CN112189347A - 减少麦克风中的噪声的系统和方法 - Google Patents

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CN112189347A CN201980031965.8A CN201980031965A CN112189347A CN 112189347 A CN112189347 A CN 112189347A CN 201980031965 A CN201980031965 A CN 201980031965A CN 112189347 A CN112189347 A CN 112189347A
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Abstract

一种麦克风组件包括基板以及被设置在该基板上的外壳。端口被限定在基板或外壳中的一者中。声换能器被配置成响应于声活动而生成电信号。声换能器包括隔膜，该隔膜将麦克风组件的前腔容积与后腔容积分隔开。前腔容积与端口流体连通，并且后腔容积填充有第一气体，第一气体的热导率低于空气的热导率。集成电路电联接至声换能器并且被配置成从声换能器接收电信号。对前腔容积或后腔容积中的至少一者进行限定的边界的至少一部分被配置成具有顺应性，以便允许压力均衡。第一气体不同于第二气体。

Description

减少麦克风中的噪声的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月18日提交的美国临时申请No.62/673,585和2018年12月17日提交的美国临时申请No.62/780,869的优先权和利益，上述美国临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及改进麦克风中的信噪比的系统和方法。
背景技术
麦克风组件通常用于电子设备中，以将声能转换成电信号。微纳米制造技术的进步导致了越来越小的微机电系统(MEMS)麦克风组件的发展。MEMS麦克风组件的小尺寸可能使其易于出现噪声问题。
发明内容
本文描述的实施方式总体上涉及用于减少麦克风组件中的噪声的系统和方法，并且具体地涉及如下麦克风组件，该麦克风组件在内部容积中填充有低热导率气体，所述内部容积由所述麦克风组件的外壳和/或被设置在所述外壳的壁的至少一部分上的热阻挡层限定。
在一些实施方式中，一种麦克风组件包括基板以及被设置在所述基板上的外壳。端口被限定在所述外壳或所述基板中的一者中。所述麦克风组件还包括声换能器，所述声换能器被配置成响应于声活动而生成电信号。所述声换能器包括隔膜，所述隔膜将所述麦克风组件的前腔容积与后腔容积分隔开，所述前腔容积与所述端口流体连通，并且所述后腔容积填充有第一气体，所述第一气体的热导率低于空气的热导率。集成电路电联接至所述声换能器并且被配置成从所述声换能器接收所述电信号。对所述前腔容积或所述后腔容积中的至少一者进行限定的边界的至少一部分被配置成具有顺应性，以便允许所述第一气体响应于围绕所述麦克风组件的第二气体的压力变化而膨胀或收缩，并且允许与所述第二气体的压力均衡。所述第一气体不同于所述第二气体。
在一些实施方式中，一种麦克风组件包括基板以及被设置在所述基板上的外壳。端口被限定在所述基板或所述外壳中的一者中。所述麦克风组件还包括声换能器，所述声换能器被配置成响应于声活动而生成电信号。所述声换能器包括隔膜，所述隔膜将所述麦克风组件的前腔容积与后腔容积分隔开，所述前腔容积与所述端口流体连通。集成电路电联接至所述声换能器并且被配置成从所述声换能器接收所述电信号。热阻挡层被定位在对所述后腔容积进行限定的边界的至少一个内表面上。所述热阻挡层被配制成具有比空气的热导率小的热导率。
在一些实施方式中，一种形成麦克风组件的方法包括提供基板和外壳。端口被限定在所述基板或所述外壳中的一者中。声换能器被定位在所述基板或所述外壳中的一者上。所述声换能器包括隔膜并且被配置成响应于声活动而生成电信号。集成电路电联接至所述声换能器。所述外壳按是照使所述隔膜将所述基板与所述外壳之间的空间分隔成前腔容积和后腔容积的方式设置在所述基板上的，所述前腔容积与所述端口流体连通。所述后腔容积填充有第一气体，所述第一气体具有比空气的热导率低的热导率。
应理解，前述概念和下面更详细讨论的附加概念(假设这样的概念并不相互矛盾)的所有组合被认为是本文公开的主题的一部分。具体地，本公开的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的主题的一部分。
附图说明
结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本公开的前述特征和其它特征将变得更加完全显而易见。将理解，这些附图仅描绘了根据本公开的多个实现方式，因此不应视为对本公开的范围的限制，通过使用附图，将以附加的特征和细节来描述本公开。
图1是根据一实施方式的麦克风组件的侧截面视图。
图1A是按照第一配置的图1的麦克风组件的侧截面视图，并且图1B是按照第二配置的图1的麦克风组件的侧截面视图。
图2是用于制造图1的麦克风组件的示例过程的示意图。
图3是根据另一实施方式的麦克风组件的侧截面视图。
图4是根据一实施方式的用于制造麦克风组件的方法的示意性流程图。
图5A是回填有六氟化硫的麦克风组件的声谱噪声密度与频率的曲线图，并且图5B是使用空气、氦气和六氟化硫作为回填气体的麦克风组件的模拟声噪声密度曲线图。
图6A是回填有空气的模型麦克风组件的不同部分的模拟声噪声谱；图6B是回填有六氟化硫的模型麦克风组件的不同部分上的模拟声噪声谱；并且图6C是对来自图6A的总噪声与来自图6B的总噪声进行比较的曲线图。
图7A是根据另一实施方式的麦克风组件的侧截面视图。
图7B是类似于图7A的麦克风组件在1kHz的声频下的针对第一热阻挡层的不同厚度的声温度随时间推移变化的模拟结果的曲线图。
图7C是类似于图7A的麦克风组件的第一热阻挡层的厚度与声温度变化的模拟的曲线图。
图8是根据又一实施方式的用于制造麦克风组件的方法的示意性流程图。
图9是根据另一实施方式的麦克风组件的侧截面视图。
图10是根据又一实施方式的麦克风组件的侧截面视图。
图11A是根据一实施方式的麦克风组件的侧截面视图。
图11B是根据另一实施方式的麦克风组件的侧截面视图。
图12是根据特定实施方式的用于形成麦克风组件的方法的示意性流程图。
图13A是根据一实施方式的在麦克风组件中使用的外壳的俯立体图。
图13B是图13A的外壳的侧截面视图。
图13C是根据一实施方式的示出了被配置成联接至外壳的盖的图1A的外壳的俯立体图。
图13D是具有联接至外壳的盖的图13C的外壳的另一侧截面视图。
贯穿下面的说明书，将参照附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的符号通常标识相似的部件。在说明书、附图和权利要求中描述的例示性实现方式并不意味着是限制性的。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实现方式，并且可以进行其它改变。将容易理解，可以以各种不同配置来布置、替换、组合和设计如本文总体描述的以及在附图中例示的本公开的各方面，所有这些不同配置都被明确地设想并成为本公开的一部分。
具体实施方式
本文描述的实施方式总体上涉及用于减少麦克风组件中的噪声的系统和方法，并且具体涉及如下麦克风组件，该麦克风组件在内部容积中填充有低热导率气体，该内部容积由麦克风组件的外壳和/或被设置在外壳的壁的至少一部分上的热阻挡层限定。
小型MEMS麦克风组件允许将这种麦克风组件并入紧凑型设备(诸如，移动电话、膝上型计算机、可穿戴设备、电视/机顶盒遥控器等)中。MEMS麦克风行业面临减小占地面积、封装容积、功耗和成本同时提高性能和可靠性的持续需求。通常，容纳麦克风组件的部件的外壳填充有空气。在声换能器(例如，隔膜)中限定小洞或小孔，以允许空气从外壳外部流到外壳内部，并且允许空气从外壳内部流到外壳外部，以便在低频率下使声换能器两侧上的空气压力平衡。MEMS麦克风组件的小型化允许MEMS麦克风组件的外壳具有非常小的内部容积，例如，在1mm3至5mm3的范围内。
然而，尤其是由于这种MEMS麦克风组件的小尺寸，这种MEMS麦克风组件带来了其它独特的挑战。例如，外壳通常由良好热导体的材料制成。热边界层可以存在于外壳的壁的内表面、基板和存在于外壳内的所有其它表面处。虽然在大型麦克风中热边界层通常不产生问题，但由MEMS麦克风组件的外壳限定的小容积提供的大的表面与容积之比极大地增加了MEMS麦克风组件的表面与容积之比。内部容积中的空气与热边界之间的热传递(该热传递甚至导致空气温度发生微小的开尔文变化)是频率在可听范围内的MEMS麦克风中的显著热声噪声源。该噪声甚至可以在没有声信号的情况下存在，并且在某些情况下，该噪声可以占MEMS麦克风总噪声的50％。尽管对于小的外壳尺寸，热边界层效应最为突出，但是如果将系统中的其它噪声源置于足够低的水平，则可以限制具有相对较大外壳的设备的性能。
进一步扩展，通常认为容纳MEMS麦克风组件的部件的外壳内部的空气的声压缩相对于热扩散速率而言发生得足够快，就可以认为是绝热的并且具有一致的温度振荡幅度，其中阻抗由下式给出：
Figure BDA0002774385450000041
一致的温度振荡幅度由下式给出：
Figure BDA0002774385450000042
其中ω＝2πf是径向频率，Ca是空气量的绝热顺应性，po是环境压力，γ是外壳内部的气体的比热比，V是外壳的容积，To是环境温度，并且p是由于声激励而在外壳中产生的压力幅度。然而，外壳的壁处的热传递导致形成热边界层，该热边界层可以导致外壳内的温度幅度的显著空间变化。外壳壁通常由诸如金属的材料制成，该材料具有比空气明显高的热导率并且通常近似为等温边界。假定壁是等温边界，并且忽略相邻壁的影响，则热边界层的厚度由下式给出：
Figure BDA0002774385450000051
其中ρ0是密度，κ是热导率，并且Cp是外壳内部的气体在恒定压力下的比热。对于热边界层相对于外壳尺寸变得足够大的情况(对于较小外壳和低频情况而言)，外壳内的空气的压缩从绝热转变为等温，并且必须对绝热腔室阻抗进行校正。虽然空气通常是良好的绝热体(insulator)，但空气的热时间常数会导致外壳中的空气在处于可听范围(即，MEMS麦克风的工作范围)内的频率下具有与热边界层的热传递速率。外壳壁处的热传递会耗散系统的能量，并产生声阻尼，这会根据波动耗散定理产生热声噪声。对于标准条件下的操作，噪声仅是封装尺寸的函数，并且随着系统中的其它噪声源通过设计优化降低而变得更加突出。
相反，本文描述的麦克风组件的实施方式可以提供多个益处，所述多个益处例如包括：(1)用具有比空气的热导率低的热导率并且具有比空气的热时间常数大的热时间常数的第一气体来填充声换能器的后腔容积(诸如，麦克风组件的外壳的内部容积)，以便减少噪声；(2)通过可选地消除麦克风组件的声换能器(例如，隔膜)的洞或穿孔来将第一气体流体地密封在内部容积中；(3)提供可移动密封构件，该可移动密封构件在流体地联接至外壳的导管中移位，以便使第一气体的压力与围绕麦克风组件的第二气体(例如，空气)的压力平衡，并防止压力不平衡；(4)通过在外壳和/或基板的一个或更多个内表面上涂覆低热导率的热阻挡层来减少热传递；以及(5)允许信噪比(SNR)增大至2dB或大于2dB。
图1是根据一实施方式的麦克风组件100的侧截面视图。麦克风组件100可以包括MEMS麦克风组件。麦克风组件100可以被用于在任何设备(诸如移动电话、膝上型计算机、电视遥控器、平板计算机、音频系统、耳机、可穿戴设备、便携式扬声器、汽车音响系统或使用麦克风组件的任何其它设备)中将声信号转换成电信号。
麦克风组件100包括基板102、声换能器110、集成电路120和外壳130。基板102可以由印刷电路板(PCB)制造中使用的材料(例如，塑料)形成。例如，基板可以包括被配置成在其上安装有声换能器110、集成电路120和外壳130的PCB。端口104形成在基板102中。声换能器110被定位在端口104上。声换能器110被配置成响应于声信号而生成电信号。
在图1中，声换能器110和集成电路120被示出为设置在基板102的表面上，但是在其它实施方式中，可以将这些部件中的一个或更多个部件设置在外壳130上(例如，设置在外壳的内表面上)或外壳的侧壁上或彼此堆叠。在一些实施方式中，基板102包括具有多个触点的外部设备接口，所述多个触点联接至集成电路120，例如，联接至可以设置在集成电路上的连接焊盘(例如，接合焊盘)。触点可以体现为引脚、焊盘、凸块(bump)或球以及其它已知或将来的安装结构。外部设备接口上的触点的功能和数量取决于所实施的一个或多个协议，并且可以包括电源触点、接地触点、数据触点和时钟触点等。外部设备接口允许使用回流焊接、熔融接合或其它组装工艺将麦克风组件100与主机设备集成在一起。
在各种实施方式中，声换能器110可以包括厚度在1微米至10微米的范围内的隔膜112。应理解，尽管在麦克风组件中使用的常规隔膜包括用于压力平衡的洞或穿孔，但是在一些实现方式中，声换能器110的隔膜112不包括这种洞或穿孔。隔膜112可以将麦克风组件100的前腔容积与后腔容积分隔开。前腔容积与在基板102或外壳130中限定的声端口流体连通。图1示出的实施方式包括底部端口麦克风组件100，其中按照使外壳130的内部容积131限定后腔容积的方式在基板102中限定了端口104。应理解，在诸如下面详细描述的其它实施方式中，本文描述的概念可以在顶部端口麦克风组件中实现，其中端口被限定在麦克风组件的外壳或盖中。
在一些实现方式中，声换能器110可以包括体现为冷凝器型换能器的MEMS换能器，冷凝器型换能器具有响应于声压变化而相对于背板可移动的隔膜112(例如，振膜)。另选地，MEMS声换能器110可以包括压电器件，或者使用MEMS技术实现的一些其它已知的或将来的电声换能器件。在又一些其它实现方式中，声换能器110是非MEMS器件，例如体现为驻极体或其它已知的或将来的非MEMS型换能器件。这些电声换能器件和其它电声换能器件通常是已知的，并且除了制造和使用本文公开的实施方式所必需的程度之外，不再进一步描述。
在一些实施方式中，声换能器110可以由介电材料和/或导电材料(例如，氧化硅、氮化硅、碳化硅、金、铝、铂等)形成。隔膜112响应于声信号的移动可以生成电信号(例如，对应于其电容变化的电压)，该电信号可以被测量并且表示声信号。在一些实现方式中，隔膜相对于背板(例如，固定的背板)的振动引起隔膜112与背板之间的电容的变化以及所生成的电信号的对应变化。在其它实施方式中，声换能器110可以由压电材料形成，例如，石英、钛酸铅、III-V族和II-VI族半导体(例如，氮化镓、氮化铟、氮化铝、氧化锌等)、石墨烯、超纳米金刚石、聚合物(例如，聚偏二氟乙烯)或任何其它合适的压电材料。在这样的实施方式中，声换能器110响应于声信号的振动可以生成表示声信号的电信号(例如，压电电流或电压)。
集成电路120可以被定位在基板102上。集成电路120例如经由第一电引线124电联接至声换能器110，并且还经由第二电引线126电联接至基板102(例如，电联接至设置在基板102上的迹线或其它电触点)。集成电路120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放大和调节信号，这是众所周知的。取决于所需的输出协议，集成电路120还可以包括未示出的协议接口。换能器组件100还可以被配置成允许对其进行编程或询问，如本文所描述的。示例性协议包括但不限于PDM、PCM、SoundWire、I2C、I2S和SPI以及其它协议。
集成电路120被配置成从声换能器110接收电信号。例如，集成电路120可以从声换能器110接收电信号，该电信号具有响应于声换能器110的电容的变化(例如，声换能器110的振膜与背板之间的电容变化)而变化的特性(例如，电压)，或者从声换能器110接收表示声信号的压电电流。
集成电路120可以包括一个或更多个部件，例如，处理器、存储器和/或通信接口。处理器可以被实现成一个或更多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理部件或其它合适的电子处理部件。在其它实施方式中，DSP可以与集成电路120分离，并且在一些实现方式中，DSP可以堆叠在集成电路120上。在一些实施方式中，一个或更多个处理器可以由多个电路共享，并且可以执行存储的指令，或经由不同存储器区域进行访问。另选地或附加地，一个或更多个处理器可以被构造成独立于一个或更多个协处理器来进行或以其它方式执行某些操作。在其它示例实施方式中，两个或更多个处理器可以经由总线联接以实现独立、并行、流水线或多线程指令执行。所有这些变型旨在落入本公开的范围内。例如，本文所述的电路可以包括一个或更多个晶体管、逻辑门(例如，与非、与、或非、或、异或、非、异或非等)、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线等。
在一些实施方式中，集成电路120可以包括存储器。存储器(例如，RAM、ROM、闪存存储器、硬盘存储部等)可以存储可由集成电路120包括的处理器执行的数据和/或计算机代码。存储器可以是或包括有形的非暂时性易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件或用于支持麦克风组件100的各种活动和信息结构的任何其它类型的信息结构。在各种实施方式中，集成电路120还可以包括一个或更多个信号放大电路(例如，晶体管、电阻器、电容器、运算放大器等)或降噪电路(例如，低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等)。在其它实施方式中，集成电路120可以包括被配置成将来自声换能器110的模拟电信号转换成数字信号的模数转换电路。
在一些实现方式中，保护涂层122可以被定位在集成电路120上。保护涂层122可以包括例如硅凝胶、层压板或被配置成保护集成电路120免受湿气和/或温度变化影响的任何其它保护涂层。
外壳130被定位在基板102上。外壳130限定了内部容积131，至少集成电路120和声换能器110被定位在该内部容积131内。例如，如图1所示，外壳130按照使基板102形成麦克风组件100的基座的方式被定位在基板102上，并且基板102和外壳130共同限定内部容积131。如本文先前所描述的，内部容积131限定声换能器110的后腔容积。
外壳130可以由合适的材料(诸如，例如金属(例如，铝、铜、不锈钢等)、塑料、聚合物等)形成，并且可以联接至基板102(例如，经由粘合剂、焊接或熔融接合至基板102)。在特定实施方式中，外壳130可以由具有高热容的材料(例如，诸如铜或黄铜的金属)形成。在所示实施方式中，外壳130直接联接至基板102。
开口132被限定在外壳130的壁中。麦克风组件100还包括导管134。导管134的导管第一端135流体地联接至开口132，并且导管134的与导管第一端135相反的导管第二端136向环境敞开，以便暴露于围绕麦克风组件100的第二气体G2(例如，环境空气)。外壳130的内部容积131填充有第一气体G1，该第一气体G1的热导率低于第二气体G2(例如，环境空气)的热导率，并且热时间常数大于第二气体G2的热时间常数，以便减小热声噪声的影响。在一些实施方式中，导管134具有如图1所示的L形，例如，以降低导管134的轮廓。在其它实施方式中，导管134可以不具有任何弯曲，并且可以从外壳130的壁轴向或径向地延伸。
可以使用任何合适的工艺来将第一气体G1填充在由外壳130限定的内部容积131中。例如，麦克风组件100可以被定位在真空腔室中，以便移除内部容积内存在的任何空气。然后将第一气体G1插入真空室中，以便用第一气体G1填充内部容积131。在其它实施方式中，可以使用正压将第一气体G1通过导管134插入内部容积131。在这样的实施方式中，可以在外壳130中设置小洞或小孔，以允许当第一气体G1被泵入内部容积时，内部容积中存在的任何空气从该内部容积逸出。一旦内部容积131和导管134完全填充有第二气体G2，就可以将在外壳130中限定的洞或孔密封。
如前所述，第一气体G1的热导率低于围绕麦克风组件100的第二气体G2(例如，空气)的热导率。这种气体可以包括但不限于六氟化硫、氙气、氟利昂、二氯二氟甲烷、氩气、氪气或其任何合适的组合。在特定实施方式中，第二气体包括六氟化硫。六氟化硫的热导率为11.6×10-3W/mK，这显著低于空气的热导率25.7×10-3W/mK。这允许六氟化硫具有相对于空气的更大的热时间常数，以便具有较慢的热响应并且限制热声噪声的影响，从而提高了SNR。在一些实施方式中，用六氟化硫填充内部容积131可以导致麦克风组件100的SNR增加2dB或更大。
为了将第一气体G1流体地密封在内部容积131内部，并允许第二气体G2与第一气体G1的压力均衡，可移动密封构件140被定位在导管134中。可移动密封构件140可以包括矿物油或合成油中的至少一者的液滴。在特定实施方式中，可移动密封构件140包括全氟聚醚油(例如，出售的商标名为
Figure BDA0002774385450000091
的油)的液滴。在其它实施方式中，可移动密封构件140可以包括滚珠、可移动盘或任何其它合适的可移动密封构件。
可移动密封构件140被配置成响应于第二气体G2的环境压力的变化而在导管134内滑动或平移。例如，图1示出了按照初始配置的麦克风组件100，其中第二气体G2可以具有与第一气体G1相同的压力，并且可移动密封构件140可以位于沿着导管134的长度的中点附近。
图1A示出了按照第一配置的麦克风组件100，其中第二气体G2的环境压力低于图1中的环境压力。第二气体G2的较低压力使可移动密封构件140朝向导管第二端136向外移动。这允许第一气体G1膨胀以便降低其压力并与第二气体G2的压力匹配。图1B示出了按照第二配置的麦克风组件100，其中第二气体G2的环境压力大于图1中的环境压力。第二气体G2的较高压力使可移动密封构件140朝向导管第一端135向内移动。这压缩了第一气体G1，因此增大了第一气体G1的压力，直到第一气体G1的压力与第二气体G2的环境压力匹配为止。以这种方式，麦克风组件100通过用低热导率的第一气体G1回填外壳130的内部容积来提供热声噪声的减少，通过消除声换能器110的洞或穿孔来提供内部容积中的第一气体G1的流体密封，以及通过提供可移动密封构件140来实现压力均衡。
图2是用于制造图1的麦克风组件100的示例过程200的示意图。在操作1，提供了具有声换能器110、集成电路120和外壳130的基板102。例如，在将壳体130联接至基板102之前或之后，在壳体130中限定开口132。在操作2，将导管134的导管第一端135联接至开口132。在其它实施方式中，在将外壳130定位在基板102上之前，可以将导管134联接至外壳130。可以使用任何合适的工艺(例如，钎焊、焊接、熔融接合、粘合剂或其组合)来将导管第一端135联接至开口132。
在操作3，用第一气体G1来填充由外壳130限定的内部容积131(在该实现方式中，该内部容积131形成声换能器110的后腔容积)。例如，第一气体G1可以经由导管134插入内部容积131中，使得导管134的至少一部分也可以填充有第一气体G1。如本文先前所描述的，可以使用任何合适的工艺(例如，经由真空填充或使用正压)来将第一气体G1填充到内部容积中。在一些实施方式中，外壳130可以抽真空成10Pa至100Pa之间，并按照50kPa至70kPa之间的压力填充有第一气体G1(例如，六氟化硫)。
在操作4，例如通过导管第二端136将可移动密封构件140定位在导管134中。可移动密封构件140可以包括例如矿物油或合成油(例如，诸如
Figure BDA0002774385450000101
的全氟聚醚油)的液滴。在一些实施方式中，可以将油滴设置在被限定于导管第二端136处的入口上。然后，油滴可以例如经由毛细作用、施加在入口上的正压或第一气体G1的轻微负压(例如，通过使声换能器110偏转而产生)而吸入导管134中。例如，在操作3中所述的低压下，
Figure BDA0002774385450000102
油滴可以插入到导管第二端136的入口中，并且麦克风组件100返回至环境大气压。这可以迫使油滴进入导管134中，从而允许其响应于增大或减小的大气压条件而在两个方向上移动。
图3是根据另一实施方式的麦克风组件300的侧截面视图。麦克风组件300可以包括MEMS麦克风组件。麦克风组件300可以用于在任何设备(诸如移动电话、膝上型计算机、电视遥控器、平板计算机、音频系统、耳机、可穿戴设备、便携式扬声器、汽车音响系统或使用麦克风组件的任何其它设备)中记录声音。
麦克风组件300包括基板302。端口304形成在基板302中。声换能器310可以被定位在端口304上。声换能器310被配置成响应于声活动而生成电信号。声换能器310包括隔膜312，该隔膜312将麦克风组件300的前腔容积与后腔容积分隔开，该前腔容积与端口304流体连通。集成电路320被定位在基板302上。集成电路320例如经由第一电引线324电联接至声换能器310，并且还经由第二电引线326电联接至基板302。集成电路320被配置成从声换能器310接收电信号和/或偏置声换能器310。保护涂层322可以被定位在集成电路320上。外壳330被定位在基板302上并且限定了内部容积，至少集成电路320和声换能器310被定位在内部容积内。可以在外壳330的壁中限定开口332。麦克风组件300还包括导管334。导管334的导管第一端335流体地联接至开口332，并且导管334的与导管第一端335相反的导管第二端336向环境敞开，以便暴露于围绕麦克风组件300的第二气体G2(例如，环境空气)。基板302、声换能器310、集成电路320、外壳330和导管334可以分别与基板102、声换能器110、集成电路120、外壳130和导管134大致相似，因此，本文不再进一步详细描述。
外壳330的内部容积331(即，声换能器的后腔容积)填充有第一气体G1，该第一气体G1的热导率低于第二气体G2(例如，环境空气或大气)的热导率。这样的气体可以包括但不限于六氟化硫、氙气、二氯二氟甲烷、氩气、氟利昂、氪气或其任何合适的组合。在特定实施方式中，第一气体G1包括六氟化硫。
为了将第一气体G1流体地密封在内部容积内部以及允许第一气体G1的压力与第二气体G2的压力均衡，在导管334中设置有柔性密封构件340。柔性密封构件340可以包括例如振膜，该振膜被配置成响应于第二气体G2的环境压力的变化而弯曲或以其它方式经历形状的变化，以便允许第一气体G1的压力与第二气体G2的压力下降均衡或平衡。例如，响应于第二气体G2的压力低于第一气体G1的压力，柔性密封构件340可以朝向导管第二端336向外弯曲。这可以允许第一气体G1膨胀，从而降低其压力以与第二气体G2的环境压力匹配。类似地，柔性密封构件340可以响应于第二气体G2的环境压力升高而朝向导管第一端335向内弯曲、压缩第一气体G1并增大第一气体G1的压力以与第二气体G2的环境压力匹配。在特定实施方式中，柔性密封构件340可以被定位在开口332中，并且被配置成相对于开口332向内或向外弯曲，以便允许气体G1和G2的压力均衡。在这样的实施方式中，可以排除导管334。
图4是根据一实施方式的用于制造麦克风组件(例如，麦克风组件100、300)的示例方法400的示意性流程图。在402，方法400可以包括提供基板。基板可以包括例如基板102或本文所述的任何其它基板。在404，在基板中形成端口。例如，端口104可以形成在基板102中(例如，在基板102的成型过程期间化学刻蚀、物理刻蚀、钻孔、成形等)。
在406，将声换能器定位在端口上。例如，将声换能器110定位在端口104上。在408，将集成电路定位在基板上。例如，集成电路120或本文所述的任何其它集成电路被定位在基板102上，并且可以电联接至基板102(例如，经由回流焊)。
在410，将集成电路电联接至声换能器。例如，集成电路120经由第一电引线124(例如，接合至集成电路120的导线)电联接至声换能器110。在其它实施方式中，保护涂层(例如，保护涂层122)也可以沉积在集成电路(例如，集成电路120)上。
在412，将外壳定位在基板上，该外壳的壁中形成有开口。例如，在壁中限定有开口132的外壳130被定位在基板102上，并且(例如，经由粘合剂或焊料)联接至基板102。在414，导管流体地联接至开口。例如，导管134的导管第一端135流体地联接至开口132。在其它实施方式中，在将外壳130定位在基板102上之前，导管134可以联接至开口132。
在416，由外壳限定的内部容积以及导管的至少一部分填充有第一气体。例如，由外壳130限定的内部容积131(例如，声换能器110的后腔容积)以及导管134的至少一部分填充有第一气体G1(例如，六氟化硫)。可以使用任何合适的工艺(例如，真空回填、正压插入或如本文先前所述的任何其它合适的工艺)来用第一气体填充内部容积。在418，将可移动密封构件设置在导管中。例如，可移动密封构件140(例如，诸如
Figure BDA0002774385450000121
的矿物油或合成油的液滴)可以被布置在导管134中，如本文先前所描述的。可移动密封构件将第一气体流体地密封在内部容积中，并且允许第一气体膨胀和/或压缩，以使第一气体的压力与围绕麦克风组件(例如，麦克风组件100)的第二气体(例如，诸如空气的第二气体G2)的环境压力平衡。
图5A是分别回填有空气、氦气和六氟化硫的麦克风组件的声谱噪声密度与频率的曲线图，并且图5B是使用空气、氦气和六氟化硫作为回填气体的麦克风组件的模拟声噪声密度曲线图。表1总结了实验和模拟中使用的每种气体的性质。
表1：空气、氦气(He)和六氟化硫(SF6)的性质
Figure BDA0002774385450000131
如表1所示，六氟化硫的热导率较低，因此其热声响应比空气慢。相反，氦气的热导率比空气高得多。如本文先前所描述的，在较低频率下，热声噪声是更大的问题。在图5A至图5B所示的曲线图中，箭头A表示频率范围中的热噪声最重要的部分。实验和模拟表明，回填有六氟化硫的麦克风组件观察到最小声噪声，而回填有氦气的麦克风组件观察到最大噪声。
图6A是回填有空气的模型麦克风组件的不同部分的模拟声噪声谱，图6B是回填有六氟化硫的模型麦克风组件的不同部分的模拟声噪声谱，并且图6C是对来自图6A的总噪声与来自图6B的总噪声进行比较的曲线图。图6A的回填有空气的麦克风组件的声SNR是67.1dB，而图6B的回填有六氟化硫的麦克风组件的声SNR是69.0dB，从而使SNR几乎提高了2dB。图6C对从图6A和图6B获得的总噪声进行了比较。
图7A是根据另一实施方式的麦克风组件700的侧截面视图。麦克风组件700可以包括MEMS麦克风组件。麦克风组件700可以用于在任何设备(诸如移动电话、膝上型计算机、电视遥控器、平板计算机、音频系统、耳机、可穿戴设备、便携式扬声器、汽车音响系统或使用麦克风组件的任何其它设备)中响应于声活动而生成电信号。
麦克风组件700包括基板702。端口704形成在基板702中(即，麦克风组件700是底部端口麦克风组件)。声换能器710被定位在端口704上。声换能器710被配置成响应于声活动而生成电信号。声换能器710包括隔膜712，该隔膜712将麦克风组件700的前腔容积与后腔容积分隔开，前腔容积与端口704流体连通。集成电路720被定位在基板702上。集成芯片720例如经由第一电引线724电联接至声换能器710，并且还经由第二电引线726电联接至基板702。集成电路720被配置成从声换能器710接收电信号。保护涂层722被定位在集成电路720上。基板702和集成电路720可以分别与基板102和集成电路120大致相似，因此本文不再进一步详细描述。声换能器710也可以与声换能器110大致相似，然而，可以将通孔714设置在声换能器710的隔膜712中(例如，在将隔膜材料沉积在基板702上期间，经由钻孔、刻蚀或光刻掩模而穿孔在声换能器的隔膜中)，以便允许填充在麦克风组件700中的气体G(例如，空气)和围绕麦克风组件700的相同气体G(例如，大气)的压力均衡，如本文进一步详细描述的。在其它实施方式中，可以经由设置在外壳730中的开口或通风口来提供压力均衡。
外壳730被定位在基板702上，并且限定了内部容积731，至少集成电路720和声换能器710被定位在内部容积731内。在图7A所示的实现方式中，内部容积131限定声换能器710的后腔容积。例如，如图7A所示，外壳730按照使基板形成麦克风组件700的基座的方式被定位在基板702上，并且基板702和外壳730共同限定内部容积。在所示实施方式中，外壳730直接联接至基板702。外壳730可以由任何合适的材料(诸如例如金属(例如，铝、铜、不锈钢等)、塑料、聚合物等)形成，并且可以联接至基板702(例如，经由粘合剂或熔融接合至基板702)。在特定实施方式中，外壳730可以由具有高热导率的材料(例如，诸如铜的金属)形成。内部容积731填充有气体G(例如，大气)，气体G也围绕麦克风组件700并且可以经由通孔714与内部容积731流体连通。穿过声换能器710形成的通孔714可以允许通过允许气体G通过该通孔714流入和流出内部容积来使外壳730内的气体G与外壳外部的气体G压力均衡。
第一热阻挡层742被定位(例如，沉积或涂覆)在外壳730的壁的设置在内部容积731内的第一表面上，该外壳730的壁形成声换能器710的后腔容积的边界。在一些实施方式中，第二热阻挡层744可以另外地被定位(例如，沉积或涂覆)在外壳730的壁的设置在内部容积731外部的第二表面上。在其它实施方式中，热阻挡层也可以被定位在基板702的至少一部分上。
可以将热阻挡层742/744配制成具有比空气的热导率小的热导率。在一些实施方式中，热阻挡层742/744可以包括气凝胶(例如，二氧化硅气凝胶、碳气凝胶、金属氧化物气凝胶、有机聚合物气凝胶、焦炭溶胶(chalcogel)、量子点气凝胶、任何其它合适的气凝胶或其组合)。在特定实施方式中，热阻挡层742/744可以包括孔径为10nm至50nm并且具有按质量计97％的空气的二氧化硅泡沫。小孔径使得其中所含的空气的热导率比总体空气(例如，内部容积内包含的第一气体G1)的热导率低得多(例如，低多达五倍)。在一些实施方式中，形成第一热阻挡层742和/或第二热阻挡层744的气凝胶的厚度可以在50微米至200微米的范围内(例如，50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、150微米、160微米、170微米、180微米、190微米或200微米，包括其间的所有范围和值)。在一些实施方式中，气凝胶的厚度可以在135微米至165微米的范围内(例如，135微米、140微米、145微米、150微米、155微米、160微米或165微米，包括其间的所有范围和值)。可以使用任何合适的方法(诸如，物理或化学气相沉积、浸涂、滴涂、喷涂、旋涂、任何其它合适的方法或其组合)将气凝胶沉积在外壳730的壁的第一表面和/或第二表面上。
第一热阻挡层742为外壳730的壁或设置有热阻挡的任何其它表面提供热绝缘。这减少了设置在外壳730的内部容积内的气体G(例如，空气)与外壳730的表面之间的热传递，从而减少了热声噪声。
在一些实现方式中，第一热阻挡层742可以被构造成(例如，经由选择材料的类型和/或厚度)声顺应的，使得当被加压时，加压空气被第一热阻挡层742存储，并且当释放压力时，第一热阻挡层742释放加压空气。在一些这样的实现方式中，第一热阻挡层742可以被构造成不吸声，使得第一热阻挡层742通常不将大量的声能转换成热量；而是，第一热阻挡层742可以被构造成使得其将热量传递到麦克风的壁而不是吸收热量。在一些实施方式中，第一热阻挡层742可以被构造成实现或接近绝热压缩，使得由第一热阻挡层742对空气做的功导致加压空气的温度升高。
在一些实现方式中，第一热阻挡层742可以是厚度低于阈值厚度的(例如，上文讨论的任何类型的)气凝胶。在各种实施方式中，气凝胶或其它类型的第一热阻挡层742可以具有小于12.5微米、小于25微米、小于50微米、小于100微米、小于200微米或小于400微米的厚度。在一些实现方式中，第一热阻挡层742还可以具有大于第二阈值厚度(诸如，1微米)的厚度。例如，超过阈值厚度的层的绝热水平可以不受通过材料的热阻的限制，而是受存储在材料本身中的热量的热容的限制。因此，可能的是，在阈值厚度以下，绝热水平可以受材料的热阻的限制。
图7B例示了类似于图7A的麦克风组件的第一热阻挡层的不同厚度的声温度随时间推移变化的模拟结果的曲线图750。图7C例示了不同格式的模拟结果的另一曲线图775，其示出了温度变化量(例如，最大温度变化)作为第一热阻挡层的厚度的函数。曲线图750和曲线图775例示了在1kHz的声频率下从5微米至400微米的厚度范围的模拟结果。如在曲线图750和曲线图775中可以看出的，在所选声频率下，随着材料厚度减小(特别是对于小于50微米的厚度)，第一热阻挡层表现出更大的温度摆动，并且更接近绝热压缩。可以预期，如果改变声频率，则第一热阻挡层表现出更大的温度摆动的厚度将相应地改变。
尽管上面的讨论部分具体涉及第一热阻挡层742，但是应理解，该概念可以附加地或另选地等同地应用于第二热阻挡层744。此外，应理解，各种实现方式可以利用第一热阻挡层742或第二热阻挡层744中的仅一者或可以利用两个层。
图8是根据一实施方式的用于制造麦克风组件(例如，麦克风组件700)的示例方法800的示意性流程图。在802，方法800可以包括提供基板。基板可以包括例如基板702或本文所述的任何其它基板。在804，在基板中形成端口。例如，端口704可以形成(例如，化学刻蚀、物理刻蚀、钻孔等)在基板702中。
在806，将声换能器定位在端口上。例如，将声换能器710(例如，隔膜)定位在端口704上。可以使用任何合适的方法(例如，钻孔、物理刻蚀、化学刻蚀)或者在基板的成型过程期间形成端口704。在808，将集成电路定位在基板上。例如，集成电路720或本文所述的任何其它集成电路被定位在基板702上。
在810，将集成电路电联接至声换能器。例如，集成电路720经由第一电引线724(例如，接合至集成电路720的导线)电联接至声换能器710。集成电路720也可以电联接至基板702(例如，观察到回流焊或熔融接合至被定位在基板702上的触点焊盘)。在其它实施方式中，保护涂层(例如，保护涂层722)也可以沉积在集成电路(例如，集成电路720)上。
在一些实施方式中，基板、声换能器和集成电路的至少一个表面涂覆有热阻挡层。例如，基板702、声换能器710和集成电路720的至少一个表面可以涂覆有热阻挡层(例如，气凝胶、无机金属氧化物或本文所述的任何其它热阻挡层)。
在814，提供外壳。例如，外壳可以包括外壳730或本文所述的任何其它外壳。在816，外壳的至少一个表面涂覆有热阻挡层。例如，外壳730的壁的设置在内部容积731内的第一表面可以涂覆有第一热阻挡层742。此外，外壳730的壁的设置在内部容积731外部的第二表面可以另外地涂覆有第二热阻挡层744。在818，将外壳联接至基板。例如，外壳730可以被定位在基板702上并且联接至基板702(例如，经由粘合剂或熔融接合至基板702)。
尽管总体上已经描述了具有热阻挡涂层的麦克风组件(其中端口被限定在基板中(即，底部端口麦克风组件))的实施方式，但在一些实施方式中，端口可以被限定在麦克风组件(即，顶部端口麦克风组件)的外壳中。例如，图9是根据另一实施方式的麦克风组件1000的侧截面视图。麦克风组件1000可以是MEMS麦克风组件。MEMS麦克风组件1000可以用于在任何设备(诸如例如移动电话、膝上型计算机、电视遥控器、平板计算机、音频系统、耳机、可穿戴设备、便携式扬声器、汽车音响系统或使用麦克风组件的任何其它设备)中响应于声活动而生成电信号。
麦克风组件1000包括基板1002。基板1002通常类似于麦克风组件700的基板702，但是不包括在其中限定的端口。声换能器1010被定位在基板1002上。声换能器1010被配置成响应于声活动而生成电信号。声换能器1010包括隔膜1012，该隔膜1012将麦克风组件1000的前腔容积与后腔容积分隔开。
集成电路1020被定位在基板1002上。集成电路1020例如经由第一电引线1024电联接至声换能器1010，并且还经由第二电引线1026电联接至基板1002。集成电路1020被配置成从声换能器1010接收电信号。在一些实现方式中，保护涂层1022可以被定位在集成电路1020上。集成电路1020可以与集成电路120大致相似，因此，在本文中不再进一步详细描述。
外壳1030被定位在基板1002上并且限定了内部容积，至少集成电路1020和声换能器1010被定位在内部容积内。例如，如图9所示，外壳1030按照使基板1002形成麦克风组件1000的基座的方式被定位在基板1002上，并且基板1002和外壳1030共同限定了内部容积1031。内部容积1031填充有气体G(例如，空气)，该气体G也围绕麦克风组件1000。
外壳1030可以大致类似于麦克风组件700的外壳730，其中具有以下区别。端口1034被限定在外壳1030的壁中，并且可以被配置成允许声信号进入内部容积以及气体G进入或离开内部容积1031的传输。因此，内部容积1031限定前腔容积，并且声换能器1010与基板1002之间(例如，隔膜1012与基板1002之间)的空间1011限定后腔容积。在一些实现方式中，网格1035可以被定位在端口1034上方(例如，在外壳1030的壁的凹陷表面中)，例如，以防止灰尘或碎屑进入内部容积1031。
第一热阻挡层1016可以被设置在对后腔容积进行限定的边界的表面上。例如，如图9所示，第一热阻挡层1016可以被定位在基板1002和/或声换能器1010的位于空间1011内的一部分上。在一些实施方式中，第二热阻挡层1042可以被定位(例如，沉积或涂覆)在外壳1030的壁的设置在内部容积1031内的第一表面上，该外壳1030的壁形成前腔容积的边界的一部分。在其它实施方式中，热阻挡层也可以被定位在基板1002的形成前腔容积的边界的一部分的至少一部分上。第一热阻挡层1016和第二热阻挡层1042可以与关于麦克风组件700描述的第一热阻挡层742和第二热阻挡层744大致相似，因此本文不再进一步详细描述。
如本文先前所描述的，第一热阻挡层1016、第二热阻挡层1044和/或第三热阻挡层1046向基板1002的外壳1030的壁、或设置有热阻挡的任何其它表面提供热绝缘。这减少了向被设置在后腔容积和前腔容积内的气体G(例如，空气)的热传递，因此减少了气体G与外壳1030的表面之间的热交换，从而减少了热声噪声。
图10是根据又一实施方式的麦克风组件1100的侧截面视图。麦克风组件1100可以包括MEMS麦克风组件。麦克风组件1100可以被配置成在任何设备(诸如例如移动电话、膝上型计算机、电视遥控器、平板计算机、音频系统、耳机、可穿戴设备、便携式扬声器、汽车音响系统或使用麦克风组件的任何其它设备)中响应于声活动而产生电信号。
麦克风组件1100包括基板1102。端口1104形成在基板1102中。声换能器1110被定位在端口1104上。声换能器1110被配置成响应于声活动而生成电信号。声换能器1110包括隔膜1112，该隔膜1112将麦克风组件1100的前腔容积与后腔容积分隔开。此外，声换能器1110可以不包括洞或穿孔。集成电路1120被定位在基板1102上。集成电路1120例如经由第一电引线1124电联接至声换能器1110，并且还经由第二电引线1126电联接至基板1102。集成电路1120被配置成从声换能器1110接收电信号。保护涂层1122可以被定位在集成电路1120上。
外壳1130被定位在基板1102上并且限定内部容积，至少集成电路1120和声换能器1110被定位在内部容积内。在外壳1130的壁中限定开口1132。麦克风组件1100还包括导管1134。导管1134的导管第一端1135流体地联接至开口1132，并且导管1134的与导管第一端1135相反的导管第二端1136向环境敞开，以便暴露于围绕麦克风组件1100的第二气体G2(例如，环境空气或大气)。基板1102、声换能器1110、集成电路1120、外壳1130和导管1134可以分别与基板102、声换能器110、集成电路120、外壳130和导管134大致相似，因此，本文不再进一步详细描述。
外壳1130的内部容积填充有第一气体G1，该第一气体G1的热导率低于第二气体(例如，环境空气)的热导率，以便减少麦克风组件1100的热声噪声，如本文先前描述的。这样的气体可以包括但不限于六氟化硫、氙气、二氯二氟甲烷、氩气、氪气或其任何合适的组合。在特定实施方式中，第二气体包括六氟化硫。
为了将第一气体G1流体地密封在内部容积内部以及允许第一气体G1的压力与第二气体G2的压力均衡，在导管1134中设置有可移动密封构件1140。在一些实施方式中，可移动密封构件1140可以包括可移动密封构件1140(例如，矿物油或合成油(诸如
Figure BDA0002774385450000191
)的液滴)。在其它实施方式中，可移动密封构件1140可以包括柔性密封构件340(例如，振膜)。可移动密封构件1140可以移位或弯曲，以便允许第一气体G1的压力与第二气体G2(例如，环境空气)的环境压力的平衡，如本文先前详细描述的。
第一热阻挡层1142被定位(例如，沉积或涂覆)在外壳1130的壁的被设置在内部容积内的第一表面上。在其它实施方式中，热阻挡层也可以被定位在基板1102的至少一部分上。第一热阻挡层1142可以向外壳1130的壁或设置有热阻挡的任何其它表面提供热绝缘，以便减少热声噪声。
图11A是根据另一实施方式的麦克风组件1200的侧截面视图。麦克风组件1200可以包括底部端口MEMS麦克风组件。麦克风组件1200可以用于在任何设备(诸如例如移动电话、膝上型计算机、电视遥控器、平板计算机、音频系统、耳机、可穿戴设备、便携式扬声器、汽车音响系统或使用麦克风组件的任何其它设备)中记录声音。
麦克风组件1200包括基板1202。端口1204形成在基板1202中。声换能器1210可以被定位在端口1204上。声换能器1210被配置成响应于声活动而生成电信号。声换能器1210包括隔膜1212，该隔膜1212将麦克风组件1200的前腔容积与后腔容积分隔开，该前腔容积与端口1204流体连通。如图11A所示，前腔容积可以包括位于基板1202与声换能器1210(例如，声换能器1210的隔膜1212)之间的空间1205，并且包括端口1204。
集成电路1220被定位在基板1202上。集成电路1220例如经由第一电引线1224电联接至声换能器1210，并且还经由第二电引线1226电联接至基板1202。集成电路1220被配置成从声换能器1210接收电信号和/或偏置声换能器1210。保护涂层1222可以被定位在集成电路1220上。基板1202、声换能器1210和集成电路1220可以分别与基板102、声换能器110和集成电路120大致相似，因此，本文不再进一步详细描述。
外壳1230被定位在基板1202上并且限定内部容积1231，至少集成电路1220和声换能器1210被定位在内部容积1231内。内部容积1231限定麦克风组件1200的后腔容积。外壳1230的内部容积1231(即，声换能器的后腔容积)填充有第一气体G1，该第一气体G1的热导率低于第二气体G2(例如，环境空气或大气)的热导率。这样的气体可以包括但不限于六氟化硫、氙气、二氯二氟甲烷、氩气、氟利昂、氪气或其任何合适的组合。在特定实施方式中，第一气体G1包括六氟化硫。
在一些实现方式中，由空间1205和端口1204限定的前腔容积也可以填充有第一气体G1。例如，可以在隔膜1212中设置通孔1214。第一气体G1可以通过端口1204连通，以便填充第一容积。第一气体G1穿过通孔1214，以便也填充由内部容积1231限定的后腔容积。在用第一气体G1填充前腔容积和后腔容积之后，可以将由透声材料(例如，硅树脂)形成的密封构件1206(例如，薄膜或隔膜)定位在端口1204上，以便将第一气体G1流体地密封在第一容积和第二容积内。在其它实施方式中，可以在外壳1230的壁中提供开口或通风口，以便允许用第一气体G1填充后腔容积。然后，开口或通风口可以被密封(例如，经由薄膜、隔膜或粘合剂)。在又一些其它实施方式中，导管(例如，导管134、334)可以流体地联接至开口或通风口，如本文先前所描述的。在这样的实施方式中，第一容积可以与第二容积分开地填充，使得从隔膜1212排除通孔1214。
对前腔容积或后腔容积中的至少一者进行限定的边界的至少一部分可以被配置成具有顺应性，以便允许第一气体G1响应于围绕麦克风组件的第二气体G2的压力变化(例如，大气压力变化)而膨胀或收缩并且允许与第二气体G2的压力均衡。例如，外壳的一个或更多个侧壁可以具有足够的顺应性，以便允许第一气体G1膨胀或收缩。在其它实施方式中，密封构件1206可以由顺应性材料(例如，硅橡胶或聚合物)形成，以允许第一气体G1响应于大气压力变化而膨胀或收缩。在又一些其它实施方式中，可移动密封构件(例如，可移动密封构件140、340)可以被定位在导管(例如，导管134、334)中并且提供压力均衡，如本文先前所描述的。在其它实现方式中，也可以将热阻挡层(例如，热阻挡层1016、1042、1044中的任何一者)设置在对后腔容积进行限定的边界的表面上(例如，外壳1230的壁的内表面)和/或设置在对前腔容积进行限定的边界的表面上(例如，基板1202和/或声换能器1210的位于前腔容积内的部分)，以便提供热绝缘，如本文先前所描述的。
图11B是根据另一实施方式的麦克风组件1300的侧截面视图。麦克风组件1300可以包括顶部端口MEMS麦克风组件。麦克风组件1300可以用于在任何设备(诸如例如移动电话、膝上型计算机、电视遥控器、平板计算机、音频系统、耳机、可穿戴设备、便携式扬声器、汽车音响系统或使用麦克风组件的任何其它设备)中记录声音。
麦克风组件1300包括基板1302。声换能器1310可以被定位在基板1302上，并且被配置成响应于声活动而生成电信号。声换能器1310包括隔膜1312，该隔膜1312将麦克风组件1300的前腔容积与后腔容积分隔开，该前腔容积与端口1332流体连通，该端口1332被限定在麦克风组件1300的外壳1330中。
集成电路1320被定位在基板1302上，并且例如经由第一电引线1324电联接至声换能器1310，并且还经由第二电引线1326电联接至基板1302。集成电路1320被配置成从声换能器1310接收电信号和/或偏置声换能器1310。保护涂层1322可以被定位在集成电路1320上。基板1302、声换能器1310和集成电路1320可以分别与基板102、声换能器110和集成电路120大致相似，因此，本文不再进一步详细描述。
外壳1330被定位在基板1302上并且限定内部容积1331，至少集成电路1320和声换能器1210被定位在内部容积1331内。端口1332被限定在外壳中，使得内部容积1331限定麦克风组件1300的前腔容积。此外，基板1302与声换能器1310(例如，声换能器1310的隔膜1312)之间的空间1305限定麦克风组件1300的后腔容积。
由空间1305限定的后腔容积填充有第一气体G1，该第一气体G1的热导率低于空气(例如，围绕麦克风组件1300的第二气体G2)的热导率，如本文先前所描述的。此外，由内部容积1331限定的前腔容积也可以填充有第一气体G1。例如，可以在隔膜1312中设置通孔1314。第一气体G1可以通过端口1332连通，以便填充前腔容积。第一气体G1穿过通孔1314，以便也填充由空间1305限定的后腔容积。在用第一气体G1填充前腔容积和后腔容积之后，可以将由透声材料(例如，硅树脂)形成的密封构件1340(例如，薄膜或隔膜)定位在端口1332上，以便将第一气体G1流体地密封在前腔容积和后腔容积内。在其它实施方式中，可以在基板1302中提供开口或通风口，以便允许用第一气体G1填充后腔容积。然后，开口或通风口可以被密封(例如，经由薄膜、隔膜或粘合剂)。在又一些其它实施方式中，导管(例如，导管134、334)可以流体地联接至开口或通风口，如本文先前所描述的。
对前腔容积或后腔容积进行限定的边界的至少一部分可以被配置成具有顺应性，以便允许第一气体G1响应于围绕麦克风组件的第二气体G2的压力变化(例如，大气压力变化)而膨胀或收缩并且允许与第二气体G2的压力均衡。例如，外壳1330的一个或更多个侧壁可以具有足够的顺应性，以便允许第一气体G1膨胀或收缩。在其它实施方式中，密封构件1340可以由顺应性材料(例如，硅橡胶或聚合物)形成，以允许第一气体G1响应于大气压力变化而膨胀或收缩。在又一些其它实施方式中，可移动密封构件(例如，可移动密封构件140、340)可以被定位在导管(例如，导管134、334)中并且提供压力均衡，如本文先前所描述的。在其它实现方式中，也可以将热阻挡层(例如，热阻挡层1016、1042、1044中的任何一者)设置在对后腔容积进行限定的边界的表面上(例如，外壳1230的壁的内表面)和/或设置在对前腔容积进行限定的边界的表面上(例如，基板1202和/或声换能器1210的位于前腔容积内的部分)，以便提供热绝缘，如本文先前所描述的。
图12是根据一实施方式的用于制造麦克风组件(例如，麦克风组件1200、1300)的方法1400的示意流程图。在1402，方法1400可以包括提供基板。基板可以包括例如基板1202、1302或本文所述的任何其它基板。在1404，提供外壳。在外壳或基板中的一者中限定端口。例如，基板可以包括限定有端口1204的基板1202，或者外壳可以包括限定有端口1332的外壳1330。
在一些实施方式中，在1406，可以将热阻挡层设置在外壳或基板的至少一部分上。例如，可以将第一热阻挡层1016设置在基板1002的至少一部分上，或者可以将第一热阻挡层1042和/或第二热阻挡层1044设置在外壳1030或本文所述的任何其它基板或外壳上的它们的相应表面上。
在1408，将声换能器设置在基板或外壳中的一者上。例如，将声换能器1210、1310定位在基板1202、1302上。声换能器包括隔膜(例如，隔膜1212、1312)。在一些实施方式中，在隔膜中限定通孔(例如，通孔1214、1314)。在1410，将集成电路电联接至声换能器。例如，集成电路1320电联接至声换能器1310。
在1412，将外壳设置在基板上。例如，将外壳1230、1330设置在基板1202、1302上，使得声换能器1210、1310设置在由外壳1230、1330限定的内部容积1231、1331内。
在1414，麦克风组件的后腔容积填充有热导率低于空气的热导率的第一气体。例如，由外壳1230的内部容积1231限定的后腔容积填充有第一气体G1，或者由基板1302与声换能器1310之间的空间1305限定的后腔容积填充有第一气体G1，如本文先前所描述的。
在1416，向对前腔容积或后腔容积中的至少一者进行限定的边界的至少一部分提供顺应性。例如，外壳1230、1330的一个或更多个侧壁可以具有足够的顺应性，以便允许第一气体G1膨胀或收缩。在其它实施方式中，密封构件1206、1340可以由顺应性材料(例如，硅橡胶或聚合物)形成，以允许第一气体G1响应于大气压力变化而膨胀或收缩。在又一些其它实施方式中，可移动密封构件(例如，可移动密封构件140、340)可以被定位在导管(例如，导管134、334)中，该导管流体地联接至被限定在外壳(例如，外壳130、330)中的开口，并且提供压力均衡，如本文先前所描述的。
在一些实施方式中，在1418，麦克风组件的前腔容积也可以填充有第一气体。例如，如本文先前所描述的，由基板1202与声换能器1210之间的空间1205限定的前腔容积，或者由外壳1330的内部容积1331限定的前腔容积也可以填充有第一气体G1。在1420，可以将透声密封构件定位在端口上。例如，透声密封构件1206、1340可以被定位在端口1204、1332上，以便将第一气体G1流体地密封在后腔容积内，并且在一些实现方式中将第一气体G1流体地密封在前腔容积内。
在各种实施方式中，与麦克风组件(例如，底部端口麦克风组件)一起使用的外壳可以包括形成在外壳的一部分内的导管，并且具有设置在其中的可移动密封构件(例如，
Figure BDA0002774385450000241
油滴)。例如，图13A至图13D示出了在麦克风组件(例如，麦克风组件100或本文所述的任何其它麦克风组件)中使用的外壳1530的各种视图。外壳1530包括具有第一部分1534和第二部分1536的主体1532。第一部分1534可以位于麦克风组件的基板(例如，基板102)上并且与其联接，如本文所描述的。第一部分1534限定内部容积，麦克风组件的部件(例如，声换能器(例如，MEMS换能器110)或集成电路(例如，集成电路120))可以被设置在该内部容积中。此外，第一部分1534的内部容积可以填充有热导率低的第一气体，诸如第一气体G1(例如，六氟化硫)。
除了在分隔壁1535中限定的开口1533，第二部分1536通过分隔壁1535与由第一部分1534限定的内部容积流体地隔离。在一些实施方式中，开口1533可以被限定在外壳1530的拐角附近。在第二部分1536中形成导管1538，并且在导管1538中可移动地设置了可移动密封构件(例如，
Figure BDA0002774385450000242
油滴)。导管1538在导管第一端1537处流体地联接至第一开口1533。导管1538围绕自身缠绕，以便为设置在其中的可移动密封构件提供细长路径以在导管1538中行进。如图12A至图12D所示的实施方式中，导管1538终止于导管第二端1539，该导管第二端可以位于分隔壁1535的轴线中心附近。盖1540被定位在第二部分1536上，并且联接至第二部分1536的侧壁以及形成导管1538的侧壁，以便流体地密封导管1538。孔1542被限定在盖1540中，并且被构造成与导管第二端1539对准，以允许大气或围绕麦克风组件的任何其它气体(例如，气体G2)通过孔1542进入导管1538进而进入导管第二端1539。
虽然图13A至图13D示出了导管1538具有矩形布局，但导管1538可以被构造成具有任何其它合适的布局，以增加可移动密封构件在导管1538内行进的可用长度。例如，在一些实施方式中，导管1538可以包括螺旋通道、双螺旋通道或蛇形通道。虽然第一气体可以通过开口1533进入导管1538，并且大气可以在导管第二端1539处通过孔1542进入流体通道，但是被设置在导管1538中的可移动密封构件用于将第一部分1534的内部容积与大气流体地隔离。导管1538的细长路径为可移动密封构件提供了较长的行进长度，这即使在大气压力发生较大变化的情况下(例如，如可以在电梯中、更高的电梯处、飞机机舱减压等所经历的那样)也可以允许第一气体与大气之间的压力均衡。
在本文描述的主题有时例示了包含在不同的其它部件内或与其相连接的不同部件。将理解，这样描绘的架构仅仅是示例性的，而事实上，可以实现获得相同功能的许多其它架构。在概念意义上，用于实现相同功能的部件的任何布置都有效地“关联”，以使实现期望功能。因而，在本文为获得特定功能而组合的任何两个部件都可以被视作彼此“相关联”，以使实现期望功能，而与架构或中间部件无关。同样地，这样关联的任何两个部件还可以被视作彼此“在工作上连接”，或“在工作上联接”，以实现期望功能，并且能够这样关联的任何两个部件也可以被视作能够彼此“在工作上联接”，以实现期望功能。在工作上联接的具体示例包括但不限于，物理上可配合和/或物理上相互作用的部件和/或可无线地交互和/或无线地交互的部件和/或逻辑上交互和/或逻辑上可交互的部件。
关于本文中基本任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或申请在适当时候从复数翻译成单数和/或从单数翻译成复数。为清楚起见，可以在本文中明确地阐述各种单数/复数置换。
本领域技术人员将理解，通常，本文尤其是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，用语“包括”应被解释为“包括但不限于”，用语“具有”应被解释为“至少具有”，用语“包括”应解释为“包括但不限于”等)。
本领域技术人员将进一步理解，如果意图陈述特定数量的引用的权利要求，则将在权利要求中明确地陈述这样的意图，并且在没有这样的陈述的情况下，不存在这样的意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可以包含介绍性短语“至少一个”和“一个或更多个”的使用以引入权利要求陈述。然而，这些短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”引述权利要求的引用将包含这种引用的权利要求陈述的任何特定权利要求限制于仅包含一个这样的陈述的发明，即使相同的权利要求包括介绍性短语“一个或更多个”或“至少一个”，并且诸如“一”或“一个”的不定冠词(例如，“一”和/或“一个”通常应被解释为意指“至少一个”或“一个或更多个”)；对于使用用于引用权利要求陈述的定冠词也是如此。另外，即使明确地陈述了特定数量的引用的权利要求陈述，本领域技术人员也将认识到，这种陈述通常应该被解释为至少意指所陈述的数目(例如，没有其它修饰语的“两个陈述”的详细陈述通常意指至少两个陈述，或两个或更多个陈述)。
此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，一般而言，这样的配置意图在本领域技术人员将理解该惯例的意义上(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于以下系统：单独具有A，单独具有B，单独具有C，一起具有A和B，一起具有A和C，一起具有B和C，和/或一起具有A、B和C等)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，一般而言，这样的配置意图在本领域技术人员将理解该惯例的意义上(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于以下系统：单独具有A，单独具有B，单独具有C，一起具有A和B，一起具有A和C，一起具有B和C，和/或一起具有A、B和C等)。本领域技术人员将进一步理解，实际上呈现两个或更多个另选术语的任何析取词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是在附图中，都应该被理解为考虑包括这些术语中的一者、术语中的任一者或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。此外，除非另有说明，否则使用词语“大约”、“约”、“近似”、“大致”等意指加或减百分之十。
已经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。并非旨在穷举或限制于所公开的精确形式，并且根据上述教导可以进行修改和变型，或者可以从所公开实施方式的实践中获得修改和变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (25)

1.一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：
基板；
外壳，所述外壳被设置在所述基板上，端口被限定在所述基板或所述外壳中的一者中；
声换能器，所述声换能器被配置成响应于声活动而生成电信号，所述声换能器包括隔膜，所述隔膜将所述麦克风组件的前腔容积与后腔容积分隔开，所述前腔容积与所述端口流体连通，并且所述后腔容积填充有第一气体，所述第一气体的热导率低于空气的热导率；以及
集成电路，所述集成电路电联接至所述声换能器并且被配置成从所述声换能器接收所述电信号，
其中，对所述前腔容积或所述后腔容积中的至少一者进行限定的边界的至少一部分被配置成具有顺应性，以便允许所述第一气体响应于围绕所述麦克风组件的第二气体的压力变化而膨胀或收缩，并且允许与所述第二气体的压力均衡，所述第一气体不同于所述第二气体。
2.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述端口被限定在所述基板中，并且其中，所述声换能器是按照使所述后腔容积被限定在所述基板与所述外壳之间的方式定位在所述基板上的。
3.根据权利要求2所述的麦克风组件，其中，开口被限定在所述外壳的壁中，并且其中，所述麦克风组件还包括：
导管，导管第一端流体地联接至所述开口，并且与所述导管第一端相反的导管第二端向位于所述麦克风组件外部的环境敞开；以及
可移动密封构件，所述可移动密封构件被定位在所述导管中并且被配置成提供所述顺应性。
4.根据权利要求3所述的麦克风组件，其中，所述可移动密封构件被配置成响应于围绕所述麦克风组件的所述第二气体的第二气体压力的增大或减小而移动，以便使所述第一气体的第一气体压力与所述第二气体压力平衡。
5.根据权利要求3所述的麦克风组件，其中，所述可移动密封构件包括矿物油或合成油中的至少一者的液滴。
6.根据权利要求5所述的麦克风组件，其中，所述可移动密封构件包括全氟聚醚油的液滴。
7.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述第一气体包括六氟化硫、氙气、氟利昂、二氯二氟甲烷、氩气或氪气中的至少一者。
8.根据权利要求5所述的麦克风组件，其中，所述第一气体包括六氟化硫。
9.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述端口被限定在所述基板中，并且其中，所述第一气体包括六氟化硫、氙气、氟利昂、二氯二氟甲烷、氩气或氪气中的至少一者。
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热阻挡层，所述热阻挡层被定位在对所述后腔容积进行限定的边界的至少一个内表面上，所述热阻挡层被配制成具有比空气的热导率小的热导率。
11.一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：
基板；
外壳，所述外壳被设置在所述基板上，端口被限定在所述基板或所述外壳中的一者中；
声换能器，所述声换能器被配置成响应于声活动而生成电信号，所述声换能器包括隔膜，所述隔膜将所述麦克风组件的前腔容积与后腔容积分隔开，所述前腔容积与所述端口流体连通；
集成电路，所述集成电路电联接至所述声换能器并且被配置成从所述声换能器接收所述电信号；以及
热阻挡层，所述热阻挡层被定位在对所述后腔容积进行限定的边界的至少一个内表面上，所述热阻挡层被配制成具有比空气的热导率小的热导率。
12.根据权利要求11所述的麦克风组件，其中，所述端口是按照使所述外壳的内部容积限定所述后腔容积的方式被限定在所述基板中的，并且其中，所述热阻挡层被定位在所述外壳的壁的内表面上。
13.根据权利要求12所述的麦克风组件，其中，所述热阻挡层还被定位在所述基板的至少一部分上。
14.根据权利要求11所述的麦克风组件，其中，所述端口是按照使所述隔膜与所述基板之间的空间限定所述后腔容积的方式被限定在所述外壳中的，并且其中，所述热阻挡层被设置在所述基板或所述声换能器的位于所述后腔容积内的一部分中的至少一者上。
15.根据权利要求11所述的麦克风组件，其中，所述热阻挡层包括二氧化硅气凝胶、碳气凝胶、金属氧化物气凝胶、有机聚合物气凝胶、焦炭溶胶或量子点气凝胶中的至少一者。
16.根据权利要求11所述的麦克风组件，其中，所述热阻挡层包括气凝胶，并且具有小于50微米的厚度。
17.根据权利要求16所述的麦克风组件，其中，所述热阻挡层具有小于25微米的厚度。
18.根据权利要求16所述的麦克风组件，其中，所述热阻挡层具有介于1微米至50微米之间的厚度。
19.一种形成麦克风组件的方法，所述方法包括：
提供基板；
提供外壳，端口被限定在所述基板或所述外壳中的一者中；
将声换能器定位在所述基板或所述外壳中的一者上，所述声换能器包括隔膜，所述声换能器被配置成响应于声活动而生成电信号；
将集成电路电联接至所述声换能器；
按照使所述隔膜将所述基板与所述外壳之间的空间分隔成前腔容积和后腔容积的方式将所述外壳设置在所述基板上，所述前腔容积与所述端口流体连通；以及
用具有比空气的热导率低的热导率的第一气体填充所述后腔容积。
20.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括向对所述前腔容积或所述后腔容积中的至少一者进行限定的边界的至少一部分提供顺应性，以便允许所述第一气体响应于围绕所述麦克风组件的第二气体的压力变化而膨胀或收缩，并且允许与所述第二气体的压力均衡，所述第一气体不同于所述第二气体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述端口是按照使所述后腔容积形成在所述隔膜与所述外壳之间的方式被限定在所述基板中的，并且其中，所述方法还包括：
在所述外壳中提供开口，通过所述开口用所述第一气体填充所述后腔容积；以及
使可移动密封构件在工作时联接至所述开口，所述可移动密封构件提供所述顺应性。
22.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
用所述第一气体填充所述前腔容积；以及
将透声密封构件定位在所述端口上，以便将所述第一气体流体地密封在所述前腔容积和所述后腔容积内。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，通孔被限定在所述隔膜中，所述通孔将所述前腔容积流体地联接至所述后腔容积，以便允许在所述前腔容积与所述后腔容积之间流体交换所述第一气体。
24.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括在所述外壳或所述基板的对所述后腔容积的边界进行限定的至少一部分上设置热阻挡层。
25.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括在所述外壳或所述基板的对所述前腔容积的边界进行限定的至少一部分上设置所述热阻挡层。
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