CN110972045A - 一种振动感测装置以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振动感测装置以及电子设备。其中，所述振动感测装置包括基板和外壳，所述基板和所述外壳围成具有容纳腔的封装结构，在所述容纳腔内收容有MEMS芯片；还包括保护壳，所述保护壳收容在所述容纳腔内且固定设置在所述基板上，所述保护壳与所述基板围成腔体，所述MEMS芯片固定设置在所述保护壳上，所述保护壳上设置有通孔，所述通孔将所述MEMS芯片的背腔与所述腔体连通；还包括振动元件，所述振动元件位于所述腔体内，所述振动元件被配置为用于响应外部的振动。本发明的一个技术效果为：能够降低整个振动感测装置在高度方向的尺寸，更有利于装配。

Description

一种振动感测装置以及电子设备

技术领域

本发明涉及振动感测技术领域，更具体地，本发明涉及一种振动感测 装置以及电子设备。

背景技术

现有的振动感测装置通常包括壳体以及设置在壳体内的质量块。质量 块通过振膜悬置在壳体内，质量块与振膜一起构成振动元件。壳体具有敞 开端。振动传感器的基板密封连接在壳体的敞开端。在基板的与壳体相对 的一侧设置有MEMS芯片和ASIC芯片，还包括设置在MEMS芯片和ASIC芯 片外的外壳。基板上具有通孔。MEMS芯片通过通孔与壳体的内腔连通。

在工作时，振动感测装置被固定在待测量设备上。在该设备工作时， 振动传递到壳体上，带动壳体发声振动。由于质量块具有设定的质量，且 振膜具有弹性，故质量块会相对于壳体发生振动。该质量块的振动使得振 膜两侧的腔室的容积发生变化。由于内腔是密闭的，故会导致腔室内的容 积发生变化，腔室内的压强随之发生变化。当MEMS芯片感测到压强的变化 会产生相应的电信号。该电信号经ASIC芯片放大后传输至外部电路。外部 电路采集该电信号。

现有的振动感测装置，振动元件均是直接设置在振动传感器的外部， 这样会导致整个振动感测装置在高度方向的尺寸比较大，且体积也会较大， 不方便使用、装配，不能满足轻薄化的需求。而且，振动元件直接面对外 部环境，由于振动元件本身结构比较脆弱，这就会影响到振动感测装置的 可靠性。

因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种振动感测装置以及电子设备的新技术 方案。

根据本发明的一个方面，提供一种振动感测装置，包括基板和外壳， 所述基板和所述外壳围成具有容纳腔的封装结构，在所述容纳腔内收容有 MEMS芯片；

还包括保护壳，所述保护壳收容在所述容纳腔内且固定设置在所述基 板上，所述保护壳与所述基板围成腔体，所述MEMS芯片固定设置在所述保 护壳上，所述保护壳上设置有通孔，所述通孔将所述MEMS芯片的背腔与所 述腔体连通；

还包括振动元件，所述振动元件位于所述腔体内，所述振动元件被配 置为：用于响应外部的振动。

可选地，所述振动元件包括弹性元件和质量元件；

所述弹性元件设置在所述腔体内，所述弹性元件将所述腔体分隔为第 一腔室和第二腔室；

所述质量元件贴合在所述弹性元件上，并能随所述弹性元件一起在所 述腔体内移动，所述质量元件位于所述MEMS芯片的背腔内。

可选地，所述振动元件包括弹性元件和质量元件；

所述弹性元件设置在所述腔体内，所述弹性元件将所述腔体分隔为第 一腔室和第二腔室；

所述质量元件贴合在所述弹性元件上，并能随所述弹性元件一起在所 述腔体内移动，所述质量元件位于所述基板的镂空腔内。

可选地，所述弹性元件为弹性膜片。

可选地，所述振动元件为振动簧片，所述振动簧片通过阻尼胶与所述 基板连接。

可选地，所述基板上设置有镂空腔，所述镂空腔将所述腔体与外部连 通。

可选地，所述外壳包括围绕所述基板设置的侧壁以及与所述基板相对 的底部，在所述底部的外侧设置有至少一个焊盘，所述焊盘通过埋设在所 述侧壁内的金属化通孔与所述基板、所述保护壳电连接。

可选地，所述MEMS芯片包括衬底和感应膜；

所述衬底为中空结构；

所述感应膜设置在所述衬底的一端并覆盖所述中空结构，所述中空结 构形成所述背腔，所述衬底的另一端与所述保护壳固定连接；

所述感应膜上设置有透气微孔。

可选地，所述的振动感测装置，还包括ASIC芯片，所述ASIC芯片固 定设置在所述保护壳上。

可选地，所述的振动感测装置，还包括滤波器件，所述滤波器件埋设 在所述基板内。

根据本发明的另一个方面，提供一种电子设备。该电子设备包括如上 所述的振动感测装置。

本发明实施例提供的振动感测装置，利用外壳和基板围成的空间来收 容振动元件，避免了在基板外侧设置振动元件，该设计能够有效降低振动 感测装置在高度方向的尺寸，以及缩小振动感测装置的体积，有利于装配 和使用。而且，还能避免振动元件与外部环境直接接触，可以提升振动感 测装置的可靠性。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其 它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书 一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本公开一个实施例提供的振动感测装置的结构示意图。

图2是根据本公开另一个实施例提供的振动感测装置的结构示意图。

附图标记说明：

1：保护壳；101：通孔；2：基板；201：镂空腔；3：外壳；301：侧 壁；302：底部；4：容纳腔；5：MEMS芯片；501：衬底；502：背腔；503： 感应膜；5031：透气微孔；6：ASIC芯片；7：弹性元件；8：质量元件；9： 第一腔室；10：第二腔室；11：金属化通孔；12：焊盘。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到： 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、 数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作 为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但 在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例 性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的 值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一 旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步 讨论。

根据本发明的一个实施例，提供了一种振动感测装置。该振动感测装 置例如可以为骨声纹传感装置、环境感测装置等，应用较为广泛，对此不 作限制。

本发明实施例提供的一种振动感测装置，如图1所示，其包括有基板 2和外壳3。基板2和外壳3围合形成了具有容纳腔4的封装结构。并且， 在该容纳腔4内收容有MEMS芯片5。该振动感测装置还包括有保护壳1， 且保护壳1被收容在容纳腔4内且固定设置在基板2上。保护壳1与基板 2围合形成了腔体。MEMS芯片5被固定设置在保护壳1上。且在保护壳1 上还设置有通孔101，该通孔101用于将MEMS芯片5的背腔502与腔体相 连通。该振动感测装置还包括有振动元件。振动元件位于腔体内部。振动 元件被配置为：用于响应外部的振动。

本发明实施例提供的振动感测装置，其利用了外壳和基板围成的空间 来收容振动元件，避免了在基板外侧设置振动元件，该设计能够有效降低 振动感测装置在高度方向的尺寸，以及缩小振动感测装置的体积，有利于 装配和使用。而且，还能避免振动元件与外部环境直接接触，可以提升振 动感测装置的可靠性。

保护壳1整体呈皿状结构。保护壳1具有敞开端。在保护壳1的内部 形成腔体。保护壳1的材质例如可以为金属材料、塑料材料或者PCB板等。 保护壳1的形状例如可以为圆柱状、长方体状等。本领域技术人员可以根 据实际需要灵活调整，对此不作限制。

在本发明中，通孔101开设在保护壳1上。通孔101例如可以为圆形 孔、椭圆形孔、方形孔、三角形孔等，本领域技术人员可以根据具体需要 灵活调整，对此不作限制。

本发明的振动元件并非是直接设置在振动传感器的外部，而是设置在 振动传感器的内部。即，利用了振动传感器内部的空间来合理的收容振动 元件。其中，振动元件可以具有多种结构，本领域技术人员可以根据实际 需要灵活选择其中的一种，对此不作限制。

振动元件的一种结构为：包括振动簧片，该振动簧片例如可以通过阻 尼胶与保护壳1固定连接。采用阻尼胶不仅可以使振动簧片与保护壳1牢 固的结合在一起，还能使振动簧片与保护壳1围合形成的腔体具有良好的 密封性，不会产生漏气、泄气的现象。

振动元件的另一种结构为：如图1所示，包括弹性元件7以及质量元 件8。其中，弹性元件7设置在由保护壳1和基板2围成的腔体内，弹性 元件7将整个腔体内的空间分隔为第一腔室9和第二腔室10两个部分。质 量元件8贴合在弹性元件7一表面上，并能随着弹性元件7一起在腔体内 进行移动。而且，质量元件8位于第二腔室10内且伸入到MEMS芯片5的背腔502内部。即，利用了MEMS芯片5的背腔502的闲置空间来收容质量 元件8。

振动元件的又一种结构为：如图2所示，包括弹性元件7以及质量元 件8。其中，弹性元件7设置在由保护壳1和基板2围成的腔体内，弹性 元件7将整个腔体内的空间分隔为第一腔室9和第二腔室10两个部分。质 量元件8贴合在弹性元件7一表面上，并能随着弹性元件7一起在腔体内 进行移动，质量元件8位于基板2的镂空腔202内。即，利用了基板2的镂空腔202形成的空间来收容质量元件8。

弹性元件7用于为质量元件8提供弹性回复力。弹性元件7例如可以 为弹性膜片，可以采用本领域技术人员熟知的弹性材料制作。当然，弹性 元件7也可以为本领域技术人员熟知的其它弹性件，对此不作限制。质量 元件8为预定重量的质量块。对于质量块的重量本领域技术人员可以根据 需要灵活调整，对此不作限制。

在一个例子中，弹性元件7包括连接部，围绕连接部设置的弹性部以 及围绕弹性部设置的边缘部。其中，边缘部与保护壳1固定连接，连接部 与质量元件8固定连接。例如，弹性元件7的边缘部与保护壳1之间采用 粘接剂粘接在一起，弹性元件7的连接部与质量元件8之间也采用粘结剂 进行粘接。当然，也可以采用本领域技术人员熟知的其它连接方式，对此 不作限制。弹性元件7的弹性部能够发生弹性形变，从而提供弹性回复力。 弹性元件7的边缘部用于与保护壳1的内壁连接。从而将整个振动元件牢 固的固定在腔体内部，避免振动元件在振动中掉落。

本发明中，还在基板2上设置有镂空腔201。镂空腔201用于将保护 壳1与基板2围成的腔体与外部连通，从而能使振动元件感知外部的振动。 其中，镂空腔201例如可以为圆形孔、椭圆形孔、方形孔、三角形孔等， 本领域技术人员可以根据具体需要灵活调整，对此不作限制。在基板2上 开设通孔201的难度小，易于加工，不会增加产品的制作难度。

本发明的振动感测装置，如图1所示，外壳3包括：围绕基板2设置 的侧壁301，以及与所述基板2相对的底部302。并且，在底部302的外侧 设置有至少一个焊盘12。其中，焊盘12可以根据需要设置为三个，四个 或者更多个，对此不作限制。

焊盘12可以通过埋设在侧壁301内的多个导体与基板2、保护壳1 电连接。其中，所述导体例如可以为开设在侧壁301内的金属化通孔11。 在使用时，直接将焊盘12与外部电路焊接即可。

外壳3的底部302，其材质例如可以为金属材料、塑料材料、PCB板 等，对此不作限制。

基板2可以采用本领域熟知的电路板，例如可以采用PCB板等，对此 不作限制。基板2采用电路板可以实现振动感测装置的电路设计。

外壳3与基板2之间例如可以通过粘结剂粘接或者锡膏焊接结合固定 在一起，本领域技术人员可以根据需要灵活选择，对此不作限制。

在本发明中，所述MEMS芯片5，如图1所示，其包括有衬底501和感 应膜503。衬底501为中空结构，可以利用该空间收纳振动元件中的质量 元件8。感应膜503例如为压电元件、电容元件、压阻元件等。感应膜503 设置在衬底501的一端，并覆盖中空结构。该中空结构形成背腔502。衬 底501的另一端与保护壳1固定连接。例如，衬底501与保护壳1可以采用粘结剂粘接或者锡膏焊接。感应膜503上设置有至少一个透气微孔5031。

实际上，在对振动感测装置进行组装或者封装的过程中不可避免的要 涉及焊接工艺。例如将壳体3与基板2焊接，或者是将外壳3与基板2焊 接。焊接过程中产生的气流会留存在腔体和容纳腔4内。为了便于这些气 流从外壳或基板上预设的泄气口排出。本发明中还在感应膜503上设置了 透气微孔5031，透气微孔5031能使容纳腔4中气流顺利的流入到腔体内， 最终将其排出，以维持振动感测装置内部的气压。

透气微孔5031的尺寸是非常小，一般属于微米级。透气微孔5031可 以根据需要设置为一个，也可以设置为多个，对此不作限制。

MEMS芯片5被贴装固定在保护壳1上。例如可以采用专门的胶黏剂将 MEMS芯片5粘接在保护壳1的表面上。当然，MEMS芯片5也可以采用倒装 的方式通过基板2中的电路布图导通，这属于本领域技术人员的公知常识， 本发明在此不再具体说明。

本发明的振动感测装置，其还包括有信号放大器。且信号放大器也被 贴装在保护壳1的表面上。MEMS芯片5与信号放大器连接。

在一个例子中，信号放大器采用的是ASIC芯片6。ASIC芯片6贴装 在保护壳1的表面上，例如采用专门的胶黏剂将ASIC芯片6粘接在保护壳 1上。MEMS芯片5与ASIC芯片6连接，使得MEMS芯片5输出的电信号可 以传输到ASIC芯片6中，并被ASIC芯片6处理、输出。MEMS芯片5与ASIC 芯片6之间可以通过金属导线(焊线)进行电性连接，以实现二者之间的相互导通。

此外，还可以将ASIC芯片6埋设在基板2的内部。当将ASIC芯片6 埋入基板2内时，需要在ASIC芯片6正对的上方和下方至少各设置一层金 属层。金属层例如为铜层。金属层接地作为屏蔽。ASIC芯片6周围区域布 置有多个金属化通孔，与上述金属层一起构成屏蔽结构。将ASIC芯片6埋 入基板2内的设计，使得不必在ASIC芯片6表面包覆保护胶，这样简化了 工艺，同时提升了产品的光噪声抵抗能力。并且，将ASIC芯片6埋入基板 2内部，还减少了占用基板2和外壳3围成的容纳腔4的体积。

本发明的振动感测装置，其还包括有滤波器件(图1中未示出)。例 如，滤波器件可以贴装在基板2上。又例如，滤波器件也可以埋设在基板 2内部。通过设置滤波器件，能够提升整个本发明的振动感测装置的抗射 频干扰能力。

本发明的振动感测装置，能通过振动元件响应外部的振动。在使用时， 该振动感测装置被安装在待检测物体上，例如，人的关节、机器人的关节 等位置。待检测物体的振动会带动保护壳1产生振动，振动元件会相对保 护壳1发生振动。振动元件的振动使得腔体的体积发生变化，由于腔体是 密闭的，故腔体内的气体的压强会发生变化。

在该例子中，MEMS芯片5用于感测压差，并将压差转换为电信号，例 如电压信号、电流信号或者电容信号等。电信号经过计算从而得到待检测 物体的振动状态。例如，振幅大小、振动频率等。

另一方面，本发明还提供了一种电子设备。该电子设备包括如上所述 的振动感测装置。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是 本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限 制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围 和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求 来限定。

Claims (11)

1.一种振动感测装置，其特征在于：包括基板和外壳，所述基板和所述外壳围成具有容纳腔的封装结构，在所述容纳腔内收容有MEMS芯片；

还包括保护壳，所述保护壳收容在所述容纳腔内且固定设置在所述基板上，所述保护壳与所述基板围成腔体，所述MEMS芯片固定设置在所述保护壳上，所述保护壳上设置有通孔，所述通孔将所述MEMS芯片的背腔与所述腔体连通；

还包括振动元件，所述振动元件位于所述腔体内，所述振动元件被配置为：用于响应外部的振动。

2.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述振动元件包括弹性元件和质量元件；

所述弹性元件设置在所述腔体内，所述弹性元件将所述腔体分隔为第一腔室和第二腔室；

所述质量元件贴合在所述弹性元件上，并能随所述弹性元件一起在所述腔体内移动，所述质量元件位于所述MEMS芯片的背腔内。

3.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述振动元件包括弹性元件和质量元件；

所述弹性元件设置在所述腔体内，所述弹性元件将所述腔体分隔为第一腔室和第二腔室；

所述质量元件贴合在所述弹性元件上，并能随所述弹性元件一起在所述腔体内移动，所述质量元件位于所述基板的镂空腔内。

4.根据权利要求2或3所述的振动感测装置，其特征在于：所述弹性元件为弹性膜片。

5.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述振动元件为振动簧片，所述振动簧片通过阻尼胶与所述基板连接。

6.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述基板上设置有镂空腔，所述镂空腔将所述腔体与外部连通。

7.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述外壳包括围绕所述基板设置的侧壁以及与所述基板相对的底部，在所述底部的外侧设置有至少一个焊盘，所述焊盘通过埋设在所述侧壁内的金属化通孔与所述基板、所述保护壳电连接。

8.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述MEMS芯片包括衬底和感应膜；

所述衬底为中空结构；

所述感应膜设置在所述衬底的一端并覆盖所述中空结构，所述中空结构形成所述背腔，所述衬底的另一端与所述保护壳固定连接；

所述感应膜上设置有透气微孔。

9.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：还包括ASIC芯片，所述ASIC芯片固定设置在所述保护壳上。

10.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于，还包括滤波器件，所述滤波器件埋设在所述基板内。

11.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求1-10任意一项所述的振动感测装置。

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