CN112020865B - 具有透声隔膜的声学组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种声学装置，该声学装置包括被设置在壳体中的马达，该壳体具有无孔弹性隔膜，该无孔弹性隔膜是跨声通路设置的，所述声通路是由壳体的声音端口限定的。可以将该马达具体实施为MEMS换能器，该MEMS换能器被配置成响应于声信号而生成电信号，或者可以将该马达具体实施为某种其它机电装置。该隔膜的柔度是没有隔膜的声学装置的柔度的1倍至100倍，其中，该隔膜防止污染物(例如，固体、液体或光)经由声音端口进入，同时准许声信号沿着声通路传播而没有显著损失。

Description

具有透声隔膜的声学组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年4月26日提交的美国临时专利申请No.62/663,160的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及声学装置，更具体地，涉及在不显著降低音频性能的情况下，具有减少的污染物敏感性的声学装置和组件及其方法。
背景技术
制造技术的进步已经使得声学装置发展得越来越小型化，这种声学装置包括在壳体中设置的马达，该壳体具有一个或更多个声音端口，所述声音端口限定了壳体的内部与壳体的外部之间的声通道。这样的装置包括微机电系统(MEMS)以及将声能转换为电信号的驻极体麦克风组件。这些声学装置以及其它声学装置通常与主机装置(例如，手机、平板计算机、膝上型计算机、耳机、听力装置以及众所周知的各种其它装置、机器、交通工具以及电器)集成在一起。然而，这些声学装置以及其它声学装置容易受到颗粒物、液体、可能还有光的污染。根据声学装置的类型和使用情况，这些污染物可能引发阻塞、干扰和腐蚀以及其它损害性能或降低使用寿命的不利影响。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：壳体，所述壳体包括盖，所述盖联接至基部；微机电系统MEMS换能器，该MEMS换能器被设置在所述壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号，所述MEMS换能器包括振膜；声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述壳体的外部与所述MEMS换能器之间的声通路的至少一部分；集成电路，所述集成电路被设置在所述壳体中，并且电联接至所述MEMS换能器的电输出端；以及无孔弹性隔膜，所述无孔弹性隔膜是跨所述声通路设置的，所述无孔弹性隔膜的柔度比所述麦克风组件的柔度大至少一个数量级，所述麦克风组件的柔度是基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的内部容积相关联的柔度的，其中，所述无孔弹性隔膜是由硅氧烷形成的，并且其中，所述无孔弹性隔膜防止固体或液体经由所述声音端口污染所述MEMS换能器，同时准许所述声信号沿着所述声通路传播并且准许气体通过所述无孔弹性隔膜扩散。
所述MEMS换能器包括背板和所述振膜，所述振膜将所述壳体的所述内部容积分隔成前部容积和后部容积。
所述无孔弹性隔膜的熔点大于150摄氏度。
所述无孔弹性隔膜被键合到所述壳体并且处于所述声音端口上方。
所述声音端口被设置为穿过所述基部或所述盖，并且所述无孔弹性隔膜在不需要粘合剂的情况下被共价键合到所述壳体的表面并且处于所述声音端口上方。
所述无孔弹性隔膜被共价键合到所述换能器或者所述壳体。
所述无孔弹性隔膜具有电磁屏蔽特性，所述电磁屏蔽特性至少部分地阻挡电磁辐射传播至所述壳体的所述内部容积中。
所述麦克风组件与基板组合，其中，所述基部被联接至所述基板，所述声通路延伸穿过所述基板，并且所述无孔弹性隔膜被联接至所述基板。
所述无孔弹性隔膜包括泄压部，所述泄压部被构造成使所述壳体的所述内部容积与所述壳体的外部之间的压力均衡。
所述麦克风组件还包括电接口，所述电接口处于所述基部上，所述电接口包括电联接至所述集成电路的电触点。
本发明的另一个方面涉及一种声学组件，所述声学组件包括：壳体，所述壳体具有内部容积；马达，所述马达被设置在所述壳体的所述内部容积内；声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述内部容积与所述壳体的外部之间的声通路的至少一部分；以及无孔弹性隔膜，所述无孔弹性隔膜是跨所述声通路设置的，所述无孔弹性隔膜被共价键合到所述壳体或所述马达中的至少一者，其中，所述无孔弹性隔膜是由硅氧烷形成的，并且，其中，所述无孔弹性隔膜防止固体或液体经由所述声音端口污染所述声学组件，并且准许声信号沿着所述声通路传播并且准许气体通过所述无孔弹性隔膜扩散。
所述马达包括振膜，并且所述无孔弹性隔膜的柔度比联接至所述声学组件的所述马达的柔度大至少一个数量级，所述声学组件的柔度是基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的所述内部容积相关联的柔度的。
所述无孔弹性隔膜的熔点大于140摄氏度。
所述无孔弹性隔膜包括遮光特性，其中，所述无孔弹性隔膜至少部分地阻挡光传播至所述壳体的所述内部容积中。
所述声学组件是麦克风组件，所述麦克风组件还包括电路，其中，所述马达是电声换能器，所述电声换能器具有被联接至所述电路的电输出端，并且被配置成响应于沿着所述声通路传播的声信号而生成电信号，所述马达包括振膜，并且所述无孔弹性隔膜的柔度介于所述麦克风组件的柔度的1倍至10倍之间，所述麦克风组件的柔度是基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的所述内部容积相关联的柔度的。
所述壳体包括盖、基部和所述基部上的电接口，所述电接口包括电联接至所述电路的电触点。
所述电声换能器包括背板。
所述无孔弹性隔膜在不需要粘合剂的情况下被共价键合到所述壳体，并且所述无孔弹性隔膜被设置在所述声音端口上方。
本公开的另一个方面涉及一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：壳体，所述壳体包括盖，所述盖联接至基部；微机电系统MEMS换能器，所述MEMS换能器被设置在所述壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号，所述MEMS换能器包括振膜；声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述壳体的内部与所述壳体的外部之间的声通路的至少一部分；集成电路，所述集成电路被设置在所述壳体中，并且电联接至所述换能器的电输出端；电接口，所述电接口处于所述基部上，所述电接口包括电联接至所述集成电路的电触点；以及无孔弹性隔膜，所述无孔弹性隔膜被共价键合到所述壳体或者所述换能器，并且是跨所述声通路设置的，所述无孔弹性隔膜的柔度比所述麦克风组件的柔度大至少一个数量级，所述麦克风组件的柔度是基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的内部容积相关联的柔度的，其中，所述无孔弹性隔膜是由硅氧烷形成的，并且其中，所述无孔弹性隔膜防止固体或液体经由所述声音端口污染所述换能器，同时准许所述声信号沿着所述声通路传播并且准许气体通过所述无孔弹性隔膜扩散。
所述无孔弹性隔膜具有电磁辐射屏蔽部件，所述电磁辐射屏蔽部件至少部分地阻挡电磁辐射传播至所述壳体的内部中。
本公开的又一个方面涉及一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：壳体，所述壳体包括盖，所述盖联接至基部；微机电系统MEMS换能器，所述MEMS换能器被设置在所述壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号，所述MEMS换能器包括振膜；声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述壳体的内部与所述壳体的外部之间的声通路的至少一部分；集成电路，所述集成电路被设置在所述壳体中，并且电联接至所述换能器的电输出端；电接口，所述电接口处于所述基部上，所述电接口包括电联接至所述集成电路的电触点；以及弹性隔膜，所述弹性隔膜是跨所述声通路设置的，并且被联接至所述壳体，所述隔膜的柔度至少与所述麦克风组件的柔度一样大，所述麦克风组件的柔度是基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的内部容积相关联的柔度的，所述弹性隔膜是由硅氧烷形成的并且准许气体通过所述弹性隔膜扩散，所述弹性隔膜包括遮光特性，所述遮光特性至少部分地阻挡光经由所述声音端口传播至所述壳体容积的所述内部容积中，同时准许所述声信号沿着所述声通路传播。
所述弹性隔膜被共价键合到所述MEMS换能器或者在所述声音端口上方被共价键合到所述壳体，并且所述弹性隔膜的熔点大于140摄氏度。
附图说明
通过键合附图考虑下面的具体实施方式和所附权利要求，本公开的目的、特征以及优点对于本领域普通技术人员将变得更为全面地显而易见。
图1是通用声学组件的示意性侧截面图。
图2是根据实施方式的麦克风组件的侧截面图。
图3是根据另一实施方式的麦克风组件的侧截面图。
图4是根据又一实施方式的麦克风组件的侧截面图。
图5是根据又一实施方式的麦克风组件的侧截面图。
图6A是处于闭合构造下的声阀组件的侧截面图，并且图6B示出了处于打开构造下的图6A的声阀组件。
图7是制造具有隔膜的声学装置的方法的示意性流程图。
图8A是麦克风组件的仰视图，该麦克风组件具有设置在其端口上的隔膜。
图8B是在图8A的麦克风组件的端口上设置有隔膜和没有隔膜的情况下，该麦克风组件在各种频率下的声学响应的图。
图8C是在图8A的麦克风组件的端口上设置有隔膜和没有隔膜的情况下，表示该麦克风组件在各种频率下的噪声的功率谱密度(PSD)的图。
图8D是在图8A的麦克风组件的端口上设置有隔膜和没有隔膜的情况下，该麦克风组件在各种声压级(SPL)下的总谐波失真(THD)的图。
在附图中，除非上下文另有规定，否则相似符号通常标识相似部件。在具体实施方式、附图以及权利要求中描述的例示性实现并非旨在限制。在不脱离在此呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实现，并且可以进行其它改变。容易理解，本文所描述的以及在附图中例示的本公开的各方面可以以各种不同的构造来设置、替换、组合以及设计，其全部被设想并且成为本公开的一部分。
具体实施方式
本公开总体上涉及一种具有弹性隔膜的声学装置，该弹性隔膜在不会显著阻挡声音通过部分地由该声学装置的声音端口限定的声道的情况下，防止或至少减少污染物的进入。这些污染物包括固体、液体或光中的一种或更多种。在一些实施方式中，隔膜经由穿过隔膜的气孔或者通过穿过隔膜的气体扩散来使隔膜的相反两侧的压力均衡。本文中更充分地描述了这些方面以及其它方面。
图1是声学组件100的截面图，该声学组件包括限定内部容积的壳体102，在该内部容积中设置有马达(motor)110。在一些实施方式中，壳体包括联接至基部103的盖105。声音端口104延伸穿过壳体，并且限定了在壳体的内部容积中设置的马达与壳体的外部之间的声通路的至少一部分。弹性隔膜是跨声通路设置的，其中，该隔膜在准许声信号沿着该声通路传播的同时至少部分地防止固体、液体或光经由声音端口的污染。
通常，弹性隔膜是透声且无孔的材料，该材料对于污染物是不可渗透的，同时准许声信号跨该隔膜传播而没有显著的衰减。这种隔膜对于液体和固体是不可渗透的，所述液体和固体包括：喷雾、薄雾、水溶液、胶体、某些溶剂和蒸汽、细尘、烟雾、烟灰、碎屑以及其它颗粒。该隔膜对于微生物污染物也是不可渗透的。在其它实施方式中，隔膜具有如本文所讨论的防止或至少减少光进入的电磁屏蔽特性。
在一个实施方式中，无孔弹性隔膜包含硅氧烷材料。硅氧烷材料包括：例如，诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)之类的聚硅氧烷以及其它聚合物和弹性体材料。硅氧烷材料可能具有以下化学结构中的一种或更多种：[-Si(CH3)RO-]；[-Si(CH3)XO-]；[-Si(C6H5)RO-]；[-Si(CH3)2(CH2)m-]；[Si(CH3)2(CH2)m-Si(CH3)2O-]；以及[Si(CH3)2(C6H4)mSi(CH3)2O-]，其中，R通常是正烷基，X是通过取代诸如Cl或N的原子而变成有极性的正丙基。硅氧烷材料包括硅氧烷(例如VQM、PVQM)，其中硅氧烷官能团形成所谓的主链。这样的硅氧烷材料还可以包括添加剂，所述添加剂包括但不限于SiO2填料、MQ树脂填料、过渡金属氧化物填料(例如，TiO2)和方解石化合物，以及亲水性表面的增粘剂。
硅氧烷材料具有高熔化温度，并且可以承受某些声学装置在制造期间或与主机装置集成时可能暴露于的温度。例如，一些声学装置是使用焊料或导电环氧树脂与主机装置集成在一起的。回流焊接工艺温度通常超过200摄氏度，并且导电环氧树脂固化温度通常约为150摄氏度。因此，在声学装置经受高温的实施方式中，将该隔膜选择成具有足以承受此类温度的熔点。在一个实现中，该隔膜的熔点超过140摄氏度。在另一实现中，该隔膜的熔点超过200摄氏度。
在一些实施方式中，使用隔膜与该隔膜所键合到的表面之间的粘合剂将弹性隔膜键合到声学装置的表面。然而，粘合剂可能增加成本或引起污染问题。在其它实施方式中，弹性隔膜是在不使用粘合剂的情况下被键合到声学装置或声学组件上的。硅氧烷与某些材料形成牢固的共价键。这样的共价键例如包括Si-O-Si键。因此，在一些实现中，硅氧烷隔膜是共价键合的。共价键可以通过以下步骤来形成：使隔膜的经电离的表面与隔膜将键合到的声学装置的壳体或其它部分相配合；使经电离的零件相配合；以及对经配合的零件施加热。可以通过将配合表面暴露至等离子体或其它电离能量源来执行表面电离。合适的电离源可以取决于要电离的材料的类型。具有较轻离子(例如，氧或氮)的等离子适于使薄的隔膜电离而不会造成损坏，而较重的等离子体离子(例如，氩)可以用在隔膜将键合到的表面上。在电离期间，将硅氧烷隔膜的-O-Si(CH3)2-基团转化成硅烷醇基团(-OH)，这有助于共价键合。
希望进行隔膜键合的声学组件或其部分可以由硅、金属、塑料、FR4或其它材料形成。可能在声学装置中使用的某些材料不利于形成牢固的共价键。可以将反应性化学基团施加至此类材料的表面以确保牢固的共价键。在一些实施方式中，将硅氧烷隔膜键合到未固化的硅氧烷层，该未固化的硅氧烷层是被施加至希望进行隔膜键合的表面的。在硅氧烷与其它材料之间形成共价键通常是已知的，本文不再加以描述。
在一些实施方式中，对一个或两个键合表面进行预处理。此类预处理包括利用溶剂(例如，丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇等)去除表面碎屑和污染物。也可以使一个或两个表面粗糙化以改善键合。等离子处理还将清洁键合表面，并且也可以被用于使键合表面粗糙化。
在某些声学装置中需要压力均衡或泄压，以适应可能因大气压力和海拔变化而引起的压力变化，特别是在电梯、飞行器等中可能发生的快速压力变化。因此，在一些实现中，隔膜包括泄压部，以使隔膜的相反两侧上的压力均衡，例如，使壳体的内部容积与该壳体的外部之间的压力均衡。在一些实施方式中，将泄压部具体实施为穿过隔膜t设置的小气孔。硅氧烷隔膜通常是透气的。因此，在其它实施方式中，将泄压部与隔膜的气体扩散特性相关联。扩散速率还通常取决于隔膜的面积和厚度以及其他因素。然而，隔膜的扩散速率可能会限制隔膜适应声学装置所暴露于的某些压力梯度的能力。另选地，可以由声学装置的除了隔膜之外的壳体部分来提供泄压部。
跨声学装置的声通路而设置的弹性隔膜具有影响装置性能的潜力。例如，在麦克风组件中，隔膜可能会降低信噪比(SNR)。SNR损失随着柔度降低而趋于增加，反之亦然。隔膜的柔度(compliance)可以相对于声学装置的其它部分的柔度来表征。声学装置的柔度是已知的特征，并且可以由本领域普通技术人员容易地确定(例如，凭经验或通过建模)。例如，除隔膜之外，麦克风组件的柔度通常包括与壳体的内部容积相关联的柔度以及与换能器(例如，电容振膜)相关联的任何柔度，以及取决于装置类型的其它可能组成物。
通常，该弹性隔膜的柔度是没有隔膜的声学装置的柔度的1至100倍。这些范围并非旨在进行限制，并且特定声学装置的特定隔膜的柔度取决于类型、应用要求和性能规格以及与声学装置相关联的其它因素。对于具有电容换能器的MEMS麦克风，初步建模表明，约等于麦克风组件的柔度的隔膜柔度会产生约6dB的SNR损失，并且比麦克风组件的柔度大一个数量级(即，10倍)的隔膜柔度会产生不到1dB的SNR损失。因此，对于可接受的SNR损失不超过约6dB的应用，隔膜的柔度可以与没有隔膜的麦克风组件的柔度大致相同。在要求SNR损失不超过约1dB的应用中，隔膜的柔度可以比没有隔膜的麦克风组件的柔度大一个数量级。通过提供具有更大柔度的隔膜可以进一步降低SNR损失。然而，隔膜柔度与SNR损失之间的关系不一定是线性的。
没有隔膜且占用面积(footprint)为4mm2至11.5mm2的MEMS电容麦克风组件通常具有1nm/Pa至10nm/Pa的柔度以及几毫米的声音端口直径。对于面积为4mm2至11.5mm2的MEMS麦克风组件，隔膜的厚度可以在1微米至50微米的范围内、柔度为1nm/Pa至1000nm/Pa以及直径为0.5mm至5mm。弹性隔膜的厚度通常取决于特定应用或使用情况所需的柔度、声音端口的尺寸、隔膜的弹性和预应力以及其它因素、工作温度。这些范围并非旨在进行限制，并且特定声学装置或隔膜的柔度将取决于该特定声学装置及其性能规格以及其它因素。例如，驻极体麦克风可以具有不同的范围，这是因为驻极体麦克风的尺寸和柔度通常不同于MEMS麦克风的柔度。
在某些声学装置中，壳体包括防止电磁辐射进入的金属或其它阻挡层。这样的辐射可能是噪声和其它性能劣化的来源。然而，声音端口仍未受到保护。因此，在一些实施方式中，弹性隔膜具有辐射屏蔽特性，该辐射屏蔽特性防止或至少减少了电磁辐射经由声音端口传播至壳体的内部容积中。这样的辐射通常包括红外光、可见光以及紫外线频率范围，尽管在所有实施方式中可能不必对所有这样的频率进行滤波。在一个实施方式中，辐射屏蔽特性可以归因于淀积在隔膜上的电磁屏蔽材料(例如，光反射材料、吸光颜料、铝或其它金属)的薄层(例如，1nm至100nm)。可以以气相沉积、丝网印刷或其它薄的隔膜工艺来施加这样的层。另选地，可以将屏蔽材料(例如，碳或金属纳米颗粒)与形成隔膜的前体进行混合，使得将电磁屏蔽材料并入隔膜的结构中。也可以使用这些方法的组合。
图2、图3、图4和图5是被具体实施为麦克风组件200、300、400、500的声学装置的截面图，所述麦克风组件包括声换能器210、310、410、510，以及分别设置在壳体201、301、401、501内的电路(例如，集成电路)220、320、420、520。壳体分别包括基板或基部202、302、402、502以及盖230、330、430、530。可以由印刷电路板(PCB)材料(例如，FR4)形成基板。如所建议的那样，基部可以包括电磁屏蔽材料。盖可以由金属(例如，铝、铜、不锈钢等)、FR4、塑料、聚合物等来形成，并且例如经由粘合剂、熔合、焊接或其它紧固机制联接至基板。
声学装置通常包括外部装置接口(即，电接口)，该外部装置接口具有与主机装置进行电气集成的多个电触点(例如，电源、地、数据、时钟)。可以将外部装置接口设置在基部的外表面上，并且配置为回流焊接至主机装置。另选地，可以将该接口设置在壳体的某一其它表面上。在图2、图3、图4和图5中，分别通过一根或更多根电引线224、324、424、524将集成电路电联接至声换能器的电输出端。图2、图3、图4和图5还分别示出了被封装材料222、322、422、522覆盖的集成电路，该封装材料可以具有电绝缘特性、电磁屏蔽特性以及热屏蔽特性。集成电路从换能器接收电信号，并且可以在输出数字或模拟声信号之前对该信号进行放大和调节。图2、图3、图4和图5分别示出了将集成电路电联接至外部装置接口的一根或更多根电引线226、326、426、526。电路还可以包括协议接口电路(例如PDM、PCM、SoundWire、I2C、I2S或SPI等)以及外部装置接口上的对应触点。
在图2、图4和图5中，声音端口204、404、504分别形成在基板中并且至少部分地限定了壳体的内部容积与壳体的外部之间的声通路。在图3中，声音端口332是形成在盖330中的。另选地，可以将声音端口设置在声学装置的侧壁中。
在一个实施方式中，声换能器210是微机电系统(MEMS)换能器。在图2、图4和图5中，换能器210、410、510是具有振膜212、312、412、512的MEMS电容换能器，所述振膜响应于气压的变化而相对于背板进行移动。在这些实施方式中，振膜将内部容积分隔成前部容积205、305、405、505以及后部容积231、305、431、531，其中，前部容积与穿过端口的声通路流体连通。在其它实施方式中，声换能器是非MEMS装置，该非MEMS装置例如被具体实施为具有相对于背板移动的振膜的驻极体换能器。在其它实施方式中，MEMS换能器是压电换能器，或者是使用MEMS或其它技术实现的一些其它已知的或将来的电声换能装置。
在图2至图5中，换能器是在声音端口上方安装在基部上的。另选地，在图3中，可以将换能器310在端口332上方安装在盖上。也可以将换能器安装在侧壁上。一些MEMS换能器(例如，电容换能器)包括体部分(bulk portion)，该体部分形成了邻近背板或振膜的腔。在图2至图5中，换能器腔形成了前部容积205、331、405、505的一部分，所述前部容积与部分地由声音端口形成的声通路声学连通。非MEMS驻极体电容换能器是相对于壳体的声音端口类似地放置的。然而，其它类型的换能器可能不一定是安装在声音端口正上方或附近的。
在图2和图3中，将弹性隔膜250、350分别设置在壳体上并且处于壳体的声音端口上方。在图2中，将隔膜设置在基部202的外表面203上。另选地，可以将隔膜250设置在基部202的处于壳体的内部容积内的内表面上。在图3中，将隔膜350设置在盖或罩330的外表面203上。另选地，可以将隔膜350设置在罩300的处于壳体的内部容积内的内表面上。
在一些实施方式中，代替将隔膜联接至声学装置或者除了将隔膜联接至声学装置外，还将隔膜联接至主机装置与声学装置集成的部分上。在图4中，示出了声学装置400，该声学装置400与可以是主机装置电路板的一部分的基板部分440、外部壳体或者主机装置与声学装置集成的其它部分进行组合。通常，基板440包括与基部402的声音端口404对准的端口442，该端口442与声音端口404的组合至少部分地形成声通路。在图4中，如普通技术人员通常所知，基板440可以包括具有触点的电接口，所述触点被电联接至声学组件的基部402上的触点。如图3所示，在将声音端口定位在壳体盖上的情况下，可以将盖联接至基板。在侧端口(side-port)声学装置中，可以将壳体的侧面部分联接至基板。另选地，可以使用粘合剂或其它紧固装置来将声学装置联接至主机，如本文所述。
在图4中，可以通过共价键合或粘合剂键合或其它紧固件将隔膜联接至基板。在一些实施方式中，基板440包括分立的安装结构444，该安装结构444例如是通过粘合剂446、嵌件模塑工艺或其它手段被紧固至基板的。安装表面的直径大于声音端口的直径。较大直径的安装表面容纳较大直径的隔膜，与具有较小直径的隔膜相比，较大直径的隔膜具有相对较大的柔度。另选地，安装结构与基板成一体形成。安装结构提供了突出表面，隔膜被紧固至该突出表面，或者隔膜可以凹入该突出表面。在一些实施方式中，安装表面是由以下材料(例如，硅、金属、PDMS、塑料等)形成的：该材料适于在声学装置的表面原本不适于共价键合的实施方式中将隔膜共价键合到该安装表面。在图4中，隔膜450被示出为键合到基板440的外表面。另选地，可以将隔膜设置在基部402与基板440之间的凹部中。
在图5中，隔膜550是跨声通路设置的并被紧固至换能器510，其中，隔膜防止对换能器以及设置在壳体的内部容积中的其他部件的污染。如所讨论的，一些MEMS换能器包括体部分，该体部分形成了邻近背板或振膜的腔，其中，该腔形成了前部容积的一部分。在这个实施方式中，隔膜是跨声通路设置的并且至少部分地处于换能器腔的上方。在图5中，在换能器510与基部502之间设置有可选的间隔体542。可以将该间隔体具体实施为垫片或环形结构，该垫片或环形结构被粘附或以其它方式紧固至基部502。该间隔体可以由像硅、金属或聚合物一样的材料形成，该材料可以在不使用任何粘合剂的情况下与硅氧烷共价键合。
图6A和图6B示出了包括壳体的声阀600，该壳体具有限定内部容积的部分602和630。该壳体可以具有多边形或圆柱形的截面。该壳体包括第一声音端口604和第二声音端口606，该第一声音端口和第二声音端口限定穿过声阀的声通道的一部分。该声阀还包括机电马达610，该机电马达将电枢(armature)614或其它部分移动至阀座并且移动出阀座，以打开和关闭穿过该阀的声通道。图6A示出了关闭的阀，并且图6B示出了打开的阀。声阀及其应用是本领域普通技术人员通常已知的，如转让给Knowles Electronics LLC的美国专利No.8,798,304中所述的那样。在图6A和图6B中，隔膜654是跨声通路设置的并且处于声音端口604上方，而另一个隔膜656是跨声通路设置的并且处于声音端口606上方。在一些应用中，隔膜可能不需要处于两个声音端口上方。隔膜可以如图所示地设置在壳体的外表面上或者位于壳体的内表面上。一个或更多个隔膜可以共价键合到壳体，如本文所述。另选地，可以利用粘合剂或另一紧固件将隔膜联接至壳体。在其它实施方式中，一个或更多个隔膜在无需粘合剂或共价键合的情况下被保持在阀的各个零件之间，从而形成堆叠式组件。
图7是用于将无孔弹性隔膜共价键合到声学装置的壳体或换能器的示意性工艺流程图。在框710处，将隔膜的表面电离化。在框720处，使隔膜将键合到的表面电离化。这样的表面可以是声学装置的壳体、壳体内的换能器或者主机装置的一部分。可以使用等离子体(例如，O2等离子体)或其它电离能量源来执行电离过程。在框730处，使经电离的表面相配合，其中，在经电离的表面之间进行直接接触。在框740处，向经配合的表面施加热，以固化或以其它方式完善共价键。
以下部分描述了根据本文所描述的实施方式的具有隔膜和没有隔膜的MEMS麦克风组件的声学性能的示例。应理解，这些示例仅用于说明的目的，并非意在限制本文所描述的概念的范围。
图8A示出了示例MEMS麦克风组件900的仰视图。麦克风组件900包括具有基板902的壳体和设置在基板902上的盖(未示出)。声音端口904被限定在基板902中，并且被构造成允许声信号进入由壳体限定的内部容积。声换能器(未示出)被定位在内部容积内，并且被设置在基板902上。包括不锈钢环的安装结构944是绕端口904设置在基板902的外表面上并且经由粘合剂联接至该外表面的。PDMS隔膜是在不需要粘合剂的情况下被共价键合到安装结构的，并且该PDMS隔膜的直径约为MEMS换能器的振膜直径的3倍。
在图8A中的麦克风组件900没有隔膜以及具有设置在声音端口上的隔膜的情况下，图8B是声学响应与频率的图，图8C是PSD与频率的图，并且图8D是该麦克风组件的THD与SPL的图。如从图8B至图8D所观察到的，具有隔膜的麦克风组件900的声学性能基本上类似于没有隔膜的麦克风组件900的声学性能。这表明，该隔膜基本上是透声的，从而对麦克风组件的声学性能的影响可忽略不计，同时防止微粒液体和固体进入麦克风组件。表1汇总了具有隔膜和没有隔膜的麦克风组件的声级和噪声水平以及相关联的SNR。
表1：具有隔膜和没有隔膜的麦克风组件900的声级、噪声水平以及SNR。
Figure GDA0003269815320000121
如从表1可见，隔膜使麦克风组件的SNR减少了不到1％。
在一些实施方式中，一种麦克风组件包括微机电系统(MEMS)换能器，该MEMS换能器被设置在壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号。声音端口是穿过壳体设置的，并且限定了壳体的外部与换能器之间的声通路的至少一部分。集成电路被设置在壳体中，并且被电联接至换能器的电输出端。无孔弹性隔膜是跨声通路设置的，隔膜的柔度比麦克风组件的柔度大至少一个数量级，其中，该隔膜防止固体或液体经由声音端口污染换能器，同时准许声信号沿着声通路传播。
在一些实施方式中，一种声学组件包括被设置在壳体中的马达，该壳体具有声音端口，该声音端口限定了壳体的内部容积与壳体的外部之间的声通路的至少一部分。弹性隔膜是跨声通路设置的，并且隔膜被共价键合到壳体或者马达。隔膜防止固体或液体经由声音端口污染组件，并且准许声信号沿着声通路传播。
在一些实施方式中，一种麦克风组件包括MEMS换能器，该MEMS换能器被设置在壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号。声音端口是穿过壳体设置的，从而限定了壳体的内部与壳体的外部之间的声通路的至少一部分。集成电路被设置在壳体中，并且被电联接至换能器的电输出端。处于壳体的基部上的电接口包括电联接至集成电路的触点。无孔弹性隔膜被共价键合到壳体或者换能器并且是跨声通路设置的，其中，隔膜的柔度比麦克风组件的柔度大至少一个数量级。隔膜防止固体或液体经由声音端口污染换能器，同时准许声信号沿着声通路传播。
在又一实施方式中，一种麦克风组件包括微机电系统(MEMS)换能器，该MEMS换能器被设置在壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号。声音端口是穿过壳体设置的，并且限定了壳体的内部与壳体的外部之间的声通路的至少一部分。集成电路被设置在壳体中，并且被电联接至换能器的电输出端。处于壳体的基部上的电接口包括电联接至集成电路的触点。弹性隔膜是跨声通路设置的，并且被联接至壳体。在一个实施方式中，隔膜的柔度至少与没有隔膜的麦克风组件的柔度一样大。在另一实施方式中，隔膜的柔度比没有隔膜的麦克风组件的柔度大至少一个数量级。隔膜包括遮光特性，该遮光特性至少部分地阻挡光经由声音端口进入壳体容积的内部，同时准许声信号沿着声通路传播。在一个实现中，隔膜在声音端口上方被共价键合到壳体或者MEMS换能器。在另一实施方式中，隔膜的熔点大于140摄氏度。
出于例示和描述的目的，呈现了例示性实施方式的前述描述。该描述并非旨在是详尽的或者限于所公开精确形式，而是可以根据上述教导进行修改和改变，或者可以根据所公开实施方式的实践来获取。本发明的范围旨在通过所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (21)

1.一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：
壳体，所述壳体包括盖，所述盖联接至基部；
微机电系统MEMS换能器，该MEMS换能器被设置在所述壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号，所述MEMS换能器包括振膜；
声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述壳体的外部与所述MEMS换能器之间的声通路的至少一部分；
集成电路，所述集成电路被设置在所述壳体中，并且电联接至所述MEMS换能器的电输出端；以及
无孔弹性隔膜，所述无孔弹性隔膜是跨所述声通路设置的，所述无孔弹性隔膜的柔度比所述麦克风组件的柔度大至少一个数量级，所述麦克风组件的柔度基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的内部容积相关联的柔度，
其中，所述无孔弹性隔膜是由硅氧烷形成的，并且
其中，所述无孔弹性隔膜防止固体或液体经由所述声音端口污染所述MEMS换能器，同时准许所述声信号沿着所述声通路传播并且准许气体通过所述无孔弹性隔膜扩散。
2.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述MEMS换能器包括背板和所述振膜，所述振膜将所述壳体的所述内部容积分隔成前部容积和后部容积。
3.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述无孔弹性隔膜的熔点大于150摄氏度。
4.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述无孔弹性隔膜被键合到所述壳体并且处于所述声音端口上方。
5.根据权利要求4所述的麦克风组件，其中，所述声音端口被设置为穿过所述基部或所述盖，并且所述无孔弹性隔膜在不需要粘合剂的情况下被共价键合到所述壳体的表面并且处于所述声音端口上方。
6.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述无孔弹性隔膜被共价键合到所述换能器或者所述壳体。
7.根据权利要求6所述的麦克风组件，其中，所述无孔弹性隔膜具有电磁屏蔽特性，所述电磁屏蔽特性至少部分地阻挡电磁辐射传播至所述壳体的所述内部容积中。
8.根据权利要求1所述的麦克风组件，所述麦克风组件与基板组合，其中，所述基部被联接至所述基板，所述声通路延伸穿过所述基板，并且所述无孔弹性隔膜被联接至所述基板。
9.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述无孔弹性隔膜包括泄压部，所述泄压部被构造成使所述壳体的所述内部容积与所述壳体的外部之间的压力均衡。
10.根据权利要求1所述的麦克风组件，所述麦克风组件还包括电接口，所述电接口处于所述基部上，所述电接口包括电联接至所述集成电路的电触点。
11.一种声学组件，所述声学组件包括：
壳体，所述壳体具有内部容积；
马达，所述马达被设置在所述壳体的所述内部容积内，其中，所述马达包括振膜；
声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述内部容积与所述壳体的外部之间的声通路的至少一部分；以及
无孔弹性隔膜，所述无孔弹性隔膜是跨所述声通路设置的，所述无孔弹性隔膜被共价键合到所述壳体或所述马达中的至少一者，并且所述无孔弹性隔膜的柔度比联接至所述声学组件的所述马达的柔度大至少一个数量级，所述马达的柔度基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的所述内部容积相关联的柔度，
其中，所述无孔弹性隔膜是由硅氧烷形成的，并且，
其中，所述无孔弹性隔膜防止固体或液体经由所述声音端口污染所述声学组件，并且准许声信号沿着所述声通路传播并且准许气体通过所述无孔弹性隔膜扩散。
12.根据权利要求11所述的声学组件，其中，所述无孔弹性隔膜的熔点大于140摄氏度。
13.根据权利要求11所述的声学组件，所述无孔弹性隔膜包括遮光特性，其中，所述无孔弹性隔膜至少部分地阻挡光传播至所述壳体的所述内部容积中。
14.根据权利要求11所述的声学组件，所述声学组件是麦克风组件，所述麦克风组件还包括电路，其中，所述马达是电声换能器，所述电声换能器具有被联接至所述电路的电输出端，并且被配置成响应于沿着所述声通路传播的声信号而生成电信号，所述马达包括振膜，并且
所述无孔弹性隔膜的柔度介于所述麦克风组件的柔度的1倍至10倍之间，所述麦克风组件的柔度基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的所述内部容积相关联的柔度。
15.根据权利要求14所述的声学组件，其中，所述壳体包括盖、基部和所述基部上的电接口，所述电接口包括电联接至所述电路的电触点。
16.根据权利要求15所述的声学组件，其中，所述电声换能器包括背板。
17.根据权利要求16所述的声学组件，其中，所述无孔弹性隔膜在不需要粘合剂的情况下被共价键合到所述壳体，并且所述无孔弹性隔膜被设置在所述声音端口上方。
18.一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：
壳体，所述壳体包括盖，所述盖联接至基部；
微机电系统MEMS换能器，所述MEMS换能器被设置在所述壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号，所述MEMS换能器包括振膜；
声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述壳体的内部与所述壳体的外部之间的声通路的至少一部分；
集成电路，所述集成电路被设置在所述壳体中，并且电联接至所述换能器的电输出端；
电接口，所述电接口处于所述基部上，所述电接口包括电联接至所述集成电路的电触点；以及
无孔弹性隔膜，所述无孔弹性隔膜被共价键合到所述壳体或者所述换能器，并且是跨所述声通路设置的，所述无孔弹性隔膜的柔度比所述麦克风组件的柔度大至少一个数量级，所述麦克风组件的柔度基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的内部容积相关联的柔度，
其中，所述无孔弹性隔膜是由硅氧烷形成的，并且
其中，所述无孔弹性隔膜防止固体或液体经由所述声音端口污染所述换能器，同时准许所述声信号沿着所述声通路传播并且准许气体通过所述无孔弹性隔膜扩散。
19.根据权利要求18所述的麦克风组件，其中，所述无孔弹性隔膜具有电磁辐射屏蔽部件，所述电磁辐射屏蔽部件至少部分地阻挡电磁辐射传播至所述壳体的内部中。
20.一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：
壳体，所述壳体包括盖，所述盖联接至基部；
微机电系统MEMS换能器，所述MEMS换能器被设置在所述壳体中，并且被配置成响应于声信号而生成电信号，所述MEMS换能器包括振膜；
声音端口，所述声音端口被设置为穿过所述壳体，所述声音端口限定了所述壳体的内部与所述壳体的外部之间的声通路的至少一部分；
集成电路，所述集成电路被设置在所述壳体中，并且电联接至所述换能器的电输出端；
电接口，所述电接口处于所述基部上，所述电接口包括电联接至所述集成电路的电触点；以及
弹性隔膜，所述弹性隔膜是跨所述声通路设置的，并且被联接至所述壳体，所述隔膜的柔度至少与所述麦克风组件的柔度一样大，所述麦克风组件的柔度基于与所述振膜相关联的柔度和与所述壳体的内部容积相关联的柔度，所述弹性隔膜是由硅氧烷形成的并且准许气体通过所述弹性隔膜扩散，
所述弹性隔膜包括遮光特性，所述遮光特性至少部分地阻挡光经由所述声音端口传播至所述壳体容积的所述内部容积中，同时准许所述声信号沿着所述声通路传播。
21.根据权利要求20所述的麦克风组件，其中，所述弹性隔膜被共价键合到所述MEMS换能器或者在所述声音端口上方被共价键合到所述壳体，并且所述弹性隔膜的熔点大于140摄氏度。
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