CN110650419A - 一种新型的单指向mems麦克风及其生产方法 - Google Patents

一种新型的单指向mems麦克风及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及麦克风领域，尤其涉及一种新型的单指向MEMS麦克风，包含焊盘PCB及MEMS麦克风，所述焊盘PCB上设有贯穿焊盘PCB的焊盘第一声孔和焊盘第二声孔，所述焊盘PCB的下端面的焊盘第一声孔和焊盘第二声孔位置均固定有调音布，所述焊盘PCB上端面固定有下导音槽PCB，所述下导音槽PCB上与前述焊盘第一声孔对应位置设有贯穿下导音槽PCB的下第一声孔，所述下导音槽PCB上与前述焊盘第二声孔位置设有第二导音槽，所述下导音槽PCB上中间位置设有与前述第二导音槽末端相连的下第二声孔，所述下导音槽PCB上端面固定有上导音槽PCB，所述上导音槽PCB中部设有容纳MEMS麦克风的腔体。通过本装置能有效拾取焊盘第一声孔正对面前方的声音。

Description

一种新型的单指向MEMS麦克风及其生产方法
【技术领域】
本发明涉及麦克风领域，尤其涉及一种新型的单指向MEMS麦克风及其生产方法。
【背景技术】
MEMS是微机电系统，英文全称是Micro-Electro mechanical System，是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。简单来说，MEMS就是将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，例如三维硅穿孔TSV等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上，最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式，最终切割组装而成的硅基传感器。受益于普通传感器无法企及的IC硅片加工批量化生产带来的成本优势，MEMS同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度；
根据麦克风拾音方式的不同，可以分为全指向，双指向，单指向；全指向麦克风对于四面八方的声音具有相同的感度，对不同方向声音辨识程度一致；双指向麦克风只对正前方和正后方的声音比较敏感，对其他区域的声音的感度会降低；单指向麦克风只对正前方声音敏感，对去他区域的声音感度会降低；单指向和双指向麦克风统称为指向性麦克风，和全指向麦克风相比，指向性麦克风可以剔除大量环境噪音，选择性拾取固定区域的声音信号，可以通过单只产品实现指向性拾音功能，对于需要区域拾音的终端产品具有重要的价值。但是现有麦克风无法做到完全单指向拾音，在使用时还说有杂音产生。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种新型的单指向MEMS麦克风及其生产方法，能够有效避免麦克风单指向拾音时拾取的杂音。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种新型的单指向MEMS麦克风，包含焊盘PCB及MEMS麦克风，所述焊盘PCB上设有贯穿焊盘PCB的焊盘第一声孔和焊盘第二声孔，所述焊盘PCB的下端面的焊盘第一声孔和焊盘第二声孔位置均固定有调音布，所述焊盘PCB上端面固定有下导音槽PCB，所述下导音槽PCB上与前述焊盘第一声孔对应位置设有贯穿下导音槽PCB的下第一声孔，所述下导音槽PCB上与前述焊盘第二声孔位置设有第二导音槽，所述下导音槽PCB上中间位置设有与前述第二导音槽末端相连的下第二声孔，所述下导音槽PCB上端面固定有上导音槽PCB，所述上导音槽PCB中部设有容纳MEMS麦克风的腔体，所述腔体与前述下第二声孔相连，所述上导音槽PCB一侧还设有与腔体相连的第一导音槽，所述第一导音槽与前述下第一声孔相连，所述上导音槽PCB上端面还固定有盖板PCB，所述MEMS麦克风包含固定在下导音槽PCB上的Sensor芯片，所述Sensor芯片通过键合线与音频放大芯片相连,所述Sensor芯片包含环绕在下第二声孔外周侧的圆环状硅基，所述硅基上方固定有覆盖硅基的背极，所述背极下方固定有环绕设置在硅基内壁上的振膜；由于焊盘PCB、下导音槽PCB、上导音槽PCB和盖板PCB紧密配合，并且Sensor芯片环绕固定在下第二声孔外侧，外界声音通过焊盘第一声孔、下第一声孔、第一导音槽后到达振膜上表面，外界声音通过焊盘第二声孔、下第二声孔、第二导音槽后到达振膜下表面，振膜上下表面形成压力差带动振膜震动，由于不同方向传递来的声音作用在振膜上的力是不同的，这个过程中振膜上端面的声压大于等于振膜下端面的声压，而且随着方向会发生变化，不同方向因为音程比较长的原因，声音信号衰减比较大，所以到达焊盘第一声孔再经过调音布阻尼后的信号和到达焊盘第二声孔再经过调音布阻尼的信号差别就不是很大了，两个信号几乎可以相互抵消，两个几乎一样大的力作用在振膜上下两侧，所以信号几乎就没有了，所以能有效拾取焊盘第一声孔正对面前方的声音。
一种新型的单指向MEMS麦克风的生产方法，包含以下步骤
a.将音频放大芯片使用粘合剂贴装在下导音槽PCB上端面，并通过烘烤固化；
b.将Sensor芯片通过粘合剂贴装在下导音槽PCB上端面下第二声孔的正上方，Sensor芯片底部通过粘合剂完全密封；
c.通过引线键合的方式，使用键合线完成Sensor芯片，音频放大芯片以及下导音槽PCB之间的电气连接；
d.使用粘合剂将下导音槽PCB和焊盘PCB粘合到一起，粘合层完全密封；
f.使用粘合剂将下导音槽PCB和上导音槽PCB粘合到一起，粘合层完全密封；
g.使用粘合剂将盖板PCB与上导音槽PCB粘合到一起，粘合层完全密封；
h.将调音布贴在焊盘第一声孔和焊盘第二声孔处。
优选的，所述Sensor芯片固定在下第二声孔位置。
优选的，所述焊盘第一声孔处调音布的阻尼要小于焊盘第二声孔处的调音布的阻尼。
优选的，所述键合线为金，铝，铜等金属材质制成。
优选的，所述粘合剂为硅胶材料制成。
本发明与现有的技术相比有如下优点：
1.由于焊盘PCB、下导音槽PCB、上导音槽PCB和盖板PCB紧密配合，并且Sensor芯片环绕固定在下第二声孔外侧，外界声音通过焊盘第一声孔、下第一声孔、第一导音槽后到达振膜上表面，外界声音通过焊盘第二声孔、下第二声孔、第二导音槽后到达振膜下表面，振膜上下表面形成压力差带动振膜震动，由于不同方向传递来的声音作用在振膜上的力是不同的，这个过程中振膜上端面的声压大于等于振膜下端面的声压，而且随着方向会发生变化，不同方向因为音程比较长的原因，声音信号衰减比较大，所以到达焊盘第一声孔再经过调音布阻尼后的信号和到达焊盘第二声孔再经过调音布阻尼的信号差别就不是很大了，两个信号几乎可以相互抵消，两个几乎一样大的力作用在振膜上下两侧，所以信号几乎就没有了，所以能有效拾取第一声孔正对面前方的声音。
2.调音布还具有防尘的效果，能有效避免粉尘等异物等进入到声腔内，影响本装置使用。
3.本产品通过贴装方式制作可缩小产品体积，使产品更加小型化。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖视图；
图3为本发明的MEMS芯片结构图；
图4为本发明的MEMS芯片结构图原理图；
图5为本发明的麦克风电路图；
图中：1、焊盘PCB；11、焊盘第一声孔；12、焊盘第二声孔；2、下导音槽PCB；21、下第一声孔；22、下第二声孔；23、第二导音槽；3、上导音槽PCB；31、第一导音槽；32、腔体；4、Sensor芯片；401、背极；402、硅基；403、振膜；5、调音布；6、盖板PCB；7、音频放大芯片；
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明：
如图1至图5所示，本发明公开了一种新型的单指向MEMS麦克风，包含焊盘PCB1及MEMS麦克风，焊盘PCB1上设有贯穿焊盘PCB1的焊盘第一声孔11和焊盘第二声孔12，焊盘PCB1的下端面的焊盘第一声孔11和焊盘第二声孔12位置均固定有调音布5，焊盘PCB1上端面固定有下导音槽PCB2，下导音槽PCB2上与前述焊盘第一声孔11对应位置设有贯穿下导音槽PCB2的下第一声孔21，下导音槽PCB2上与前述焊盘第二声孔12位置设有第二导音槽23，下导音槽PCB2上中间位置设有与前述第二导音槽23末端相连的下第二声孔22，所述下导音槽PCB2上端面固定有上导音槽PCB3，上导音槽PCB3中部设有容纳MEMS麦克风的腔体32，腔体32与前述下第二声孔22相连，上导音槽PCB3一侧还设有与腔体32相连的第一导音槽31，第一导音槽31与下第一声孔21相连，上导音槽PCB3上端面还固定有盖板PCB6，MEMS麦克风包含固定在下导音槽PCB2上的Sensor芯片4，Sensor芯片4通过键合线与音频放大芯片7相连,Sensor芯片4包含环绕在下第二声孔22外周侧的圆环状硅基402，硅基402上方固定有覆盖硅基402的背极401，背极401下方固定有环绕设置在硅基402内壁上的振膜403；由于焊盘PCB1、下导音槽PCB2、上导音槽PCB3和盖板PCB6紧密配合，并且Sensor芯片4环绕固定在下第二声孔22外侧，外界声音通过焊盘第一声孔11、下第一声孔21、第一导音槽31后到达振膜403上表面，外界声音通过焊盘第二声孔12、下第二声孔22、第二导音槽23后到达振膜403下表面，振膜403上下表面形成压力差带动振膜403震动，由于不同方向传递来的声音作用在振膜403上的力是不同的，这个过程中振膜403上端面的声压大于等于振膜403下端面的声压，而且随着方向会发生变化，不同方向因为音程比较长的原因，声音信号衰减比较大，所以到达焊盘第一声孔11再经过调音布5阻尼后的信号和到达焊盘第二声孔12再经过调音布5阻尼的信号差别就不是很大了，两个信号几乎可以相互抵消，两个几乎一样大的力作用在振膜403上下两侧，所以信号几乎就没有了，所以能有效拾取焊盘第一声孔11正对面前方的声音。
一种新型的单指向MEMS麦克风的生产方法，包含以下步骤
a.将音频放大芯片7使用粘合剂贴装在下导音槽PCB2上端面，并通过烘烤固化；
b.将Sensor芯片4通过粘合剂贴装在下导音槽PCB2上端面下第二声孔22的正上方，Sensor芯片4底部通过粘合剂完全密封；
c.通过引线键合的方式，使用键合线完成Sensor芯片4，音频放大芯片7以及下导音槽PCB2之间的电气连接；
d.使用粘合剂将下导音槽PCB2和焊盘PCB1粘合到一起，粘合层完全密封；
f.使用粘合剂将下导音槽PCB2和上导音槽PCB3粘合到一起，粘合层完全密封；
g.使用粘合剂将盖板PCB6与上导音槽PCB3粘合到一起，粘合层完全密封；
h.将调音布5贴在焊盘第一声孔11和焊盘第二声孔12处。
如图4所示：△为振膜403前后相隔的等效距离，声音通过不同阻尼的调音布5后到达振膜403的两面的强度不相同，因而振膜403的两面存在压差，如图4所示，作用在振膜403两侧的声压分别是P1和P2，那么膜片的受力F＝(P1-P2)S；其中：P1为振膜403一侧的声压，P2为振膜403另一侧的声压，P1和P2分别作用在振膜403两侧，P1和P2的作用相互抑制，最终，振膜403的运动状态屈从于声压大的一侧的声压，并在力F的作用下运动。
如图3所示为Sensor芯片4的结构，Sensor芯片4由振膜403，背极401以及硅基402组成，振膜403和背极401通过半导体加工工艺(刻蚀，抛光，蒸镀等)固定在硅基402腔体内部；其工作原理可等效为平行板电容器；振膜403和背极401组成电容器的上下两基板，在电压作用下，电荷发生定向移动，在上下基板间会形成稳定的电压差，当外界声压作用在振膜403上时，振膜403和背极401间的距离发生变化，由公式C＝εS/4πkd，可知，在距离发生变化时，电容器的电容量会随之发生变化(C：电容量,ε：介电常数,S：振膜403和背极401之间的正对面积d：两板间距离，k：静电力恒量)；由U＝Q/C可知，在电容量发生变化的情况下，输出电压值会发生变化(Q为电容器的电荷量，Q为定值保持不变；U为振膜403形变后两极板之间的电压)，若记形变前的电压为U1，形变后的电压为U2，那么在声压作用下Sensor芯片4输出信号为△U＝U1-U2；Sensor芯片4在外部声压的作用下，完成了声能-机械能-电能的转化。
如图5所示：MEMS transducer为Sensor芯片4，通过键合线和后端的音频放大芯片7连接；
其中Sensor芯片4的BIAS电极和音频放大芯片7的BIAS电压相连，音频放大芯片7通过Charge bump为Sensor芯片4工作提供稳定电荷源；音频放大芯片7的MICIN电极和Sensor芯片的Vout相连，Sensor芯片将输出信号传递给音频放大芯片7的接口MICIN，音频放大芯片7进行后续的放大，滤波等处理；
音频放大芯片7工作需要外部电源供电，因此音频放大芯片7的VDD端需要外接电源，电源电压为1.6V-3.6V之间，音频放大芯片7的GND端接地,音频放大芯片7的OUT端连接下导音槽PCB2的OUT，从而实现了将输出信号引出的作用。
其中，Sensor芯片4固定在下第二声孔22位置。
其中，焊盘第一声孔11处调音布5的阻尼要小于焊盘第二声孔12处的调音布5的阻尼。
其中，键合线为金，铝，铜等金属材质制成。
其中，粘合剂为硅胶材料制成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种新型的单指向MEMS麦克风，其特征在于：包含焊盘PCB及MEMS麦克风，所述焊盘PCB上设有贯穿焊盘PCB的焊盘第一声孔和焊盘第二声孔，所述焊盘PCB的下端面的焊盘第一声孔和焊盘第二声孔位置均固定有调音布，所述焊盘PCB上端面固定有下导音槽PCB，所述下导音槽PCB上与前述焊盘第一声孔对应位置设有贯穿下导音槽PCB的下第一声孔，所述下导音槽PCB上与前述焊盘第二声孔位置设有第二导音槽，所述下导音槽PCB上中间位置设有与前述第二导音槽末端相连的下第二声孔，所述下导音槽PCB上端面固定有上导音槽PCB，所述上导音槽PCB中部设有容纳MEMS麦克风的腔体，所述腔体与前述下第二声孔相连，所述上导音槽PCB一侧还设有与腔体相连的第一导音槽，所述第一导音槽与前述下第一声孔相连，所述上导音槽PCB上端面还固定有盖板PCB，所述MEMS麦克风包含固定在下导音槽PCB上的Sensor芯片，所述Sensor芯片通过键合线与音频放大芯片相连；
一种新型的单指向MEMS麦克风的生产方法，其特征在于：包含以下步骤
a.将音频放大芯片使用粘合剂贴装在下导音槽PCB上端面，并通过烘烤固化；
b.将Sensor芯片通过粘合剂贴装在下导音槽PCB上端面下第二声孔的正上方，Sensor芯片底部通过粘合剂完全密封；
c.通过引线键合的方式，使用键合线完成Sensor芯片，音频放大芯片以及下导音槽PCB之间的电气连接；
d.使用粘合剂将下导音槽PCB和焊盘PCB粘合到一起，粘合层完全密封；
f.使用粘合剂将下导音槽PCB和上导音槽PCB粘合到一起，粘合层完全密封；
g.使用粘合剂将盖板PCB与上导音槽PCB粘合到一起，粘合层完全密封；
h.将调音布贴在焊盘第一声孔和焊盘第二声孔处。
2.根据权利要求1所述的新型的单指向MEMS麦克风，其特征在于：所述Sensor芯片固定在下第二声孔位置。
3.根据权利要求1所述的新型的单指向MEMS麦克风，其特征在于：所述焊盘第一声孔处调音布的阻尼要小于焊盘第二声孔处的调音布的阻尼。
4.根据权利要求1所述的新型的单指向MEMS麦克风，其特征在于：所述键合线为金，铝，铜等金属材质制成。
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