CN111432325B

CN111432325B - 一种下进音麦克风的封装方法

Info

Publication number: CN111432325B
Application number: CN202010324493.XA
Authority: CN
Inventors: 王奇号
Original assignee: Shenzhen Dangzhi Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Dangzhi Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2040-04-23
Also published as: CN111432325A

Abstract

本发明公开一种下进音麦克风的封装方法，包括下进音麦克风的原理图设计，有效电气焊盘与密封环和对应钢网设计，静电环设计，丝印层设计和导入拾音板PCB layout走线；本发明的有益效果是：在密封环焊盘内侧增加一静电环进行静电释放，省去下进音麦克风原有设计中需要的2只静电防护管，节约成本；密封环焊盘两侧增加锡珠回收焊盘，避免将麦克风颗粒顶起和锡膏堵塞拾音孔的问题；丝印层采用两圈小角丝印外围并在两圈小角丝印外围之间设有导入声学阻尼器件，提高密封性和耦合性。

Description

一种下进音麦克风的封装方法

技术领域

本发明涉及智能语音技术领域，特别是一种下进音麦克风的封装方法。

背景技术

AI智能语音交互设备行业所使用的麦克风阵列绝大多数使用的是多颗MEMS麦克风阵列(如2孔条形、4孔条形、4孔圆形、6孔圆形、8孔矩阵排列)，此颗粒具备高灵敏度、封装小、耐受高温、高信噪比、颗粒成型后生产成品工序简单等特点。

由于AI智能语音交互产品的兴起，如亚马逊ECHO show智能音箱，国内小度在家Puffer、1C、1S、X8系列智能音箱，小米小爱同学智能音箱，科大讯飞阿尔法蛋机器人，坚果J7S语音智能投影等，故MEMS麦克风的需求量呈井喷式剧增。

此形态的麦克风从入声方式分类，主要分为上进音式和下进音式。上进音式麦克风的内腔限制要同时满足-38dB灵敏度、65dB信噪比的业内指标，就必须采用3层PCB叠层技术，然而，3层PCB叠层技术的上进音式麦克风颗粒的物理成本和报废率居高不下；不仅如此，上进音MEMS麦克风还必须在设计上增加电源供电和信号输出两处的静电防护管。故自2019年初开始，业内多次倡导推荐使用成本更低廉且单颗粒报废率底的下进音MEMS麦克风(金属壳式)来作为麦克风阵列的首选。在使用下进音MEMS麦克风颗粒设计麦克风阵列拾音体时，众多设计师和生产部门遇到几种拾音体不良率难题，使得业内选型遇到两难之地步，要么忍受高成本和单体颗粒高报废率，要不接受拾音体的高不良率。

下进音MEMS麦克风颗粒设计麦克风阵列拾音体时，不良率难题主要体现在以下几个方面：

A、静电防护能力弱，空气+-4KV会损坏MEMS或者损坏后端的ADC转换芯片，增加ESD或者TVS防护管，而且每颗麦克风需要2只防护管，还不一定能完全保证MEMS不被损坏；

B、拾音孔的密封性测试失败率高，主要是由于量产时密封环的锡膏不均匀导致，而导致锡膏不均匀的原因主要有2个，一是因为焊盘上的锡膏厚度难以控制；二是因为传统的做法提醒用户将麦克风颗粒的丝印圈做成了整圈，丝印虽然厚度很薄，但是在PCB厂家在量产的时候很难将丝印层的厚度控制得到非常高的精度；这两个现象导致了量产时密封环的锡分布不均匀，导致了漏气、气泡等情况；

C、拾音体的耦合性测试失败率高，原因所在于麦克风颗粒的金属外壳受到整机内部的发声体的声波骚动，使得它也成为了接受声束的器件，没有能做到业内要求AI智能硬件对于“声束只能从拾音孔进入”的要求；

D、拾音孔被锡膏堵孔率高，其造成的原因主要还是锡膏不均匀所致，厚的多余的锡膏无处流动，最后将拾音孔堵塞。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供了一种下进音麦克风的封装方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种下进音麦克风的封装方法，其具体步骤如下，

步骤S1、下进音麦克风的原理图设计：下进音麦克风包括有效电气焊盘和密封环焊盘，有效电气焊盘设有两个信号管脚、一密封环管脚以及两个供电管脚；密封环管脚对应密封环焊盘，密封环焊盘两侧设有锡珠回收焊盘，密封环焊盘内侧设有静电环焊盘，两侧锡珠回收焊盘和静电环焊盘设有对应的两个回收管脚和一静电环管脚；

步骤S2、有效电气焊盘与密封环和对应钢网设计：采用PCB_Layout软件制作有效电气焊盘与密封环和对应的钢网，有效电气焊盘的数量为4个，对应步骤S1中两个信号管脚和两个供电管脚，密封环焊盘的两侧为第一锡珠回收焊盘和第二锡珠回收焊盘；钢网的形状与有效电气焊盘和密封环焊盘的形状相对应；

步骤S3、静电环设计：密封环的内侧找到声学拾音孔的中心位置，以中心位置为圆心，在BOT层设计一个直径小于密封环的圆形焊盘作为静电环焊盘；

步骤S4、丝印层设计：下进音麦克风外围设计第一外围丝印和第二外围丝印，第一外围丝印包括4个90°的小角丝印，下进音麦克风限定在4个小角丝印形成的矩形结构内；第二外围丝印包括4个90°的小角丝印，第二外围丝印设在第一外围丝印的外围，第一外围丝印与第二外围丝印之间形成用于贴敷声学阻尼器件的空间；

步骤S5、导入拾音板PCB layout走线：布局每个下进音麦克风的位置，下进音麦克风的拾音孔做成板框层并钻穿，钻穿位置可在静电环的中心孔，取静电环的外围作ESD静电电弧的释放点。

上述技术方案中，步骤S1中的下进音麦克风的原理图内设有带电源的RC滤波电路和测试点，RC滤波电路两端对应连接两个供电管脚，RC滤波电路的其中一端连接电源并设置测试点。

上述技术方案中，步骤S1中的两个回收管脚和一静电环管脚共同接地，下进音麦克风的原理图内设有单节接地器件，单节接地器件一端连接两个回收管脚和一静电环管脚，单节接地器件另一端连接电源一端的供电管脚。

上述技术方案中，步骤S2的钢网对应密封环焊盘的部分设计成分段圆弧结构。

上述技术方案中，步骤S4的第一外围丝印中相邻于首个信号管脚的小角丝印处标记有三角形符号。

上述技术方案中，步骤S4的第一外围丝印与第二外围丝印之间前后左右的距离均为2mm。

上述技术方案中，步骤S4中的声学阻尼器件采用硅胶或密封蜡。

上述技术方案中，步骤S5还包括单节接地器的摆放，单节接地器在密封环的同层放置。

本发明的有益效果是：在密封环焊盘内侧增加一静电环进行静电释放，省去下进音麦克风原有设计中需要的2只静电防护管，节约成本；密封环焊盘两侧增加锡珠回收焊盘，避免将麦克风颗粒顶起和锡膏堵塞拾音孔的问题；丝印层采用两圈小角丝印外围并在两圈小角丝印外围之间设有导入声学阻尼器件，提高密封性和耦合性。

附图说明

图1是本发明的设计步骤流程图。

图2是本发明的原理图设计的第一步原理图。

图3是本发明的原理图设计的第二步原理图。

图4是本发明的原理图设计的第三步原理图。

图5是本发明的有效电气焊盘与密封环的设计效果图。

图6是本发明的有效电气焊盘与密封环对应的钢网的设计效果图。

图7是本发明的静电环设计后的设计效果图。

图8是本发明的下进音麦克风背贴在PCB上的结构示意图。

图9是本发明的丝印层设计的第一步效果图。

图10是本发明的丝印层设计的第二步效果图。

附图标记

1、第一信号管脚；2、第二信号管脚；3、密封环管脚；4、第一供电管脚；5、第二供电管脚；6、第一锡珠回收管脚；7、第二锡珠回收管脚；8、静电环管脚；9、钢网；10、第一外围丝印；11、三角形符号；12、第二外围丝印；

1’、第一有效电气焊盘；2’、第二有效电气焊盘；3’、密封环焊盘；4’、第三有效电气焊盘；5’、第四有效电气焊盘；6’、第一锡珠回收焊盘；7’、第二锡珠回收焊盘；8’、静电环焊盘；

21、金属外壳；22、MEMS晶片；23、感应和放大器件；24、ADC转换芯片；25、PCB基板；26、PCB印刷电路；27、拾音孔；28、ESD漏铜；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种下进音麦克风的封装方法，其共分为5个步骤完成，包括下进音麦克风的原理图设计、有效电气焊盘与密封环和对应钢网设计、静电环设计、丝印层设计和导入拾音板PCB layout走线。

步骤一为下进音麦克风的原理图设计。

如图2所示，在下进音麦克风的原理图设计时，需要构思下进音麦克风的密封环焊盘以及有效电气焊盘，进而设定对应的管脚。基础的有效电气焊盘包括麦克风第一信号管脚1、第二信号管脚2(PIN1为MIC_OUT+,PIN2为MIC_OUT-)、密封环管脚3(PIN3为GND0)以及第一供电管脚4、第二供电管脚5(PIN4为POW_GND,PIN5为VDD_POW)。密封环管脚3对应密封环焊盘3’，在基础的密封环焊盘3’的两侧增加了第一锡珠回收焊盘6’、第二锡珠回收焊盘7’，密封环焊盘3’的内侧增加了静电环焊盘8’。对应地，需要增加3个管脚。第一锡珠回收焊盘6’对应第一锡珠回收管脚6(PIN6为GND1)，第二锡珠回收焊盘7’对应第二锡珠回收管脚7(PIN7为GND2)，静电环焊盘8’对应静电环管脚8(PIN8为ESD_GND)。

如图3所示，导入麦克风封装MIC1，按照图3将具有电气有效网络的管脚全部接好(PIN1、PIN2对应连接MIC1-P和MIC1-N，PIN3接地)，并增加电源MICBIAS_1的RC滤波电路C1、C2和测试点TP13，RC滤波电路C1、C2并联设置，RC滤波电路C1、C2的一端连接PIN5与电源MICBIAS_1，另一端连接PIN4，测试点TP13位于连接PIN5与电源MICBIAS_1的一端，方便后续设计整个拾音板。

如图4所示，在图3的基础上将所有的非电气网络(PIN6、PIN7和PIN8)接地,此处在下进音麦克风的原理图内增加单节接地器件Short1，单节接地器件Short1一端连接PIN3、PIN6和PIN7，另一端连接PIN5，单节接地器件Short1保证PIN3、PIN6和PIN7组成的密封环，在走PCB线路时不会过多面积的接触到大地，继而导致整体板过波峰焊的时候由于焊盘受热不均匀而引起的焊盘气泡和密封环漏气现象；PIN8对应后续的静电环焊盘8’，PIN8必须最短最宽路径接到大地，有助于静电弧的释放，所以PIN8不需要单点接地。

步骤二为有效电气焊盘与密封环和对应钢网设计；

采用PCB_Layout软件制作有效电气焊盘与密封环和对应的钢网。如图5所示，有效电气焊盘的数量为4个，第一有效电气焊盘1’对应PIN1，第二有效电气焊盘2’对应PIN2，第三有效电气焊盘4’对应PIN4，第四有效电气焊盘5’对应PIN5；密封环焊盘3’的两侧为第一锡珠回收焊盘6’和第二锡珠回收焊盘7’，在生产时，多余的锡膏在溢出时自流到第一锡珠回收焊盘6’和第二锡珠回收焊盘7’中，避免将麦克风颗粒顶起，同时避免了锡膏堵塞拾音孔的问题。图6为图5中有效电气焊盘与密封环对应的钢网9，钢网9与有效电气焊盘和密封环焊盘3’的形状相对应，区别点在于，对应密封环焊盘3’的钢网9可设计成分段圆弧结构。

步骤三为静电环设计。

如图7所示，在密封环的内侧找到声学拾音孔的中心位置，以中心位置为圆心，在BOT层设计一个圆形焊盘作为静电环焊盘8’，静电环焊盘8’的直径小于密封环焊盘3’的直径，静电环焊盘8’对应PIN8。其中，静电环焊盘8’无需开钢网。

如图8所示，在AI智能设备的整机方面，有金属外壳21的保护，所以静电枪或者说是金属的放电物体是无法直接接触到机器内部的PCB印刷电路板26的，所以，只有空气放电的电弧才能通过空气进入到塑料外壳的内部的PCB基板25和拾音孔27。

本发明的静电环设计是在PCB印刷电路板26的拾音孔27周围一圈进行ESD漏铜28处理，静电环连接到大地，进而吸收静电电荷；ESD漏铜28区域距离拾音孔27的中心点比MEMS晶片22距离拾音孔27中心的长度要短，根据静电电弧的近放电原则，静电电弧不会进入到MEMS晶片22，更不会伤害到后端的感应和放大器件23以及麦克风颗粒后端的ADC转换芯片24，因此可节省掉下进音麦克风上供电脚和信号脚所需的ESD防护管。

步骤四为丝印层设计。

如图9所示为第一外围丝印10。在下进音麦克风自身的外围设置4个90°的小角丝印，下进音麦克风限定在4个小角丝印形成的矩形结构内，4个小角丝印用于焊接时的对位使用，原有的长距离连接处不印刷丝印，使得刮锡刀刮过时能自由的均匀分布锡膏，提高锡膏的平整度。在相邻于对应PIN1的有效电气焊盘的小角丝印处用三角形符号11标记出来，以便于识别下进音麦克风的方位。

如图10所示为第二外围丝印12。基于图9的第一外围丝印10的基础上，在第一外围丝印10的外围增加第二外围丝印12。第二外围丝印12是在第一外围丝印10的外围设置4个90°的小角丝印，形成两圈丝印的效果。两圈丝印的距离前后左右均为2mm。两圈丝印之间形成的空间主要用于腾出贴敷声学阻尼器件的空间，防止工程师在画板时在此空间内摆放阻容件。其中，声学阻尼器件可采用硅胶或密封蜡。声学阻尼器件使得麦克风金属外壳21不直接接触空气，中间由声学阻尼器件密封和阻隔，从而隔绝声波进入，达到密封性和耦合性的要求。

步骤五为导入拾音板PCB layout走线。

根据已完成的板框DXF文件和麦克风阵列的要求，布局每个麦克风的位置。将下进音麦克风的拾音孔27做成板框层并进行钻穿，钻穿位置可以打在静电环的中心孔上，但是此中心孔不能是金属孔。留取静电环的外围，用来做ESD静电电弧的释放点；单节接地器件Short1的摆放可在密封环的同层就近放置，从而达到密封环单点接地的目的。

以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims

1.一种下进音麦克风的封装方法，其具体步骤如下，

步骤S5、导入拾音板PCB layout走线：布局每个下进音麦克风的位置，

下进音麦克风的拾音孔做成板框层并钻穿，钻穿位置可在静电环的中心孔，取静电环的外围作ESD静电电弧的释放点。

2.根据权利要求1所述的一种下进音麦克风的封装方法，其特征在于：所述步骤S1中的下进音麦克风的原理图内设有带电源的RC滤波电路和测试点，RC滤波电路两端对应连接两个供电管脚，RC滤波电路的其中一端连接电源并设置测试点。

3.根据权利要求2所述的一种下进音麦克风的封装方法，其特征在于：所述步骤S1中的两个回收管脚和一静电环管脚共同接地，下进音麦克风的原理图内设有单节接地器件，单节接地器件一端连接两个回收管脚和一静电环管脚，单节接地器件另一端连接电源一端的供电管脚。

4.根据权利要求1所述的一种下进音麦克风的封装方法，其特征在于：所述步骤S2的钢网对应密封环焊盘的部分设计成分段圆弧结构。

5.根据权利要求1所述的一种下进音麦克风的封装方法，其特征在于：所述步骤S4的第一外围丝印中相邻于首个信号管脚的小角丝印处标记有三角形符号。

6.根据权利要求1所述的一种下进音麦克风的封装方法，其特征在于：所述步骤S4的第一外围丝印与第二外围丝印之间前后左右的距离均为2mm。

7.根据权利要求1所述的一种下进音麦克风的封装方法，其特征在于：所述步骤S4中的声学阻尼器件采用硅胶或密封蜡。

8.根据权利要求1所述的一种下进音麦克风的封装方法，其特征在于：所述步骤S5还包括单节接地器的摆放，单节接地器在密封环的同层放置。