流入口，形成于边缘的音响流入口的直径大于形成于中央部的音响流入口的直径。
5.一种微机电麦克风，其特征在于，
包括：基板，音响信号从外部通过局部开放的开口部流入；微机电传感器，配置在所述基板的所述开口部的上部，上部设有形成了多个通气孔的振动板，接收从所述开口部流入的音响信号后转换成电信号；音响流入单元，安装在所述基板与所述微机电传感器之间，形成有把所流入的音响信号提供给所述微机电传感器的多个音响流入口；及盖子，和所述基板结合，把所述基板上安装所述微机电传感器与所述音响流入单元的内部空间予以密封；
所述通气孔包括一对具备相异形状的第一及第二通气孔；
所述第一通气孔以具备一定宽度的半圆槽形态开放，所述第二通气孔设于所述第一通气孔的中心内侧并且以具备一定直径的圆形开放；
所述振动板在排出所述音响信号时，所述第一通气孔的两端与所述第二通气孔之间的部分各自凭借音响信号的空气压力弯曲而使得所述第一通气孔的开放区面积可变。
6.根据权利要求5所述的微机电麦克风，其特征在于，
所述振动板中所述第一通气孔的一端与所述第二通气孔之间的部分、所述第一通气孔的另一端与所述第二通气孔之间的部分各自形成弯曲一定角度的折弯形状、折弯槽形状、具备相异厚度的阶差形状、两面凹凸形状中的某一个。
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