CN112954561B - 一种具有泄气开关结构的mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，所述PCB板上设有与第一音孔连通的导音槽，所述MEMS芯片与PCB板的导音槽之间设有柔性件，所述柔性件覆盖导音槽形成导音通道，所述柔性件上设有第二音孔，所述导音通道远离第一音孔的一端连通有第三音孔，所述导音通道在第二音孔与第三音孔之间设有泄气开关结构，通过导音通道和多个第三音孔设置，实现降低气流冲击的压力峰值，导音通道和多个第三音孔在强气流下起到分流泄气的作用，防止强气流冲击MEMS芯片振膜，防止振膜破裂、麦克风功能失效等问题，提高MEMS麦克风的抗气流冲击性能，延长麦克风使用寿命。而且本申请确保了实现抗气流冲击的同时保持MEMS麦克风小型化的目标。

Description

一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风

技术领域

本发明涉及MEMS麦克风技术领域，具体的讲是涉及一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical System, 微机电系统）麦克风以其灵敏度高、功耗低、频率响应平坦等诸多优点而备受人们的关注，并成为当今麦克风市场的主流。MEMS麦克风的核心单元为MEMS芯片，其工作原理是：振膜在声波的作用下振动，使振膜与背极之间的距离发生变化，从而改变电容，将声波信号转化为电信号。

MEMS麦克风的性能不仅取决于MEMS芯片的自身结构，还与其封装结构密切相关。如图1所示，通常，MEMS芯片与为其提供偏置电压的ASIC（Application SpecificIntegrated Circuit, 专用集成电路）芯片共同设置在由PCB板和壳体构成的封装结构内，且封装结构上设置有供声音进入的声孔。由于MEMS芯片的振膜较为脆弱，当强气流通过声孔直接进入封装结构内部，会对振膜造成较大冲击，导致振膜破裂，进而引起MEMS麦克风功能失效等问题。

针对该问题，人们发展了多种解决方案，例如，王顺等人于专利“一种MEMS麦克风封装结构”（CN208821085U）中提出，通过在封装结构内部设置具有微孔的调节件，来有效减小气流对振膜的直接冲击，具体结构如图2所示。然而，微孔的存在无疑会增加封装结构的尺寸，不利于器件的小型化；此外，微孔的位置也需精心设置，否则会影响MEMS芯片与ASIC芯片之间的互连线。本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风封装结构，在保持原有尺寸的前提下，提高其抗气流冲击性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，能够防止强气流冲击MEMS芯片振膜，在强气流下起到分流、泄气的作用，防止振膜破裂、麦克风功能失效等问题，从而提高MEMS麦克风的抗气流冲击性能，延长麦克风使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：

一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，包括壳体、PCB板、MEMS芯片和ASIC芯片，所述壳体与PCB板构成音腔空间，所述MEMS芯片和ASIC芯片安装于PCB板上，所述MEMS芯片和ASIC芯片电连接，所述MEMS芯片具有振膜和与振膜连通的后音腔，所述PCB板上设有与后音腔连通的第一音孔，其特征在于：所述PCB板上设有与第一音孔连通的导音槽，所述MEMS芯片与PCB板的导音槽之间设有柔性件，所述柔性件部分或全部覆盖导音槽形成导音通道，所述PCB板上设有与导音通道连通的第二音孔，所述第一音孔经导音通道和第二音孔连通，所述第一音孔和后音腔连通，所述导音通道连通有至少一个与外界连通的第三音孔，所述第三音孔与第一音孔垂直设置，所述导音通道在第二音孔与第三音孔之间的位置设有常闭设置的泄气开关结构，所述泄气开关结构在第一音孔气流压力超过预设范围后打开。

作为一种优选方案，所述导音通道包括传音通道和泄压通道，所述第三音孔与泄气开关结构之间为泄压通道，所述第二音孔与第一音孔之间的导音槽为传音通道，所述泄压通道为一条或多条。采用两条泄压通道时可以对应设置有两个第三音孔，且两条泄压通道与传音通道垂直设置，可以实现最佳防气流冲击效果，降低强气流冲击的压力峰值。

作为一种优选方案，每条所述泄压通道各连接一个泄气开关结构或多条所述泄压通道共同连接一个泄气开关结构。

作为一种优选方案，所述泄压通道为两条，所述第三音孔为两个，两个所述第三音孔和两条所述泄压通道对称设置于PCB板相对的两侧面。第三音孔位置位于PCB板相对的两侧面，可以完全解决增设第三音孔导致的影响PCB板尺寸，而导致增加MEMS麦克风的总体尺寸的问题，有利于保证器件的小型化。

作为一种优选方案，所述泄气开关结构由柔性件一体成型设置。

作为一种优选方案，泄气开关结构包括泄气微孔和泄气阻片，所述泄气阻片具有封闭泄气微孔且可弹性打开的游离片。

作为一种优选方案，所述游离片为一片或两片，所述游离片为两片时两片所述游离片相对设置。

作为一种优选方案，所述游离片的一侧边的部分或全部与泄气微孔的一侧边弹性连接设置。柔性件经冲压或者激光加工等工艺可以形成相互配合的泄气微孔和泄气阻片，泄气微孔和泄气阻片整体构成单扇窗扇或对开的双扇窗扇形，泄气微孔为窗体，泄气阻片一侧边与泄气微孔弹性连接，两者连接尺寸大小可以根据打开的压力要求和柔性件的物理特性具体设置。泄气阻片可以由一片或者两片游离片构成均可。游离片通过与泄气微孔侧边弹性连接的侧边部位尺寸可以轻松调整游离片打开的压力阈值，当游离片与泄气微孔侧边连接尺寸较大时，其弹性较高，打开需要的气流压力较大，反之，当游离片与泄气微孔侧边仅有部分连接，使其连接尺寸较小时，游离片连接部的弹性较小，打开需要的气流压力较小，由此可以完美解决柔性件本身材料特性带来的弹性难以调节、泄气开关结构开关阈值不易控制的问题。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：

通过曲折的导音通道和环绕MEMS芯片的多个第三音孔设置，实现了降低气流冲击的压力峰值，导音通道和多个第三音孔在强气流下起到分流、泄气的作用，防止强气流冲击MEMS芯片振膜，防止振膜破裂、麦克风功能失效等问题，从而提高了EMS麦克风的抗气流冲击性能，延长麦克风使用寿命。而且本申请整体结构是在原有MEMS整体结构紧凑、不增加MESM麦克风整体结构尺寸的基础上实现的，确保了实现抗气流冲击的同时保持MEMS麦克风小型化的目标。

附图说明

图1是传统MEMS麦克风的结构示意图。

图2是原有MEMS麦克风的一种改进设计结构示意图。

图3是本发明一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风的结构示意图。

图4是本发明中PCB板上导音槽的俯视图。

图5是本发明中泄气开关结构关闭状态的示意图。

图6是本发明中泄气开关结构打开状态的示意图。

图中：1-壳体；2-PCB板；3-MEMS芯片；4-ASIC芯片；5-音腔空间；6-导音通道；21-第一音孔；22-第二音孔；23-第三音孔；24-导音槽；25-柔性件；26-泄气开关部件；261-泄气微孔；262-泄气阻片；263-游离片；31-振膜；32-后音腔；61-传音通道；62-泄压通道。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明中的技术方案作进一步说明，清楚、完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图3所示，一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，包括壳体1、PCB板2、MEMS芯片3和ASIC芯片4，所述壳体1与PCB板2构成音腔空间5，所述MEMS芯片3和ASIC芯片4安装于PCB板2上，所述MEMS芯片3和ASIC芯片4电连接，所述MEMS芯片3具有振膜31和与振膜31连通的后音腔32，所述PCB板2上设有与后音腔32连通的第一音孔21，所述PCB板2上设有与第一音孔21连通的导音槽24，所述MEMS芯片3与PCB板2的导音槽24之间设有柔性件25，所述柔性件25部分或全部覆盖导音槽24形成导音通道6，所述PCB板2上设有与导音通道6连通的第二音孔22，所述第一音孔21经导音通道6和第二音孔22连通，所述第一音孔21和后音腔32连通，所述导音通道6连通有至少一个与外界连通的第三音孔23，所述第三音孔23与第一音孔21垂直设置，所述导音通道6在第二音孔22与第三音孔23之间的位置设有常闭设置的泄气开关结构26，所述泄气开关结构26在第一音孔21气流压力超过预设范围后打开。

本申请采用导音通道6远离第一音孔21位置设置的第三音孔23作为强气流冲击时的泄气孔，此泄气孔位于MEMS芯片3一侧，不会增加MEMS麦克风的长轴尺寸，在确保MEMS麦克风总体尺寸不变的情况下实现了防止强气流冲击MEMS芯片3效果，而且采用导音通道6传输强气流，也在一定程度上实现了缓冲，防止强气流全部通过第一音孔21冲击后音腔32，增加的导音通道6引导部分强气流自第三音孔23外泄，缓和强气流冲击的峰值压力，降低了MEMS芯片3损坏的可能，提高了MEMS麦克风的耐气流冲击性能。

因为音波传导的方向性，第三音孔23与第一音孔21垂直设置保证音波气流冲击第一音孔21时第三音孔23不会受到同样的冲击，起到泄压缓冲作用。而且，第三音孔23与外界连通，也避免了泄气开关结构26封闭不严、气体漏入共振音腔导致的受音灵敏度下降的问题。

所述导音通道6包括传音通道61和泄压通道62，所述第三音孔23与泄气开关结构26之间为泄压通道62，所述第二音孔22与第一音孔21之间的导音槽24为传音通道61，所述泄压通道62为一条或多条。采用两条泄压通道62时可以对应设置有两个第三音孔23，且两条泄压通道62与传音通道61垂直设置，可以实现最佳防气流冲击效果，降低强气流冲击的压力峰值。

每条所述泄压通道62均连接一个泄气开关结构26或多条所述泄压通道62共同连接一个泄气开关结构26。

所述泄压通道62为两条，所述第三音孔23为两个，两个所述第三音孔23和两条所述泄压通道62对称设置于PCB板2相对的两侧面。第三音孔23位置位于PCB板2相对的两侧面，可以完全解决增设第三音孔23导致的影响PCB板2尺寸，而导致增加MEMS麦克风的总体尺寸的问题，有利于保证器件的小型化。

所述泄气开关结构26由柔性件25一体成型设置。

泄气开关结构26包括泄气微孔261和泄气阻片262，所述泄气阻片262具有封闭泄气微孔261且可弹性打开的游离片263。

所述游离片263为一片或两片，所述游离片263为两片时两片所述游离片263相对设置。

所述游离片263的一侧边的部分或全部与泄气微孔261的一侧边弹性连接设置。柔性件25经冲压或者激光加工等工艺可以形成相互配合的泄气微孔261和泄气阻片262，泄气微孔261和泄气阻片262整体构成单扇窗扇或对开的双扇窗扇形，泄气微孔261为窗体，泄气阻片262一侧边与泄气微孔261弹性连接，两者连接尺寸大小可以根据打开的压力要求和柔性件25的物理特性具体设置。

泄气阻片262可以由一片或者两片游离片263构成均可。游离片263通过与泄气微孔261侧边弹性连接的侧边部位尺寸可以轻松调整游离片263打开的压力阈值，当游离片263与泄气微孔261侧边连接尺寸较大时，其弹性较高，打开需要的气流压力较大，反之，当游离片263与泄气微孔261侧边仅有部分连接，使其连接尺寸较小时，游离片263连接部的弹性较小，打开需要的气流压力较小，由此可以完美解决柔性件25本身材料特性带来的弹性难以调节、泄气开关结构26开关阈值不易控制的问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，包括壳体（1）、PCB板（2）、MEMS芯片（3）和ASIC芯片（4），所述壳体（1）与PCB板（2）构成音腔空间（5），所述MEMS芯片（3）和ASIC芯片（4）安装于PCB板（2）上，所述MEMS芯片（3）和ASIC芯片（4）电连接，所述MEMS芯片（3）具有振膜（31）和与振膜（31）连通的后音腔（32），所述PCB板（2）上设有与后音腔（32）连通的第一音孔（21），其特征在于：所述PCB板（2）上设有与第一音孔（21）连通的导音槽（24），所述MEMS芯片（3）与PCB板（2）的导音槽（24）之间设有柔性件（25），所述柔性件（25）部分或全部覆盖导音槽（24）形成导音通道（6），所述PCB板（2）上设有与导音通道（6）连通的第二音孔（22），所述第一音孔（21）经导音通道（6）和第二音孔（22）连通，所述第一音孔（21）和后音腔（32）连通，所述导音通道（6）连通有至少一个与外界连通的第三音孔（23），所述第三音孔（23）与第一音孔（21）垂直设置，所述导音通道（6）在第二音孔（22）与第三音孔（23）之间的位置设有常闭设置的泄气开关结构（26），所述泄气开关结构（26）在第一音孔（21）气流压力超过预设范围后打开。

2.根据权利要求1所述的一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，其特征在于：所述导音通道（6）包括传音通道（61）和泄压通道（62），所述第三音孔（23）与泄气开关结构（26）之间为泄压通道（62），所述第二音孔（22）与第一音孔（21）之间的导音槽（24）为传音通道（61），所述泄压通道（62）为一条或多条。

3.根据权利要求2所述的一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，其特征在于：每条所述泄压通道（62）各连接一个泄气开关结构（26）或多条所述泄压通道（62）共同连接一个泄气开关结构（26）。

4.根据权利要求3所述的一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，其特征在于：所述泄压通道（62）为两条，所述第三音孔（23）为两个，两个所述第三音孔（23）和两条所述泄压通道（62）对称设置于PCB板（2）相对的两侧面。

5.根据权利要求1至4中任一所述的一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，其特征在于：所述泄气开关结构（26）由柔性件（25）一体成型设置。

6.根据权利要求5所述的一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，其特征在于：泄气开关结构（26）包括泄气微孔（261）和泄气阻片（262），所述泄气阻片（262）具有封闭泄气微孔（261）且可弹性打开的游离片（263）。

7.根据权利要求6所述的一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，其特征在于：所述游离片（263）为一片或两片，所述游离片（263）为两片时两片所述游离片（263）相对设置。

8.根据权利要求6所述的一种具有泄气开关结构的MEMS麦克风，其特征在于：所述游离片（263）的一侧边的部分或全部与泄气微孔（261）的一侧边弹性连接设置。

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