CN111314830A - 一种信噪比高的mems麦克风及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及麦克风领域，尤其涉及一种信噪比高的MEMS麦克风及其生产方法,包含焊盘PCB板和MEMS麦克风，所述焊盘PCB板上固定有容积转换板，所述容积转换板上端面固定有外壳，所述外壳一侧设有贯穿外壳的第一声孔，所述容积转换板上端面远离第一声孔的一侧设有贴装凹槽，所述贴装凹槽底部设有第二声孔，所述容积转换板下端面上第一声孔位置处设有容积扩展槽，所述容积扩展槽通过连接孔连接前述第二声孔，MEMS麦克风包含固定在第一声孔下方容积转换板上的ASIC芯片，所述ASIC芯片通过键合线连接有MEMS芯片，所述MEMS芯片固定在前述容积转换板上第二声孔位置处。本装置能有效增大装置的信噪比以及灵敏度。

Description

一种信噪比高的MEMS麦克风及其生产方法

【技术领域】

本发明涉及麦克风领域，尤其涉及一种信噪比高的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。

信噪比是麦克风的一项重要参数，通常具有较大背腔的麦克风具有较高的信噪比，背进音麦克风因为直接将MEMS芯片置于声孔上，所以前腔较小，并且有足够大的背腔，因此其信噪比较高，传统前进音的MEMS麦克风恰恰与之相反，具有较大的前腔，背腔较大，因此其信噪比以及灵敏度都偏低，但其性能可以通过调整前腔和背腔的容积改善产品性能；

本发明即是针对现有技术的不足而研究提出的。

【发明内容】

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种信噪比高的MEMS麦克风及其生产方法，该MEMS麦克风与传统麦克风相比具有更高的灵敏度以及信噪比，该设计的方式在于通过设计将前进音MEMS麦克风背腔小，前腔大的封装形式优化为背腔大，前腔小，从而改善了麦克风的信噪比。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种信噪比高的MEMS麦克风，包含焊盘PCB板和MEMS麦克风，所述焊盘PCB板上固定有容积转换板，所述容积转换板上端面固定有外壳，所述外壳一侧设有贯穿外壳的第一声孔，所述容积转换板上端面远离第一声孔的一侧设有贴装凹槽，所述贴装凹槽底部设有第二声孔，所述容积转换板下端面上第一声孔位置处设有容积扩展槽，所述容积扩展槽通过连接孔连接前述第二声孔，MEMS麦克风包含固定在第一声孔下方容积转换板上的ASIC芯片，所述ASIC芯片通过键合线连接有MEMS芯片，所述MEMS芯片固定在前述容积转换板上第二声孔位置处。将ASIC芯片和MEMS芯片固定在容积转换板上，将焊盘PCB板和外壳分别与容积转换板相固定，外壳与容积转换板、MEMS芯片、ASIC芯片之间的间隙形成前腔，MEMS芯片内部与第二声孔和容积扩展槽形成背腔，上述的MEMS麦克风是一种具有较大背腔和较小前腔的新型麦克风，通过腔体容积转换板，可以改变前腔和背腔的容积，从而改善产品性能，在焊盘PCB板上贴有一块腔室容积转换板，容积转换板上放置有第二声孔，第二声孔连接了MEMS麦克风的背腔和背腔容积扩展槽，能进一步扩大背腔容积，该MEMS芯片贴装在第二声孔的正上方，由于其高度比ASIC芯片高，MEMS芯片位于一个贴装凹槽内，所以MEMS芯片和ASIC芯片的高度基本保持一致，从而增大了信噪比以及灵敏度。

一种信噪比高的MEMS麦克风的生产方法，包含以下步骤

a.将ASIC芯片使用粘合剂贴装在容积转换板上，并通过烘烤固化；

b.将MEMS芯片通过粘合剂贴装在容积转换板上第二声孔的正上方，MEMS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MEMS芯片，ASIC芯片以及焊盘PCB板的电气连接；

d.使用粘合剂将容积转换板与焊盘PCB板粘合到一起，粘合层完全密封；

f.使用粘合剂将容积转换板和外壳粘合到一起，粘合层完全密封。

本发明与现有的技术相比有如下优点：

1.通过腔体容积转换板，将现有技术中前进音MEMS麦克风的前腔分割为容积转换板体积、第二声孔、连接孔和容积扩展槽，外壳与容积转换板、MEMS芯片、ASIC芯片之间的间隙形成前腔，MEMS芯片内部空间与第二声孔和容积扩展槽形成背腔，从而改变前腔和背腔的容积，增大背腔容积，减小前腔容积，从而增大了信噪比以及灵敏度。

2.由于前腔变小，赫姆霍兹谐振中心频率点升高，使得MEMS麦克风具有更平坦的频响曲线。

3.后腔变大后，容积变大，声波更容易推动MEMS芯片振膜振动，因此在一定程度上提高了产品的灵敏度。

【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为现有技术中背进音MEMS麦克风示意图；

图2为现有技术中前进音MEMS麦克风示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明的爆炸图；

图5为本发明的爆炸图；

图6为本发明的容积转换板结构示意图；

图7为本发明的容积转换板结构示意图；

图8为本发明的MEMS芯片结构示意图；

图中：1、焊盘PCB板；2、容积转换板；21、第二声孔；22、容积扩展槽；23、贴装凹槽；24、连接孔；3、ASIC芯片；4、MEMS芯片；401、背极；402、硅基；403、振膜；5、外壳；51、第一声孔；6、前腔；7、背腔；

【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8所示，本发明公开了一种信噪比高的MEMS麦克风，包含焊盘PCB板1和MEMS麦克风，焊盘PCB板1上固定有容积转换板2，容积转换板2上端面固定有外壳5，外壳5一侧设有贯穿外壳5的第一声孔51，容积转换板2上端面远离第一声孔51的一侧设有贴装凹槽23，贴装凹槽23底部设有第二声孔21，容积转换板2下端面上第一声孔51位置处设有容积扩展槽22，容积扩展槽22通过连接孔24连接第二声孔21，MEMS麦克风包含固定在第一声孔51下方容积转换板2上的ASIC芯片3，ASIC芯片3通过键合线连接有MEMS芯片4，MEMS芯片4固定在容积转换板2上第二声孔21位置处。将ASIC芯片3和MEMS芯片4固定在容积转换板2上，将焊盘PCB板1和外壳5分别与容积转换板2相固定，外壳5与容积转换板2、MEMS芯片4、ASIC芯片3之间的间隙形成前腔6，MEMS芯片4内部与第二声孔21和容积扩展槽22形成背腔7，上述的MEMS麦克风是一种具有较大背腔7和较小前腔6的新型麦克风，通过腔体容积转换板2，可以改变前腔6和背腔7的容积，从而改善产品性能，在焊盘PCB板1上贴有一块腔室容积转换板2，容积转换板2上放置有第二声孔21，第二声孔21连接了MEMS麦克风的背腔7和背腔7容积扩展槽22，能进一步扩大背腔7容积，该MEMS芯片4贴装在第二声孔21的正上方，由于其高度比ASIC芯片3高，MEMS芯片4位于一个贴装凹槽23内，所以MEMS芯片4和ASIC芯片3的高度基本保持一致，从而增大了信噪比以及灵敏度。

一种信噪比高的MEMS麦克风的生产方法，包含以下步骤

a.将ASIC芯片3使用粘合剂贴装在容积转换板2上，并通过烘烤固化；

b.将MEMS芯片4通过粘合剂贴装在容积转换板2上第二声孔21的正上方，MEMS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MEMS芯片4，ASIC芯片3以及焊盘PCB板1的电气连接；

d.使用粘合剂将容积转换板2与焊盘PCB板1粘合到一起，粘合层完全密封；

f.使用粘合剂将容积转换板2和外壳5粘合到一起，粘合层完全密封。

如图8所示为MEMS芯片4的结构，MEMS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MEMS芯片4输出信号为△U＝U1-U2；MEMS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。

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 (2)

1.一种信噪比高的MEMS麦克风，其特征在于：包含焊盘PCB板和MEMS麦克风，所述焊盘PCB板上固定有容积转换板，所述容积转换板上端面固定有外壳，所述外壳一侧设有贯穿外壳的第一声孔，所述容积转换板上端面远离第一声孔的一侧设有贴装凹槽，所述贴装凹槽底部设有第二声孔，所述容积转换板下端面上第一声孔位置处设有容积扩展槽，所述容积扩展槽通过连接孔连接前述第二声孔，MEMS麦克风包含固定在第一声孔下方容积转换板上的ASIC芯片，所述ASIC芯片通过键合线连接有MEMS芯片，所述MEMS芯片固定在前述容积转换板上第二声孔位置处。

2.一种信噪比高的MEMS麦克风的生产方法，其特征在于：包含以下步骤

a.将ASIC芯片使用粘合剂贴装在容积转换板上，并通过烘烤固化；

b.将MEMS芯片通过粘合剂贴装在容积转换板上第二声孔的正上方，MEMS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MEMS芯片，ASIC芯片以及焊盘PCB板的电气连接；

d.使用粘合剂将容积转换板与焊盘PCB板粘合到一起，粘合层完全密封；

f.使用粘合剂将容积转换板和外壳粘合到一起，粘合层完全密封。

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