CN110300364B - 骨导硅麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种骨导硅麦克风,包括硅麦本体,所述硅麦本体包括设有导声孔的前PCB,还包括:设于所述硅麦本体外部、与所述前PCB围合成振动空间的壳体,和固定在所述振动空间内的振动单元;所述导声孔与所述振动空间连通;所述振动单元包括:绷膜环,张紧设置在所述绷膜环上的振动膜,以及设置在所述振动膜上的金属振子。本发明的麦骨导克风可以拾取振动信号,转化为电信号,因此,可用于人体骨导传递,并可用于延伸开发人体生物识别装置。相对于气导式硅麦克风,还能将噪声干扰降低。进一步的,前PCB和壳体采用全密封结构,可实现高级别的防水、防潮、防尘,且抗气流冲击能力更高。
Description
技术领域
本发明涉及硅麦克风技术领域,具体涉及一种骨导硅麦克风。
背景技术
硅麦克风,即MEMS(Microelectromechanical Systems,微机电系统)麦克风,是一种用微机械加工技术制作出来的电声换能器,其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。
传统硅麦克风结构如图1所示,包括:外壳7和PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)1,内贴于PCB 1上的MEMS芯片3和ASIC(Application Specific IntegratedCircuit,专用集成电路)芯片4;MEMS芯片3、ASIC芯片4和PCB1之间通过金线连接实现电连通,声音信号通过外壳7上的声孔5进入容纳空间2,传递到MEMS芯片3的振膜6,使振膜6动作实现声电转换。这种封装方式是当前最为普遍的工艺。
如图1所示的麦克风为气导式硅麦克风,可拾取空气振动产生的声音信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种骨导硅麦克风。该骨导硅麦克风是基于对气导式硅麦克风的改进而提出的。
采用的技术方案为:
一种骨导硅麦克风,包括硅麦本体,所述硅麦本体包括设有导声孔的前PCB,还包括:设于所述硅麦本体外部、与所述前PCB围合成振动空间的壳体,和固定在所述振动空间内的振动单元;所述导声孔与所述振动空间连通;所述振动单元包括:绷膜环,张紧设置在所述绷膜环上的振动膜,以及设置在所述振动膜上的金属振子。
从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:
通过在硅麦本体外部增设壳体,在壳体内部增设振动单元,将气导式硅麦克风转换为骨导硅麦克风,当骨导硅麦克风受到外力振动时,振动单元中的金属振子在振动膜上因接受到信号会呈现同步的振动,进而推动振动空间内的空气振动,空气振动通过前PCB上的导声孔传递到MEMS芯片,MEMS芯片能够检测到空气振动并转化为电信号。
采用上述结构的骨导硅麦克风可以拾取振动信号,转化为电信号,因此,可用于人体骨导传递,并可用于延伸开发人体生物识别装置。
本发明由于是拾取振动信号,相对于气导式硅麦克风,还能将噪声干扰降低。
进一步的,由于前PCB和壳体采用全密封结构,在全密封条件下工作,可实现高级别的防水、防潮、防尘,且抗气流冲击能力更高。
进一步的,金属振子上开设有减阻孔,可以减少金属振子振动时的声阻,从而提升低频的延展性。。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对实施例和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获得其它的附图。
图1是传统的硅麦克风的剖视结构示意图;
图2是本发明提供的骨导硅麦克风的剖视结构示意图;
图3是本发明提供的骨导硅麦克风的爆炸结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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一部分的实施例,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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象,而不是用于描述特定顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面通过具体实施例,进行详细的说明。
请参考图2和图3,本发明的一个实施例,提供一种骨导硅麦克风。该骨导硅麦克风包括硅麦本体。
所述硅麦本体就是一个完整的硅麦克风,可包括:前PCB 1和封装体,所述前PCB 1和所述封装体围合成容纳空间,所述容纳空间内设有安装(如贴装)在所述前PCB 1上的MEMS芯片3和ASIC芯片4,所述前PCB1上对应于所述MEMS芯片3的位置设有导声孔13。其中,所述MEMS芯片3可以粘贴在所述前PCB 1上,所述ASIC芯片4可由胶封体401固设在所述前PCB1上。所述MEMS芯片3和ASIC芯片4之间,以及所述ASIC芯片4和所述前PCB 1之间,可通过金线12连接。其中,所述封装体可包括设置在所述前PCB1上、作为支撑框架的镂空PCB5和封闭所述镂空PCB5的后PCB14。所述后PCB14可通过所述镂空PCB5上所设的导通结构501与所述前PCB1电连接,导通结构501例如可以是起导通作用的金属化孔。所述后PCB14上可设有若干焊盘,作为焊接PCB与其它部件例如手机主板等电连接。
特别的是,所述骨导硅麦克风还包括:设于所述硅麦本体外部、与所述前PCB1围合成振动空间的壳体2,和固定在所述振动空间内的振动单元;所述导声孔13与所述振动空间连通;所述振动单元包括:绷膜环9,张紧设置在所述绷膜环9上的振动膜8,以及设置在所述振动膜8上的金属振子7。
其中,所述壳体2和所述封装体分别位于所述前PCB的两面,分别与前PCB围合成两个不同的封闭的空间,即,所述容纳空间和所述振动空间。
其中,所述绷膜环9可固定在所述壳体2底部,或者,也可以固定在所述前PCB1上;优选的,固定在壳体2的底部。当所述绷膜环9固定在所述壳体2底部,所述振动膜8可设置在所述绷膜环9的背离所述壳体2底部的一侧,所述金属振子7设置在所述振动膜82的朝向所述壳体底部的一面。当所述绷膜环9固定在所述前PCB1上,所述振动膜8设置在所述绷膜环9的背离所述前PCB1的一侧,所述金属振子7设置在所述振动膜8的朝向所述前PCB1的一面。
所述振动单元位于振动空间内,将整个振动空间分隔为两个声腔:位于振动膜8和壳体2底部之间的后声腔10,以及位于振动膜8和前PCB1之间的前声腔11。
金属振子7用于接受外部振动能量引起共振做来复运动。可选的,所述金属振子7可选用不锈钢、铜等材料制成;所述金属振子7可以为正方形或长方形或圆形或多边形金属块;所述金属振子7的厚度小于所述绷膜环9的厚度。可选的,金属振子7的直径与所述绷膜环9的内径的比值在0.5到0.8之间,以便在金属振子7与及绷膜环9之间留出合适的振动弹性空间。可选的,所述金属振子7与所述绷膜9的厚度之比在0.3到0.6之间,以避免金属振子7振动时与壳体2发生碰撞。
可选的,所述金属振子7上开设有贯穿金属振子7的减阻孔,用于减少金属振子振动的声阻,所述减阻孔的孔径可在0.02至1毫米之间。这样,金属振子7受到外力作用发生振动时,受到的阻力更小,从而减少时延以及失真。
其中,为实现振动信号传递,减少声音信号干扰,所述壳体2为全封闭式壳体,无传统结构的声压传导孔;或者,所述壳体2上设有微型气流孔,用于平衡麦克风加工过程中的热涨对结构的影响,且该微型气流孔在所述骨导硅麦克风加工完成后可以被封闭。微型气流孔的直径可以在0.2毫米左右,例如在0.05至0.3毫米之间,远小于传统传声器外壳上的声孔。微型气流孔的数量可以是一个或者也可以是多个。最终加工完成的骨导硅麦克风为全密封结构,在全密封条件下工作。
基于所述振动单元,当麦克风受到外力振动时,金属振子7在振动膜8上因接受到信号会呈现同步的振动,因为振动膜8密封后声腔10的缘故,金属振子7振动的同时会压缩/推动前声腔11内的空气振动,前声腔11内空气振动的压力通过导声孔13作用于MEMS芯片3,MEMS芯片3上的振膜6受到压力,压力信号将使振膜6与MEMS芯片3里面的背电极形成可变电容,实现将振动能量转换为电信号。从而实现了振动信号的拾取,使得该麦克风可作为骨导硅麦克风。
需要说明的是,采用本发明的结构,前声腔11的体积更小,这样,振动信号引起的空气压缩传递更强。因为振栋膜8受到的振动有限,前声腔11的空间大小直接影响到MCEMS芯片3上振膜6受到的压力信号大小,前声腔11越小,MCEMS芯片3上的振膜6感受到的信号就越强。
综上,本发明提供了一种骨导硅麦克风,包括硅麦本体,通过在硅麦本体外部增设壳体,在壳体内部增设振动单元,将气导式硅麦克风转换为骨导硅麦克风,当骨导硅麦克风受到外力振动时,振动单元中的金属振子在振动膜上因接受到信号会呈现同步的振动,进而推动振动空间内的空气振动,空气振动通过前PCB上的导声孔传递到MEMS芯片,MEMS芯片能够检测到空气振动并转化为电信号。因此,可作为骨导硅麦克风,用于人体骨导传递,并可用于延伸开发人体生物识别装置。
上述结构的骨导硅麦克风,不仅可以拾取振动信号转化为电信号,相对于气导式硅麦克风,还能将噪声干扰降低。
进一步的,由于采用全密封结构,在全密封条件下工作,对于工作环境要求不高,水气、潮气、粉尘等对产品的影响更小,可实现高级别的防水、防潮、防尘,且抗气流冲击能力更高。
进一步的,金属振子上开设有减阻孔,可以减少金属振子振动时的声阻,从而减少接收因气流引起的低频信号,减少低频敏感度。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详细描述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
上述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种骨导硅麦克风,包括硅麦本体,所述硅麦本体包括设有导声孔的前PCB,其特征在于,
还包括:设于所述硅麦本体外部、与所述前PCB围合成振动空间的壳体,和固定在所述振动空间内的振动单元;所述导声孔与所述振动空间连通;所述振动单元包括:绷膜环,张紧设置在所述绷膜环上的振动膜,以及设置在所述振动膜上的金属振子;
所述壳体上设有微型气流孔,该微型气流孔的直径在0.05至0.3毫米之间,该微型气流孔在所述骨导硅麦克风加工完成后被封闭;
所述硅麦本体包括所述前PCB和封装体,所述前PCB和所述封装体围合成容纳空间,所述容纳空间内设有安装在所述前PCB上的MEMS芯片和ASIC芯片;
所述封装体包括设置在所述前PCB上、作为支撑框架的镂空PCB和封闭所述支撑框架的后PCB,所述后PCB通过所述镂空PCB上所设的导通结构与所述前PCB电连接,所述导通结构是起导通作用的金属化孔;
所述绷膜环固定在所述壳体底部,或者,固定在所述前PCB上;当所述绷膜环固定在所述壳体底部,所述振动膜设置在所述绷膜环的背离所述壳体底部的一侧,所述金属振子设置在所述振动膜的朝向所述壳体底部的一面;当所述绷膜环固定在所述前PCB上,所述振动膜设置在所述绷膜环的背离所述前PCB的一侧,所述金属振子设置在所述振动膜的朝向所述前PCB的一面;
所述金属振子上开设有减阻孔,所述减阻孔的孔径在0.02至1毫米之间;
所述金属振子为正方形或长方形或圆形或多边形金属块,所述金属振子的厚度小于所述绷膜环的厚度,所述金属振子的直径与所述绷膜环的内径的比值在0.5到0.8之间,所述金属振子为不锈钢或铜;
所述壳体和所述封装体分别位于所述前PCB的两面。
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